JP2002270616A - 薄いガリウム砒素アンチモン層をベースに用いた利得向上型ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
薄いガリウム砒素アンチモン層をベースに用いた利得向上型ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0804—Emitter regions of bipolar transistors
- H01L29/0817—Emitter regions of bipolar transistors of heterojunction bipolar transistors
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- H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
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- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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- H01L29/73—Bipolar junction transistors
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- H01L29/7371—Vertical transistors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い動作周波数を維持しつつ高い電流利得を提
供することが出来るヘテロバイポーラトランジスタ及び
その製造方法を提供すること。 【解決手段】本発明によって提供されるヘテロバイポー
ラトランジスタ（１００）は、コレクタ（１０４）と、
エミッタ（１１４）と、そしてコレクタ（１０４）及び
エミッタ（１１４）間に位置するベース（１１０）とを
含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ（１００）であ
って、ベース（１１０）が４９ｎｍ未満の厚さを持つガ
リウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含む。
供することが出来るヘテロバイポーラトランジスタ及び
その製造方法を提供すること。 【解決手段】本発明によって提供されるヘテロバイポー
ラトランジスタ（１００）は、コレクタ（１０４）と、
エミッタ（１１４）と、そしてコレクタ（１０４）及び
エミッタ（１１４）間に位置するベース（１１０）とを
含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ（１００）であ
って、ベース（１１０）が４９ｎｍ未満の厚さを持つガ
リウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般にトランジスタ
に関するものであり、より具体的には薄いガリウム砒素
アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層をベースに用いたヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）に関する。
に関するものであり、より具体的には薄いガリウム砒素
アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層をベースに用いたヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速切り換え及び高周波数作動が望まし
い応用分野においては、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（ＨＢＴ）、特にはｎｐｎ型のものが従来より知ら
れた技術である。
い応用分野においては、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（ＨＢＴ）、特にはｎｐｎ型のものが従来より知ら
れた技術である。
【０００３】インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）
をベースに用いたＨＢＴは通常、ＩｎＧａＡｓに格子整
合するインジウム燐（ＩｎＰ）又はアルミニウムインジ
ウム砒素（ＡｌＩｎＡｓ）のエミッタを含み、これに炭
素（Ｃ）又はベリリウム（Ｂｅ）を３〜６×１０１９ア
クセプタ／ｃｍ３範囲の濃度に添加されている。この
為、これまでに開発されているＨＢＴのＩｎＧａＡｓベ
ースの厚さは最低でも５０ｎｍとなっている。この厚さ
の最低値は、一般に許容されるベースへの不純物添加濃
度の上限値が約６×１０１９アクセプタ／ｃｍ３である
こと、そして一般に許容されるリソグラフィ技術の加工
限界が約１μｍであることから導き出された値である。
この結果、これよりも著しく薄いベースを用いた場合、
過剰に大きなベース抵抗が生じて実現可能な最高作動周
波数ｆＭＡＸが低くなり、高周波数作動には適さないＨ
ＢＴが形成されることになる。ｆＴを電流利得帯域幅
積、即ちカットオフ周波数、Ｒｂをベース直列抵抗及び
Ｃｃをコレクタ−ベース容量で表した場合の近似関係式
ｆＭＡＸ＝√（ｆＴ／８πＲｂＣｃ）から、ベース抵抗
が増大するにつれｆＭＡＸが低下することがわかる。こ
の関係式が近似式であるのは、これがトランジスタの単
純な集中素子モデルに基づいている為である。実際に
は、ベース直列抵抗Ｒｂ及びコレクタ−ベース容量Ｃｃ
は分散している。より精度の高い数式は代数学的により
複雑であり、この近似式で示そうとしている要点を曖昧
にしか示すことができないと思われる。
をベースに用いたＨＢＴは通常、ＩｎＧａＡｓに格子整
合するインジウム燐（ＩｎＰ）又はアルミニウムインジ
ウム砒素（ＡｌＩｎＡｓ）のエミッタを含み、これに炭
素（Ｃ）又はベリリウム（Ｂｅ）を３〜６×１０１９ア
クセプタ／ｃｍ３範囲の濃度に添加されている。この
為、これまでに開発されているＨＢＴのＩｎＧａＡｓベ
ースの厚さは最低でも５０ｎｍとなっている。この厚さ
の最低値は、一般に許容されるベースへの不純物添加濃
度の上限値が約６×１０１９アクセプタ／ｃｍ３である
こと、そして一般に許容されるリソグラフィ技術の加工
限界が約１μｍであることから導き出された値である。
この結果、これよりも著しく薄いベースを用いた場合、
過剰に大きなベース抵抗が生じて実現可能な最高作動周
波数ｆＭＡＸが低くなり、高周波数作動には適さないＨ
ＢＴが形成されることになる。ｆＴを電流利得帯域幅
積、即ちカットオフ周波数、Ｒｂをベース直列抵抗及び
Ｃｃをコレクタ−ベース容量で表した場合の近似関係式
ｆＭＡＸ＝√（ｆＴ／８πＲｂＣｃ）から、ベース抵抗
が増大するにつれｆＭＡＸが低下することがわかる。こ
の関係式が近似式であるのは、これがトランジスタの単
純な集中素子モデルに基づいている為である。実際に
は、ベース直列抵抗Ｒｂ及びコレクタ−ベース容量Ｃｃ
は分散している。より精度の高い数式は代数学的により
複雑であり、この近似式で示そうとしている要点を曖昧
にしか示すことができないと思われる。
【０００４】トランジスタ製造におけるリソグラフィ技
術がより精細化されればベース直列抵抗Ｒｂを低減する
ことは出来るが、その実用的な加工限界は約１μｍであ
る。また、ベースへの不純物添加量を増大させることに
よってもＲｂを低下させることは出来るが、一般のバイ
ポーラトランジスタの場合、ベースへの不純物添加量が
エミッタの不純物添加量に近づくに伴ってエミッタ効
率、従って電流利得が大きく損なわれることになる。Ｈ
ＢＴにおいては、エミッタ材料がＨＢＴ材料よりも広い
バンドギャップを持っている為、ベースへの不純物添加
によるエミッタ効率への影響は低減、或いは排除され
る。エミッタがベースよりも広いバンドギャップを持つ
場合、ベースの添加不純物濃度が高くてもベースからエ
ミッタへの逆注入は小さくなる。しかしながら、既存の
ＨＢＴにおいては他の理由から電流利得が小さくなり過
ぎる為、ベースへの不純物添加量の増大には限度があ
る。
術がより精細化されればベース直列抵抗Ｒｂを低減する
ことは出来るが、その実用的な加工限界は約１μｍであ
る。また、ベースへの不純物添加量を増大させることに
よってもＲｂを低下させることは出来るが、一般のバイ
ポーラトランジスタの場合、ベースへの不純物添加量が
エミッタの不純物添加量に近づくに伴ってエミッタ効
率、従って電流利得が大きく損なわれることになる。Ｈ
ＢＴにおいては、エミッタ材料がＨＢＴ材料よりも広い
バンドギャップを持っている為、ベースへの不純物添加
によるエミッタ効率への影響は低減、或いは排除され
る。エミッタがベースよりも広いバンドギャップを持つ
場合、ベースの添加不純物濃度が高くてもベースからエ
ミッタへの逆注入は小さくなる。しかしながら、既存の
ＨＢＴにおいては他の理由から電流利得が小さくなり過
ぎる為、ベースへの不純物添加量の増大には限度があ
る。
【０００５】ベースシート抵抗、通過時間及び再結合時
間の不純物濃度依存性は以下の等式からわかる。
間の不純物濃度依存性は以下の等式からわかる。
【０００６】 ρＢ＝１／ｑＮＡμｐＷＢ＝Ｋｏ／ＮＡ （１−ε）ＷＢ ・・ ・（式１） １／τＢ＝１／τＳＲＨ＋１／τＲＡＤ＋１／τＡＵＧＥＲ＝Ａ＋ＢＮＡ＋Ｃ ＮＡ ２ ・・・（式２） τＴ＝ＷＢ／Ｖｔｈｅｒｍａｌ＋ＷＢ ２／２Ｄｎ ・・ ・（式３）
【０００７】項ρＢはベースシート抵抗、ｑは電子の電
荷、ＮＡはベース中の不純物添加濃度、μｐはベース中
の正孔移動度、ＷＢはベース厚、Ｋｏは定数、そしてε
は正孔移動度の不純物添加量に対する依存性を経験的に
説明することが出来る定数である。項τＢはベース中電
子の正味寿命であり、これは寿命がショットキー・リー
ド・ホール再結合の寿命τＳＲＨ、放射再結合の寿命τ
ＲＡＤ、及びオージェ再結合の寿命τＡＵＧＥＲとに関
係することが示されている。Ａ、Ｂ及びＣはτ Ｂのベー
ス不純物添加濃度に対する依存性を経験的に説明するこ
とが出来る定数である。ベース通過時間τＴはベース
厚、電子の熱運動速度Ｖｔｈｅｒｍａｌ、及び電子拡散
定数Ｄｎに依存していることがわかる。
荷、ＮＡはベース中の不純物添加濃度、μｐはベース中
の正孔移動度、ＷＢはベース厚、Ｋｏは定数、そしてε
は正孔移動度の不純物添加量に対する依存性を経験的に
説明することが出来る定数である。項τＢはベース中電
子の正味寿命であり、これは寿命がショットキー・リー
ド・ホール再結合の寿命τＳＲＨ、放射再結合の寿命τ
ＲＡＤ、及びオージェ再結合の寿命τＡＵＧＥＲとに関
係することが示されている。Ａ、Ｂ及びＣはτ Ｂのベー
ス不純物添加濃度に対する依存性を経験的に説明するこ
とが出来る定数である。ベース通過時間τＴはベース
厚、電子の熱運動速度Ｖｔｈｅｒｍａｌ、及び電子拡散
定数Ｄｎに依存していることがわかる。
【０００８】式１、式２及び式３における定数ＫＯ、
ε、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤｎは材料によって異なる。従っ
て、ベース層の膜厚変化に付随する特性の変化挙動は材
料によって異なる。ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓ
に関する値はよく知られている為、ＨＢＴのベースを変
化させた場合の例として用いるものとする。縮退的に不
純物添加された材料（ＨＢＴベースの場合、ほぼ確実に
このような材料が使用される）μｐは不純物添加レベル
にわずかに依存し、εは小さい正の数である。この依存
性が無視出来る程度のものであると仮定し、Ｒ．Ｋ．Ａ
ｈｒｅｎｋｉｅｌ等による“Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏ
ｎ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４
７ Ａｓ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｐ
ｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ”（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，Ｖ．７２，ｐｐ３４７０ｆｆ．，１９９８）及
びＹ．Ｂｅｔｓｅｒ及びＤ．Ｒｉｔｔｅｒによる“Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ｈｅａｖｉ
ｌｙ ｄｏｐｅｄ ｂａｓｅｓ ｏｆ ＩｎＰ／ＧａＩ
ｎＡｓ ＨＢＴｓ ｐｒｏｂｅｄ ｂｙ ｍａｇｎｅｔ
ｏｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ”（Ｉ
ＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃ．Ｄｅｖ．，Ｖ．４３，
ｐｐ．１１８７ｆｆ．，１９９６）から得た他の材料の
パラメータとして代表的な数値を用いることにより、Ｉ
ｎＧａＡｓベースを持つＨＢＴの変化挙動を得る。
ε、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤｎは材料によって異なる。従っ
て、ベース層の膜厚変化に付随する特性の変化挙動は材
料によって異なる。ＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓ
に関する値はよく知られている為、ＨＢＴのベースを変
化させた場合の例として用いるものとする。縮退的に不
純物添加された材料（ＨＢＴベースの場合、ほぼ確実に
このような材料が使用される）μｐは不純物添加レベル
にわずかに依存し、εは小さい正の数である。この依存
性が無視出来る程度のものであると仮定し、Ｒ．Ｋ．Ａ
ｈｒｅｎｋｉｅｌ等による“Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏ
ｎ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４
７ Ａｓ ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｐ
ｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ”（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，Ｖ．７２，ｐｐ３４７０ｆｆ．，１９９８）及
びＹ．Ｂｅｔｓｅｒ及びＤ．Ｒｉｔｔｅｒによる“Ｅｌ
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ｌｙ ｄｏｐｅｄ ｂａｓｅｓ ｏｆ ＩｎＰ／ＧａＩ
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ＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃ．Ｄｅｖ．，Ｖ．４３，
ｐｐ．１１８７ｆｆ．，１９９６）から得た他の材料の
パラメータとして代表的な数値を用いることにより、Ｉ
ｎＧａＡｓベースを持つＨＢＴの変化挙動を得る。
【０００９】図１は、電流利得がベース層厚の関数とし
て５０となるように制約されたＩｎＧａＡｓベースＨＢ
ＴにおけるｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース不純物添加濃度の
変化挙動を説明するものである。カットオフ電流ｆＴ及
び最高動作周波数ｆＭＡＸは左軸に対して、そしてベー
スへの不純物添加濃度は右軸に対してプロットしてあ
る。図に示したとおり、ベース再結合は不純物添加濃度
に強い依存性を持つ為にベース厚を約３６ｎｍ未満にま
で小さくすると、ｆＭＡＸが著しく劣化する。劣化が起
きるのは、ベース厚が小さくなるに従ってベースシート
抵抗が増大する為である。
て５０となるように制約されたＩｎＧａＡｓベースＨＢ
ＴにおけるｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース不純物添加濃度の
変化挙動を説明するものである。カットオフ電流ｆＴ及
び最高動作周波数ｆＭＡＸは左軸に対して、そしてベー
スへの不純物添加濃度は右軸に対してプロットしてあ
る。図に示したとおり、ベース再結合は不純物添加濃度
に強い依存性を持つ為にベース厚を約３６ｎｍ未満にま
で小さくすると、ｆＭＡＸが著しく劣化する。劣化が起
きるのは、ベース厚が小さくなるに従ってベースシート
抵抗が増大する為である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、当該分野にお
いては、高い動作周波数を維持しつつ高い電流利得を提
供することが出来るＨＢＴが必要とされているのであ
る。
いては、高い動作周波数を維持しつつ高い電流利得を提
供することが出来るＨＢＴが必要とされているのであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明はＩｎＰコレク
タ、ＧａＡｓＳｂベース及びＩｎＰエミッタを含むＨＢ
Ｔであり、ベースが薄いＧａＡｓＳｂ層で構成されたこ
とを特徴とするものである。この薄いベース層は、コレ
クタ材料のバルク格子定数に整合するバルク格子定数を
持つ組成のＧａＡｓＳｂ材料から形成することが出来
る。ＧａＡｓＳｂベース層の厚さは４９ｎｍ未満、出来
れば約２０ｎｍ未満であることが望ましい。ベースへの
不純物添加を高レベルで行うことによりシート抵抗を低
下させ、また、ベース層を薄くしたことによるベース直
列抵抗を低減する。エミッタもＩｎＰコレクタと格子整
合する組成を持つＡｌＩｎＡｓを用いて形成することが
出来る。
タ、ＧａＡｓＳｂベース及びＩｎＰエミッタを含むＨＢ
Ｔであり、ベースが薄いＧａＡｓＳｂ層で構成されたこ
とを特徴とするものである。この薄いベース層は、コレ
クタ材料のバルク格子定数に整合するバルク格子定数を
持つ組成のＧａＡｓＳｂ材料から形成することが出来
る。ＧａＡｓＳｂベース層の厚さは４９ｎｍ未満、出来
れば約２０ｎｍ未満であることが望ましい。ベースへの
不純物添加を高レベルで行うことによりシート抵抗を低
下させ、また、ベース層を薄くしたことによるベース直
列抵抗を低減する。エミッタもＩｎＰコレクタと格子整
合する組成を持つＡｌＩｎＡｓを用いて形成することが
出来る。
【００１２】他の実施形態においては、Ａｓ含有量の高
いＧａＡｓＳｂ組成で薄型ベース層を構成することによ
り、エミッタ−ベース接合の伝導帯バンドエネルギー不
連続量を小さくすることが出来る。ＨＢＴのベースを構
成するＧａＡｓＳｂ薄膜は、最高で約６５％の砒素成分
を含む組成で形成することが出来る。これにより伝導帯
エネルギー不連続量が小さくなるという利点が提供され
るが、一方でＧａＡｓＳｂ中の砒素成分が約５１％より
も大きくなるとＧａＡｓＳｂベース層の格子パラメータ
が変化する為、これを従来通りに厚く成長させた場合は
好ましくない転位が生じてしまう。転位の発生を防止す
る為にＧａＡｓＳｂベース層は転位が発生し得る臨界膜
厚を超えない厚さに形成される。このようなＧａＡｓＳ
ｂベース層はコレクタ上において仮晶的に「歪められ
る」為、この層の格子定数はコレクタの格子定数に一致
することになるのである。ベースに高レベルの不純物添
加を行うのは、シート抵抗を減らし、ベース層を薄く形
成したことに起因するベース直列抵抗を低減する為であ
る。
いＧａＡｓＳｂ組成で薄型ベース層を構成することによ
り、エミッタ−ベース接合の伝導帯バンドエネルギー不
連続量を小さくすることが出来る。ＨＢＴのベースを構
成するＧａＡｓＳｂ薄膜は、最高で約６５％の砒素成分
を含む組成で形成することが出来る。これにより伝導帯
エネルギー不連続量が小さくなるという利点が提供され
るが、一方でＧａＡｓＳｂ中の砒素成分が約５１％より
も大きくなるとＧａＡｓＳｂベース層の格子パラメータ
が変化する為、これを従来通りに厚く成長させた場合は
好ましくない転位が生じてしまう。転位の発生を防止す
る為にＧａＡｓＳｂベース層は転位が発生し得る臨界膜
厚を超えない厚さに形成される。このようなＧａＡｓＳ
ｂベース層はコレクタ上において仮晶的に「歪められ
る」為、この層の格子定数はコレクタの格子定数に一致
することになるのである。ベースに高レベルの不純物添
加を行うのは、シート抵抗を減らし、ベース層を薄く形
成したことに起因するベース直列抵抗を低減する為であ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して本発明
の好適実施形態となるヘテロ接合バイポーラトランジス
タ及びその製造方法について添付図面を参照して詳細に
説明する。本発明は、添付図を参照することでより容易
に理解することが出来る。図中の要素の相対的な寸法は
必ずしも正確ではなく、本発明の原理を明確に説明する
ことに重点をおいて描いたものである。
の好適実施形態となるヘテロ接合バイポーラトランジス
タ及びその製造方法について添付図面を参照して詳細に
説明する。本発明は、添付図を参照することでより容易
に理解することが出来る。図中の要素の相対的な寸法は
必ずしも正確ではなく、本発明の原理を明確に説明する
ことに重点をおいて描いたものである。
【００１４】以下の説明はｎｐｎ型へテロ接合バイポー
ラトランジスタ（ＨＢＴ）に関するものであるが、本発
明はｐｎｐ型のＨＢＴにも同様にして適用することが出
来る。
ラトランジスタ（ＨＢＴ）に関するものであるが、本発
明はｐｎｐ型のＨＢＴにも同様にして適用することが出
来る。
【００１５】ＨＢＴのエミッタを構成する材料はベース
を構成する材料のバンドギャップよりも広いバンドギャ
ップを持っている。これによりベース領域からエミッタ
領域への好ましくない正孔の流入を抑止するエネルギー
障壁がエミッタ−ベース接合の価電子帯に形成される。
この構成によれば、ＨＢＴのエミッタ注入効率、電流利
得及び動作周波数が高くなる。
を構成する材料のバンドギャップよりも広いバンドギャ
ップを持っている。これによりベース領域からエミッタ
領域への好ましくない正孔の流入を抑止するエネルギー
障壁がエミッタ−ベース接合の価電子帯に形成される。
この構成によれば、ＨＢＴのエミッタ注入効率、電流利
得及び動作周波数が高くなる。
【００１６】図２は従来のＩｎＰエミッタ／ＧａＡｓＳ
ｂベース／ＩｎＰコレクタ構成のＨＢＴのエミッタ−ベ
ース接合に適度な順方向電気バイアスを印加した場合の
エネルギーバンド１１を示すグラフである。縦軸１２は
エネルギーレベルを表し、横軸１４は距離、即ちエミッ
タ領域２２、ベース領域２４、そしてコレクタ領域２６
をそれぞれに構成する材料の厚さを表している。ＧａＡ
ｓＳｂベースとＩｎＰコレクタを持つＨＢＴは図示した
ようにコレクタ−ベース接合３２においてタイプＩＩの
バンド構造を持っている。伝導帯１６におけるエネルギ
ー不連続量ΔＥ ｃは約０．１８エレクトロンボルト（ｅ
Ｖ）であり、価電子帯１８におけるエネルギー不連続量
ΔＥｖは約０．７６ｅＶである。基本的に、この接合に
対するこのバンド構造は以下の理由から理想的とされ
る。即ち、小さな衝撃エネルギーΔＥｃが集められた電
子に与えられる為、そして金属ベース（ベース−コレク
タ接合３２）に大きい価電子帯不連続量ΔＥｖがあり、
これにより低い、又は正のコレクタバイアスであっても
コレクタ領域２６への正孔の注入が抑制される為であ
る。広いバンドギャップのＩｎＰはコレクタ領域２６全
体にわたって伸びている為、電子雪崩降伏が最少化され
る。
ｂベース／ＩｎＰコレクタ構成のＨＢＴのエミッタ−ベ
ース接合に適度な順方向電気バイアスを印加した場合の
エネルギーバンド１１を示すグラフである。縦軸１２は
エネルギーレベルを表し、横軸１４は距離、即ちエミッ
タ領域２２、ベース領域２４、そしてコレクタ領域２６
をそれぞれに構成する材料の厚さを表している。ＧａＡ
ｓＳｂベースとＩｎＰコレクタを持つＨＢＴは図示した
ようにコレクタ−ベース接合３２においてタイプＩＩの
バンド構造を持っている。伝導帯１６におけるエネルギ
ー不連続量ΔＥ ｃは約０．１８エレクトロンボルト（ｅ
Ｖ）であり、価電子帯１８におけるエネルギー不連続量
ΔＥｖは約０．７６ｅＶである。基本的に、この接合に
対するこのバンド構造は以下の理由から理想的とされ
る。即ち、小さな衝撃エネルギーΔＥｃが集められた電
子に与えられる為、そして金属ベース（ベース−コレク
タ接合３２）に大きい価電子帯不連続量ΔＥｖがあり、
これにより低い、又は正のコレクタバイアスであっても
コレクタ領域２６への正孔の注入が抑制される為であ
る。広いバンドギャップのＩｎＰはコレクタ領域２６全
体にわたって伸びている為、電子雪崩降伏が最少化され
る。
【００１７】ＩｎＰコレクタを用いたＨＢＴでも他の構
成とした場合はこれらの利点は提供されない。例えば、
同じ構造ではあるがベースにＩｎＧａＡｓを用いた場合
でもコレクタ−ベース接合に大きい価電子帯不連続量Δ
Ｅｖが維持され、広幅バンドギャップＩｎＰの利点も提
供される。しかし残念ながらＩｎＧａＡｓベースは電子
収集を阻む障壁を作ってしまい、これによりベース中に
好ましくない電荷の蓄積が起きる可能性がある。これは
装置の周波数応答及び最高電流性能を損なってしまう。
この障壁を排除するにしても、その為の方法はいずれも
コレクタ−ベース接合における大きい価電子帯不連続量
ΔＥｖと広バンドギャップＩｎＰの利点を犠牲にするも
のである。
成とした場合はこれらの利点は提供されない。例えば、
同じ構造ではあるがベースにＩｎＧａＡｓを用いた場合
でもコレクタ−ベース接合に大きい価電子帯不連続量Δ
Ｅｖが維持され、広幅バンドギャップＩｎＰの利点も提
供される。しかし残念ながらＩｎＧａＡｓベースは電子
収集を阻む障壁を作ってしまい、これによりベース中に
好ましくない電荷の蓄積が起きる可能性がある。これは
装置の周波数応答及び最高電流性能を損なってしまう。
この障壁を排除するにしても、その為の方法はいずれも
コレクタ−ベース接合における大きい価電子帯不連続量
ΔＥｖと広バンドギャップＩｎＰの利点を犠牲にするも
のである。
【００１８】しかし、ＧａＡｓＳｂベースとＩｎＰエミ
ッタを持つＨＢＴ（その特性を図２に示した）であって
も、タイプＩＩのバンド構造に起因した２つの欠点があ
る。これら２つの欠点はいずれも、“ｑ”を電荷、“Δ
Ｅｃ”を伝導帯不連続性、“ｋ”をボルツマン定数、
“Ｔ”を絶対接合温度とした場合にｅｘｐ（−ｑΔＥｃ
／ｋＴ）であるヘテロ接合における電子密度の不連続性
に関係している。ΔＥｃは約０．１８±０．１ｅＶであ
る為、不連続部にわたる電子密度の比率は室温で２ｘ１
０−５〜５ｘ１０−２である。
ッタを持つＨＢＴ（その特性を図２に示した）であって
も、タイプＩＩのバンド構造に起因した２つの欠点があ
る。これら２つの欠点はいずれも、“ｑ”を電荷、“Δ
Ｅｃ”を伝導帯不連続性、“ｋ”をボルツマン定数、
“Ｔ”を絶対接合温度とした場合にｅｘｐ（−ｑΔＥｃ
／ｋＴ）であるヘテロ接合における電子密度の不連続性
に関係している。ΔＥｃは約０．１８±０．１ｅＶであ
る為、不連続部にわたる電子密度の比率は室温で２ｘ１
０−５〜５ｘ１０−２である。
【００１９】第一の欠点は、低い電流利得である。限界
注入レベルを下回る場合、金属接合（エミッタ−ベース
接合２８）における界面再結合は接合部エミッタ側の電
子密度と界面準位特性に左右されることが示され得る。
注入レベルを下回る場合、金属接合（エミッタ−ベース
接合２８）における界面再結合は接合部エミッタ側の電
子密度と界面準位特性に左右されることが示され得る。
【００２０】界面電流密度ｊｉｎｔｅｒｆａｃｅは、界
面エミッタ側の電子密度をｎｅｍｉ ｔｔｅｒ、界面再結
合速度をｖｉｎｔｅｒｆａｃｅとした場合、ｊ
ｉｎｔｅｒｆ ａｃｅ＝ｑｎｅｍｉｔｔｅｒｖ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅで表される。界面再結合速度ｖ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅは、界面準位による電子捕獲が生じ
る断面積をσｎ、電子の熱運動速度を
ｖｔｈｅｒｍａｌ、単位面積あたりの準位密度をＮ
ｔｒａｐｓ、界面における空間的な間接放射再結合の比
例関係を説明する定数をＫｓ−ｉ−ｒ ａｄ、そして界面
ベース側の正孔密度をＰｂａｓｅとした場合、ｖ
ｉｎｔｅｒｆ ａｃｅ＝σｎｖｔｈｅｒｍａｌＮ
ｔｒａｐｓ＋Ｋｓ−ｉ−ｒａｄＰｂａｓｅで表される。
面エミッタ側の電子密度をｎｅｍｉ ｔｔｅｒ、界面再結
合速度をｖｉｎｔｅｒｆａｃｅとした場合、ｊ
ｉｎｔｅｒｆ ａｃｅ＝ｑｎｅｍｉｔｔｅｒｖ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅで表される。界面再結合速度ｖ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅは、界面準位による電子捕獲が生じ
る断面積をσｎ、電子の熱運動速度を
ｖｔｈｅｒｍａｌ、単位面積あたりの準位密度をＮ
ｔｒａｐｓ、界面における空間的な間接放射再結合の比
例関係を説明する定数をＫｓ−ｉ−ｒ ａｄ、そして界面
ベース側の正孔密度をＰｂａｓｅとした場合、ｖ
ｉｎｔｅｒｆ ａｃｅ＝σｎｖｔｈｅｒｍａｌＮ
ｔｒａｐｓ＋Ｋｓ−ｉ−ｒａｄＰｂａｓｅで表される。
【００２１】従って、全体的な界面再結合速度は、準位
による再結合及び空間的な間接放射再結合による。実際
に形成し得る材料界面は電気的に完全とは言えない。例
えば、エネルギーギャップ中に空間的局在化状態を作り
出す要因となる不純物又は欠陥が界面中に存在すること
もある。これらの空間的局在化状態の中へと到達した電
子又は正孔は移動することが出来ず（伝導帯又は価電子
帯中の電子又は正孔は移動可能）、また、これらの空間
的局在化状態は価電子帯及び伝導帯の間のポテンシャル
エネルギーを持っている。これらの空間的局在化状態は
電子及び正孔を交互に捕獲し、これにより再結合経路を
提供するのである。これは概念的にショットキー・リー
ド・ホール再結合と似ている。
による再結合及び空間的な間接放射再結合による。実際
に形成し得る材料界面は電気的に完全とは言えない。例
えば、エネルギーギャップ中に空間的局在化状態を作り
出す要因となる不純物又は欠陥が界面中に存在すること
もある。これらの空間的局在化状態の中へと到達した電
子又は正孔は移動することが出来ず（伝導帯又は価電子
帯中の電子又は正孔は移動可能）、また、これらの空間
的局在化状態は価電子帯及び伝導帯の間のポテンシャル
エネルギーを持っている。これらの空間的局在化状態は
電子及び正孔を交互に捕獲し、これにより再結合経路を
提供するのである。これは概念的にショットキー・リー
ド・ホール再結合と似ている。
【００２２】空間的な間接再結合はタイプＩＩヘテロ接
合の一方の側（この事例ではＩｎＰ側）に局在化された
電子と、反対側（この事例ではＧａＡｓＳｂ側）に局在
化された正孔との間に生じるバンド間再結合である。こ
の再結合を空間的な間接再結合と呼ぶのは、電子と正孔
が古典物理学に基づいて分離される為である。量子物理
学によれば、電子及び正孔は完全に局在化されているわ
けではない。これらはわずかに重なり合う波動関数によ
り表される。従っていくらかの再結合が生じる。これら
の作用はいずれも当事者には周知である。
合の一方の側（この事例ではＩｎＰ側）に局在化された
電子と、反対側（この事例ではＧａＡｓＳｂ側）に局在
化された正孔との間に生じるバンド間再結合である。こ
の再結合を空間的な間接再結合と呼ぶのは、電子と正孔
が古典物理学に基づいて分離される為である。量子物理
学によれば、電子及び正孔は完全に局在化されているわ
けではない。これらはわずかに重なり合う波動関数によ
り表される。従っていくらかの再結合が生じる。これら
の作用はいずれも当事者には周知である。
【００２３】注入電流密度ｊｉｎｊｅｃｔｉｏｎは、エ
ミッタ−ベース接合のベース側の注入電子密度をｎ
ｂａｓｅ、そしてベースを通る電子の速度をｖｂａｓｅ
とした場合、ｊｉｎｊｅｃｔｉｏｎ＝ｑｎｂａｓｅｖ
ｂａｓｅで表される。ｊｉｎｊｅｃ ｔｉｏｎ／ｊ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＝ｖｂａｓｅｎｂａｓｅ／ｖ
ｉｎｔｅｒｆａｃ ｅｎｅｍｉｔｔｅｒの比は、トランジ
スタの電流利得の上限を表す。金属接合のいずれかの側
の電子密度比により界面再結合速度がｅｘｐ（ｑΔＥｃ
／ｋＴ）で有効に乗算され、電流利得に直接的な影響を
及ぼすことになる。
ミッタ−ベース接合のベース側の注入電子密度をｎ
ｂａｓｅ、そしてベースを通る電子の速度をｖｂａｓｅ
とした場合、ｊｉｎｊｅｃｔｉｏｎ＝ｑｎｂａｓｅｖ
ｂａｓｅで表される。ｊｉｎｊｅｃ ｔｉｏｎ／ｊ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＝ｖｂａｓｅｎｂａｓｅ／ｖ
ｉｎｔｅｒｆａｃ ｅｎｅｍｉｔｔｅｒの比は、トランジ
スタの電流利得の上限を表す。金属接合のいずれかの側
の電子密度比により界面再結合速度がｅｘｐ（ｑΔＥｃ
／ｋＴ）で有効に乗算され、電流利得に直接的な影響を
及ぼすことになる。
【００２４】ＧａＡｓＳｂベース及びＩｎＰエミッタを
含むＨＢＴの第二の欠点とは、電流が電流利得の圧縮が
生じる値にまで低下するという点である。代表的なＨＢ
Ｔにおいては、エミッタ−ベース容量を低減する為にエ
ミッタに相対的に低濃度のＮ ｅが添加される。例えば、
一定のエミッタ不純物添加濃度を利用した場合、ベース
への注入電子密度にＮｅｅｘｐ（−ｑΔＥｃ／ｋＴ）の
厳格な上限が課せられる。これは図２のＩｎＰ／ＧａＡ
ｓＳｂ／Ｉｎｐ型ＨＢＴのエミッタ−ベース接合６８に
強い順方向バイアスを印加した場合の特性を表したエネ
ルギーバンド図５１である図３に示されている。このバ
イアス値に近づくと、エミッタ容量が非常に大きくな
り、周波数応答が急激に低下する。純粋な拡散輸送で
は、ベースを通る電子速度（ｖｂａｓｅ）は代表的なマ
イクロ波トランジスタにおいて１０７ｃｍ／秒程度であ
る。これにより、電子不連続性がある場合は電流密度２
０Ａ／ｃｍ２〜５×１０４Ａ／ｃｍ２において利得圧縮
が生じる。実験結果から得られた値はこの範囲の中でも
上限値に近いが、それでもエミッタ帯電周波数ｇｍ／
（２πＣｅ）を制限することで装置の性能に深刻な限界
が設けられる（ここでｇｍはダイナミックエミッタコン
ダクタンス、Ｃｅはエミッタ接合容量）。
含むＨＢＴの第二の欠点とは、電流が電流利得の圧縮が
生じる値にまで低下するという点である。代表的なＨＢ
Ｔにおいては、エミッタ−ベース容量を低減する為にエ
ミッタに相対的に低濃度のＮ ｅが添加される。例えば、
一定のエミッタ不純物添加濃度を利用した場合、ベース
への注入電子密度にＮｅｅｘｐ（−ｑΔＥｃ／ｋＴ）の
厳格な上限が課せられる。これは図２のＩｎＰ／ＧａＡ
ｓＳｂ／Ｉｎｐ型ＨＢＴのエミッタ−ベース接合６８に
強い順方向バイアスを印加した場合の特性を表したエネ
ルギーバンド図５１である図３に示されている。このバ
イアス値に近づくと、エミッタ容量が非常に大きくな
り、周波数応答が急激に低下する。純粋な拡散輸送で
は、ベースを通る電子速度（ｖｂａｓｅ）は代表的なマ
イクロ波トランジスタにおいて１０７ｃｍ／秒程度であ
る。これにより、電子不連続性がある場合は電流密度２
０Ａ／ｃｍ２〜５×１０４Ａ／ｃｍ２において利得圧縮
が生じる。実験結果から得られた値はこの範囲の中でも
上限値に近いが、それでもエミッタ帯電周波数ｇｍ／
（２πＣｅ）を制限することで装置の性能に深刻な限界
が設けられる（ここでｇｍはダイナミックエミッタコン
ダクタンス、Ｃｅはエミッタ接合容量）。
【００２５】図４は、本発明に基づいて製造されたＨＢ
Ｔ１００の断面を示す概略図である。ＨＢＴ１００はＩ
ｎＰ基板１０１を含み、この上に高濃度のｎ型不純物を
添加したサブコレクタ層１０２が形成されている。サブ
コレクタ層１０２上にはｎ型ＩｎＰコレクタ層１０４が
形成される。また、図示したように、サブコレクタ層１
０２の一部分には金属接触１０６が形成されている。
Ｔ１００の断面を示す概略図である。ＨＢＴ１００はＩ
ｎＰ基板１０１を含み、この上に高濃度のｎ型不純物を
添加したサブコレクタ層１０２が形成されている。サブ
コレクタ層１０２上にはｎ型ＩｎＰコレクタ層１０４が
形成される。また、図示したように、サブコレクタ層１
０２の一部分には金属接触１０６が形成されている。
【００２６】ＩｎＰコレクタ層１０４上には高濃度のｐ
型不純物を添加したＧａＡｓＳｂベース層１１０が４９
ｎｍ未満、望ましくは約２０ｎｍの厚さに形成されてお
り、このベース層１１０の一部分には図示したように金
属接触１１２が設けられている。ベース層１１０は異な
る組成で形成することが出来る。
型不純物を添加したＧａＡｓＳｂベース層１１０が４９
ｎｍ未満、望ましくは約２０ｎｍの厚さに形成されてお
り、このベース層１１０の一部分には図示したように金
属接触１１２が設けられている。ベース層１１０は異な
る組成で形成することが出来る。
【００２７】本発明の一実施形態によれば、ベース層１
１０の材料は、ＩｎＰコレクタ層１０４のバルク格子定
数に整合するバルク格子定数が得られる組成を持ってい
る。この格子整合は、約５０〜５１％範囲の砒素成分を
含むＧａＡｓＳｂを用いることにより実現される。この
ように薄いベース層構造を形成した場合、ベース直列抵
抗Ｒｂが増大する。従って、薄い格子整合ＧａＡｓＳｂ
ベース層１１０には約６×１０１９アクセプタ／ｃｍ３
の高い濃度に不純物を添加することが望ましい。ＧａＡ
ｓＳｂのドーピング挙動により、ベース層１１０を薄く
形成し、かつ高濃度に不純物添加を行うことが出来、よ
って高い電流利得を維持することが出来る。
１０の材料は、ＩｎＰコレクタ層１０４のバルク格子定
数に整合するバルク格子定数が得られる組成を持ってい
る。この格子整合は、約５０〜５１％範囲の砒素成分を
含むＧａＡｓＳｂを用いることにより実現される。この
ように薄いベース層構造を形成した場合、ベース直列抵
抗Ｒｂが増大する。従って、薄い格子整合ＧａＡｓＳｂ
ベース層１１０には約６×１０１９アクセプタ／ｃｍ３
の高い濃度に不純物を添加することが望ましい。ＧａＡ
ｓＳｂのドーピング挙動により、ベース層１１０を薄く
形成し、かつ高濃度に不純物添加を行うことが出来、よ
って高い電流利得を維持することが出来る。
【００２８】他の実施形態においては、５１％を超える
約６５％までの範囲、望ましくは５１％を超える約６０
％までの範囲、より好ましくは約５４％〜５６％の範
囲、そして最も好ましくは約５５％の砒素成分を含むＧ
ａＡｓＳｂの薄い層１１０が形成される。これらの砒素
成分比を採用した場合、ベース層材料のバルク格子定数
はＩｎＰコレクタ層１０４のバルク格子定数とは一致し
なくなる。上述した範囲の砒素比率及び上述した厚さと
した場合、ＧａＡｓＳｂベース層１１０を仮晶成長さ
せ、クラックを生じずに歪みを持たせる。このようにす
れば、ＧａＡｓＳｂベース層１１０の格子パラメータは
ＩｎＰコレクタ１０４及びＩｎＰエミッタ１１４の格子
パラメータに一致するのである。
約６５％までの範囲、望ましくは５１％を超える約６０
％までの範囲、より好ましくは約５４％〜５６％の範
囲、そして最も好ましくは約５５％の砒素成分を含むＧ
ａＡｓＳｂの薄い層１１０が形成される。これらの砒素
成分比を採用した場合、ベース層材料のバルク格子定数
はＩｎＰコレクタ層１０４のバルク格子定数とは一致し
なくなる。上述した範囲の砒素比率及び上述した厚さと
した場合、ＧａＡｓＳｂベース層１１０を仮晶成長さ
せ、クラックを生じずに歪みを持たせる。このようにす
れば、ＧａＡｓＳｂベース層１１０の格子パラメータは
ＩｎＰコレクタ１０４及びＩｎＰエミッタ１１４の格子
パラメータに一致するのである。
【００２９】当事者には周知のように、仮晶層中の格子
定数は成長方向に垂直な２つの次元において基板格子と
一致するように引き伸ばされるか或いは圧縮されるので
ある。成長方向における格子パラメータは全く異なる
が、仮晶表面が呈する格子定数は、成膜中に供給される
構成原子にとっては格子整合表面である。従って、薄い
仮晶層をベース層１１０として用いることは、完全に格
子整合したベース層１１０を用いることに物理的に極め
て近い。
定数は成長方向に垂直な２つの次元において基板格子と
一致するように引き伸ばされるか或いは圧縮されるので
ある。成長方向における格子パラメータは全く異なる
が、仮晶表面が呈する格子定数は、成膜中に供給される
構成原子にとっては格子整合表面である。従って、薄い
仮晶層をベース層１１０として用いることは、完全に格
子整合したベース層１１０を用いることに物理的に極め
て近い。
【００３０】ベース層１１０をＧａＡｓＸＳｂ１−Ｘで
構成し、第一の実施形態としてＸを０．５１とした場
合、ベース層に歪みはほとんど生じず、ＩｎＰコレクタ
層１０４に対してほぼ完全に格子整合した状態となる。
しかしながら、Ｘが０．５１から著しくかけ離れた値で
ある場合、ＧａＡｓＳｂベース層１１０のバルク格子定
数はＩｎＰコレクタ層１０４とは一致しない。このよう
な場合、ＧａＡｓＳｂベース層１１０をクラックを生じ
ることなく充分に薄く仮晶成長させることにより、その
格子定数をＩｎＰコレクタ層１０４及びエミッタ１１４
中のＩｎＰ層の格子定数に一致させることが出来る。Ｇ
ａＡｓＳｂベース層１１０の砒素成分比を約５１％から
約６０％にまで増大させると、格子整合ベースと比較し
て伝導帯不連続量ΔＥｃが約０．０５ｅＶ低下する。
構成し、第一の実施形態としてＸを０．５１とした場
合、ベース層に歪みはほとんど生じず、ＩｎＰコレクタ
層１０４に対してほぼ完全に格子整合した状態となる。
しかしながら、Ｘが０．５１から著しくかけ離れた値で
ある場合、ＧａＡｓＳｂベース層１１０のバルク格子定
数はＩｎＰコレクタ層１０４とは一致しない。このよう
な場合、ＧａＡｓＳｂベース層１１０をクラックを生じ
ることなく充分に薄く仮晶成長させることにより、その
格子定数をＩｎＰコレクタ層１０４及びエミッタ１１４
中のＩｎＰ層の格子定数に一致させることが出来る。Ｇ
ａＡｓＳｂベース層１１０の砒素成分比を約５１％から
約６０％にまで増大させると、格子整合ベースと比較し
て伝導帯不連続量ΔＥｃが約０．０５ｅＶ低下する。
【００３１】ＧａＡｓＳｂベース層１１０に対して高濃
度の不純物添加を行うことにより、シート抵抗が低くな
り、ベース層１１０を薄くしたことに起因するベース直
列抵抗Ｒｂが低減される。基本的に、ＧａＡｓＳｂにお
いて高濃度のベース不純物添加が可能であること、そし
て先にあげた式２中のＣがＧａＡｓＳｂに付随した小さ
い値であることにより、適度に低いベース直列抵抗Ｒｂ
を維持しつつ薄いベースを用いることが可能となり、こ
れによりベース通過時間を短縮し、良好な電流利得を提
供することが出来る。ベースが薄い為、ＩｎＰに対して
格子整合はしていないものの、良好な結晶品質で充分に
薄く仮晶成長させることが出来るＧａＡｓＳｂ組成を使
用することが出来るのである。ベース材料の組成を調節
することが出来る自由がある為、ベース−エミッタ間の
伝導帯不連続量の調節が可能となる。このように、電流
利得の向上と、格子整合ベースを持つトランジスタに可
能なレベルよりも高い電流動作を実現することが出来
る。出来ればベース層１１０の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎ
ｍとすること、そして炭素（Ｃ）又はベリリウム（Ｂ
ｅ）を６×１０１９〜４×１０２０アクセプタ／ｃｍ３
の濃度に添加することが望ましい。
度の不純物添加を行うことにより、シート抵抗が低くな
り、ベース層１１０を薄くしたことに起因するベース直
列抵抗Ｒｂが低減される。基本的に、ＧａＡｓＳｂにお
いて高濃度のベース不純物添加が可能であること、そし
て先にあげた式２中のＣがＧａＡｓＳｂに付随した小さ
い値であることにより、適度に低いベース直列抵抗Ｒｂ
を維持しつつ薄いベースを用いることが可能となり、こ
れによりベース通過時間を短縮し、良好な電流利得を提
供することが出来る。ベースが薄い為、ＩｎＰに対して
格子整合はしていないものの、良好な結晶品質で充分に
薄く仮晶成長させることが出来るＧａＡｓＳｂ組成を使
用することが出来るのである。ベース材料の組成を調節
することが出来る自由がある為、ベース−エミッタ間の
伝導帯不連続量の調節が可能となる。このように、電流
利得の向上と、格子整合ベースを持つトランジスタに可
能なレベルよりも高い電流動作を実現することが出来
る。出来ればベース層１１０の厚さは２０ｎｍ〜４０ｎ
ｍとすること、そして炭素（Ｃ）又はベリリウム（Ｂ
ｅ）を６×１０１９〜４×１０２０アクセプタ／ｃｍ３
の濃度に添加することが望ましい。
【００３２】エミッタ１１４はベース層１１０上に形成
されたＩｎＰ層１１６を含むが、これには低濃度のｎ型
不純物が添加されている。ＩｎＰ層１１６の上にはこれ
より高い濃度のｎ型不純物を添加したＩｎＰ層１１８
が、そしてＩｎＰ層１１８上には高濃度のｎ型不純物を
添加したＩｎＧａＡｓ層１２０が形成されている。これ
らの２層１１８及び１２０はエミッタ１１４及び金属接
触１２２間にオーム接触を設けるものである。層１１６
及び１１８はＡｌＩｎＡｓから構成されたものでも良
い。ＡｌＩｎＡｓの組成は、コレクタ層１０４の格子定
数に整合する格子定数が得られるものを選択する。ベー
ス層１１０はＩｎＰコレクタ層１０４の格子定数に一致
する格子定数を持っている為、エミッタ１１４中のＡｌ
ＩｎＡｓ層１１６及び１１８もまた、ベース層１１０の
格子定数に一致することになる。サブコレクタ層１０
２、コレクタ層１０４、ベース層１１０及びエミッタ１
１４は、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により成
長させることが出来るが、方法はこれに限られない。
されたＩｎＰ層１１６を含むが、これには低濃度のｎ型
不純物が添加されている。ＩｎＰ層１１６の上にはこれ
より高い濃度のｎ型不純物を添加したＩｎＰ層１１８
が、そしてＩｎＰ層１１８上には高濃度のｎ型不純物を
添加したＩｎＧａＡｓ層１２０が形成されている。これ
らの２層１１８及び１２０はエミッタ１１４及び金属接
触１２２間にオーム接触を設けるものである。層１１６
及び１１８はＡｌＩｎＡｓから構成されたものでも良
い。ＡｌＩｎＡｓの組成は、コレクタ層１０４の格子定
数に整合する格子定数が得られるものを選択する。ベー
ス層１１０はＩｎＰコレクタ層１０４の格子定数に一致
する格子定数を持っている為、エミッタ１１４中のＡｌ
ＩｎＡｓ層１１６及び１１８もまた、ベース層１１０の
格子定数に一致することになる。サブコレクタ層１０
２、コレクタ層１０４、ベース層１１０及びエミッタ１
１４は、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により成
長させることが出来るが、方法はこれに限られない。
【００３３】ＧａＡｓＳｂベースを持つＨＢＴの実験結
果から得た認識に基づけば、上記の式１、式２及び式３
に当てはまる材料定数は、ＩｎＧａＡｓの値とはかなり
異なるものと考えられる。５×１０１９〜５×１０２０
範囲の正孔密度に対する正孔移動度の依存性は、ε〜０
と小さいように見受けられる。オージェ再結合が無視出
来るレベルにある一方で、界面再結合及び放射再結合の
組み合わせによるベース再結合は大きい。
果から得た認識に基づけば、上記の式１、式２及び式３
に当てはまる材料定数は、ＩｎＧａＡｓの値とはかなり
異なるものと考えられる。５×１０１９〜５×１０２０
範囲の正孔密度に対する正孔移動度の依存性は、ε〜０
と小さいように見受けられる。オージェ再結合が無視出
来るレベルにある一方で、界面再結合及び放射再結合の
組み合わせによるベース再結合は大きい。
【００３４】従って、ＧａＡｓＳｂベースを持つＨＢＴ
の場合、式２は； １／τＢ＝１／τＲＡＤ＋１／τＩＮＴＥＲＦＡＣＥ＝ＢＮＡ＋Ｖｉｎｔｅｒｆ ａｃｅ ／ＷＢ ・・・式４； となる。
の場合、式２は； １／τＢ＝１／τＲＡＤ＋１／τＩＮＴＥＲＦＡＣＥ＝ＢＮＡ＋Ｖｉｎｔｅｒｆ ａｃｅ ／ＷＢ ・・・式４； となる。
【００３５】図５は、薄いＧａＡｓＳｂベースを持つ第
一の実施形態に基づいて構成され、電流利得がベース層
厚の関数として５０となるように制約されたＨＢＴにお
けるｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース不純物添加量の変化挙動
を示すグラフである。高濃度のｐ型不純物を添加したＧ
ａＡｓＳｂにおける電子移動度、よって電子の拡散性
は、ＩｎＧａＡｓよりも小さく、従って通過時間はベー
ス厚のより有力な関数となる。ベース厚を薄くする方向
に変化させるとｆＭＡＸ及びｆＴはいずれも大幅に向上
することが図からわかる。カットオフ周波数ｆＴ及び最
高動作周波数ｆＭ ＡＸは左軸に対して、そしてベースへ
の不純物添加濃度は右軸に対してプロットしたものであ
る。参考として図１に示したＩｎＧａＡｓベースのトラ
ンジスタのｆＴ及びｆＭＡＸの変化挙動を点線で示し
た。
一の実施形態に基づいて構成され、電流利得がベース層
厚の関数として５０となるように制約されたＨＢＴにお
けるｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース不純物添加量の変化挙動
を示すグラフである。高濃度のｐ型不純物を添加したＧ
ａＡｓＳｂにおける電子移動度、よって電子の拡散性
は、ＩｎＧａＡｓよりも小さく、従って通過時間はベー
ス厚のより有力な関数となる。ベース厚を薄くする方向
に変化させるとｆＭＡＸ及びｆＴはいずれも大幅に向上
することが図からわかる。カットオフ周波数ｆＴ及び最
高動作周波数ｆＭ ＡＸは左軸に対して、そしてベースへ
の不純物添加濃度は右軸に対してプロットしたものであ
る。参考として図１に示したＩｎＧａＡｓベースのトラ
ンジスタのｆＴ及びｆＭＡＸの変化挙動を点線で示し
た。
【００３６】留意しておかなければならないのは、Ｉｎ
ＧａＡｓベースを持つＨＢＴを、これと同じ厚さのＧａ
ＡｓＳｂベースを持つＨＢＴと比較した場合、変化挙動
範囲全体にわたってＩｎＧａＡｓベースＨＢＴのｆＴの
方が高いという点である。この点に関して言うと、同等
のｆＴと大幅にこれよりも良好なｆＭＡＸ（図５の特
性）を得ようと思えば、いつでもＧａＡｓＳｂベースＨ
ＢＴのベース厚を薄くすることが出来るのである。推奨
される厚さは１０〜４９ｎｍであり、不純物濃度は約６
×１０１９アクセプタ／ｃｍ３〜約４×１０２０アクセ
プタ／ｃｍ３である。この範囲の上限は、極めて高濃度
の炭素を添加することに付随する材料の問題によって制
約される場合もあるが、１ｘ１０２０までの添加濃度で
あれば問題が無いことは実証されている。
ＧａＡｓベースを持つＨＢＴを、これと同じ厚さのＧａ
ＡｓＳｂベースを持つＨＢＴと比較した場合、変化挙動
範囲全体にわたってＩｎＧａＡｓベースＨＢＴのｆＴの
方が高いという点である。この点に関して言うと、同等
のｆＴと大幅にこれよりも良好なｆＭＡＸ（図５の特
性）を得ようと思えば、いつでもＧａＡｓＳｂベースＨ
ＢＴのベース厚を薄くすることが出来るのである。推奨
される厚さは１０〜４９ｎｍであり、不純物濃度は約６
×１０１９アクセプタ／ｃｍ３〜約４×１０２０アクセ
プタ／ｃｍ３である。この範囲の上限は、極めて高濃度
の炭素を添加することに付随する材料の問題によって制
約される場合もあるが、１ｘ１０２０までの添加濃度で
あれば問題が無いことは実証されている。
【００３７】上記において、伝導帯不連続量ΔＥｃによ
って放射再結合及び準位関連再結合が増加する為にエミ
ッタ−ベース間の金属接合における再結合電流が増大す
る可能性があることを説明した。放射再結合問題は、い
つでもこの不連続量を減じることにより緩和することが
出来る。空間的な間接放射再結合の項Ｋｓ−ｉ−ｒａ ｄ
ｐｂａｓｅは、これがバルク放射再結合に寄与するよう
に、式２の放射項１／τＲＡＤ＝ＢＮＡに寄与する。項
Ｋｓ−ｉ−ｒａｄｐｂａｓｅは、金属接合付近の電子及
び正孔波動関数の重なりから得られるものである。性質
上、空間的な間接放射再結合は、エミッタへとトンネル
して有効電子と重なり合った正孔と、ベースへとトンネ
ルして有効正孔と重なり合った電子によって生じる。空
間的な間接放射再結合の項がこの形式をとっているの
は、伝導帯及び価電子帯不連続量の相対的な大きさによ
り、正孔よりも電子のトンネル作用の方が大幅に強い為
である。従って、定数Ｋｓ−ｉ−ｒａｄは、ベースへと
トンネルする電子の波動関数の積分を反映している。Δ
Ｅｃが小さくなるに伴ってのＫｓ−ｉ−ｒａｄの増加
は、ΔＥｃが小さくなるに伴ってのｎｅの指数関数的減
少（一定のｎｂ、よって一定の注入電流において）と比
べると遅い。これはΔＥｃがｋＴ／ｑと比べて大きい限
りはそうである。準位による再結合もｎｅに依存する
為、等しくΔＥｃの減少による影響を受けやすいが、し
かしこの減少によって界面準位密度ＮＴが著しく増える
ことはない。従って、ＧａＡｓＳｂベースＨＢＴのスケ
ラビリティにより、ベース層中のＡｓ含有量を増大させ
ることで伝導帯不連続量ΔＥｃを低減することが出来る
のである。
って放射再結合及び準位関連再結合が増加する為にエミ
ッタ−ベース間の金属接合における再結合電流が増大す
る可能性があることを説明した。放射再結合問題は、い
つでもこの不連続量を減じることにより緩和することが
出来る。空間的な間接放射再結合の項Ｋｓ−ｉ−ｒａ ｄ
ｐｂａｓｅは、これがバルク放射再結合に寄与するよう
に、式２の放射項１／τＲＡＤ＝ＢＮＡに寄与する。項
Ｋｓ−ｉ−ｒａｄｐｂａｓｅは、金属接合付近の電子及
び正孔波動関数の重なりから得られるものである。性質
上、空間的な間接放射再結合は、エミッタへとトンネル
して有効電子と重なり合った正孔と、ベースへとトンネ
ルして有効正孔と重なり合った電子によって生じる。空
間的な間接放射再結合の項がこの形式をとっているの
は、伝導帯及び価電子帯不連続量の相対的な大きさによ
り、正孔よりも電子のトンネル作用の方が大幅に強い為
である。従って、定数Ｋｓ−ｉ−ｒａｄは、ベースへと
トンネルする電子の波動関数の積分を反映している。Δ
Ｅｃが小さくなるに伴ってのＫｓ−ｉ−ｒａｄの増加
は、ΔＥｃが小さくなるに伴ってのｎｅの指数関数的減
少（一定のｎｂ、よって一定の注入電流において）と比
べると遅い。これはΔＥｃがｋＴ／ｑと比べて大きい限
りはそうである。準位による再結合もｎｅに依存する
為、等しくΔＥｃの減少による影響を受けやすいが、し
かしこの減少によって界面準位密度ＮＴが著しく増える
ことはない。従って、ＧａＡｓＳｂベースＨＢＴのスケ
ラビリティにより、ベース層中のＡｓ含有量を増大させ
ることで伝導帯不連続量ΔＥｃを低減することが出来る
のである。
【００３８】図６は他の実施形態に基づくＨＢＴの
ｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース添加物濃度の変化挙動を示す
グラフであるが、このＨＢＴはＩｎＰコレクタ上にＧａ
Ａｓ０． ６２Ｓｂ０．３８の組成で仮晶成長させた薄い
ベース層を含んでおり、電流利得がベース層厚の関数と
して５０となるように制約されたものである。カットオ
フ周波数ｆＴ及び最高動作周波数ｆＭＡＸは左軸に対
し、そしてベース不純物濃度は右軸に対してプロットさ
れている。参考として図５に示した歪みを持たないＧａ
ＡｓＳｂベースのトランジスタにおけるベース不純物濃
度及びｆＭＡＸの変化挙動を点線で描いた。ここでのｆ
Ｔの変化挙動は図５とほぼ同じである。
ｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース添加物濃度の変化挙動を示す
グラフであるが、このＨＢＴはＩｎＰコレクタ上にＧａ
Ａｓ０． ６２Ｓｂ０．３８の組成で仮晶成長させた薄い
ベース層を含んでおり、電流利得がベース層厚の関数と
して５０となるように制約されたものである。カットオ
フ周波数ｆＴ及び最高動作周波数ｆＭＡＸは左軸に対
し、そしてベース不純物濃度は右軸に対してプロットさ
れている。参考として図５に示した歪みを持たないＧａ
ＡｓＳｂベースのトランジスタにおけるベース不純物濃
度及びｆＭＡＸの変化挙動を点線で描いた。ここでのｆ
Ｔの変化挙動は図５とほぼ同じである。
【００３９】歪みを持たせたＧａＡｓＳｂベース層１１
０はバルクとしても、エミッタ−ベース界面において
も、高い結晶完全性を持っている。Ａｓ含有量の高い合
金を用いることにより、伝導帯不連続量ΔＥｃを低減す
ることが出来る。Ａｓを０．６０程度の比で含む合金を
２０ｎｍ厚のベースに使用した場合、同じ不純物添加濃
度においてはコレクタ層及びエミッタに格子整合したベ
ース層を持つＨＢＴよりも良好な利得を提供するＨＢＴ
を得ることが出来る。これによりベース中の不純物添加
濃度をより高くしてｆＭＡＸを向上させることが出来る
可能性につながる。図６は、ΔＥｃを０．０５ｅＶ低減
したことによりｆＴ及びｆＭＡＸの両方が向上した例を
示すものである。
０はバルクとしても、エミッタ−ベース界面において
も、高い結晶完全性を持っている。Ａｓ含有量の高い合
金を用いることにより、伝導帯不連続量ΔＥｃを低減す
ることが出来る。Ａｓを０．６０程度の比で含む合金を
２０ｎｍ厚のベースに使用した場合、同じ不純物添加濃
度においてはコレクタ層及びエミッタに格子整合したベ
ース層を持つＨＢＴよりも良好な利得を提供するＨＢＴ
を得ることが出来る。これによりベース中の不純物添加
濃度をより高くしてｆＭＡＸを向上させることが出来る
可能性につながる。図６は、ΔＥｃを０．０５ｅＶ低減
したことによりｆＴ及びｆＭＡＸの両方が向上した例を
示すものである。
【００４０】図７は、図６のＩｎＰエミッタ／ＧａＡｓ
Ｓｂベース／ＩｎＰコレクタ構成のＨＢＴのエネルギー
バンド２００を示すグラフである。縦軸２１２はエネル
ギーレベルを表し、横軸２１４は距離、即ちエミッタ領
域１１４、ベース領域１１０及びコレクタ領域１０４を
それぞれに構成する材料の厚さを表している。伝導帯２
１６におけるエネルギー不連続量ΔＥｃは約０．１３ｅ
Ｖであり、価電子帯２１８におけるエネルギー不連続量
ΔＥｖは約０．７１ｅＶである。伝導帯２１６における
０．１３ｅＶの不連続量は、図３に示したものから約
０．０５ｅＶ分向上させたものである。
Ｓｂベース／ＩｎＰコレクタ構成のＨＢＴのエネルギー
バンド２００を示すグラフである。縦軸２１２はエネル
ギーレベルを表し、横軸２１４は距離、即ちエミッタ領
域１１４、ベース領域１１０及びコレクタ領域１０４を
それぞれに構成する材料の厚さを表している。伝導帯２
１６におけるエネルギー不連続量ΔＥｃは約０．１３ｅ
Ｖであり、価電子帯２１８におけるエネルギー不連続量
ΔＥｖは約０．７１ｅＶである。伝導帯２１６における
０．１３ｅＶの不連続量は、図３に示したものから約
０．０５ｅＶ分向上させたものである。
【００４１】当事者には明らかなように、先に説明した
本発明の実施の形態には本発明の原理から著しく離れる
ことなく様々な変更や改変を加えることが出来る。例え
ば本発明の概念は、ｎｐｎ型ＨＢＴ及びｐｎｐ型ＨＢＴ
のいずれにとっても有益なものである。これらの変更及
び改変形態は、本発明の範囲に全て含まれるものであ
る。
本発明の実施の形態には本発明の原理から著しく離れる
ことなく様々な変更や改変を加えることが出来る。例え
ば本発明の概念は、ｎｐｎ型ＨＢＴ及びｐｎｐ型ＨＢＴ
のいずれにとっても有益なものである。これらの変更及
び改変形態は、本発明の範囲に全て含まれるものであ
る。
【００４２】本発明を上述の好適実施形態に即して説明
すると、本発明は、コレクタ（１０４）と、エミッタ
（１１４）と、そしてコレクタ（１０４）及びエミッタ
（１１４）間に位置するベース（１１０）とを含むヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ（１００）であって、ベ
ースが４９ｎｍ未満の厚さを持つガリウム砒素アンチモ
ン（ＧａＡｓＳｂ）層を含むことを特徴とするヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（１００）を提供する。
すると、本発明は、コレクタ（１０４）と、エミッタ
（１１４）と、そしてコレクタ（１０４）及びエミッタ
（１１４）間に位置するベース（１１０）とを含むヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ（１００）であって、ベ
ースが４９ｎｍ未満の厚さを持つガリウム砒素アンチモ
ン（ＧａＡｓＳｂ）層を含むことを特徴とするヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（１００）を提供する。
【００４３】好ましくは、ベース（１１０）の組成は、
約５１％の砒素（Ａｓ）を含む。
約５１％の砒素（Ａｓ）を含む。
【００４４】好ましくは、ベース（１１０）の組成は、
約５５％の砒素（Ａｓ）を含む。
約５５％の砒素（Ａｓ）を含む。
【００４５】好ましくは、ベース（１１０）の組成は、
約６０％の砒素（Ａｓ）を含む。
約６０％の砒素（Ａｓ）を含む。
【００４６】好ましくは、ＧａＡｓＳｂベース層（１１
０）の厚さは、２０ｎｍ未満である。
０）の厚さは、２０ｎｍ未満である。
【００４７】好ましくは、ＧａＡｓＳｂベース層（１１
０）の格子定数がコレクタ層（１０４）及びエミッタ層
（１１４）の格子定数に一致するように、ＧａＡｓＳｂ
ベース層に歪みを持たせる。
０）の格子定数がコレクタ層（１０４）及びエミッタ層
（１１４）の格子定数に一致するように、ＧａＡｓＳｂ
ベース層に歪みを持たせる。
【００４８】好ましくは、ＧａＡｓＳｂベース層（１１
０）は、ベリリウム（Ｂｅ）を約６×１０１９〜４×１
０２０アクセプタ／ｃｍ３の濃度に添加したものであ
る。
０）は、ベリリウム（Ｂｅ）を約６×１０１９〜４×１
０２０アクセプタ／ｃｍ３の濃度に添加したものであ
る。
【００４９】好ましくは、ＧａＡｓＳｂベース層（１１
０）は、炭素（Ｃ）を約６×１０１ ９〜４×１０２０ア
クセプタ／ｃｍ３の濃度に添加したものである。
０）は、炭素（Ｃ）を約６×１０１ ９〜４×１０２０ア
クセプタ／ｃｍ３の濃度に添加したものである。
【００５０】好ましくは、ＧａＡｓＳｂベース層（１１
０）は、炭素（Ｃ）を約６×１０１ ９〜４×１０２０ア
クセプタ／ｃｍ３の濃度に添加したものである。
０）は、炭素（Ｃ）を約６×１０１ ９〜４×１０２０ア
クセプタ／ｃｍ３の濃度に添加したものである。
【００５１】本発明は、更に、ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ（１００）の製造方法であって、コレクタ
（１０４）を形成するステップと、エミッタ（１１４）
を形成するステップと、そして、コレクタ及びエミッタ
の間に位置するベース（１１０）を形成するステップを
含み、ベース層（１１０）が４９ｎｍ未満の厚さを持つ
ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含むこと
を特徴とする方法を提供する。
ランジスタ（１００）の製造方法であって、コレクタ
（１０４）を形成するステップと、エミッタ（１１４）
を形成するステップと、そして、コレクタ及びエミッタ
の間に位置するベース（１１０）を形成するステップを
含み、ベース層（１１０）が４９ｎｍ未満の厚さを持つ
ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含むこと
を特徴とする方法を提供する。
【図１】電流利得がベース層厚の関数として５０となる
ように制約したＩｎＧａＡｓベースＨＢＴにおける
ｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース不純物濃度の変化挙動を示す
図である。
ように制約したＩｎＧａＡｓベースＨＢＴにおける
ｆＴ、ｆＭＡＸ及びベース不純物濃度の変化挙動を示す
図である。
【図２】ＩｎＰエミッタ／ＧａＡｓＳｂベース／ＩｎＰ
コレクタ構造を持つ従来型ＨＢＴのエミッタ−ベース接
合に適度な順方向電気バイアスを印加した場合のエネル
ギーバンドを示すグラフである。
コレクタ構造を持つ従来型ＨＢＴのエミッタ−ベース接
合に適度な順方向電気バイアスを印加した場合のエネル
ギーバンドを示すグラフである。
【図３】図２のＩｎＰエミッタ／ＧａＡｓＳｂベース／
ＩｎＰコレクタ構造を持つＨＢＴのエミッタ−ベース接
合に強い順方向バイアスを印加した場合のエネルギーバ
ンドを示すグラフである。
ＩｎＰコレクタ構造を持つＨＢＴのエミッタ−ベース接
合に強い順方向バイアスを印加した場合のエネルギーバ
ンドを示すグラフである。
【図４】本発明の一様態に基づいて構成したＨＢＴの断
面図である。
面図である。
【図５】電流利得がベース層厚の関数として５０となる
ように制約した、薄いＧａＡｓＳｂベースを持つ第一の
実施形態に従って構成されたＨＢＴにおけるｆＴ、ｆＭ
ＡＸ及びベース不純物濃度の変化挙動を示すグラフであ
る。
ように制約した、薄いＧａＡｓＳｂベースを持つ第一の
実施形態に従って構成されたＨＢＴにおけるｆＴ、ｆＭ
ＡＸ及びベース不純物濃度の変化挙動を示すグラフであ
る。
【図６】本発明の他の実施形態に基づいて薄いＧａＡｓ
０．６２Ｓｂ０．３８組成のベース層をＩｎＰコレクタ
上に仮晶成長させ、電流利得がベース層厚の関数として
５０となるように制約したＨＢＴにおけるｆＴ、ｆ
ＭＡＸ及びベース不純物濃度の変化挙動を示すグラフで
ある。
０．６２Ｓｂ０．３８組成のベース層をＩｎＰコレクタ
上に仮晶成長させ、電流利得がベース層厚の関数として
５０となるように制約したＨＢＴにおけるｆＴ、ｆ
ＭＡＸ及びベース不純物濃度の変化挙動を示すグラフで
ある。
【図７】図６に示したＩｎＰエミッタ／ＧａＡｓＳｂベ
ース／ＩｎＰコレクタ構成を持つＨＢＴのエネルギーバ
ンド２００を示すグラフである。
ース／ＩｎＰコレクタ構成を持つＨＢＴのエネルギーバ
ンド２００を示すグラフである。
１００：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ） １０４：コレクタ １１０：ベース １１４：エミッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 コロンボ・アール・ボログネシ カナダ バンクーバー ポート・ムーディ ー シークレスト・コート909 Ｆターム(参考） 5F003 BA92 BC08 BE01 BE90 BF06 BG06 BM03 BP31
Claims (10)
- 【請求項１】コレクタと、 エミッタとそして前記コレクタ及び前記エミッタ間に位
置するベースとを含むヘテロ接合バイポーラトランジス
タであって、 前記ベースが４９ｎｍ未満の厚さを持つガリウム砒素ア
ンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含むことを特徴とするヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】前記ベースの組成が、約５１％の砒素（Ａ
ｓ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接
合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項３】前記ベースの組成が、約５５％の砒素（Ａ
ｓ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接
合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項４】前記ベースの組成が、約６０％の砒素（Ａ
ｓ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接
合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項５】前記ＧａＡｓＳｂベース層の厚さが２０ｎ
ｍ未満であることを特徴とする請求項３に記載のヘテロ
接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項６】前記ＧａＡｓＳｂベース層の格子定数が前
記コレクタ層及び前記エミッタ層の格子定数に一致する
ように、前記ＧａＡｓＳｂベース層に歪みを持たせたこ
とを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ。 - 【請求項７】前記ＧａＡｓＳｂベース層が、ベリリウム
（Ｂｅ）を約６ｘ１０１９〜４ｘ１０２０アクセプタ／
ｃｍ３の濃度に添加したものであることを特徴とする請
求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項８】前記ＧａＡｓＳｂベース層が、炭素（Ｃ）
を約６ｘ１０１９〜４ｘ１０２０アクセプタ／ｃｍ３の
濃度に添加したものであることを特徴とする請求項１に
記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項９】前記ＧａＡｓＳｂベース層が、炭素（Ｃ）
を約６ｘ１０１９〜４ｘ１０２０アクセプタ／ｃｍ３の
濃度に添加したものであることを特徴とする請求項５に
記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項１０】ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製
造方法であって、 コレクタを形成するステップと、 エミッタを形成するステップと、そして前記コレクタ及
び前記エミッタの間に位置するベースを形成するステッ
プを含み、前記ベース層が４９ｎｍ未満の厚さを持つガ
リウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）層を含むことを
特徴とする方法。
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|---|---|---|---|---|
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| JP2016122734A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 日本電信電話株式会社 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US7038256B1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-05-02 | Northrop Grumman Corp. | Low turn-on voltage, non-electron blocking double HBT structure |
| US8575659B1 (en) * | 2011-08-13 | 2013-11-05 | Hrl Laboratories, Llc | Carbon-beryllium combinationally doped semiconductor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000306920A (ja) * | 1999-04-20 | 2000-11-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその作製方法 |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000306920A (ja) * | 1999-04-20 | 2000-11-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその作製方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6903387B2 (en) | 2002-12-26 | 2005-06-07 | Sony Corporation | Semiconductor device |
| US7242038B2 (en) | 2004-07-01 | 2007-07-10 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Heterojunction bipolar transistor |
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