JP2002270817A - バイポーラトランジスタ - Google Patents

バイポーラトランジスタ

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JP2002270817A
JP2002270817A JP2001071174A JP2001071174A JP2002270817A JP 2002270817 A JP2002270817 A JP 2002270817A JP 2001071174 A JP2001071174 A JP 2001071174A JP 2001071174 A JP2001071174 A JP 2001071174A JP 2002270817 A JP2002270817 A JP 2002270817A
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region
layer
band gap
emitter
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典朗 松野
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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor 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
    • H01L29/10Semiconductor 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 not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/737Hetero-junction transistors
    • H01L29/7371Vertical transistors
    • H01L29/7378Vertical transistors comprising lattice mismatched active layers, e.g. SiGe strained layer transistors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組成傾斜ベーストランジスタと同等の高い特
性が得られ、かつ分留りと均一性に優れ、生産性の高い
バイポーラトランジスタを提供する。 【解決手段】 ベースはGe濃度の低い領域1と高い領
域2からなる。このベース層を作製するには2種類のG
e濃度について製膜条件を把握すればよく、従来技術と
比較して、製膜条件出しの工数が小さくなる。また製膜
時にGe組成を切り替える回数が1回で済むため、成長
条件が遷移状態にあることの影響を受けにくい。更にG
e濃度を一定に保ったまま比較的厚い膜を製膜するの
で、より安定した製膜が可能になる。以上の結果、デバ
イスの均一性と分留り、生産性が向上する。またこのよ
うにGe組成のステップ数を減らしても、fTとfma
xのピーク値は組成傾斜ベーストランジスタと同等であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特にバイポーラトランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】バイポーラトランジスタの特性を改善す
る方法として、ベース材料のバンドギャップをエミッタ
材料のバンドギャップよりも狭くし、かつベース内部の
バンドギャップをエミッタ側では広く、コレクタ側では
狭くする手法が知られている。
【0003】例えばシリコン系の材料を用いた例として
は、図14に示すようなSiGeベースを用いたバイポ
ーラトランジスタが挙げられる。この場合、エミッタと
コレクタにSiを用い、ベースにこれよりもバンドギャ
ップの狭いSiGeを用い、かつGe組成をエミッタ側
からコレクタ側へ向かって増加させる組成傾斜層を設け
てバンドギャップに傾斜をつける。
【0004】この組成傾斜層には、エミッタからベース
に注入された少数キャリアをコレクタ側に向かって加速
させる作用があり、これによりデバイスの電気的特性が
向上する。キャリアを効率よく加速させるためには、ベ
ース内部のバンドギャップの変化は、位置に対して連続
的に、滑らかに変化することが望ましい。SiGeベー
スを用いたバイポーラトランジスタの例でいえば、図1
4に示すGe組成傾斜領域のように、そのGe濃度はエ
ミッタ側からコレクタ側へ連続的に、滑らかに変化させ
ることが要求される。このことはその他の材料系を用い
たバイポーラトランジスタにおいても同様であり、ベー
ス材料のある特定の元素の組成をエミッタ側からコレク
タ側へ連続的に、滑らかに変化させることが要求され
る。また組成傾斜層の厚さと組成の変化の割合は、デバ
イス特性を左右するパラメタでもある。
【0005】このようなベースにエミッタと異なる材料
を用いる、いわゆるヘテロバイポーラトランジスタで
は、ベースをエピタキシャル法やCVD法などで作製す
るのが一般的である。これらの手法では、ベース層を製
膜した時点で、ベース層中の元素の組成が決定される。
従って組成傾斜層を作製するには、温度やガス分圧等の
製膜パラメタを連続的に変化させ、組成傾斜層の厚さ
と、組成傾斜層における組成のプロファイルが、意図し
た通りになるようにすることが必要である。
【0006】しかしながら一般にある製膜パラメタを変
化させると、組成と同時に成長レートや膜質も変化する
ため、膜質を保ちつつ所望の組成プロファイルを得るこ
とは難しい。また条件出しの面からも、組成を連続的に
変化させたときの成長レートや膜質について管理するの
は困難である。
【0007】以上の困難を解決する従来手法として、組
成傾斜ベースをステップ状に組成を変化させた層で置き
換える手法がある。
【0008】図15に、SiGeをベースに用いたバイ
ポーラトランジスタについて、この従来技術を適用した
例を示す。この場合、組成傾斜層はGe組成を10段階
の階段状に変化させた、Ge組成ステップ層で置き換え
られている。これにより、連続的に組成を変えることに
起因する困難は緩和される。この従来技術では、組成傾
斜ベースに近づけることが目的であることから、組成の
ステップ数は製膜上の困難が生じない範囲で多く取られ
る。このため、従来例では組成傾斜ステップの数は少な
くとも6以上で、多くとも20程度以下に取ることが一
般的である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
では、デバイスの生産性を高く保ちつつ、組成傾斜ベー
スと同等の効果を得られるデバイス構造を実現すること
は困難である。即ち、組成をステップ状に変化させる場
合にも、以下のような製膜上の難点がある。
【0010】(1)組成をステップ状に変化させる場
合、各組成条件について製膜条件を予め調べる必要があ
る。また一般に、装置の経時変化と共に製膜条件は変動
するため、定期的に製膜条件を調べ直すことが必要であ
る。ステップ数が多くなると、これらを実施するのに必
要な工数は大きくなり、デバイスの生産性を著しく低下
させる。
【0011】(2)膜の成長速度と組成は、一定の成長
条件である程度厚い膜を作製し、その膜厚と成長時間、
組成を調べることにより決定する。これを成長条件を変
えながら調べることにより、各成長条件における組成と
成長速度を調べ、その結果に基づいて組成傾斜層を作製
する製膜条件フローを決定する。しかしながら実際に組
成傾斜層を作製する場合には、組成を切り替えるため
に、成長条件を一時的に変動させる事が必要である。こ
のような遷移状態では、一定の成長条件の下で求めた成
長速度や組成が、そのまま当てはまるとは限らない。具
体例を挙げると、例えば供給する原料ガスの流量により
組成と成長速度が同時に変化する場合、マスフローメー
タから製膜室までの配線長さの分だけ、ガス流量のモニ
タ値と反応室のガス流量の間にはタイムラグが発生し、
その分膜厚や組成に誤差が生じる。また、成長温度によ
り組成と成長速度が同時に変化する場合、設定温度と実
際の温度にタイムラグが生じ、膜厚や組成に誤差が生じ
る、或いは基板表面と基板内部の温度差のために反応の
状態が変化し、やはり膜厚や組成に誤差が生じる、或い
は基板の外周と内周で温度差が生じるためにウェハ面内
均一性が劣化する、などの問題が生じる。一般には基板
温度とガス流量を同時に制御することで所望の組成と成
長速度を得ることから、これらの要素が複合し、事態は
より複雑になる。組成をステップ状に変化させる領域の
合計の厚さを一定とした場合、組成ステップ数が多いほ
どこの遷移状態下で製膜する機会が増え、バッチ間やウ
ェハ間、ウェハ内のデバイス特性均一性を損なう原因に
なる。即ち生産性を低下させる原因となる。
【0012】(3)作製したデバイスの品質を検査する
一つの方法として、デバイス作製時にバッチ投入する数
枚から数十枚のウェハの中に、各組成条件について成長
速度と組成をモニタするためのウェハを入れる方法があ
る。これらのウェハは各々異なる一定の成長条件で製膜
し、その膜の組成と厚さを調べることで組成と成長速度
をモニタする。例えばステップ数を10とした場合、モ
ニタ用のウェハが10枚必要である。仮に所用ウェハ数
が30枚であったとすると、一バッチは合計40枚とな
る。なお典型的な一バッチの枚数もこの程度である。こ
の場合、装置能力としては40枚処理できるところ、実
際には30枚のウェハしか製品としては使えないことに
なり、従ってベース膜成長工程の生産性は最大でも装置
能力の75%と、大きく低下することになる。
【0013】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、組成傾斜ベースを採用したデバイスと同等の高
い特性が得られ、かつ生産性の向上を図ったバイポーラ
トランジスタを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、ベースに
用いる半導体層の一部、もしくは全部の領域のバンドギ
ャップを、エミッタ層に用いる半導体層のバンドギャッ
プよりも狭くしたバイポーラトランジスタであって、ベ
ース領域のエミッタ側の端にエミッタよりもバンドギャ
ップが狭い第1の層を有し、かつベース領域内の、第1
の層のコレクタ側に隣接した部分に最もバンドギャップ
の狭い第2の層を有することを特徴とするバイポーラト
ランジスタである。
【0015】第2の発明は、ベースに用いる半導体層の
一部、もしくは全部の領域のバンドギャップを、エミッ
タ層に用いる半導体層のバンドギャップよりも狭くした
バイポーラトランジスタであって、ベース領域のエミッ
タ側の端にエミッタよりもバンドギャップが狭い第1の
層を有し、かつベース領域内の、第1の層のコレクタ側
に隣接した部分に第1の層よりもバンドギャップの狭い
第2の層を有し、かつベース領域内の、第2の層のコレ
クタ側に隣接した部分に最もバンドギャップの狭い第3
の層を有することを特徴とするバイポーラトランジスタ
である。
【0016】第3の発明は、ベースに用いる半導体層の
一部、もしくは全部の領域のバンドギャップを、エミッ
タ層に用いる半導体層のバンドギャップよりも狭くした
バイポーラトランジスタであって、ベース領域のエミッ
タ側の端にエミッタよりもバンドギャップが狭い第1の
層を有し、かつベース領域内の、第1の層のコレクタ側
に隣接した部分に第1の層よりもバンドギャップの狭い
第2の層を有し、かつベース領域内の、第2の層のコレ
クタ側に隣接した部分に第2の層よりもバンドギャップ
の狭い第3の層を有し、かつベース領域内の、第3の層
のコレクタ側に隣接した部分に最もバンドギャップの狭
い第4の層を有することを特徴とするバイポーラトラン
ジスタである。
【0017】第4の発明は、第1〜第3の何れかの発明
において、ベース領域のエミッタ端に、エミッタのベー
ス端と同じバンドギャップを有する領域を設けることを
特徴とするバイポーラトランジスタである。
【0018】第5の発明は、第4の発明において、ベー
ス領域のエミッタ端に設けた、エミッタのベース端と同
じバンドギャップを有する領域の厚みを10nm以下と
することを特徴とするバイポーラトランジスタである。
【0019】第6の発明は、第1〜第4の何れかの発明
において、ベース領域のうちのエミッタ端の第1の層の
一部が、エミッタ領域と同じ伝導型、もしくはアンドー
プになっていることを特徴とするバイポーラトランジス
タである。
【0020】第7の発明は、第6の発明において、エミ
ッタ領域と同じ伝導型、もしくはアンドープになってい
る第1の層の厚さが、20nm以下であることを特徴と
するバイポーラトランジスタである。
【0021】第8の発明は、第1〜第7の何れかの発明
において、ベース材料としてp型のSiGeを、エミッ
タ材料としてn型のSiを用い、ベース中のGe濃度を
変化させることでベース中のバンドギャップを変化させ
ることを特徴とするバイポーラトランジスタである。
【0022】第9の発明は、第1〜第7の何れかの発明
において、ベース材料としてp型のSiGeCを、エミ
ッタ材料としてn型のSiを用い、ベース中のGe濃度
とC濃度を変化させることでベース中のバンドギャップ
を変化させることを特徴とするバイポーラトランジスタ
である。
【0023】第10の発明は、第1〜第7の何れかの発
明において、ベース材料としてInGaAsを用い、ベ
ース中のIn濃度を変化させることでベース中のバンド
ギャップを変化させることを特徴とするバイポーラトラ
ンジスタである。
【0024】第11の発明は、第1〜第7の何れかの発
明において、ベース材料としてAlGaAsを用い、ベ
ース中のAl濃度を変化させることでベース中のバンド
ギャップを変化させることを特徴とするバイポーラトラ
ンジスタである。
【0025】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら本
発明のバイポーラトランジスタに係る実施の形態を詳細
に説明する。図1〜図13を参照すると本発明のバイポ
ーラトランジスタに係る実施の形態が示されている。
【0026】[第1の実施形態(請求項1及び8に係る
実施の形態)]まず、本発明に係る第1の実施形態につ
いて図1と図2を参照しながら説明する。図1には第1
の実施形態のデバイス構造の模式図が示されている。図
1に示されるように、エミッタ領域の材料はSiであ
る。ベースはGe濃度の低い領域1とGe濃度の高い領
域2からなる。領域1のバンドギャップはエミッタより
も狭く、領域2のバンドギャップは領域1よりも更に狭
い。
【0027】この構造では、ベース層を作製するには2
種類のGe濃度について製膜条件を把握すればよい。従
って従来技術に比較して、ベース膜成長工程の条件出し
の工数と、成長条件の経時変化を把握するための工数が
数分の一から十分の一程度に小さくなり、生産性が向上
する。
【0028】また、ベース層製膜時にGe組成を切り替
える回数が1回で済むため、成長条件を一時的に変動さ
せる、遷移状態の影響を受けにくくなる。このため従来
技術に比較して、製膜条件の管理をより厳密に行えるよ
うになり、結果としてデバイスの均一性と分留りが向上
する。
【0029】また、例えば図15に示した従来技術によ
り作製した構造のGeステップ領域では、Ge濃度が一
定の各ステップ領域の厚さは薄い。これに対し図1に示
す本実施形態の構造では、Geステップ領域に相当する
領域1のGe濃度は一定である。則ち本実施形態のデバ
イスの方が、Ge濃度を一定に保ったままより厚い膜を
製膜することになるので、製膜条件がより安定する。こ
のこともデバイスの均一性と分留りの向上に寄与する。
【0030】また、Geステップ領域の、Ge濃度が一
定の領域の厚さが厚いことにより、膜を光学的に観測
し、その屈折率からGe濃度と厚みを推定する手法を用
いることが出来る。この手法によれば、1 枚のサンプル
ウェハから各Ge濃度領域のGe濃度と厚さを、非破壊
で、かつ迅速に知ることが出来る。従って、デバイス作
製時のバッチに入れる製膜条件モニタ用のウェハの枚数
を減らすことが出来るので、生産性が向上する。またS
IMS等の破壊検査と異なり、製膜後直ちに製膜した膜
の品質を調べることが出来るため、製膜後の工程に見込
みで投入するリスクを回避することが出来る。則ち、万
一膜質に不備があった場合、即座にその後の工程を中止
できるため失敗コストが低減され、かつそのバックアッ
プとなるロットの投入を即座に決定できるため、膜質の
不備による生産の遅れを最小限に出来る。これらは全て
生産性の向上に繋がる。
【0031】図1に示す構造のようにGe組成のステッ
プ数を減らした場合、デバイス特性が劣化することが懸
念される。これについて、デバイスシミュレーションの
結果を図2に示す。横軸はGeステップの数、縦軸は遮
断周波数fTと最高発振周波数fmaxのピーク値であ
る。Geステップ数が1というのは、図3に示す、ベー
ス内のGe濃度が均一の構造である。Geステップ数が
2というのは、図1に示す本発明を用いた構造である。
またステップ数9に相当するところには、図2に示す理
想的な組成傾斜ベース構造の特性を示している。この図
3に示されたステップ数が1の時だけは、他の構造に比
較して高周波特性、則ちfT、fmaxが劣化してい
る。これに対しステップ数2以上では、fT、fmax
はほぼ一定である。則ちステップ数を2にすることによ
り、理想的な組成傾斜ベースと同等のfT、fmaxの
ピーク値を確保しつつ、前述のデバイス作製上の利点、
則ち均一性や分留り、生産性の改善というメリットが最
大限発揮される。
【0032】[第2の実施形態(請求項2及び8に係る
実施の形態)]本発明に係る第2の実施形態の構成を図
4に示す。図4には、本実施形態のデバイス構造の模式
図が示されている。図4に示されるようにエミッタ領域
の材料はSiである。ベースはGe濃度の低い領域3
と、領域3よりもGe濃度の高い領域4、領域4よりも
Ge濃度の高い領域5からなる。則ち組成ステップ層の
数は3であり、領域3のバンドギャップはエミッタより
も狭く、領域4のバンドギャップは領域3よりも狭く、
領域5のバンドギャップは領域4よりも更に狭い。
【0033】この組成ステップ層の数は、従来技術によ
り作製されたデバイスのそれの数分の一である。従って
従来構造に比較して、前述のデバイス作製上の利点、則
ち均一性や分留り、生産性の改善というメリットが得ら
れる。一方、デバイス特性のうち、fTとfmaxのピ
ーク値については、図2のところで述べた通り、ステッ
プ数が3である図4の構造は、理想的な組成傾斜ベース
のそれと同等の特性が得られる。
【0034】また、hFE(エミッタ接地の場合の電流
増幅率)について、図5にデバイスシミュレーション結
果を示す。この図5に示されるように、ステップ数が2
の時は理想的な組成傾斜ベース構造の場合よりもhFE
が低くなり、ステップ数3以上では理想的な組成傾斜ベ
ース構造と同等の値が得られている。則ちステップ数を
3にすることにより、理想的な組成傾斜ベース構造と同
等のfT、fmaxのピーク値とhFEを確保しつつ、
前述のデバイス作製上の利点、則ち均一性や分留り、生
産性の改善というメリットが最大限発揮される。
【0035】[第3の実施形態(請求項3及び8に係る
実施形態)]本発明に係る第3の実施形態の構成を図6
に示す。図6には、本実施形態のデバイス構造が模式的
に示されている。図6に示されるようにエミッタ領域の
材料はSiである。ベースはGe濃度の低い領域6と、
領域6よりもGe濃度の高い領域7、領域7よりもGe
濃度の高い領域8、領域8よりもGe濃度の高い領域9
からなる。則ち組成ステップ層の数は4である。
【0036】この組成ステップ層の数は、従来技術によ
り作製されたデバイスのそれの数分の一である。従って
従来構造に比較して、前述のデバイス作製上の利点、則
ち均一性や分留り、生産性の改善というメリットが得ら
れる。一方、デバイス特性のうち、fTとfmaxのピ
ーク値については、図2のところで述べた通り、ステッ
プ数が4である図6の構造は、理想的な組成傾斜ベース
のそれと同等の特性が得られる。
【0037】また、hFEについては、図5のところで
述べた通り、ステップ数が4である図6の構造は、理想
的な組成傾斜ベース構造のそれと同等の特性が得られ
る。
【0038】また、コレクタ電流密度をfTがピークに
なる時の電流密度の約1/10である、1平方センチあ
たり10,000Aに取った場合のfTとfmaxにつ
いて、図7にデバイスシミュレーション結果を示す。図
7に示されるように、ステップ数が3以下の時は理想的
な組成傾斜ベース構造の場合よりもコレクタ電流密度を
低くしたときのfT、fmaxが低くなり、ステップ数
4以上では理想的な組成傾斜ベース構造と同等の値が得
られている。このようなコレクタ電流密度を低くしたと
きの高周波特性は、回路の消費電流を削減する際には重
要な性能指数となる。また、コレクタ電流密度を低くし
たときのfTは、これが高いほど最小雑音指数が低くな
る。則ちステップ数を4にすることにより、理想的な組
成傾斜ベース構造と同等のfT、fmaxのピーク値と
hFE、コレクタ電流密度を小さくしたときのfT、f
maxを確保しつつ、前述のデバイス作製上の利点、則
ち均一性や分留り、生産性の改善というメリットが最大
限発揮される。
【0039】[第4の実施形態(請求項1、4、8に係
る実施の形態)]以上、図1、図4、図6に示した実施
形態の構造は、いずれもベースとエミッタの間のP−n
接合位置が、SiとSiGeのヘテロ界面に一致してい
る。しかしながら本発明の効果は、ベースエミッタ間の
p−n接合位置がSiとSiGeのヘテロ界面位置から
ずれても同様に得ることができる。
【0040】図8に、ベースエミッタ間のp−n接合位
置が、SiとSiGeのヘテロ界面よりもエミッタ側に
ずれた構造を示す。この構造の特性は、図1に示す第1
の実施形態のデバイスの特性とほぼ同等であり、かつ従
来技術によるデバイスでは得られないデバイス作製上の
利点、則ち均一性や分留り、生産性の改善というメリッ
トが得られる。
【0041】[第5の実施形態(請求項1、6、8に係
る実施の形態)]図9に、ベースエミッタ間のp−n接
合位置が、SiとSiGeのヘテロ界面よりもベース側
にずれた構造を示す。この構造の特性も図1に示す第1
の実施形態のデバイスの特性とほぼ同等であり、かつ従
来技術によるデバイスでは得られないデバイス作製上の
利点、則ち均一性や分留り、生産性の改善というメリッ
トが得られる。
【0042】上述した実施形態は、SiGeをベースに
用いたトランジスタを例に説明してきたが、これ以外の
材料系を用い、ベースのバンドギャップをステップ状に
変化させたデバイスであっても同様の効果が得られる。
【0043】[第6の実施形態(請求項2及び11に係
る実施の形態)]図10に、本発明に係る第6の実施形
態の構成を示す。図10には、本実施形態のデバイス構
造が模式的に示されている。図10に示されるように本
実施形態は、エミッタ領域10の材料として、n型Al
GaAs、ベース領域11〜13の材料として、p型A
lGaAsとp型GaAs、コレクタ領域14の材料と
して、n型GaAsを用いている。AlGaAs領域の
Al含有量はエミッタ領域10で最も高く、領域10に
隣接するベース領域11がその次に含有量が高く、領域
11に隣接する領域12のAl含有量はAlGaAs層
の中では最も低い。残りの、エミッタから最も遠いベー
ス領域13の材料はGaAsである。従ってバンドギャ
ップは、広い順に領域10、11、12、13となる。
【0044】上述したように、この組成ステップ層の数
も、従来技術により作製されたデバイスのそれの数分の
一である。従って従来構造に比較して、前述のデバイス
作製上の利点、則ち均一性や分留り、生産性の改善とい
うメリットが得られる。一方、デバイス特性のうち、f
Tとfmaxのピーク値については、図2のところで述
べた通り、ステップ数が3である図10の構造は、理想
的な組成傾斜ベースのそれと同等の特性が得られる。
【0045】また、hFEについては、図5のところで
述べた通り、ステップ数が3である図10の構造は、理
想的な組成傾斜ベース構造のそれと同等の特性が得られ
る。
【0046】[第7の実施形態(請求項2と10に係る
実施の形態)]図11に、本発明に係る第7の実施形態
の構成を示す。図11には、本実施形態のデバイス構造
が模式的に示されている。図11に示されるように本実
施形態は、エミッタ領域15の材料にn型InGaP、
ベース領域16の材料にp型GaAsとp型InGaA
s、コレクタ領域の材料にn型GaAsを用いている。
InGaAs領域のIn含有量はコレクタに近い領域1
8で最も高く、領域18に隣接するベース領域17では
それよりも低い。従ってバンドギャップは、広い順に領
域15、16、17、18となる。
【0047】上述したように、この組成ステップ層の数
も、従来技術により作製されたデバイスのそれの数分の
一である。従って従来構造に比較して、前述のデバイス
作製上の利点、則ち均一性や分留り、生産性の改善とい
うメリットが得られる。一方、デバイス特性のうち、f
Tとfmaxのピーク値については、図2のところで述
べた通り、ステップ数が2である図11の構造は、理想
的な組成傾斜ベースのそれと同等の特性が得られる。
【0048】[第8の実施形態(請求項2及び10に係
る実施の形態)]図12に、本発明に係る第8の実施形
態の構成を示す。図12には、本実施形態のデバイス構
造が模式的に示されている。図12に示されるように本
実施形態は、エミッタ領域15の材料として、n型Ga
As、ベース領域21〜23の材料として、p型InG
aAs、コレクタ領域の材料としてn型GaAsを用い
ている。である。ベース領域のIn含有量はコレクタに
近い領域23で最も、領域23に隣接するベース領域2
1がそれに続き、エミッタに隣接する領域21では最も
低い。従ってバンドギャップは、広い順に領域20、2
1、22、23となる。
【0049】この実施形態も組成ステップ層の数は、従
来技術により作製されたデバイスのそれの数分の一であ
る。従って従来構造に比較して、前述のデバイス作製上
の利点、則ち均一性や分留り、生産性の改善というメリ
ットが得られる。一方、デバイス特性のうち、fTとf
maxのピーク値については、図2のところで述べた通
り、ステップ数が3である図12の構造は、理想的な組
成傾斜ベースのそれと同等の特性が得られる。また、h
FEについては、図5のところで述べた通り、ステップ
数が3である図12の構造は、理想的な組成傾斜ベース
構造のそれと同等の特性が得られる。
【0050】[第9の実施形態(請求項2、4、5、8
に係る実施の形態)]図13に、本発明に係る第9の実
施形態の構成を示す。図13には、本実施形態のデバイ
ス構造が模式的に示されている。図13に示されるよう
に本実施形態は、エミッタ領域の材料としてn型Si、
ベース領域25〜29の材料としてp型Siとp型Si
Ge、コレクタ領域の材料としてn型Siを用いてい
る。また、p型Si領域25の幅は5nmである。SiG
e領域のGe含有量はコレクタに隣接する領域29で最
も高く、以下領域28、領域27、領域26の順に含有
量が低くなる。従ってベースのうちエミッタに隣接する
領域25のバンドギャップはエミッタのバンドギャップ
と同じで、かつ領域26のバンドギャップは領域25よ
りも狭く、かつ領域27のバンドギャップは領域26よ
りも狭く、かつ領域28のバンドギャップは領域27よ
りも狭く、かつ領域29のバンドギャップは領域28よ
りも狭い。
【0051】また、本実施形態は、図13に示されるよ
うに、ベースエミッタ間のp−n接合位置が、SiとS
iGeのヘテロ界面よりもエミッタ側にずれた構造を取
る。この構造の特性は、図1に示す第1の実施形態のデ
バイスの特性とほぼ同等であり、かつ従来技術によるデ
バイスでは得られないデバイス作製上の利点、則ち均一
性や分留り、生産性の改善というメリットが得られる。
【0052】また、ステップ数を4にすることにより、
図7にて説明した理想的な組成傾斜ベース構造と同等の
fT、fmaxのピーク値とhFE、コレクタ電流密度
を小さくしたときのfT、fmaxを確保しつつ、前述
のデバイス作製上の利点、則ち均一性や分留り、生産性
の改善というメリットが最大限発揮される。
【0053】なお、上述した実施形態は本発明の好適な
実施の形態である。但し、これに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形
実施が可能である。
【0054】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように本発明
は、ベース層にバンドギャップがエミッタ領域よりも狭
い第1の層と、最もバンドギャップが狭い第2の層とを
設けたことを第1の特徴としている。このような構成を
取ることにより、理想的な組成傾斜のベース構造と同等
の遮断周波数、最高発振周波数のピーク値を保ちつつ、
デバイス作製上の利点、即ち、均一性や分留り、生産性
を改善させることができる。
【0055】また、ベース領域のエミッタ側の端にエミ
ッタよりもバンドギャップが狭い第1の層と、ベース領
域内の第1の層のコレクタ側に隣接した部分に第1の層
よりもバンドギャップの狭い第2の層と、ベース領域内
の第2の層のコレクタ側に隣接した部分に最もバンドギ
ャップの狭い第3の層とを設けたことを第2の特徴とし
ている。このような構成を取ることにより、理想的な組
成傾斜のベース構造と同等の遮断周波数、最高発振周波
数のピーク値と、エミッタ接地電流増幅率を確保しつ
つ、デバイス作製上の利点、即ち、均一性や分留り、生
産性を改善させることができる。
【0056】また、ベース領域のエミッタ側の端にエミ
ッタよりもバンドギャップが狭い第1の層と、ベース領
域内の、第1の層のコレクタ側に隣接した部分に第1の
層よりもバンドギャップの狭い第2の層と、ベース領域
内の、第2の層のコレクタ側に隣接した部分に第2の層
よりもバンドギャップの狭い第3の層と、ベース領域内
の、第3の層のコレクタ側に隣接した部分に最もバンド
ギャップの狭い第4の層とを設けたことを第3の特徴と
している。このような構成を取ることにより理想的な組
成傾斜のベース構造と同等の遮断周波数、最高発振周波
数のピーク値と、エミッタ接地電流増幅率、コレクタ電
流密度を小さくしたときの遮断周波数、最高発振周波数
を確保しつつ、デバイス作製上の利点、即ち、均一性や
分留り、生産性を改善させることができる。
【0057】また、第1〜第3の特徴を有するバイポー
ラトランジスタは、これらの層をベース領域に作製する
ために、多くとも4種類の不純物濃度についての作製条
件を把握すればよい。従って、従来技術と比較して、ベ
ース膜成長工程の条件出しの工数と、成長条件の経時変
化を把握するための工数を数分の一から十分の一程度に
することができ、生産性を向上させることができる。
【0058】また、ベース層製膜時に不純物組成を切り
換える回数が少なくとも1回で済むため、成長条件を一
時的に変動させる遷移状態の影響を受けにくくなる。こ
のため、従来技術と比較して、製膜条件の管理をより厳
密に行うことが可能となり、デバイスの均一性と分留り
を向上させることができる。
【0059】また、不純物濃度を一定に保ったまま厚い
膜を製膜することになるので、製膜条件をより安定させ
ることができる。また、不純物濃度が一定の領域の厚さ
が厚いことにより、膜を光学的に観測し、その屈折率か
ら不純物濃度と厚みを推定する方法を用いることができ
る。従って、1枚のサンプルウェハから各不純物濃度領
域の不純物濃度と厚さを、非破壊で、かつ迅速に知るこ
とができる。また、デバイス作製時のバッチに入れる製
膜条件モニタ用のウェハの枚数を減らすことができるの
で、生産性を向上させることができる。また、SIMS
等の破壊検査と異なり、製膜後直ちに製膜した膜の品質
を調べることができるので、製膜後の工程に見込みで投
入するリスクを回避することができる。即ち、万が一膜
質に不備があった場合、即座にその後の製造工程を中止
することができるので、失敗によるコストを低減するこ
とができ、かつバックアップとなるロットの投入を即座
に決定できるため、膜質の不備による生産の遅れを最小
限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの構造を模式的に表す図である。
【図2】Geのステップ数と遮断周波数fT,最高発振
周波数fmaxとの関係を表す図である。
【図3】ベース領域のGe組成を一定にした、従来技術
によるバイポーラトランジスタの構造を表す図である。
【図4】本発明に係る第2の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの構造を模式的に表す図である。
【図5】ステップ数とエミッタ接地電流増幅率との関係
を表す図である。
【図6】本発明に係る第3の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの構造を模式的に表す図である。
【図7】ステップ数と、コレクタ電流密度をfTがピー
クになるときの電流密度の約1/10である、1平方セ
ンチ当たり10,000Aに取った場合のfTとfma
xとの関係を表す図である。
【図8】本発明に係る第4の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの構造を模式的に表す図である。
【図9】本発明に係る第5の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの構造を模式的に表す図である。
【図10】本発明に係る第6の実施形態のバイポーラト
ランジスタの構造を模式的に表す図である。
【図11】本発明に係る第7の実施形態のバイポーラト
ランジスタの構造を模式的に表す図である。
【図12】本発明に係る第8の実施形態のバイポーラト
ランジスタの構造を模式的に表す図である。
【図13】本発明に係る第9の実施形態のバイポーラト
ランジスタの構造を模式的に表す図である。
【図14】従来のバイポーラトランジスタの構造を模式
的に表す図である。
【図15】従来のバイポーラトランジスタの構造を模式
的に表す図である。
【符号の説明】
1 ベース領域(Ge濃度の低い領域) 2 ベース領域(Ge濃度の高い領域) 3 ベース領域(Ge濃度の低い領域) 4 ベース領域(領域3よりもGe濃度の高い領域) 5 ベース領域(領域4よりもGe濃度の高い領域) 6 ベース領域(Ge濃度の低い領域) 7 ベース領域(領域6よりもGe濃度の高い領域) 8 ベース領域(領域7よりもGe濃度の高い領域) 9 ベース領域(領域8よりもGe濃度の高い領域) 10 エミッタ領域(Al含有量が最も高い領域) 11 ベース領域(領域10の次にAl含有量が高い領
域) 12 ベース領域(領域11の次にAl含有量が高い領
域) 13 ベース領域(領域12の次にAl含有量が高い領
域) 14 コレクタ領域 15 エミッタ領域 16 ベース領域(In含有量が最も低い領域) 17 ベース領域(In含有量が領域16の次に低い領
域) 18 ベース領域(In含有量が最も高い領域) 19 コレクタ領域 20 エミッタ領域 21 ベース領域(In含有量が最も低い領域) 22 ベース領域(In含有量が領域21の次に低い領
域) 23 ベース領域(In含有量が最も高い領域) 24 コレクタ領域 25 ベース領域 26 ベース領域 27 ベース領域(領域26よりもGe濃度が高い領
域) 28 ベース領域(領域27よりもGe濃度が高い領
域) 29 ベース領域(領域28よりもGe濃度が高い領
域)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベースに用いる半導体層の一部、もしく
    は全部の領域のバンドギャップを、エミッタ層に用いる
    半導体層のバンドギャップよりも狭くしたバイポーラト
    ランジスタであって、 ベース領域のエミッタ側の端にエミッタよりもバンドギ
    ャップが狭い第1の層を有し、かつベース領域内の、前
    記第1の層のコレクタ側に隣接した部分に最もバンドギ
    ャップが狭い第2の層を有することを特徴とするバイポ
    ーラトランジスタ。
  2. 【請求項2】 ベースに用いる半導体層の一部、もしく
    は全部の領域のバンドギャップを、エミッタ層に用いる
    半導体層のバンドギャップよりも狭くしたバイポーラト
    ランジスタであって、 ベース領域のエミッタ側の端にエミッタよりもバンドギ
    ャップが狭い第1の層を有し、かつベース領域内の、前
    記第1の層のコレクタ側に隣接した部分に前記第1の層
    よりもバンドギャップの狭い第2の層を有し、かつベー
    ス領域内の、前記第2の層のコレクタ側に隣接した部分
    に最もバンドギャップの狭い第3の層を有することを特
    徴とするバイポーラトランジスタ。
  3. 【請求項3】 ベースに用いる半導体層の一部、もしく
    は全部の領域のバンドギャップを、エミッタ層に用いる
    半導体層のバンドギャップよりも狭くしたバイポーラト
    ランジスタであって、 ベース領域のエミッタ側の端にエミッタよりもバンドギ
    ャップが狭い第1の層を有し、かつベース領域内の、前
    記第1の層のコレクタ側に隣接した部分に前記第1の層
    よりもバンドギャップの狭い第2の層を有し、かつベー
    ス領域内の、前記第2の層のコレクタ側に隣接した部分
    に前記第2の層よりもバンドギャップの狭い第3の層を
    有し、かつベース領域内の、前記第3の層のコレクタ側
    に隣接した部分に最もバンドギャップの狭い第4の層を
    有することを特徴とするバイポーラトランジスタ。
  4. 【請求項4】 ベース領域のエミッタ端に、エミッタの
    ベース端と同じバンドギャップを有する領域を設けるこ
    とを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のバ
    イポーラトランジスタ。
  5. 【請求項5】 前記ベース領域のエミッタ端に設けた、
    エミッタのベース端と同じバンドギャップを有する領域
    の厚みを、10nm以下とすることを特徴とする請求項
    4記載のバイポーラトランジスタ。
  6. 【請求項6】 ベース領域のうちのエミッタ端にある前
    記第1の層の一部が、エミッタ領域と同じ伝導型、もし
    くはアンドープになっていることを特徴とする請求項1
    から4の何れか一項に記載のバイポーラトランジスタ。
  7. 【請求項7】 前記エミッタ領域と同じ伝導型、もしく
    はアンドープになっている前記第1の層の厚さが、20
    nm以下であることを特徴とする請求項6記載のバイポ
    ーラトランジスタ。
  8. 【請求項8】 ベース材料としてp型のSiGeを、エ
    ミッタ材料としてn型のSiを用い、ベース中のGe濃
    度を変化させることでベース中のバンドギャップを変化
    させることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に
    記載のバイポーラトランジスタ。
  9. 【請求項9】 ベース材料としてp型のSiGeCを、
    エミッタ材料としてn型のSiを用い、ベース中のGe
    濃度とC濃度を変化させることでベース中のバンドギャ
    ップを変化させることを特徴とする請求項1から7の何
    れか一項に記載のバイポーラトランジスタ。
  10. 【請求項10】 ベース材料としてInGaAsを用
    い、ベース中のIn濃度を変化させることでベース中の
    バンドギャップを変化させることを特徴とする請求項1
    から7の何れか一項に記載のバイポーラトランジスタ。
  11. 【請求項11】 ベース材料としてAlGaAsを用
    い、ベース中のAl濃度を変化させることでベース中の
    バンドギャップを変化させることを特徴とする請求項1
    から7の何れか一項に記載のバイポーラトランジスタ。
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