JP2003007715A

JP2003007715A - バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JP2003007715A
Application number: JP2001192370A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Watanabe; 則之渡邉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】低コレクタ電流域における電流利得を改善し
たバイポーラトランジスタを提供する。【解決手段】バイポーラトランジスタは、Siドープの
コレクタ電極層２、アンドープのコレクタ層４、Ｃドー
プのベース層５、ベース層５とは異なる材料からなり、
Siドープの下部エミッタ層７、Siドープの上部エミッタ
層９、および、Siドープのエミッタ電極層１０からな
る。このバイポーラトランジスタでは、下部エミッタ層
７と上部エミッタ層９とに挟まれた、Siドープの中間エ
ミッタ層８を形成し、下部エミッタ層７のSi濃度および
層厚と、中間エミッタ層８のSi濃度および層厚とが所定
の関係を満たしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、III−Ｖ族化合
物半導体を用いた超高速ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（He
tero Junction Bipolar Transistor:ＨＢＴ）は、高速
・高周波素子としての優れた特性を有しており、さまざ
まな応用が期待されている。ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタは、エミッタ層にワイドギャップ半導体を用い
るものであり、 GaAs基板上にＨＢＴを構成するタイプ InP基板上にＨＢＴを構成するタイプがある。前記の場合、つまり、GaAs基板上にＨＢＴを
構成する場合、GaAsとAlGaAsとの組み合わせやInGaPとG
aAsとの組み合わせを基本とする半導体材料の構成が、
実用上最も重要度が高く、かつ広範に用いられている。
また、前記の場合、つまり、InP基板上にＨＢＴを構
成する場合には、InPとInGaAsの組み合わせを基本とす
る半導体材料の構成が、実用上最も重要度が高く、かつ
広範に用いられている。

【０００３】GaAs基板上に構成されるＨＢＴ（前記）
では、InGaPとGaAsの組み合わせを基本とする半導体材
料の構成が注目されている。InGaPとGaAsとの組み合わ
せを基本とする半導体材料で構成されたＨＢＴには、Al
GaAsとGaAsとの組み合わせを基本とする半導体材料の構
成に比べて、素子寿命が格段に長いという利点がある。
また、相互に選択エッチングが可能であるという素子製
作プロセス上の利点もある。

【０００４】以上のような利点から、InGaPとGaAsとの
組み合わせを基本とする半導体材料から構成されるＨＢ
Ｔ（以下、InGaP／GaAs ＨＢＴという）が注目されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のInGaP
／GaAs ＨＢＴには、次のような課題がある。つまり、
コレクタ電流の低い領域での電流利得がコレクタ電流に
強く依存し、低電流になる程、電流利得が低減してしま
うという問題がある。これについて以下で詳細に述べ
る。

【０００６】従来のInGaP／GaAs ＨＢＴを図１０に示
す。このInGaP／GaAs ＨＢＴでは、GaAs基板１０１上に
コレクタ電極層１０２として、SiドープGaAs層（層厚５
００nm、Si濃度５×１０^１８cm^−３）が形成され、コレ
クタ電極層１０２には、コレクタ電極１０３と、コレク
タ層１０４としてアンドープGaAs層（層厚６００nm）が
形成されている。

【０００７】コレクタ層１０４には、ベース層１０５と
してＣドープGaAs層（層厚５０nm、Ｃ濃度４×１０^１９
cm^−３）が形成され、ベース層１０５には、ベース電極
１０６と、下部エミッタ層１０７としてのSiドープInGa
P層（層厚３０nm、Si濃度３×１０^１７cm^−３）が形成
されている。

【０００８】下部エミッタ層１０７には、上部エミッタ
層１０８としてSiドープGaAs層（層厚１００nm、Si濃度
３×１０^１７cm^−３）が形成され、上部エミッタ層１０
８には、エミッタ電極層１０９としてｎ型InGaAs層（層
厚１００nm、Si濃度２×１０ ^１９cm^−３）が形成され、
エミッタ電極層１０９には、エミッタ電極１１０が形成
されている。

【０００９】このような構造のInGaP／GaAs ＨＢＴをエ
ミッタ接地で動作させた場合、InGaP／GaAs ＨＢＴは、
図１１および図１２に示す特性をもつ。図１１は、コレ
クタ電流Ｉｃおよびベース電流Ｉｂをエミッタ・ベース
間電圧に対してプロットしたもの（ガンメルプロット）
である。また、図１２は、図１１からコレクタ電流Ｉｃ
とベース電流Ｉｂとの比で見積もった電流利得を、コレ
クタ電流Ｉｃに対してプロットしたものである。バイポ
ーラトランジスタはｐ−ｎ接合の組み合わせで構成され
ており、その電流・電圧特性はダイオード特性を反映
し、電流は、印加電圧に対して、次の式７で与えられる
ような指数関数的な振る舞いを示す。式７では、ｑが素電荷、Ｖ_ＢＥがエミッタ・ベース間電
圧、ｋがボルツマン係数、Ｔが温度である。また、ｎが
理想係数（Ideality factor）あるいは単にｎ値と呼ば
れる。電流がキャリアの拡散により規定されるような理
想的な場合、理想係数は値１となる。一方、エミッタ・
ベース空乏層中に何らかの再結合中心が存在するような
場合、再結合電流が支配的になる領域では、理想係数は
値２になる。

【００１０】コレクタ電流Ｉｃは、エミッタから注入さ
れた電子が層厚の薄いベース層１０５中を再結合するこ
となく拡散してコレクタ層に達したものであり、基本的
には、エミッタからの注入された電子の拡散過程で規定
される。したがって、コレクタ電流Ｉｃの理想係数は通
常１に極めて近い値をとる。

【００１１】一方、ベース電流Ｉｂには、ベースからエ
ミッタヘ注入される正孔がエミッタ・ベース空乏層中で
電子と再結合する成分と、エミッタからベースに注入さ
れる電子がベース層中を拡散する成分とがある。前者の
再結合成分が支配的な場合、理想係数は２に近い値にな
り、後者の拡散成分が支配的な場合、理想係数は１に近
い値になる。

【００１２】ＨＢＴでは、ワイドギャップエミッタを採
用しているために、ベース層１０５中の正孔に対するエ
ネルギー障壁が存在する。したがって、ベース層１０５
からエミッタ層への正孔の注入は基本的にほとんど無視
でき、ベース電流の理想係数も１に近い値にすることが
できる。

【００１３】しかし、エミッタ層の結晶品質が良好でな
く、エミッタ・ベース空乏層内に欠陥や不純物に起因し
た何らかの準位が存在するような場合や、エミッタ・ベ
ース界面の急峻性が良好でなく、界面準位が存在するよ
うな場合がある。

【００１４】このような場合、前記の準位を介した再結
合電流が発生し、それによって、ベース電流の理想係数
が２に近い値になってしまうことがある。再結合電流が
無視できる場合には、コレクタ電流・ベース電流とも理
想係数が値１であり、結果的に電流利得がコレクタ電流
にほとんど依存しない。しかし、再結合電流が支配的に
なると、コレクタ電流に対し１／２乗の依存性を示すこ
とになり、低電流での電流利得が低減してしまうことに
なる。

【００１５】図１１に示したように、InGaP／GaAs ＨＢ
Ｔにおいても、ベース電流Ｉｂの理想係数は、印加電圧
が比較的高い領域で１に近い値であるにも関わらず、低
電圧域（コレクタ電流の低い領域）では、２に近い値に
なっている。これが低電流域で電流利得が低減してしま
う要因となっている。

【００１６】つまり、InGaP／GaAs ＨＢＴでは、図１３
に示すように、エミッタ・ベース空乏層中に何らかの再
結合中心２０１が形成されやすい。そして、再結合中心
２０１を介した再結合電流が発生して、コレクタ電流の
低い領域で電流利得を低減させているという問題が生じ
る。

【００１７】この発明は、前記の課題を解決し、低コレ
クタ電流域における電流利得を改善したバイポーラトラ
ンジスタを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、第１の導電型を与える導電性不
純物を添加されたコレクタ電極層、前記コレクタ電極層
に形成され、前記第１の導電型を与える導電性不純物を
添加された、もしくは、導電性不純物を添加されていな
いコレクタ層、前記コレクタ層に形成され、第２の導電
型を与える導電性不純物を添加されたベース層、前記ベ
ース層に形成され、前記第１の導電型を与える導電性不
純物を添加され前記ベース層とは異なる材料からなる第
１のエミッタ層、前記第１のエミッタ層に形成され、前
記第１の導電型を与える導電性不純物を添加された第２
のエミッタ層、および、前記第２のエミッタ層に形成さ
れ、前記第１の導電型を与える導電性不純物を添加され
たエミッタ電極層からなる、III−Ｖ族化合物半導体を
用いたバイポーラトランジスタにおいて、前記第１の導
電型を与える導電性不純物を添加され、前記第１のエミ
ッタ層と前記第２のエミッタ層とに挟まれた第３のエミ
ッタ層を形成し、前記第１のエミッタ層の導電性不純物
濃度ｎ２（cm^−３）および層厚ｄ２（cm）と、前記第３
のエミッタ層の導電性不純物濃度ｎ３（cm^−３）および
層厚ｄ３（cm）とが、式１、式２および式３に示す関係
を満たしていることを特徴とする。（式１）０≦ｄ３＜１×１０^−６（式２）０≦ｄ３＜ｄ２／３（式３）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＞３０００

【００１９】前記構成によれば、バイポーラトランジス
タにおける第１のエミッタ層と第２のエミッタ層との間
に第３のエミッタ層を挿入し、式１〜式３に示す関係を
持たせることによって、低コレクタ電流域における電流
利得の改善を実現する。なお、式３の中で、 √ｎ２＝（ｎ２）^１／２ √ｎ３＝（ｎ３）^１／２である。また、式１〜式３は、第２のエミッタ層および
第３のエミッタ層の導電性不純物濃度および層厚と、電
流利得との関係を調べることによって得たものである。

【００２０】請求項２の発明は、第１の導電型を与える
導電性不純物を添加されたコレクタ電極層、前記コレク
タ電極層に形成され、前記第１の導電型を与える導電性
不純物を添加された、もしくは、導電性不純物を添加さ
れていないコレクタ層、前記コレクタ層に形成され、第
２の導電型を与える導電性不純物を添加されたベース
層、前記ベース層に形成され、前記第１の導電型を与え
る導電性不純物を添加され前記ベース層とは異なる材料
からなる第１のエミッタ層、前記第１のエミッタ層に形
成され、前記第１の導電型を与える導電性不純物を添加
された第２のエミッタ層、および、前記第２のエミッタ
層に形成され、前記第１の導電型を与える導電性不純物
を添加されたエミッタ電極層からなる、III−Ｖ族化合
物半導体を用いたバイポーラトランジスタであって、前
記第１のエミッタ層の導電性不純物濃度ｎ２（cm^−３）
および層厚ｄ２（cm）が、式４、式５および式６に示す
関係を満たしていることを特徴とするバイポーラトラン
ジスタ。（式４）０＜１×１０^−６（式５）０＜ｄ２／３（式６）ｄ２×√ｎ２＞３０００

【００２１】前記構成によれば、バイポーラトランジス
タにおける第１のエミッタ層が式４〜式６に示す関係を
持たせることによって、低コレクタ電流域における電流
利得の改善を実現する。なお、式６の中で、 √ｎ２＝（ｎ２）^１／２である。また、式４〜式６は、請求項１に記載の（式１）０≦ｄ３＜１×１０^−６（式２）０≦ｄ３＜ｄ２／３（式３）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＞３０００の中で、ｄ３＝０、ｎ３＝０として得られたものであ
る。

【００２２】請求項３の発明は、請求項１に記載のバイ
ポーラトランジスタおいて、前記コレクタ電極層がGaAs
基板上に構成されており、前記第１のエミッタ層がＶ族
元素としてＰを含む材料からなり、前記第２のエミッタ
層がＶ族元素としてAsを含む材料からなり、前記第３の
エミッタ層がＶ族元素としてＰもしくはAsあるいはＰと
Asを含むことを特徴とする。

【００２３】請求項４の発明は、請求項２に記載のバイ
ポーラトランジスタおいて、前記コレクタ電極層（３
２）がGaAs基板上に構成されており、前記第１のエミッ
タ層（３７）がＶ族元素としてＰを含む材料からなり、
前記第２のエミッタ層（３８）がＶ族元素としてAsを含
む材料からなることを特徴とする。

【００２４】請求項５の発明は、請求項３に記載のバイ
ポーラトランジスタおいて、前記第１のエミッタ層が、
GaAsに格子整合したInGaPであり、前記第２のエミッタ
層がGaAsであり、前記第３のエミッタ層がGaAsに格子整
合したInGaPあるいはInGaAsPまたはGaAsであることを特
徴とする。

【００２５】請求項６の発明は、請求項４に記載のバイ
ポーラトランジスタおいて、前記第１のエミッタ層が、
GaAsに格子整合したInGaPであり、前記第２のエミッタ
層がGaAsであることを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態１
と実施の形態２とについて、図面を参照して詳しく説明
する。

【００２７】［実施の形態１］この実施の形態によるIn
GaP／GaAs ＨＢＴを図１に示す。このInGaP／GaAs ＨＢ
Ｔは、III−Ｖ族化合物半導体を用いた超高速ヘテロ接
合バイポーラトランジスタである。図１のInGaP／GaAs
ＨＢＴは、GaAs基板１上にコレクタ電極層２が形成され
ている。コレクタ電極層２は、SiドープGaAs層であり、
層厚が５００nm、Si濃度が５×１０^１８cm^−３である。
コレクタ電極層２には、コレクタ電極３とコレクタ層４
とが形成されている。

【００２８】コレクタ層４は、アンドープGaAs層であ
り、層厚が６００nmである。コレクタ層４には、ベース
層５が形成されている。ベース層５は、ＣドープGaAs層
であり、層厚が５０nm、Ｃ濃度が４×１０^１９cm^−３で
ある。ベース層５には、ベース電極６と、第１のエミッ
タ層として下部エミッタ層７とが形成されている。

【００２９】下部エミッタ層７は、SiドープInGaP層で
あり、層厚が３０nm（＝ｄ２）、Si濃度が３×１０^１７
cm^−３（＝ｎ２）である。下部エミッタ層７には、第３
のエミッタ層として中間エミッタ層８が形成されてい
る。中間エミッタ層８は、SiドープGaAs層であり、層厚
が１０nm（＝ｄ３）、Si濃度が２×１０^１８cm^−３（＝
ｎ３）である。中間エミッタ層８には、第２のエミッタ
層として上部エミッタ層９が形成されている。

【００３０】上部エミッタ層９は、SiドープGaAs層であ
り、層厚が９０nm、Si濃度が３×１０^１７cm^−３であ
る。上部エミッタ層９には、エミッタ電極層１０が形成
されている。エミッタ電極層１０は、SiドープInGaAs層
であり、層厚が１００nm、Si濃度が２×１０^１９cm^−３
である。エミッタ電極層１０には、エミッタ電極１１が
形成されている。

【００３１】前記構造では、従来のInGaP／GaAs ＨＢＴ
に対して、SiドープGaAs層である中間エミッタ層８を設
けている。

【００３２】ｎ型InGaP層の上にｎ型GaAs層を成長した
場合、図２に示すように、界面でキャリア濃度が低下す
る。これは、GaAs／InGaPの界面に何らかの電子捕獲中
心が存在していることを示している。図１０に示したIn
GaP／GaAs ＨＢＴを見ると、InGaPエミッタ層の上にGaA
s層が成長されており、この部分にも電子捕獲中心が存
在している。この電子捕獲中心がエミッタ・ベース空乏
層内に形成された場合、電子捕獲中心を介した再結合電
流が発生し、InGaP／GaAs ＨＢＴでは、コレクタ電流の
低い領域で再結合電流が支配的になって、電流利得が低
減する。

【００３３】したがって、GaAs／InGaP界面に生成され
る電子捕獲中心を、エミッタ・ベース空乏層内に形成さ
せないようにすることによって、電流利得の改善が可能
となる。この実施の形態では、従来のＨＢＴ構造におい
てエミッタ層を構成するｎ型InGaP層とｎ型GaAs層の間
に、第３のエミッタ層である中間エミッタ層８を新たに
挿入する。そして、その不純物濃度と層厚に、（式１）０≦ｄ３≦１×１０^−６（式２）０≦ｄ３≦ｄ２／３（式３）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＞３０００の式に示す関係を持たせることによって、図３に示すよ
うに、エミッタ・ベース空乏層の外に電子捕獲中心２１
を形成させることができる。これによって、再結合電流
の発生を抑制して電流利得を改善するものである。

【００３４】具体的には、この実施の形態では、前記構
造によって、式１〜式３は、（式１Ａ）０≦ｄ３＝１０nm＝１×１０^−６cm≦１×１０^−６（式２Ａ）０≦ｄ３＝１０nm＝３０nm／３＝ｄ２／３（式３Ａ）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＝（３０×１０^−７）×√（３×１０^１７）＋（１０×１０^−７）×√（２×１０^１８）＝３０５７＞３０００となる。つまり、前記構造は、式１〜式３のいずれも満
足している。

【００３５】この結果、この実施の形態によれば、中間
エミッタ層８としてSiドープGaAs層を用いることによっ
て、図４に示すように、印加電圧の低い（コレクタ電流
の低い）領域までベース電流がほぼ直線的な振る舞いを
示し、これを反映して、図５に示すように、電流利得も
低電流域に至るまでコレクタ電流に対する依存性を小さ
くすることができる。

【００３６】［実施の形態２］この実施の形態によるIn
GaP／GaAs ＨＢＴを図６に示す。このInGaP／GaAs ＨＢ
Ｔは、III−Ｖ族化合物半導体を用いた超高速ヘテロ接
合バイポーラトランジスタである。図６のInGaP／GaAs
ＨＢＴは、GaAs基板３１上にコレクタ電極層３２が形成
されている。コレクタ電極層３２は、SiドープGaAs層で
あり、層厚が５００nm、Si濃度が５×１０^１８cm^−３で
ある。コレクタ電極層３２には、コレクタ電極３３とコ
レクタ層３４とが形成されている。

【００３７】コレクタ層３４は、アンドープGaAs層であ
り、層厚が６００nmである。コレクタ層３４には、ベー
ス層３５が形成されている。ベース層３５は、Ｃドープ
GaAs層であり、層厚が５０nm、Ｃ濃度が４×１０^１９cm
^−３である。ベース層３５には、ベース電極３６と、第
１のエミッタ層として下部エミッタ層３７とが形成され
ている。

【００３８】下部エミッタ層３７は、SiドープInGaP層
であり、層厚が６０nm（＝ｄ２）、Si濃度が３×１０
^１７cm^−３（＝ｎ２）である。下部エミッタ層３７に
は、上部エミッタ層３８が形成されている。上部エミッ
タ層３８は、SiドープGaAsであり、層厚が１００nm、Si
濃度が３×１０^１７cm^−３である。上部エミッタ層３８
には、エミッタ電極層３９が形成されている。エミッタ
電極層３９として、２×１０^１９cm^−３のSiをドーピン
グした、層厚が１００nmのｎ型InGaAs層を用いている。
エミッタ電極層３９には、エミッタ電極４０が形成され
ている。

【００３９】前記構成では、実施の形態１の中間エミッ
タ層８を設けていない。つまり、この実施の形態では、（式１）０≦ｄ３≦１×１０^−６（式２）０≦ｄ３≦ｄ２／３（式３）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＞３０００の中で、ｄ３＝０ｎ３＝０としている。この結果、式１〜式３は、（式４）０≦１×１０^−６（式５）０≦ｄ２／３（式６）ｄ２×√ｎ２＞３０００となる。そして、下部エミッタ層３７の層厚を６０nm
（＝ｄ２）とし、Si濃度を３×１０^１７cm^−３（＝ｎ
２）としている。この結果、この実施の形態では、式１
〜式３、つまり式４〜式６は、（式４Ｂ）０≦ｄ３＝０nm≦１×１０^−６（式５Ｂ）０≦ｄ３＝０nm≦６０nm／３＝ｄ２／３（式６Ｂ）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＝（６０×１
０^−７）×√（３×１０^１７）＋（０×１０^−７）×√
（０）＝３２８６＞３０００となる。前記構造は、式４〜式６のいずれも満足してい
る。そして、図７に示すように、エミッタ・ベース空乏
層の外に電子捕獲中心５１を形成することができる。

【００４０】この結果、この実施の形態によれば、中間
エミッタ層を挿入しない（ｄ３＝０）で、下部エミッタ
層３７の層厚・不純物濃度のみで前記の式１〜式３、つ
まり式４〜式６を満たしているので、図８に示すよう
に、実施の形態１の場合と同様に、印加電圧の低い（コ
レクタ電流の低い）領域までベース電流がほぼ直線的な
振る舞いを示しており、これを反映して、図９に示すよ
うに、電流利得も低電流域に至るまでコレクタ電流に対
する依存性を小さくすることができる。

【００４１】以上、この発明の実施の形態１、２を詳述
してきたが、具体的な構成は実施の形態１、２に限られ
るものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計の変更等があってもこの発明に含まれる。たとえば、
実施の形態１では、中間エミッタ層８としてｎ型GaAsを
用いたが、ｎ型InGaP、あるいは、ｎ型InGaAsPを用いて
も、同様の効果を得ることができる。また、実施の形態
１、２では、ｎ型不純物としてSi、Ｐ型不純物としてＣ
を用いているが、これは例えばＳ、SeやTeなど他のｎ型
不純物や、Zn、Mg、Beなど他のｐ型不純物を用いてもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明では、
第１のエミッタ層と第２のエミッタ層との間に第３のエ
ミッタ層を挿入して、第１のエミッタ層および第３のエ
ミッタ層の層厚・導電性不純物濃度を式１〜式３を満足
させるように設定する。また、この発明では、第１のエ
ミッタ層の層厚・導電性不純物濃度を式４〜式６を満足
させるように設定する。

【００４３】これらの構造によって、この発明は、エミ
ッタ・ベース空乏層に生成される電子捕獲中心をエミッ
タ・ベース空乏層外に形成させることができる。この結
果、再結合電流の発生を抑制することができるため、コ
レクタ電流の低い領域における電流利得を改善すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるInGaP／GaAs Ｈ
ＢＴの層構造を示す図である。

【図２】ｎ型GaAs／ｎ型InGaP界面のキャリア濃度プロ
ファイルを示す図である。

【図３】図１のエネルギーバンドを示す図である。

【図４】図１のＨＢＴのガンメルプロットを示す図であ
る。

【図５】図１のＨＢＴの電流利得をコレクタ電流に対し
てプロットした図である。

【図６】この発明の実施の形態２によるInGaP／GaAs Ｈ
ＢＴの層構造を示す図である。

【図７】図６のエネルギーバンドを示す図である。

【図８】図６のＨＢＴのガンメルプロットを示す図であ
る。

【図９】図６のＨＢＴの電流利得をコレクタ電流に対し
てプロットした図である。

【図１０】従来のInGaP／GaAs ＨＢＴの層構造を示す図
である。

【図１１】図１０のＨＢＴのガンメルプロットを示す図
である。

【図１２】図１０のＨＢＴの電流利得をコレクタ電流に
対してプロットした図である。

【図１３】図１０のエネルギーバンドを示す図である。

【符号の説明】

１、３１ GaAs基板２、３２コレクタ電極層３、３３コレクタ電極４、３４コレクタ層５、３５ベース層６、３６ベース電極７、３７下部エミッタ層８中間エミッタ層９、３８上部エミッタ層１０、３９エミッタ電極層１１、４０エミッタ電極２１、５１電子捕獲中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の導電型を与える導電性不純物を添
加されたコレクタ電極層（２）、前記コレクタ電極層
（２）に形成され、前記第１の導電型を与える導電性不
純物を添加された、もしくは、導電性不純物を添加され
ていないコレクタ層（４）、前記コレクタ層（４）に形
成され、第２の導電型を与える導電性不純物を添加され
たベース層（５）、前記ベース層（５）に形成され、前
記第１の導電型を与える導電性不純物を添加され前記ベ
ース層（５）とは異なる材料からなる第１のエミッタ層
（７）、前記第１のエミッタ層（７）に形成され、前記
第１の導電型を与える導電性不純物を添加された第２の
エミッタ層（９）、および、前記第２のエミッタ層
（９）に形成され、前記第１の導電型を与える導電性不
純物を添加されたエミッタ電極層（１０）からなる、II
I−Ｖ族化合物半導体を用いたバイポーラトランジスタ
において、前記第１の導電型を与える導電性不純物を添加され、前
記第１のエミッタ層（７）と前記第２のエミッタ層
（９）とに挟まれた第３のエミッタ層（８）を形成し、前記第１のエミッタ層（７）の導電性不純物濃度ｎ２
（cm^−３）および層厚ｄ２（cm）と、前記第３のエミッ
タ層（８）の導電性不純物濃度ｎ３（cm^−３）および層
厚ｄ３（cm）とが、式１、式２および式３に示す関係を
満たしていることを特徴とするバイポーラトランジス
タ。（式１）０≦ｄ３＜１×１０^−６（式２）０≦ｄ３＜ｄ２／３（式３）ｄ２×√ｎ２＋ｄ３×√ｎ３＞３０００
【請求項２】第１の導電型を与える導電性不純物を添
加されたコレクタ電極層（３２）、前記コレクタ電極層
（３２）に形成され、前記第１の導電型を与える導電性
不純物を添加された、もしくは、導電性不純物を添加さ
れていないコレクタ層（３４）、前記コレクタ層（３
４）に形成され、第２の導電型を与える導電性不純物を
添加されたベース層（３５）、前記ベース層（３５）に
形成され、前記第１の導電型を与える導電性不純物を添
加され前記ベース層（３５）とは異なる材料からなる第
１のエミッタ層（３７）、前記第１のエミッタ層（３
７）に形成され、前記第１の導電型を与える導電性不純
物を添加された第２のエミッタ層（３８）、および、前
記第２のエミッタ層（３８）に形成され、前記第１の導
電型を与える導電性不純物を添加されたエミッタ電極層
（３９）からなる、III−Ｖ族化合物半導体を用いたバ
イポーラトランジスタであって、前記第１のエミッタ層（３７）の導電性不純物濃度ｎ２
（cm^−３）および層厚ｄ２（cm）が、式４、式５および
式６に示す関係を満たしていることを特徴とするバイポ
ーラトランジスタ。（式４）０＜１×１０^−６（式５）０＜ｄ２／３（式６）ｄ２×√ｎ２＞３０００
【請求項３】前記コレクタ電極層（２）がGaAs基板上
に構成されており、前記第１のエミッタ層（７）がＶ族
元素としてＰを含む材料からなり、前記第２のエミッタ
層（９）がＶ族元素としてAsを含む材料からなり、前記
第３のエミッタ層（８）がＶ族元素としてＰもしくはAs
あるいはＰとAsを含むことを特徴とする請求項１に記載
のバイポーラトランジスタ。
【請求項４】前記コレクタ電極層（３２）がGaAs基板
上に構成されており、前記第１のエミッタ層（３７）が
Ｖ族元素としてＰを含む材料からなり、前記第２のエミ
ッタ層（３８）がＶ族元素としてAsを含む材料からなる
ことを特徴とする請求項２に記載のバイポーラトランジ
スタ。
【請求項５】前記第１のエミッタ層（７）が、GaAsに
格子整合したInGaPであり、前記第２のエミッタ層
（９）がGaAsであり、前記第３のエミッタ層（８）がGa
Asに格子整合したInGaPあるいはInGaAsPまたはGaAsであ
ることを特徴とする請求項３に記載のバイポーラトラン
ジスタ。
【請求項６】前記第１のエミッタ層（３７）が、GaAs
に格子整合したInGaPであり、前記第２のエミッタ層
（３８）がGaAsであることを特徴とする請求項４に記載
のバイポーラトランジスタ。