JP2004253823A

JP2004253823A - Heterobipolar transistor

Info

Publication number: JP2004253823A
Application number: JP2004173110A
Authority: JP
Inventors: Kenji Toyoda; 健治豊田; Koichiro Yuki; 康一郎幸; Takeshi Takagi; 剛高木; Teruto Onishi; 照人大西; Minoru Kubo; 実久保
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2004-09-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterobipolar transistor, in which the recombination current between the emitter-base is suppressed, while realizing a lower drive voltage taking advantage of using an SiGeC layer, to enhance characteristics, such as current gain. <P>SOLUTION: The heterobipolar transistor has laminated on a Si substrate 10 a Si collector-embedded layer 11; a first base region 12, formed of an SiGeC layer containing C with high content; a second base region 13, formed of an SiGeC layer containing C with low content or SiGe layer; and an Si-capping layer 14, inclusive of an emitter region 14a. The contents of Ge and C, in the end region of the first base region 12 on the side of the second base region, are the same as those of the second base region 13, while the content of Ge and the content of C in the first base region 12 is made to progressively increase in the direction of going toward the collector-embedded layer 11, starting from the end region on the side of the second base region. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、シリコンを含む半導体層を利用したヘテロバイポーラトランジスタに係り、特に、低駆動電圧化対策に関する。 The present invention relates to a hetero-bipolar transistor using a semiconductor layer containing silicon, and more particularly, to a measure for reducing a driving voltage.

従来より、エミッタ領域のバンドギャップがベース領域よりも大きくなるように、エミッタ領域とベース領域の組成を変化させることにより、エミッタの注入効率を大幅に向上させ、トランジスタの特性を向上させるヘテロバイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴという）は高機能素子として注目を集めている。このＨＢＴは、特に高周波特性が優れていることからマイクロ波・ミリ波帯域でのデバイスとして用いられつつある。ＨＢＴは、従来、III-Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの組み合わせなどにより作製されていたが、近年、ＳｉＧｅ層からなるベース層のバンドギャップがＳｉより小さいことを利用したＳｉＧｅＨＢＴの研究開発がさかんに進められている。 Conventionally, by changing the composition of the emitter region and the base region so that the band gap of the emitter region becomes larger than that of the base region, the injection efficiency of the emitter is greatly improved, and the characteristics of the transistor are improved. (Hereinafter referred to as HBT) has been attracting attention as a high-performance device. This HBT is being used as a device in a microwave / millimeter wave band because of its particularly excellent high frequency characteristics. Conventionally, HBTs have been manufactured using a combination of GaAs and AlGaAs, which are III-V group compound semiconductors. Is being actively promoted.

ＳｉＧｅＨＢＴは、Ｇｅのバンドギャップ（室温時０．６６ｅＶ）がＳｉのバンドギャップ（室温時１．１２ｅＶ）より小さく、ＳｉＧｅ混晶がＳｉよりバンドギャップが小さくなることを利用している。そして、エミッタ領域としてＳｉ層をベース領域としてＳｉＧｅ層をそれぞれ用い、エミッタ層に対してベース層のバンドギャップを小さくすることで、ホモＳｉバイポーラトランジスタでの駆動電圧（約０．７Ｖ）より低い電圧で駆動させることが可能となる。ここでの駆動電圧とは、バイポーラトランジスタが能動領域において、ベース・エミッタ間の電圧がベース・エミッタ間の拡散電位に等しくなった状態を指す。つまり、ＮＰＮバイポーラトランジスタにおいては、エミッタ層とベース層との価電子帯端のエネルギ差をある程度大きくして、ベース層からエミッタ層への正孔の注入を抑制しつつ、エミッタ層とベース層との伝導帯端のエネルギ差を小さくできることから、駆動電圧を低電圧化することができる。 SiGeHBT utilizes the fact that the band gap of Ge (0.66 eV at room temperature) is smaller than the band gap of Si (1.12 eV at room temperature), and the band gap of SiGe mixed crystal is smaller than that of Si. By using a Si layer as an emitter region and a SiGe layer as a base region, and reducing the band gap of the base layer with respect to the emitter layer, a voltage lower than the driving voltage (about 0.7 V) of the homo-Si bipolar transistor is obtained. Can be driven. Here, the drive voltage indicates a state in which the voltage between the base and the emitter becomes equal to the diffusion potential between the base and the emitter in the active region of the bipolar transistor. That is, in the NPN bipolar transistor, the energy difference at the valence band edge between the emitter layer and the base layer is increased to some extent so that the injection of holes from the base layer to the emitter layer is suppressed while the emitter layer and the base layer are separated. Since the energy difference at the end of the conduction band can be reduced, the driving voltage can be reduced.

また、ＨＢＴでは、ベース領域のＧｅ含有率をエミッタ領域からコレクタ領域へ向かう方向に徐々に増加させることにより、ベース領域のバンドギャップがエミッタ領域からコレクタ領域に向かう方向に徐々に小さくする傾斜組成を構成することが可能になる。この傾斜組成によって生じる電界により、ベース層中に注入されたキャリアが加速されドリフト走行する。このドリフト電界によって、拡散によるキャリアの速度より高速にできるため、ベース走行時間の短縮が図られ遮断周波数（ｆ_T ）を向上させることも可能となる。 Further, in the HBT, by gradually increasing the Ge content of the base region in the direction from the emitter region to the collector region, a gradient composition in which the band gap of the base region gradually decreases in the direction from the emitter region to the collector region. It becomes possible to configure. The carrier injected into the base layer is accelerated by the electric field generated by the gradient composition and drifts. The drift electric field allows the carrier speed to be higher than the carrier speed due to diffusion, so that the base transit time can be reduced and the cutoff frequency (f _T ) can be improved.

しかし、Ｇｅの格子定数（５．６５Å）がＳｉの格子定数（５．４３Å）と異なるので、Ｇｅの含有率を大きくすると格子定数差による歪みに起因する転位が発生し、電気的特性が劣化する。すなわち、より低電圧駆動化を進めるには、ＳｉＧｅ層におけるＧｅの含有率を大きくする必要があるが、上述のように、ＳｉＧｅ層におけるＧｅの含有率を高くすると、Ｓｉ層との格子定数差がより大きくなるので、Ｇｅの含有率には上限がある。そこで、Ｃ結晶の格子定数がＳｉ結晶の格子定数よりも小さいことに着目して、ＳｉＧｅ層にＣを含有させたＳｉＧｅＣ混晶では歪みを低減させることが可能となる（非特許文献１参照）。そして、Ｓｉ層とＳｉＧｅＣ層との間のヘテロ接合を利用したＨＢＴが考えられるが、このＨＢＴにおいては、熱処理時にベース領域中に含まれる不純物がコレクタ領域側に拡散することにより、ベース・コレクタ間にいわゆるパラスティックバリアが形成される問題がある（非特許文献２参照）。そして、このパラスティックバリアが形成されることで、電流増倍率（β）の低下、アーリー電圧Ｖａや遮断周波数ｆ_T の劣化がおこる。これを解決するために、ベース・コレクタ間にアンドープのスペーサ層を介在する方法がある（非特許文献３参照）。Ｃは不純物拡散を抑制する効果がある（非特許文献４参照）。この効果により、ベース領域のｐ型不純物であるボロンのプロファイルが維持され、アーリー電圧Ｖａや遮断周波数ｆ_T などの特性が向上することが期待されている。
L. D. Lanzerotti, A. St. Amour, C. W. Liu, J. C. Strum, J. K. Watanabe and N. D. Theodore, IEEE Electron Device Letters, Vol.17 No.7 334（1996） J. W. Slotboom, G. Streutker, A. Pruijmboom and D. J. Gravesteijn, IEEE Electron Device Letters 12 p.p. 486 （1991） E. J. Prinz, P. M. Garone, P. V. Schwartz, X. Xiano and J. Ｃ. Strum, IEDM Technology Digital p.p.853 （1991））。 L. D. Lanzerotti, J. Ｃ. Strum, E. Stach, R. Hull, T. Buyuklimanli and C. Magee, Applied Physics Letters 70 （23） 3125 （1997） However, since the lattice constant of Ge (5.65 °) is different from the lattice constant of Si (5.43 °), when the content of Ge is increased, dislocation due to distortion due to the lattice constant difference occurs, and the electrical characteristics deteriorate. I do. That is, it is necessary to increase the content of Ge in the SiGe layer in order to further lower the voltage. However, as described above, when the content of Ge in the SiGe layer is increased, the lattice constant difference from the Si layer is increased. Is larger, so the Ge content has an upper limit. Therefore, paying attention to the fact that the lattice constant of the C crystal is smaller than the lattice constant of the Si crystal, it is possible to reduce the strain in the SiGeC mixed crystal in which C is contained in the SiGe layer (see Non-Patent Document 1). . An HBT utilizing a heterojunction between the Si layer and the SiGeC layer is conceivable. In this HBT, the impurities contained in the base region diffuse into the collector region during the heat treatment, so that the base-collector gap is reduced. However, there is a problem that a so-called paraistic barrier is formed (see Non-Patent Document 2). The formation of the parasitic barrier causes a reduction in the current multiplication factor (β) and a deterioration in the early voltage Va and the cutoff frequency f _T. In order to solve this, there is a method of interposing an undoped spacer layer between the base and the collector (see Non-Patent Document 3). C has an effect of suppressing impurity diffusion (see Non-Patent Document 4). This effect, boron profile is a p-type impurity in the base region is maintained, and is expected to improve the characteristics such as the early voltage Va and the cutoff frequency f _T.
LD Lanzerotti, A. St. Amour, CW Liu, JC Strum, JK Watanabe and ND Theodore, IEEE Electron Device Letters, Vol. 17 No. 7 334 (1996) JW Slotboom, G. Streutker, A. Pruijmboom and DJ Gravesteijn, IEEE Electron Device Letters 12 pp 486 (1991) EJ Prinz, PM Garone, PV Schwartz, X. Xiano and J. C. Strum, IEDM Technology Digital pp853 (1991)). LD Lanzerotti, J. C. Strum, E. Stach, R. Hull, T. Buyuklimanli and C. Magee, Applied Physics Letters 70 (23) 3125 (1997)

しかしながら、従来のＳｉＧｅＣ／Ｓｉヘテロ接合を利用したＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおいては、以下のような問題があった。 However, the SiGeC-HBT using the conventional SiGeC / Si heterojunction has the following problems.

電流増倍率をより向上させるなどのために、ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのベース領域であるＳｉＧｅＣ層のバンドギャップをより小さくするには、Ｇｅの含有率をより大きくしなければならない。このとき、上述のように、Ｇｅ含有率の増大に伴う格子歪みを低減するには、Ｃの含有率を大きくすればよい。しかるに、本発明者達の行なった実験によると、例えば、Ｃの含有率が０．８％以上であるＳｉＧｅＣ層をベース領域として用いたＨＢＴにおいて、ベース電流のｎ値が約２となるなど、Ｃの含有率を高くするとＨＢＴの高周波特性が劣化することがわかった。以下、本発明者達の行なった実験結果について説明する。 To further reduce the band gap of the SiGeC layer, which is the base region of the SiGeC-HBT, in order to further improve the current multiplication factor, the Ge content must be increased. At this time, as described above, in order to reduce lattice distortion accompanying an increase in the Ge content, the C content may be increased. However, according to experiments performed by the present inventors, for example, in an HBT using a SiGeC layer having a C content of 0.8% or more as a base region, the n value of the base current becomes about 2, for example. It has been found that when the content of C is increased, the high-frequency characteristics of the HBT deteriorate. Hereinafter, the results of experiments performed by the present inventors will be described.

図８（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴのガンメルプロットを示す図である。図９（ａ），（ｂ）は、それぞ順に、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴの電流増倍率（β）を示す図である。ただし、本明細書において、「ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ」，「ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴ」などと表記するときは、Ｓｉの組成率は、１から他の材料（Ｇｅ，Ｃなど）の含有率を差し引いた値であることを意味する。 FIGS. 8A and 8B are Gummel plots of SiGe _0.268 HBT and SiGe _0.268 C _0.0091 HBT, respectively. FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the current multiplication factor (β) of SiGe _0.268 HBT and SiGe _0.268 C _0.0091 HBT, respectively. However, in this specification, when _describing “SiGe _0.268 HBT”, “SiGe _0.268 C _0.0091 HBT”, etc., the composition ratio of Si is obtained by subtracting the content of other materials (Ge, C, etc.) from 1. Means a value.

図８（ａ），（ｂ）を比較するとわかるように、ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴのベース電流Ｉｂのｎ値（傾き）は、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴのｎ値に比べて著しく劣化している。また、図９（ａ），（ｂ）を比較するとわかるように、ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴの電流増倍率βは最大値でも５０しかなく、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴの電流増倍率βの最大値が４００であるのに比べて劣化している。この原因は、ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおいてＣの含有率が１％に近くなると再結合電流が増大することからｎ値が劣化し、このｎ値の劣化によって、電流増倍率βが低下するものと思われる。 8A and 8B, the n value (slope) of the base current Ib of the SiGe _0.268 C _0.0091 HBT is significantly deteriorated as compared with the n value of the SiGe _0.268 HBT. 9A and _9B , the current multiplication factor β of the SiGe _0.268 C _0.0091 HBT is only 50 at the maximum, and the maximum value of the current multiplication β of the SiGe _0.268 HBT is 400 at the maximum. It has deteriorated compared to the case. It is considered that the reason for this is that, when the content of C becomes close to 1% in the SiGeC-HBT, the recombination current increases, thereby deteriorating the n value, and the deterioration of the n value causes the current multiplication factor β to decrease. .

図１０は、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴのエミッタ・ベース間のダイオード特性の順方向の電流電圧特性の測定結果と、電子の再結合電流と拡散電流の和の計算値の測定結果とのフィッティングを調べるための図である。同図においては、ダイオードの電子の再結合電流と拡散電流の和の計算値をエミッタ・ベース間の空乏層中での再結合寿命（τr ）をパラメータとして測定結果とフィッティングさせている。このダイオード特性の結果から分かるように、Ｃの含有率が０％のＳｉＧｅＣ層（つまりＳｉＧｅ層）においては再結合寿命が約１００ｎｓｅｃであるのに対して、Ｃの含有率が０．９１％のＳｉＧｅＣ層においては再結合寿命が約４００ｐｓｅｃになる。このように、Ｃの含有率が１％に近くなると再結合寿命が著しく小さくなって再結合電流が非常に大きくなる結果、特性の劣化が生じているものと考えられる。 FIG. 10 shows the measurement results of the forward current-voltage characteristics of the diode characteristics between the emitter and the base of the SiGe _0.268 HBT and SiGe _0.268 C _0.0091 HBT, and the measurement results of the sum of the electron recombination current and the diffusion current. It is a figure for investigating the fitting of. In the figure, the calculated value of the sum of the recombination current and the diffusion current of the electrons of the diode is fitted to the measurement result using the recombination lifetime (τr) in the depletion layer between the emitter and the base as a parameter. As can be seen from the results of the diode characteristics, the recombination lifetime is about 100 nsec in the SiGeC layer containing 0% C (that is, the SiGe layer), whereas the C content is 0.91%. The recombination lifetime of the SiGeC layer is about 400 psec. As described above, it is considered that when the content of C approaches 1%, the recombination lifetime becomes extremely short and the recombination current becomes very large, resulting in deterioration of characteristics.

図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ベース領域に均一にＧｅを含有しているＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴのベース領域における再結合寿命を１×１０^-5ｓｅｃから１×１０^-9ｓｅｃまで変化させてガンメルプロット，電流増倍率をシミュレ−ションした結果を示す図である。図１１（ａ）からわかるように、再結合寿命が小さくなると、コレクタ電流はあまり影響は受けないものの、ベ−ス電流の再結合電流が非常に大きくなることによってｎ値が劣化することがわかる。また、図１１（ｂ）からわかるように、再結合寿命が小さくなると、上述のようにベ−ス電流の再結合電流が増加することによって電流増倍率βが大幅に低下する。このように、再結合寿命が小さくなった場合、トランジスタの特性を劣化させる原因となる。 FIGS. 11A and 11B respectively _{show the} recombination lifetime in the base region of SiGe _0.268 HBT containing Ge uniformly in the base region from 1 × 10 ⁻⁵ sec to 1 × 10 ⁻⁹ sec. It is a figure which shows the result of having simulated the Gummel plot and the current multiplication factor by changing. As can be seen from FIG. 11 (a), when the recombination lifetime is reduced, the collector current is not much affected, but the n-value is degraded by a very large recombination current of the base current. . Further, as can be seen from FIG. 11B, when the recombination lifetime is reduced, the current multiplication factor β is greatly reduced due to the increase in the recombination current of the base current as described above. As described above, when the recombination lifetime is reduced, the characteristics of the transistor may be deteriorated.

Ｃの含有率が高いＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおいて、再結合寿命が小さくなる原因の一つとして、Ｃの含有率が高いＳｉＧｅＣ結晶の場合、結晶中の格子間位置に存在するＣの量が増加することが挙げられる。この格子間位置に存在するＣが再結合準位を構成し、再結合電流を増加させると考えられる。 One of the causes of the decrease in recombination lifetime in SiGeC-HBT having a high C content is that, in the case of a SiGeC crystal having a high C content, the amount of C existing at interstitial positions in the crystal increases. Is mentioned. It is considered that C existing at this interstitial position constitutes a recombination level and increases recombination current.

本発明の目的は、エミッタ・ベ−ス間の再結合電流の減少と、低電圧駆動化，高周波特性の向上とを併せて実現しうるヘテロバイポーラトランジスタを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hetero-bipolar transistor which can realize both reduction of an emitter-base recombination current, low-voltage driving and improvement of high-frequency characteristics.

本発明のヘテロバイポーラトランジスタは、基板上に設けられ、Ｓｉを含む半導体材料からなる第１導電型のコレクタ領域と、上記コレクタ領域の上に設けられ、Ｃ含有率及びＧｅ含有率が異なる複数のＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層（０＜ｘ＜１，０≦ｙ＜１）からなる第２導電型のベース領域と、上記ベース領域の上に設けられ、上記ベース領域との間でヘテロ接合を形成する，Ｓｉを含む半導体材料からなる第１導電型のエミッタ領域とを備え、上記ベース領域を構成する複数のＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のうち，上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＣ含有率が、上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＣ含有率よりも大きく、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＧｅ含有率が、上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＧｅ含有率よりも大きく、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＧｅ含有率は、上記エミッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向に増大しており、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＣ含有率は、上記エミッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向に増大しており、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層の上記エミッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向へのＧｅ含有率の増加率が、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層の上記エミッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向へのＣ含有率の増加率よりも大きい。 The heterobipolar transistor of the present invention is provided on a substrate and has a collector region of a first conductivity type made of a semiconductor material containing Si and a plurality of collector regions provided on the collector region and having different C contents and Ge contents. A second conductivity type base region formed of a Si _1-xy Ge _x C _y layer (0 <x <1, 0 ≦ y <1) and a hetero region between the base region and the second conductivity type base region; An emitter region of a first conductivity type made of a semiconductor material containing Si that forms a junction; and a Si region adjacent to the collector region among a plurality of Si _1-xy Ge _x C _y layers constituting the base region. _1-xy Ge _x C _y layer C content is greater than the C content of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the emitter region, Si _1-xy Ge _x C adjacent to the collector region Ge content of _y layer is adjacent to the emitter region Greater than the Ge content in the Si _1-xy Ge _x C _y layer, the Ge content of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, in a direction toward the collector region from the emitter region is increasing, C content of Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region is increased in the direction toward the collector region from the emitter region, Si ₁ adjacent to the collector region _-xy Ge _x C _y layer growth rate from the emitter region of the Ge content in the direction towards the said collector region of said collector from the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region It is larger than the increase rate of the C content in the direction toward the region.

これにより、ベース領域のうちエミッタ領域に隣接する領域では比較的Ｃ含有率が低いので、エミッタ・ベース接合部に形成される空乏層にはＣ含有率の高い領域が少なくなり、空乏層における再結合中心の数を低減することができる。よって、再結合中心が空乏層に存在することに起因する再結合電流を抑制することができる。すなわち、ＳｉＧｅＣ層からなるベース領域を利用したヘテロ接合を利用して、低駆動電圧化を図りつつ、電流増倍率や高周波特性などの電気的特性の改善を図ることができる。そして、ベース領域のうちエミッタ領域に隣接する領域を除く領域が、エミッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向にＣ含有率が増大する組成を有することにより、Ｃ含有率が高く再結合中心の多い領域をできるだけエミッタ・ベース接合部から遠ざけて、再結合電流を抑制しつつ、低駆動電圧化を図ることができるという利点がある。 As a result, the region adjacent to the emitter region in the base region has a relatively low C content, so that the depletion layer formed at the emitter-base junction has fewer regions with a high C content, and the re-depletion in the depletion layer is reduced. The number of bonding centers can be reduced. Therefore, the recombination current caused by the recombination center existing in the depletion layer can be suppressed. That is, it is possible to improve the electric characteristics such as the current multiplication factor and the high-frequency characteristics while reducing the driving voltage by using the heterojunction using the base region made of the SiGeC layer. The region other than the region adjacent to the emitter region in the base region has a composition in which the C content increases in a direction from the emitter region to the collector region, so that a region having a high C content and a large number of recombination centers is provided. This has the advantage that the drive voltage can be reduced while the recombination current is suppressed as far as possible from the emitter-base junction.

上記ベース領域の上記エミッタ領域に隣接する領域におけるＣ含有率が０．８％未満であることが好ましい。 It is preferable that a C content in a region of the base region adjacent to the emitter region is less than 0.8%.

上記ベース領域の上記エミッタ領域に隣接する領域におけるＣ含有率が０．０１％以上であることにより、ベース領域におけるバンド構造の調整を微細に行なうことが可能になる。 When the C content in the base region adjacent to the emitter region is 0.01% or more, the band structure in the base region can be finely adjusted.

エミッタ・ベース接合部に形成される空乏層が、上記ベース領域のうち上記エミッタ領域に接する領域内に収まっていることにより、再結合電流をより効果的に抑制することが可能になる。 Since the depletion layer formed at the emitter-base junction is within the region of the base region that is in contact with the emitter region, it is possible to more effectively suppress the recombination current.

上記ベース領域のうち上記エミッタ領域に接する領域のＧｅ含有率が一定であることにより、拡散層の深さ位置がばらついても、エミッタベース接合の拡散電位がほぼ一定なので、動作電圧をほぼ一定に保持することができる。 Since the Ge content of the region in contact with the emitter region in the base region is constant, even if the depth position of the diffusion layer varies, the diffusion potential of the emitter-base junction is substantially constant. Can be held.

上記ベース層のうち上記エミッタ領域に隣接する領域の厚みが、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましい。 The thickness of a region of the base layer adjacent to the emitter region is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more.

上記ベース領域のうち上記エミッタ領域に隣接する領域を除く領域が、上記エミッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向にバンドギャップが小さくなるように構成されていることにより、キャリアのベース領域における走行を加速して、高周波特性の向上を図ることができる。 The region other than the region adjacent to the emitter region in the base region is configured so that the band gap decreases in the direction from the emitter region to the collector region, thereby accelerating the traveling of carriers in the base region. Thus, the high-frequency characteristics can be improved.

上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層の上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層側の端部のバンドギャップが、上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のバンドギャップと等しいか小さいことにより、特に低駆動電圧化を著しく図ることができる。 Band gap end of the Si _1-xy Ge _x C _y layer side adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, Si _1-xy adjacent to the emitter region When the band gap is equal to or smaller than the band gap of the Ge _x C _y layer, a particularly low driving voltage can be significantly reduced.

上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層の上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層側の端部と、エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層とにおけるＧｅ含有率の差をΔｘとし、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層の上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層側の端部と、エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、
Δｘ≧４．２８８Δｙ
の関係があることが好ましい。 A Si _1-xy Ge _x C _y layer side of the end portion adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, Si _1-xy is adjacent to the emitter region Ge _x C _y The difference in Ge content between the Si _{1 -xy} G _x C _y layer and the emitter region of the Si _{1 -xy} G _x C _y layer adjacent to the collector region is defined as Δx. the difference in the C content in the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the region when the [Delta] y,
Δx ≧ 4.288Δy
It is preferable that the relationship

上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のうち上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層側の端部を除く領域では、上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層において、上記エミッタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層からエミッタ領域に向かう方向にバンドギャップが小さくなるように構成されていることにより、上述のように、キャリアのベース走行速度の向上による高周波特性の改善を図ることができる。 In the region except for the end portion of the Si _1-xy Ge _x C _y layer side adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, adjacent to the collector region Si _1- in _xy Ge _x C _y layer, by being configured such that the band gap decreases in a direction toward the emitter region from the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the emitter region, as described above, the carrier , The high-frequency characteristics can be improved by improving the base traveling speed.

上記コレクタ領域に隣接するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 層のＧｅ含有率が３０．０％以上であることが好ましく、３１．３％以上であることがより好ましい。 Preferably Si _1-xy Ge _x C _y layer Ge content adjacent to the collector region is 30.0% or more, more preferably 31.3% or more.

本発明のヘテロバイポーラトランジスタによれば、ＳｉＧｅＣ層からなるベース領域のうちエミッタ領域に隣接する領域のＣ含有率を、コレクタ領域に隣接領域のＣ含有率よりも小さくしたので、再結合電流の抑制により、低駆動電圧化を図りつつ、電流増倍率や高周波特性などの電気的特性の改善を図ることができる。 According to the hetero bipolar transistor of the present invention, the C content of the region adjacent to the emitter region in the base region made of the SiGeC layer is made smaller than the C content of the region adjacent to the collector region. Accordingly, electrical characteristics such as current multiplication factor and high-frequency characteristics can be improved while lowering the driving voltage.

各実施形態について説明する前に、Ｓｉ，Ｇｅ及びＣを含む三元混晶半導体であるＳｉＧｅＣ層によってヘテロバイポーラトランジスタのベース層を構成したヘテロバイポーラトランジスタの基本的な利点について説明する。 Before describing each embodiment, a basic advantage of a hetero-bipolar transistor in which a base layer of the hetero-bipolar transistor is constituted by a SiGeC layer which is a ternary mixed crystal semiconductor containing Si, Ge and C will be described.

図１は、ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体におけるＧｅ及びＣの含有率とバンドギャップ，格子歪みの関係を示す状態図である。同図において、横軸はＧｅ含有率を表し縦軸はＣ含有率を表し、かつ、歪み量（圧縮歪み及び引っ張り歪みを含む），バンドギャップがそれぞれ一定となる組成条件を直線によって示している。図１中、ドットハッチングを施した領域は、Ｓｉ層上のＳｉＧｅＣ層における格子歪み量が１．０％以内で、かつバンドギャップが従来の実用的なＳｉＧｅ（Ｇｅ含有率が約１０％）のバンドギャップよりも小さくできる領域である。この領域は、Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y とあらわされるＳｉＧｅＣにおいて、Ｇｅの含有率をｘ、Ｃの含有率をｙとした場合、次の４つの直線
直線 (1)：ｙ＝０．１２２ｘ−０．０３２
直線 (2)：ｙ＝０．１２４５ｘ＋０．０２８
直線 (3)：ｙ＝０．２３３２ｘ−０．０２３３（Ｇｅ含有率が２２％以下）
直線 (4)：ｙ＝０．０６２２ｘ＋０．０１２７（Ｇｅ含有率が２２％以下）
によって囲まれる領域である。なお、図中、格子歪みが０％と記された直線上の組成を有するＳｉＧｅＣ層は、下地のＳｉ層と格子整合している。 FIG. 1 is a state diagram showing the relationship between the Ge and C contents, the band gap, and the lattice strain in a SiGeC ternary mixed crystal semiconductor. In the figure, the abscissa represents the Ge content and the ordinate represents the C content, and the straight line represents the composition conditions under which the strain amount (including the compressive strain and the tensile strain) and the band gap are constant. . In FIG. 1, a region hatched by dot hatching has a lattice strain of less than 1.0% in the SiGeC layer on the Si layer and a band gap of conventional practical SiGe (Ge content is about 10%). This is an area that can be smaller than the band gap. In SiGeC, which is expressed as Si _1-xy G _x C _y , this region is represented by the following four straight lines when the Ge content is x and the C content is y: Straight line (1): y = 0.122x -0.032
Straight line (2): y = 0.1245x + 0.028
Straight line (3): y = 0.332x−0.0233 (Ge content 22% or less)
Straight line (4): y = 0.0622x + 0.0127 (Ge content 22% or less)
Is an area surrounded by. In the figure, the SiGeC layer having a composition on a straight line with a lattice strain of 0% is lattice-matched to the underlying Si layer.

したがって、エミッタ層、ベース層、コレクタ層からなるヘテロバイポーラトランジスタにおいて、ベース層を図１のドットハッチングで示された領域の組成からなるＳｉＧｅＣによって構成することで、格子歪みによつ不具合を招くことなくナローバンドギャップベースを実現することができる。 Therefore, in the hetero bipolar transistor including the emitter layer, the base layer, and the collector layer, when the base layer is formed of SiGeC having the composition of the region indicated by the dot hatching in FIG. And a narrow band gap base can be realized.

つまり、ベース層にバンドギャップが小さく、かつ格子歪み量が小さくなる材料としてＳｉＧｅＣ三元混晶半導体材料を選択することにより、信頼性が高く、低電圧動作、高速動作が可能なヘテロバイポーラトランジスタを実現することができる。 In other words, by selecting a SiGeC ternary mixed crystal semiconductor material as a material having a small band gap and a small lattice strain in the base layer, a highly reliable heterobipolar transistor capable of low-voltage operation and high-speed operation can be obtained. Can be realized.

なお、図１は、ＳｉＧｅＣ層の下地層がＳｉ単一組成を有する場合の状態図であるが、下地層がＳｉにＧｅやＣを多少含む場合であっても、ＳｉＧｅＣ層の格子歪みが１．０％以下で、かつ、下地層とＳｉＧｅＣ層とバンドギャップの差を大きく確保できる限り、同様の効果を発揮することができる。 FIG. 1 is a state diagram in the case where the underlying layer of the SiGeC layer has a single composition of Si. Even when the underlying layer contains some Ge or C in Si, the lattice distortion of the SiGeC layer is 1%. The same effect can be exerted as long as the difference is equal to or less than 0.0% and a large difference in band gap between the underlayer and the SiGeC layer can be secured.

図２は、本発明の各実施形態に共通するヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の断面図である。同図に示すように、本実施形態のＨＢＴは、ｐ型不純物を含むＳｉ基板１０と、Ｓｉ基板１０にｎ型不純物（例えばリン）を導入して形成されたＳｉコレクタ埋め込み層１１と、Ｓｉコレクタ埋め込み層１１の上に設けられたＣ含有率の高いＳｉＧｅＣ層からなる第１ベース領域１２と、第１ベース領域１２の上に設けられたＣ含有率の低いＳｉＧｅＣ層又はＳｉＧｅ層からなる第２ベース領域１３と、第２ベース領域１３の上に設けられたＳｉキャップ層１４と、Ｓｉキャップ層１４の上に設けられたポリシリコン膜からなるエミッタ電極１５とを備えている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a hetero bipolar transistor (HBT) common to each embodiment of the present invention. As shown in the figure, the HBT of this embodiment includes a Si substrate 10 containing a p-type impurity, an Si collector buried layer 11 formed by introducing an n-type impurity (for example, phosphorus) into the Si substrate 10, A first base region 12 made of a SiGeC layer having a high C content provided on the collector buried layer 11, and a first base region 12 made of a SiGeC layer or a SiGe layer having a low C content provided on the first base region 12. The semiconductor device includes a second base region 13, a Si cap layer 14 provided on the second base region 13, and an emitter electrode 15 made of a polysilicon film provided on the Si cap layer 14.

次に、このＨＢＴの製造方法について説明する。まず、Ｓｉ基板１０の表面部にイオン注入法などを用いてｎ型の不純物となるリン（ｐ）を濃度が約２×１０¹⁷／ｃｍ³ で導入して、コレクタ埋め込み層１１を形成する。そして、コレクタ埋め込み層１１の上に、ＵＨＶ−ＣＶＤ法などにより、Ｃの含有率の高いＳｉＧｅＣ層からなる第１ベ−ス領域１２と、第１ベース領域１２よりもＣの含有率の低いＳｉＧｅＣ層又はＳｉＧｅ層からなる第２ベース領域１３とを、順にエピタキシャル成長させる。ここで、第２ベース領域１３の少なくともエミッタ領域側端部（Ｓｉキャップ層側端部）においては、Ｃ含有率を０．８％未満とする。このとき、エピタキシャル成長のソースとして、Ｓｉの原料にはシランやジシランを用い、Ｇｅの原料にはゲルマンを用い、Ｃの原料にはメチルシランやメチルゲルマンなどを用いる。第１，第２ベ−ス領域１２，１３には、例えばｐ型不純物となるボロン（Ｂ）を約４×１０¹⁸／ｃｍ³ の濃度でド−ピングし、第１ベ−ス領域１２の膜厚は約３５ｎｍ程度と第２ベ−ス領域１３の膜厚は約２５ｎｍ程度（合計膜厚が約６０ｎｍ）とする。その後、第２ベース領域１３の上にＳｉ層からなるＳｉキャップ層１４をエピタキシャル成長させる。Ｓｉキャップ層１４には不純物をド−ピングせず、Ｓｉキャップ層１４の膜厚は約１０ｎｍ程度とする。さらに、Ｓｉキャップ層１４の上に、一部だけを開口させたシリコン酸化膜１６を形成し、その開口部及びシリコン酸化膜１６の上に、砒素（Ａｓ）やリン（Ｐ）などのｎ型不純物を含むｎ⁺ 型ポリシリコン膜からなるエミッタ電極１５を形成する。このエミッタ電極１５には、砒素（又はリン）が約１×１０²⁰／ｃｍ³ 以上の高濃度でドープされており、熱処理によってＳｉキャップ層１４内にｎ型不純物を拡散させて、Ｓｉキャップ層１４内にエミッタ領域１４ａを形成する。 Next, a method of manufacturing the HBT will be described. First, the collector buried layer 11 is formed by introducing phosphorus (p) which is an n-type impurity at a concentration of about 2 × 10 ¹⁷ / cm ³ into the surface of the Si substrate 10 by ion implantation or the like. Then, a first base region 12 made of a SiGeC layer having a high C content and a SiGeC having a lower C content than the first base region 12 are formed on the collector buried layer 11 by a UHV-CVD method or the like. Layer or the second base region 13 made of a SiGe layer is epitaxially grown in order. Here, at least at the end of the second base region 13 on the emitter region side (end on the side of the Si cap layer), the C content is set to less than 0.8%. At this time, as a source of the epitaxial growth, silane or disilane is used as a raw material of Si, germane is used as a raw material of Ge, and methylsilane or methylgermane is used as a raw material of C. The first and second base regions 12 and 13 are doped with, for example, boron (B) as a p-type impurity at a concentration of about 4 × 10 ¹⁸ / cm ³ , so that the first and second base regions 12 and 13 are doped. The thickness is about 35 nm, and the thickness of the second base region 13 is about 25 nm (total thickness is about 60 nm). Thereafter, a Si cap layer 14 made of a Si layer is epitaxially grown on the second base region 13. The impurity is not doped into the Si cap layer 14, and the thickness of the Si cap layer 14 is about 10 nm. Further, a silicon oxide film 16 having only a part of the opening is formed on the Si cap layer 14, and an n-type such as arsenic (As) or phosphorus (P) is formed on the opening and the silicon oxide film 16. An emitter electrode 15 made of an n ⁺ -type polysilicon film containing impurities is formed. The emitter electrode 15 is doped with arsenic (or phosphorus) at a high concentration of about 1 × 10 ²⁰ / cm ³ or more. The n-type impurity is diffused into the Si cap layer 14 by heat treatment, and An emitter region 14a is formed in 14.

つまり、Ｃの含有率が高い第１ベース領域１２とエミッタ層１４ａとの間にＣの含有率の低い第２ベース領域１３を介在させ、かつ、第２ベース領域１３の少なくともエミッタ領域側端部におけるＣ含有率を０．８％未満とすることにより、第１ベース領域１２においてＣの含有率が高いことによって発生する再結合中心を、エミッタ・ベ−ス間の空乏層の外方になるように構成されている。そして、このように構成することにより、ベ−ス電流のｎ値の改善やリ−ク電流の減少を図り、図８（ｂ），図９（ｂ）等に示す不具合を抑制することができる。一方、Ｃの含有率が高い第１ベース領域１２を設けることにより、従来のＳｉ／ＳｉＧｅＣヘテロ接合を利用したＨＢＴと同様に、格子歪みの発生を抑制しながら低電圧駆動化を図ることができる。これが、本発明の基本的な効果である。 In other words, the second base region 13 having a low C content is interposed between the first base region 12 having a high C content and the emitter layer 14a, and at least the end portion of the second base region 13 on the emitter region side. Is less than 0.8%, the recombination center generated by the high C content in the first base region 12 is located outside the depletion layer between the emitter and the base. It is configured as follows. With such a configuration, the n value of the base current can be improved and the leak current can be reduced, and the problems shown in FIGS. 8B and 9B can be suppressed. . On the other hand, by providing the first base region 12 having a high C content, low-voltage driving can be achieved while suppressing the occurrence of lattice distortion, similarly to a conventional HBT using a Si / SiGeC heterojunction. . This is the basic effect of the present invention.

図２においては、便宜上第１ベース領域１２と第２ベース領域１３とに分けているが、本発明は、第１ベース領域と第２ベース領域とに分けられないものにも適用することができる。例えば、ベース層を構成するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y の成分比がベース層全体で連続的に変化するような場合であってもよい。すなわち、ベース層のうちエミッタ層に隣接する領域におけるＣ含有率が、ベース層のコレクタ層に隣接する領域におけるＣ含有率よりも小さければ、本発明の基本的な効果を発揮することができるからである。 In FIG. 2, the first base region 12 and the second base region 13 are divided for convenience, but the present invention can be applied to a structure that is not divided into the first base region and the second base region. . For example, the case may be such that the component ratio of Si _1-xy G _x C _y constituting the base layer continuously changes throughout the base layer. That is, if the C content in the region of the base layer adjacent to the emitter layer is smaller than the C content in the region of the base layer adjacent to the collector layer, the basic effects of the present invention can be exerted. It is.

（第１の実施形態）
図３（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態における第１ベース領域及び第２ベース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバンド図である。なお、図３（ａ）において、ｎ型不純物の濃度の図示は省略されている。 (1st Embodiment)
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the C and Ge contents of the first base region and the second base region and the concentration of boron (B) as an impurity in the first embodiment, and voltage application. FIG. 4 is an energy band diagram of the emitter region-base region-collector region at the time. In FIG. 3A, the illustration of the concentration of the n-type impurity is omitted.

図３（ａ）に示すように、本実施形態においては、第１ベース領域１２及び第２ベース領域１３に亘って、Ｇｅ含有率は一定（例えば２６．８％）とする。一方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２においては０．９１％で、第２ベース領域１３においては０．３５％であるとする。つまり、第１ベース領域１２はＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091層からなり、第２ベース領域１３はＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0035層からなっている。 As shown in FIG. 3A, in the present embodiment, the Ge content is constant (for example, 26.8%) over the first base region 12 and the second base region 13. On the other hand, the C content is assumed to be 0.91% in the first base region 12 and 0.35% in the second base region 13. That is, the first base region 12 is made of a SiGe _0.268 C _0.0091 layer, and the second base region 13 is made of a SiGe _0.268 C _0.0035 layer.

このとき、ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091層のバンドギャップは約０．９５ｅＶであり、Ｇｅ_0.268 Ｃ_0.0035層のバンドギャップは約０．９２ｅＶである。このように、Ｇｅ含有率が同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、Ｃの含有率が高い方のバンドギャップが大きくなるため、図３（ｂ）に示すように、エミッタ領域１４ａとＣ含有率の高い第１ベース領域１２との間に、Ｃの含有率の低いＳｉＧｅＣ層（第２ベース領域１３）を介在させることにより、エミッタ・ベ−ス接合部に障壁が生じにくくなる。したがって、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３の存在は、ＨＢＴの駆動電圧を高くするような悪影響を与えない。一方、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図３（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。つまり、ＨＢＴにおいて再結合電流の増大に起因するｎ値の劣化や電流増倍率の低減を抑制しつつ、いっそうの低電圧駆動化を進めることができる。 At this time, the band gap of the SiGe _0.268 C _0.0091 layer is about 0.95 eV, and the band gap of the Ge _0.268 C _0.0035 layer is about 0.92 eV. As described above, when two SiGeC layers having the same Ge content are stacked, the band gap having the higher C content becomes larger, and as shown in FIG. By interposing an SiGeC layer (second base region 13) having a low C content between the first base region 12 having a high content, a barrier is unlikely to be generated at the emitter-base junction. Therefore, the presence of the second base region 13 having a low C content does not have an adverse effect such as increasing the driving voltage of the HBT. On the other hand, as described above, since the second base region 13 having a low C content is interposed between the emitter region 14a and the first base region 12, the depletion layer between the emitter and base (FIG. ) Can reduce the recombination current in the region Rdp). That is, in the HBT, further reduction in voltage driving can be promoted while suppressing deterioration of the n value and reduction of the current multiplication factor due to the increase of the recombination current.

なお、第１ベース領域１２及び第２ベース領域１３との境界がなくベース層を２つの層に分けられない場合や、ベース層を３つ以上の層に分けられる場合、例えば、ベース層を構成するＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y の成分比がベース層全体で連続的に変化するような場合であっても、ベース層のうちエミッタ層に隣接する部分でＣ含有率が十分小さければ、エミッタ・ベース接合部に形成される空乏層における再結合電流の抑制効果を発揮することができる。 In addition, when there is no boundary between the first base region 12 and the second base region 13 and the base layer cannot be divided into two layers, or when the base layer can be divided into three or more layers, for example, the base layer Even if the composition ratio of Si _1-xy G _x C _y changes continuously in the entire base layer, if the C content in the portion of the base layer adjacent to the emitter layer is sufficiently small, the -The effect of suppressing the recombination current in the depletion layer formed at the base junction can be exhibited.

−第１の実施形態に関する実験データ−
図１２は、本発明の効果確認のための実験に用いたサンプルの各パラメータを表にして示す図である。図１２においては、Ｓｉキャップ層１４の厚みをＳと表示し、第１ベース層１２の厚みをＤ１と表示し、第２ベース層１３の厚みをＤ２と表示し、第１ベース層１２におけるＧｅ含有率，Ｃ含有率，ボロン濃度をそれぞれＮ_G1，Ｎ_C1，Ｎ_B1と表示し、第２ベース層１３におけるＧｅ含有率，Ｃ含有率，ボロン濃度をそれぞれＮ_G2，Ｎ_C2，Ｎ_B2と表示している。 -Experimental data on the first embodiment-
FIG. 12 is a table showing each parameter of a sample used in an experiment for confirming the effect of the present invention. In FIG. 12, the thickness of the Si cap layer 14 is indicated as S, the thickness of the first base layer 12 is indicated as D1, the thickness of the second base layer 13 is indicated as D2, and Ge in the first base layer 12 is indicated. content, C content, the boron concentration was labeled N _G1, N _C1, N _B1, respectively, Ge content in the second base layer 13, C content, the boron concentration respectively N _G2, and N _C2, N _B2 it's shown.

図１３は、図１２に示すサンプルについて測定したバイアス電圧−電流特性のデータを示す図である。同図に示すように、Ｃ含有率の低い層（第２ベース領域）を設けないサンプル（Ｎｏ．１）では、電圧−電流特性の傾きが緩やかであることから、再結合電流が大きいことがわかる。また、Ｃ濃度の低い第２ベース領域１３の厚みが１０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．２）では、サンプル（Ｎｏ．１）に比べると電圧−電流特性の傾きがやや立ち上がり若干の再結合電流低減効果はみられるものの，その効果は小さい。また、Ｃ濃度の低い第２ベース領域１３の厚みが２０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．３）では電流の傾きがやや急峻となり、再結合電流の低減効果がはっきりと現れている。さらに、第２ベース層１３の厚みが３０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．４）では、電圧−電流特性の傾きが急峻になり、再結合電流の低減効果が非常に大きくなっている。 FIG. 13 is a diagram showing data of bias voltage-current characteristics measured for the sample shown in FIG. As shown in the figure, in the sample (No. 1) in which the layer having the low C content (the second base region) is not provided, the slope of the voltage-current characteristics is gentle, so that the recombination current is large. Understand. Further, in the sample (No. 2) in which the thickness of the second base region 13 having a low C concentration is 10 nm, the slope of the voltage-current characteristic rises slightly as compared with the sample (No. 1), and the effect of slightly reducing the recombination current is reduced. Although effective, the effect is small. In the sample (No. 3) in which the thickness of the second base region 13 having a low C concentration is 20 nm (No. 3), the gradient of the current is slightly steep, and the effect of reducing the recombination current clearly appears. Furthermore, in the sample (No. 4) in which the thickness of the second base layer 13 is 30 nm, the slope of the voltage-current characteristics is steep, and the effect of reducing the recombination current is very large.

なお、この実験で用いたサンプルにおいては、第１，第２ベース領域１２，１３における不純物（ボロン）の濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3であり、標準的なヘテロバイポーラトランジスタのベース領域における不純物濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3に比べるとかなり低い。そのために、エミッタ・ベース接合における空乏層が広がっているものと考えられる。すなわち、ベース領域における不純物濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度にした場合には、この実験で用いたサンプルよりもエミッタ・ベース接合における空乏層の広がりが狭いので、第２ベース領域１３の厚みが５ｎｍ程度以上であれば、再結合電流の低減効果が得られる。 In the sample used in this experiment, the impurity (boron) concentration in the first and second base regions 12 and 13 was 2 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , and the impurity in the base region of the standard hetero bipolar transistor was not changed. It is considerably lower than the concentration of 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Therefore, it is considered that the depletion layer at the emitter-base junction is widened. That is, when the impurity concentration in the base region is set to about 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ , the depletion layer at the emitter-base junction is narrower than the sample used in this experiment. Is about 5 nm or more, the effect of reducing the recombination current can be obtained.

（第２の実施形態）
図４（ａ），（ｂ）は、第２の実施形態における第１ベース領域及び第２ベース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバンド図である。なお、図４（ａ）において、ｎ型不純物の濃度の図示は省略されている。 (Second embodiment)
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the C and Ge contents and the concentration of boron (B) as an impurity in the first base region and the second base region in the second embodiment, and voltage application. FIG. 4 is an energy band diagram of the emitter region-base region-collector region at the time. In FIG. 4A, the illustration of the concentration of the n-type impurity is omitted.

本実施形態においては、第１ベース領域１２と第２ベース領域１３とのバンドギャップが等しくなるように、２つの領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調整している点が特徴である。そのためには、Ｇｅ含有率を第１，第２ベース領域で同じ値とせずに、第１ベース領域１２におけるＧｅ含有率を第２ベース領域１３よりも高くすればよい。そして、ＳｉＧｅＣ層における組成を一般式Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y で表し、第１ベース領域１２と第２ベース領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、第１ベース領域１２と第２ベース領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを下記式（１）
Δｘ＝４．２８８Δｙ（１）
に基づき決定する。なお、第１ベース領域１２，第２ベース領域１３のいずれにおいても、Ｓｉ層に対して圧縮歪みを受ける組成となっている。 The present embodiment is characterized in that the Ge and C contents of the two regions 12 and 13 are adjusted so that the band gaps of the first base region 12 and the second base region 13 are equal. For this purpose, the Ge content in the first base region 12 may be made higher than that in the second base region 13 without setting the Ge content to the same value in the first and second base regions. The composition of the SiGeC layer is represented by the general formula Si _1-xy G _x C _y , and when the difference in the C content between the first base region 12 and the second base region 13 is Δy, the first base region 12 The difference Δx in Ge content between the first base region 13 and the second base region 13 is expressed by the following equation (1)
Δx = 4.288Δy (1)
Determined based on Note that both the first base region 12 and the second base region 13 have a composition that undergoes compressive strain with respect to the Si layer.

図４（ａ）に示すように、本実施形態においては、第１ベース領域１２のＧｅ含有率は高めの一定値（例えば３１．３％）とし、第２ベース領域１３のＧｅ含有率を低い一定値（例えば２６．８％）とする。一方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２においては１．４％で、第２ベース領域１３においては０．３５％であるとする。つまり、第１ベース領域１２はＳｉＧｅ_0.313 Ｃ_0.014 層からなり、第２ベース領域１３はＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0035層からなっている。 As shown in FIG. 4A, in the present embodiment, the Ge content of the first base region 12 is set to a relatively high constant value (for example, 31.3%), and the Ge content of the second base region 13 is low. It is set to a constant value (for example, 26.8%). On the other hand, it is assumed that the C content is 1.4% in the first base region 12 and 0.35% in the second base region 13. That is, the first base region 12 is made of a SiGe _0.313 C _0.014 layer, and the second base region 13 is made of a SiGe _0.268 C _0.0035 layer.

このとき、ＳｉＧｅ_0.313 Ｃ_0.014 層のバンドギャップは約０．９２ｅＶであり、Ｇｅ_0.268 Ｃ_0.0035層のバンドギャップも約０．９２ｅＶであって、図４（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３における伝導帯端はフラットになる。このように、バンドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができる。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図４（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。つまり、ＨＢＴにおいて再結合電流の増大に起因するｎ値の劣化や電流増倍率の低減を抑制しつつ、特に著しい低電圧駆動化を進めることができる。 At this time, the band gap of the SiGe _0.313 C _0.014 layer is about 0.92 eV, and the band gap of the Ge _0.268 C _0.0035 layer is also about 0.92 eV. As shown in FIG. The conduction band edges at 12 and 13 become flat. As described above, when two SiGeC layers having the same band gap are stacked, further lower voltage driving can be achieved. As described above, since the second base region 13 having a low C content is interposed between the emitter region 14a and the first base region 12, a depletion layer between the emitter and base (FIG. 4B ) Can reduce the recombination current in the region Rdp). In other words, in the HBT, a particularly remarkable low-voltage driving can be promoted while suppressing the deterioration of the n value and the reduction of the current multiplication factor due to the increase of the recombination current.

また、２つのベース領域１２，１３における伝導帯端がフラットであることにより、キャリアの走行の障害となるヘテロ障壁が存在しなくなるので、ヘテロバイポーラトランジスタの動作の高速化を図ることができる。 In addition, since the conduction band edges of the two base regions 12 and 13 are flat, there is no hetero barrier that hinders the traveling of carriers, so that the operation speed of the hetero bipolar transistor can be increased.

（第３の実施形態）
図５（ａ），（ｂ）は、第３の実施形態における第１ベース領域及び第２ベース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバンド図である。なお、図５（ａ）において、ｎ型不純物の濃度の図示は省略されている。 (Third embodiment)
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the C and Ge contents and the concentration of boron (B) as an impurity in the first base region and the second base region in the third embodiment, and voltage application. FIG. 4 is an energy band diagram of the emitter region-base region-collector region at the time. In FIG. 5A, the illustration of the concentration of the n-type impurity is omitted.

本実施形態においては、第１ベース領域１２と第２ベース領域１３の境界部おける両者のバンドギャップを等しくし、第１ベース領域１２のバンドギャップがベース走行電子を加速する方向に変化するように、第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調整している点が特徴である。そのために、ＳｉＧｅＣ層における組成を一般式Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y で表し、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部と第２ベース領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部と第２ベース領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを上記式（１）に基づき決定する。そして、第１ベース領域１２におけるＧｅ含有率を、第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。 In the present embodiment, the band gaps at the boundary between the first base region 12 and the second base region 13 are made equal so that the band gap of the first base region 12 changes in the direction of accelerating the base traveling electrons. The feature is that the Ge and C contents of the first and second base regions 12 and 13 are adjusted. Therefore, it represents a composition of the SiGeC layer in the general formula _{_{_{Si 1-xy Ge x C y}}} , the second base region side end portion of the first base region 12 and the difference in C content in the second base region 13. and Δy Then, the difference Δx in the Ge content between the end of the first base region 12 on the side of the second base region and the second base region 13 is determined based on the above equation (1). Then, the Ge content in the first base region 12 is increased in a direction from the end of the second base region to the collector buried layer 11.

図５（ａ）に示すように、本実施形態においては、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部におけるＧｅ含有率を高めの値（例えば２０．０％）とし、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率をさらに高めの値（例えば３０％）とし、第２ベース領域１３のＧｅ含有率は低い一定値（例えば１５．２％）とする。一方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２においては高めの一定値（例えば１．４％）で、第２ベース領域１３においては低めの一定値（例えば０．３％）であるとする。つまり、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部はＳｉＧｅ_0.20Ｃ_0.014 層からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部はＳｉＧｅ_0.30Ｃ_0.014 層からなり、第２ベース領域１３はＳｉＧｅ_0.152 Ｃ_0.003 層からなっている。 As shown in FIG. 5A, in the present embodiment, the Ge content at the end of the first base region 12 on the side of the second base region is set to a higher value (for example, 20.0%), and the first base region The Ge content at the end of the collector buried layer 12 is set to a higher value (for example, 30%), and the Ge content of the second base region 13 is set to a low constant value (for example, 15.2%). On the other hand, it is assumed that the C content is a higher constant value (for example, 1.4%) in the first base region 12, and a lower constant value (for example, 0.3%) in the second base region 13. . That is, the end of the first base region 12 on the side of the second base region is made of a SiGe _0.20 C _0.014 layer, the end of the first base region 12 on the side of the collector buried layer is made of a layer of SiGe _0.30 C _0.014 , and the second base region 13 _Consists of a SiGe _0.152 C _0.003 layer.

このとき、Ｇｅ_0.20Ｃ_0.014 層のバンドギャップは約１．０２ｅＶであり、ＳｉＧｅ_0.152 Ｃ_0.003 層のバンドギャップも約１．０２ｅＶであって、図５（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３の境界部におけるバンドギャップは等しい。一方、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部におけるバンドギャップは約０．９３ｅＶである。したがって、第１ベース領域１２において、バンドギャップが第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に徐々に小さくなるように変化しているので、第１ベース領域１２における電子がドリフト電界により加速されて、電子の走行時間が短縮され、ヘテロバイポーラトランジスタの高周波特性が向上する。また、境界部においてバンドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、上記第２の実施形態と同様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができる。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図５（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。 At this time, the band gap of the Ge _0.20 C _0.014 layer is about 1.02 eV, and the band gap of the SiGe _0.152 C _0.003 layer is also about 1.02 eV. As shown in FIG. The band gaps at the boundaries of 12, 13 are equal. On the other hand, the band gap at the end of the first base region 12 on the side of the collector buried layer is about 0.93 eV. Therefore, in the first base region 12, the band gap changes so as to gradually decrease in the direction from the end of the second base region to the collector buried layer 11, so that electrons in the first base region 12 cause drift electric field. , The transit time of electrons is reduced, and the high-frequency characteristics of the hetero bipolar transistor are improved. In the case where two SiGeC layers having the same band gap are stacked at the boundary portion, further lower voltage driving can be achieved as in the second embodiment. As described above, since the second base region 13 having a low C content is interposed between the emitter region 14a and the first base region 12, the depletion layer between the emitter and base (FIG. 5B ) Can reduce the recombination current in the region Rdp).

すなわち、本実施形態においては、上記第２の実施形態と同じ効果に加えて、ヘテロバイポーラトランジスタの高周波特性の改善を図ることができる。 That is, in the present embodiment, in addition to the same effects as in the second embodiment, it is possible to improve the high frequency characteristics of the hetero bipolar transistor.

（第４の実施形態）
図６（ａ），（ｂ）は、第４の実施形態における第１ベース領域及び第２ベース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバンド図である。なお、図６（ａ）において、ｎ型不純物の濃度の図示は省略されている。 (Fourth embodiment)
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the C and Ge contents of the first base region and the second base region and the concentration of boron (B) as an impurity in the fourth embodiment, and voltage application. FIG. 4 is an energy band diagram of the emitter region-base region-collector region at the time. In FIG. 6A, the illustration of the concentration of the n-type impurity is omitted.

本実施形態においては、第１ベース領域１２と第２ベース領域１３との両者のバンドギャップが等しくなり、かつ、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部における格子歪みができるだけ小さくなるように、第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調整している点が特徴である。そのために、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部におけるＧｅ及びＣ含有率は第２ベース領域１３と同じとしつつ、第１ベース領域１２におけるＧｅ含有率及びＣ含有率を、第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。その際、ＳｉＧｅＣ層における組成を一般式Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y で表し、第１ベース領域１２の第１ベース領域側端部を除く領域と第２ベース領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、第１ベース領域１２の第１ベース領域側端部を除く領域と第２ベース領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを上記式（１）に基づき決定する。 In the present embodiment, the first base region 12 and the second base region 13 have the same band gap, and the lattice distortion at the boundary between the first and second base regions 12 and 13 is as small as possible. The feature is that the Ge and C contents of the first and second base regions 12 and 13 are adjusted. Therefore, the Ge and C contents at the end of the first base region 12 on the side of the second base region are the same as those of the second base region 13, and the Ge and C contents of the first base region 12 are set to the second. It is increased in the direction from the end on the base region side toward the collector buried layer 11. At this time, the composition in the SiGeC layer is represented by the general formula Si _1-xy G _x C _y , and the difference in the C content between the region excluding the first base region side end of the first base region 12 and the second base region 13. Is set to Δy, the difference Δx of the Ge content between the region excluding the end portion of the first base region 12 on the first base region side and the second base region 13 is determined based on the above equation (1).

図６（ａ）に示すように、本実施形態においては、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部とにおけるＧｅ含有率を共通の値（例えば２６．８％）とし、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率を高めの値（例えば３１．３％）とする。一方、Ｃの含有率は、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部とにおいては共通の値（例えば０．３５％）で、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部においてはより高めの値（例えば１．４％）であるとする。つまり、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部とはＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0035層からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部はＳｉＧｅ_0.313 Ｃ_0.014 層からなっている。 As shown in FIG. 6A, in the present embodiment, the Ge content in the second base region 13 and the end of the first base region 12 on the side of the second base region is set to a common value (for example, 26.8%). ), And the Ge content at the end of the first base region 12 on the side of the collector buried layer is set to a higher value (for example, 31.3%). On the other hand, the C content is a common value (for example, 0.35%) between the second base region 13 and the end of the first base region 12 on the side of the second base region, and the collector filling of the first base region 12 is performed. It is assumed that the value is higher (for example, 1.4%) at the layer side end. That is, the second base region 13 and the end of the first base region 12 on the side of the second base region are made of the SiGe _0.268 C _0.0035 layer, and the end of the first base region 12 on the side of the collector buried layer is made of the SiGe _0.313 C _0.014 layer. Has become.

このとき、ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0035層のバンドギャップは約０．９３ｅＶであり、ＳｉＧｅ_0.313 Ｃ_0.014 層のバンドギャップは約０．９３ｅＶであって、図６（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３におけるバンドギャップは等しい。そして、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部におけるＧｅ，Ｃ含有率がともに等しいので、境界部における格子定数の急激な変化がないことで、ベース領域全体としての格子歪みをできるだけ小さくすることができる。よって、格子歪みによる転位などの欠陥の発生を抑制することができるので、ヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の向上を図ることができる。 At this time, the band gap of the SiGe _0.268 C _0.0035 layer is about 0.93 eV, and the band gap of the SiGe _0.313 C _0.014 layer is about 0.93 eV. As shown in FIG. The band gaps at 12 and 13 are equal. Since the contents of Ge and C at the boundary between the first and second base regions 12 and 13 are equal to each other, there is no sudden change in the lattice constant at the boundary, so that the lattice distortion of the entire base region is minimized. can do. Therefore, generation of defects such as dislocations due to lattice distortion can be suppressed, so that the electrical characteristics of the hetero bipolar transistor can be improved.

一方、バンドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、上記第２の実施形態と同様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができる。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図６（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。 On the other hand, when two SiGeC layers having the same band gap are stacked, further lower voltage driving can be achieved as in the second embodiment. As described above, since the second base region 13 having a low C content is interposed between the emitter region 14a and the first base region 12, the depletion layer between the emitter and base (FIG. 6B ) Can reduce the recombination current in the region Rdp).

すなわち、本実施形態においては、上記第２の実施形態と同じ効果に加えて、欠陥の発生の抑制によりヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の改善を図ることができる。 That is, in this embodiment, in addition to the same effects as those of the second embodiment, the electrical characteristics of the hetero bipolar transistor can be improved by suppressing the occurrence of defects.

（第５の実施形態）
図７（ａ），（ｂ）は、第５の実施形態における第１ベース領域及び第２ベース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバンド図である。なお、図７（ａ）において、ｎ型不純物の濃度の図示は省略されている。 (Fifth embodiment)
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the C and Ge contents and the concentration of boron (B) as an impurity in the first base region and the second base region in the fifth embodiment, and voltage application. FIG. 4 is an energy band diagram of the emitter region-base region-collector region at the time. In FIG. 7A, the illustration of the concentration of the n-type impurity is omitted.

本実施形態においては、第１ベース領域１２と第２ベース領域１３の境界部おける両者のバンドギャップを等しくし、第１ベース領域１２のバンドギャップがベース走行電子を加速する方向に変化させるとともに、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部における格子歪みができるだけ小さくなるように、第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調整している点が特徴である。そのために、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部におけるＧｅ及びＣ含有率は第２ベース領域１３と同じとしつつ、第１ベース領域１２におけるＣ含有率及びＧｅ含有率を、第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。 In the present embodiment, both the band gaps at the boundary between the first base region 12 and the second base region 13 are made equal, and the band gap of the first base region 12 is changed in a direction to accelerate the base traveling electrons. The feature is that the Ge and C contents of the first and second base regions 12 and 13 are adjusted so that the lattice distortion at the boundary between the first and second base regions 12 and 13 is as small as possible. Therefore, the Ge content and the C content at the end of the first base region 12 on the side of the second base region are the same as those of the second base region 13, and the C content and the Ge content of the first base region 12 are set to the second. It is increased in the direction from the end on the base region side toward the collector buried layer 11.

図７（ａ）に示すように、本実施形態においては、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部とにおけるＧｅ含有率を共通の値（例えば１５．２％）とし、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率を高めの値（例えば３０％）とする。一方、Ｃの含有率は、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部とにおいては共通の値（例えば０．３％）で、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部においてはより高めの値（例えば１．４％）であるとする。つまり、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部とはＳｉＧｅ_0.152Ｃ_0.003層からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部はＳｉＧｅ_0.30Ｃ_0.014 層からなっている。 As shown in FIG. 7A, in the present embodiment, the Ge content in the second base region 13 and the end of the first base region 12 on the side of the second base region is set to a common value (for example, 15.2%). ), And the Ge content at the end of the first base region 12 on the side of the collector buried layer is set to a higher value (for example, 30%). On the other hand, the C content is a common value (for example, 0.3%) between the second base region 13 and the end of the first base region 12 on the side of the second base region, and the collector filling of the first base region 12 is performed. It is assumed that the value is higher (for example, 1.4%) at the layer side end. That is, the second base region 13 and the end of the first base region 12 on the side of the second base region are made of the SiGe _0.152 C _0.003 layer, and the end of the first base region 12 on the side of the collector buried layer is made of the SiGe _0.30 C _0.014 layer. Has become.

このとき、ＳｉＧｅ_0.152Ｃ_0.003層のバンドギャップは約１．０２ｅＶであり、ＳｉＧｅ_0.30Ｃ_0.014 層バンドギャップは約０．９３ｅＶである。したがって、第１ベース領域１２において、バンドギャップが第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に徐々に小さくなるように変化しているので、第１ベース領域１２における電子がドリフト電界により加速されて、電子の走行時間が短縮され、ヘテロバイポーラトランジスタの高周波特性が向上する。そして、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部におけるＧｅ，Ｃ含有率がともに等しいので、境界部における格子定数の急激な変化がないことで、ベース領域全体としての格子歪みをできるだけ小さくすることができる。よって、格子歪みによる転位などの欠陥の発生を抑制することができるので、ヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の向上を図ることができる。 At this time, the band gap of the SiGe _0.152 C _0.003 layer is about 1.02 eV, and the band gap of the SiGe _0.30 C _0.014 layer is about 0.93 eV. Therefore, in the first base region 12, the band gap changes so as to gradually decrease in the direction from the end of the second base region to the collector buried layer 11, so that electrons in the first base region 12 cause drift electric field. , The transit time of electrons is reduced, and the high-frequency characteristics of the hetero bipolar transistor are improved. Since the contents of Ge and C at the boundary between the first and second base regions 12 and 13 are equal to each other, there is no sudden change in the lattice constant at the boundary, so that the lattice distortion of the entire base region is minimized. can do. Therefore, generation of defects such as dislocations due to lattice distortion can be suppressed, so that the electrical characteristics of the hetero bipolar transistor can be improved.

また、境界部においてバンドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、上記第２の実施形態と同様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができる。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図７（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。 In the case where two SiGeC layers having the same band gap are stacked at the boundary portion, further lower voltage driving can be achieved as in the second embodiment. As described above, since the second base region 13 having a low C content is interposed between the emitter region 14a and the first base region 12, the depletion layer between the emitter and base (FIG. 7B ) Can reduce the recombination current in the region Rdp).

すなわち、本実施形態においては、上記第３の実施形態と第４の実施形態の効果を併せて発揮することができる。 That is, in the present embodiment, the effects of the third embodiment and the fourth embodiment can be exhibited together.

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、第２ベース領域１３がＳｉＧｅＣ層である場合のみについて説明したが、上記各実施形態は、第２ベース領域１３がＳｉＧｅ層によって構成されているものについても適用することができる。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, only the case where the second base region 13 is the SiGeC layer has been described. However, each of the above embodiments also applies to the case where the second base region 13 is formed of the SiGe layer. be able to.

本発明のヘテロバイポーラトランジスタは、高周波デバイス，特にマイクロ波・ミリ波帯域でのデバイスとして利用することができる。 The heterobipolar transistor of the present invention can be used as a high-frequency device, particularly a device in a microwave / millimeter wave band.

ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体におけるＧｅ及びＣの含有率とバンドギャップ，格子歪みの関係を示す状態図である。FIG. 4 is a state diagram showing the relationship between the contents of Ge and C, the band gap, and the lattice distortion in a SiGeC ternary mixed crystal semiconductor. 本発明の各実施形態に共通するヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a hetero bipolar transistor (HBT) common to each embodiment of the present invention. （ａ），（ｂ）は、第１の実施形態におけるＨＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエネルギーバンド図である。3A and 3B are a diagram showing the C and Ge contents and boron concentration of the HBT according to the first embodiment, and an energy band diagram when a voltage is applied. （ａ），（ｂ）は、第２の実施形態におけるＨＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエネルギーバンド図である。(A), (b) is a figure which shows the C and Ge content rate and boron concentration of HBT in 2nd Embodiment, and an energy band figure at the time of voltage application. （ａ），（ｂ）は、第３の実施形態におけるＨＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエネルギーバンド図である。(A), (b) is a figure which shows the C and Ge content rate and boron density | concentration of HBT in 3rd Embodiment, and an energy band figure at the time of voltage application. （ａ），（ｂ）は、第４の実施形態におけるＨＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエネルギーバンド図である。(A), (b) is a figure which shows the C and Ge content and boron density | concentration of HBT in 4th Embodiment, and an energy band figure at the time of voltage application. （ａ），（ｂ）は、第５の実施形態におけるＨＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエネルギーバンド図である。(A), (b) is a figure which shows the C and Ge content rate and boron concentration of HBT in 5th Embodiment, and an energy band figure at the time of voltage application. （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴのガンメルプロットを示す図である。(A), (b) are respectively a illustrates SiGe _0.268 HBT, a Gummel plot of SiGe _0.268 C _0.0091 HBT. （ａ），（ｂ）は、それぞ順に、ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴの電流増倍率（β）を示す図である。(A), a diagram showing a (b) is respectively in this _{_{order, SiGe 0.268 HBT, SiGe 0.268 C}} 0.0091 HBT current multiplication factor of the (beta). ＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ_0.268 Ｃ_0.0091ＨＢＴのエミッタ・ベース間のダイオード特性の順方向の電流電圧特性の測定結果と、電子の再結合電流と拡散電流の和の計算値の測定結果とのフィッティングを調べるための図である。 _{Examine the fitting} between the measurement results of the forward current-voltage characteristics of the diode characteristics between the emitter and base of the SiGe _0.268 HBT, SiGe _0.268 C _0.0091 HBT, and the measurement results of the sum of the electron recombination current and the diffusion current. FIG. （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ベース領域に均一にＧｅを含有しているＳｉＧｅ_0.268 ＨＢＴのベース領域における再結合寿命を変化させてガンメルプロット，電流増倍率をシミュレ−ションした結果を示す図である。(A) and (b) are the results of simulating the Gummel plot and the current multiplication factor, respectively, by changing the recombination lifetime in the base region of SiGe _0.268 HBT containing Ge uniformly in the base region. FIG. 本発明の効果確認のための実験に用いたサンプルのパラメータを表にして示す図である。It is a figure which shows the parameter of the sample used for the experiment for confirming the effect of this invention in a table. 図１２に示すサンプルについて測定したバイアス電圧−電流特性のデータを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing data of bias voltage-current characteristics measured for the sample shown in FIG. 12.

Explanation of reference numerals

１０Ｓｉ基板
１１コレクタ埋め込み層
１２第１ベース領域
１３第２ベース領域
１４Ｓｉキャップ層
１４ａエミッタ領域
１５エミッタ電極 Reference Signs List 10 Si substrate 11 Collector buried layer 12 First base region 13 Second base region 14 Si cap layer 14a Emitter region 15 Emitter electrode

Claims

A first conductivity type collector region provided on the substrate and made of a semiconductor material containing Si;
Provided on said collector region, a plurality of Si _1-xy Ge _x C _y layer C content and the Ge content is different of the second conductivity type made of (0 <x <1,0 ≦ y <1) based Area and
A first conductivity type emitter region provided on the base region and forming a heterojunction with the base region and made of a semiconductor material containing Si.
Among a plurality of Si _1-xy Ge _x C _y layer constituting the base region, C content of Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, adjacent to the emitter region Si _1- greater than the C content of the _xy Ge _x C _y layer,
Ge content Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region is greater than the Ge content of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the emitter region,
Ge content Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region is increased in the direction toward the collector region from the emitter region,
C content of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region is increased in the direction toward the collector region from the emitter region,
Increase of the Ge content from the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region in the direction toward the collector region, Si _1-xy adjacent to the collector region Ge _x C _y A hetero-bipolar transistor wherein the rate of increase in the C content of the layer in a direction from the emitter region to the collector region is greater.

The heterobipolar transistor according to claim 1,
A hetero bipolar transistor, wherein a C content in a region of the base region adjacent to the emitter region is less than 0.8%.

The hetero bipolar transistor according to claim 1, wherein
A hetero-bipolar transistor, wherein a C content in a region of the base region adjacent to the emitter region is 0.01% or more.

The heterobipolar transistor according to any one of claims 1 to 3,
A hetero bipolar transistor in which a depletion layer formed at an emitter-base junction is contained in a region of the base region that is in contact with the emitter region.

The heterobipolar transistor according to any one of claims 1 to 4,
A hetero-bipolar transistor, wherein a Ge content of a region of the base region in contact with the emitter region is constant.

The heterobipolar transistor according to any one of claims 1 to 5,
A hetero bipolar transistor, wherein a thickness of a region adjacent to the emitter region in the base layer is 5 nm or more.

The hetero bipolar transistor according to claim 6,
A hetero bipolar transistor, wherein a thickness of a region adjacent to the emitter region in the base layer is 10 nm or more.

The heterobipolar transistor according to any one of claims 1 to 7,
A hetero-bipolar transistor, wherein a remaining region of the base region other than a region adjacent to the emitter region has a smaller band gap in a direction from the emitter region to the collector region.

The heterobipolar transistor according to any one of claims 1 to 5,
Band gap end of the Si _1-xy Ge _x C _y layer side adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, Si _1-xy Ge adjacent to the emitter region _A hetero-bipolar transistor equal to or smaller than the band gap of the _xCy layer.

The heterobipolar transistor according to claim 9,
And the end portion of the Si _1-xy Ge _x C _y layer side adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector _{_{region, Si 1-xy Ge x C}} y layer adjacent to the emitter region And Δx the difference in Ge content between
And the end portion of the Si _1-xy Ge _x C _y layer side adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector _{_{region, Si 1-xy Ge x C}} y layer adjacent to the emitter region When the difference of the C content between and is defined as Δy,
Δx ≧ 4.288Δy
Hetero bipolar transistor.

The heterobipolar transistor according to claim 10,
In the region except for the end portion of the Si _1-xy Ge _x C _y layer side adjacent to the emitter region of the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the collector region, adjacent to the collector region Si _{1- xy} Ge _x C at _y layer, a band gap in a direction from the Si _1-xy Ge _x C _y layer adjacent to the emitter region in the emitter region is configured to be smaller, hetero-bipolar transistor.

The heterobipolar transistor according to any one of claims 1 to 11,
A hetero-bipolar transistor, wherein the Ge content of the Si _1-xy G _x C _y layer adjacent to the collector region is 30.0% or more.

The heterobipolar transistor according to claim 12,
A hetero-bipolar transistor, wherein the Ge content of the Si _1-xy G _x C _y layer adjacent to the collector region is 31.3% or more.