JP2576573B2 - Bipolar transistor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタの構造に
関し、 一層の高速化を目的とし、 一導電型Si(シリコン)よりなるエミッタと、反対導
電型SixGe1-x(シリコンゲルマニウム)混晶よりなるベ
ースと、一導電型Si(シリコン)よりなるコレクタとを
具備し、前記SixGe1-x中のx値をコレクタ側からエミッ
タ側に向つて0.5から1に次第に増加させて、エネルギ
ーバンドギャップがエミッタ側からコレクタ側に向つて
次第に狭くなるように構成したことを特徴とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] Regarding the structure of a bipolar transistor having a heterojunction, an emitter made of one conductivity type Si (silicon) and an opposite conductivity type SixGe 1-x (silicon A base made of a mixed crystal of germanium) and a collector made of one conductivity type Si (silicon), wherein the x value in the SixGe 1-x is gradually increased from 0.5 to 1 from the collector side to the emitter side. The energy band gap is gradually narrowed from the emitter side to the collector side.
本発明はヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタ
の構造に関する。The present invention relates to a structure of a bipolar transistor having a heterojunction.
今後の高速LSI(大規模集積回路)として、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ(HBT)が注目されて、検討
されている。Heterojunction bipolar transistors (HBTs) are attracting attention and are being studied as future high-speed LSIs (large-scale integrated circuits).
さて、色々のヘテロ接合バイポーラトランジスタのう
ち、SiよりなるコレクタにSiGe(シリコンゲルマニウ
ム)混晶よりなるベースを結晶成長し、更に、エミッタ
を結晶成長したヘテロ接合バイポーラトランジスタは、
Si(シリコン)単体よりなるホモ接合バイポーラトラン
ジスタに比べて、エミッタを高濃度にドープしなくても
エミッタ注入効率が大きい利点があり、一層の高速化が
期待される構造である。By the way, among various heterojunction bipolar transistors, a heterojunction bipolar transistor in which a base made of a mixed crystal of SiGe (silicon germanium) is crystal-grown on a collector made of Si, and further, an emitter is crystal-grown,
Compared to a homo-junction bipolar transistor made of Si (silicon) alone, there is an advantage that the emitter injection efficiency is large even if the emitter is not doped at a high concentration, and the structure is expected to achieve higher speed.
第4図はそのような従来のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの断面概要図を示しており、1はn−Siコレク
タ領域,2はp−Si0.5Ge0.5ベース領域,3はn−Siエミッ
タ領域,1Eはコレクタ電極,2Eはベース電極,3Eはエミッ
タ電極で、このような構造はMBE(分子線エピタキシ
ー)法によつてコレクタ領域上にベース領域およびエミ
ッタ領域を順次に成長し、それをリソグラフィ技術を用
いてパターンニングして形成される。FIG. 4 shows a schematic sectional view of such a conventional heterojunction bipolar transistor, wherein 1 is an n-Si collector region, 2 is a p-Si 0.5 Ge 0.5 base region, 3 is an n-Si emitter region, and 1E Is a collector electrode, 2E is a base electrode, and 3E is an emitter electrode. In this structure, a base region and an emitter region are sequentially grown on the collector region by MBE (Molecular Beam Epitaxy), and the lithography technology is used. It is formed by patterning.
ところが、第4図に示す従来のトランジスタはベース
領域2がSi0.5Ge0.5混晶であつて、エネルギーバンドギ
ャップEgは1.1eV(SiのEg)と0.7(GeのEg)との中間値
の約0.9eVであり、そのEgが一定値であるために内蔵電
界(built in field)形成されない欠点がある。However, in the conventional transistor shown in FIG. 4, the base region 2 is a Si 0.5 Ge 0.5 mixed crystal, and the energy band gap Eg is about an intermediate value between 1.1 eV (Eg of Si) and 0.7 (Eg of Ge). There is a disadvantage that a built-in electric field (built-in field) is not formed because the Eg is 0.9 eV and the Eg is a constant value.
従って、本発明はこのベース領域に内蔵電界を形成さ
せて、一層高速化させる構造のバイポーラトランジスタ
を提案するものである。Therefore, the present invention proposes a bipolar transistor having a structure in which a built-in electric field is formed in the base region to further increase the speed.
その目的は、一導電型Siよりなるエミッタと、反対導
電型SixGe1-x混晶よりなるベースと、一導電型Siよりな
るコレクタとを具備し、前記SiGe1-x中のx値をコレク
タ側からエミッタ側に向つて0.5から1に次第に変化さ
せて、エネルギーバンドギャップがエミッタ側からコレ
クタ側に向つて次第に狭くなるように構成したバイポー
ラトランジスタによつて達成される。Collector its object has its emitter formed of one conductivity type Si, the base made of opposite conductivity type SixGe 1-x mixed crystal, comprising a collector formed of one conductivity type Si, the x value of the SiGe in 1-x This is achieved by a bipolar transistor which is configured such that the energy band gap gradually decreases from 0.5 to 1 from the side toward the emitter side so that the energy band gap gradually decreases from the emitter side toward the collector side.
即ち、本発明はベース領域のSixGe1-x混晶のx値をコ
レクタ側からエミッタ側に向つて0.5から1に変化させ
てグレーデッドベースとしており、エネルギーバンドギ
ャップEgにはエミッタ側からコレクタ側に向つて狭くす
る。そうすると、内蔵電界Eは E=(1.1eV−0.9eV)/qW (ここに、q;電荷量,W;ベース幅) となり、エミッタからベースに注入された小数キャリア
に電界Eがかかつて加速される。従って、拡散のみで小
数キャリアが走行する従来のトランジスタに比べて高速
化させることができる。That is, in the present invention, the x value of the SixGe 1-x mixed crystal in the base region is changed from 0.5 from the collector side to the emitter side from 0.5 to 1 as a graded base, and the energy band gap Eg is changed from the emitter side to the collector side. To narrow. Then, the built-in electric field E becomes E = (1.1 eV−0.9 eV) / qW (where, q; charge amount, W; base width), and the electric field E is once accelerated by the minority carriers injected from the emitter into the base. You. Therefore, the speed can be increased as compared with a conventional transistor in which minority carriers travel only by diffusion.
以下、図面を参照して実施例により詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明にかかるヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの断面概要図を示し、1はn−Siコレクタ領域,5
はp−SixGe1-x(x=0.5〜1)ベース領域,3はn−Si
エミッタ領域,1Eはコレクタ電極,2Eはベース電極,3Eは
エミッタ電極で、ベース領域のx値はコレクタ領域から
エミッタ領域に向つて0.5から1に増加し、そのEgはエ
ミッタ側からコレクタ側に向つて1.1eVから0.9eVと狭く
なつている。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor according to the present invention, wherein 1 is an n-Si collector region, 5
Is a p-SixGe 1-x (x = 0.5 to 1) base region, and 3 is an n-Si
The emitter region, 1E is a collector electrode, 2E is a base electrode, and 3E is an emitter electrode.The x value of the base region increases from 0.5 to 1 from the collector region toward the emitter region, and its Eg increases from the emitter side to the collector side. It is as narrow as 1.1 eV to 0.9 eV.
第2図はこのヘテロ接合バイポーラトランジスタのエ
ネルギーバンド図を示しており、Ecはコンダクションバ
ンド,Evはバレンスバンドで、このEcとEvとの間がバン
ドギャップEgであり、そのバンドギャップEgの上部にエ
ミッタからコレクタへ傾斜が生じており、そのため、電
子はこのコンダクションバンド(価電子帯)を一層速く
走行するものである。FIG. 2 shows an energy band diagram of this heterojunction bipolar transistor. Ec is a conduction band, Ev is a valence band, and a band gap Eg is between Ec and Ev. At the same time, an inclination is generated from the emitter to the collector, so that the electrons travel faster in this conduction band (valence band).
その速さを計算すると、このトランジスタのベース領
域ではエミッタから注入された小数キャリアが電界Eに
よつて走行し、そのベース走行時間τは τ=qW2/μ(1.1eV−0.9eV) (ここに、μ;移動度,W;ベース幅) になる。When the speed is calculated, in the base region of this transistor, the minority carriers injected from the emitter travel by the electric field E, and the base traveling time τ is τ = qW 2 /μ(1.1 eV−0.9 eV) (where , Μ; mobility, W; base width).
一方、第4図に示す従来のトランジスタは拡散で走行
するから、そのベース走行時間τ′は τ′=W2/2D D=μkT/q (ここに、D;拡散常数,k;ボルツマン常数T;絶対温度) である。On the other hand, since the conventional transistor shown in FIG. 4 travels by diffusion, its base transit time τ ′ is τ ′ = W 2 / 2D D = μkT / q (where, D; diffusion constant, k; Boltzmann constant T ; Absolute temperature).
従って、τ/τ′=2kT/(1.1eV−0.9eV)となり、2k
T=0.052eV(常温時)とすると、本発明にかかるトラン
ジスタのベース走行時間は従来のトランジスタのベース
走行時間に比べて約4分の1に短縮されて、高速化され
る。Therefore, τ / τ ′ = 2 kT / (1.1 eV−0.9 eV), and
Assuming that T = 0.052 eV (at normal temperature), the base transit time of the transistor according to the present invention is reduced to about one-fourth of the base transit time of the conventional transistor, thereby increasing the speed.
次に、第3図(a)〜(d)は第1図に示すトランジ
スタの形成工程順断面図を示しており、順を追つて説明
する。Next, FIGS. 3 (a) to 3 (d) are cross-sectional views in the order of the steps of forming the transistor shown in FIG. 1, and will be described step by step.
第3図(a)参照;まず、MBE法によつてn−Si基板
1(ρ=1Ωcm)上にp−SixGe1-x(x=0.5〜1)ベ
ース領域5(膜厚100nm)をヘテロエピタキシャル成長
する。この時、SiソースとGeソースとは別々に制御して
X値を0.5から1に徐々に変化させ、また、ドーパント
としてGaソースを添加して1018/cm3程度含有させてp型
にする。First, as shown in FIG. 3 (a), a p-SixGe 1-x (x = 0.5 to 1) base region 5 (film thickness 100 nm) is heterogeneously formed on an n-Si substrate 1 (ρ = 1Ωcm) by MBE. It grows epitaxially. At this time, the X value is gradually changed from 0.5 to 1 by controlling the Si source and the Ge source separately, and a Ga source is added as a dopant to contain about 10 18 / cm 3 to form a p-type. .
第3図(b)参照;次いで、その上に同様のMBE法に
よつてn−Siエミッタ領域3(膜厚200nm程度)をエピ
タキシャル成長する。ドーパントはAsまたはPを用い
て、1019/cm3程度含有させる。Next, an n-Si emitter region 3 (about 200 nm in film thickness) is epitaxially grown thereon by the same MBE method as shown in FIG. As the dopant, As or P is used to contain about 10 19 / cm 3 .
第3図(c)参照;次いで、リソグラフィ技術を用い
て選択的にエッチングし、エミッタ領域3をパターンニ
ングして、ベースコンタクト部分を露出させる。Next, as shown in FIG. 3C, the base region is exposed by selective etching using lithography to pattern the emitter region 3.
第3図(d)参照;次いで、表面にエミッタ電極3E,
リング状ベース電極2E,基板裏面にコレクタ電極1Eを設
けて完成させる。電極はいずれもアルミニウム材とす
る。See FIG. 3 (d); Next, the emitter electrode 3E,
A ring-shaped base electrode 2E and a collector electrode 1E on the back surface of the substrate are provided to complete the process. The electrodes are all made of aluminum.
このように、本発明にかかるトランジスタ構造はベー
ス領域の混晶組成を制御性良く成長することによつて形
成され、それ以外の形成方法は従来構造と変わりがない
から、比較的容易に形成できる。As described above, the transistor structure according to the present invention is formed by growing the mixed crystal composition of the base region with good controllability, and the other forming method is the same as the conventional structure, so that it can be formed relatively easily. .
なお、上記はnpn型トランジスタの列で説明したが、p
np型トランジスタも同様に形成できることは当然であ
る。Although the above description has been made with reference to the row of npn transistors, p
It goes without saying that an np-type transistor can be similarly formed.
以上の説明から明らかなように、本発明にかかるヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタはベース領域に内蔵電界
を形成して、キャリアのベース走行時間を速くする構造
であり、このようなトランジスタによつてLSIを構想す
れば、一層高速に動作させることができる。As is apparent from the above description, the heterojunction bipolar transistor according to the present invention has a structure in which a built-in electric field is formed in the base region to shorten the base transit time of carriers, and an LSI is designed using such a transistor. Then, it can be operated at higher speed.
第1図は本発明にかかるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの断面概要図、 第2図は本発明にかかるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタのエネルギーバンド図、 第3図(a)〜(d)は本発明にかかるトランジスタの
形成工程順断面図、 第4図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタの断
面概要図である。 図において、 1はn−Siコレクタ領域、または、n−Si基板、 2はp−SiGeベース領域、 3はn−Siエミッタ領域、 5はp−SixGe1-x(x=0.5〜1)ベース領域、 1Eはコレクタ電極、 2Eはベース電極、 3Eはエミッタ電極 を示している。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor according to the present invention, FIG. 2 is an energy band diagram of the heterojunction bipolar transistor according to the present invention, and FIGS. 3 (a) to 3 (d) are transistors according to the present invention. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a conventional heterojunction bipolar transistor. In the figure, 1 is an n-Si collector region or an n-Si substrate, 2 is a p-SiGe base region, 3 is an n-Si emitter region, 5 is a p-SixGe 1-x (x = 0.5 to 1) base The region, 1E indicates a collector electrode, 2E indicates a base electrode, and 3E indicates an emitter electrode.
Claims (1)
と、反対導電型SixGe1-x(シリコンゲルマニウム)混晶
よりなるベースと、一導電型Si(シリコン)よりなるコ
レクタとを具備し、前記SixGe1-x中のx値をコレクタ側
からエミッタ側に向つて0.5から1に次第に増加させ
て、エネルギーバンドギャップがエミッタ側からコレク
タ側に向つて次第に狭くなるように構成したことを特徴
とするバイポーラトランジスタ。An emitter made of one conductivity type Si (silicon), a base made of mixed crystal of an opposite conductivity type SixGe 1-x (silicon germanium), and a collector made of one conductivity type Si (silicon); The x value in the SixGe 1-x is gradually increased from 0.5 from the collector side to the emitter side from 0.5 to 1 so that the energy band gap is gradually narrowed from the emitter side to the collector side. Bipolar transistor.
Priority Applications (1)
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JP5773888A JP2576573B2 (en) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | Bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP5773888A JP2576573B2 (en) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | Bipolar transistor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01231371A JPH01231371A (en) | 1989-09-14 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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JPH05144834A (en) * | 1991-03-20 | 1993-06-11 | Hitachi Ltd | Bipolar transistor and manufacturing method thereof |
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US20020163013A1 (en) | 2000-09-11 | 2002-11-07 | Kenji Toyoda | Heterojunction bipolar transistor |
JP3959695B2 (en) | 2003-01-14 | 2007-08-15 | 松下電器産業株式会社 | Semiconductor integrated circuit |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP5773888A patent/JP2576573B2/en not_active Expired - Lifetime
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