JP2777898B2 - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JP2777898B2 JP2777898B2 JP1038468A JP3846889A JP2777898B2 JP 2777898 B2 JP2777898 B2 JP 2777898B2 JP 1038468 A JP1038468 A JP 1038468A JP 3846889 A JP3846889 A JP 3846889A JP 2777898 B2 JP2777898 B2 JP 2777898B2
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- Japan
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- layer
- ingaas
- collector
- base
- emitter
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタと呼ばれる高速
の化合物半導体装置に関し、 キャリヤの有効質量が小さい半導体材料、或いは、Г
谷とＬ谷とのセパレーション・エネルギが大きい半導体
材料などを適切に選択することに依って化合物半導体装
置を高速化することを目的とし、 半絶縁性InP基板上にInAs/InGaAsからなる超格子で構
成されたコレクタ層とInAsベース層とInGaAsエミッタ層
とが積層されてなることを特徴とする。
の化合物半導体装置に関し、 キャリヤの有効質量が小さい半導体材料、或いは、Г
谷とＬ谷とのセパレーション・エネルギが大きい半導体
材料などを適切に選択することに依って化合物半導体装
置を高速化することを目的とし、 半絶縁性InP基板上にInAs/InGaAsからなる超格子で構
成されたコレクタ層とInAsベース層とInGaAsエミッタ層
とが積層されてなることを特徴とする。
本発明は、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（he
terojunction bipolar transistor:HBT）と呼ばれる
高速の化合物半導体装置に関する。
terojunction bipolar transistor:HBT）と呼ばれる
高速の化合物半導体装置に関する。
HBTは、エミッタにエネルギ・バンド・ギャップが広
い材料を用いていることから電流利得が高く、従って、
ベースに高濃度のドーピングを行ってベース抵抗を低減
させることができるなどの利点がある。
い材料を用いていることから電流利得が高く、従って、
ベースに高濃度のドーピングを行ってベース抵抗を低減
させることができるなどの利点がある。
然しながら、そのようなHBTに於いても、キャリヤが
ベースを走行する時間或いはコレクタの空乏層を走行す
る時間に依ってスイッチング・スピードが制限されてい
る。
ベースを走行する時間或いはコレクタの空乏層を走行す
る時間に依ってスイッチング・スピードが制限されてい
る。
そこで、現在以上の高速化を望むのであれば、前記の
諸点を改善しなければならない。
諸点を改善しなければならない。
第３図は従来のGaAs/AlGaAs系HBTを説明する為の要部
切断側面図を表している。
切断側面図を表している。
図に於いて、 １は半絶縁性GaAs基板、 ２はｎ型GaAsコレクタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 ３はｎ型GaAsコレクタ層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1017〔cm-3〕程度）、 ４はｐ型GaAsベース層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1019〔cm-3〕程度）、 ５はｎ型AlGaAsエミッタ層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1018〔cm-3〕程度）、 ６はｎ型GaAsエミッタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 ７はAuGe/Auからなるエミッタ電極、 ８はAuGe/Auからなるベース電極、 ９はAuGe/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
1018〔cm-3〕程度）、 ３はｎ型GaAsコレクタ層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1017〔cm-3〕程度）、 ４はｐ型GaAsベース層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1019〔cm-3〕程度）、 ５はｎ型AlGaAsエミッタ層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1018〔cm-3〕程度）、 ６はｎ型GaAsエミッタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 ７はAuGe/Auからなるエミッタ電極、 ８はAuGe/Auからなるベース電極、 ９はAuGe/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
第４図は従来のInGaAs/InAlAs系HBTを説明する為の要
部切断側面図を表している。
部切断側面図を表している。
図に於いて、 11は半絶縁性InP基板、 12はｎ型InGaAsコレクタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 13はｎ型InGaAsコレクタ層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1017〔cm-3〕程度）、 14はｐ型InGaAsベース層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1019〔cm-3〕程度）、 15はｎ型InAlAsエミッタ層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1018〔cm-3〕程度）、 16はｎ型InGaAsエミッタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 17はCr/Auからなるエミッタ電極、 18はCr/Auからなるベース電極、 19はCr/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
1018〔cm-3〕程度）、 13はｎ型InGaAsコレクタ層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1017〔cm-3〕程度）、 14はｐ型InGaAsベース層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1019〔cm-3〕程度）、 15はｎ型InAlAsエミッタ層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1018〔cm-3〕程度）、 16はｎ型InGaAsエミッタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 17はCr/Auからなるエミッタ電極、 18はCr/Auからなるベース電極、 19はCr/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
第３図に見られる従来例では、エミッタ層５がAlGaAs
で、そして、第４図に見られる従来例では、エミッタ層
15がInAlAsでそれぞれ構成され、いずれの従来例に於い
てもエミッタにはエネルギ・バンド・ギャップが広く材
料が採用されていることから、その電流利得は高く、従
って、その分だけベースに高濃度のドーピングを行って
ベース抵抗を低減させることが可能である。
で、そして、第４図に見られる従来例では、エミッタ層
15がInAlAsでそれぞれ構成され、いずれの従来例に於い
てもエミッタにはエネルギ・バンド・ギャップが広く材
料が採用されていることから、その電流利得は高く、従
って、その分だけベースに高濃度のドーピングを行って
ベース抵抗を低減させることが可能である。
第３図の従来例に於いては、ベースやコレクタにGaAs
が、また、第４図の従来例に於いては、ベースやコレク
タにInGaAsがそれぞれ用いられている。従って、ベース
中に於けるキャリヤの散乱確率や有効質量が大きいこと
からベース走行速度は低く、また、コレクタに於けるΓ
谷とＬ谷とのセパレーション・エネルギ（separation
energy）が、GaAsの場合には約0.30〔eV〕、そして、In
GaAsの場合には約0.55〔eV〕と小さい為、コレクタに入
ったキャリヤは、Ｌ谷へのインター・バレー（inter v
alley）散乱を受け易く、そのようになると急激に減速
してしまう。
が、また、第４図の従来例に於いては、ベースやコレク
タにInGaAsがそれぞれ用いられている。従って、ベース
中に於けるキャリヤの散乱確率や有効質量が大きいこと
からベース走行速度は低く、また、コレクタに於けるΓ
谷とＬ谷とのセパレーション・エネルギ（separation
energy）が、GaAsの場合には約0.30〔eV〕、そして、In
GaAsの場合には約0.55〔eV〕と小さい為、コレクタに入
ったキャリヤは、Ｌ谷へのインター・バレー（inter v
alley）散乱を受け易く、そのようになると急激に減速
してしまう。
本発明は、キャリヤの有効質量が小さい半導体材料、
或いは、Γ谷とＬ谷とのセパレーション・エネルギが大
きい半導体材料などを適切に選択することに依って化合
物半導体装置を高速化しようとする。
或いは、Γ谷とＬ谷とのセパレーション・エネルギが大
きい半導体材料などを適切に選択することに依って化合
物半導体装置を高速化しようとする。
本発明に依る化合物半導体装置では、判絶縁性InP基
板上にInAs/InGaAsからなる超格子で構成されたコレク
タ層とInAsベース層とInGaAsエミッタ層とが積層されて
なるよう構成している。
板上にInAs/InGaAsからなる超格子で構成されたコレク
タ層とInAsベース層とInGaAsエミッタ層とが積層されて
なるよう構成している。
前記手段を取ることに依り、ベース層に於けるキャリ
ヤの有効質量は小さいから、例えば、ベース層の厚さが
1000〔Å〕であるとした場合には、InGaAs/InAlAs系に
比較し、キャリヤのベース走行時間は1/2に、また、コ
レクタ走行時間も1/2にそれぞれ短縮することができ
る。
ヤの有効質量は小さいから、例えば、ベース層の厚さが
1000〔Å〕であるとした場合には、InGaAs/InAlAs系に
比較し、キャリヤのベース走行時間は1/2に、また、コ
レクタ走行時間も1/2にそれぞれ短縮することができ
る。
第１図は本発明一実施例を説明する為の要部切断側面
図を表している。
図を表している。
図に於いて、 21は半絶縁性InP基板、 22はｎ型InGaAsコレクタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 23はｎ型InGaAsコレクタ層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1017〔cm-3〕程度）、 24はｐ型InAsベース層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1019〔cm-3〕程度）、 25はｎ型InGaAsエミッタ層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1018〔cm-3〕程度）、 26はｎ型InGaAsエミッタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 27はCr/Auからなるエミッタ電極、 28はCr/Auからなるベース電極、 29はCr/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
1018〔cm-3〕程度）、 23はｎ型InGaAsコレクタ層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1017〔cm-3〕程度）、 24はｐ型InAsベース層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1019〔cm-3〕程度）、 25はｎ型InGaAsエミッタ層 （厚さ例えば1000〔Å〕程度、不純物濃度例えば１×
1018〔cm-3〕程度）、 26はｎ型InGaAsエミッタ・コンタクト層 （厚さ例えば2000〔Å〕程度、不純物濃度例えば５×
1018〔cm-3〕程度）、 27はCr/Auからなるエミッタ電極、 28はCr/Auからなるベース電極、 29はCr/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
図から明らかなように、本実施例に於いては、コレク
タ層23並びにエミッタ層25にInGaAsを用い、そして、ベ
ース層24にInAsを用いている。尚、InGaAsとInAsとの間
には格子不整合が存在する。然しながら、ベース層24
は、例えば500〜1000〔Å〕程度と薄いので、その格子
不整合が特性に悪影響を与えることはない。
タ層23並びにエミッタ層25にInGaAsを用い、そして、ベ
ース層24にInAsを用いている。尚、InGaAsとInAsとの間
には格子不整合が存在する。然しながら、ベース層24
は、例えば500〜1000〔Å〕程度と薄いので、その格子
不整合が特性に悪影響を与えることはない。
本実施例に於いて、ベース層24にInAsを用いているこ
とから、キャリヤがベースを走行する時間は、従来のGa
Asを用いたものに比較すると、1/2〜2/3程度に短縮され
る。
とから、キャリヤがベースを走行する時間は、従来のGa
Asを用いたものに比較すると、1/2〜2/3程度に短縮され
る。
その理由は、ベース層24を構成しているInAsの有効質
量が0.023であって、GaAsの0.068に比較すると著しく小
さいことに依る。因に、InGaAsの有効質量は0.042であ
る。
量が0.023であって、GaAsの0.068に比較すると著しく小
さいことに依る。因に、InGaAsの有効質量は0.042であ
る。
ところで、ベース層の外、コレクタ層にもInAsを用い
ると、Γ谷とＬ谷との間のセパレーション・エネルギが
約1.1〔eV〕と大きいことから、キャリヤがインター・
バレー散乱を受け難く、また、コレクタ層に於ける空乏
層走行時間も大幅に短縮される。然しながら、この場
合、格子不整合に起因する歪の影響を受け易いので、コ
レクタ層をInAs/InGaAsの超格子にするなどの工夫が必
要になる。
ると、Γ谷とＬ谷との間のセパレーション・エネルギが
約1.1〔eV〕と大きいことから、キャリヤがインター・
バレー散乱を受け難く、また、コレクタ層に於ける空乏
層走行時間も大幅に短縮される。然しながら、この場
合、格子不整合に起因する歪の影響を受け易いので、コ
レクタ層をInAs/InGaAsの超格子にするなどの工夫が必
要になる。
第２図は本発明に於ける他の実施例を説明する為の要
部切断側面図を表し、第１図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
部切断側面図を表し、第１図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
本実施例が第１図に見られる実施例と相違している点
は、コレクタ層がｎ型InAs/InGaAsの超格子で形成され
ていることであり、図では、これを記号23′で指示して
ある。
は、コレクタ層がｎ型InAs/InGaAsの超格子で形成され
ていることであり、図では、これを記号23′で指示して
ある。
このコレクタ層23′は、例えば、厚さがそれぞれ20
〔Å〕であるｎ型InAs層とｎ型InGaAs層とを50周期、従
って、全体の厚さを約1000〔Å〕程度にしたもので構成
されている。
〔Å〕であるｎ型InAs層とｎ型InGaAs層とを50周期、従
って、全体の厚さを約1000〔Å〕程度にしたもので構成
されている。
本実施例は、第１図について説明した実施例に比較す
ると超格子を必要とする点で製造工程は複雑化するが、
更に高速化される。
ると超格子を必要とする点で製造工程は複雑化するが、
更に高速化される。
前記何れの実施例に於いても、エミッタ、ベース、コ
レクタの各電極はCr/Auを材料としてノン・アロイでオ
ーミック・コンタクトをとってある。これはInGaAsやIn
Asのエネルギ・バンド・ギャップが小さい為、ノン・ア
ロイでも充分に低いコンタクト抵抗が得られることに起
因するものであり、これに依って寄生抵抗の低減を図る
ことができる。
レクタの各電極はCr/Auを材料としてノン・アロイでオ
ーミック・コンタクトをとってある。これはInGaAsやIn
Asのエネルギ・バンド・ギャップが小さい為、ノン・ア
ロイでも充分に低いコンタクト抵抗が得られることに起
因するものであり、これに依って寄生抵抗の低減を図る
ことができる。
本発明に依る化合物半導体装置では、判絶縁性InP基
板上にInAs/InGaAsからなる超格子で構成されたコレク
タ層とInAsベース層とInGaAsエミッタ層とが積層されて
なるよう構成している。
板上にInAs/InGaAsからなる超格子で構成されたコレク
タ層とInAsベース層とInGaAsエミッタ層とが積層されて
なるよう構成している。
前記構成を採ることに依り、ベース層に於けるキャリ
ヤの有効質量は小さいから、例えば、ベース層の厚さが
1000〔Å〕であるとした場合には、InGaAs/InAlAs系に
比較し、キャリヤのベース走行時間は1/2に、また、コ
レクタ走行時間も1/2にそれぞれ短縮することができ
る。
ヤの有効質量は小さいから、例えば、ベース層の厚さが
1000〔Å〕であるとした場合には、InGaAs/InAlAs系に
比較し、キャリヤのベース走行時間は1/2に、また、コ
レクタ走行時間も1/2にそれぞれ短縮することができ
る。
第１図及び第２図は本発明に於けるそれぞれ異なる実施
例の要部切断側面図、第３図及び第４図はそれぞれ異な
る従来例の要部切断側面図を表している。 図に於いて、 21は半絶縁性InP基板、 22はｎ型InGaAsコレクタ・コンタクト層、 23はｎ型InGaAsコレクタ層、 24はｐ型InAsベース層、 25はｎ型InGaAsエミッタ層、 26はｎ型InGaAsエミッタ・コンタクト層、 27はCr/Auからなるエミッタ電極、 28はCr/Auからなるベース電極、 29はCr/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
例の要部切断側面図、第３図及び第４図はそれぞれ異な
る従来例の要部切断側面図を表している。 図に於いて、 21は半絶縁性InP基板、 22はｎ型InGaAsコレクタ・コンタクト層、 23はｎ型InGaAsコレクタ層、 24はｐ型InAsベース層、 25はｎ型InGaAsエミッタ層、 26はｎ型InGaAsエミッタ・コンタクト層、 27はCr/Auからなるエミッタ電極、 28はCr/Auからなるベース電極、 29はCr/Auからなるコレクタ電極 をそれぞれ示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/68 - 29/737 H01L 21/33 - 21/331
Claims (1)
- 【請求項１】半絶縁性InP基板上にInAs/InGaAsからなる
超格子で構成されたコレクタ層とInAsベース層InGaAsエ
ミッタ層とが積層されてなること を特徴とする化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038468A JP2777898B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038468A JP2777898B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02218133A JPH02218133A (ja) | 1990-08-30 |
| JP2777898B2 true JP2777898B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=12526075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1038468A Expired - Lifetime JP2777898B2 (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2777898B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4326208A (en) * | 1980-03-26 | 1982-04-20 | International Business Machines Corporation | Semiconductor inversion layer transistor |
| JPS624366A (ja) * | 1985-07-01 | 1987-01-10 | Fujitsu Ltd | ホツトエレクトロントランジスタ |
-
1989
- 1989-02-20 JP JP1038468A patent/JP2777898B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02218133A (ja) | 1990-08-30 |
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