JP2806537B2 - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents
ヘテロ接合バイポーラトランジスタInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
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- H01L29/7378—Vertical transistors comprising lattice mismatched active layers, e.g. SiGe strained layer transistors
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は低消費電力、超高速動作のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタに関する。
ーラトランジスタに関する。
（従来の技術） ベース層を構成する半導体に比べ、広いバンドギャッ
プを持った半導体でエミッタを構成するヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ（以下HBTと略記）は、たとえばプ
ロシーディング・オブ・ズィ・アイ・イー・イー・イー
（Proceeding of the IEEE）誌70巻１号13頁〜25頁
｛１｝、応用物理学会誌54巻11号1192頁〜1197頁｛２｝
に述べられているように超高速動作素子として期待され
ている。特に第３図に示すようにエミッタにひ化ガリウ
ム（以下GaAs、図中ではｎ型GaAsエミッタ層３）、ベー
ス、コレクタにゲルマニウム（以下Ge図中ではそれぞれ
ｐ型Geベース層４、ｎ型Geコレクタ層11）を用いたHBT
は、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Jo
urnal of Applied Physics）誌59巻２号495頁〜498頁に
あるように、禁制帯幅が0.66eVと小さく、正孔移動度の
大きいGeをベース層に用いることで低電圧動作、つまり
低消費電力が実現でき、ベース抵抗が低減され、ホウ素
（以下Ｂ）のイオン注入（以下I/I）を用いてコレクタ
に自己整合した形でエミッタ領域を規定することが可能
であるため、ベース／コレクタ接合容量が低減でき、超
高速動作が実現すると考えられている。しかしながら禁
制帯幅の小さいGeをベース、コレクタに用いることはベ
ース／コレクタ間耐圧が小さくなること、さらに Ir∞EXP（−Eg/kT） で表される逆バイアス方向のリーク電流が大きくなると
いう欠点を持つ。また高速動作の為コレクタ電流密度を
上げていくとカーク効果（Kirk Effect）が起こり、遮
断周波数が急激に低下することについては従来の素子と
同じであり高速動作特性を大幅に改善する事はできな
い。
プを持った半導体でエミッタを構成するヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ（以下HBTと略記）は、たとえばプ
ロシーディング・オブ・ズィ・アイ・イー・イー・イー
（Proceeding of the IEEE）誌70巻１号13頁〜25頁
｛１｝、応用物理学会誌54巻11号1192頁〜1197頁｛２｝
に述べられているように超高速動作素子として期待され
ている。特に第３図に示すようにエミッタにひ化ガリウ
ム（以下GaAs、図中ではｎ型GaAsエミッタ層３）、ベー
ス、コレクタにゲルマニウム（以下Ge図中ではそれぞれ
ｐ型Geベース層４、ｎ型Geコレクタ層11）を用いたHBT
は、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Jo
urnal of Applied Physics）誌59巻２号495頁〜498頁に
あるように、禁制帯幅が0.66eVと小さく、正孔移動度の
大きいGeをベース層に用いることで低電圧動作、つまり
低消費電力が実現でき、ベース抵抗が低減され、ホウ素
（以下Ｂ）のイオン注入（以下I/I）を用いてコレクタ
に自己整合した形でエミッタ領域を規定することが可能
であるため、ベース／コレクタ接合容量が低減でき、超
高速動作が実現すると考えられている。しかしながら禁
制帯幅の小さいGeをベース、コレクタに用いることはベ
ース／コレクタ間耐圧が小さくなること、さらに Ir∞EXP（−Eg/kT） で表される逆バイアス方向のリーク電流が大きくなると
いう欠点を持つ。また高速動作の為コレクタ電流密度を
上げていくとカーク効果（Kirk Effect）が起こり、遮
断周波数が急激に低下することについては従来の素子と
同じであり高速動作特性を大幅に改善する事はできな
い。
（発明が解決しようとする課題） 以上のごとくGaAsをエミッタにGeをベース、コレクタ
に用いたHBTは超高速のデジタル回路に応用した場合、
ベース／コレクタ間耐圧がないためリーキーな特性を持
つこと、又、コレクタの電流密度が大きくなった時にカ
ーク効果が起こり高速動作特性の大幅な向上にはつなが
らない等の欠点を持つ。
に用いたHBTは超高速のデジタル回路に応用した場合、
ベース／コレクタ間耐圧がないためリーキーな特性を持
つこと、又、コレクタの電流密度が大きくなった時にカ
ーク効果が起こり高速動作特性の大幅な向上にはつなが
らない等の欠点を持つ。
本発明の目的はこれらの欠点を除去した新規なヘテロ
接合バイポーラトランジスタを提供することにある。
接合バイポーラトランジスタを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、ひ化ガリウム基板上にｎ型のひ化ガリウム
層、ｐ型のゲルマニウム層、ｎ型のゲルマニウムとケイ
素の混晶層を順次エピタキシャル成長し、それぞれをエ
ミッタ層、ベース層、コレクタ層としたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタである。
層、ｐ型のゲルマニウム層、ｎ型のゲルマニウムとケイ
素の混晶層を順次エピタキシャル成長し、それぞれをエ
ミッタ層、ベース層、コレクタ層としたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタである。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタに於てコレク
タ層を成すゲルマニウムとケイ素の混晶層を、ベース／
コレクタ界面及びコレクタ電極取りだし端ではコレクタ
層中と比べてゲルマニウムの混晶比率が大きいかあるい
はゲルマニウムのみとした構造にするとコレクタ層の結
晶性が改善され、さらにコレクタ抵抗の値も低く押さえ
られる。
タ層を成すゲルマニウムとケイ素の混晶層を、ベース／
コレクタ界面及びコレクタ電極取りだし端ではコレクタ
層中と比べてゲルマニウムの混晶比率が大きいかあるい
はゲルマニウムのみとした構造にするとコレクタ層の結
晶性が改善され、さらにコレクタ抵抗の値も低く押さえ
られる。
（作用） エー・ジー・ミルネス（A.G.Milnes）、ディー・エル
・フォイヒト（D.L.Feucht）による文献「ヘテロジャン
クションズ・アンド・メタル−セミコンダクタジャンク
ションズ」（Heterojunctions and Metal−Semiconduct
or Junctions）の４頁に記述されているように、GeとGa
Asは極めて良質のヘテロ接合を形成する。また同文献９
頁に記されているようにSiの組成比率が10％以下のケイ
素ゲルマニウム（以下SiGeと略記）はGeとの格子不整合
は１％程度で接合特性は界面の影響を受けないことが知
られている。従ってGaAsをエミッタに、Geをベースに、
SiGeをコレクタに用いたHBTが実現できる。例えばフィ
ジカルレビューＢ（Physical Review）誌33巻２号1026
頁〜1035頁にあるように、Siの組成比率が10％のSiGe
（以下Si0.1Ge0.9）はGeに比べ禁制帯幅が0.15eV大き
い。上記文献｛１｝にあるようにコレクタをベースに比
べ禁制帯幅の大きい材料にすることは、ベース中の正孔
のコレクタ中への侵入を抑える効果があるのでカーク効
果を抑えるのに非常に有効である。またコレクタに比べ
ベースを高濃度にドープするためベース／コレクタ間に
かかる電圧の大部分は禁制帯幅の大きいコレクタ側にか
かるのでアバランチ降伏が起こりにくく、ベース／コレ
クタ間耐圧が上がる。さらに禁制帯幅の大きい半導体で
は真性キャリア密度が小さいためリーク電流も小さい値
に押さえられる。このような構造のトランジスタは上記
文献｛１｝にエミッタ、コレクタにGaAs、ベースにGeを
使った素子の提案があるが、同文献中に著述されるよう
にGe上にGaAsを成長させることはアンタイフェイズドメ
イン（Antiphase Domains）が形成され、良質のGaAsが
得られないため高性能のトランジスタとしては不向きで
ある。しかしながらGaAs基板上にGe、その上にSiGeを成
長させる方法はIII/V族半導体上にIV族半導体を成長さ
せる方法であり、IV族半導体上にIII/V族半導体を成長
させるときのようなアタイフェイズドメインの形成に依
る結晶性の低下は起こらない。またコレクタにSiGe混晶
を用いることによりGeを使った場合に比べコレクタ耐圧
が大きいという利点がある。このようにエミッタをGaA
s、ベースをGe、コレクタをSiGeとした構造のHBTはベー
ス／コレクタ耐圧が十分大きく、遮断周波数の高い素子
が実現できる。
・フォイヒト（D.L.Feucht）による文献「ヘテロジャン
クションズ・アンド・メタル−セミコンダクタジャンク
ションズ」（Heterojunctions and Metal−Semiconduct
or Junctions）の４頁に記述されているように、GeとGa
Asは極めて良質のヘテロ接合を形成する。また同文献９
頁に記されているようにSiの組成比率が10％以下のケイ
素ゲルマニウム（以下SiGeと略記）はGeとの格子不整合
は１％程度で接合特性は界面の影響を受けないことが知
られている。従ってGaAsをエミッタに、Geをベースに、
SiGeをコレクタに用いたHBTが実現できる。例えばフィ
ジカルレビューＢ（Physical Review）誌33巻２号1026
頁〜1035頁にあるように、Siの組成比率が10％のSiGe
（以下Si0.1Ge0.9）はGeに比べ禁制帯幅が0.15eV大き
い。上記文献｛１｝にあるようにコレクタをベースに比
べ禁制帯幅の大きい材料にすることは、ベース中の正孔
のコレクタ中への侵入を抑える効果があるのでカーク効
果を抑えるのに非常に有効である。またコレクタに比べ
ベースを高濃度にドープするためベース／コレクタ間に
かかる電圧の大部分は禁制帯幅の大きいコレクタ側にか
かるのでアバランチ降伏が起こりにくく、ベース／コレ
クタ間耐圧が上がる。さらに禁制帯幅の大きい半導体で
は真性キャリア密度が小さいためリーク電流も小さい値
に押さえられる。このような構造のトランジスタは上記
文献｛１｝にエミッタ、コレクタにGaAs、ベースにGeを
使った素子の提案があるが、同文献中に著述されるよう
にGe上にGaAsを成長させることはアンタイフェイズドメ
イン（Antiphase Domains）が形成され、良質のGaAsが
得られないため高性能のトランジスタとしては不向きで
ある。しかしながらGaAs基板上にGe、その上にSiGeを成
長させる方法はIII/V族半導体上にIV族半導体を成長さ
せる方法であり、IV族半導体上にIII/V族半導体を成長
させるときのようなアタイフェイズドメインの形成に依
る結晶性の低下は起こらない。またコレクタにSiGe混晶
を用いることによりGeを使った場合に比べコレクタ耐圧
が大きいという利点がある。このようにエミッタをGaA
s、ベースをGe、コレクタをSiGeとした構造のHBTはベー
ス／コレクタ耐圧が十分大きく、遮断周波数の高い素子
が実現できる。
さらに、Siに比べGeはショットキー障壁高さが低い理
由から、SiGe中のGe組成比をコレクタ電極部で大きくす
ることにより、金属／半導体接合界面でショットキー障
壁の高さをより低く抑えることが出来るため、コレクタ
抵抗を低減することができる。
由から、SiGe中のGe組成比をコレクタ電極部で大きくす
ることにより、金属／半導体接合界面でショットキー障
壁の高さをより低く抑えることが出来るため、コレクタ
抵抗を低減することができる。
また、コレクタ層中央部に向かってGe組成比が小さく
なり、ベース／コレクタ界面に向かって再びGe組成比を
大きくすることで格子不整合を徐々に緩和することが出
来、結晶性の良質化が図れる。
なり、ベース／コレクタ界面に向かって再びGe組成比を
大きくすることで格子不整合を徐々に緩和することが出
来、結晶性の良質化が図れる。
（実施例） 第１図は請求項１記載のHBTの一実施例を示した断面
図である。半絶縁性GaAs基板１上に高濃度ｎ型GaAs2、
ｎ型GaAs3、ｐ型Ge4、ｎ型SiGe5、を連続してエピタキ
シャル成長する。エピタキシャル成長の方法としては分
子線エピタキシャル法を用いる。次に成長した基板上の
コレクタ部、エミッタ部をレジストで覆いＢのイオン注
入を行う。この工程によりベース電極直下の部分が、ｐ
型Ge膜中では高濃度のｐ型に、ｎ型GaAs中では高抵抗部
となる。結果、コレクタ領域に自己整合した形でエミッ
タ領域を制限できる。その後、CF4ガスによるドライエ
ッチングを行いエミッタ面、ベース面を露出させた。エ
ミッタ電極６はAuGe/Ni/Au、ベース電極７、コレクタ電
極８にAuGeを用いる。第２図は、第１図に示すHBTにお
いてコレクタ層の混晶の組成比を変化させた請求項２に
記載のものである。ベース／コレクタ界面ではGe100％
とし、コレクタ層中央部でGe85％、Si15％とした後、コ
レクタ電極端で再びGe100％に戻している。
図である。半絶縁性GaAs基板１上に高濃度ｎ型GaAs2、
ｎ型GaAs3、ｐ型Ge4、ｎ型SiGe5、を連続してエピタキ
シャル成長する。エピタキシャル成長の方法としては分
子線エピタキシャル法を用いる。次に成長した基板上の
コレクタ部、エミッタ部をレジストで覆いＢのイオン注
入を行う。この工程によりベース電極直下の部分が、ｐ
型Ge膜中では高濃度のｐ型に、ｎ型GaAs中では高抵抗部
となる。結果、コレクタ領域に自己整合した形でエミッ
タ領域を制限できる。その後、CF4ガスによるドライエ
ッチングを行いエミッタ面、ベース面を露出させた。エ
ミッタ電極６はAuGe/Ni/Au、ベース電極７、コレクタ電
極８にAuGeを用いる。第２図は、第１図に示すHBTにお
いてコレクタ層の混晶の組成比を変化させた請求項２に
記載のものである。ベース／コレクタ界面ではGe100％
とし、コレクタ層中央部でGe85％、Si15％とした後、コ
レクタ電極端で再びGe100％に戻している。
（発明の効果） 以上、本発明のHBTに於ては、ベース層にバンドギャ
ップが小さく、正孔移動度が大きく、間接遷移型半導体
のGeを用いた、低消費電力、極めて低いベース抵抗、大
きな電流利得を生かしながら、エミッタをGaAs、ベース
をGe、コレクタをSiGeとした構造のHBTとしたことでベ
ース／コレクタ耐圧が大きく、リーク電流の小さく、カ
ーク効果が起こりにくく、遮断周波数の高い素子が実現
できる。
ップが小さく、正孔移動度が大きく、間接遷移型半導体
のGeを用いた、低消費電力、極めて低いベース抵抗、大
きな電流利得を生かしながら、エミッタをGaAs、ベース
をGe、コレクタをSiGeとした構造のHBTとしたことでベ
ース／コレクタ耐圧が大きく、リーク電流の小さく、カ
ーク効果が起こりにくく、遮断周波数の高い素子が実現
できる。
また請求項２に記載のHBTに於てはコレクタ中でSiGe
混晶の組成比を変化させることで、コレクタ層の結晶性
の良質化及びコレクタ抵抗の低減が図れる。
混晶の組成比を変化させることで、コレクタ層の結晶性
の良質化及びコレクタ抵抗の低減が図れる。
第１図は本発明の請求項１に記載のHBTの断面構造を示
す図、第２図は請求項２に記載のHBTのコレクタ層のSiG
e混晶の組成の例を示す図である。第３図は従来例によ
るGaAs/Ge HBTの断面構造図である。 図に於て、 １……半絶縁性GaAs基板、 ２……高濃度ｎ型GaAs層、３……ｎ型GaAs層、 ４……ｐ型Ge層、５……ｎ型SiGe層、 ６……エミッタ電極、７……ベース電極、 ８……コレクタ電極、９……絶縁層、 10……外部ベース領域、11……ｎ型Ge層 である。
す図、第２図は請求項２に記載のHBTのコレクタ層のSiG
e混晶の組成の例を示す図である。第３図は従来例によ
るGaAs/Ge HBTの断面構造図である。 図に於て、 １……半絶縁性GaAs基板、 ２……高濃度ｎ型GaAs層、３……ｎ型GaAs層、 ４……ｐ型Ge層、５……ｎ型SiGe層、 ６……エミッタ電極、７……ベース電極、 ８……コレクタ電極、９……絶縁層、 10……外部ベース領域、11……ｎ型Ge層 である。
Claims (2)
- 【請求項１】ひ化ガリウム基板上にｎ型のひ化ガリウム
層、ｐ型のゲルマニウム層、ｎ型のゲルマニウムとケイ
素の混晶層を順次エピタキシャル成長し、それぞれをエ
ミッタ層、ベース層、コレクタ層としたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ。 - 【請求項２】請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタにおいて、コレクタ層を成すゲルマニウムと
ケイ素の混晶層を、ベース／コレクタ界面及びコレクタ
電極取りだし端ではコレクタ層中と比べて、ゲルマニウ
ムの混晶比率が大きいかあるいはゲルマニウムのみとし
た構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304388A JP2806537B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63304388A JP2806537B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02150032A JPH02150032A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2806537B2 true JP2806537B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=17932419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63304388A Expired - Lifetime JP2806537B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2806537B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183778A (en) * | 1989-11-20 | 1993-02-02 | Fujitsu Limited | Method of producing a semiconductor device |
| JP2770583B2 (ja) * | 1991-02-22 | 1998-07-02 | 日本電気株式会社 | コレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法 |
| JPH0824670A (ja) * | 1994-07-11 | 1996-01-30 | Usui Internatl Ind Co Ltd | 排気ガス浄化用メタルハニカム体 |
| JP2005229074A (ja) | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Toshiba Corp | バイポーラ型トランジスタ |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63304388A patent/JP2806537B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02150032A (ja) | 1990-06-08 |
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