JP3223890B2 - バイポーラトランジスタ - Google Patents
バイポーラトランジスタInfo
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- JP3223890B2 JP3223890B2 JP31377198A JP31377198A JP3223890B2 JP 3223890 B2 JP3223890 B2 JP 3223890B2 JP 31377198 A JP31377198 A JP 31377198A JP 31377198 A JP31377198 A JP 31377198A JP 3223890 B2 JP3223890 B2 JP 3223890B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バンドギャップの
異なる二つ以上の半導体より構成されるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタに関するものである。
異なる二つ以上の半導体より構成されるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、
超高速・大容量通信システムにおいて欠かせない超高速
能動素子であるが、より高速で大量の情報通信システム
および信号処理システムが望まれている現在、より一層
の素子高速化が求められている。
超高速・大容量通信システムにおいて欠かせない超高速
能動素子であるが、より高速で大量の情報通信システム
および信号処理システムが望まれている現在、より一層
の素子高速化が求められている。
【０００３】従来技術によるバイポーラトランジスタ
は、図１８に示すように、エミッタ、ベース、コレクタ
の三層から構成される。現在、バイポーラトランジスタ
の動作速度は、コレクタ層での電子輸送特性が支配して
おり、素子高速化にはコレクタにおけるキャリア走行時
間の短縮が課題となる。解決策として、コレクタ層を薄
層化する方法が考えられるが、一方で、耐圧の低下や接
合容量の増大による充放電遅延のような弊害が生まれ
る。従って、コレクタ走行時間を短縮するためには、コ
レクタ層での電子速度を引き上げる方法が要求される。
は、図１８に示すように、エミッタ、ベース、コレクタ
の三層から構成される。現在、バイポーラトランジスタ
の動作速度は、コレクタ層での電子輸送特性が支配して
おり、素子高速化にはコレクタにおけるキャリア走行時
間の短縮が課題となる。解決策として、コレクタ層を薄
層化する方法が考えられるが、一方で、耐圧の低下や接
合容量の増大による充放電遅延のような弊害が生まれ
る。従って、コレクタ走行時間を短縮するためには、コ
レクタ層での電子速度を引き上げる方法が要求される。
【０００４】コレクタ中において、電子は数十kV/cm以
上の高い電界のもとで輸送される。電子がベースからコ
レクタに注入された直後は速度オーバーシュートといっ
た非平衡輸送によりその速度は非常に大きくなるが、電
子が100〜200nm走行したところで非弾性散乱などの影響
により電子エネルギーは緩和し急激に電子速度が低下し
てしまう。この速度低下が、コレクタ電子輸送、しいて
はヘテロ接合バイポーラトランジスタの動作速度向上に
おいて問題となる。
上の高い電界のもとで輸送される。電子がベースからコ
レクタに注入された直後は速度オーバーシュートといっ
た非平衡輸送によりその速度は非常に大きくなるが、電
子が100〜200nm走行したところで非弾性散乱などの影響
により電子エネルギーは緩和し急激に電子速度が低下し
てしまう。この速度低下が、コレクタ電子輸送、しいて
はヘテロ接合バイポーラトランジスタの動作速度向上に
おいて問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この問題の解決を試み
る従来技術として、特開平1-53453号に記載のバリステ
ィックコレクタ構造がある。これは、コレクタのうちベ
ース側のイオン化不純物濃度を低くすることで一部電界
を緩和しキャリアのバンド間散乱を抑制、キャリアのバ
リスティック輸送を持続させるものである。この従来技
術では、特定のコレクタバイアス下において平均電子速
度は非常に大きくなる。
る従来技術として、特開平1-53453号に記載のバリステ
ィックコレクタ構造がある。これは、コレクタのうちベ
ース側のイオン化不純物濃度を低くすることで一部電界
を緩和しキャリアのバンド間散乱を抑制、キャリアのバ
リスティック輸送を持続させるものである。この従来技
術では、特定のコレクタバイアス下において平均電子速
度は非常に大きくなる。
【０００６】しかし、カーク効果によりコレクタバイア
ス条件や駆動電流密度の制限が厳しい。また、他の従来
技術として、ラウンチャーを有するコレクタ構造がある
（アイ・イー・イー・イー トランザクション オン
エレクトロン デバイス、41巻、 １３１９頁 （１９
９４年） （IEEE Transactions on Electron Devices,
vol.41 p.1319 (1994)））。これは、ベース側からコ
レクタコンタクト層に向かって階段状に電子親和力を小
さくし、電子を階段状に高くなったポテンシャルを通過
させることで、逐次加速させバリスティック伝導を維持
させるものである。この構造では、電界条件によっては
電子親和力の差によるポテンシャル障壁が電子輸送の妨
げになるという欠点がある。
ス条件や駆動電流密度の制限が厳しい。また、他の従来
技術として、ラウンチャーを有するコレクタ構造がある
（アイ・イー・イー・イー トランザクション オン
エレクトロン デバイス、41巻、 １３１９頁 （１９
９４年） （IEEE Transactions on Electron Devices,
vol.41 p.1319 (1994)））。これは、ベース側からコ
レクタコンタクト層に向かって階段状に電子親和力を小
さくし、電子を階段状に高くなったポテンシャルを通過
させることで、逐次加速させバリスティック伝導を維持
させるものである。この構造では、電界条件によっては
電子親和力の差によるポテンシャル障壁が電子輸送の妨
げになるという欠点がある。
【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、上記した従来技術の欠陥を改良し、高速動作が
可能なヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供するこ
とを目的とする。
もので、上記した従来技術の欠陥を改良し、高速動作が
可能なヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、以下の構成を採用した。請求項１に記載の
バイポーラトランジスタは、コレクタコンタクト層、コ
レクタ、ベースおよびエミッタが順次積層されてなるバ
イポーラトランジスタにおいて、前記コレクタは、χ1
なる電子親和力を有する第１の半導体からなる第１コレ
クタとχ2なる電子親和力を有する第２の半導体からな
る第２コレクタとが少なくともその一部が前記コレクタ
コンタクト層に垂直な面で接続してなり、前記第１コレ
クタにおける伝導帯の第１の極小エネルギーと第２の極
小エネルギーの差をΔ1としたとき、 χ1＞χ2 かつ （χ 1 −χ 2 ）＜Δ 1 なる関係を満たし、かつ、該第１コレクタの幅が１μｍ
以下である ことを特徴とする。
の本発明は、以下の構成を採用した。請求項１に記載の
バイポーラトランジスタは、コレクタコンタクト層、コ
レクタ、ベースおよびエミッタが順次積層されてなるバ
イポーラトランジスタにおいて、前記コレクタは、χ1
なる電子親和力を有する第１の半導体からなる第１コレ
クタとχ2なる電子親和力を有する第２の半導体からな
る第２コレクタとが少なくともその一部が前記コレクタ
コンタクト層に垂直な面で接続してなり、前記第１コレ
クタにおける伝導帯の第１の極小エネルギーと第２の極
小エネルギーの差をΔ1としたとき、 χ1＞χ2 かつ （χ 1 −χ 2 ）＜Δ 1 なる関係を満たし、かつ、該第１コレクタの幅が１μｍ
以下である ことを特徴とする。
【０００９】請求項２に記載のバイポーラトランジスタ
は、請求項１に記載のバイポーラトランジスタにおい
て、前記第２コレクタにおける伝導帯の第１の極小エネ
ルギーと第２の極小エネルギーの差をΔ2としたとき、（χ 1 −χ 2 ）＋Δ 2 ＞Δ 1 なる関係を満たすことを特徴とする。
は、請求項１に記載のバイポーラトランジスタにおい
て、前記第２コレクタにおける伝導帯の第１の極小エネ
ルギーと第２の極小エネルギーの差をΔ2としたとき、（χ 1 −χ 2 ）＋Δ 2 ＞Δ 1 なる関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
【００１１】請求項３に記載のバイポーラトランジスタ
は、請求項１または２に記載のバイポーラトランジスタ
において、前記第１コレクタの伝導帯の第１の極小エネ
ルギーにおける有効質量が前記第２コレクタの伝導帯の
第２の極小エネルギーにおける有効質量より軽いことを
特徴とする。
は、請求項１または２に記載のバイポーラトランジスタ
において、前記第１コレクタの伝導帯の第１の極小エネ
ルギーにおける有効質量が前記第２コレクタの伝導帯の
第２の極小エネルギーにおける有効質量より軽いことを
特徴とする。
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】まず、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第
１の実施形態であるバイポーラトランジスタの断面図で
ある。半絶縁性基板１上にコレクタコンタクト層２、第
１コレクタ層３と第２コレクタ層４、ベース層５、エミ
ッタ層６が積層されている。前記２つのコレクタ層３、
４は、半絶縁性基板１に対し垂直方向に並べられ、互い
に電子親和力の異なる2種類の半導体よりなる。コレク
タコンタクト層２、ベース５層の外部領域、およびエミ
ッタ層６上にそれぞれコレクタ電極７、ベース電極８、
エミッタ電極９が設けられている。 前記電子親和力の
異なる２種類のコレクタのうち、第１コレクタ層３は電
子親和力が大きい半導体からなり、エミッタからベース
に注入された電子が直進した場合、電子を受け止められ
る位置に配置されている。第２コレクタ層４は電子親和
力の小さい半導体からなり、第１コレクタ層３を側面か
ら挟むように配置されている。第１コレクタ層３と第２
コレクタ層４を構成する半導体の伝導帯エネルギーレベ
ルを比較すると、エネルギーの小さいほうから第１コレ
クタ層のΓ点（第１の極小エネルギー）、第２コレクタ
層のΓ点（第１の極小エネルギー）、第１コレクタ層の
Ｌ点（第２の極小エネルギー）、第２コレクタ層のＬ点
（第２の極小エネルギー）となっている。前記の各エネ
ルギー点における有効質量をmΓ1、mΓ2、mL1、mL2とす
ると、mΓ2 ＜mL1 、もしくは、 mL2 < mL1となるもの
とする。前記第１および第２コレクタ層となる２種類の
半導体の伝導体エネルギー不連続量を△Ecとし、第１コ
レクタ層および第２コレクタ層のΓ点とＬ点のエネルギ
ー差をそれぞれ△EΓL1、△EΓL2とすると、△Ec＜△E
ΓL1である。また、△EΓL1<△EΓL2となっている。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第
１の実施形態であるバイポーラトランジスタの断面図で
ある。半絶縁性基板１上にコレクタコンタクト層２、第
１コレクタ層３と第２コレクタ層４、ベース層５、エミ
ッタ層６が積層されている。前記２つのコレクタ層３、
４は、半絶縁性基板１に対し垂直方向に並べられ、互い
に電子親和力の異なる2種類の半導体よりなる。コレク
タコンタクト層２、ベース５層の外部領域、およびエミ
ッタ層６上にそれぞれコレクタ電極７、ベース電極８、
エミッタ電極９が設けられている。 前記電子親和力の
異なる２種類のコレクタのうち、第１コレクタ層３は電
子親和力が大きい半導体からなり、エミッタからベース
に注入された電子が直進した場合、電子を受け止められ
る位置に配置されている。第２コレクタ層４は電子親和
力の小さい半導体からなり、第１コレクタ層３を側面か
ら挟むように配置されている。第１コレクタ層３と第２
コレクタ層４を構成する半導体の伝導帯エネルギーレベ
ルを比較すると、エネルギーの小さいほうから第１コレ
クタ層のΓ点（第１の極小エネルギー）、第２コレクタ
層のΓ点（第１の極小エネルギー）、第１コレクタ層の
Ｌ点（第２の極小エネルギー）、第２コレクタ層のＬ点
（第２の極小エネルギー）となっている。前記の各エネ
ルギー点における有効質量をmΓ1、mΓ2、mL1、mL2とす
ると、mΓ2 ＜mL1 、もしくは、 mL2 < mL1となるもの
とする。前記第１および第２コレクタ層となる２種類の
半導体の伝導体エネルギー不連続量を△Ecとし、第１コ
レクタ層および第２コレクタ層のΓ点とＬ点のエネルギ
ー差をそれぞれ△EΓL1、△EΓL2とすると、△Ec＜△E
ΓL1である。また、△EΓL1<△EΓL2となっている。
【００１４】以下に、本発明によるバイポーラトランジ
スタの電子輸送特性が向上する原理を詳細に説明する。
図２は、本発明によるバイポーラトランジスタにおける
コレクタのエネルギーバンド図である。第１コレクタと
第２コレクタはｙ方向に並んでおり、電界Ｆがｘ方向に
かかっている。ベースからコレクタに注入された電子は
電子親和力の大きい第１コレクタのΓバンドに入り、電
界Ｆによりｘ方向に加速さる。エネルギー緩和時間内に
おいて電子のエネルギーは増加する。電子エネルギーEe
が△EΓL 1以上になると電子は順次Ｌバンドに移行する
が、△Ec＜△EΓL1であるためｙ方向に運動量をもつ電
子の一部は、Ee＞△Ecとなった時点より第１コレクタの
Ｌバンドに移行せず第２コレクタに移る。この機構によ
って、電子の非平衡輸送特性が従来構造によるバイポー
ラトランジスタに比べて顕著になる。以下に理由を述べ
る。
スタの電子輸送特性が向上する原理を詳細に説明する。
図２は、本発明によるバイポーラトランジスタにおける
コレクタのエネルギーバンド図である。第１コレクタと
第２コレクタはｙ方向に並んでおり、電界Ｆがｘ方向に
かかっている。ベースからコレクタに注入された電子は
電子親和力の大きい第１コレクタのΓバンドに入り、電
界Ｆによりｘ方向に加速さる。エネルギー緩和時間内に
おいて電子のエネルギーは増加する。電子エネルギーEe
が△EΓL 1以上になると電子は順次Ｌバンドに移行する
が、△Ec＜△EΓL1であるためｙ方向に運動量をもつ電
子の一部は、Ee＞△Ecとなった時点より第１コレクタの
Ｌバンドに移行せず第２コレクタに移る。この機構によ
って、電子の非平衡輸送特性が従来構造によるバイポー
ラトランジスタに比べて顕著になる。以下に理由を述べ
る。
【００１５】（１）第一に、非平衡輸送を長距離持続で
きるためである。図３は、本発明による素子のコレクタ
のエネルギーバンド図であり、図２のバンド図をｙ方向
から見たものである。図３（ａ）が従来構造、図３
（ｂ）が本発明である。△EΓL1＜ △EΓL2であれば、
第１コレクタのΓ点からみた第２コレクタのＬ点エネル
ギーは第１コレクタのＬ点エネルギーより高くなる。第
２コレクタへの電子遷移がともなうと、実効的にΓ-Ｌ
間エネルギーが大きくなる。一定電界下でＬバンドへ遷
移するために必要なエネルギーを獲得するには一定の距
離を走行しなければならないが、その距離は従来構造で
は t0 = △EΓL1/Fであったものが、本発明によるコレ
クタ構造では t1 + t2 = △Ec/F + △EΓL2/F となる。
Ｆが一定でかつ△EΓL1＜△EΓL2であるから、t1 + t2
＞ t0 である。一方、電子速度veとエネルギーEにはve
= (2E/m)∧0.5 の関係があり、かつ mΓ2 ＜ mL1である
ので、第２コレクタΓバンドの電子速度は第１コレクタ
のＬバンドでの電子速度より大きい。よって、本発明に
おいては、電子がＬバンドに移行するまでの走行距離が
延長され、Γバンドの高い電子速度を長い距離維持で
き、電子の平均速度が大きくなる。
きるためである。図３は、本発明による素子のコレクタ
のエネルギーバンド図であり、図２のバンド図をｙ方向
から見たものである。図３（ａ）が従来構造、図３
（ｂ）が本発明である。△EΓL1＜ △EΓL2であれば、
第１コレクタのΓ点からみた第２コレクタのＬ点エネル
ギーは第１コレクタのＬ点エネルギーより高くなる。第
２コレクタへの電子遷移がともなうと、実効的にΓ-Ｌ
間エネルギーが大きくなる。一定電界下でＬバンドへ遷
移するために必要なエネルギーを獲得するには一定の距
離を走行しなければならないが、その距離は従来構造で
は t0 = △EΓL1/Fであったものが、本発明によるコレ
クタ構造では t1 + t2 = △Ec/F + △EΓL2/F となる。
Ｆが一定でかつ△EΓL1＜△EΓL2であるから、t1 + t2
＞ t0 である。一方、電子速度veとエネルギーEにはve
= (2E/m)∧0.5 の関係があり、かつ mΓ2 ＜ mL1である
ので、第２コレクタΓバンドの電子速度は第１コレクタ
のＬバンドでの電子速度より大きい。よって、本発明に
おいては、電子がＬバンドに移行するまでの走行距離が
延長され、Γバンドの高い電子速度を長い距離維持で
き、電子の平均速度が大きくなる。
【００１６】（２）第二に、電子の有効質量増加が抑制
されるためである。図４は第１コレクタと第２コレクタ
の電子エネルギー分散図である。電子が第１コレクタの
Γバンドにあっても、電子エネルギーが増加すると図４
に示すようにバンドが放物線からずれる。このため、電
子エネルギーの増大にともない電子有効質量が増加す
る。しかし、このような電子を第２コレクタに遷移させ
ると、第２コレクタにおいては△Ecだけ電子のエネルギ
ーが相対的に低下し、電子は再びエネルギーバンドの極
小点側に移る。よって、電子の有効質量は第１コレクタ
に存在したときより軽くなる。第２コレクタに遷移した
電子の個数に対応して系全体から見た実効的な有効質量
は低下し、従って、エネルギー緩和時間までの電子速度
が増す。
されるためである。図４は第１コレクタと第２コレクタ
の電子エネルギー分散図である。電子が第１コレクタの
Γバンドにあっても、電子エネルギーが増加すると図４
に示すようにバンドが放物線からずれる。このため、電
子エネルギーの増大にともない電子有効質量が増加す
る。しかし、このような電子を第２コレクタに遷移させ
ると、第２コレクタにおいては△Ecだけ電子のエネルギ
ーが相対的に低下し、電子は再びエネルギーバンドの極
小点側に移る。よって、電子の有効質量は第１コレクタ
に存在したときより軽くなる。第２コレクタに遷移した
電子の個数に対応して系全体から見た実効的な有効質量
は低下し、従って、エネルギー緩和時間までの電子速度
が増す。
【００１７】（３）第三に、一度速度オーバーシュート
した電子が再度速度オーバーシュートを起こす確率が生
まれるためである。これは、第１のコレクタから第２の
コレクタに遷移し電子の運動エネルギーが減少すること
によって、運動量緩和時間とエネルギー緩和時間が逆転
するためである。電子が高エネルギーであるとエネルギ
ー緩和時間は運動量緩和時間より大きくなり電子は運動
量空間にほぼ対称に分布するが、電子のエネルギーが低
いときにはエネルギー緩和時間は運動量緩和時間よりも
小さいため、エネルギー増加分はそのまま電界方向の運
動量となり、電界方向の電子速度が選択的に大きくな
る。コレクタ間の移動による運動エネルギーの低下は後
者の現象を引き起こすため、電界方向における電子速度
の向上が図られる。
した電子が再度速度オーバーシュートを起こす確率が生
まれるためである。これは、第１のコレクタから第２の
コレクタに遷移し電子の運動エネルギーが減少すること
によって、運動量緩和時間とエネルギー緩和時間が逆転
するためである。電子が高エネルギーであるとエネルギ
ー緩和時間は運動量緩和時間より大きくなり電子は運動
量空間にほぼ対称に分布するが、電子のエネルギーが低
いときにはエネルギー緩和時間は運動量緩和時間よりも
小さいため、エネルギー増加分はそのまま電界方向の運
動量となり、電界方向の電子速度が選択的に大きくな
る。コレクタ間の移動による運動エネルギーの低下は後
者の現象を引き起こすため、電界方向における電子速度
の向上が図られる。
【００１８】また、本発明における素子では、次のよう
に非平衡電子輸送特性の向上に加え、定常輸送を含めて
電子輸送特性を向上させることができる。 （４）バイポーラトランジスタのコレクタには40kV/cm
以上の電界がかかっており、電子が数百nm走行したとこ
ろで電子エネルギーが緩和し電界ドリフト輸送に切り替
わる（図３(a)）。この輸送状態になると、速度−電界
特性におけるピーク速度よりも飽和速度が大きいことが
走行時間の短縮につながる。飽和速度はLバンドにおけ
る電子速度であり、よって、Lバンドの有効質量が軽い
コレクタほど高速電子輸送に適する。先に説明したよう
に、本発明においては、電子の一部はコレクタを走行し
ΔEc以上のエネルギーを獲得したところで走行領域を第
１コレクタから第２コレクタに切り替える。従って、本
発明による素子では、第２コレクタのＬバンドの有効質
量を mL2 ＜ mL1 とすることで第２コレクタの飽和速度
を高くし、かつ、適切な電界をかけ非平衡輸送からドリ
フト輸送への輸送機構の切り替えと電子が走行するコレ
クタの切り替えを同期させることで、高速非平衡輸送と
高速定常輸送特性を両立することができる。これにより
コレクタの電子速度を大幅に引き上げることが可能であ
る。
に非平衡電子輸送特性の向上に加え、定常輸送を含めて
電子輸送特性を向上させることができる。 （４）バイポーラトランジスタのコレクタには40kV/cm
以上の電界がかかっており、電子が数百nm走行したとこ
ろで電子エネルギーが緩和し電界ドリフト輸送に切り替
わる（図３(a)）。この輸送状態になると、速度−電界
特性におけるピーク速度よりも飽和速度が大きいことが
走行時間の短縮につながる。飽和速度はLバンドにおけ
る電子速度であり、よって、Lバンドの有効質量が軽い
コレクタほど高速電子輸送に適する。先に説明したよう
に、本発明においては、電子の一部はコレクタを走行し
ΔEc以上のエネルギーを獲得したところで走行領域を第
１コレクタから第２コレクタに切り替える。従って、本
発明による素子では、第２コレクタのＬバンドの有効質
量を mL2 ＜ mL1 とすることで第２コレクタの飽和速度
を高くし、かつ、適切な電界をかけ非平衡輸送からドリ
フト輸送への輸送機構の切り替えと電子が走行するコレ
クタの切り替えを同期させることで、高速非平衡輸送と
高速定常輸送特性を両立することができる。これにより
コレクタの電子速度を大幅に引き上げることが可能であ
る。
【００１９】以上のように、本発明によるトランジスタ
では、２種類のコレクタを並列に設けることによってコ
レクタの電子速度が引き上げられ、よって高速動作が可
能になるのである。
では、２種類のコレクタを並列に設けることによってコ
レクタの電子速度が引き上げられ、よって高速動作が可
能になるのである。
【００２０】
【実施例】本発明におけるバイポーラトランジスタの実
施例について図を用いて具体的に説明する。図５は、本
発明によるバイポーラトランジスタの具体例の構造断面
図である。半絶縁性InP基板１０上に、n+-InPコレクタ
コンタクト層１１（n = 1x10∧19 cm-3、500nm)が形成
され、その上に第１コレクタであるn-In0.53Ga0.47Asコ
レクタ１２(n = 3x10∧16 cm-3, 500nm)、第２コレクタ
n-InP１３(n = 3x10∧16 cm-3, 500nm)が同一面内に並
列している。前記コレクタ上にp+-In0.53Ga0.47Asベー
ス１４(p= 4x10∧19 cm-3, 60nm)、n-InPエミッタ１５
(n = 3x10∧17, 40nm )、n+-InP１６( n = 5x10∧18 cm
-3, 50nm), n+-In0.53Ga0.47Asエミッタコンタクト層１
７(n = 1x10∧19 cm-3, 50nm)が順に積層されている。
コレクタコンタクト層１１、ベース１４の外部領域、エ
ミッタコンタクト層１７上にそれぞれ、Ge/Au/Ni/Ti/Au
コレクタ電極１８、Ti/Pt/Auベース電極１９、WSiエミ
ッタ電極２０が設けられている。素子を上から見て第１
コレクタ１２はエミッタの下に位置し、前記第１コレク
タ１２を挟むように第２コレクタ１３が配置されてい
る。第１コレクタ幅Wは、エミッタ幅と同じであり W =
0.2μmである。
施例について図を用いて具体的に説明する。図５は、本
発明によるバイポーラトランジスタの具体例の構造断面
図である。半絶縁性InP基板１０上に、n+-InPコレクタ
コンタクト層１１（n = 1x10∧19 cm-3、500nm)が形成
され、その上に第１コレクタであるn-In0.53Ga0.47Asコ
レクタ１２(n = 3x10∧16 cm-3, 500nm)、第２コレクタ
n-InP１３(n = 3x10∧16 cm-3, 500nm)が同一面内に並
列している。前記コレクタ上にp+-In0.53Ga0.47Asベー
ス１４(p= 4x10∧19 cm-3, 60nm)、n-InPエミッタ１５
(n = 3x10∧17, 40nm )、n+-InP１６( n = 5x10∧18 cm
-3, 50nm), n+-In0.53Ga0.47Asエミッタコンタクト層１
７(n = 1x10∧19 cm-3, 50nm)が順に積層されている。
コレクタコンタクト層１１、ベース１４の外部領域、エ
ミッタコンタクト層１７上にそれぞれ、Ge/Au/Ni/Ti/Au
コレクタ電極１８、Ti/Pt/Auベース電極１９、WSiエミ
ッタ電極２０が設けられている。素子を上から見て第１
コレクタ１２はエミッタの下に位置し、前記第１コレク
タ１２を挟むように第２コレクタ１３が配置されてい
る。第１コレクタ幅Wは、エミッタ幅と同じであり W =
0.2μmである。
【００２１】図６は、前記バイポーラトランジスタの第
１コレクタとなるIn0.53Ga0.47Asと第２コレクタとなる
InPのバンドラインナップである。各バンド端の有効質
量もあわせて載せてある。InGaAsとInPは、共に直接遷
移形のバンド構造を有しており、Γ点に伝導帯のエネル
ギー最小点がある。InGaAsのΓ点とＬ点のエネルギー差
ΔEΓL1は 0.55eV、InPのΓ点とＬ点のエネルギー差△E
ΓL2は0.50eVである。伝導帯の不連続量△Ecは0.18 eV
であり、InGaAsの方が電子親和力が大きい。第１コレク
タのΓ点と第２コレクタのＬ点のエネルギー差は0.68eV
でありΔEΓL1より大きい。第１コレクタのΓ点とＬ点
の有効質量はそれぞれ、0.04m0、0.30m0であり、第２コ
レクタのΓ点とＬ点の有効質量はそれぞれ、0.08m0、0.
28m0である。ここで、m0は真空中の電子質量である。Γ
点においては第１コレクタのほうが有効質量が軽く、Ｌ
点においては第２コレクタのほうが有効質量が軽い。
１コレクタとなるIn0.53Ga0.47Asと第２コレクタとなる
InPのバンドラインナップである。各バンド端の有効質
量もあわせて載せてある。InGaAsとInPは、共に直接遷
移形のバンド構造を有しており、Γ点に伝導帯のエネル
ギー最小点がある。InGaAsのΓ点とＬ点のエネルギー差
ΔEΓL1は 0.55eV、InPのΓ点とＬ点のエネルギー差△E
ΓL2は0.50eVである。伝導帯の不連続量△Ecは0.18 eV
であり、InGaAsの方が電子親和力が大きい。第１コレク
タのΓ点と第２コレクタのＬ点のエネルギー差は0.68eV
でありΔEΓL1より大きい。第１コレクタのΓ点とＬ点
の有効質量はそれぞれ、0.04m0、0.30m0であり、第２コ
レクタのΓ点とＬ点の有効質量はそれぞれ、0.08m0、0.
28m0である。ここで、m0は真空中の電子質量である。Γ
点においては第１コレクタのほうが有効質量が軽く、Ｌ
点においては第２コレクタのほうが有効質量が軽い。
【００２２】図７は、In0.53Ga0.47AsとInPにおける電
子有効質量のエネルギー依存性である。InPに対しては
エネルギー軸を△Ec分シフトしてある。各バンドの非放
物線性を考慮している。エネルギーの増加に従い有効質
量も増加する。伝導帯端においてはInPよりもInGaAsの
有効質量の方が軽いが、電子エネルギーInPの伝導帯端
に達する0.18eVにおいては逆転しており、InPの有効質
量のほうが軽くなっている。このため、電子エネルギー
がΔEc以上であれば、走行するコレクタを第１コレクタ
であるInGaAsから第２コレクタであるInPに切り替えた
ほうが有利となる。
子有効質量のエネルギー依存性である。InPに対しては
エネルギー軸を△Ec分シフトしてある。各バンドの非放
物線性を考慮している。エネルギーの増加に従い有効質
量も増加する。伝導帯端においてはInPよりもInGaAsの
有効質量の方が軽いが、電子エネルギーInPの伝導帯端
に達する0.18eVにおいては逆転しており、InPの有効質
量のほうが軽くなっている。このため、電子エネルギー
がΔEc以上であれば、走行するコレクタを第１コレクタ
であるInGaAsから第２コレクタであるInPに切り替えた
ほうが有利となる。
【００２３】図８に、モンテカルロ法を用いて求めたIn
0.53Ga0.47AsとInPの定常状態における速度-電界特性を
示す。InGaAsは有効質量が軽いため、低電界での電子速
度が速く、移動度μ=ve/EはInPよりも大きい。一方、電
界が5kV/cm以上になると、InPのほうが電子速度が高
く、飽和電子速度も高い。これは、InPのLバンドでの有
効質量がInGaAsより軽く、また、InPでは、InGaAsのよ
うな三元混晶で起こる合金散乱が生じないなどの理由に
よる。以上より、InGaAsとInPはそれぞれ第１コレク
タ、第２コレクタとして望ましい特性を有していること
がわかる。
0.53Ga0.47AsとInPの定常状態における速度-電界特性を
示す。InGaAsは有効質量が軽いため、低電界での電子速
度が速く、移動度μ=ve/EはInPよりも大きい。一方、電
界が5kV/cm以上になると、InPのほうが電子速度が高
く、飽和電子速度も高い。これは、InPのLバンドでの有
効質量がInGaAsより軽く、また、InPでは、InGaAsのよ
うな三元混晶で起こる合金散乱が生じないなどの理由に
よる。以上より、InGaAsとInPはそれぞれ第１コレク
タ、第２コレクタとして望ましい特性を有していること
がわかる。
【００２４】図９は、本発明によるコレクタ構造の電子
分布をモンテカルロ法を用いてシミュレートした結果で
ある。電界は40kV/cmであり、通常動作状態のバイポー
ラトランジスタのコレクタにかかる電界と同程度であ
る。電子はベース層から第一コレクタにのみ注入される
ものとした。ベースから第１コレクタに注入された電子
は、次第に第１コレクタから第２コレクタに遷移し、第
２コレクタを走行することがわかる。第２コレクタへ遷
移する確率は第１コレクタの幅Ｗに依存し、Ｗが1μm以
下になると電子が第２コレクタを走行する確率が増え、
系全体からみた電子平均速度の上昇が認められた。
分布をモンテカルロ法を用いてシミュレートした結果で
ある。電界は40kV/cmであり、通常動作状態のバイポー
ラトランジスタのコレクタにかかる電界と同程度であ
る。電子はベース層から第一コレクタにのみ注入される
ものとした。ベースから第１コレクタに注入された電子
は、次第に第１コレクタから第２コレクタに遷移し、第
２コレクタを走行することがわかる。第２コレクタへ遷
移する確率は第１コレクタの幅Ｗに依存し、Ｗが1μm以
下になると電子が第２コレクタを走行する確率が増え、
系全体からみた電子平均速度の上昇が認められた。
【００２５】図１０に、本発明によるコレクタ構造の位
置（電界方向）に対するエネルギー空間での電子分布を
示す。図１０（ａ）が第１コレクタで、図１０（ｂ）が
第２コレクタにおける電子分布である。電界は40kV/cm
である。電子はコレクタを走行するにつれてそのエネル
ギーを増している。第１コレクタにおいては、電子注入
点から180 nmの間で、走行距離と共に電子エネルギーが
増加し、電子エネルギーは電界と走行距離の積にほぼ等
しい。x = 180nmの近辺で電子はΓバンドからＬバンド
に移っている。x = 180nm以降では電子エネルギーはあ
まり上昇せず、第１コレクタであるInGaAsのＬ点のエネ
ルギーEL1=0.53 eV近辺に分布している。このことは、
電子がL点に至ったところでエネルギー緩和が起こり、
電子が定常輸送状態に入っていることを示している。一
方、x = 50 nm近辺で第１コレクタから第２コレクタへ
の遷移が起こる。第２コレクタ内でも、電子はコレクタ
を走行するに連れてそのエネルギーを増し、x = 220 nm
を越えたあたりでΓバンドからＬバンドに移行してい
る。ΓバンドからＬバンドに移るまでの位置は第一コレ
クタに比べてコレクタコンタクト層側に約40nm延長され
ており、従って、本発明による素子は従来の素子に比べ
て非平衡輸送を長く保てることがわかる。第１コレクタ
と比較して、第２コレクタではＬ点においてもエネルギ
ーを上昇させる電子が存在しエネルギー緩和が弱いが、
これはInPでは合金散乱などの散乱要因が少ないためで
ある。
置（電界方向）に対するエネルギー空間での電子分布を
示す。図１０（ａ）が第１コレクタで、図１０（ｂ）が
第２コレクタにおける電子分布である。電界は40kV/cm
である。電子はコレクタを走行するにつれてそのエネル
ギーを増している。第１コレクタにおいては、電子注入
点から180 nmの間で、走行距離と共に電子エネルギーが
増加し、電子エネルギーは電界と走行距離の積にほぼ等
しい。x = 180nmの近辺で電子はΓバンドからＬバンド
に移っている。x = 180nm以降では電子エネルギーはあ
まり上昇せず、第１コレクタであるInGaAsのＬ点のエネ
ルギーEL1=0.53 eV近辺に分布している。このことは、
電子がL点に至ったところでエネルギー緩和が起こり、
電子が定常輸送状態に入っていることを示している。一
方、x = 50 nm近辺で第１コレクタから第２コレクタへ
の遷移が起こる。第２コレクタ内でも、電子はコレクタ
を走行するに連れてそのエネルギーを増し、x = 220 nm
を越えたあたりでΓバンドからＬバンドに移行してい
る。ΓバンドからＬバンドに移るまでの位置は第一コレ
クタに比べてコレクタコンタクト層側に約40nm延長され
ており、従って、本発明による素子は従来の素子に比べ
て非平衡輸送を長く保てることがわかる。第１コレクタ
と比較して、第２コレクタではＬ点においてもエネルギ
ーを上昇させる電子が存在しエネルギー緩和が弱いが、
これはInPでは合金散乱などの散乱要因が少ないためで
ある。
【００２６】図１１は、本発明と従来技術によるバイポ
ーラトランジスタにおけるコレクタの平均電子速度であ
る。本発明による素子は、従来の技術による素子と比較
して平均電子速度が高いことが明らかに示されている。
従来例では、x = 150 nmをこえたところでInGaAs Ｌバ
ンドへの散乱とエネルギー緩和により電子速度が30％ま
で急激に低下しているが、本発明による素子ではそのよ
うな電子速度の大幅な低下は抑制されている。また、本
発明による素子においては、第２コレクタに遷移した電
子が速度オーバーシュートを起こし、x = 150 nm近辺で
電子速度のピークを生じている。さらに、x = 250 nm以
降においては従来例と比較して２倍もの電子速度が実現
されている。
ーラトランジスタにおけるコレクタの平均電子速度であ
る。本発明による素子は、従来の技術による素子と比較
して平均電子速度が高いことが明らかに示されている。
従来例では、x = 150 nmをこえたところでInGaAs Ｌバ
ンドへの散乱とエネルギー緩和により電子速度が30％ま
で急激に低下しているが、本発明による素子ではそのよ
うな電子速度の大幅な低下は抑制されている。また、本
発明による素子においては、第２コレクタに遷移した電
子が速度オーバーシュートを起こし、x = 150 nm近辺で
電子速度のピークを生じている。さらに、x = 250 nm以
降においては従来例と比較して２倍もの電子速度が実現
されている。
【００２７】図１２は、本発明によるコレクタ構造の低
電界における電子分布を示したものである。電界強度は
4kV/cmである。低電界では、ほとんどの電子は第１コレ
クタのみ走行しており、電界強度により電子が走行可能
なコレクタが切り替わっていることがわかる。この電界
強度の条件では、電子はコレクタ走行を続けてもＬバン
ドに到達するまでのエネルギーを得ることはなく、また
十分加速されないうちにエネルギー緩和してしまいコレ
クタ全域において定常状態にはいっている。
電界における電子分布を示したものである。電界強度は
4kV/cmである。低電界では、ほとんどの電子は第１コレ
クタのみ走行しており、電界強度により電子が走行可能
なコレクタが切り替わっていることがわかる。この電界
強度の条件では、電子はコレクタ走行を続けてもＬバン
ドに到達するまでのエネルギーを得ることはなく、また
十分加速されないうちにエネルギー緩和してしまいコレ
クタ全域において定常状態にはいっている。
【００２８】図１３に、本発明と従来技術によるバイポ
ーラトランジスタのコレクタの低電界における平均電子
速度を示す。電界強度は4kV/cmである。電子速度分布は
従来構造と本発明による構造と差異は少なく、ほぼ同じ
である。これは、図１２で示した実空間における電子分
布から明らかなように、電子が第１コレクタのInGaAs領
域のみを走行していることによる。電子速度はコレクタ
全域に渡ってほぼ一定であり、電界ドリフトによって電
子が輸送されている。図８に示されているように、低電
界においてはInPよりInGaAsのほうが速度が大きく、よ
って、電子をInPからなる第２コレクタに遷移させない
ほうが平均電子速度が大きくなるが、本発明による素子
は、低電界下では走行層を第１コレクタに限ることによ
って電子速度の低下を避けている。このように、本発明
におけるコレクタ構造では、第２コレクタに電子を遷移
させるか否かバンド不連続量とコレクタのｘ方向の電界
の兼ね合いによって変え、低電界と高電界の各条件下で
平均電子速度が大きくなるように適宜電子輸送経路を切
り替えることができ、より広いバイアス条件で素子の高
速化を図ることが可能となっている。
ーラトランジスタのコレクタの低電界における平均電子
速度を示す。電界強度は4kV/cmである。電子速度分布は
従来構造と本発明による構造と差異は少なく、ほぼ同じ
である。これは、図１２で示した実空間における電子分
布から明らかなように、電子が第１コレクタのInGaAs領
域のみを走行していることによる。電子速度はコレクタ
全域に渡ってほぼ一定であり、電界ドリフトによって電
子が輸送されている。図８に示されているように、低電
界においてはInPよりInGaAsのほうが速度が大きく、よ
って、電子をInPからなる第２コレクタに遷移させない
ほうが平均電子速度が大きくなるが、本発明による素子
は、低電界下では走行層を第１コレクタに限ることによ
って電子速度の低下を避けている。このように、本発明
におけるコレクタ構造では、第２コレクタに電子を遷移
させるか否かバンド不連続量とコレクタのｘ方向の電界
の兼ね合いによって変え、低電界と高電界の各条件下で
平均電子速度が大きくなるように適宜電子輸送経路を切
り替えることができ、より広いバイアス条件で素子の高
速化を図ることが可能となっている。
【００２９】本発明による他の実施の形態について説明
する。図１４は、本発明による第２の実施形態であるバ
イポーラトランジスタの断面図である。図１４は、図１
に示した第１の実施形態において第１コレクタのうちコ
レクタコンタクト層側の一部を第２コレクタと同じ材料
に置き換えたものである。この実施形態では、ΔEΓL1
〜ΔEc + ΔEΓL2であれば、第１コレクタを走行してい
る電子のエネルギーが上昇し電子がＬバンドに遷移して
しまえば、△Ecの影響を直接受けずに第２コレクタへの
遷移が可能である。第２コレクタの禁制帯幅Eg2が第１
コレクタの禁制帯幅Eg1より大きければ、第２の実施形
態においては素子の耐圧が上がる利点が加えられる。
する。図１４は、本発明による第２の実施形態であるバ
イポーラトランジスタの断面図である。図１４は、図１
に示した第１の実施形態において第１コレクタのうちコ
レクタコンタクト層側の一部を第２コレクタと同じ材料
に置き換えたものである。この実施形態では、ΔEΓL1
〜ΔEc + ΔEΓL2であれば、第１コレクタを走行してい
る電子のエネルギーが上昇し電子がＬバンドに遷移して
しまえば、△Ecの影響を直接受けずに第２コレクタへの
遷移が可能である。第２コレクタの禁制帯幅Eg2が第１
コレクタの禁制帯幅Eg1より大きければ、第２の実施形
態においては素子の耐圧が上がる利点が加えられる。
【００３０】図１５は、本発明による第３の実施の形態
であるバイポーラトランジスタの断面図である。図１５
は、図１に示した第１の実施の形態において第２コレク
タのうちベース側の一部を第１コレクタと同じ材料に置
き換えた形態を有する。
であるバイポーラトランジスタの断面図である。図１５
は、図１に示した第１の実施の形態において第２コレク
タのうちベース側の一部を第１コレクタと同じ材料に置
き換えた形態を有する。
【００３１】図１６は、本発明による第４の実施形態で
あるバイポーラトランジスタの断面図である。この実施
の形態は、第１の実施形態において第１コレクタと第２
コレクタを合わせたコレクタ部分を、第１コレクタと第
２コレクタを交互に複数配列したものに置き換えた構造
を有する。本発明においては、第１コレクタの幅Wが狭
いほうが、高電界時に第１コレクタから第２コレクタへ
遷移する電子が多くなるため、素子高速化の効果が大き
い。一方で、第１コレクタが狭くなることで駆動電流が
制限される。この実施形態では、Wが十分狭い第１コレ
クタを多重に配列することで本発明による高速化の効果
と大駆動電流が両立されるのである。
あるバイポーラトランジスタの断面図である。この実施
の形態は、第１の実施形態において第１コレクタと第２
コレクタを合わせたコレクタ部分を、第１コレクタと第
２コレクタを交互に複数配列したものに置き換えた構造
を有する。本発明においては、第１コレクタの幅Wが狭
いほうが、高電界時に第１コレクタから第２コレクタへ
遷移する電子が多くなるため、素子高速化の効果が大き
い。一方で、第１コレクタが狭くなることで駆動電流が
制限される。この実施形態では、Wが十分狭い第１コレ
クタを多重に配列することで本発明による高速化の効果
と大駆動電流が両立されるのである。
【００３２】図１７と図１８は、それぞれ本発明による
バイポーラトランジスタの第５または第６の実施形態の
断面図である。図１７は、図１に示した第１の実施形態
において第１コレクタとベースの間に組成傾斜層を挿入
した構造を有するものである。また、図１８は、図１に
示した第１の実施の形態において第２コレクタとベース
層の間に組成傾斜層を挿入した構造を有するものであ
る。本発明における素子のコレクタに組成傾斜層を挿入
することによって、ベース内に内蔵電界を導入するため
に施した組成傾斜した分をコレクタで補償しつつ、本発
明による高速電子輸送特性を保つことができる。また、
ベース・コレクタ間に生じるバンド不連続を生じること
無く、ベースより禁制帯幅の広い半導体材料を第１コレ
クタや第２コレクタに用いることが可能となる。
バイポーラトランジスタの第５または第６の実施形態の
断面図である。図１７は、図１に示した第１の実施形態
において第１コレクタとベースの間に組成傾斜層を挿入
した構造を有するものである。また、図１８は、図１に
示した第１の実施の形態において第２コレクタとベース
層の間に組成傾斜層を挿入した構造を有するものであ
る。本発明における素子のコレクタに組成傾斜層を挿入
することによって、ベース内に内蔵電界を導入するため
に施した組成傾斜した分をコレクタで補償しつつ、本発
明による高速電子輸送特性を保つことができる。また、
ベース・コレクタ間に生じるバンド不連続を生じること
無く、ベースより禁制帯幅の広い半導体材料を第１コレ
クタや第２コレクタに用いることが可能となる。
【００３３】図１９は、本発明によるバイポーラトラン
ジスタの第７の実施形態の断面図である。この実施形態
は、図１に示した第１の実施形態のコレクタ部分を、互
いに電子親和力の異なる３種類以上の半導体のコレクタ
によって構成したものである。前記複数の半導体のコレ
クタを電子親和力が大きい順に並列させることにより、
高い電界でより長い距離Γバンドを走行させることが可
能になり、さらなる高速電子輸送が実現される。
ジスタの第７の実施形態の断面図である。この実施形態
は、図１に示した第１の実施形態のコレクタ部分を、互
いに電子親和力の異なる３種類以上の半導体のコレクタ
によって構成したものである。前記複数の半導体のコレ
クタを電子親和力が大きい順に並列させることにより、
高い電界でより長い距離Γバンドを走行させることが可
能になり、さらなる高速電子輸送が実現される。
【００３４】上記各実施の形態において、エミッタとコ
レクタを入れ替えた、いわゆるコレクタトップでも構成
することができる。
レクタを入れ替えた、いわゆるコレクタトップでも構成
することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるバイ
ポーラトランジスタでは、コレクタを電子親和力の異な
る２種類以上の半導体を並列させて構成しているため、
非平衡電子輸送が顕著になり、かつ定常状態での高い飽
和電子速度が両立し、コレクタにおける電子輸送特性が
向上する。また、本発明によるバイポーラトランジスタ
では、コレクタを電子親和力の異なる２種類以上の半導
体を並列させて構成しているため、コレクタ電界により
電子が走行する経路を切り替えることができる。低電界
の電子速度が高い材料と飽和電子速度が高い材料によっ
てコレクタを構成することによって、広範囲の電界でコ
レクタにおける電子速度を高めることができる。従っ
て、バイポーラトランジスタの動作速度を著しく向上さ
せる効果がもたらされるのである。
ポーラトランジスタでは、コレクタを電子親和力の異な
る２種類以上の半導体を並列させて構成しているため、
非平衡電子輸送が顕著になり、かつ定常状態での高い飽
和電子速度が両立し、コレクタにおける電子輸送特性が
向上する。また、本発明によるバイポーラトランジスタ
では、コレクタを電子親和力の異なる２種類以上の半導
体を並列させて構成しているため、コレクタ電界により
電子が走行する経路を切り替えることができる。低電界
の電子速度が高い材料と飽和電子速度が高い材料によっ
てコレクタを構成することによって、広範囲の電界でコ
レクタにおける電子速度を高めることができる。従っ
て、バイポーラトランジスタの動作速度を著しく向上さ
せる効果がもたらされるのである。
【図１】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第１
の実施形態を示す断面図である。
の実施形態を示す断面図である。
【図２】 図１のコレクタのエネルギーバンドを示す図
である。
である。
【図３】 コレクタ近傍のエネルギーバンドを示す図で
ある。（ａ）従来のコレクタ構造の高電界における場合
である。（ｂ）本発明によるコレクタ構造の高電界にお
ける場合である。（ｃ）本発明によるコレクタ構造の低
電界における場合である。
ある。（ａ）従来のコレクタ構造の高電界における場合
である。（ｂ）本発明によるコレクタ構造の高電界にお
ける場合である。（ｃ）本発明によるコレクタ構造の低
電界における場合である。
【図４】 図１の第１コレクタおよび第２コレクタを構
成する半導体のエネルギー分散図である。
成する半導体のエネルギー分散図である。
【図５】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第１
の実施形態についての実施例の断面図である。
の実施形態についての実施例の断面図である。
【図６】 図５に示すバイポーラトランジスタにおける
In0.53Ga0.47AsとInPのバンド接続状態を示すエネルギ
ーバンドである。
In0.53Ga0.47AsとInPのバンド接続状態を示すエネルギ
ーバンドである。
【図７】 図５に示すバイポーラトランジスタにおける
In0.53Ga0.47AsとInPの電子の有効質量のエネルギー依
存性を示す図である。
In0.53Ga0.47AsとInPの電子の有効質量のエネルギー依
存性を示す図である。
【図８】 図５に示すバイポーラトランジスタにおける
In0.53Ga0.47AsとInPの速度−電界特性を示す図であ
る。
In0.53Ga0.47AsとInPの速度−電界特性を示す図であ
る。
【図９】 本発明の第１の実施形態のバイポーラトラン
ジスタのコレクタにおける電子分布を示す図である。
ジスタのコレクタにおける電子分布を示す図である。
【図１０】 本発明の第１の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタのコレクタにおける電界方向の位置に対するエ
ネルギー空間での電子分布を示す図である。（ａ）第１
コレクタについてである。（ｂ）第２コレクタについて
である。
ンジスタのコレクタにおける電界方向の位置に対するエ
ネルギー空間での電子分布を示す図である。（ａ）第１
コレクタについてである。（ｂ）第２コレクタについて
である。
【図１１】 本発明の第１の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタのコレクタにおける平均電子速度を示す図であ
る。
ンジスタのコレクタにおける平均電子速度を示す図であ
る。
【図１２】 本発明の第１の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの低電界下のコレクタにおける電子分布を示す
図である。
ンジスタの低電界下のコレクタにおける電子分布を示す
図である。
【図１３】 本発明の第１の実施形態のバイポーラトラ
ンジスタの低電界下のコレクタにおける平均電子速度を
示す図である。
ンジスタの低電界下のコレクタにおける平均電子速度を
示す図である。
【図１４】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第
２の実施形態を示す断面図である。
２の実施形態を示す断面図である。
【図１５】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第
３の実施形態を示す断面図である。
３の実施形態を示す断面図である。
【図１６】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第
４の実施形態を示す断面図である。
４の実施形態を示す断面図である。
【図１７】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第
５の実施形態を示す断面図である。
５の実施形態を示す断面図である。
【図１８】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第
６の実施形態を示す断面図である。
６の実施形態を示す断面図である。
【図１９】 本発明に係るバイポーラトランジスタの第
７の実施形態を示す断面図である。
７の実施形態を示す断面図である。
【図２０】 従来のバイポーラトランジスタを示す断面
図である。
図である。
１ 半絶縁性基板 ２ コレクタコンタクト層 ３ 第１コレクタ ４ 第２コレクタ ５ ベース ６ エミッタ ７ コレクタ電極 ８ ベース電極 ９ エミッタ電極 １０ 半絶縁性InP基板 １１ n+-InPコレクタコンタクト層 １２ n-InGaAs（n-In0.53Ga0.47As00） １３ n-InP １４ p+-In0.53Ga0.47Asベース １５ n-InPエミッタ １６ n+-InP層 １７ n+-In0.53Ga0.47Asエミッタコンタクト層 １８ Ge/Au/Ni/Ti/Auコレクタ電極 １９ Ti/Pt/Auベース電極 ２０ WSiエミッタ電極 ２１ 組成傾斜層 ２３ 第３コレクタ ２４ 第４コレクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 29/205 H01L 29/73
Claims (3)
- 【請求項１】 コレクタコンタクト層、コレクタ、ベー
スおよびエミッタが順次積層されてなるバイポーラトラ
ンジスタにおいて、 前記コレクタは、χ1なる電子親和力を有する第１の半
導体からなる第１コレクタとχ2なる電子親和力を有す
る第２の半導体からなる第２コレクタとが少なくともそ
の一部が前記コレクタコンタクト層に垂直な面で接続し
てなり、 前記第１コレクタにおける伝導帯の第１の極小エネルギ
ーと第２の極小エネルギーの差をΔ1としたとき、 χ1＞χ2 かつ （χ 1 −χ 2 ）＜Δ 1 なる関係を満たし、かつ、該第１コレクタの幅が１μｍ
以下である ことを特徴とするバイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のバイポーラトランジス
タにおいて、前記第２コレクタにおける伝導帯の第１の
極小エネルギーと第２の極小エネルギーの差をΔ2とし
たとき、（χ 1 −χ 2 ）＋Δ 2 ＞Δ 1 なる関係を満たすことを特徴とするバイポーラトランジ
スタ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載のバイポーラト
ランジスタにおいて、 前記第１コレクタの伝導帯の第１の極小エネルギーにお
ける有効質量が前記第２コレクタの伝導帯の第２の極小
エネルギーにおける有効質量より軽いことを特徴とする
バイポーラトランジスタ。
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| JP31377198A JP3223890B2 (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP31377198A Expired - Fee Related JP3223890B2 (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223890B2 (ja) |
-
1998
- 1998-11-04 JP JP31377198A patent/JP3223890B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赤崎勇編著，「▲ＩＩＩ▼−▲Ｖ▼族化合物半導体」，初版，株式会社培風館，１９９４年５月２０日，ｐ．１８７−１８８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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