JP3228327B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3228327B2
JP3228327B2 JP35312597A JP35312597A JP3228327B2 JP 3228327 B2 JP3228327 B2 JP 3228327B2 JP 35312597 A JP35312597 A JP 35312597A JP 35312597 A JP35312597 A JP 35312597A JP 3228327 B2 JP3228327 B2 JP 3228327B2
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emitter
emitter layer
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に半導体装置の寄生抵抗の低減に関する。より具
体的には、ヘテロ接合型パイポーラトランジスタに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to reduction of parasitic resistance of a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a heterojunction bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば特開平6−244195号公報に
は、Alの組成がn型AlGaAs層側から0.3→0
になるように積層した層厚100〜400オングストロ
ームのn型傾斜組成AlGaAs層をこの順で積層した
ものが使用できると記載されている。そして、図1には
n型AlGaAs傾斜組成エミッタ層7が示されてい
る。
2. Description of the Related Art For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244195 discloses that the composition of Al is 0.3 → 0 from the n-type AlGaAs layer side.
It is described that an n-type gradient composition AlGaAs layer having a layer thickness of 100 to 400 angstroms laminated in this order can be used in this order. FIG. 1 shows an n-type AlGaAs graded composition emitter layer 7.

【0003】従来、この種のヘテロ接合型バイポーラト
ランジスタ(HBT)のエミッタ抵抗の低減には、例え
ば特開平6−244195に示されるように、エミッタ
キャップ層とエミッタ層およびエミッタ層とベース層の
間に組成傾斜層を挿入することで伝導帯不連続によるエ
ミッタ抵抗の増加を抑制する方法が一般的に採用されて
いる。
Conventionally, in order to reduce the emitter resistance of this type of heterojunction bipolar transistor (HBT), as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244195, a structure between an emitter cap layer and an emitter layer and between an emitter layer and a base layer is disclosed. In general, a method of suppressing an increase in emitter resistance due to conduction band discontinuity by inserting a composition gradient layer into the substrate is generally adopted.

【0004】はじめに、従来技術の構成について具体的
に説明する。図8は、従来のHBTの一例を示すエピタ
キシャル層構造図である。半導体基板である半絶縁性G
aAs基板1上には、n型GaAsサブコレクタ層2、
n型GaAsコレクタ層3、p型InGaAs組成傾斜
ベース層4が順に積層されている。n型GaAsサブコ
レクタ層2およびp型InGaAs組成傾斜ベース層4
の一部にはコレクタ電極10およびベース電極11が蒸
着されている。p型InGaAs組成傾斜ベース層4の
上には、Al組成を傾斜したn型AlGaAs組成傾斜
エミッタ層5がある。この層は、この上に積層されるn
型AlGaAsエミッタ層6と、P型InGaAs組成
傾斜ベース層4との間で、バンド不連続が生じるのを防
ぐために採用されている。n型AlGaAsエミッタ層
6の上には、n型AlGaAs組成傾斜エミッタ層7が
積層されている。この層は、n型AlGaAs組成傾斜
エミッタ層5と同じく、n型AlGaAs組成傾斜エミ
ッタ層7の上に積層されるn型GaAsキャップ層8と
n型AlGaAsエミッタ層6との間で、バンド不連続
が生じるのを防ぐために採用されている。
[0004] First, the configuration of the prior art will be specifically described. FIG. 8 is an epitaxial layer structure diagram showing an example of a conventional HBT. Semi-insulating G as a semiconductor substrate
On an aAs substrate 1, an n-type GaAs subcollector layer 2,
An n-type GaAs collector layer 3 and a p-type InGaAs composition gradient base layer 4 are sequentially stacked. n-type GaAs sub-collector layer 2 and p-type InGaAs composition gradient base layer 4
A collector electrode 10 and a base electrode 11 are deposited on a part of the substrate. On the p-type InGaAs composition gradient base layer 4, there is an n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 with a gradient Al composition. This layer is formed on top of n
It is adopted to prevent band discontinuity from occurring between the type AlGaAs emitter layer 6 and the P-type InGaAs composition gradient base layer 4. On the n-type AlGaAs emitter layer 6, an n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 7 is laminated. This layer has a band discontinuity between the n-type GaAs cap layer 8 and the n-type AlGaAs emitter layer 6 stacked on the n-type AlGaAs composition-graded emitter layer 7 like the n-type AlGaAs composition-graded emitter layer 5. Is adopted to prevent the occurrence of

【0005】図9は、従来のHBTにおける不純物濃度
分布とAl組成分布を示している。n型AlGaAs組
成傾斜エミッタ層5およびn型AlGaAs組成傾斜エ
ミッタ層7のドナー濃度は、ともにn型AlGaAsエ
ミッタ層6と同じ1×1017cm-3から1×1018cm
-3の間の値に設定されている。n型GaAsキャップ層
8とn型InGaAsコンタクト層9はともに1×10
18cm-3以上の不純物濃度に設定されている。n型Ga
Asキャップ層8はデバイスプロセス中にn型AlGa
Asエミッタ層6の保護層として機能する。また、n型
InGaAsコンタクト層9は、エミッタ電極との接触
抵抗を低減するために用いられている。
FIG. 9 shows an impurity concentration distribution and an Al composition distribution in a conventional HBT. The donor concentrations of the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 and the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 7 are the same as those of the n-type AlGaAs emitter layer 6, from 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 18 cm.
It is set to a value between -3 . Both the n-type GaAs cap layer 8 and the n-type InGaAs contact layer 9 are 1 × 10
The impurity concentration is set to 18 cm -3 or more. n-type Ga
The As cap layer 8 is an n-type AlGa
It functions as a protective layer for the As emitter layer 6. Further, the n-type InGaAs contact layer 9 is used to reduce the contact resistance with the emitter electrode.

【0006】次に、従来技術でエミッタ抵抗が高い理由
について説明する、図10は、従来のHBTにおける伝
導帯のエネルギー図である。ベース電圧を1.5Vから
1.8Vま変化させると、P型InGaAs組成傾斜べ
ース層4のポテンシャルが下がるにつれて、n型AlG
aAs組成傾斜エミッタ層5およびn型AlGaAsエ
ミッタ層6もポテンシャルが下がるのがわかる。しか
し、n型AlGaAs組成傾斜エミッタ層7の一部は、
P型InGaAs組成傾斜ベース層4のポテンシャルを
下げても、ポテンシャルがほとんど変化せず、三角形状
のポテンシャル障壁が形成されている。この三角ポテン
シャルは、ベース電位によりポテンシャルの高さがほと
んど変化しないために、ベース−エミッタ間の電流を制
御しエミッタ抵抗を大幅に増加させる原因となってい
る。
Next, the reason why the emitter resistance is high in the prior art will be described. FIG. 10 is an energy diagram of a conduction band in a conventional HBT. When the base voltage is changed from 1.5 V to 1.8 V, as the potential of the P-type InGaAs composition gradient base layer 4 decreases, the n-type AlG
It can be seen that the potentials of the aAs composition gradient emitter layer 5 and the n-type AlGaAs emitter layer 6 also decrease. However, a part of the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 7
Even if the potential of the P-type InGaAs composition gradient base layer 4 is lowered, the potential hardly changes, and a triangular potential barrier is formed. This triangular potential controls the current between the base and the emitter and increases the emitter resistance significantly because the height of the potential hardly changes due to the base potential.

【0007】図11は、従来のHBTにおける、エミッ
タ層内での微分抵抗率の分布を示している。微分抵抗率
r(x)は、下記式1に示すように、面積がエミッタ抵
抗となる。図11における点線は、n型AlGaAsエ
ミッタ層6のシート抵抗から計算されるバルクの抵抗率
である。図からわかるように2つの組成傾斜層5と7、
すなわちn型AlGaAs組成傾斜エミッタ層5とn型
AlGaAs傾斜エミッタ層7(以下、場合により省略
して記載する)、によりエミッタ抵抗がバルクの抵抗よ
りも高くなっているのがわかる。特に層7から層6に向
かって抵抗率が高くなっているのは、層7における三角
ポテンシャルがエミッタ−ベース間の電流を抑制してい
るためである。
FIG. 11 shows a distribution of differential resistivity in an emitter layer in a conventional HBT. The area of the differential resistivity r (x) is the emitter resistance as shown in the following equation 1. The dotted line in FIG. 11 indicates the bulk resistivity calculated from the sheet resistance of the n-type AlGaAs emitter layer 6. As can be seen from the figure, two composition gradient layers 5 and 7,
That is, it can be seen that the emitter resistance is higher than the bulk resistance due to the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 and the n-type AlGaAs gradient emitter layer 7 (hereinafter, sometimes abbreviated as necessary). In particular, the resistivity increases from the layer 7 toward the layer 6 because the triangular potential in the layer 7 suppresses the current between the emitter and the base.

【0008】[0008]

【式1】 (Equation 1)

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】第1の問題点は、図8
に示す従来構造では、エミッタを構成する層5から層9
までのバルクの抵抗とエミッタ電極12と層9間の接触
抵抗の和よりも、エミッタ抵抗(層5とベース層4の界
面からエミッタ電極12までの抵抗)はかなり高くなっ
てしまう。その理由は、層7中ではバンドギャップがエ
ミッタ側に向かって増加しているため、層7内に三角ポ
テンシャルが生じ、これがエミッタ抵抗を増大させてい
るためである。
The first problem is shown in FIG.
In the conventional structure shown in FIG.
The resistance of the emitter (the resistance from the interface between the layer 5 and the base layer 4 to the emitter electrode 12) is considerably higher than the sum of the bulk resistance and the contact resistance between the emitter electrode 12 and the layer 9. The reason is that the band gap increases in the layer 7 toward the emitter side, so that a triangular potential is generated in the layer 7, which increases the emitter resistance.

【0010】本発明の目的は上記した特性および性能を
向上させることにあり、具体的にはエミッタ抵抗の低い
エミッタ層構造を有するHBTを提供することにある。
An object of the present invention is to improve the above-mentioned characteristics and performance, and more specifically, to provide an HBT having an emitter layer structure with a low emitter resistance.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によるエミッタ抵
抗低減の構造は、組成傾斜層近傍で生じる抵抗を低減す
ることであり、より具体的には不純物濃度の高い組成傾
斜層(図1のn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層1
3)により、組成傾斜層近傍に生じる高抵抗の原因とな
る三角ポテンシャルの生成を抑制することにある。
The structure of the emitter resistance reduction according to the present invention is to reduce the resistance generated near the composition gradient layer, and more specifically, to the composition gradient layer having a high impurity concentration (n in FIG. 1). + -Type AlGaAs composition gradient emitter layer 1
According to 3), the generation of a triangular potential which causes high resistance in the vicinity of the composition gradient layer is suppressed.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】本発明は、ベース層からエミッタ電極に向
かって、第1の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャ
ップの広い第1のエミッタ層、第1のエミッタ層とバン
ドギャップが同じ第2のエミッタ層、第2の組成傾斜
層、エミッタ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層
よりも高い不純物濃度の半導体層が順次形成され、第2
のエミッタ層の不純物濃度が第1のエミッタ層よりも高
ことを特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジス
提供するものである。また本発明は、ベース層から
エミッタ電極に向かって、第1の組成傾斜層、ベース層
よりもバンドギャップの広い第1のエミッタ層、第1の
エミッタ層とバンドギャップが同じ第2のエミッタ層、
第2の組成傾斜層、エミッタ層よりもバンドギャップが
狭くエミッタ層よりも高い不純物濃度の半導体層が順次
形成され、第2のエミッタ層は、その不純物濃度がエミ
ッタ電極側に向かって高くなる傾斜濃度層であることを
特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタを提供
するものである。
According to the present invention , from the base layer toward the emitter electrode, the first composition gradient layer, the first emitter layer having a wider band gap than the base layer, and the second emitter layer having the same band gap as the first emitter layer. An emitter layer, a second composition gradient layer, and a semiconductor layer having a narrower band gap than the emitter layer and a higher impurity concentration than the emitter layer are sequentially formed .
Impurity concentration of the emitter layer is higher than that of the first emitter layer.
There is provided a heterojunction bipolar transistor, characterized in that brewing. The present invention also provides a
Toward the emitter electrode, a first composition gradient layer, a base layer
The first emitter layer having a wider band gap than the first
A second emitter layer having the same band gap as the emitter layer,
The band gap is higher than the second composition gradient layer and the emitter layer.
Narrow semiconductor layers with higher impurity concentration than emitter layer
And the second emitter layer has an impurity concentration of
That the gradient concentration layer increases toward the
Providing a unique heterojunction bipolar transistor
Is what you do.

【0015】[0015]

【0016】上記した本発明による場合は、組成傾斜層
自体を高濃度化することで、組成傾斜層近傍で生じる三
角ポテンシャルの生成を抑制し、高抵抗部位が生成され
るのを抑制している。これによりエミッタ抵抗を低減で
きる。
In the case of the present invention described above, by increasing the concentration of the composition gradient layer itself, the generation of a triangular potential generated near the composition gradient layer is suppressed, and the generation of a high-resistance portion is suppressed. . Thereby, the emitter resistance can be reduced.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】最初に構成について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the configuration will be described.

【0018】先ず、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。
First, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0019】図1を参照すると、本発明のトランジスタ
構造は、p型InGaAs組成傾斜ベース層4の上にバ
ンドを緩やかに接続するためのn型AlGaAs組成傾
斜エミッタ層5、n型AlGaAsエミッタ層6、n型
AlGaAsエミッタ層6よりも高い不純物濃度を有す
るn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層13が積層さ
れていることを特徴としている。図1において、n型A
lGaAsエミッタ層6よりも高い不純物濃度を有する
エミッタと同じ物質の高ドナー濃度エミッタ層14は、
エミッタ抵抗をさらに低減するために用いられる。
Referring to FIG. 1, the transistor structure of the present invention comprises an n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 and an n-type AlGaAs emitter layer 6 for loosely connecting a band on a p-type InGaAs composition gradient base layer 4. And an n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 having a higher impurity concentration than the n-type AlGaAs emitter layer 6. In FIG. 1, n-type A
A high donor concentration emitter layer 14 of the same material as the emitter having a higher impurity concentration than the lGaAs emitter layer 6
Used to further reduce emitter resistance.

【0020】次にn型AlGaAsエミッタ層6近傍で
の不純物濃度分布について説明する。図2は、本発明の
n型AlGaAsエミッタ層6近傍における不純物濃度
分布と組成分布を示している。高ドナー濃度エミッタ層
14は、n型AlGaAsエミッタ層6に対して、不純
物濃度のみを高くしている。この層は、n型AlGaA
sエミッタ層6によりn+型AlGaAs組成傾斜エミ
ッタ層13のポテンシャルの一部が引き上げられるのを
防ぐために導入されている。高ドナー濃度エミッタ層1
4がない場合、n型AlGaAsエミッタ層6の不純物
濃度はn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層13より
も低いために、n+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層
13のポテンシャルを一部引き上げてしまう。
Next, the impurity concentration distribution near the n-type AlGaAs emitter layer 6 will be described. FIG. 2 shows an impurity concentration distribution and a composition distribution in the vicinity of the n-type AlGaAs emitter layer 6 of the present invention. The high donor concentration emitter layer 14 has only an impurity concentration higher than that of the n-type AlGaAs emitter layer 6. This layer is made of n-type AlGaAs
This is introduced to prevent a part of the potential of the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 from being pulled up by the s emitter layer 6. High donor concentration emitter layer 1
If 4 is not present, the impurity concentration of the n-type AlGaAs emitter layer 6 are lower than the n + -type AlGaAs composition graded emitter layer 13, thereby pulling part the potential of the n + -type AlGaAs composition graded emitter layer 13.

【0021】高ドナー濃度エミッタ層14の上には、n
型AlGaAsエミッタ層6よりも高い不純物濃度でか
つ組成を緩やかに変化させたn+型AlGaAs高濃度
組成傾斜エミッタ層13が積層してある。この層は、従
来のn型AlGaAs組成傾斜エミッタ層7とは異な
り、n型AlGaAsエミッタ層6の不純物濃度よりも
高くしてある。これにより全体的にn+型AlGaAs
組成傾斜エミッタ層13のポテンシャル位置を下げるこ
とができる。
On the high donor concentration emitter layer 14, n
An n + -type AlGaAs high-concentration composition gradient emitter layer 13 having an impurity concentration higher than that of the n-type AlGaAs emitter layer 6 and gradually changing the composition is laminated. This layer is higher than the impurity concentration of the n-type AlGaAs emitter layer 6, unlike the conventional n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 7. As a result, n + type AlGaAs is
The potential position of the composition gradient emitter layer 13 can be lowered.

【0022】次に、動作について説明する。Next, the operation will be described.

【0023】図3は本発明の構造におけるn型AlGa
Asエミッタ層6近傍のバンド図を示している。ベース
電位を増加するにしたがいベース層4のポテンシャルは
引き下げられ、n型AlGaAs組成傾斜エミッタ層
5、n型AlGaAsエミッタ層6のポテンシャルも下
がっているのがわかる。さらに、高ドナー濃度エミッタ
層14および高不純物濃度であるn+型AlGaAs組
成傾斜エミッタ層13のポテンシャルも、ベ−ス電位に
応じて低下しているのがわかる。ここで、図3におい
て、n型AlGaAsエミッタ層6と高ドナー濃度エミ
ッタ層14の間にバンド不連続が生じているように見え
るが、これは両方の層の間の不純物濃度が大きく異なっ
ているために生じている。この界面近傍のポテンシャル
の山は、従来のHBTにおける三角ポテンシャルと異な
り、ベース電位によりポテンシャルの位置も変動するた
め電流を常に律速することはなく抵抗の原因とはならな
い。
FIG. 3 shows n-type AlGa in the structure of the present invention.
A band diagram near the As emitter layer 6 is shown. It can be seen that as the base potential increases, the potential of the base layer 4 decreases, and the potentials of the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 and the n-type AlGaAs emitter layer 6 also decrease. Further, it can be seen that the potentials of the high donor concentration emitter layer 14 and the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 having a high impurity concentration also decrease in accordance with the base potential. Here, in FIG. 3, it appears that band discontinuity has occurred between the n-type AlGaAs emitter layer 6 and the high donor concentration emitter layer 14, but this is because the impurity concentration between the two layers is greatly different. Because of that. Unlike the triangular potential in the conventional HBT, the potential peak near the interface does not always limit the current and does not cause a resistance because the potential position also fluctuates depending on the base potential.

【0024】図4は本発明におけるn型AlGaAsエ
ミッタ層6近傍での微分抵抗率を示している。図から、
組成傾斜のあるn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層
13および高ドナー濃度エミッタ層14の微分抵抗率が
大きく低減されているのがわかる。さらに、n型AlG
aAsエミッタ層5での微分抵抗率も低減されている。
これは、電界、すなわち図3におけるバンドの傾きが従
来構造ではn型AlGaAs組成傾斜エミッタ層5に集
中していたのが、本発明構造ではn型AlGaAsエミ
ッタ層6中にも広がる結果、電界の集中が弱くなってい
るためである。その結果、従来構造では強電界のために
電子速度が飽和して電流を律速して抵抗が高くなってい
たのを、本発明構造では抑制することが可能となってい
る。
FIG. 4 shows the differential resistivity in the vicinity of the n-type AlGaAs emitter layer 6 in the present invention. From the figure,
It can be seen that the differential resistivity of the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 and the high donor concentration emitter layer 14 having the composition gradient is greatly reduced. Furthermore, n-type AlG
The differential resistivity in the aAs emitter layer 5 is also reduced.
This is because the electric field, that is, the band inclination in FIG. 3 was concentrated in the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 in the conventional structure, but also spread in the n-type AlGaAs emitter layer 6 in the structure of the present invention. This is because concentration has become weak. As a result, in the conventional structure, the electron velocity is saturated due to the strong electric field, and the current is rate-limiting and the resistance is increased. In the structure of the present invention, it is possible to suppress.

【0025】[0025]

【実施例】次に実施例により具体的に説明する。Next, the present invention will be described in detail with reference to examples.

【0026】実施例1 構成の説明 図1は、第1の実施例の構成を示す総構造図である。本
発明のトランジスタ構造は、p型InGaAs組成傾斜
ベース層4の上に、バンドを緩やかに接続するための2
0オングストロームn型AlGaAs組成傾斜エミッタ
層5、1000オングストロームn型Al0.25Ga0.75
Asエミッタ層6、n型AlGaAsエミッタ層6より
も高い不純物濃度を有する500オングストロームn+
型AlGaAs組成傾斜エミッタ層13が積層している
ことを特徴としている。Al組成は、n型AlGaAs
組成傾斜エミッタ層5ではp型InGaAs組成傾斜ベ
ース層4からn型AlGaAsエミッタ層6に向かって
0から0.25まで増加し、n+型AlGaAs組成傾
斜エミッタ層13では、n型AlGaAsエミッタ層6
からn型GaAsキャップ層8に向かって0.25から
0まで減少させている。さらに、n+型AlGaAs組
成傾斜エミッタ層13とn型AlGaAsエミッタ層6
の間に500オングストローム高ドナー濃度エミッタ層
14を挿入するとさらにエミッタ抵抗が低減される。
Embodiment 1 Description of the Configuration FIG. 1 is a general structural diagram showing the configuration of the first embodiment. The transistor structure according to the present invention has a structure for connecting a band loosely on the p-type InGaAs composition gradient base layer 4.
0 Å n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5, 1000 Å n-type Al 0.25 Ga 0.75
As emitter layer 6, 500 Å n + having a higher impurity concentration than n-type AlGaAs emitter layer 6
It is characterized in that the type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 is laminated. Al composition is n-type AlGaAs
In the compositionally graded emitter layer 5, the number increases from 0 to 0.25 from the p-type InGaAs compositionally graded base layer 4 toward the n-type AlGaAs emitter layer 6, and in the n + -type AlGaAs compositionally graded emitter layer 13, the n-type AlGaAs emitter layer 6
From 0.25 to 0 toward the n-type GaAs cap layer 8. Further, the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 and the n-type AlGaAs emitter layer 6
If the 500 Å high donor concentration emitter layer 14 is inserted between them, the emitter resistance is further reduced.

【0027】次に、図2を用いて、本発明の特徴となる
高ドナー濃度エミッタ層14および高濃度n+型AlG
aAs組成傾斜エミッタ層13の不純物濃度について具
体的に説明する。n型AlGaAs組成傾斜エミッタ層
5とn型AlGaAsエミッタ層6の不純物濃度はとも
に3×1017cm-3に設定してある。高ドナー濃度エミ
ッタ層14は、n型AlGaAsエミッタ層6以上の不
純物濃度で、かつn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ
層13と同程度までの不純物濃度に設定する。図2で
は、高ドナー濃度エミッタ層14の不純物濃度は4×1
18cm-3に設定してある。n+型AlGaAs組成傾
斜エミッタ層13の不純物濃度は、従来構造にみられる
三角ポテンシャルをなくすためにできる限り高い方が望
ましい。図2では、n+型AlGaAs組成傾斜エミッ
タ層13がAl0.25Ga0.75Asであるため、Al0.25
Ga0.75Asで最大のキャリア濃度である4×1018
-3に設定した。三角ポテンシャルを抑制するには少な
くとも、n+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層13の
不純物濃度を1×1018cm-3以上に設定することが望
ましい。
Next, referring to FIG. 2, a high donor concentration emitter layer 14 and a high concentration n + type AlG
The impurity concentration of the aAs composition gradient emitter layer 13 will be specifically described. The impurity concentration of both the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 and the n-type AlGaAs emitter layer 6 is set to 3 × 10 17 cm −3 . The high donor concentration emitter layer 14 is set to have an impurity concentration equal to or higher than that of the n-type AlGaAs emitter layer 6 and at the same level as the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13. In FIG. 2, the impurity concentration of the high donor concentration emitter layer 14 is 4 × 1.
It is set to 0 18 cm -3 . It is desirable that the impurity concentration of the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 be as high as possible to eliminate the triangular potential seen in the conventional structure. In Figure 2, since n + -type AlGaAs composition graded emitter layer 13 is Al 0.25 Ga 0.75 As, Al 0.25
4 × 10 18 c which is the maximum carrier concentration in Ga 0.75 As
m -3 was set. In order to suppress the triangular potential, it is desirable to set at least the impurity concentration of the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 to 1 × 10 18 cm −3 or more.

【0028】図3は本発明構造におけるn型AlGaA
sエミッタ層6近傍のバンド図を示している。ベース電
位を1.5Vから1.8Vまで増加させると、それにし
たがいp型InGaAs組成傾斜ベース層4のポテンシ
ャルは引き下げられ、n型AlGaAs組成傾斜エミッ
タ層5、n型AlGaAsエミッタ層6のポテンシャル
も下がっているのがわかる。さらに、高ドナー濃度エミ
ッタ層14およびn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ
層13のポテンシャルも、ベース電位に応じて低下して
いるのがわかる。ここで、図3において、n型AlGa
Asエミッタ層6の高ドナー濃度エミッタ層14の間に
バンド不連続が生じているように見える。これは、不純
物濃度が高ドナー濃度エミッタ層14では4×1018
-3なのに対し、n型AlGaAsエミッタ層6では3
×1017cm-3とかなり濃度差があるため、フェルミレ
ベルの位置がずれていることが原因で生じている。この
界面近傍に見られるポテンシャルの山は、従来のHBT
における三角ポテンシャルと異なり、ベース電位により
ポテンシャル位置も移動している。ところで、オープン
コレクタ法で測定時、エミッタ抵抗rE はベース層4の
電位VB とIBEを用いてrE =dVB /dIBEとかける
ので、エミッタ抵抗はベース層のポテンシャルを変化さ
せたときに電流が大きく変化するほど低いことになる。
図3に見られるポテンシャルの山の高さはベース電位に
追随して変化しておりIBEも大きく変化するため、従来
例の三角ポテンシャルのような高抵抗部位とはならな
い。
FIG. 3 shows n-type AlGaAs in the structure of the present invention.
The band diagram near the s emitter layer 6 is shown. When the base potential is increased from 1.5 V to 1.8 V, the potential of the p-type InGaAs composition gradient base layer 4 is reduced accordingly, and the potentials of the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 and the n-type AlGaAs emitter layer 6 also decrease. You can see that Further, it can be seen that the potentials of the high donor concentration emitter layer 14 and the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 also decrease according to the base potential. Here, in FIG. 3, n-type AlGa
It appears that band discontinuity occurs between the high donor concentration emitter layer 14 of the As emitter layer 6. This is because the impurity concentration of the high donor concentration emitter layer 14 is 4 × 10 18 c
m −3 , whereas the n-type AlGaAs emitter layer 6 has 3
Since there is a considerable density difference of × 10 17 cm −3 , this is caused by a shift in the position of the Fermi level. The peak of the potential seen near this interface is the conventional HBT
Unlike the triangular potential in, the potential position also moves due to the base potential. By the way, at the time of measurement by the open collector method, the emitter resistance r E is multiplied by r E = dV B / dI BE using the potential V B and I BE of the base layer 4, so that the emitter resistance changes the potential of the base layer. Sometimes the lower the current, the greater the change.
The height of the peak of the potential shown in FIG. 3 changes following the base potential and the I BE also changes greatly, so that it does not become a high-resistance portion like the conventional triangular potential.

【0029】以上の理由によりエミッタ面積が1.6μ
m×4.6μmの場合、エミッタ抵抗は、従来構造では
15Ωなのが、本発明構造では7Ωまで低減される。
For the above reason, the emitter area is 1.6 μm.
In the case of m × 4.6 μm, the emitter resistance is reduced from 15Ω in the conventional structure to 7Ω in the structure of the present invention.

【0030】図4は本発明におけるn型AlGaAsエ
ミッタ層6近傍での微分抵抗率を示している。図から、
組成傾斜のあるn+型AlGaAs組成傾斜エミッタ層
13および高ドナー濃度エミッタ層14の微分抵抗率が
大きく低減されているのがわかる。図11と図4を比較
すると、位置1.2から1.3μmまでの間の抵抗は、
エミッタ面積が1.6μm×4.6μmの場合、5Ω低
減されている。
FIG. 4 shows the differential resistivity in the vicinity of the n-type AlGaAs emitter layer 6 in the present invention. From the figure,
It can be seen that the differential resistivity of the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 and the high donor concentration emitter layer 14 having the composition gradient is greatly reduced. Comparing FIG. 11 with FIG. 4, the resistance between the position 1.2 and 1.3 μm is
When the emitter area is 1.6 μm × 4.6 μm, the resistance is reduced by 5Ω.

【0031】さらに、層5での微分抵抗率も低減されて
いる。位置1.08から1.12μmまでの抵抗は、エ
ミッタ面積が1.6μm×4.6μmの場合、3Ω低減
される。これは、電界、すなわち図3におけるバンドの
傾きが従来構造ではn型AlGaAs組成傾斜エミッタ
層5に集中していたのが、本発明構造ではn型AlGa
Asエミッタ層6中にも広がる結果、電界の集中が弱く
なっているためである。その結果、従来構造では強電界
のために電子速度が飽和し電流を律速して抵抗が高くな
っていたのを、本発明構造では抑制することが可能とな
っている。
Further, the differential resistivity in the layer 5 is also reduced. The resistance from position 1.08 to 1.12 μm is reduced by 3Ω when the emitter area is 1.6 μm × 4.6 μm. This is because the electric field, that is, the inclination of the band in FIG. 3 was concentrated on the n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 5 in the conventional structure, but was changed in the n-type AlGa
This is because the electric field concentrates as a result of spreading in the As emitter layer 6. As a result, in the structure of the present invention, the electron velocity is saturated due to the strong electric field, the current is rate-limiting, and the resistance is increased.

【0032】実施例2 次に第2の実施形態について説明する。図5は第2の実
施の形態を示すエミッタ層6近傍での組成分布と不純物
濃度分布を示している。第1の実施の形態と異なるの
は、高ドナー濃度エミッタ層14のかわりに濃度分布を
緩やかに変化させたドナー濃度傾斜エミッタ層15を採
用したことである。この濃度傾斜は図2においてn+
AlGaAs組成傾斜エミッタ層13の中程からn型A
lGaAsエミッタ層6とドナー濃度傾斜エミッタ層1
5の界面までの間で行われているが、ドナー濃度傾斜エ
ミッタ層15のみで行われていても構わない。ドナー濃
度傾斜エミッタ層15の不純物濃度傾斜としては、n型
AlGaAsエミッタ層6とn+型AlGaAs組成傾
斜エミッタ層13の不純物濃度の間で行われることが好
適である。
Embodiment 2 Next, a second embodiment will be described. FIG. 5 shows a composition distribution and an impurity concentration distribution in the vicinity of the emitter layer 6 according to the second embodiment. The difference from the first embodiment is that a donor concentration gradient emitter layer 15 having a gradual change in concentration distribution is employed instead of the high donor concentration emitter layer 14. In FIG. 2, the concentration gradient is from the middle of the n + type AlGaAs composition gradient emitter layer 13 to the n type A
lGaAs emitter layer 6 and donor concentration gradient emitter layer 1
Although the process is performed up to the interface 5, the process may be performed only with the donor concentration gradient emitter layer 15. The impurity concentration gradient of the donor concentration gradient emitter layer 15 is preferably performed between the impurity concentration of the n-type AlGaAs emitter layer 6 and the impurity concentration of the n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 13.

【0033】図6は、第2の実施の形態におけるバンド
図を示している。図からもわかるように、第1の実施の
形態で見られたn型AlGaAsエミッタ層6とドナー
濃度傾斜エミッタ層15の間の不連続部が完全になくな
り、ポテンシャルの山もかなり小さくなっている。
FIG. 6 shows a band diagram according to the second embodiment. As can be seen from the figure, the discontinuity between the n-type AlGaAs emitter layer 6 and the donor concentration gradient emitter layer 15 observed in the first embodiment is completely eliminated, and the potential peak is considerably reduced. .

【0034】図7は、第2の実施例の形態における微分
抵抗率を示している。従来構造と比較し、組成傾斜層近
傍での抵抗がかなり低減されているのがわかる。
FIG. 7 shows the differential resistivity in the form of the second embodiment. It can be seen that the resistance near the composition gradient layer is considerably reduced as compared with the conventional structure.

【0035】実施例3 次に第3の実施の形態について説明する。第3の実施の
形態は、第1の実施の形態における高濃度n+型AlG
aAs組成傾斜エミッタ層13をプレーナードープした
組成傾斜層に変えたものである。プレーナードープ位置
は、従来構造における三角ポテンシャルの頂点とする。
Embodiment 3 Next, a third embodiment will be described. The third embodiment is different from the first embodiment in that the high-concentration n + -type AlG
The aAs composition gradient emitter layer 13 is changed to a planar doped composition gradient layer. The planar dope position is the top of the triangular potential in the conventional structure.

【0036】実施例4 次に第4の実施の形態について説明する。第4の実施の
形態は、第3の実施の形態における層13を第2の実施
の形態に適用したものである。
Embodiment 4 Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the layer 13 in the third embodiment is applied to the second embodiment.

【0037】なお、本発明は、HBTのエミッタ抵抗に
限らず、組成傾斜を有する部位の抵抗を低減するために
用いることができる。
The present invention can be used not only for reducing the emitter resistance of the HBT but also for reducing the resistance of a portion having a composition gradient.

【0038】[0038]

【発明の効果】第1の効果はHBTのエミッタ抵抗を低
減することができる。
The first effect is that the emitter resistance of the HBT can be reduced.

【0039】その理由は、高い不純物濃度層を用いて、
組成傾斜により引き起こされる三角ポテンシャルを抑制
しているためである。
The reason is that using a high impurity concentration layer,
This is because the triangular potential caused by the composition gradient is suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す層構造図であ
る。
FIG. 1 is a layer structure diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態を示す不純物濃度分
布および組成分布図である。
FIG. 2 is an impurity concentration distribution and a composition distribution diagram showing the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の動作を説明するた
めのバンド図である。
FIG. 3 is a band diagram for explaining the operation of the first exemplary embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態の効果を示す抵抗率
の分布図である。
FIG. 4 is a distribution diagram of resistivity showing an effect of the first exemplary embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態を示す不純物濃度分
布および組成分布図である。
FIG. 5 is an impurity concentration distribution and composition distribution diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の動作を説明するた
めのバンド図である。
FIG. 6 is a band diagram for explaining an operation of the second exemplary embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施の形態の効果を示す抵抗率
の分布図である。
FIG. 7 is a distribution diagram of resistivity showing an effect of the second exemplary embodiment of the present invention.

【図8】従来のHBTの層構造図である。FIG. 8 is a layer structure diagram of a conventional HBT.

【図9】従来のHBTの不純物濃度分布および組成分布
図である。
FIG. 9 is a diagram showing an impurity concentration distribution and a composition distribution of a conventional HBT.

【図10】従来のHBTの動作を説明するためのバンド
図である。
FIG. 10 is a band diagram for explaining the operation of a conventional HBT.

【図11】従来のHBT構造における抵抗率の分布図で
ある。
FIG. 11 is a distribution diagram of resistivity in a conventional HBT structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性GaAs基板 2 n型GaAsサブコレクタ層 3 n型GaAsコレクタ層 4 p型InGaAs組成傾斜ベース層 5 n型AlGaAs組成傾斜エミッタ層 6 n型AlGaAsエミッタ層 7 n型AlGaAs組成傾斜エミッタ層 8 n型GaAsキャップ層 9 n型InGaAsコンタクト層 10 コレクタ電極 11 ベース電極 12 エミッタ電極 13 n+ 型AlGaAs組成傾斜エミッタ層 14 高ドナー濃度エミッタ層 15 ドナー濃度傾斜エミッタ層Reference Signs List 1 semi-insulating GaAs substrate 2 n-type GaAs sub-collector layer 3 n-type GaAs collector layer 4 p-type InGaAs composition gradient base layer 5 n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 6 n-type AlGaAs emitter layer 7 n-type AlGaAs composition gradient emitter layer 8 n-type GaAs cap layer 9 n-type InGaAs contact layer 10 collector electrode 11 base electrode 12 emitter electrode 13 n + -type AlGaAs composition gradient emitter layer 14 high donor concentration emitter layer 15 donor concentration gradient emitter layer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−244195(JP,A) 特開 昭63−244679(JP,A) 特開 平8−293505(JP,A) 特開 平6−13315(JP,A) 特開 平1−103869(JP,A) 特開 平3−192727(JP,A) 特開 平8−250509(JP,A) 特開 昭63−12165(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/00 - 29/267 H01L 29/30 - 29/38 H01L 29/68 - 29/737 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-244195 (JP, A) JP-A-63-244679 (JP, A) JP-A-8-293505 (JP, A) JP-A-6-13315 (JP) JP-A-1-103869 (JP, A) JP-A-3-192727 (JP, A) JP-A-8-250509 (JP, A) JP-A-63-12165 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/33-21/331 H01L 29/00-29/267 H01L 29/30-29/38 H01L 29/68-29/737

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ベース層からエミッタ電極に向かって、
第1の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャップの広
い第1のエミッタ層、第1のエミッタ層とバンドギャッ
プが同じ第2のエミッタ層、第2の組成傾斜層、エミッ
タ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層よりも高い
不純物濃度の半導体層が順次形成され、第2のエミッタ
層の不純物濃度が第1のエミッタ層よりも高いことを特
徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタ。
1. From a base layer toward an emitter electrode,
A first composition gradient layer, a first emitter layer having a wider band gap than the base layer, a second emitter layer having the same band gap as the first emitter layer, a second composition gradient layer, and a band gap greater than the emitter layer A heterojunction bipolar transistor wherein a semiconductor layer having a smaller impurity concentration than the emitter layer is sequentially formed, and the impurity concentration of the second emitter layer is higher than that of the first emitter layer.
【請求項2】 ベース層からエミッタ電極に向かって、
第1の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャップの広
い第1のエミッタ層、第1のエミッタ層とバンドギャッ
プが同じ第2のエミッタ層、第2の組成傾斜層、エミッ
タ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層よりも高い
不純物濃度の半導体層が順次形成され、第2のエミッタ
層は、その不純物濃度がエミッタ電極側に向かって高く
なる傾斜濃度層であることを特徴とするヘテロ接合型バ
イポーラトランジスタ。
2. From the base layer to the emitter electrode,
A first composition gradient layer, a first emitter layer having a wider band gap than the base layer, a second emitter layer having the same band gap as the first emitter layer, a second composition gradient layer, and a band gap greater than the emitter layer A heterojunction bipolar layer characterized in that a semiconductor layer having a smaller impurity concentration and a higher impurity concentration than the emitter layer is sequentially formed, and the second emitter layer is an inclined concentration layer in which the impurity concentration increases toward the emitter electrode side. Transistor.
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