JP3352629B2 - バイポーラトランジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタに関し、特に、ヘテロバイポーラトランジスタの
エミッタ・ベース接合付近におけるベースからのキャリ
アの逆注入を抑制するための対策に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、バイポーラトランジスタは、
優れた高周波特性を有することから、マイクロ波・ミリ
波帯域での能動デバイスとして用いられつつある。特
に、ＧａＡｓなどのIII−V族化合物半導体を用いたヘテ
ロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が最も精力的に研
究開発がなされているが、近年、安価なシリコン基板上
に作製可能なIV−IV族化合物であるＳｉＧｅ系の材料を
用いたＨＢＴが注目を集めている。

【０００３】ＳｉＧｅ系ＨＢＴの高速化に関しては、Ｓ
ｉからなるコレクタ層，ＳｉＧｅからなるベース層及び
Ｓｉからなるエミッタ層を備え、ＳｉＧｅベース層内に
おけるＧｅ組成をエミッタ側からコレクタ側に向けて徐
々に増加させた傾斜組成ベース層を有するＨＢＴ（L. H
arame et al., "Optimization of SiGe HBT Technology
for High Speed Analog and Mixed-Signal Applicatio
ns," IEDM Tech. Dig.1993, p.71.）と、Ｓｉからなる
コレクタ層，ＳｉＧｅからなるベース層及びＳｉからな
るエミッタ層を備え、ＳｉＧｅベース層内におけるＧｅ
組成およびドーピング濃度を高くし、かつ非常に薄くし
た均一組成ベース層を有するＨＢＴ（A.Schuppen et a
l., "Enhanced SiGe Heterojunction Bipolar Transist
ors with160 GHz-fmax," IEDM Tech. Dig. 1995, p.74
3.）の２つのタイプが代表的な構造である。

【０００４】図８は、上記２つのタイプのうち傾斜組成
ベース層を有するヘテロバイポーラトランジスタのバン
ド図である。同図に示すように、傾斜組成ベース層を有
するヘテロバイポーラトランジスタにおいては、ＳｉＧ
ｅベース層に注入されたキャリアは、傾斜組成による電
界によりＳｉＧｅベース層内をコレクタ層に向かってド
リフト走行する。ドリフト電界によるキャリアの走行
は、拡散による走行に比べて高速であるため、ベース走
行時間の短縮が図られ、良好な高周波特性が得られてい
る。

【０００５】一方、図９は、上記２つのタイプのうち均
一組成ベース構造を有するヘテロバイポーラトランジス
タのバンド図である。同図に示すように、均一組成ベー
ス層を有するヘテロバイポーラトランジスタは、ベース
層を非常に薄くすることでベース走行時間を短縮し、良
好な高周波特性を得ようとするものである。この場合、
ベース層を薄くすることに伴いベース抵抗の上昇が懸念
されるが、ベース層に高濃度で不純物をドーピングする
ことで低抵抗化している。さらに、高濃度ドープされた
ベース層からエミッタ側にキャリアが逆注入されないよ
うに、ベース層にはＧｅ組成の高いＳｉＧｅを用い、エ
ミッタＳｉ層とのヘテロ障壁を大きくしている。この構
造においても、良好な高周波特性が得られている。特
に、ベースのキャリア濃度を高くすることで、ベース抵
抗の低減による最大発振周波数の向上を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
８に示す従来の傾斜組成ベース層を有する構造において
は、傾斜組成によるドリフト電界を大きくするために、
組成の傾斜を大きくする必要がある。すなわち、ベース
層のエミッタ側でＧｅ組成を小さく、コレクタ側でＧｅ
組成を大きくする必要がある。このため、通常エミッタ
側ではＧｅを含まずＳｉとしていることが多い。この
時、ベース・エミッタ間のＰＮ接合はシリコンとシリコ
ンのホモ接合となっている。そこで、ＨＢＴの最大発振
周波数ｆmaxを向上させるためには、下記式（１）に示
すように、ベース抵抗を低減することが有効である。

【０００７】

【数１】

【０００８】ｆ_T ：電流利得遮断周波数 Ｒ_B ：ベース抵抗 Ｃ_BC:：ベース・コレクタ接合容量 しかし、ベース抵抗を下げるためにベースドーピング濃
度を上げると、当然にベース層からエミッタ層に注入さ
れるホール量が増大する。

【０００９】すなわち、エミッタ・ベース接合がホモ接
合となっている場合，あるいはヘテロ接合であってもベ
ース端の組成がＳｉに近い場合には、ベース層のヘテロ
障壁がないか，あっても極めてわずかであるために、キ
ャリアのエミッタ側への逆注入量が増大し、電流増幅率
βが稼げなくなる。

【００１０】これは、電流増幅率βとエミッタ・ベース
接合の価電子帯のバンド不連続値ΔＥｖ及びベース層ド
ーピング濃度Ｎ_B との間に、下記式（２）の関係がある
ことから導かれる。

【００１１】

【数２】

【００１２】Ｎ_E ：エミッタ層ドーピング濃度 Ｎ_B ：ベース層ドーピング濃度 ｖ_n ：ベース層内での電子の拡散速度 ｖ_p ：エミッタ層内でのホールの拡散速度 ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 その結果、このような傾斜組成ベースを用いた場合に
は、ベース走行時間を短縮し、電流利得遮断周波数ｆ_T
を向上させることができるが、ベース層のキャリア濃度
を上げることはできないために、結果として、最大発振
周波数ｆmax の向上は期待できないという問題がある。

【００１３】一方、図９に示す従来の均一組成ベースを
用いた構造では、ベース層の高いＧｅ組成率によるヘテ
ロ障壁により、ベース層のキャリアの逆注入を抑制して
いるが、ベース走行時間を短縮するためには、非常に薄
いベース層が必要となる。ところが、ベース層を薄くす
るとベース抵抗が上がるというトレードオフの関係があ
り、最大発振周波数ｆmax を向上させるためにはさらに
ベースドーピング濃度を上げることが必要となる。この
際にはさらに高いＧｅ組成率が必要となり、エミッタ層
とベース層との格子定数差による転位が発生する臨界膜
厚が問題となる。

【００１４】すなわち、エミッタ・ベース接合をヘテロ
接合として、ヘテロ障壁によりベースからエミッタへの
キャリアの逆注入の抑制機能を高めることはある程度可
能であるが、これによってバイポーラトランジスタの高
周波特性を改善するには限界がある。

【００１５】本発明の目的は、エミッタ・ベース接合に
おけるヘテロ障壁とは別にエミッタ層にベース層からの
キャリアの逆注入を抑制する機能を有する領域を設ける
ことにより、ベースドーピング濃度の増大に対する制限
を緩和し、もって、最大発振周波数ｆmax の向上のため
にベースドーピング濃度をあげても、電流増幅率の増大
を実現できるバイポーラトランジスタを提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、バイポーラトランジスタのエ
ミッタ層内にベース層からのキャリアの逆注入を抑制す
る機能を実効的に高める高濃度ドープ層を向けることに
ある。具体的には、以下のようなバイポーラトランジス
タに関する手段を設けている。

【００１７】本発明のバイポーラトランジスタは、第１
導電型不純物が導入されたエミッタ層と、第２導電型不
純物が導入されたベース層と、第１導電型不純物が導入
されたコレクタ層とを有するバイポーラトランジスタに
おいて、上記エミッタ層内の上記ベース層に近接した領
域に設けられ、上記エミッタ層内よりも高濃度の第１導
電型不純物がドープされ、厚みが１０ｎｍ以下のδドー
プ層からなる高濃度ドープ層を備え、上記高濃度ドープ
層が上記ベース層のキャリアに対してポテンシャルバリ
アを形成し、上記ベース層のキャリアのエミッタ層への
逆注入を抑制するように作用する。

【００１８】これにより、エミッタ・ベース接合の価電
子帯のバンド不連続によるバリアだけでなく、高濃度ド
ープ層によっても、バンドの変調によりベース層のキャ
リアがベース層に逆注入しようとするのが阻止される。
したがって、ベース層のキャリアドーピング濃度を高く
しても、キャリアの逆注入が抑制されることにより、最
大発振周波数ｆmax などの高周波特性の向上を図りつ
つ、電流増幅率を増大させることが可能となる。

【００１９】

【００２０】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層の第１導電型キャリアの濃度は１×１
０¹⁹ｃｍ³ 以上であることが好ましい。

【００２１】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層の第１導電型キャリアの濃度は、上記
エミッタ層内の第１導電型キャリアの濃度よりも１０倍
以上高いことが好ましい。

【００２２】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層が、エミッタ・ベース接合部に形成さ
れる空乏化領域に隣接していることが好ましい。

【００２３】これにより、ベースからエミッタへのキャ
リアの逆注入抑制機能を最大限発揮することができる。

【００２４】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記ベース層の第２導電型キャリアの濃度は、上記エミッ
タ層の第１導電型キャリアの濃度よりも高いことが好ま
しい。

【００２５】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記エミッタ層とベース層とを、互いにバンドギャップが
異なる２種類の半導体材料により構成し、かつエミッタ
層を構成する半導体材料の方に大きなバンドギャップを
もたせておいて、上記エミッタ層とベース層との間にヘ
テロ接合部を設けることが好ましい。

【００２６】これにより、ヘテロ接合部の高いバリアを
利用して、ベース層からのキャリアの逆注入を抑制する
機能がさらに高くなる。

【００２７】上記ヘテロ接合部を有するバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記ベース層が歪を受けていること
が好ましい。

【００２８】これにより、エミッタ層とベース層との格
子定数の差が大きい場合に特に大きな効果を発揮するこ
とができる。

【００２９】その場合には、さらに、上記ベース層がエ
ミッタ側からコレクタ側に向かってバンドギャップが減
少する方向に傾斜していることが好ましい。

【００３０】これにより、ベース層におけるキャリアの
走行速度が拡散速度ではなくドリフト速度によって律速
され、ベース走行時間が短縮されるので、電流利得遮断
周波数ｆ_T が向上する。しかも、傾斜組成ベース化によ
るバンド不連続値の減少にもかかわらず高濃度ドープ層
によりベース層からエミッタ層へのキャリアの逆注入は
抑制される。また、ベースドーピングの高濃度化による
ベース抵抗の低減、あるいはベース層の厚みの増大も可
能となるので、最大発振周波数ｆmax の向上が可能とな
る。

【００３１】上記ヘテロ接合部を有するバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記エミッタ層がシリコンを含む半
導体により構成されており、上記ベース層が少なくとも
シリコンおよびゲルマニウムを含む半導体により構成さ
れていることが好ましい。

【００３２】これにより、安価な半導体材料を使用しな
がら高周波特性の良好なヘテロバイポーラトランジスタ
を得ることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本実施形態は、エミッタ・ベース
接合付近のエミッタ側に、不純物濃度が極めて高いδド
ープ層を設け、実効的にヘテロ障壁高さ（バリア高さ）
を増大させることにより、ベース層からのキャリアの逆
注入を抑制していることを特長とし、電流利得の向上、
高周波特性の向上を図ったヘテロバイポーラトランジス
タに関するものである。

【００３４】図１は、本実施形態に係るδドープ層をエ
ミッタ層に導入した ＮＰＮ ヘテロバイポーラトランジ
スタの構造を示す。同図に示すように、Ｓｉ基板１上
に、高濃度ｎ型のＳｉサブコレクタ層２、ｎ型のＳｉコ
レクタ層３、高濃度ｐ型のＳｉＧｅベース層４、ｎ型の
Ｓｉエミッタ層５、及び高濃度ｎ型のＳｉエミッタコン
タクト層６が、ＭＢＥ法により順次積層されている。な
お、Ｓｉサブコレクタ層２の上にはコレクタ電極２０
が、ＳｉＧｅベース層４の上にはベース電極２１が、Ｓ
ｉエミッタコンタクト層６の上にはエミッタ電極２２が
それぞれ設けられている。

【００３５】ただし、高濃度ｎ型のＳｉサブコレクタ層
２の厚みは約５００ｎｍで不純物濃度は約２×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3であり、ｎ型Ｓｉコレクタ層３の厚みは約６５０ｎ
ｍで不純物濃度が約１×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、高濃度ｐ
型のＳｉＧｅベース層４の厚みは約５０ｎｍで不純物濃
度が約１×１０¹⁹ｃｍ^-3であり、ｎ型Ｓｉエミッタ層５
の厚みは約１００ｎｍで不純物濃度が約２×１０¹⁸ｃｍ
^-3であり、高濃度ｎ型のＳｉエミッタコンタクト層６の
厚みは約５０ｎｍで不純物濃度が約２×１０¹⁹ｃｍ^-3で
あって、いずれもＭＢＥ法により順次積層されている。

【００３６】ここで、ｎ型Ｓｉエミッタ層５中のエミッ
タ・ベース接合部付近には、ｎ型に高濃度ドープされた
δドープＳｉ層１０が設けられている。δドープＳｉ層
１０の厚みは約５ｎｍで不純物濃度が約１×１０²⁰ｃｍ
^-3であって、δドープＳｉ層１０はエミッタ・ベース接
合部から約４０ｎｍだけエミッタ側に入り込んだ位置に
設けられている。また、ＳｉＧｅベース層４は、Ｓｉエ
ミッタ層５側からＳｉコレクタ層３側に向かってＧｅ組
成が０％から３０％までほぼ連続的に増加した傾斜組成
ベース構造となっている。なお、ｐ型ドーパントとして
はボロンを、ｎ型ドーパントとしてはアンチモンをそれ
ぞれ用いている。

【００３７】図２は、エミッタ層内にδドープＳｉ層を
設けた本実施形態に係るＮＰＮ ヘテロバイポーラトラ
ンジスタのバンド図である。また、図３は、Ｓｉエミッ
タ層内にδドープＳｉ層を設けていない従来のＮＰＮ
ヘテロバイポーラトランジスタのバンド図である。

【００３８】図２及び図３からわかるように、エミッタ
・ベース接合付近のエミッタ側に、ｎ型に高濃度ドープ
されたδドープＳｉ層１０が設けられている場合には、
このδドープＳｉ層１０によりバンドは変調され、ホー
ルに対するポテンシャルバリアが形成される。つまり、
ＳｉＧｅベース層４のホールから見れば、δドープＳｉ
層１０を設けることにより実効的にバリア高さが増大し
たことになる。その結果、ＳｉＧｅベース層４のホール
濃度を上げてもホールのエミッタへの逆注入が抑制さ
れ、十分な電流利得が確保できる。したがって、ベース
抵抗の小さい，最大発振周波数ｆmax の非常に高いＨＢ
Ｔを実現することができる。

【００３９】ここで、δドープＳｉ層１０により増大す
るポテンシャルバリア高さは、δドープＳｉ層１０のド
ーピング濃度、δドープＳｉ層１０周辺部のＳｉエミッ
タ層５のドーピング濃度、δドープＳｉ層１０の不純物
プロファイルなどにより変化する。

【００４０】図４は、δドープＳｉ層のキャリア濃度に
対するバリア高さの変化を示す特性図である。ただし、
図４は、Ｓｉエミッタ層のキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3の場合の特性図である。本実施形態ではＳｉエミッ
タ層５のキャリア濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3であるのに対
し、δドープＳｉ層１０のキャリア濃度は１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3であって、両者のキャリア濃度比は１：５０であ
る。すなわち、本実施形態のδドープＳｉ層１０によ
り、図４におけるδドープＳｉ層のキャリア濃度が５×
１０¹⁹ｃｍ^-3のとき（つまり両者の濃度比が１：５０の
とき）のバリア高さに相当するバリア高さ、つまり、１
００ｍｅＶ程度のバリア高さの増大が図られている。

【００４１】本発明の効果をより効果的に発揮するため
には、上記δドープＳｉ層１０のキャリア濃度は、１×
１０¹⁹ｃｍ³ 以上であることが好ましい。また、δドー
プＳｉ層１０によるバリアの増大量は１０倍程度以上で
あることが好ましいが、δドープＳｉ層１０のキャリア
濃度がＳｉエミッタ層５のキャリア濃度の１０倍のとき
に、バリアの高さが５０ｍｅＶ高いことがわかる。した
がって、δドープＳｉ層１０のキャリア濃度がＳｉエミ
ッタ層５のキャリア濃度の１０倍以上高いことが好まし
い。

【００４２】さらに、図２からわかるように、ＳｉＧｅ
ベース層４のキャリア濃度がＳｉエミッタ層５のキャリ
ア濃度よりも高い方がホールの逆注入に対するバリアが
高くなり、好ましいといえる。

【００４３】次に、図５は、本実施形態に係るδドープ
Ｓｉ層１０をエミッタ層に設けたＮＰＮヘテロバイポー
ラトランジスタのコレクタ電流と電流増幅率βとの関係
（実線参照）と、エミッタ層内にδドープＳｉ層を有し
ていない従来のＮＰＮヘテロバイポーラトランジスタと
のコレクタ電流に対する電流増幅率βの関係（破線参
照）とをそれぞれ示す図である。同図に示すように、本
実施形態においては、Ｓｉエミッタ層５内にδドープＳ
ｉ層１０を設けたことにより、電流増幅率βが向上して
いることがわかる。特に、コレクタ電流が大きい領域に
おいて両者の電流増幅率βの差が顕著である。そして、
本実施形態に係るヘテロバイポーラトランジスタにおい
ては、このようにコレクタ電流が大きい状態においても
高い電流増幅率βが得られることから、電流遮断周波数
の最大値ｆ_Tmaxも向上し、δドープＳｉ層のないヘテロ
バイポーラトランジスタに比べて２５％程度向上してい
る。

【００４４】ところで、ＳｉＧｅベース層４におけるＧ
ｅ組成を高くするとＳｉＧｅの臨界膜厚の関係上転位が
発生してしまうおそれがある。ちなみに、下地がＳｉの
場合におけるＳｉ_0.2 Ｇｅ_0.8 ，Ｓｉ_0.3 Ｇｅ_0.7 、Ｓ
ｉ_0.4 Ｇｅ_0.6 についての臨界膜厚は１８０ｎｍ，５６
ｎｍ，２５ｎｍ程度である。

【００４５】そこで、臨界膜厚を高くするには、ベース
層をＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y により構成することが有効で
ある。Ｇｅの組成を４０％以上とし、そこにＣを若干
（数％程度）添加することにより、エミッタ・ベース接
合のバンド不連続値ΔＥｖの大きさをあまり変化させる
ことなく、格子歪を低減することができる結果、ベース
層の臨界膜厚が向上するからである。したがって、ベー
ス層をＳｉ_1-x-y Ｇｅ_xＣ_y ／Ｓｉにより構成すること
で、臨界膜厚を越えることなくより大きなバンド不連続
値ΔＥｖを得ることができる。

【００４６】次に、Ｓｉエミッタ層５内にδドープＳｉ
層１０を設けて実効的なバリア高さを高くするととも
に、ＳｉＧｅベース層４を傾斜組成としたＨＢＴにおけ
る高周波特性の改善効果について説明する。

【００４７】図６は、δドープＳｉ層１０によりバリア
高さを増大させながら、ＳｉＧｅベース層４内のＧｅ組
成を図８に示すような傾斜組成ベース化した場合に、従
来の均一組成のベース層を用いたＨＢＴに対してキャリ
アのベース走行時間が短縮される度合い（ベース走行時
間短縮ファクタ）を計算した結果を示す図である。

【００４８】図６を参照するとわかるように、従来の均
一組成ベース層と同じベース層膜厚でベース層を傾斜組
成化すると、ベース走行時間が傾斜の度合いに応じて短
縮される。傾斜組成によるバンドギャップの傾斜が３０
０ｍｅＶのとき、均一組成ベースに比べて約２割程度に
まで短縮される。

【００４９】また、図７は、δドープＳｉ層１０を設け
てバリア高さを増大させるとともに、ベース層を傾斜組
成ベース化し、かつベース抵抗Ｒ_B を下げるためにベー
ス層の厚みを大きくしたＨＢＴについて、その最大発振
周波数ｆmax が高濃度ドープ均一組成ベース層を有する
上記従来のＨＢＴよりも向上した度合い（ｆmax 増大フ
ァクタ）を計算した結果を示す図である。ただし、Ｓｉ
Ｇｅベース層４の膜厚は、従来のＨＢＴにおける高濃度
ドープ均一組成ベース層とベース走行時間が等しくなる
膜厚としている。同図に示すように、ベース層を傾斜組
成化することで、ベース走行時間が短縮されるために、
傾斜組成によるバンドギャップの傾斜が大きくなるほど
ベース層を厚くすることができる。その結果、ベース抵
抗Ｒ_B が低減されて最大発振周波数ｆmax が向上する。
同図に示されるように、傾斜組成によるバンドギャップ
の傾斜が３００ｍｅＶのとき、最大発振周波数ｆmax は
均一組成ベースに比べて１．５倍以上向上する。

【００５０】以上のことから、本実施形態に係るヘテロ
バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は、以下のような効
果を発揮することができる。

【００５１】第１に、Ｓｉエミッタ層５内にバリア高さ
を実効的に増大させるδドープＳｉ層１０を設けている
ことにより、エミッタ・ベース接合の価電子帯における
バンド不連続値ΔＥｖを実質的に増大させたのと同じ効
果を発揮することができ（式（２）参照）、電流増幅率
βの向上を図ることができる。つまり、ＳｉＧｅベース
層４からＳｉエミッタ層５内へのホールの逆注入を抑制
するためのδドープＳｉ層１０を設けていることで、式
（２）で示されるベースからエミッタに流れる電流Ｊｐ
が小さくなり、電流増幅率βが向上するともいえる。こ
の効果は、エミッタ・ベース接合がヘテロ接合か否かに
かかわらず得られる効果である。したがって、ＨＢＴで
ない一般的なバイポーラトランジスタについても同様の
効果を発揮することができる。

【００５２】第２に、Ｓｉエミッタ層５内にδドープＳ
ｉ層１０を設けるとともに、ＳｉＧｅベース層４を傾斜
組成ベース化して、Ｓｉエミッタ層５側からＳｉコレク
タ層３側に向かってＳｉＧｅベース層４におけるバンド
ギャップが減少するように、ＳｉＧｅベース層４におけ
るＧｅ組成を変化させているので、電流利得遮断周波数
ｆ_T の向上を図ることができる。上述のように、従来の
均一組成のベース層を用いたＨＢＴにおいては、ベース
層の低抵抗化のためにベースドーピング濃度を高くする
と、ホールの逆注入量が増大することで十分な電流利得
が確保できなくなっていた。それに対し、本発明のＨＢ
Ｔにおいては、δドープＳｉ層１０を設けることによ
り、ヘテロ接合部の実効的なバリア高さが増大する。し
たがって、ＳｉＧｅベース層４を傾斜組成化してエミッ
タ・ベース接合におけるヘテロ接合のバンド不連続値を
小さくし、かつベースドーピング濃度を高くしても、実
効的なバリア高さが十分確保されるため、ホールの逆注
入を抑制することができる。すなわち、従来不可能であ
った高濃度ドーピングしたベース層を傾斜組成ベース化
することができる。その結果、電子のベース走行時間が
短縮され、高周波特性が向上する。

【００５３】第３に、ベース層を傾斜組成化すること
で、ベース走行時間が短縮されるために、ベース層を厚
くすることができる。その結果、ベース抵抗が下がり最
大発振周波数ｆmax の向上を図ることができる。

【００５４】第４に、Ｇｅ組成率が低くても十分な電流
利得が確保できるということは、高いＧｅ組成率を採用
したときに問題となる後工程での熱履歴による転位の発
生を抑制できる、すなわち、従来の均一組成ベースを用
いたＨＢＴでは、ＳｉＧｅベース層に高濃度の不純物を
ドープする際には、ＳｉＧｅベース層のＧｅ組成率を高
くする必要があり、その結果、Ｓｉベース層との格子定
数差が大きくなって格子定数差による転位が発生する臨
界膜厚が小さくなるという問題があるが、本実施形態の
ようにδドープＳｉ層１０を設けることで実効的なバリ
ア高さが増大することにより、ＳｉＧｅベース層４のＧ
ｅ組成率を大きくしなくても、十分な高周波特性が得ら
れる。また、低いＧｅ組成率で十分な電流利得が確保で
きるということは、高いＧｅ組成率を用いた時に問題と
なる後工程での熱履歴による転位の発生を抑制できる、
言い換えるとサーマルバジェットを高くできるという効
果も得られる。すなわち、デバイスの作製プロセスマー
ジンの向上、デバイスの信頼性の向上に対しても効果が
ある。

【００５５】第５に、バイポーラトランジスタにおける
温度特性も向上する。すなわち、ＳｉＧｅベース層４の
価電子帯におけるホールの濃度分布は高温になると下方
にずれるので、バイポーラトランジスタの電流増幅率β
は温度Ｔが高くなると低下する特性を示す。この傾向
は、バンドの不連続値ΔＥｖが小さい場合には特に著し
い。それに対し、本発明のバイポーラトランジスタの場
合には、δドープＳｉ層１０のホールの逆注入抑制機能
によって、高温においても高い電流増幅率βを発揮する
ことができる。

【００５６】以上のように、ヘテロバイポーラトランジ
スタのエミッタ層５内のエミッタ・ベース接合付近の領
域にδドープＳｉ層１０を設けることにより、電流利得
の向上と、高周波特性の向上が図られる。

【００５７】なお、上記δドープＳｉ層１０のバリア機
能を確保するためには、δドープＳｉ層１０全体がエミ
ッタ・ベース間の設計最大電圧における空乏化領域（エ
ミッタ・ベース間に最大設計電圧が印加された場合に空
乏化する領域）よりも外方に設けられていることが好ま
しく、δドープＳｉ層１０は空乏化領域に隣接している
ことがより好ましい。δドープＳｉ層１０の一部が空乏
化領域内にあると、バリア高さが小さくなってホールの
逆注入を抑制する機能が減少するおそれがあるからであ
る。ただし、δドープＳｉ層１０は、Ｓｉエミッタ層５
内においてＳｉＧｅベース層４からホールの拡散長以上
の距離を隔てるものではないことが好ましい。

【００５８】本実施形態では、ヘテロバイポーラトラン
ジスタ単体の特性向上について説明してきたが、当然の
ことながら、バイポーラトランジスタとＣＭＯＳを集積
化したＢｉＣＭＯＳデバイスのバイポーラ部分に本発明
によるＨＢＴを用いてもかまわない。

【００５９】また、本実施形態では、ＮＰＮ型ＳｉＧｅ
ＨＢＴを例にとって説明したが、ＰＮＰ型バイポーラト
ランジスタにも適用できることは言うまでもない。ま
た、既に説明したように、ＨＢＴでない一般的なホモ接
合タイプのバイポーラトランジスタや、III−V族化合物
半導体によるヘテロバイポーラトランジスタであっても
かまわない。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、バイポーラトランジス
タのエミッタ・ベース接合付近のエミッタ側に、エミッ
タ層よりも高濃度のキャリアがドープされた高濃度ドー
プ層を設けてバンドを変調し、ポテンシャルバリアを形
成することにより、実効的にバリア高さを増大させるよ
うにしたので、ベース層からのキャリアの逆注入の抑制
により、電流増幅率βの向上を図ることができるととも
に、ベース層の構造の制限の緩和によって、電流利得遮
断周波数ｆ_T 及び最大発振周波数ｆmax の向上をも図る
ことができる。

【００６１】また、従来の均一組成ベースを用いたＨＢ
Ｔに比べ、高濃度ドープ層による実効的なバリア高さの
増大により、高いＧｅ組成率を用いることなく、十分な
高周波特性が得られ、高いＧｅ組成率を用いた時に問題
となる後工程での熱履歴による転位の発生を抑制でき、
デバイスの作製プロセスマージンの向上、デバイスの信
頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るδドープＳｉ層をエミッタ層に
設けたＮＰＮヘテロバイポーラトランジスタの断面図で
ある。

【図２】δドープＳｉ層をエミッタ層に設けたＮＰＮヘ
テロバイポーラトランジスタのバンド図である。

【図３】δドープＳｉ層をエミッタ層に設けていないＮ
ＰＮヘテロバイポーラトランジスタのバンド図である。

【図４】δドープＳｉ層におけるキャリア濃度と実効的
なバリア高さの増大量との関係を示す図である。

【図５】δドープＳｉ層をエミッタ層に設けた場合と設
けていない場合におけるＮＰＮヘテロバイポーラトラン
ジスタのコレクタ電流に対する電流増幅率βの関係を示
す図である。

【図６】δドープＳｉ層によりバリア高さを増加させる
とともに、ベース層を傾斜組成ベース化した本発明のＨ
ＢＴによる従来の均一組成ベース層を有するＨＢＴに対
するベース走行時間の短縮度合いの計算結果を示す図で
ある。

【図７】δドープＳｉ層によりバリア高さを増加させる
とともに、ベース層を傾斜組成ベース化し、かつベース
層膜厚を大きくした本発明のＨＢＴによる従来の傾斜組
成ベース化されたＨＢＴに対する最大発振周波数ｆmax
の向上度合いの計算結果を示す図である。

【図８】従来の傾斜組成ベース層を用いたＳｉＧｅ系Ｎ
ＰＮヘテロバイポーラトランジスタの断面図である。

【図９】従来の均一組成ベース層を用いたＳｉＧｅ系Ｎ
ＰＮヘテロバイポーラトランジスタのバンド図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ基板 ２ Ｓｉサブコレクタ層 ３ Ｓｉコレクタ層 ４ ＳｉＧｅベース層 ５ Ｓｉエミッタ層 ６ Ｓｉエミッタコンタクト層 １０ δドープＳｉ層 ２０ コレクタ電極 ２１ ベース電極 ２２ エミッタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−198344（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−181151（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−231371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−272969（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−293505（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 29/165 H01L 29/737

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型不純物が導入されたエミッタ
   層と、第２導電型不純物が導入されたベース層と、第１
   導電型不純物が導入されたコレクタ層とを有するバイポ
   ーラトランジスタにおいて、 上記エミッタ層内の上記ベース層に近接した領域に設け
   られ、上記エミッタ層内よりも高濃度の第１導電型不純
   物がドープされ、厚みが１０ｎｍ以下のδドープ層から
   なる高濃度ドープ層を備え、 上記高濃度ドープ層が上記ベース層のキャリアに対して
   ポテンシャルバリアを形成し、上記ベース層のキャリア
   のエミッタ層への逆注入を抑制するように作用すること
   を特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバイポーラトランジスタ
   において、 上記高濃度ドープ層の第１導電型キャリアの濃度は１×
   １０¹⁹ｃｍ³ 以上であることを特徴とするバイポーラト
   ランジスタ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のバイポーラトラン
   ジスタにおいて、 上記高濃度ドープ層の第１導電型キャリアの濃度は、上
   記エミッタ層内の第１導電型キャリアの濃度よりも１０
   倍以上高いことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載
   のバイポーラトランジスタにおいて、 上記高濃度ドープ層は、エミッタ・ベース接合部に形成
   される空乏化領域に隣接していることを特徴とするバイ
   ポーラトランジスタ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載
   のバイポーラトランジスタにおいて、 上記ベース層の第２導電型キャリアの濃度は、上記エミ
   ッタ層の第１導電型キャリアの濃度よりも高いことを特
   徴とするバイポーラトランジスタ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載
   のバイポーラトランジスタにおいて、 上記エミッタ層とベース層とは、互いにバンドギャップ
   が異なる２種類の半導体材料により構成され、かつエミ
   ッタ層を構成する半導体材料の方が大きなバンドギャッ
   プを有しており、 上記エミッタ層とベース層との間にヘテロ接合部を有す
   ることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
7. 【請求項７】 請求項６記載のバイポーラトランジスタ
   において、 上記ベース層が歪を受けていることを特徴とするバイポ
   ーラトランジスタ。
8. 【請求項８】 請求項６又は７記載のバイポーラトラン
   ジスタにおいて、 上記ベース層がエミッタ側からコレクタ側に向かってバ
   ンドギャップが減少する方向に傾斜していることを特徴
   とするバイポーラトランジスタ。
9. 【請求項９】 請求項６〜８のうちいずれか１つに記載
   のバイポーラトランジスタにおいて、 上記ベース層が少なくともシリコンおよびゲルマニウム
   を含む半導体により構成されていることを特徴とするバ
   イポーラトランジスタ。