JP3415608B2 - ヘテロバイポーラトランジスタ - Google Patents
ヘテロバイポーラトランジスタInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンを含む半
導体層を利用したヘテロバイポーラトランジスタに係
り、特に、低駆動電圧化対策に関する。
導体層を利用したヘテロバイポーラトランジスタに係
り、特に、低駆動電圧化対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エミッタ領域のバンドギャッ
プがベース領域よりも大きくなるように、エミッタ領域
とベース領域の組成を変化させることにより、エミッタ
の注入効率を大幅に向上させ、トランジスタの特性を向
上させるヘテロバイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴ
という）は高機能素子として注目を集めている。このＨ
ＢＴは、特に高周波特性が優れていることからマイクロ
波・ミリ波帯域でのデバイスとして用いられつつある。
ＨＢＴは、従来、III−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡ
ｓとＡｌＧａＡｓとの組み合わせなどにより作製されて
いたが、近年、ＳｉＧｅ層からなるベース層のバンドギ
ャップがＳｉより小さいことを利用したＳｉＧｅＨＢＴ
の研究開発がさかんに進められている。
プがベース領域よりも大きくなるように、エミッタ領域
とベース領域の組成を変化させることにより、エミッタ
の注入効率を大幅に向上させ、トランジスタの特性を向
上させるヘテロバイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴ
という）は高機能素子として注目を集めている。このＨ
ＢＴは、特に高周波特性が優れていることからマイクロ
波・ミリ波帯域でのデバイスとして用いられつつある。
ＨＢＴは、従来、III−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡ
ｓとＡｌＧａＡｓとの組み合わせなどにより作製されて
いたが、近年、ＳｉＧｅ層からなるベース層のバンドギ
ャップがＳｉより小さいことを利用したＳｉＧｅＨＢＴ
の研究開発がさかんに進められている。
【０００３】ＳｉＧｅＨＢＴは、Ｇｅのバンドギャップ
（室温時０．６６ｅＶ）がＳｉのバンドギャップ（室温
時１．１２ｅＶ）より小さく、ＳｉＧｅ混晶がＳｉより
バンドギャップが小さくなることを利用している。そし
て、エミッタ領域としてＳｉ層をベース領域としてＳｉ
Ｇｅ層をそれぞれ用い、エミッタ層に対してベース層の
バンドギャップを小さくすることで、ホモＳｉバイポー
ラトランジスタでの駆動電圧（約０．７Ｖ）より低い電
圧で駆動させることが可能となる。ここでの駆動電圧と
は、バイポーラトランジスタが能動領域において、ベー
ス・エミッタ間の電圧がベース・エミッタ間の拡散電位
に等しくなった状態を指す。つまり、ＮＰＮバイポーラ
トランジスタにおいては、エミッタ層とベース層との価
電子帯端のエネルギ差をある程度大きくして、ベース層
からエミッタ層への正孔の注入を抑制しつつ、エミッタ
層とベース層との伝導帯端のエネルギ差を小さくできる
ことから、駆動電圧を低電圧化することができる。
（室温時０．６６ｅＶ）がＳｉのバンドギャップ（室温
時１．１２ｅＶ）より小さく、ＳｉＧｅ混晶がＳｉより
バンドギャップが小さくなることを利用している。そし
て、エミッタ領域としてＳｉ層をベース領域としてＳｉ
Ｇｅ層をそれぞれ用い、エミッタ層に対してベース層の
バンドギャップを小さくすることで、ホモＳｉバイポー
ラトランジスタでの駆動電圧（約０．７Ｖ）より低い電
圧で駆動させることが可能となる。ここでの駆動電圧と
は、バイポーラトランジスタが能動領域において、ベー
ス・エミッタ間の電圧がベース・エミッタ間の拡散電位
に等しくなった状態を指す。つまり、ＮＰＮバイポーラ
トランジスタにおいては、エミッタ層とベース層との価
電子帯端のエネルギ差をある程度大きくして、ベース層
からエミッタ層への正孔の注入を抑制しつつ、エミッタ
層とベース層との伝導帯端のエネルギ差を小さくできる
ことから、駆動電圧を低電圧化することができる。
【０００４】また、ＨＢＴでは、ベース領域のＧｅ含有
率をエミッタ領域からコレクタ領域へ向かう方向に徐々
に増加させることにより、ベース領域のバンドギャップ
がエミッタ領域からコレクタ領域に向かう方向に徐々に
小さくする傾斜組成を構成することが可能になる。この
傾斜組成によって生じる電界により、ベース層中に注入
されたキャリアが加速されドリフト走行する。このドリ
フト電界によって、拡散によるキャリアの速度より高速
にできるため、ベース走行時間の短縮が図られ遮断周波
数（ｆT ）を向上させることも可能となる。
率をエミッタ領域からコレクタ領域へ向かう方向に徐々
に増加させることにより、ベース領域のバンドギャップ
がエミッタ領域からコレクタ領域に向かう方向に徐々に
小さくする傾斜組成を構成することが可能になる。この
傾斜組成によって生じる電界により、ベース層中に注入
されたキャリアが加速されドリフト走行する。このドリ
フト電界によって、拡散によるキャリアの速度より高速
にできるため、ベース走行時間の短縮が図られ遮断周波
数（ｆT ）を向上させることも可能となる。
【０００５】しかし、Ｇｅの格子定数（５．６５Å）が
Ｓｉの格子定数（５．４３Å）と異なるので、Ｇｅの含
有率を大きくすると格子定数差による歪みに起因する転
位が発生し、電気的特性が劣化する。すなわち、より低
電圧駆動化を進めるには、ＳｉＧｅ層におけるＧｅの含
有率を大きくする必要があるが、上述のように、ＳｉＧ
ｅ層におけるＧｅの含有率を高くすると、Ｓｉ層との格
子定数差がより大きくなるので、Ｇｅの含有率には上限
がある。そこで、Ｃ結晶の格子定数がＳｉ結晶の格子定
数よりも小さいことに着目して、ＳｉＧｅ層にＣを含有
させたＳｉＧｅＣ混晶では歪みを低減させることが可能
となる（L. D. Lanzerotti, A. St. Amour, C. W. Liu,
J. C. Strum, J. K. Watanabe and N. D. Theodore, I
EEE Electron Device Letters, Vol.17 No.7 334（199
6））。そして、Ｓｉ層とＳｉＧｅＣ層との間のヘテロ
接合を利用したＨＢＴが考えられるが、このＨＢＴにお
いては、熱処理時にベース領域中に含まれる不純物がコ
レクタ領域側に拡散することにより、ベース・コレクタ
間にいわゆるパラスティックバリアが形成される問題が
ある（J. W. Slotboom, G. Streutker, A. Pruijmboom
and D. J. Gravesteijn, IEEE Electron Device Letter
s 12 p.p. 486 （1991））。そして、このパラスティッ
クバリアが形成されることで、電流増倍率（β）の低
下、アーリー電圧Ｖａや遮断周波数ｆT の劣化がおこ
る。これを解決するために、ベース・コレクタ間にアン
ドープのスペーサ層を介在する方法がある（E. J. Prin
z, P. M. Garone, P. V. Schwartz, X. Xiano and J.
Ｃ. Strum, IEDM Technology Digitalp.p.853 （199
1））。Ｃは不純物拡散を抑制する効果がある（L. D. L
anzerotti, J. Ｃ. Strum, E. Stach, R. Hull, T. Buy
uklimanli and C. Magee, AppliedPhysics Letters 70
（23） 3125 （1997））。この効果により、ベース領域
のｐ型不純物であるボロンのプロファイルが維持され、
アーリー電圧Ｖａや遮断周波数ｆT などの特性が向上す
ることが期待されている。
Ｓｉの格子定数（５．４３Å）と異なるので、Ｇｅの含
有率を大きくすると格子定数差による歪みに起因する転
位が発生し、電気的特性が劣化する。すなわち、より低
電圧駆動化を進めるには、ＳｉＧｅ層におけるＧｅの含
有率を大きくする必要があるが、上述のように、ＳｉＧ
ｅ層におけるＧｅの含有率を高くすると、Ｓｉ層との格
子定数差がより大きくなるので、Ｇｅの含有率には上限
がある。そこで、Ｃ結晶の格子定数がＳｉ結晶の格子定
数よりも小さいことに着目して、ＳｉＧｅ層にＣを含有
させたＳｉＧｅＣ混晶では歪みを低減させることが可能
となる（L. D. Lanzerotti, A. St. Amour, C. W. Liu,
J. C. Strum, J. K. Watanabe and N. D. Theodore, I
EEE Electron Device Letters, Vol.17 No.7 334（199
6））。そして、Ｓｉ層とＳｉＧｅＣ層との間のヘテロ
接合を利用したＨＢＴが考えられるが、このＨＢＴにお
いては、熱処理時にベース領域中に含まれる不純物がコ
レクタ領域側に拡散することにより、ベース・コレクタ
間にいわゆるパラスティックバリアが形成される問題が
ある（J. W. Slotboom, G. Streutker, A. Pruijmboom
and D. J. Gravesteijn, IEEE Electron Device Letter
s 12 p.p. 486 （1991））。そして、このパラスティッ
クバリアが形成されることで、電流増倍率（β）の低
下、アーリー電圧Ｖａや遮断周波数ｆT の劣化がおこ
る。これを解決するために、ベース・コレクタ間にアン
ドープのスペーサ層を介在する方法がある（E. J. Prin
z, P. M. Garone, P. V. Schwartz, X. Xiano and J.
Ｃ. Strum, IEDM Technology Digitalp.p.853 （199
1））。Ｃは不純物拡散を抑制する効果がある（L. D. L
anzerotti, J. Ｃ. Strum, E. Stach, R. Hull, T. Buy
uklimanli and C. Magee, AppliedPhysics Letters 70
（23） 3125 （1997））。この効果により、ベース領域
のｐ型不純物であるボロンのプロファイルが維持され、
アーリー電圧Ｖａや遮断周波数ｆT などの特性が向上す
ることが期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＳｉＧｅＣ／Ｓｉヘテロ接合を利用したＳｉＧｅＣ−Ｈ
ＢＴにおいては、以下のような問題があった。
ＳｉＧｅＣ／Ｓｉヘテロ接合を利用したＳｉＧｅＣ−Ｈ
ＢＴにおいては、以下のような問題があった。
【０００７】電流増倍率をより向上させるなどのため
に、ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのベース領域であるＳｉＧｅＣ
層のバンドギャップをより小さくするには、Ｇｅの含有
率をより大きくしなければならない。このとき、上述の
ように、Ｇｅ含有率の増大に伴う格子歪みを低減するに
は、Ｃの含有率を大きくすればよい。しかるに、本発明
者達の行なった実験によると、例えば、Ｃの含有率が
０．８％以上であるＳｉＧｅＣ層をベース領域として用
いたＨＢＴにおいて、ベース電流のｎ値が約２となるな
ど、Ｃの含有率を高くするとＨＢＴの高周波特性が劣化
することがわかった。以下、本発明者達の行なった実験
結果について説明する。
に、ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのベース領域であるＳｉＧｅＣ
層のバンドギャップをより小さくするには、Ｇｅの含有
率をより大きくしなければならない。このとき、上述の
ように、Ｇｅ含有率の増大に伴う格子歪みを低減するに
は、Ｃの含有率を大きくすればよい。しかるに、本発明
者達の行なった実験によると、例えば、Ｃの含有率が
０．８％以上であるＳｉＧｅＣ層をベース領域として用
いたＨＢＴにおいて、ベース電流のｎ値が約２となるな
ど、Ｃの含有率を高くするとＨＢＴの高周波特性が劣化
することがわかった。以下、本発明者達の行なった実験
結果について説明する。
【０００８】図８（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、Ｓ
ｉＧｅ0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.26 8 Ｃ0.0091ＨＢＴの
ガンメルプロットを示す図である。図９（ａ），（ｂ）
は、それぞ順に、ＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ
0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴの電流増倍率（β）を示す図であ
る。ただし、本明細書において、「ＳｉＧｅ0.268 ＨＢ
Ｔ」，「ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴ」などと表記す
るときは、Ｓｉの組成率は、１から他の材料（Ｇｅ，Ｃ
など）の含有率を差し引いた値であることを意味する。
ｉＧｅ0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.26 8 Ｃ0.0091ＨＢＴの
ガンメルプロットを示す図である。図９（ａ），（ｂ）
は、それぞ順に、ＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ
0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴの電流増倍率（β）を示す図であ
る。ただし、本明細書において、「ＳｉＧｅ0.268 ＨＢ
Ｔ」，「ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴ」などと表記す
るときは、Ｓｉの組成率は、１から他の材料（Ｇｅ，Ｃ
など）の含有率を差し引いた値であることを意味する。
【０００９】図８（ａ），（ｂ）を比較するとわかるよ
うに、ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴのベース電流Ｉｂ
のｎ値（傾き）は、ＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴのｎ値に比べ
て著しく劣化している。また、図９（ａ），（ｂ）を比
較するとわかるように、ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴ
の電流増倍率βは最大値でも５０しかなく、ＳｉＧｅ
0.268 ＨＢＴの電流増倍率βの最大値が４００であるの
に比べて劣化している。この原因は、ＳｉＧｅＣ−ＨＢ
ＴにおいてＣの含有率が１％に近くなると再結合電流が
増大することからｎ値が劣化し、このｎ値の劣化によっ
て、電流増倍率βが低下するものと思われる。
うに、ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴのベース電流Ｉｂ
のｎ値（傾き）は、ＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴのｎ値に比べ
て著しく劣化している。また、図９（ａ），（ｂ）を比
較するとわかるように、ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴ
の電流増倍率βは最大値でも５０しかなく、ＳｉＧｅ
0.268 ＨＢＴの電流増倍率βの最大値が４００であるの
に比べて劣化している。この原因は、ＳｉＧｅＣ−ＨＢ
ＴにおいてＣの含有率が１％に近くなると再結合電流が
増大することからｎ値が劣化し、このｎ値の劣化によっ
て、電流増倍率βが低下するものと思われる。
【００１０】図１０は、ＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧ
ｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴのエミッタ・ベース間のダイオ
ード特性の順方向の電流電圧特性の測定結果と、電子の
再結合電流と拡散電流の和の計算値の測定結果とのフィ
ッティングを調べるための図である。同図においては、
ダイオードの電子の再結合電流と拡散電流の和の計算値
をエミッタ・ベース間の空乏層中での再結合寿命（τr
）をパラメータとして測定結果とフィッティングさせ
ている。このダイオード特性の結果から分かるように、
Ｃの含有率が０％のＳｉＧｅＣ層（つまりＳｉＧｅ層）
においては再結合寿命が約１００ｎｓｅｃであるのに対
して、Ｃの含有率が０．９１％のＳｉＧｅＣ層において
は再結合寿命が約４００ｐｓｅｃになる。このように、
Ｃの含有率が１％に近くなると再結合寿命が著しく小さ
くなって再結合電流が非常に大きくなる結果、特性の劣
化が生じているものと考えられる。
ｅ0.268 Ｃ0.0091ＨＢＴのエミッタ・ベース間のダイオ
ード特性の順方向の電流電圧特性の測定結果と、電子の
再結合電流と拡散電流の和の計算値の測定結果とのフィ
ッティングを調べるための図である。同図においては、
ダイオードの電子の再結合電流と拡散電流の和の計算値
をエミッタ・ベース間の空乏層中での再結合寿命（τr
）をパラメータとして測定結果とフィッティングさせ
ている。このダイオード特性の結果から分かるように、
Ｃの含有率が０％のＳｉＧｅＣ層（つまりＳｉＧｅ層）
においては再結合寿命が約１００ｎｓｅｃであるのに対
して、Ｃの含有率が０．９１％のＳｉＧｅＣ層において
は再結合寿命が約４００ｐｓｅｃになる。このように、
Ｃの含有率が１％に近くなると再結合寿命が著しく小さ
くなって再結合電流が非常に大きくなる結果、特性の劣
化が生じているものと考えられる。
【００１１】図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、
ベース領域に均一にＧｅを含有しているＳｉＧｅ0.268
ＨＢＴのベース領域における再結合寿命を１×１０-5ｓ
ｅｃから１×１０-9ｓｅｃまで変化させてガンメルプロ
ット，電流増倍率をシミュレ−ションした結果を示す図
である。図１１（ａ）からわかるように、再結合寿命が
小さくなると、コレクタ電流はあまり影響は受けないも
のの、ベ−ス電流の再結合電流が非常に大きくなること
によってｎ値が劣化することがわかる。また、図１１
（ｂ）からわかるように、再結合寿命が小さくなると、
上述のようにベ−ス電流の再結合電流が増加することに
よって電流増倍率βが大幅に低下する。このように、再
結合寿命が小さくなった場合、トランジスタの特性を劣
化させる原因となる。
ベース領域に均一にＧｅを含有しているＳｉＧｅ0.268
ＨＢＴのベース領域における再結合寿命を１×１０-5ｓ
ｅｃから１×１０-9ｓｅｃまで変化させてガンメルプロ
ット，電流増倍率をシミュレ−ションした結果を示す図
である。図１１（ａ）からわかるように、再結合寿命が
小さくなると、コレクタ電流はあまり影響は受けないも
のの、ベ−ス電流の再結合電流が非常に大きくなること
によってｎ値が劣化することがわかる。また、図１１
（ｂ）からわかるように、再結合寿命が小さくなると、
上述のようにベ−ス電流の再結合電流が増加することに
よって電流増倍率βが大幅に低下する。このように、再
結合寿命が小さくなった場合、トランジスタの特性を劣
化させる原因となる。
【００１２】Ｃの含有率が高いＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにお
いて、再結合寿命が小さくなる原因の一つとして、Ｃの
含有率が高いＳｉＧｅＣ結晶の場合、結晶中の格子間位
置に存在するＣの量が増加することが挙げられる。この
格子間位置に存在するＣが再結合準位を構成し、再結合
電流を増加させると考えられる。
いて、再結合寿命が小さくなる原因の一つとして、Ｃの
含有率が高いＳｉＧｅＣ結晶の場合、結晶中の格子間位
置に存在するＣの量が増加することが挙げられる。この
格子間位置に存在するＣが再結合準位を構成し、再結合
電流を増加させると考えられる。
【００１３】本発明の目的は、エミッタ・ベ−ス間の再
結合電流の減少と、低電圧駆動化，高周波特性の向上と
を併せて実現しうるヘテロバイポーラトランジスタを提
供することにある。
結合電流の減少と、低電圧駆動化，高周波特性の向上と
を併せて実現しうるヘテロバイポーラトランジスタを提
供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のヘテロバ
イポーラトランジスタは、基板上に設けられ、Ｓｉを含
む半導体材料からなる第１導電型のコレクタ領域と、上
記コレクタ領域の上に設けられ、Ｃ含有率およびＧｅ含
有率が互いに異なる第２導電型のＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy
層（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなる第１ベース領域
および第２ベース領域を有する第２導電型のベース領域
と、上記ベース領域の上に設けられ、上記ベース領域と
の間でヘテロ接合を形成するＳｉを含む半導体材料から
なる第１導電型のエミッタ領域とを備え、上記第１ベー
ス領域は上記コレクタ領域に隣接する領域を含み、上記
第２ベース領域は上記エミッタ領域に隣接する領域を含
み、上記第１ベース領域のＣの含有率が、上記第２ベー
ス領域のＣ含有率よりも大きく、上記第１ベース領域の
Ｇｅ含有率が、上記第２ベース領域のＧｅ含有率よりも
大きく、上記第１ベース領域のＧｅ含有率は、上記エミ
ッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向に増大して
いる一方、上記第１ベース領域のＣ含有率は一定であ
る。
イポーラトランジスタは、基板上に設けられ、Ｓｉを含
む半導体材料からなる第１導電型のコレクタ領域と、上
記コレクタ領域の上に設けられ、Ｃ含有率およびＧｅ含
有率が互いに異なる第２導電型のＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy
層（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなる第１ベース領域
および第２ベース領域を有する第２導電型のベース領域
と、上記ベース領域の上に設けられ、上記ベース領域と
の間でヘテロ接合を形成するＳｉを含む半導体材料から
なる第１導電型のエミッタ領域とを備え、上記第１ベー
ス領域は上記コレクタ領域に隣接する領域を含み、上記
第２ベース領域は上記エミッタ領域に隣接する領域を含
み、上記第１ベース領域のＣの含有率が、上記第２ベー
ス領域のＣ含有率よりも大きく、上記第１ベース領域の
Ｇｅ含有率が、上記第２ベース領域のＧｅ含有率よりも
大きく、上記第１ベース領域のＧｅ含有率は、上記エミ
ッタ領域から上記コレクタ領域に向かう方向に増大して
いる一方、上記第１ベース領域のＣ含有率は一定であ
る。
【００１５】これにより、ベース領域のうちエミッタ領
域に隣接する領域では比較的Ｃ含有率が低いので、エミ
ッタ・ベース接合部に形成される空乏層にはＣ含有率の
高い領域が少なくなり、空乏層における再結合中心の数
を低減することができる。よって、再結合中心が空乏層
に存在することに起因する再結合電流を抑制することが
できる。すなわち、ＳｉＧｅＣ層からなるベース領域を
利用したヘテロ接合を利用して、低駆動電圧化を図りつ
つ、電流増倍率や高周波特性などの電気的特性の改善を
図ることができる。
域に隣接する領域では比較的Ｃ含有率が低いので、エミ
ッタ・ベース接合部に形成される空乏層にはＣ含有率の
高い領域が少なくなり、空乏層における再結合中心の数
を低減することができる。よって、再結合中心が空乏層
に存在することに起因する再結合電流を抑制することが
できる。すなわち、ＳｉＧｅＣ層からなるベース領域を
利用したヘテロ接合を利用して、低駆動電圧化を図りつ
つ、電流増倍率や高周波特性などの電気的特性の改善を
図ることができる。
【００１６】上記第２ベース領域のＣ含有率が０．８％
未満であることが好ましい。
未満であることが好ましい。
【００１７】上記第２ベース領域のＣ含有率が０．０１
％以上であることにより、ベース領域におけるバンド構
造の調整を微細に行なうことが可能になる。
％以上であることにより、ベース領域におけるバンド構
造の調整を微細に行なうことが可能になる。
【００１８】エミッタ・ベース接合部に形成される空乏
層が、上記第２ベース領域内に収まっていることによ
り、再結合電流をより効果的に抑制することが可能にな
る。
層が、上記第２ベース領域内に収まっていることによ
り、再結合電流をより効果的に抑制することが可能にな
る。
【００１９】上記第２ベース領域のＧｅ含有率が一定で
あることにより、拡散層の深さ位置がばらついても、エ
ミッタベース接合の拡散電位がほぼ一定なので、動作電
圧をほぼ一定に保持することができる。
あることにより、拡散層の深さ位置がばらついても、エ
ミッタベース接合の拡散電位がほぼ一定なので、動作電
圧をほぼ一定に保持することができる。
【００２０】
【００２１】上記第２ベース領域の厚みが、５ｎｍ以上
であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより
好ましい。
であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより
好ましい。
【００２２】上記第１ベース領域では、上記エミッタ領
域から上記コレクタ領域に向かう方向にバンドギャップ
が小さくなるように構成されていることにより、キャリ
アのベース領域における走行を加速して、高周波特性の
向上を図ることができる。
域から上記コレクタ領域に向かう方向にバンドギャップ
が小さくなるように構成されていることにより、キャリ
アのベース領域における走行を加速して、高周波特性の
向上を図ることができる。
【００２３】
【００２４】上記第２のベース領域と接する第１ベース
領域の端部のバンドギャップが上記第２ベース領域のバ
ンドギャップと等しいか小さいことにより、特に低駆動
電圧化を著しく図ることができる。
領域の端部のバンドギャップが上記第２ベース領域のバ
ンドギャップと等しいか小さいことにより、特に低駆動
電圧化を著しく図ることができる。
【００２５】その場合、上記第２ベース領域と接する上
記第１のベース領域の端部におけるＧｅの含有率と、上
記第２ベース領域におけるＧｅの含有率の差をΔｘと
し、上記第２ベース領域と接する上記第１のベース領域
の端部におけるＣの含有率と、上記第２ベース領域にお
けるＣの含有率の差をΔｘとしたときに、Δｘ≧４．２
８８Δｙの関係があることが好ましい。
記第１のベース領域の端部におけるＧｅの含有率と、上
記第２ベース領域におけるＧｅの含有率の差をΔｘと
し、上記第２ベース領域と接する上記第１のベース領域
の端部におけるＣの含有率と、上記第２ベース領域にお
けるＣの含有率の差をΔｘとしたときに、Δｘ≧４．２
８８Δｙの関係があることが好ましい。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【発明の実施の形態】各実施形態について説明する前
に、Ｓｉ，Ｇｅ及びＣを含む三元混晶半導体であるＳｉ
ＧｅＣ層によってヘテロバイポーラトランジスタのベー
ス層を構成したヘテロバイポーラトランジスタの基本的
な利点について説明する。
に、Ｓｉ，Ｇｅ及びＣを含む三元混晶半導体であるＳｉ
ＧｅＣ層によってヘテロバイポーラトランジスタのベー
ス層を構成したヘテロバイポーラトランジスタの基本的
な利点について説明する。
【００２９】図１は、ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体におけ
るＧｅ及びＣの含有率とバンドギャップ，格子歪みの関
係を示す状態図である。同図において、横軸はＧｅ含有
率を表し縦軸はＣ含有率を表し、かつ、歪み量（圧縮歪
み及び引っ張り歪みを含む），バンドギャップがそれぞ
れ一定となる組成条件を直線によって示している。図１
中、ドットハッチングを施した領域は、Ｓｉ層上のＳｉ
ＧｅＣ層における格子歪み量が１．０％以内で、かつバ
ンドギャップが従来の実用的なＳｉＧｅ（Ｇｅ含有率が
約１０％）のバンドギャップよりも小さくできる領域で
ある。この領域は、Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy とあらわされ
るＳｉＧｅＣにおいて、Ｇｅの含有率をｘ、Ｃの含有率
をｙとした場合、次の４つの直線 直線 ：ｙ＝０．１２２ｘ−０．０３２ 直線 ：ｙ＝０．１２４５ｘ＋０．０２８ 直線 ：ｙ＝０．２３３２ｘ−０．０２３３（Ｇｅ含
有率が２２％以下） 直線 ：ｙ＝０．０６２２ｘ＋０．０１２７（Ｇｅ含
有率が２２％以下） によって囲まれる領域である。なお、図中、格子歪みが
０％と記された直線上の組成を有するＳｉＧｅＣ層は、
下地のＳｉ層と格子整合している。
るＧｅ及びＣの含有率とバンドギャップ，格子歪みの関
係を示す状態図である。同図において、横軸はＧｅ含有
率を表し縦軸はＣ含有率を表し、かつ、歪み量（圧縮歪
み及び引っ張り歪みを含む），バンドギャップがそれぞ
れ一定となる組成条件を直線によって示している。図１
中、ドットハッチングを施した領域は、Ｓｉ層上のＳｉ
ＧｅＣ層における格子歪み量が１．０％以内で、かつバ
ンドギャップが従来の実用的なＳｉＧｅ（Ｇｅ含有率が
約１０％）のバンドギャップよりも小さくできる領域で
ある。この領域は、Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy とあらわされ
るＳｉＧｅＣにおいて、Ｇｅの含有率をｘ、Ｃの含有率
をｙとした場合、次の４つの直線 直線 ：ｙ＝０．１２２ｘ−０．０３２ 直線 ：ｙ＝０．１２４５ｘ＋０．０２８ 直線 ：ｙ＝０．２３３２ｘ−０．０２３３（Ｇｅ含
有率が２２％以下） 直線 ：ｙ＝０．０６２２ｘ＋０．０１２７（Ｇｅ含
有率が２２％以下） によって囲まれる領域である。なお、図中、格子歪みが
０％と記された直線上の組成を有するＳｉＧｅＣ層は、
下地のＳｉ層と格子整合している。
【００３０】したがって、エミッタ層、ベース層、コレ
クタ層からなるヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、ベース層を図１のドットハッチングで示された領域
の組成からなるＳｉＧｅＣによって構成することで、格
子歪みによつ不具合を招くことなくナローバンドギャッ
プベースを実現することができる。
クタ層からなるヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、ベース層を図１のドットハッチングで示された領域
の組成からなるＳｉＧｅＣによって構成することで、格
子歪みによつ不具合を招くことなくナローバンドギャッ
プベースを実現することができる。
【００３１】つまり、ベース層にバンドギャップが小さ
く、かつ格子歪み量が小さくなる材料としてＳｉＧｅＣ
三元混晶半導体材料を選択することにより、信頼性が高
く、低電圧動作、高速動作が可能なヘテロバイポーラト
ランジスタを実現することができる。
く、かつ格子歪み量が小さくなる材料としてＳｉＧｅＣ
三元混晶半導体材料を選択することにより、信頼性が高
く、低電圧動作、高速動作が可能なヘテロバイポーラト
ランジスタを実現することができる。
【００３２】なお、図１は、ＳｉＧｅＣ層の下地層がＳ
ｉ単一組成を有する場合の状態図であるが、下地層がＳ
ｉにＧｅやＣを多少含む場合であっても、ＳｉＧｅＣ層
の格子歪みが１．０％以下で、かつ、下地層とＳｉＧｅ
Ｃ層とバンドギャップの差を大きく確保できる限り、同
様の効果を発揮することができる。
ｉ単一組成を有する場合の状態図であるが、下地層がＳ
ｉにＧｅやＣを多少含む場合であっても、ＳｉＧｅＣ層
の格子歪みが１．０％以下で、かつ、下地層とＳｉＧｅ
Ｃ層とバンドギャップの差を大きく確保できる限り、同
様の効果を発揮することができる。
【００３３】図２は、本発明の各実施形態に共通するヘ
テロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の断面図であ
る。同図に示すように、本実施形態のＨＢＴは、ｐ型不
純物を含むＳｉ基板１０と、Ｓｉ基板１０にｎ型不純物
（例えばリン）を導入して形成されたＳｉコレクタ埋め
込み層１１と、Ｓｉコレクタ埋め込み層１１の上に設け
られたＣ含有率の高いＳｉＧｅＣ層からなる第１ベース
領域１２と、第１ベース領域１２の上に設けられたＣ含
有率の低いＳｉＧｅＣ層又はＳｉＧｅ層からなる第２ベ
ース領域１３と、第２ベース領域１３の上に設けられた
Ｓｉキャップ層１４と、Ｓｉキャップ層１４の上に設け
られたポリシリコン膜からなるエミッタ電極１５とを備
えている。
テロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の断面図であ
る。同図に示すように、本実施形態のＨＢＴは、ｐ型不
純物を含むＳｉ基板１０と、Ｓｉ基板１０にｎ型不純物
（例えばリン）を導入して形成されたＳｉコレクタ埋め
込み層１１と、Ｓｉコレクタ埋め込み層１１の上に設け
られたＣ含有率の高いＳｉＧｅＣ層からなる第１ベース
領域１２と、第１ベース領域１２の上に設けられたＣ含
有率の低いＳｉＧｅＣ層又はＳｉＧｅ層からなる第２ベ
ース領域１３と、第２ベース領域１３の上に設けられた
Ｓｉキャップ層１４と、Ｓｉキャップ層１４の上に設け
られたポリシリコン膜からなるエミッタ電極１５とを備
えている。
【００３４】次に、このＨＢＴの製造方法について説明
する。まず、Ｓｉ基板１０の表面部にイオン注入法など
を用いてｎ型の不純物となるリン（ｐ）を濃度が約２×
１０ 17／ｃｍ3 で導入して、コレクタ埋め込み層１１を
形成する。そして、コレクタ埋め込み層１１の上に、Ｕ
ＨＶ−ＣＶＤ法などにより、Ｃの含有率の高いＳｉＧｅ
Ｃ層からなる第１ベ−ス領域１２と、第１ベース領域１
２よりもＣの含有率の低いＳｉＧｅＣ層又はＳｉＧｅ層
からなる第２ベース領域１３とを、順にエピタキシャル
成長させる。ここで、第２ベース領域１３の少なくとも
エミッタ領域側端部（Ｓｉキャップ層側端部）において
は、Ｃ含有率を０．８％未満とする。このとき、エピタ
キシャル成長のソースとして、Ｓｉの原料にはシランや
ジシランを用い、Ｇｅの原料にはゲルマンを用い、Ｃの
原料にはメチルシランやメチルゲルマンなどを用いる。
第１，第２ベ−ス領域１２，１３には、例えばｐ型不純
物となるボロン（Ｂ）を約４×１０18／ｃｍ3 の濃度で
ド−ピングし、第１ベ−ス領域１２の膜厚は約３５ｎｍ
程度と第２ベ−ス領域１３の膜厚は約２５ｎｍ程度（合
計膜厚が約６０ｎｍ）とする。その後、第２ベース領域
１３の上にＳｉ層からなるＳｉキャップ層１４をエピタ
キシャル成長させる。Ｓｉキャップ層１４には不純物を
ド−ピングせず、Ｓｉキャップ層１４の膜厚は約１０ｎ
ｍ程度とする。さらに、Ｓｉキャップ層１４の上に、一
部だけを開口させたシリコン酸化膜１６を形成し、その
開口部及びシリコン酸化膜１６の上に、砒素（Ａｓ）や
リン（Ｐ）などのｎ型不純物を含むｎ+ 型ポリシリコン
膜からなるエミッタ電極１５を形成する。このエミッタ
電極１５には、砒素（又はリン）が約１×１０20／ｃｍ
3 以上の高濃度でドープされており、熱処理によってＳ
ｉキャップ層１４内にｎ型不純物を拡散させて、Ｓｉキ
ャップ層１４内にエミッタ領域１４ａを形成する。
する。まず、Ｓｉ基板１０の表面部にイオン注入法など
を用いてｎ型の不純物となるリン（ｐ）を濃度が約２×
１０ 17／ｃｍ3 で導入して、コレクタ埋め込み層１１を
形成する。そして、コレクタ埋め込み層１１の上に、Ｕ
ＨＶ−ＣＶＤ法などにより、Ｃの含有率の高いＳｉＧｅ
Ｃ層からなる第１ベ−ス領域１２と、第１ベース領域１
２よりもＣの含有率の低いＳｉＧｅＣ層又はＳｉＧｅ層
からなる第２ベース領域１３とを、順にエピタキシャル
成長させる。ここで、第２ベース領域１３の少なくとも
エミッタ領域側端部（Ｓｉキャップ層側端部）において
は、Ｃ含有率を０．８％未満とする。このとき、エピタ
キシャル成長のソースとして、Ｓｉの原料にはシランや
ジシランを用い、Ｇｅの原料にはゲルマンを用い、Ｃの
原料にはメチルシランやメチルゲルマンなどを用いる。
第１，第２ベ−ス領域１２，１３には、例えばｐ型不純
物となるボロン（Ｂ）を約４×１０18／ｃｍ3 の濃度で
ド−ピングし、第１ベ−ス領域１２の膜厚は約３５ｎｍ
程度と第２ベ−ス領域１３の膜厚は約２５ｎｍ程度（合
計膜厚が約６０ｎｍ）とする。その後、第２ベース領域
１３の上にＳｉ層からなるＳｉキャップ層１４をエピタ
キシャル成長させる。Ｓｉキャップ層１４には不純物を
ド−ピングせず、Ｓｉキャップ層１４の膜厚は約１０ｎ
ｍ程度とする。さらに、Ｓｉキャップ層１４の上に、一
部だけを開口させたシリコン酸化膜１６を形成し、その
開口部及びシリコン酸化膜１６の上に、砒素（Ａｓ）や
リン（Ｐ）などのｎ型不純物を含むｎ+ 型ポリシリコン
膜からなるエミッタ電極１５を形成する。このエミッタ
電極１５には、砒素（又はリン）が約１×１０20／ｃｍ
3 以上の高濃度でドープされており、熱処理によってＳ
ｉキャップ層１４内にｎ型不純物を拡散させて、Ｓｉキ
ャップ層１４内にエミッタ領域１４ａを形成する。
【００３５】つまり、Ｃの含有率が高い第１ベース領域
１２とエミッタ層１４ａとの間にＣの含有率の低い第２
ベース領域１３を介在させ、かつ、第２ベース領域１３
の少なくともエミッタ領域側端部におけるＣ含有率を
０．８％未満とすることにより、第１ベース領域１２に
おいてＣの含有率が高いことによって発生する再結合中
心を、エミッタ・ベ−ス間の空乏層の外方になるように
構成されている。そして、このように構成することによ
り、ベ−ス電流のｎ値の改善やリ−ク電流の減少を図
り、図８（ｂ），図９（ｂ）等に示す不具合を抑制する
ことができる。一方、Ｃの含有率が高い第１ベース領域
１２を設けることにより、従来のＳｉ／ＳｉＧｅＣヘテ
ロ接合を利用したＨＢＴと同様に、格子歪みの発生を抑
制しながら低電圧駆動化を図ることができる。これが、
本発明の基本的な効果である。
１２とエミッタ層１４ａとの間にＣの含有率の低い第２
ベース領域１３を介在させ、かつ、第２ベース領域１３
の少なくともエミッタ領域側端部におけるＣ含有率を
０．８％未満とすることにより、第１ベース領域１２に
おいてＣの含有率が高いことによって発生する再結合中
心を、エミッタ・ベ−ス間の空乏層の外方になるように
構成されている。そして、このように構成することによ
り、ベ−ス電流のｎ値の改善やリ−ク電流の減少を図
り、図８（ｂ），図９（ｂ）等に示す不具合を抑制する
ことができる。一方、Ｃの含有率が高い第１ベース領域
１２を設けることにより、従来のＳｉ／ＳｉＧｅＣヘテ
ロ接合を利用したＨＢＴと同様に、格子歪みの発生を抑
制しながら低電圧駆動化を図ることができる。これが、
本発明の基本的な効果である。
【００３６】図２においては、便宜上第１ベース領域１
２と第２ベース領域１３とに分けているが、本発明は、
第１ベース領域と第２ベース領域とに分けられないもの
にも適用することができる。例えば、ベース層を構成す
るＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy の成分比がベース層全体で連続
的に変化するような場合であってもよい。すなわち、ベ
ース層のうちエミッタ層に隣接する領域におけるＣ含有
率が、ベース層のコレクタ層に隣接する領域におけるＣ
含有率よりも小さければ、本発明の基本的な効果を発揮
することができるからである。
２と第２ベース領域１３とに分けているが、本発明は、
第１ベース領域と第２ベース領域とに分けられないもの
にも適用することができる。例えば、ベース層を構成す
るＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy の成分比がベース層全体で連続
的に変化するような場合であってもよい。すなわち、ベ
ース層のうちエミッタ層に隣接する領域におけるＣ含有
率が、ベース層のコレクタ層に隣接する領域におけるＣ
含有率よりも小さければ、本発明の基本的な効果を発揮
することができるからである。
【００３７】（第１の実施形態）図３（ａ），（ｂ）
は、第１の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図３（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
は、第１の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図３（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
【００３８】図３（ａ）に示すように、本実施形態にお
いては、第１ベース領域１２及び第２ベース領域１３に
亘って、Ｇｅ含有率は一定（例えば２６．８％）とす
る。一方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２において
は０．９１％で、第２ベース領域１３においては０．３
５％であるとする。つまり、第１ベース領域１２はＳｉ
Ｇｅ0.268 Ｃ0.0091層からなり、第２ベース領域１３は
ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0035層からなっている。
いては、第１ベース領域１２及び第２ベース領域１３に
亘って、Ｇｅ含有率は一定（例えば２６．８％）とす
る。一方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２において
は０．９１％で、第２ベース領域１３においては０．３
５％であるとする。つまり、第１ベース領域１２はＳｉ
Ｇｅ0.268 Ｃ0.0091層からなり、第２ベース領域１３は
ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0035層からなっている。
【００３９】このとき、ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0091層のバ
ンドギャップは約０．９５ｅＶであり、Ｇｅ0.268 Ｃ
0.0035層のバンドギャップは約０．９２ｅＶである。こ
のように、Ｇｅ含有率が同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層
されている場合、Ｃの含有率が高い方のバンドギャップ
が大きくなるため、図３（ｂ）に示すように、エミッタ
領域１４ａとＣ含有率の高い第１ベース領域１２との間
に、Ｃの含有率の低いＳｉＧｅＣ層（第２ベース領域１
３）を介在させることにより、エミッタ・ベ−ス接合部
に障壁が生じにくくなる。したがって、Ｃ含有率の低い
第２ベース領域１３の存在は、ＨＢＴの駆動電圧を高く
するような悪影響を与えない。一方、上述のように、Ｃ
含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａ
と第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッ
タ・ベ−ス間の空乏層（図３（ｂ）に示す領域Ｒdp）中
の再結合電流を低減することができる。つまり、ＨＢＴ
において再結合電流の増大に起因するｎ値の劣化や電流
増倍率の低減を抑制しつつ、いっそうの低電圧駆動化を
進めることができる。
ンドギャップは約０．９５ｅＶであり、Ｇｅ0.268 Ｃ
0.0035層のバンドギャップは約０．９２ｅＶである。こ
のように、Ｇｅ含有率が同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層
されている場合、Ｃの含有率が高い方のバンドギャップ
が大きくなるため、図３（ｂ）に示すように、エミッタ
領域１４ａとＣ含有率の高い第１ベース領域１２との間
に、Ｃの含有率の低いＳｉＧｅＣ層（第２ベース領域１
３）を介在させることにより、エミッタ・ベ−ス接合部
に障壁が生じにくくなる。したがって、Ｃ含有率の低い
第２ベース領域１３の存在は、ＨＢＴの駆動電圧を高く
するような悪影響を与えない。一方、上述のように、Ｃ
含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａ
と第１ベース領域１２との間に介在することで、エミッ
タ・ベ−ス間の空乏層（図３（ｂ）に示す領域Ｒdp）中
の再結合電流を低減することができる。つまり、ＨＢＴ
において再結合電流の増大に起因するｎ値の劣化や電流
増倍率の低減を抑制しつつ、いっそうの低電圧駆動化を
進めることができる。
【００４０】なお、第１ベース領域１２及び第２ベース
領域１３との境界がなくベース層を２つの層に分けられ
ない場合や、ベース層を３つ以上の層に分けられる場
合、例えば、ベース層を構成するＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy
の成分比がベース層全体で連続的に変化するような場合
であっても、ベース層のうちエミッタ層に隣接する部分
でＣ含有率が十分小さければ、エミッタ・ベース接合部
に形成される空乏層における再結合電流の抑制効果を発
揮することができる。
領域１３との境界がなくベース層を２つの層に分けられ
ない場合や、ベース層を３つ以上の層に分けられる場
合、例えば、ベース層を構成するＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy
の成分比がベース層全体で連続的に変化するような場合
であっても、ベース層のうちエミッタ層に隣接する部分
でＣ含有率が十分小さければ、エミッタ・ベース接合部
に形成される空乏層における再結合電流の抑制効果を発
揮することができる。
【００４１】−第１の実施形態に関する実験データ−
図１２は、本発明の効果確認のための実験に用いたサン
プルの各パラメータを表にして示す図である。図１２に
おいては、Ｓｉキャップ層１４の厚みをＳと表示し、第
１ベース層１２の厚みをＤ１と表示し、第２ベース層１
３の厚みをＤ２と表示し、第１ベース層１２におけるＧ
ｅ含有率，Ｃ含有率，ボロン濃度をそれぞれＮG1，
ＮC1，ＮB1と表示し、第２ベース層１３におけるＧｅ含
有率，Ｃ含有率，ボロン濃度をそれぞれＮG2，ＮC2，Ｎ
B2と表示している。
プルの各パラメータを表にして示す図である。図１２に
おいては、Ｓｉキャップ層１４の厚みをＳと表示し、第
１ベース層１２の厚みをＤ１と表示し、第２ベース層１
３の厚みをＤ２と表示し、第１ベース層１２におけるＧ
ｅ含有率，Ｃ含有率，ボロン濃度をそれぞれＮG1，
ＮC1，ＮB1と表示し、第２ベース層１３におけるＧｅ含
有率，Ｃ含有率，ボロン濃度をそれぞれＮG2，ＮC2，Ｎ
B2と表示している。
【００４２】図１３は、図１２に示すサンプルについて
測定したバイアス電圧−電流特性のデータを示す図であ
る。同図に示すように、Ｃ含有率の低い層（第２ベース
領域）を設けないサンプル（Ｎｏ．１）では、電圧−電
流特性の傾きが緩やかであることから、再結合電流が大
きいことがわかる。また、Ｃ濃度の低い第２ベース領域
１３の厚みが１０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．２）では、サ
ンプル（Ｎｏ．１）に比べると電圧−電流特性の傾きが
やや立ち上がり若干の再結合電流低減効果はみられるも
のの，その効果は小さい。また、Ｃ濃度の低い第２ベー
ス領域１３の厚みが２０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．３）で
は電流の傾きがやや急峻となり、再結合電流の低減効果
がはっきりと現れている。さらに、第２ベース層１３の
厚みが３０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．４）では、電圧−電
流特性の傾きが急峻になり、再結合電流の低減効果が非
常に大きくなっている。
測定したバイアス電圧−電流特性のデータを示す図であ
る。同図に示すように、Ｃ含有率の低い層（第２ベース
領域）を設けないサンプル（Ｎｏ．１）では、電圧−電
流特性の傾きが緩やかであることから、再結合電流が大
きいことがわかる。また、Ｃ濃度の低い第２ベース領域
１３の厚みが１０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．２）では、サ
ンプル（Ｎｏ．１）に比べると電圧−電流特性の傾きが
やや立ち上がり若干の再結合電流低減効果はみられるも
のの，その効果は小さい。また、Ｃ濃度の低い第２ベー
ス領域１３の厚みが２０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．３）で
は電流の傾きがやや急峻となり、再結合電流の低減効果
がはっきりと現れている。さらに、第２ベース層１３の
厚みが３０ｎｍのサンプル（Ｎｏ．４）では、電圧−電
流特性の傾きが急峻になり、再結合電流の低減効果が非
常に大きくなっている。
【００４３】なお、この実験で用いたサンプルにおいて
は、第１，第２ベース領域１２，１３における不純物
（ボロン）の濃度を２×１０18ｃｍ-3であり、標準的な
ヘテロバイポーラトランジスタのベース領域における不
純物濃度１×１０19ｃｍ-3に比べるとかなり低い。その
ために、エミッタ・ベース接合における空乏層が広がっ
ているものと考えられる。すなわち、ベース領域におけ
る不純物濃度を１×１０ 19ｃｍ-3程度にした場合には、
この実験で用いたサンプルよりもエミッタ・ベース接合
における空乏層の広がりが狭いので、第２ベース領域１
３の厚みが５ｎｍ程度以上であれば、再結合電流の低減
効果が得られる。
は、第１，第２ベース領域１２，１３における不純物
（ボロン）の濃度を２×１０18ｃｍ-3であり、標準的な
ヘテロバイポーラトランジスタのベース領域における不
純物濃度１×１０19ｃｍ-3に比べるとかなり低い。その
ために、エミッタ・ベース接合における空乏層が広がっ
ているものと考えられる。すなわち、ベース領域におけ
る不純物濃度を１×１０ 19ｃｍ-3程度にした場合には、
この実験で用いたサンプルよりもエミッタ・ベース接合
における空乏層の広がりが狭いので、第２ベース領域１
３の厚みが５ｎｍ程度以上であれば、再結合電流の低減
効果が得られる。
【００４４】（第２の実施形態）図４（ａ），（ｂ）
は、第２の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図４（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
は、第２の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図４（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
【００４５】本実施形態においては、第１ベース領域１
２と第２ベース領域１３とのバンドギャップが等しくな
るように、２つの領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調
整している点が特徴である。そのためには、Ｇｅ含有率
を第１，第２ベース領域で同じ値とせずに、第１ベース
領域１２におけるＧｅ含有率を第２ベース領域１３より
も高くすればよい。そして、ＳｉＧｅＣ層における組成
を一般式Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy で表し、第１ベース領域
１２と第２ベース領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔ
ｙとしたときに、第１ベース領域１２と第２ベース領域
１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを下記式（１） Δｘ＝４．２８８Δｙ （１） に基づき決定する。なお、第１ベース領域１２，第２ベ
ース領域１３のいずれにおいても、Ｓｉ層に対して圧縮
歪みを受ける組成となっている。
２と第２ベース領域１３とのバンドギャップが等しくな
るように、２つの領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調
整している点が特徴である。そのためには、Ｇｅ含有率
を第１，第２ベース領域で同じ値とせずに、第１ベース
領域１２におけるＧｅ含有率を第２ベース領域１３より
も高くすればよい。そして、ＳｉＧｅＣ層における組成
を一般式Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy で表し、第１ベース領域
１２と第２ベース領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔ
ｙとしたときに、第１ベース領域１２と第２ベース領域
１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを下記式（１） Δｘ＝４．２８８Δｙ （１） に基づき決定する。なお、第１ベース領域１２，第２ベ
ース領域１３のいずれにおいても、Ｓｉ層に対して圧縮
歪みを受ける組成となっている。
【００４６】図４（ａ）に示すように、本実施形態にお
いては、第１ベース領域１２のＧｅ含有率は高めの一定
値（例えば３１．３％）とし、第２ベース領域１３のＧ
ｅ含有率を低い一定値（例えば２６．８％）とする。一
方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２においては１．
４％で、第２ベース領域１３においては０．３５％であ
るとする。つまり、第１ベース領域１２はＳｉＧｅ
0.313 Ｃ0.014 層からなり、第２ベース領域１３はＳｉ
Ｇｅ0.268 Ｃ0.0035層からなっている。
いては、第１ベース領域１２のＧｅ含有率は高めの一定
値（例えば３１．３％）とし、第２ベース領域１３のＧ
ｅ含有率を低い一定値（例えば２６．８％）とする。一
方、Ｃの含有率は、第１ベース領域１２においては１．
４％で、第２ベース領域１３においては０．３５％であ
るとする。つまり、第１ベース領域１２はＳｉＧｅ
0.313 Ｃ0.014 層からなり、第２ベース領域１３はＳｉ
Ｇｅ0.268 Ｃ0.0035層からなっている。
【００４７】このとき、ＳｉＧｅ0.313 Ｃ0.014 層のバ
ンドギャップは約０．９２ｅＶであり、Ｇｅ0.268 Ｃ
0.0035層のバンドギャップも約０．９２ｅＶであって、
図４（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３
における伝導帯端はフラットになる。このように、バン
ドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている
場合、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができ
る。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース
領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２と
の間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層
（図４（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減す
ることができる。つまり、ＨＢＴにおいて再結合電流の
増大に起因するｎ値の劣化や電流増倍率の低減を抑制し
つつ、特に著しい低電圧駆動化を進めることができる。
ンドギャップは約０．９２ｅＶであり、Ｇｅ0.268 Ｃ
0.0035層のバンドギャップも約０．９２ｅＶであって、
図４（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３
における伝導帯端はフラットになる。このように、バン
ドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている
場合、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができ
る。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース
領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２と
の間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層
（図４（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減す
ることができる。つまり、ＨＢＴにおいて再結合電流の
増大に起因するｎ値の劣化や電流増倍率の低減を抑制し
つつ、特に著しい低電圧駆動化を進めることができる。
【００４８】また、２つのベース領域１２，１３におけ
る伝導帯端がフラットであることにより、キャリアの走
行の障害となるヘテロ障壁が存在しなくなるので、ヘテ
ロバイポーラトランジスタの動作の高速化を図ることが
できる。
る伝導帯端がフラットであることにより、キャリアの走
行の障害となるヘテロ障壁が存在しなくなるので、ヘテ
ロバイポーラトランジスタの動作の高速化を図ることが
できる。
【００４９】（第３の実施形態）図５（ａ），（ｂ）
は、第３の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図５（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
は、第３の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図５（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
【００５０】本実施形態においては、第１ベース領域１
２と第２ベース領域１３の境界部おける両者のバンドギ
ャップを等しくし、第１ベース領域１２のバンドギャッ
プがベース走行電子を加速する方向に変化するように、
第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調
整している点が特徴である。そのために、ＳｉＧｅＣ層
における組成を一般式Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy で表し、第
１ベース領域１２の第２ベース領域側端部と第２ベース
領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、
第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部と第２ベー
ス領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを上記式
（１）に基づき決定する。そして、第１ベース領域１２
におけるＧｅ含有率を、第２ベース領域側端部からコレ
クタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。
２と第２ベース領域１３の境界部おける両者のバンドギ
ャップを等しくし、第１ベース領域１２のバンドギャッ
プがベース走行電子を加速する方向に変化するように、
第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調
整している点が特徴である。そのために、ＳｉＧｅＣ層
における組成を一般式Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy で表し、第
１ベース領域１２の第２ベース領域側端部と第２ベース
領域１３とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、
第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部と第２ベー
ス領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを上記式
（１）に基づき決定する。そして、第１ベース領域１２
におけるＧｅ含有率を、第２ベース領域側端部からコレ
クタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。
【００５１】図５（ａ）に示すように、本実施形態にお
いては、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部に
おけるＧｅ含有率を高めの値（例えば２０．０％）と
し、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部に
おけるＧｅ含有率をさらに高めの値（例えば３０％）と
し、第２ベース領域１３のＧｅ含有率は低い一定値（例
えば１５．２％）とする。一方、Ｃの含有率は、第１ベ
ース領域１２においては高めの一定値（例えば１．４
％）で、第２ベース領域１３においては低めの一定値
（例えば０．３％）であるとする。つまり、第１ベース
領域１２の第２ベース領域側端部はＳｉＧｅ0.20Ｃ
0.014 層からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め
込み層側端部はＳｉＧｅ0.30Ｃ0.014 層からなり、第２
ベース領域１３はＳｉＧｅ0.152 Ｃ0.003 層からなって
いる。
いては、第１ベース領域１２の第２ベース領域側端部に
おけるＧｅ含有率を高めの値（例えば２０．０％）と
し、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部に
おけるＧｅ含有率をさらに高めの値（例えば３０％）と
し、第２ベース領域１３のＧｅ含有率は低い一定値（例
えば１５．２％）とする。一方、Ｃの含有率は、第１ベ
ース領域１２においては高めの一定値（例えば１．４
％）で、第２ベース領域１３においては低めの一定値
（例えば０．３％）であるとする。つまり、第１ベース
領域１２の第２ベース領域側端部はＳｉＧｅ0.20Ｃ
0.014 層からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め
込み層側端部はＳｉＧｅ0.30Ｃ0.014 層からなり、第２
ベース領域１３はＳｉＧｅ0.152 Ｃ0.003 層からなって
いる。
【００５２】このとき、Ｇｅ0.20Ｃ0.014 層のバンドギ
ャップは約１．０２ｅＶであり、ＳｉＧｅ0.152 Ｃ
0.003 層のバンドギャップも約１．０２ｅＶであって、
図５（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３
の境界部におけるバンドギャップは等しい。一方、第１
ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部におけるバ
ンドギャップは約０．９３ｅＶである。したがって、第
１ベース領域１２において、バンドギャップが第２ベー
ス領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向
に徐々に小さくなるように変化しているので、第１ベー
ス領域１２における電子がドリフト電界により加速され
て、電子の走行時間が短縮され、ヘテロバイポーラトラ
ンジスタの高周波特性が向上する。また、境界部におい
てバンドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層され
ている場合、上記第２の実施形態と同様に、よりいっそ
うの低電圧駆動化を図ることができる。そして、上述の
ように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ
領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在すること
で、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図５（ｂ）に示す領
域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。
ャップは約１．０２ｅＶであり、ＳｉＧｅ0.152 Ｃ
0.003 層のバンドギャップも約１．０２ｅＶであって、
図５（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，１３
の境界部におけるバンドギャップは等しい。一方、第１
ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部におけるバ
ンドギャップは約０．９３ｅＶである。したがって、第
１ベース領域１２において、バンドギャップが第２ベー
ス領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向
に徐々に小さくなるように変化しているので、第１ベー
ス領域１２における電子がドリフト電界により加速され
て、電子の走行時間が短縮され、ヘテロバイポーラトラ
ンジスタの高周波特性が向上する。また、境界部におい
てバンドギャップが同じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層され
ている場合、上記第２の実施形態と同様に、よりいっそ
うの低電圧駆動化を図ることができる。そして、上述の
ように、Ｃ含有率の低い第２ベース領域１３がエミッタ
領域１４ａと第１ベース領域１２との間に介在すること
で、エミッタ・ベ−ス間の空乏層（図５（ｂ）に示す領
域Ｒdp）中の再結合電流を低減することができる。
【００５３】すなわち、本実施形態においては、上記第
２の実施形態と同じ効果に加えて、ヘテロバイポーラト
ランジスタの高周波特性の改善を図ることができる。
２の実施形態と同じ効果に加えて、ヘテロバイポーラト
ランジスタの高周波特性の改善を図ることができる。
【００５４】（第４の実施形態）図６（ａ），（ｂ）
は、第４の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図６（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
は、第４の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図６（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
【００５５】本実施形態においては、第１ベース領域１
２と第２ベース領域１３との両者のバンドギャップが等
しくなり、かつ、第１，第２ベース領域１２，１３の境
界部における格子歪みができるだけ小さくなるように、
第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調
整している点が特徴である。そのために、第１ベース領
域１２の第２ベース領域側端部におけるＧｅ及びＣ含有
率は第２ベース領域１３と同じとしつつ、第１ベース領
域１２におけるＧｅ含有率及びＣ含有率を、第２ベース
領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に
増大させる。その際、ＳｉＧｅＣ層における組成を一般
式Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy で表し、第１ベース領域１２の
第１ベース領域側端部を除く領域と第２ベース領域１３
とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、第１ベー
ス領域１２の第１ベース領域側端部を除く領域と第２ベ
ース領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを上記式
（１）に基づき決定する。
２と第２ベース領域１３との両者のバンドギャップが等
しくなり、かつ、第１，第２ベース領域１２，１３の境
界部における格子歪みができるだけ小さくなるように、
第１，第２ベース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調
整している点が特徴である。そのために、第１ベース領
域１２の第２ベース領域側端部におけるＧｅ及びＣ含有
率は第２ベース領域１３と同じとしつつ、第１ベース領
域１２におけるＧｅ含有率及びＣ含有率を、第２ベース
領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に
増大させる。その際、ＳｉＧｅＣ層における組成を一般
式Ｓｉ1-x-y Ｇｅx Ｃy で表し、第１ベース領域１２の
第１ベース領域側端部を除く領域と第２ベース領域１３
とにおけるＣ含有率の差をΔｙとしたときに、第１ベー
ス領域１２の第１ベース領域側端部を除く領域と第２ベ
ース領域１３とにおけるＧｅ含有率の差Δｘを上記式
（１）に基づき決定する。
【００５６】図６（ａ）に示すように、本実施形態にお
いては、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第
２ベース領域側端部とにおけるＧｅ含有率を共通の値
（例えば２６．８％）とし、第１ベース領域１２のコレ
クタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率を高めの値
（例えば３１．３％）とする。一方、Ｃの含有率は、第
２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領
域側端部とにおいては共通の値（例えば０．３５％）
で、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部に
おいてはより高めの値（例えば１．４％）であるとす
る。つまり、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２
の第２ベース領域側端部とはＳｉＧｅ0.268 Ｃ0. 0035層
からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側
端部はＳｉＧｅ0. 313 Ｃ0.014 層からなっている。
いては、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第
２ベース領域側端部とにおけるＧｅ含有率を共通の値
（例えば２６．８％）とし、第１ベース領域１２のコレ
クタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率を高めの値
（例えば３１．３％）とする。一方、Ｃの含有率は、第
２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領
域側端部とにおいては共通の値（例えば０．３５％）
で、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部に
おいてはより高めの値（例えば１．４％）であるとす
る。つまり、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２
の第２ベース領域側端部とはＳｉＧｅ0.268 Ｃ0. 0035層
からなり、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側
端部はＳｉＧｅ0. 313 Ｃ0.014 層からなっている。
【００５７】このとき、ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0.0035層のバ
ンドギャップは約０．９３ｅＶであり、ＳｉＧｅ0.313
Ｃ0.014 層のバンドギャップは約０．９３ｅＶであっ
て、図６（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，
１３におけるバンドギャップは等しい。そして、第１，
第２ベース領域１２，１３の境界部におけるＧｅ，Ｃ含
有率がともに等しいので、境界部における格子定数の急
激な変化がないことで、ベース領域全体としての格子歪
みをできるだけ小さくすることができる。よって、格子
歪みによる転位などの欠陥の発生を抑制することができ
るので、ヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の
向上を図ることができる。
ンドギャップは約０．９３ｅＶであり、ＳｉＧｅ0.313
Ｃ0.014 層のバンドギャップは約０．９３ｅＶであっ
て、図６（ｂ）に示すように、２つのベース領域１２，
１３におけるバンドギャップは等しい。そして、第１，
第２ベース領域１２，１３の境界部におけるＧｅ，Ｃ含
有率がともに等しいので、境界部における格子定数の急
激な変化がないことで、ベース領域全体としての格子歪
みをできるだけ小さくすることができる。よって、格子
歪みによる転位などの欠陥の発生を抑制することができ
るので、ヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の
向上を図ることができる。
【００５８】一方、バンドギャップが同じ２つのＳｉＧ
ｅＣ層が積層されている場合、上記第２の実施形態と同
様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができ
る。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース
領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２と
の間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層
（図６（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減す
ることができる。
ｅＣ層が積層されている場合、上記第２の実施形態と同
様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図ることができ
る。そして、上述のように、Ｃ含有率の低い第２ベース
領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベース領域１２と
の間に介在することで、エミッタ・ベ−ス間の空乏層
（図６（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電流を低減す
ることができる。
【００５９】すなわち、本実施形態においては、上記第
２の実施形態と同じ効果に加えて、欠陥の発生の抑制に
よりヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の改善
を図ることができる。
２の実施形態と同じ効果に加えて、欠陥の発生の抑制に
よりヘテロバイポーラトランジスタの電気的特性の改善
を図ることができる。
【００６０】（第５の実施形態）図７（ａ），（ｂ）
は、第５の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図７（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
は、第５の実施形態における第１ベース領域及び第２ベ
ース領域のＣ及びＧｅ含有率と不純物であるボロン
（Ｂ）の濃度とを示す図、及び電圧印加時におけるエミ
ッタ領域−ベース領域−コレクタ領域のエネルギーバン
ド図である。なお、図７（ａ）において、ｎ型不純物の
濃度の図示は省略されている。
【００６１】本実施形態においては、第１ベース領域１
２と第２ベース領域１３の境界部おける両者のバンドギ
ャップを等しくし、第１ベース領域１２のバンドギャッ
プがベース走行電子を加速する方向に変化させるととも
に、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部における
格子歪みができるだけ小さくなるように、第１，第２ベ
ース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調整している点
が特徴である。そのために、第１ベース領域１２の第２
ベース領域側端部におけるＧｅ及びＣ含有率は第２ベー
ス領域１３と同じとしつつ、第１ベース領域１２におけ
るＣ含有率及びＧｅ含有率を、第２ベース領域側端部か
らコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。
２と第２ベース領域１３の境界部おける両者のバンドギ
ャップを等しくし、第１ベース領域１２のバンドギャッ
プがベース走行電子を加速する方向に変化させるととも
に、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部における
格子歪みができるだけ小さくなるように、第１，第２ベ
ース領域１２，１３のＧｅ，Ｃ含有率を調整している点
が特徴である。そのために、第１ベース領域１２の第２
ベース領域側端部におけるＧｅ及びＣ含有率は第２ベー
ス領域１３と同じとしつつ、第１ベース領域１２におけ
るＣ含有率及びＧｅ含有率を、第２ベース領域側端部か
らコレクタ埋め込み層１１に向かう方向に増大させる。
【００６２】図７（ａ）に示すように、本実施形態にお
いては、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第
２ベース領域側端部とにおけるＧｅ含有率を共通の値
（例えば１５．２％）とし、第１ベース領域１２のコレ
クタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率を高めの値
（例えば３０％）とする。一方、Ｃの含有率は、第２ベ
ース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側
端部とにおいては共通の値（例えば０．３％）で、第１
ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部においては
より高めの値（例えば１．４％）であるとする。つま
り、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベ
ース領域側端部とはＳｉＧｅ0.152 Ｃ0.003層からな
り、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部は
ＳｉＧｅ0.30Ｃ0. 014 層からなっている。
いては、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第
２ベース領域側端部とにおけるＧｅ含有率を共通の値
（例えば１５．２％）とし、第１ベース領域１２のコレ
クタ埋め込み層側端部におけるＧｅ含有率を高めの値
（例えば３０％）とする。一方、Ｃの含有率は、第２ベ
ース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベース領域側
端部とにおいては共通の値（例えば０．３％）で、第１
ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部においては
より高めの値（例えば１．４％）であるとする。つま
り、第２ベース領域１３と第１ベース領域１２の第２ベ
ース領域側端部とはＳｉＧｅ0.152 Ｃ0.003層からな
り、第１ベース領域１２のコレクタ埋め込み層側端部は
ＳｉＧｅ0.30Ｃ0. 014 層からなっている。
【００６３】このとき、ＳｉＧｅ0.152 Ｃ0.003層のバ
ンドギャップは約１．０２ｅＶであり、ＳｉＧｅ0.30Ｃ
0.014 層バンドギャップは約０．９３ｅＶである。した
がって、第１ベース領域１２において、バンドギャップ
が第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に
向かう方向に徐々に小さくなるように変化しているの
で、第１ベース領域１２における電子がドリフト電界に
より加速されて、電子の走行時間が短縮され、ヘテロバ
イポーラトランジスタの高周波特性が向上する。そし
て、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部における
Ｇｅ，Ｃ含有率がともに等しいので、境界部における格
子定数の急激な変化がないことで、ベース領域全体とし
ての格子歪みをできるだけ小さくすることができる。よ
って、格子歪みによる転位などの欠陥の発生を抑制する
ことができるので、ヘテロバイポーラトランジスタの電
気的特性の向上を図ることができる。
ンドギャップは約１．０２ｅＶであり、ＳｉＧｅ0.30Ｃ
0.014 層バンドギャップは約０．９３ｅＶである。した
がって、第１ベース領域１２において、バンドギャップ
が第２ベース領域側端部からコレクタ埋め込み層１１に
向かう方向に徐々に小さくなるように変化しているの
で、第１ベース領域１２における電子がドリフト電界に
より加速されて、電子の走行時間が短縮され、ヘテロバ
イポーラトランジスタの高周波特性が向上する。そし
て、第１，第２ベース領域１２，１３の境界部における
Ｇｅ，Ｃ含有率がともに等しいので、境界部における格
子定数の急激な変化がないことで、ベース領域全体とし
ての格子歪みをできるだけ小さくすることができる。よ
って、格子歪みによる転位などの欠陥の発生を抑制する
ことができるので、ヘテロバイポーラトランジスタの電
気的特性の向上を図ることができる。
【００６４】また、境界部においてバンドギャップが同
じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、上記第２
の実施形態と同様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図
ることができる。そして、上述のように、Ｃ含有率の低
い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベー
ス領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス
間の空乏層（図７（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電
流を低減することができる。
じ２つのＳｉＧｅＣ層が積層されている場合、上記第２
の実施形態と同様に、よりいっそうの低電圧駆動化を図
ることができる。そして、上述のように、Ｃ含有率の低
い第２ベース領域１３がエミッタ領域１４ａと第１ベー
ス領域１２との間に介在することで、エミッタ・ベ−ス
間の空乏層（図７（ｂ）に示す領域Ｒdp）中の再結合電
流を低減することができる。
【００６５】すなわち、本実施形態においては、上記第
３の実施形態と第４の実施形態の効果を併せて発揮する
ことができる。
３の実施形態と第４の実施形態の効果を併せて発揮する
ことができる。
【００６６】（その他の実施形態）なお、上記各実施形
態においては、第２ベース領域１３がＳｉＧｅＣ層であ
る場合のみについて説明したが、上記各実施形態は、第
２ベース領域１３がＳｉＧｅ層によって構成されている
ものについても適用することができる。
態においては、第２ベース領域１３がＳｉＧｅＣ層であ
る場合のみについて説明したが、上記各実施形態は、第
２ベース領域１３がＳｉＧｅ層によって構成されている
ものについても適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】本発明のヘテロバイポーラトランジスタ
によれば、ＳｉＧｅＣ層からなるベース領域のうちエミ
ッタ領域に隣接する領域のＣ含有率を、コレクタ領域に
隣接領域のＣ含有率よりも小さくしたので、再結合電流
の抑制により、低駆動電圧化を図りつつ、電流増倍率や
高周波特性などの電気的特性の改善を図ることができ
る。
によれば、ＳｉＧｅＣ層からなるベース領域のうちエミ
ッタ領域に隣接する領域のＣ含有率を、コレクタ領域に
隣接領域のＣ含有率よりも小さくしたので、再結合電流
の抑制により、低駆動電圧化を図りつつ、電流増倍率や
高周波特性などの電気的特性の改善を図ることができ
る。
【図１】ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体におけるＧｅ及びＣ
の含有率とバンドギャップ，格子歪みの関係を示す状態
図である。
の含有率とバンドギャップ，格子歪みの関係を示す状態
図である。
【図２】本発明の各実施形態に共通するヘテロバイポー
ラトランジスタ（ＨＢＴ）の断面図である。
ラトランジスタ（ＨＢＴ）の断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態におけるＨ
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、第２の実施形態におけるＨ
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、第３の実施形態におけるＨ
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、第４の実施形態におけるＨ
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、第５の実施形態におけるＨ
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
ＢＴのＣ，Ｇｅ含有率とボロン濃度とを示す図、及び電
圧印加時におけるエネルギーバンド図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＳｉＧｅ
0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.268 Ｃ 0.0091ＨＢＴのガンメ
ルプロットを示す図である。
0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.268 Ｃ 0.0091ＨＢＴのガンメ
ルプロットを示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は、それぞ順に、ＳｉＧｅ
0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0. 0091ＨＢＴの電流増
倍率（β）を示す図である。
0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.268 Ｃ0. 0091ＨＢＴの電流増
倍率（β）を示す図である。
【図１０】ＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴ，ＳｉＧｅ0.268 Ｃ
0.0091ＨＢＴのエミッタ・ベース間のダイオード特性の
順方向の電流電圧特性の測定結果と、電子の再結合電流
と拡散電流の和の計算値の測定結果とのフィッティング
を調べるための図である。
0.0091ＨＢＴのエミッタ・ベース間のダイオード特性の
順方向の電流電圧特性の測定結果と、電子の再結合電流
と拡散電流の和の計算値の測定結果とのフィッティング
を調べるための図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ベース領
域に均一にＧｅを含有しているＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴの
ベース領域における再結合寿命を変化させてガンメルプ
ロット，電流増倍率をシミュレ−ションした結果を示す
図である。
域に均一にＧｅを含有しているＳｉＧｅ0.268 ＨＢＴの
ベース領域における再結合寿命を変化させてガンメルプ
ロット，電流増倍率をシミュレ−ションした結果を示す
図である。
【図１２】本発明の効果確認のための実験に用いたサン
プルのパラメータを表にして示す図である。
プルのパラメータを表にして示す図である。
【図１３】図１２に示すサンプルについて測定したバイ
アス電圧−電流特性のデータを示す図である。
アス電圧−電流特性のデータを示す図である。
１０ Ｓｉ基板
１１ コレクタ埋め込み層
１２ 第１ベース領域
１３ 第２ベース領域
１４ Ｓｉキャップ層
１４ａ エミッタ領域
１５ エミッタ電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大西 照人
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 久保 実
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−106980（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−309644（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−260397（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−231371（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−193078（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−182980（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−2360（ＪＰ，Ａ)
特開2002−64105（ＪＰ，Ａ)
国際公開98／026457（ＷＯ，Ａ１)
Ｔ．Ｋａｋａｇｉ，Ｒｅｄｕｃｔｉｏ
ｎ ｏｆ Ｎｅｕｔｒａｌ Ｂａｓｅ
Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎ
ａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ−ｇａｐ ＳｉＧ
ｅＣ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ
Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
ｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔ
ｈｅ 2000 ＢＩＰＯＬＡＲ／ＢｉＣＭ
ＯＳ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｇｙ Ｍｅｅｔｉｎｇｓ,
2000年，ｐｐ．114−117
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/33 - 21/331
H01L 29/68 - 29/737
H01L 21/205
Claims (10)
- 【請求項１】 基板上に設けられ、Ｓｉを含む半導体材
料からなる第１導電型のコレクタ領域と、 上記コレクタ領域の上に設けられ、Ｃ含有率およびＧｅ
含有率が互いに異なる第２導電型のＳｉ1-x-y Ｇｅx Ｃ
y 層（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）からなる第１ベース領
域および第２ベース領域を有する第２導電型のベース領
域と、 上記ベース領域の上に設けられ、上記ベース領域との間
でヘテロ接合を形成するＳｉを含む半導体材料からなる
第１導電型のエミッタ領域とを備え、上記第１ベース領域は上記コレクタ領域に隣接する領域
を含み、 上記第２ベース領域は上記エミッタ領域に隣接する領域
を含み、 上記第１ベース領域のＣの含有率が、上記第２ベース領
域のＣ含有率よりも大きく、 上記第１ベース領域のＧｅ含有率が、上記第２のベース
領域のＧｅ含有率よりも大きく、 上記第１ベース領域のＧｅ含有率は、上記エミッタ領域
から上記コレクタ領域に向かう方向に増大している一
方、上記第１ベース領域のＣ含有率は一定である、 ヘテ
ロバイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第２ベース領域の Ｃ含有率が０．８％未満である、
ヘテロバイポーラトランジスタ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第２ベース領域の Ｃ含有率が０．０１％以上であ
る、ヘテロバイポーラトランジスタ。 - 【請求項４】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、 エミッタ・ベース接合部に形成される空乏層が、上記第
２ベース領域内に収まっている、ヘテロバイポーラトラ
ンジスタ。 - 【請求項５】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第２ベース領域の Ｇｅ含有率が一定である、ヘテロ
バイポーラトランジスタ。 - 【請求項６】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第２ベース領域の 厚みが、５ｎｍ以上である、ヘテ
ロバイポーラトランジスタ。 - 【請求項７】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第２ベース領域の 厚みが、１０ｎｍ以上である、ヘ
テロバイポーラトランジスタ。 - 【請求項８】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第１ベース領域では 、上記エミッタ領域から上記コ
レクタ領域に向かう方向にバンドギャップが小さくなる
ように構成されている、ヘテロバイポーラトランジス
タ。 - 【請求項９】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記第２ベース領域と接する上記第１ベース領域の端部
の バンドギャップが、上記第２ベース領域のバンドギャ
ップと等しいか小さい、ヘテロバイポーラトランジス
タ。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のヘテロバイポーラト
ランジスタにおいて、上記第２ベース領域と接する上記第１のベース領域の端
部におけるＧｅの含有率と、上記第２ベース領域におけ
る Ｇｅの含有率の差をΔｘとし、上記第２ベース領域と接する上記第１のベース領域の端
部におけるＣの含有率と、上記第２ベース領域における
Ｃの含有率の差をΔｘとしたときに、 Δｘ≧４．２８８Δｙ の関係がある、ヘテロバイポーラトランジスタ。
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|---|---|---|---|
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| JP2000274877 | 2000-09-11 | ||
| JP2001271109A JP3415608B2 (ja) | 2000-09-11 | 2001-09-07 | ヘテロバイポーラトランジスタ |
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|---|---|
| JP2002158232A JP2002158232A (ja) | 2002-05-31 |
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Family
ID=26599642
Family Applications (1)
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| CN101995235B (zh) * | 2010-10-21 | 2012-07-18 | 天津大学 | 一种基于微波二极管的动态应变测量装置 |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001271109A patent/JP3415608B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Ｔ．Ｋａｋａｇｉ，Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｕｔｒａｌ Ｂａｓｅ Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ−ｇａｐ ＳｉＧｅＣ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０００ ＢＩＰＯＬＡＲ／ＢｉＣＭＯＳ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ Ｍｅｅｔｉｎｇｓ，２０００年，ｐｐ．１１４−１１７ |
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