JP3534576B2 - バイポーラトランジスタおよびそれを用いた光受信システム - 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
スタおよびその製造方法に係り、特に単結晶シリコン・
ゲルマニウムを真性ベース層として用いたバイポーラト
ランジスタおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の単結晶シリコン・ゲルマニウムを
真性ベース層として用いたバイポーラトランジスタは、
例えば１９９１年の電子情報通信学会技術研究報告ＳＤ
Ｍ９１−１２４の第１９頁〜第２４頁に記載されてい
る。この従来例のバイポーラトランジスタの断面構造を
図２に示す。

【０００３】以下、図２を用いて、この従来例のバイポ
ーラトランジスタの製造方法について簡単に説明する。
図２において、参照符号２１はシリコン基板を示し、こ
のシリコン基板２１に形成した高濃度ｎ型埋込層２２上
に、コレクタ層となる低濃度ｎ型シリコン層２３のエピ
タキシャル成長を行った後、選択酸化により素子分離絶
縁膜２４を形成する。更に、コレクタ層となる低濃度ｎ
型シリコン層２３上にベース・コレクタ分離絶縁膜２５
と多結晶シリコンからなるベース引き出し電極２６とエ
ミッタ・ベース分離絶縁膜２７を形成し、エミッタ・ベ
ース分離絶縁膜２７とベース引き出し電極２６をエッチ
ングして開口部を形成する。ベース引き出し電極２６の
側壁を絶縁膜２７ａによって覆った後、単結晶シリコン
・ゲルマニウムをエピタキシャル成長し、真性ベース層
２８を形成する。単結晶シリコン・ゲルマニウムのエピ
タキシャル成長と同時に、ベース引き出し電極２６のせ
りだしの底面から多結晶シリコン・ゲルマニウムからな
る外部ベース２９が堆積するため、成長を続けることに
より真性ベース層２８とベース引き出し電極２６とが外
部ベース２９を介して接続する。外部ベース２９とエミ
ッタとの導通を防ぐため、この後さらにエミッタ・ベー
ス分離絶縁膜３０を形成する。そして、砒素が高濃度に
ドープされたｎ型多結晶シリコン３１を開口部に堆積
し、アニールを行って砒素を真性ベース層２８へ拡散さ
せることにより、エミッタ層３２を形成する。絶縁膜３
３を形成後、電極３５を形成する。尚、参照符号３４は
高濃度ｎ型コレクタ引き出し層である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の単結晶
シリコン・ゲルマニウムを真性ベース層に用いたバイポ
ーラトランジスタにおけるゲルマニウム及び不純物プロ
ファイルを図３に示す。同図（ａ）はゲルマニウム組成
比のプロファイルであり、（ｂ）は不純物濃度プロファ
イルである。図中、破線で示したｊ_EBおよびｊ_BCは、そ
れぞれエミッタ・ベース接合の界面とベース・コレクタ
接合の界面を表している。

【０００５】同図（ａ）から分かるように、単結晶シリ
コン・ゲルマニウムの成長中にドーピングを行うため
に、単結晶シリコンからなるコレクタ領域上に単結晶シ
リコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層が直接形成
されている。このプロファイルを持つバイポーラトラン
ジスタのエネルギーバンド構造を図４に示す。ベース・
コレクタ界面ｊ_BCに単結晶シリコンと単結晶シリコン・
ゲルマニウムのバンドギャップ差に起因したエネルギー
障壁ができ、エミッタから注入されたキャリアの走行時
間が長くなるという問題がある。

【０００６】一方、特開平３−１２５４７６号公報に
は、ベース層と低不純物濃度コレクタ層の間にコレクタ
電流に対するエネルギー障壁が発生するのを防止するた
めに、ベース層と低不純物濃度コレクタ層の両方をシリ
コン・ゲルマニウムの混晶で形成したヘテロバイポーラ
トランジスタ構造が開示されている。これを前述したよ
うな自己整合的にベース電極を取り出すバイポーラトラ
ンジスタ構造に適用した場合、例えば、図２において真
性ベース層２８と低濃度コレクタ層２３の間に単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層を自己整合的に形成した場合、
多結晶シリコンからなるベース引き出し電極２６下に低
濃度の多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積してしま
う。このため、ベース引き出し電極２６と真性ベース層
２８の間に抵抗の高い外部ベースが形成され、今度はベ
ース抵抗が増大して回路動作が遅くなるという問題が生
じる。

【０００７】また、ドーピングをしながら形成した単結
晶シリコン・ゲルマニウム層２８中にエミッタ電極であ
る高濃度多結晶シリコン３１からｎ型不純物を拡散させ
るために、図３（ｂ）に示すように、エミッタ・ベース
接合の不純物濃度が高くなる。このため、エミッタ・ベ
ース界面でトンネル効果が起こり、ベース領域のリーク
電流が増加するという問題がある。

【０００８】同様に、特開平７−１４７２８７号公報に
もベース・コレクタ接合領域における寄生エネルギー障
壁の発生を防止し、遮断周波数の低下を抑制したバイポ
ーラトランジスタが開示されている。これには、ベース
層およびコレクタ層がゲルマニウムを含む単結晶シリコ
ン層からなるバイポーラトランジスタのベース層中のＧ
ｅ濃度をエミッタ層側が低く、コレクタ層側が高い分布
にし、コレクタ層中のＧｅ濃度をベース層側が高く、コ
レクタ層内部のｎ形高濃度埋込層側が低い分布とし、か
つ、このコレクタ層内のＧｅ濃度がベース層側で急激に
減少し、埋込層側で緩やかに減少するように構成したバ
イポーラトランジスタが記載されている。しかし、この
ベース・コレクタ間の構造を、図２に示したベース電極
を自己整合的に取り出す構造に適用してエネルギー障壁
を回避することができても、前記と同様にベース引き出
し電極２６下に低濃度の多結晶シリコン・ゲルマニウム
が堆積するため、ベース抵抗が増大して回路動作が遅く
なるという問題が依然として残る。

【０００９】また、特開平５−２０６１５１号公報に
は、外部ベース領域並びにベース電極用多結晶シリコン
に対してエミッタ領域の位置が自己整合的に形成された
バイポーラトランジスタが開示されている。単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層からなる真性ベース層とｐ⁺ベー
ス電極用多結晶シリコンとが、ｐ⁺ベース電極用多結晶
シリコンからの不純物拡散で形成した外部ベース領域を
介して接続されている。この構造によれば、図２に示し
たベース電極を真性ベース層と直接接続する多結晶シリ
コン層を介して自己整合的に取り出す場合に比べて、外
部ベース領域の拡散層とコレクタ間の接合容量が大きく
なる難点がある。

【００１０】そこで、本発明の目的は、単結晶シリコン
・ゲルマニウム層を真性ベース層として用いたバイポー
ラトランジスタにおいて高速動作を可能にするために、
コレクタ・ベース界面にエネルギー障壁が無く、ベース
抵抗が小さく、かつ、エミッタ・ベース間容量及びコレ
クタ・ベース間容量が小さいバイポーラトランジスタお
よびその製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るバイポーラ
トランジスタは、第１導電型単結晶シリコン層、例えば
図１で言えば、第１のコレクタ領域となる低濃度ｎ型コ
レクタ層３と、該第１導電型単結晶シリコン層表面上に
設けられた開口部を有する第１の絶縁膜（すなわちコレ
クタ・ベース分離絶縁膜５）と前記第１導電型と反対導
電型の第２導電型多結晶層（すなわちｐ型多結晶シリコ
ンからなるベース引き出し電極６）と第２の絶縁膜（す
なわちエミッタ・ベース分離絶縁膜７）とからなる多層
膜と、前記開口部に設けられた第１導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層（すなわち単結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる低濃度ｎ型コレクタ層８）と、該第１導
電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設けられた第
２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層（すなわち単
結晶シリコン・ゲルマニウムからなるｐ型真性ベース層
９）と、第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と
前記第２導電型多結晶層との双方に接して設けられた第
２導電型多結晶シリコン・ゲルマニウム層（すなわち多
結晶シリコン・ゲルマニウムからなるｐ型外部ベース層
１０）と、から少なくとも構成されることを特徴とする
ものである。

【００１２】前記バイポーラトランジスタにおいて、第
２導電型多結晶層は、多結晶シリコン層または多結晶シ
リコン・ゲルマニウム層とすればよい。

【００１３】また、前記第１導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層の厚さ、すなわち図１で言えば、第２のコ
レクタ層となる低濃度ｎ型コレクタ層８の厚さが少なく
とも５ｎｍであれば好適である。

【００１４】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層上に設けられ、かつ第２導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第２の第２導電
型単結晶層を更に設ければ、すなわち図１に示すよう
に、真性ベース領域９とベース引き出し電極６とがドー
ピングされた外部ベース１０によって接合した構造に単
結晶からなる低濃度のキャップ層１１を更に設ければ好
適である。この場合、前記第２の第２導電型単結晶層
は、単結晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層とすればよい。

【００１５】また、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層上に設けられた第２の第１導電型単結晶
層、すなわち真性ベース上にエピタキシャル成長を用い
て形成されたエミッタ層となる単結晶層を更に設ければ
好適である。この場合、前記第２の第１導電型単結晶層
は、単結晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層とすればよい。

【００１６】前記いずれかのバイポーラトランジスタに
おいて、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型単結晶
シリコン層側から表面に向かうに従い減少するプロファ
イル、すなわち図１５に示すように、ベース層中のゲル
マニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側に向かって
減少するプロファイルを有すれば好適である。

【００１７】或いは、前記第２導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
するプロファイル、すなわち図１７に示すように、低濃
度コレクタ層を含めてゲルマニウム組成比のプロファイ
ルをコレクタ側からエミッタ側に向かうに従って減少す
るプロファイルとしてもよい。

【００１８】また、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導
電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
し、その傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層中と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層中とで異なるプロファイル、すなわち図１９に示
すように真性ベース層中と低濃度ｎ型コレクタ層中でゲ
ルマニウム組成比プロファイルの傾きが異なるようにし
てもよい。

【００１９】さらに、前記第２導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
し、前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中
のゲルマニウムの組成比が表面から前記第１導電型単結
晶シリコン層側に向かうに従い減少するプロファイル、
すなわち図２１に示すように真性ベース中ではコレクタ
側からエミッタ側にかけてゲルマニウム組成比が減少
し、逆に低濃度ｎ型コレクタ層中ではゲルマニウム組成
比をベース側からコレクタ側に向かって減少するプロフ
ァイルとすることもできる。

【００２０】本発明に係るバイポーラトランジスタの製
造方法は、第１導電型単結晶シリコン層表面上に開口部
を有する第１の絶縁膜と、前記第１導電型と反対導電型
の第２導電型多結晶層と、第２の絶縁膜とからなる多層
膜を形成する工程と、前記開口部に第１導電型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層を形成する工程と、該第１導電
型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に第２導電型単結
晶シリコン・ゲルマニウム層と、該第２導電型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層および前記第２導電型多結晶層
の双方に接する第２導電型多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層とを同時に形成する工程と、を少なくとも有するバ
イポーラトランジスタの製造方法であって、前記第１導
電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を形成する工程
と、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を
形成する工程が、それぞれエピタキシャル成長によって
形成する工程であって、前記エピタキシャル成長を、成
長時の温度が５００℃〜７００℃で、かつ、成長時の圧
力が１００Ｐａを越えない条件で行うことを特徴とす
る。

【００２１】また、本発明に係る光受信システムは、光
信号を受け電気信号を出力する受光素子と、該受光素子
からの電気信号を受ける第１の増幅回路と、該第１の増
幅回路の出力を受ける第２の増幅回路と、所定のクロッ
ク信号に同期して前記第２の増幅回路の出力をディジタ
ル信号に変換する識別器とを有する光受信システムであ
って、前記第１の増幅回路は、前記受光素子にそのベー
スが接続された第１のバイポーラトランジスタと、該第
１のバイポーラトランジスタのコレクタにベースが接続
されると共にコレクタが前記第２の増幅回路の入力に接
続された第２のバイポーラトランジスタとを有し、前記
第１又は第２のバイポーラトランジスタの少なくとも一
つが前述したいずれかに記載のバイポーラトランジスタ
により構成されたことを特徴とするものである。また、
前記光受信システムにおいて、前記第１及び第２のバイ
ポーラトランジスタのいずれもが、前述したいずれかの
バイポーラトランジスタにより構成してもよい。さら
に、前記第１及び第２のバイポーラトランジスタが単一
の半導体チップ上に形成されると共に、該半導体チップ
と前記受光素子とが単一の基板上に実装されていれば好
適である。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明に係るバイポーラトランジ
スタの好適な実施の形態は、シリコン基板上の第１のコ
レクタ領域に形成された第１の絶縁膜の開口部上のみ
に、低濃度の単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第
２のコレクタ層が設けられていて、しかも多結晶シリコ
ンからなるベース引き出し電極と、前記第２のコレクタ
層上に設けられ、かつ、不純物がドーピングされた単結
晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース領域と
が、不純物がドーピングされた多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる外部ベースを介して接触する構造を有す
るものである。

【００２３】このように、単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムからなる第２のコレクタ層を、第１のコレクタ層と単
結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベースとの間
に設けたことにより、コレクタ・ベース間にエネルギー
障壁ができなくなるため、エミッタから注入されたキャ
リアの走行時間が短縮できる。しかも、真性ベースとベ
ース引き出し電極とが、ドーピングされた低抵抗の外部
ベースのみで接続される構造としたことによりベース抵
抗も低減できる。更に、エミッタ、ベース及びコレクタ
を自己整合的に形成するため、エミッタ・ベース間及び
コレクタ・ベース間容量が低減できる。従って、本発明
に係るバイポーラトランジスタは、高速動作が可能とな
る。

【００２４】また、本発明に係るバイポーラトランジス
タの製造方法の好適な実施の形態は、上記バイポーラト
ランジスタを構成する第２の低濃度コレクタ層および真
性ベース層および低濃度キャップ層の単結晶シリコン・
ゲルマニウムをエピタキシャル成長によって形成すると
きの温度が５００℃以上７００℃以下で、かつ、形成す
るときの圧力が１００Ｐａを越えないことを特徴とす
る。

【００２５】このようなエピタキシャル成長条件で行う
ことにより、単結晶シリコン上に、単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムを成長しても、ゲルマニウムの組成比と成長
膜厚によっては多結晶シリコン上には多結晶シリコン・
ゲルマニウムが堆積しないようにすることができる。こ
のため、第２の低濃度コレクタ層を形成する際に多結晶
層からなるベース引き出し電極のせり出し部の底面から
低濃度多結晶シリコン・ゲルマニウムが成長するのを抑
制できる。一方、高濃度の真性ベースを形成するときに
は、この成長条件で成長を行うことにより、ベース引き
出し電極のせり出し部の底面から高濃度の多結晶層が成
長して外部ベース層が形成され、真性ベースと外部ベー
スの膜厚の合計がコレクタ・ベース分離絶縁膜と第２の
低濃度コレクタ層の膜厚の差に等しくなった時点で、真
性ベースとベース引き出し電極とが外部ベースにより接
続された状態とすることができる。

【００２６】

【実施例】次に、本発明に係るバイポーラトランジスタ
およびその製造方法の更に具体的な実施例につき、添付
図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００２７】＜実施例１＞図１は、本発明に係るバイポ
ーラトランジスタの第１の実施例を示す断面構造図であ
る。以下、図１に示した構造を有するバイポーラトラン
ジスタの製造方法を説明する。まず、エミッタおよびコ
レクタ領域に高濃度ｎ型埋込層２を形成したｐ型シリコ
ン基板１の全面に低濃度ｎ型コレクタ層３をエピタキシ
ャル成長し、エミッタ領域を除く部分に素子分離絶縁膜
４を形成する。

【００２８】次いで、コレクタ・ベース分離絶縁膜５、
多結晶シリコンからなるベース引き出し電極６、エミッ
タ・ベース分離絶縁膜７の開口部およびベース引き出し
電極６の側壁のエミッタ・ベース分離絶縁膜７ａを形成
する。

【００２９】開口部に、単結晶シリコン・ゲルマニウム
からなる低濃度ｎ型コレクタ層８、単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムからなるｐ型真性ベース層９、多結晶シリコ
ン・ゲルマニウムからなるｐ型外部ベース層１０、単結
晶シリコンからなる低濃度ｐ型キャップ層１１、低濃度
ｐ型多結晶シリコン層１２を形成する。

【００３０】エミッタ・ベース分離絶縁膜１３で外部ベ
ースを覆った後、高濃度ｎ型多結晶シリコンからなるエ
ミッタ電極１４を堆積し、アニールを行うことによって
低濃度キャップ層１１内にエミッタ領域１５を形成す
る。

【００３１】絶縁膜１６を堆積した後、絶縁膜５，７，
１６のコレクタ部分に開口部を形成し、開口部に高濃度
ｎ型コレクタ引き出し層１７を形成する。その後レジス
トをマスクに、絶縁膜５，７，１６のエミッタとベース
部分にも開口部を形成し、最後に、エミッタ、ベースお
よびコレクタの各開口部に電極１８を形成する。

【００３２】なお、上記バイポーラトランジスタにおい
て、ベース引き出し電極６に多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムを、低濃度キャップ層１１に単結晶シリコン・ゲル
マニウムをそれぞれ用いてもよく、また、低濃度多結晶
シリコン層１２の代わりに低濃度シリコン・ゲルマニウ
ム層を用いてもよい。以下の実施例でも、これらの層に
関しては同様である。

【００３３】ここで、上記のように形成した本実施例の
バイポーラトランジスタのゲルマニウム組成比および不
純物濃度プロファイルを図５に、エネルギーバンド構造
を図６にそれぞれ示す。図５（ａ）から分かるように、
ゲルマニウムはベース層だけでなくコレクタ領域にも含
まれている。その結果、図６に示すように、シリコンと
シリコン・ゲルマニウムのバンドギャップの違いによる
エネルギー障壁はコレクタ・ベース間の空乏層中に含ま
れることになり、エミッタから注入されたキャリアは電
界によって加速されている。このため、注入されたキャ
リアは、障壁の影響を受けることなくコレクタへ達する
ことができる。また、図５（ｂ）に示すように、真性ベ
ース９の上に低濃度のキャップ層１１を設けているた
め、エミッタ・ベース接合における不純物濃度が図３
（ｂ）に示した従来例よりも低くなっている。その結
果、エミッタ・ベース接合におけるトンネル電流を低減
することができる。尚、図５（ｂ）において、エミッタ
領域はリン（Ｐ）の不純物濃度、ベース領域はボロン
（Ｂ）の不純物濃度を示し、コレクタ領域には低濃度ｎ
型層８と３があるが、これらのｎ型層８，３は１０¹⁶ｃ
ｍ^-3以下の不純物濃度であるので、砒素（Ａｓ）を不純
物とする高濃度ｎ型埋込層２の不純物プロファイルしか
示していない。

【００３４】図７および図８に、本実施例のバイポーラ
トランジスタの要部である活性領域の製造方法のフロー
図を示す。単結晶シリコンからなる低濃度ｎ型コレクタ
層３上に、コレクタ・ベース分離絶縁膜５と、多結晶シ
リコン（または、多結晶シリコン・ゲルマニウム）から
なるベース引き出し電極６と、エミッタ・ベース分離絶
縁膜７を形成し、エッチングによりエミッタ・ベース分
離絶縁膜７とベース引き出し電極６の開口部を形成す
る。ベース引き出し電極６の側壁にもエミッタ・ベース
分離絶縁膜７ａを形成した後、ベース引き出し電極６下
の開口部周辺のコレクタ・ベース分離絶縁膜５をエッチ
ングし、ベース引き出し電極のせりだし６ａを形成する
（図７（ａ）参照）。

【００３５】次いで、ベース・コレクタ界面にエネルギ
ー障壁ができないよう、低濃度ｎ型コレクタ層３上に単
結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第２の低濃度コレ
クタ層８をエピタキシャル成長によって形成する。この
とき、単結晶シリコン上における単結晶シリコン・ゲル
マニウムの成長開始時間と多結晶シリコン上における多
結晶シリコン・ゲルマニウムの成長開始時間の差を利用
し、ベース引き出し電極のせりだし６ａの底面に多結晶
シリコン・ゲルマニウムが堆積しない条件で成長を行
う。

【００３６】例えば、エピタキシャル成長温度が５７５
℃、且つ成長圧力が１Ｐａの場合、多結晶シリコン上に
多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積を始めるまでに単
結晶シリコン上に成長する単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムの膜厚すなわち選択成長の臨界膜厚と、単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム中に含まれるゲルマニウムの組成比と
の関係を図９に示す。図９より、シリコンだけの場合
（Ｇｅ組成比＝０％）でも、単結晶シリコン上に成長す
る単結晶シリコンの厚さが５ｎｍ以下では多結晶シリコ
ン上に多結晶シリコンは堆積しない。

【００３７】また、シリコン・ゲルマニウムの場合、ゲ
ルマニウムの組成比を上げるに従いこの膜厚は大きくな
り、組成比が１５％では単結晶シリコン上に約２０ｎｍ
の単結晶シリコン・ゲルマニウムが成長しても、多結晶
シリコン上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積し
ない。従ってこの臨界膜厚以下の低濃度コレクタ層を選
択成長しても、ベース引き出し電極のせりだし６ａの底
面には低濃度多結晶シリコン・ゲルマニウム層は堆積し
ない（図７（ｂ）参照）。

【００３８】なお、このような成長を行うにはガスソー
スＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法やＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition)法を用いることができるが、選
択性の制御が良好なことからＣＶＤ法がより好適であ
る。また、温度範囲は、多結晶シリコンと単結晶シリコ
ンとの選択性や絶縁物と単結晶シリコンとの選択性が良
好に得られる５００℃以上で、上限は結晶欠陥が生じ始
める７００℃以下の範囲である。成長圧力の条件は、こ
の温度範囲内でベース引き出し電極のせりだし６ａの底
面から多結晶シリコン・ゲルマニウム層が成長し始める
圧力である１００Ｐａ以下であればよい。

【００３９】そして、高濃度に不純物をドーピングした
単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層９
を形成する時には、低濃度コレクタ層８と真性ベース層
９の膜厚の合計を選択成長の臨界膜厚以上にし、単結晶
シリコン・ゲルマニウムの成長と共にベース引き出し電
極６のせりだし６ａの底面から多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムが堆積する事によって外部ベース１０が形成さ
れ、真性ベース層９と外部ベース１０の膜厚の合計がコ
レクタ・ベース分離絶縁膜５と低濃度コレクタ層８の膜
厚の差に等しくなった時点で、真性ベース層９とベース
引き出し電極６とが接続される（図７（ｃ）参照）。

【００４０】真性ベース層９とベース引き出し電極６が
外部ベース１０によって接続された後、エミッタ・ベー
ス接合のトンネル電流を抑制するため単結晶シリコン
（または、単結晶シリコン・ゲルマニウム）からなる低
濃度キャップ層１１を形成する（図８（ａ）参照）。こ
のとき、低濃度キャップ層と共に外部ベース１０の側壁
に低濃度多結晶シリコン（または、低濃度多結晶シリコ
ン・ゲルマニウム）１２が堆積するが、真性ベース層９
とベース引き出し電極６は外部ベース１０を介して接続
しているため、ベース抵抗は増大しない。

【００４１】外部ベース１０および多結晶シリコン（ま
たは、多結晶シリコン・ゲルマニウム）１２を覆うよう
に第２のエミッタ・ベース分離絶縁膜１３を形成した
後、エミッタの拡散源およびエミッタ電極となる高濃度
ｎ型多結晶シリコン１４を堆積し、アニールを行うこと
によってｎ型不純物を低濃度キャップ層１１に拡散し、
エミッタ領域１５を形成する（図８（ｂ）参照）。

【００４２】その後、絶縁膜１６を堆積し、エミッタ、
ベースおよびコレクタの各領域に開口部を形成して電極
１８を形成すると、図１に示した断面構造が得られる。

【００４３】本実施例により、ベース抵抗やエミッタ・
ベース界面およびコレクタ・ベース界面の容量を増加さ
せることなく、シリコンとシリコン・ゲルマニウムのバ
ンドギャップに起因したコレクタ・ベース界面に生じる
エネルギー障壁の影響を低減できる。加えて、ベース領
域におけるリーク電流を低減することができるため、遮
断周波数ｆ_Tおよび最大周波数ｆ_maxがそれぞれ１０ＧＨ
ｚ以上と言った高速のバイポーラトランジスタが可能と
なる。従って、このトランジスタを用いることにより、
回路の高速化・高性能化を図ることができる。

【００４４】＜実施例２＞図１０は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第２の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は、以下の通りである。実施例１と同様に、シリコ
ン基板１上に高濃度ｎ型埋込層２、低濃度ｎ型コレクタ
層３、素子分離絶縁膜４、コレクタ・ベース分離絶縁膜
５、ベース引き出し電極６、エミッタ・ベース分離絶縁
膜７を形成する。次いで、エミッタ・ベース分離絶縁膜
７と、ベース引き出し電極６と、コレクタ・ベース分離
絶縁膜５とをエッチングして開口部を形成後、低濃度ｎ
型コレクタ層８、ｐ型真性ベース層９、ｐ型外部ベース
層１０、低濃度キャップ層１１、低濃度多結晶シリコン
（または、多結晶シリコン・ゲルマニウム）１２を形成
する。

【００４５】その後、エミッタ・ベース分離絶縁膜１３
で外部ベースを覆った後、高濃度ｎ型多結晶シリコンか
らなるエミッタ電極１４を堆積し、アニールを行うこと
によって低濃度キャップ層１１内にエミッタ領域１５を
形成する。

【００４６】最後に、実施例１と同様に絶縁膜１６を堆
積し、絶縁膜５，７，１６のコレクタ部分に開口部を形
成して高濃度ｎ型コレクタ引き出し層１７を形成後、絶
縁膜５，７，１６のエミッタおよびベース部分にも開口
部を形成し、電極１８を形成する。

【００４７】このときのバイポーラトランジスタのゲル
マニウム組成比および不純物濃度プロファイルは実施例
１の図５に示したプロファイルと同様であり、同じ効果
が得られる。

【００４８】図１に示した実施例１との相違は、コレク
タ・ベース分離絶縁膜５の膜厚が低濃度ｎ型コレクタ層
８の膜厚と同程度であり、エッチングによりコレクタ・
ベース分離絶縁膜５の開口部を形成する際のエッチ量が
低減できることである。それに伴い、ベース引き出し電
極のせりだし６ａが不要となり、コレクタ・ベース間容
量を低減できるうえ、開口部のサイズのばらつきを抑え
ることができる。これにより、このトランジスタを用い
た回路の動作特性が向上し、特性のばらつきが抑えられ
る。また、コレクタ・ベース分離絶縁膜５のエッチング
量が少ないことから、真性ベース層９を形成後にウェハ
上部から外部ベース１０の形状や真性ベースと外部ベー
スの接続を検査することが可能となる。

【００４９】図１１および図１２に、本実施例のバイポ
ーラトランジスタの要部である活性領域の製造方法のフ
ロー図を示す。まず、単結晶シリコンからなる低濃度ｎ
型コレクタ３上にコレクタ・ベース分離絶縁膜５と、多
結晶シリコン（または、多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム）からなるベース引き出し電極６と、エミッタ・ベー
ス分離絶縁膜７とを形成し、エッチングにより開口部を
形成する（図１１（ａ）参照）。

【００５０】次に、ベース・コレクタ界面にエネルギー
障壁ができないよう、真性ベース層９と低濃度コレクタ
領域３の間に単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第
２の低濃度コレクタ層８をエピタキシャル成長によって
形成する。このとき、実施例１と同様にベース引き出し
電極６の側壁に多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積し
ない条件で成長を行う（図１１（ｂ）参照）。

【００５１】その後、高濃度に不純物をドーピングした
単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層９
を形成するのと同時に、ベース引き出し電極６の側壁に
多結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積する事によって真
性ベース層９とベース引き出し電極６とが接続される
（図１１（ｃ）参照）。

【００５２】次いで、真性ベース層９とベース引き出し
電極６が外部ベース１０によって接続された後、エミッ
タ・ベース接合のトンネル電流を抑制するため単結晶シ
リコン（または、単結晶シリコン・ゲルマニウム）から
なる低濃度キャップ層１１を形成する（図１２（ａ）参
照）。このとき、低濃度キャップ層１１と共に外部ベー
ス１０上に低濃度多結晶シリコン（または、低濃度多結
晶シリコン・ゲルマニウム）１２が堆積するが、真性ベ
ース層９とベース引き出し電極６は外部ベース１０を介
して接続しているため、ベース抵抗は増大しない。

【００５３】更に、外部ベース１０および多結晶シリコ
ン（または、多結晶シリコン・ゲルマニウム）１２を覆
うように第２のエミッタ・ベース分離絶縁膜１３を形成
した後、エミッタの拡散源およびエミッタ電極となる高
濃度ｎ型多結晶シリコン１４を堆積し、アニールを行う
ことによってｎ型キャリアを低濃度キャップ層１１に拡
散し、エミッタ領域１５を形成する（図１２（ｂ））。
その後、絶縁膜１６を堆積し、絶縁膜５，７，１６のコ
レクタ部分に開口部を形成し、高濃度ｎ型コレクタ引き
出し層１７を形成後、絶縁膜５，７，１６のエミッタお
よびベース部分に開口部を形成し、エミッタ、ベースお
よびコレクタの各開口部に電極１８を形成すると、図１
０に示した断面構造が得られる。

【００５４】＜実施例３＞図１３は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第３の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は、以下の通りである。

【００５５】実施例１と同様の方法によりエミッタ開口
部、低濃度ｎ型コレクタ層８、ｐ型真性ベース層９およ
びｐ型外部ベース層１０を形成する。この外部ベース層
１０を覆うように第２のエミッタ・ベース分離絶縁膜１
３を形成した後、エピタキシャル成長によってエミッタ
層１９を形成する。

【００５６】次に、エミッタ電極となる高濃度ｎ型多結
晶シリコン１４と絶縁膜１６を堆積後、絶縁膜５，７，
１６のコレクタ部分に開口部を形成し、高濃度ｎ型コレ
クタ引き出し層１７を形成する。その後、絶縁膜５，
７，１６のエミッタおよびベース部分に開口部を形成
し、エミッタ、ベースおよびコレクタの各開口部に電極
１８を形成すると、図１３に示した断面構造が得られ
る。

【００５７】本実施例では、エミッタ層１９中の不純物
濃度をエミッタ・ベース界面で小さくすることにより、
ベース領域でのリーク電流を低減することができ、実施
例１と同様な効果が得られる。また、エミッタ層１９を
エピタキシャル成長を用いて形成するため、エミッタ層
１９中の不純物濃度、膜厚の制御性がよくなり、トラン
ジスタの性能ばらつきを低減することができる。

【００５８】さらに、エミッタ・ベース界面の面積を低
減することができるため、エミッタ・ベース間容量を低
減することができ、このトランジスタを用いた回路の特
性を向上させることができる。

【００５９】＜実施例４＞図１４は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第４の実施例を示す断面構造図で
ある。実施例２と同様にコレクタ・ベース分離絶縁膜５
の膜厚が低濃度ｎ型コレクタ層８の膜厚と同程度であ
り、エッチングによりコレクタ・ベース分離絶縁膜５の
開口部を形成する際のエッチ量を低減する。そして、実
施例２と同様の方法によりエミッタ開口部、低濃度ｎ型
コレクタ層８、ｐ型真性ベース層９およびｐ型外部ベー
ス層１０を形成する。その後、実施例３と同様にエピタ
キシャル成長によってエミッタ層１９を形成することに
より、エミッタ層１９中の不純物濃度、膜厚の制御性が
よくなり、トランジスタの性能ばらつきを低減すること
ができる。従って、実施例３と同様に、本実施例のトラ
ンジスタを用いた回路の特性を向上させることができ
る。

【００６０】＜実施例５＞図１５は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第５の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１、図１０、図１
３及び図１４に示したものが全て適用可能である。本実
施例では断面構造図は省略するが、以下の説明における
参照符号については、例えば図１の断面構造図を参照す
ればよい。尚、後述する実施例６〜８においても同様で
ある。

【００６１】図１５（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの真性ベース層９におけるゲルマニウム組成
比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従って小さ
くしてある。このときのエネルギーバンド構造を、図１
６に示す。図１６から分かるように、ベース層におい
て、ゲルマニウム組成比に対応してエネルギーバンドに
傾斜をつけることができる。これにより、エミッタから
注入されたキャリアは傾斜型エネルギーバンドに起因す
る電界によってベース層中で加速されるため、トランジ
スタのより一層の高速動作が可能となる。その結果、こ
のトランジスタを用いることによって、実施例１、実施
例２、実施例３および実施例４で述べた効果に加えて、
さらに回路の特性を向上させることができる。尚、図１
５（ｂ）の不純物濃度プロファイルに示したように、本
実施例のエミッタ・ベース接合ｊ_EB界面における不純物
濃度も、図３（ｂ）に示した従来例よりも低くなってい
る。従って、エミッタ・ベース接合におけるトンネル電
流を低減することができる。

【００６２】＜実施例６＞図１７は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第６の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１、図１０、図１
３および図１４に示したものが全て適用可能である。従
って、本実施例でも実施例５と同様に断面構造図は省略
する。

【００６３】図１７（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタは真性ベース層９だけでなく、低濃度ｎ型コ
レクタ層８を含めてゲルマニウム組成比のプロファイル
をコレクタ側からエミッタ側に向かうに従って小さくし
ている。このときのエネルギーバンド構造を、図１８に
示す。図１８から分かるように、ベース層中のエネルギ
ーバンドの傾斜に加え、コレクタ・ベース間の空乏層に
おいてもエネルギーバンドに傾斜をつけることができ
る。これにより、エミッタから注入されたキャリアはベ
ース層中や、コレクタ・ベース界面の空乏層に加え、低
濃度ｎ型コレクタ層８中においても加速されるため、ト
ランジスタのより一層の高速動作が可能となる。その結
果、このトランジスタを用いることによって、実施例５
の効果に加えて、さらに回路の特性を向上させることが
できる。

【００６４】＜実施例７＞図１９は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第７の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１、図１０、図１
３および図１４に示したものが全て適用可能であり、実
施例５と同様に断面構造図は省略する。

【００６５】本実施例のバイポーラトランジスタは、真
性ベース層９だけでなく、低濃度ｎ型コレクタ層８を含
めてゲルマニウム組成比のプロファイルをコレクタ側か
らエミッタ側に向かうに従って小さくしている点は、実
施例６のトランジスタと同様である。しかし、本実施例
のバイポーラトランジスタでは、真性ベース層９中と低
濃度ｎ型コレクタ層８中でプロファイルの傾きが異な
る。すなわち、コレクタ側のゲルマニウム組成比を、低
濃度ｎ型コレクタ層８と真性ベース層９に歪に起因する
欠陥が入らない最大量以下としている点で、実施例６の
トランジスタと異なる。

【００６６】ここで、本実施例のトランジスタのエネル
ギーバンド構造を図２０に示す。ベース層中のエネルギ
ーバンドの傾斜に加え、コレクタ・ベース間の空乏層に
おいてもエネルギーバンドに傾斜をつけることができる
うえ、結晶欠陥によるリーク電流を低減できる。その結
果、このトランジスタを用いることによって、実施例６
の効果に加えて、さらに回路の特性を向上させることが
できる。

【００６７】＜実施例８＞図２１は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第８の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１、図１０、図１
３および図１４に示したものが全て適用可能である。従
って、本実施例でも実施例５と同様に、断面構造図は省
略する。

【００６８】本実施例のバイポーラトランジスタの真性
ベース層９中ではコレクタ側からエミッタ側にかけてゲ
ルマニウムの組成比を小さくし、低濃度ｎ型コレクタ層
８中では、逆にゲルマニウム組成比をコレクタ側に向か
って小さくする。このときのエネルギーバンド構造を図
２２に示す。図２２に示したように、本実施例では、第
１の低濃度ｎ型コレクタ層３および第２の低濃度ｎ型コ
レクタ層８の界面にエネルギー障壁は存在しない。この
ため、真性ベース層９中のエネルギーバンドの傾斜によ
り加速されたキャリアは、エネルギー障壁の影響を全く
受けずにコレクタに到達する。その結果、トランジスタ
のより一層の高速動作が可能となる。このトランジスタ
を用いることによって、実施例１、実施例２、実施例
３、実施例４の効果に加えて、さらに回路の高速性を向
上させることができる。

【００６９】＜実施例９＞図２３は本発明に係るバイポ
ーラトランジスタの第９の実施例を示す図であり、光伝
送システムに用いられる前置増幅回路の回路図である。
周知のとおり、光伝送システムは数十Ｇｂ／ｓの高速伝
送が必要であり、その前置増幅回路は特に高速動作が要
求される。従って、この増幅回路を構成するトランジス
タとして本発明によるトランジスタを採用することによ
り、増幅回路全体での性能を著しく向上することができ
る。

【００７０】図２３において、参照符号３００は単一の
半導体基板上に形成された前置増幅回路を構成する半導
体集積回路を示す。この半導体集積回路３００の入力端
子ＩＮにはフォトダイオードＰＤが外付けされ、電源端
子３０１と接地端子３０２間にはデカップリング容量３
０３が外付けされている。フォトダイオードＰＤは光伝
送ケーブルを通して送信されてくる光信号を受ける受光
素子であり、デカップリング容量３０３は電源ラインと
接地ラインとの間の交流成分をショートするための容量
である。

【００７１】バイポーラトランジスタＱ１及びＱ２は、
増幅回路を構成するバイポーラトランジスタであり、実
施例１〜８で説明した構造を有する本発明に係るバイポ
ーラトランジスタのいずれでも好適に用いることができ
る。ダイオードＤ１はレベルシフト用ダイオードであ
り、本発明に係るバイポーラトランジスタのベース・コ
レクタ間を短絡して形成してもよい。また、必要に応じ
て複数個のダイオードを直列接続して適用することも可
能である。なお、参照符号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は抵抗、Ｏ
ＵＴは出力端子である。また、必要に応じて出力端子Ｏ
ＵＴとトランジスタＱ２のエミッタとの間に出力用バッ
ファ回路が挿入される。

【００７２】本実施例の光伝送システム用前置増幅回路
を構成する半導体集積回路３００は、光伝送ケーブルを
介して伝送されてきた光信号がフォトダイオードＰＤに
より変換された電気信号を入力端子ＩＮの入力として、
この入力された電気信号を増幅用トランジスタＱ１及び
Ｑ２により増幅して出力端子ＯＵＴから出力するように
動作する。実施例１〜８で説明した本発明に係るいずれ
かのバイポーラトランジスタを用いることにより、本実
施例の前置増幅回路は４０ＧＨｚ以上の帯域特性を実現
することができる。

【００７３】尚、４０Ｇｂ／ｓ光伝送システム用前置増
幅回路の性能としては、周波数特性における利得の−３
ｄＢ落ちの帯域が、４０Ｇｂ／ｓでなければならない。
このためには、バイポーラトランジスタの性能として、
遮断周波数ｆ_T≧１００ＧＨｚ、ベース抵抗ｒ_bb'≦１０
０Ω、コレクタ接合容量Ｃ_TC≦２ｆＦが要求される。こ
のような性能を満足するには、例えば、図１の構造のバ
イポーラトランジスタでいえば、エミッタ幅Ｗ_Eを０．
２μｍ、エミッタ長Ｌ_Eを２μｍ、ベース中のキャリア
濃度Ｎ_Bを１×１０¹⁹ｃｍ^-3、ベース幅Ｗ_Bを３０ｎｍ、
エミッタ拡散源用の高濃度ｎ型多結晶シリコン１４のド
ーピング量を２×１０²⁰ｃｍ^-3とし、エミッタアニール
の条件を９００℃、３０秒程度の条件とすればよい。

【００７４】ここで、フォトダイオードＰＤ及び前置増
幅回路が実装基板に集積された光伝送システムのフロン
トエンドモジュールの断面図を、図２４に示す。図２４
において、参照符号４０１は光ファイバー、４０２はレ
ンズ、４０３はフォトダイオード、４０４は前置増幅器
が形成された半導体集積回路を示す。

【００７５】フォトダイオード４０３及び前置増幅器Ｉ
Ｃ４０４が基板４０７に実装されている。フォトダイオ
ード４０３及び前置増幅器ＩＣ４０４は、ダイオード及
び増幅器等を接続する配線４０５を介して出力端子４０
６に接続される。また、基板４０７は金属ケースなどの
気密封止パッケージ４０８内に収納されている。図示し
ていないが、基板４０７上には図２３に示すコンデンサ
３０３も実装されている。このように、フロントエンド
を構成するフォトダイオード及び前置増幅器を同一のモ
ジュールに構成することにより、信号経路を短くするこ
とができ、ノイズの乗りにくく寄生のＬ成分（インダク
タ成分）やＣ成分（容量成分）も小さく抑えることがで
きる。

【００７６】図２４に示したフロントモジュールにおい
て、光ファイバー４０１から入力した光信号はレンズ４
０２により集光され、フォトダイオ−ド４０３で電気信
号に変換される。この電気信号は、基板４０７上の配線
４０５を通して前置増幅器ＩＣ４０４で増幅され、出力
端子４０６から出力される。

【００７７】図２５及び図２６には、図２３及び図２４
に示した前置増幅回路及びフロントエンドモジュールを
利用した光伝送システムのシステム構成図を示す。図２
５は、光伝送システムの送信モジュール５００を示して
いる。伝送すべき電気信号５０１はマルチプレクサＭＵ
Ｘに入力され、例えば４：１などに多重化され、その出
力信号がドライバ５０２に伝達される。半導体レーザー
ＬＤは、常時一定の強度の光を出力している。この半導
体レーザーＬＤの出力光は、ドライバ５０２の出力に応
じて光を吸収あるいは非吸収する外部変調器５０３を介
して光ファイバー５０４に伝送される。図２５に示した
送信モジュールは、いわゆる外部変調型とよばれるもの
である。これに変えて、半導体レーザーＬＤの発光を直
接制御する直接変調型を採用することも可能であるが、
一般的に外部変調型での送信のほうがチャープによるス
ペクトル発振の広がりがなく、高速、長距離の伝送に適
する。

【００７８】図２６は、光伝送システムの光受信型モジ
ュール５１０を示している。図２６において、参照符号
５２０はフロントエンドモジュール部を示し、このフロ
ントエンドモジュール部５２０は、光ファイバ５４４を
介して伝送されて来る光信号を受光して電気信号に変換
出力する受光器５２１と、受光器出力を増幅するプリア
ンプ５２２とから構成される。プリアンプ５２２により
増幅された電気信号は、メインアンプ部５３０に入力さ
れ増幅される。メインアンプ部５３０は、光伝送の距離
や製造偏差によるバラツキを避け、出力を一定に保つた
め、メインアンプ５３２の出力が自動利得調整器（ＡＧ
Ｃ）５３１に帰還されるように構成されている。なお、
メインアンプ部５３０は利得を調整する構成の他、出力
振幅を制限するリミットアンプを採用することもでき
る。また、参照符号５８０は受光器５２１用の電源であ
る。

【００７９】識別器５４０は、所定のクロックに同期し
て１ビットのアナログ−ディジタル変換を行うように構
成され、メインアンプ部５３０の出力をディジタル化す
る。このディジタル信号は、分離器ＤＭＵＸにより例え
ば１：４に分離されて後段のディジタル信号処理回路５
６０に入力され、所定の処理が行われる。

【００８０】クロック抽出部５５０は、識別器５４０及
び分離器ＤＭＵＸの動作タイミングを制御するためのク
ロックを、変換した電気信号から形成するためのもので
ある。クロック抽出部５５０では、メインアンプ部５３
０の出力を全波整流器５５１により整流し、帯域の狭い
フィルタ５５２によりフィルタリングしてクロック信号
となる信号を抽出する。フィルタ５５２の出力は、位相
器５５３に入力される。この位相器５５３は、フィルタ
出力とアナログ信号の位相をあわせるための位相器であ
り、予め定められた遅延量に基づきフィルタ出力を遅延
させる。位相器５５３の出力は、リミットアンプ５５４
を介して識別器５４０とＤＭＵＸ５７０へ入力される。

【００８１】ここで述べた光通信システムにおいては、
その各所に先の実施例１〜８に述べた構成の本発明に係
るバイポーラトランジスタを用いて回路を構成すること
ができる。また、同様にメインアンプ５３２を構成する
回路も、図２３に示した回路により構成することが可能
である。

【００８２】前記実施例に従って製造した本発明に係る
バイポーラトランジスタは、遮断周波数ｆ_T、及び最大
遮断周波数ｆ_maxが１００ＧＨｚと高速動作が可能なた
め、１秒当たり４０Ｇビットと大容量の信号を高速で送
受信することができる。また、従来このような高速動作
が必要な回路については、シリコンバイポーラトランジ
スタに比べて動作速度が速いＧａＡｓトランジスタを用
いる必要があった。しかし、このような回路に対して、
本発明に係る安価なシリコンバイポーラトランジスタを
用いることができるため、光伝送システム全体のコスト
を低減することが可能となる。

【００８３】＜実施例１０＞図２７は本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第１０の実施例を示す図であり、
本発明に係るバイポーラトランジスタを適用する移動体
無線携帯機のブロック構成図である。本実施例は、前記
実施例１〜８で説明した本発明に係るバイポーラトラン
ジスタを、低雑音増幅器６０３、シンセサイザー６０
６、ＰＬＬ（Phase Locked Loop:フェーズ・ロックド・
ループ）６１１等の移動体無線携帯機の各ブロックを構
成する回路に適用した例である。

【００８４】図２７に示した本実施例の移動体無線携帯
機は、次のように動作する。アンテナ６０１からの入力
信号は低雑音増幅器６０３で増幅される。シンセサイザ
６０６で合成した周波数により発振器６０５で発振さ
せ、低雑音増幅器６０３からの信号を、発振器６０５で
発振した信号を用いて、ダウンミキサ６０４でより低い
周波数へダウンコンバージョンする。

【００８５】さらに、ＰＬＬ６１１で生成した周波数に
より発振器６１０で発振させ、ダウンミキサ６０４から
の信号を、発振器６１０から発振した信号を用いて、復
調器６０９で復調する。復調された信号は、より低周波
を扱うベースバンドユニット６１３において信号処理が
行なわれる。

【００８６】また、ベースバンドユニット６１３から発
せられた信号は、変調器６１２においてＰＬＬ６１１か
らの信号を用いて変調される。変調された信号は、さら
に、アップミキサ６０８において、シンセサイザ６０６
で合成した信号に基づき発振器６０５で発振した信号を
用いて高周波へアップコンバートされる。この高周波信
号は、電力増幅器６０７により増幅されてアンテナ６０
１より送信される。

【００８７】ここで、スイッチ６０２は信号の送信・受
信を切り換えるスイッチであり、ベースバンドユニット
６１３から図示しない制御信号を受けて、その送信・受
信が制御される。さらに、ベースバンドユニット６１３
には図示しないスピーカ、マイク等が接続され音声信号
の入出力が可能となっている。

【００８８】本実施例の移動体無線携帯機を構成する図
２７に示した各ブロック、特に低雑音増幅器６０３、シ
ンセサイザ６０６およびＰＬＬ６１１のブロックに、前
記実施例１〜８で説明した本発明に係るいずれかのバイ
ポーラトランジスタを適用して、それぞれの回路を構成
することができる。本発明によるトランジスタは、ベー
ス抵抗およびベース・コレクタ間容量の低減が可能であ
るため、低雑音増幅器６０３、シンセサイザ６０６およ
びＰＬＬ６１１において、低雑音化と低消費電力化が図
れる。これにより、システム全体として低雑音かつ長時
間使用可能な移動体無線携帯機を実現することができ
る。

【００８９】＜実施例１１＞図２８は本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第１１の実施例を示す図であり、
本発明に係るバイポーラトランジスタを適用する移動体
無線携帯機のＰＬＬのプリスケーラ用Ｄフリップフロッ
プの回路図である。本実施例は、前記実施例１〜８で説
明した本発明に係るバイポーラトランジスタを図２８に
示した回路上のトランジスタ７０１から７１２に用いた
例である。

【００９０】このＤフリップフロップ回路の入力信号と
クロック信号及び出力信号は、高電位と低電位の２状態
のみを有する。入力信号と反転入力信号をそれぞれ端子
７１９と端子７２０に、また、クロック信号と反転クロ
ック信号をそれぞれ端子７２１と端子７２２に入力し、
端子７２３と端子７２４より出力信号と反転出力信号を
得る。

【００９１】電流源７１７と７１８を流れる電流経路
は、クロック信号によりそれぞれトランジスタ７０９か
７１０、７１１か７１２のいずれかに切り替わる。さら
に、トランジスタ７０１から７０６のオンオフは入力信
号とクロック信号及び抵抗７１３と７１４を流れる電流
によって生じる抵抗下端の電位により決定される。本回
路においては出力信号は、クロック信号が低電位から高
電位に変化した場合に入力値を出力し、それ以外の場
合、前入力値を保持する。

【００９２】前記実施例１〜８で説明した本発明に係る
いずれかのバイポーラトランジスタを適用して、それぞ
れの回路を構成することができる。本発明によるトラン
ジスタは、ベース抵抗およびベース・コレクタ間容量の
低減が可能であるため、移動体無線携帯機のＰＬＬの低
消費電力化が図れる。

【００９３】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
レクタ・ベース界面にエネルギー障壁ができないため
に、エミッタから注入されたキャリアの走行時間が短縮
され、トランジスタの高速動作が可能となる。また、真
性ベースとベース引き出し電極がドーピングされた外部
ベースによって接続されてベース抵抗が低減できるた
め、バイポーラトランジスタを用いた回路の高速動作が
可能となる。更に、エミッタ・ベース・コレクタを自己
整合的に形成するため、エミッタ・ベースおよびコレク
タ・ベース間容量が低減でき、バイポーラトランジスタ
を用いた回路の高速動作が可能となる。

【００９５】すなわち、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタおよびその製造方法によれば、エミッタ・ベース
間容量の低減、ベース・コレクタ間容量の低減、さらに
はベース抵抗の低減が可能となり、高速かつ高周波で動
作可能なバイポーラトランジスタを構成することが可能
となる。従って、特に高速動作が必要とされる回路やシ
ステムに本発明によるバイポーラトランジスタを用いる
ことで、回路及びシステム全体での性能の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバイポーラトランジスタの第１の
実施例を示す断面図である。

【図２】真性ベースに単結晶シリコン・ゲルマニウムを
用いた従来のバイポーラトランジスタを示す断面図であ
る。

【図３】図２に示したバイポーラトランジスタのゲルマ
ニウム組成比および不純物濃度プロファイルを示す特性
線図である。

【図４】図３に示したプロファイルを有する従来例のバ
イポーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模式的
に示した図である。

【図５】図１に示した本発明に係るバイポーラトランジ
スタのゲルマニウム組成比および不純物濃度プロファイ
ルを示す特性線図である。

【図６】図５に示したプロファイルを有する本発明に係
るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造を模
式的に示した図である。

【図７】図１に示した本発明に係るバイポーラトランジ
スタの活性領域の製造方法を工程順に示す部分拡大断面
図である。

【図８】図７の次の工程以降を順に示す部分拡大断面図
である。

【図９】多結晶シリコン上に対して単結晶シリコン上に
選択的に成長できる単結晶シリコン・ゲルマニウムの最
大膜厚とゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図で
ある。

【図１０】本発明に係るバイポーラトランジスタの第２
の実施例を示す断面図である。

【図１１】図１０示した本発明に係るバイポーラトラン
ジスタの活性領域の製造方法を工程順に示す部分拡大断
面図である。

【図１２】図１１の次の工程以降を順に示す部分拡大断
面図である。

【図１３】本発明に係るバイポーラトランジスタの第３
の実施例を示す断面図である。

【図１４】本発明に係るバイポーラトランジスタの第４
の実施例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５
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。

【図１６】図１５に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。

【図１７】本発明に係るバイポーラトランジスタの第６
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。

【図１８】図１７に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。

【図１９】本発明に係るバイポーラトランジスタの第７
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。

【図２０】図１９に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。

【図２１】本発明に係るバイポーラトランジスタの第８
の実施例を示すゲルマニウム組成比と不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図である。

【図２２】図２１に示したプロファイルを有する本発明
に係るバイポーラトランジスタのエネルギーバンド構造
を模式的に示した図である。

【図２３】本発明に係るバイポーラトランジスタの第９
の実施例を示す図であり、光伝送システムに用いられる
前置増幅回路の回路図である。

【図２４】図２３に示した前置増幅回路を実装基板に集
積した光伝送システムのフロントエンドモジュールの断
面図である。

【図２５】図２３及び図２４に示した回路及びモジュー
ルを利用した光伝送システムの送信側モジュールのブロ
ック図である。

【図２６】図２３及び図２４に示した回路及びモジュー
ルを利用した光伝送システムの光受信型モジュールのブ
ロック構成図である。

【図２７】本発明に係るバイポーラトランジスタの第１
０の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のブロック構成
図である。

【図２８】本発明に係るバイポーラトランジスタの第１
１の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のＰＬＬのプリ
スケーラ用Ｄフリップフロップの回路図である。

【符号の説明】

１，２１…シリコン基板、２，２２…高濃度ｎ型埋込
層、３，２３…低濃度ｎ型コレクタ層（単結晶シリコ
ン）、４，２４…素子分離絶縁膜、５，２５…コレクタ
・ベース分離絶縁膜、６，２６…ベース引き出し電極
（多結晶シリコンもしくは多結晶シリコン・ゲルマニウ
ム）、７，７ａ，１３，１６，２７，２７ａ，３０，３
３…エミッタ・ベース分離絶縁膜、８…低濃度ｎ型コレ
クタ層（単結晶シリコン・ゲルマニウム）、９，２８…
ｐ型真性ベース層（単結晶シリコン・ゲルマニウム）、
１０，２９…ｐ型外部ベース層（多結晶シリコン・ゲル
マニウム）、１１…低濃度キャップ層（単結晶シリコン
もしくは単結晶シリコン・ゲルマニウム）、１２…低濃
度多結晶シリコン（もしくは低濃度多結晶シリコン・ゲ
ルマニウム）、１４，３１…エミッタ電極（高濃度ｎ型
多結晶シリコン）、１５，３２…エミッタ領域、１６…
絶縁膜、１７，３４…高濃度ｎ型コレクタ引き出し層、
１８，３５…電極、１９…エミッタ層（単結晶シリコン
もしくは単結晶シリコン・ゲルマニウム）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲尾 勝由 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平７−86293（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299429（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−315342（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−333933（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−182980（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136160（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−211158（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−83805（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−147287（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326343（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 29/165 H01L 29/737 H01L 31/10 H03F 3/08

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型単結晶シリコン層と、該第１導
   電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口部を有す
   る第１の絶縁膜と前記第１導電型と反対導電型の第２導
   電型多結晶層と第２の絶縁膜とからなる多層膜と、 前記開口部全体に設けられた第１導電型単結晶シリコン
   ・ゲルマニウム層と、 該第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設け
   られた第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と、 該第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と前記第
   ２導電型多結晶層との双方に接して設けられた第２導電
   型多結晶シリコン・ゲルマニウム層と、 前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設
   けられ、かつ第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
   層よりも不純物濃度の低い第２の第２導電型単結晶層
   と、 を少なくとも有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】前記第２導電型多結晶層は、多結晶シリコ
   ン層または多結晶シリコン・ゲルマニウム層である請求
   項１記載のバイポーラトランジスタ。
3. 【請求項３】前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層の厚さが少なくとも５ｎｍである請求項１または
   請求項２に記載のバイポーラトランジスタ。
4. 【請求項４】前記第２の第２導電型単結晶層は、単結晶
   シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層であ
   る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイポーラト
   ランジスタ。
5. 【請求項５】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型単
   結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して成る
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバイポーラトラ
   ンジスタ。
6. 【請求項６】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型単
   結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して成る
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバイポーラトラ
   ンジスタ。
7. 【請求項７】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型単
   結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、その
   傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層
   中と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中
   とで異なる請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバイ
   ポーラトランジスタ。
8. 【請求項８】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型単
   結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、前記
   第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中のゲルマ
   ニウムの組成比が表面から前記第１導電型単結晶シリコ
   ン層側に向かうに従い減少して成る請求項１乃至４のい
   ずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
9. 【請求項９】光信号を受け電気信号を出力する受光素子
   と、該受光素子からの電気信号を受ける第１の増幅回路
   と、該第１の増幅回路の出力を受ける第２の増幅回路
   と、所定のクロック信号に同期して前記第２の増幅回路
   の出力をディジタル信号に変換する識別器とを有する光
   受信システムであって、 前記第１の増幅回路は、前記受光素子にそのベースが接
   続された第１のバイポーラトランジスタと、該第１のバ
   イポーラトランジスタのコレクタにベースが接続される
   と共にエ ミッタが前記第２の増幅回路の出力に接続され
   た第２のバイポーラトランジスタとを有し、前記第１又
   は第２のバイポーラトランジスタの少なくとも一つは、 第１導電型単結晶シリコン層と、 該第１導電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口
   部を有する第１の絶縁膜と前記第１導電型と反対導電型
   の第２導電型多結晶層と第２の絶縁膜とからなる多層膜
   と、 前記開口部全体に設けられた第１導電型単結晶シリコン
   ・ゲルマニウム層と、 該第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設け
   られた第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と、 該第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と前記第
   ２導電型多結晶層との双方に接して設けられた第２導電
   型多結晶シリコン・ゲルマニウム層と、 前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設
   けられ、かつ第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
   層よりも不純物濃度の低い第２の第２導電型単結晶層
   と、 を少なくとも有することを特徴とする光受信システム。
10. 【請求項１０】前記第１及び第２のバイポーラトランジ
    スタが単一の半導体チップ上に形成されると共に、該半
    導体チップと前記受光素子とが単一の基板上に実装され
    て成る請求項９に記載の光受信システム。
11. 【請求項１１】光信号を受け電気信号を出力する受光素
    子と、 該受光素子からの電気信号を受けるために前記受光素子
    に接続されたベースを有する第１のバイポーラトランジ
    スタと、該第１のバイポーラトランジスタのコレクタに
    接続されたベースを有し、かつ、その出力を与えるコレ
    クタ・エミッタ経路を有する第２のバイポーラトランジ
    スタとを具備して成る増幅回路とを具備して成る光受信
    システムであって、 前記第１又は第２のバイポーラトランジスタの少なくと
    も一つは、 第１導電型単結晶シリコン層と、 該第１導電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口
    部を有する第１の絶縁膜と前記第１導電型と反対導電型
    の第２導電型多結晶層と第２の絶縁膜とからなる多層膜
    と、 前記開口部全体に設けられた第１導電型単結晶シリコン
    ・ゲルマニウム層と、 該第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設け
    られた第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と、 該第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と前記第
    ２導電型多結晶層との双方に接して設けられた第２導電
    型多結晶シリコン・ゲルマニウム層と、 前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設
    けられ、かつ第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
    層よりも不純物濃度の低い第２の第２導電型単結晶と、 を少なくとも有することを特徴とする光受信システム。
12. 【請求項１２】前記第２導電型多結晶層は、多結晶シリ
    コン層または多結晶シリコン・ゲルマニウム層である請
    求項１１に記載の光受信システム。
13. 【請求項１３】前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層の厚さが少なくとも５ｎｍである請求項１１ま
    たは請求項１２に記載の光受信システム。
14. 【請求項１４】前記第２の第２導電型単結晶層は、単結
    晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層で
    ある請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の光受信
    システム。
15. 【請求項１５】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して成
    る請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光受信シ
    ステム。
16. 【請求項１６】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少して成
    る請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光受信シ
    ステム。
17. 【請求項１７】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、そ
    の傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
    層中と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層
    中とで異なる請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載
    の光受信システム。
18. 【請求項１８】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、前
    記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中のゲル
    マニウムの組成比が表面から前記第１導電型単結晶シリ
    コン層側に向かうに従い減少して成る請求項１１乃至１
    ４のいずれか１項に記載の光受信システム。