JPH01241165A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、深い不純物準位を有する半導体材料で形成さ
れたエミッタの改良に係り、特にエミッタを高濃度化す
ることに好適なヘテロ接合バイポーラトランジスタに関
する。

〔従来の技術〕

従来のＡＱＧａＡｓ／ＧａＡｓ　　ＨＢＴ　（ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ）の断面構造例は、たとえば
アイ・イー・イー・イー（ＩＥＥＥ）。

ＥＤＬ−３，Ｎｏ、１２．１９８２年、３６６頁にみら
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、ＡＱＧａＡｓ／ＧａＡｓＨＲＴとＳ
ｉバイポーラトランジスタの半導体材料の違いが考慮さ
れておらず、ＧａＡｓ　　ＨＢＴの特徴を引き出せない
でいた。即ち、Ｓｉバイポーラトランジスタのエミッタ
濃度は従来１０”ａｍ−”程度であり、ｎ型不純物Ａｓ
（ヒ素）、Ｐ（リン）の不純物準位は低濃度では各々５
４ｍｅＶ、４５ｍ　ｅ　Ｖである。

この様に、室温（２５ｍｅＶに相当）に比べ、深い準位
を形成することがｎ型Ｓｉの特徴であった。しかし、も
し１０”ａｍ−３程度の高濃度領域でも依然として５４
〜４５ｍｅＶと深い準位であれば、自由キャリアになる
のは大略２　Ｘ　１０１″ａｍ−３程度になってしまう
（キャリア凍結）。ところがＳｉの場合は、不純物濃度
は上げていくと、不純物準位が非常に小さくなり金属的
になっていく。

そのためキャリア凍結は起こらず、１０　”ｅｎｄ−３
程度の高バーブ状態でも依然として自由キャリア濃度は
１０２０ｃｏ＋−３である。

一方、ＧａＡｓ　　ＨＢＴの場合は、エミッタにｎ型Ａ
　Ｑ　Ｘ　Ｇ　ａｌ　−ｘＡ　ｇを用いるため、いわゆ
るＤＸセンタ（たとえば、フィジカル・レビュー（ｒ’
ｈｙｓ、Ｒｅｖ、）　Ｂ１９　（１９７９）　１０１５
参照）と呼ばれる６０ｍｅＶ程度の格子緩和に由来して
いると思われる深い準位が発生する。このＤＸセンタは
１局在化した電子準位であるため不純物濃度を高くして
もエネルギー準位を小さくすることはできない。そのた
め　１０１１１〜１０１１０ｌ９’レベルの高不純物ド
ープの場合、自由キャリア濃度は２〜４　Ｘ　Ｉ　Ｏ”
ｃｍ−３程度と低くなり、エミッタ注入効率を大きくで
きないという欠点を有していた。

本発明の目的は、化合物半導体で構成されたベテロ接合
バイポーラトランジスタのエミッタの自由キャリア濃度
を大きくすることにある。

（ａ題を解決するための手段〕 上記目的は１次の２つの手段の各々により達成できる。

第１の手段は、　Ａ　Ｑ　ｘＧａｌ−ｘＡｓ　（０＜ｘ
く１）エミッタ層を素子動作時に空乏化すなわちイオン
化している条件で形成し、かつ該エミッタ層上に実効的
エミッタ不純物濃度を決める高濃度の不純物を含むＧ　
ａ　Ａ　ｓ層を形成することである。

第２の手段は、エミッタ層の構造を、実効的エミッタ不
純物濃度を決める高濃度の不純物を含むＡ　Ｑ　Ｘ　Ｇ
ａ１−ｘＡｓ　（０≦ｘ≦０．２５）の層と、故意には
不純物を含んでいず、かつそのエネルギー禁止帯幅が上
記不純物含有層より大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ　（０
＜ｘ＜１）の層を交互に並べた超格子構造とすることで
ある。

〔作用〕

まず、第１の手段の作用を説明する。ｎ型ＡＱＧａＡｓ
中に存在するｎ型不純物濃度をＮ　Ｄ　ｖ自由キャリア
濃度をＮＤ＋とじ、エミッタのｎ型Ａ　Ｑ　Ｘ　Ｇ　ａ
ｌ　−Ｘ　Ａ　８膜厚をｄ、ベースのアクセプタ濃度を
ＮＡとした時、エミッタ側に伸びる空乏層厚ｘｎは空乏
層近似を用いれば。

と書ける。ここで、ｑは単位電荷、εは誘電率、ｖｂｉ
はｐ−ｎ接合のビルトインポテンシャル。

したがって、ｎ型ＡＱＧａＡｓの膜厚ｄをｄ　≦　Ｘｎ
　　　　　　　　・・・（２）と選べば、ｎ型ＡＱＧａ
Ａｓは常にイオン化されており、ＤＸセンタに特有の問
題を避けることかで′きる。

この時エミッタの濃度はｎ型ＡＱＧａＡｓ層の上側に位
置するｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓの濃度で決まり、この濃度を
５　Ｘ　１０１８ａｍ−３程度に高濃度化することでエ
ミッタ濃度は通常のＨＢＴに比べ約１桁高くできる。

次に第２の手段の作用を説明する。ＡＱＧａＡｓエミッ
タ層に膜厚ｄと不純物濃度ＮＤに式（１）。

（２）で決まる制限を付ける代りに、第２図（ａ）に示
す様に、エミッタ層を超格子にすることでもエミッタ濃
度を上げることが可能である。

即ち、符号５′で示すＤＸセンタの存在しないＧａＡｓ
或いはＡＱ組成比Ｘが０．２５以下のＡ　Ｑ　Ｘ　Ｇａ
１−ｘＡｓに、例えばＳｉ不純物を５　Ｘ　１０　”ｃ
ｍ−”程度含ませた層と、不純物を故意には含ませず、
エネルギー禁止帯幅が上記不純物含有層より広いＡ　Ｑ
　ｚ　Ｇａｐ−３（、Ａｓ５　’を各々１．５〜４．５
ｎｍの膜厚で交互に並べた超格子構造でエミッタ層を構
成する。超格子の端の層はどちらの層でも良い。このと
き不純物を含む層５′ではＤＸセンタは発生しないので
、平均的には２．５　Ｘ　１０”Ｃｍ−３の自由キャリ
ア濃度となる。

第２図（ｃ）は第２図（ｂ）に対応する超格子のエネル
ギーバンド図である。

〔実施例〕

実施例１゜ 第１図は本発明の実施例のｎｐｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓＨＢ
　Ｔの断面図である。

半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１上に１ＭＢＥ（分子線エ
ピタキシー）法でＳｉを３　Ｘ　１０１８ｃｎ＋−３含
むｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　２を５０００人、Ｓｉを５　Ｘ
　１０１５ａｍ−３含む、ＧａＡｓ３を４０００人、Ｂ
ｅを５Ｘ１０１８ｃｍ−３含むＧ　ａ　Ａ　ｓベース層
４を１０００人、Ｓｉを２　Ｘ　１０　”ａｍ−３含む
ｎ型Ａ　Ｑ　ｚ　Ｇａ□−ｇ　Ａｓ５を３００人、Ｓｉ
を５　Ｘ　１０１８ａｍ’″３含むｎ”ＧａＡｓ６を３
０００人成長した。その後、エミッタ領域。

ベース領域、コレクタ領域を形成し、各々にエミッタ電
極１１．ベース電極１０．コレクタ電極１２を形成した
。

実施例２゜ 第１図のｎ型ＡＱＧａＡｓ５の代りに、第２図（ａ）に
示すＳｉを２　Ｘ　１０　”ｃｏ＋−３含む厚さ５０人
のＡ　Ｑ　ｏ、、Ｇａｏ、、Ａｓ　５　’および厚さ５
０人のアンドープＡ　Ｑ　（１，４Ｇａ□、ＨＡｓ　５
　’を２０周期積層した超格子層を用いた。

実施例１および２では、ｎｐｎ型ＨＢＴで説明したが、
ｐｎｐ型ＨＢ　Ｔのエミッタ層も同様に高濃度化を実現
できる。

又、エミッタ層とベース層の間の急峻なヘテロ接合を用
いる代りに、ＡＱ組成をベース側に従って小さくするこ
とで、ベース・エミッタ間電位ｖｎＥを小さくできるこ
とは、従来技術と同様である。この場合には超格子エミ
ッタのＡＱ組成をベース側で除々に小さくすることでｖ
Ｉｌｌｏを小さくしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のＧａＡｓ　　ＨＢＴに比べ、エ
ミッタ濃度を１〜５　Ｘ　１０　”ｃｍ−”程度まで高
濃度化できるので、電流増幅率を従来より１桁大きくで
き、エミッタ抵抗を約１桁小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１のＨＢＴの断面図、第２図
（ａ）および第２図（ｂ）は各々実施例２のＨｒ３　Ｔ
エミッタ断面図、及びそのエネルギーバンド図である。 ５−　ｎ型ＡＱＧａＡｓ、又はｎ型超格子、６・・・ｎ
＋ＧａＡｓエミッタ、４−ｐ”ＧａＡｓ、３−ｎ−Ｇａ
Ａｓ、２−ｎ”ＧａＡｓ、１・・・半絶縁性基板。 第７圓 ３、ｙｔ−Ｑ−メ ２、ｎ”（、ｄメＡ。 ｓ：　ｎ”ＱａＡｊ −＝し」−１−一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＧａＡｓコレクタ層、ＧａＡｓベース層およびＡｌ
   ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）エミッタ層を
   有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、上
   記エミッタ層は素子動作時に空乏化しており、かつ上記
   エミッタ層表面上に実効的エミッタ不純物濃度を決める
   高濃度の不純物を含むＧａＡｓ層を形成したことを特徴
   とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 ２、ＧａＡｓコレクタ層、ＧａＡｓベース層および実効
   的エミッタ不純物濃度を決める高濃度の不純物を含むＡ
   ｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．２５）の層
   と、故意には不純物を含んでいず、かつそのエネルギー
   禁止帯幅が上記Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０≦ｘ
   ≦０．２５）層より大きい Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）の層を交
   互に並べた超格子構造のエミッタ層を有することを特徴
   とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。