JPH01503344A

JPH01503344A - トンネルエミッタ・バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JPH01503344A
Application number: JP50338187A
Authority: JP
Inventors: エグズー，ジングミング　（エヌエムアイ）; シュール，ミカエル　（エヌエムアイ）
Original assignee: リージェンツオブザユニバーシティオブミネソタ
Priority date: 1986-05-29
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1989-11-09
Also published as: WO1987007431A1

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】発明の名称トンネルエミッタ・バイポーラトランジスタ発明の背景１、発明の分野本発明はバイポーラトランジスタに関するものである。特に、本発明は、ベースとエミッタとの間に、幅広バンドギャップ半導体からなる薄いバリヤ層を含む改良されたバイポーラトランジスタに関するものである。

２、従来技術の説明高速バイポーラトランジスタへの願望が、各種のトランジスタ構造の研究や、シリコン以外の半導体材料を用いるバイポーラトランジスタの開発を促進している。その場合、特にガリウム砒素（ＧａＡｓ）を使用する装置に力点が置かれてきた。トランジスタに比べてガリウム砒素の提供する長所の中には、ガリウム砒素のより優れた電子移動度、半絶縁性基板の利用、及び期待される優れた放射困難性と高温性能がある。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢ　Ｔ）は、標準的には、幅広いバンドギャップのアルミニウムガリウム砒素（ＡＩＧａＡｓ又はＡ　１　ｘＧ　ａ　１ −、　Ａ　ｓ　）エミッタを使用しているので、高速応用の場合ホモ接合ＧａＡｓ装置に比較して幾つかの優れた長所を提供する。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合、広バンドギャップＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓエミッタは、ベースからエミッタへ少数キャリア注入用の特別バリア（ｅｘｔｒａ　ｂａｒｒｉｅｒ　）を導入する。

その結果、エミッタ効率は、非常に高くなり、かつベースのドーピング濃度とは無関係になり得る。またベースは、エミッタ注入効率を犠牲にせずに、多量にドーピングしてベース抵抗を減少することができる。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する説明は、例えば、次の諸論文に載っている。

Ｈ、Ｋ　ｒｏｅｍｅｒ著“ヘテロ構造バイポーラトランジスタ：何を我々は作るべきか”　：　Ｊ、　Ｖａｃ　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、　。

Ｂｌ（２）、第１２６〜１３０頁、１９８３年４月〜６月号。

Ｎ、ＣｈａｎｄおよびＨ，Ｍｏｒｋｏｅ著”Ａ　ｌ　、　Ｇ　ａ　１−ｘＡ　ｓ　／ＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタにおけるドーピング効果および組成グレージング：ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　Ｖｏｌ、　Ｅ　ｄ　−３２゜Ｎｏ、　６　、第１０６４〜１０６８頁、１９８５年６月号。

Ａ、Ｇｒｉｎｄｂｅｒｇ、　Ｍ、５ｈｕｒ　、　Ｒ９Ｆｉｓｃｈｅｒ及びＨ１Ｍｏｒｋｏｅ著“ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタの性能に対するグレーデツド層（Ｇ　ｒａｄｅｄＬａｙｅｒｓ　）とトンネルの影響についての研究”　：ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　Ｖｏｌ、Ｅ　ｄ　−３１。

ｋｌ　２．第１７５８〜１７６４頁、１９８４年１２月号。

Ｐ、Ａｓｂｅｃｋ　、Ｄ、Ｍｉｌｌｅｒ　、Ｒ，Ｍｉｌａｎｏ　、Ｊ　。

Ｈａｒｒｉｓ　、Ｊｒ、　、Ｇ、ＫａｅｌｉｎおよびＲ、Ｚ　ｕｃｅａ著。

“ディジタル集積回路用（Ｇａ、ＡＩ）Ａｓ／ＧａＡｓバイポーラトランジスター　：　Ｉ　ＥＤＭ８１．第６２９−６３２頁。

１９８１年。

それらの長所にもかかわらず、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓヘテロ接合バイポーラトランジスタは、一方では大きな短所をもっている。特に、ＡｌＧａＡｓエミッタは、ドーパントと結合したトラップに関連する幾つかの不利な点、すなわち高接触抵抗典型的には、同じ位ドープしたＧａＡｓの場合よりずっと大きい）、およびＡｌＧａＡｓ内での低い移動度と電子速度に起因する、比較的高い直列抵抗である。

発明の要約本発明は、トンネルエミッタ・バイポーラトランジスタ（Ｔ　Ｅ　Ｂ　Ｔ）と呼んでいる新しいバイポーラトランジスタに関する。この装置は、バイポーラトランジスタのベースとエミッタの間に挿入された、幅広バンドギャップ半導体材料の薄いバリヤ層を利用する。バリヤ層は、有効電荷質量および有効ホール質量に大きな差を生じさせる。

エミッタと同じ導電型であるバリヤ層は、エネルギギャップがベースからの距離とともに増加するようなグレード付け（ｇｒａｄｅｄ）組成プロフィールを持つことが、好ましい。エミッタ及びバリヤ層の高ドーピングレベルとともに、組成のプロフィールは、エミッタの少数キャリアに対する場合より、多数キャリアの場合には、より小さく、かつより薄いバリヤ（障壁）を生じさせる。

ＴＥＢＴでは、従来のＨＢＴエミッタの好ましくない影響を可成り減少しながら、質量フィルタ作用及び少数キャリア注入に対する大きなバリヤ効果のためにエミッタ効率が改良され、また低いエミッタ直列抵抗のために、高い電流利得及び高い遮断周波数が得られることになる。したがってＴＥＢＴは、温度安定性の大幅な改善と光感度の低下をもたらすことになる。

図面の簡単な説明第１Ａ図は、本発明のトンネルエミッタ・バイポーラトランジスタの好適な実施例を示す構成図である。

第１Ｂ図は、図１へのＴＥＢＴに沿った位置の関数として、エネルギギャップを示すグラフである。

第２Ａ図は、熱平衡状態におけるＴＥＢＴのバンド構造を示すグラフである。

第２Ｂ図は、図２Ａのバンド構造の一部であり、エミッタ・ベース接合部の周辺を拡大スケールで示したグラフである。

第３図は、トンネルエミッタ・バイポーラトランジスタの端子電圧及び電流の慣例的表記を示す図である。

好適な実施例の詳細な説明第１Ａ図は、本発明のＴＥＢＴＩＯの断面略図である。この実施例におけるＴＥＢＴＩＯは、Ｎ形コレクタ１２、大量ドープされたＰ形（Ｐ　）ベース１４及び大量ドープされたＮ形（Ｎ　）エミッタ１６よりなるＮＰＮ）ランジスタである。コレクタ接点１８、ベース接点２０及びエミッタ接点２２は、それぞれコレクタ１２、ベース１４及びエミッタ１６とオーミック接触を行なう。

ＴＥＢＴＩＯは、またベース１４とエミッタ１６０間に介在される薄いバリヤ層２４を含んでいる。大量ドープされたＮ形層であるバリヤ層２４は、ベース１４及びエミッタ１６とは異なる組成をもっている。

１つの好適な実施例において、コレクタ１２、ベース１４及びエミッタ１６は、すべてガリウム砒素であるが、バリヤ層２４は、薄いＡ　ＩＸ　Ｇａ　１ｌ−Ａｓ合金よりなる半導体層である。バリヤ層２４の厚さは、Ｘの値（合金半導体におけるＡｌＡｓのモル分率）、バリヤ層２４の組成プロフィール、及びベース１４、エミッタ１６やバリヤ層２４のドーピングレベルにより、約１０オングストロームから約２００オングストロームまで変化する。

好適な実施例では、バリヤ層２４が、約３０オングストロームと約６０オングストロームの間にある。バリヤ層２４は、エミッタ１６が大量ドープされる時、正孔（少数キャリア）に対するバリヤは、基本的に不変であるが、注入電子（多数キャリア）に対してはバリヤを小さくするようにグレード付は軸ｒａｄｅｄ）されるのが望ましい。

第１Ｂ図に示されるように、エネルギギャップＥｇは、接合２６からの距離とともに増加する。このことは、Ｘが接合２６からの距離とともに増加するように、バリヤ層の組成をグレード付けする（変化させる）ことによって達成される。

グレード付は組成はまた、さもなければエミッタ・ベース接合に存在する鋭いノツチ（ｎｏｔｃｈ　）を除去する。

ＴＥＢＴＩＯでは、バリヤ層２４における電子及び正孔に対するトンネル確率の大きな差を巧みに利用することにより、エミッタ注入効率の向上が達成される。

改良は、“質量フィルタ”　（空乏層２４における電子の有効質量と正孔の有効質量の間に大差があることに起因する）の効果、及び少数キャリア注入に対する大きなバリヤと多数キャリア注入に対する小さなバリヤによる効果の両方から生じてくる。

表１は、第１Ａ図に示されている様なＴＥＢＴ装置の特性及びパラメータを示している。この装置では、コレクタ１２、ベース１４及びエミッタ１６は、すべてＧａＡｓである。一方のバリヤ層２４はＡｌｘＧａ１□Ａｓ層であり、前記Ｘが接合２６におけるゼロから、バリヤ層２４とエミッタ１６の間のインタフェース（境界面）２８における約０．３３２まで変化するような組成プロフィールををする。

第２Ａ図は、表１に与えられた装置パラメータを用いて数値的に計算された、ＴＥＢＴ装置１０のバンド・ダイアグラムを示している。伝導帯の不連続性は、Δ Ｅ−、５７ΔＥ　と仮定された。ここで、ΔＥｇは、ｃ　ｇＡＩＧａＡｓとＧａＡｓとの間のバンドギャップ差でｘ　ｌ−ｘある。

表　１温度：Ｔ−３００にドーピング濃度：Ｎ　−２Ｘ１０１８；ｅＮ−０，８Ｘ１０　、Ｎ　−５Ｘ１０１６（１／口３）１８゜ｄＣＡｌｘＧａ１−ｘＡＳ層の厚み：Ｌｂａｒ　−２００オングストロ一ム組成プロフィールｘ：Ｘは、境界面２８における０Ｊ３２から接合２６におけるＯまで直線的に変化する厚さ：Ｗ−０．４５μｍ；　Ｗｂ−０，０５μｍ；Ｗ− ０，５μｍ移動度：　ｔｔ　−１３６ｃｎ＋２／ｖ、ｓ。

真性濃度：ｎｌ−２Ｘ１０　／ｃｒｎｅ−ｂ接合に生ずる空乏層の厚み：Ｗｂ８−０．０４μｍエミッタ・ベース接合２６の周辺領域の拡大図が、第２Ｂ図に示されている。伝導電子に対する有効バリヤは、ΔＥ。

（Ｘ）のほんの一部（数分の１）にすぎないが、正孔に対する有孔バリヤはΔＥ　（ｘ）よりわずかに大きくさえある。

■ また、電子の有効質量は正孔の有孔質量より小さい。したがって伝導電子は、正孔よりもずっと楽にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓバリヤ層２４を通過できる。実際、トンネル（通過）確率Ｔが１よりずっと小さい場合には、次の式（１）が、良好な近似として使用できる。

均一なＡ　１　ｏ、ａＧ　ａ　ｏ、７Ａ　Ｓ材料の場合、電子の有効質量は約０．０９２ｍ　、重圧孔（２９３％）の有効質量は約０．６６ｍ　であり、また軽圧孔（３７％）の有効質量は約０．１１ｍ　である。

電子及び正孔のトンネル確率の正確な量的計算は、バリヤ層の形状及び有効質量値に関する非常に正確な知識を必要とする。その上、ＡｌｘＧａ１゜−Ａ　ｓバリヤ層２４における組成のグレーディング軸ｒａｄｉｎｇ　）が有効質量の評価をさらに複雑にしている。

バリヤの形状を近似的に台形とした場合、正孔の平均トンネル確率Ｔ　は、次のとおり評伝できる。

また電子に対する評価されたＴ　は、大体次式で表わされる。

Ｔ　＝０．１　・・・・・・（３）この値は、組成及びドーピング・プロフィールを変えることによって、さらに増加できる。

熱電子放出の効果を考慮に入れると、バリヤ層２４を通る伝達率（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｒａｔｅ）は、正孔および電子のそれぞれについて、次式（４）および（５）の通り表わされる。

Ｒ＝Ｔ　＋（１−Ｔ　）ｅｘｐ　（−Ｅ　ＫＴ）ｐｐ　ｐ　ｖｋｅｘｐ（−ΔＥ　／ＫＴ）　−川−・（４）■ Ｒｎ−Ｔｎ＋　（１−Ｔｎ）　ｅｘｐ　（−ΔＥ’。／ＫＴ）・・・　（５）ここで、ΔＥｖ　（七〇、１１ｅＶ）は価電子帯不連続であり、ΔＥ’　（２０，０７７ｅＶ）は電子に対するバリヤの有効高さである。

第３図は、端子電圧及び電流を慣例的に表示したＴＥＢＴｌｏの概略記号表示である。

ＴＥＢＴＩＯは、従来のバイポーラトランジスタに類似の方法で記号表示されている。ただし、バリヤ層２４の存在を示すため、短かい線がエミッタ矢印と交差して表記されている。

１９８５年アカデミツクプレス社発行、Ｎ、Ｅ　１ｎｓｐｒｕｃｈ及びＷ、　Ｗｉｓｓｅｍａｎ　ｍ集、Ｖ　Ｌ　Ｓ　Ｉ　Ｅ　１ｅｅｔｒｏｎｉｃｓ誌のＶｏｌ。

１１に掲載された、ＨｏＴ、　Ｙｕａｎ　、　Ｗ、　Ｖ、　ＭｃＬｅｖｉｇｅ及びＨ，Ｄ、５ｈｉｈの各氏による“ＧａＡｓバイポーラディジタル集積回路”に説明された従来の方法にしたがい、がっＲ及びＲを考慮に入れると、第３図に示す端子電圧及びｎ電流をもツｎ　ｐ　ｎ構造の場合、ＴＥＢＴＩＯの１次Ｉ−Ｖ特性は、つぎのエバース・モール（Ｅｂｅｒｓ−Ｍｏｉｌ　）モデルによって説明できる。

Ｉ　−−Ｉ　［ｅｘｐ　（ｑＶｂ８／ＫＴ）　−１）　］ｅ　ｅＳ＋ａ、　１．　［ｅｘｐ　（ｑＶｂｏ／ＫＴ）　−１１’ｅｒ・・・（６Ａ）Ｉｏ−−αｆＩ。８［ｅＸＩ）（ＱＶｂ８／ＫＴ）−１）コ−Ｉ。５［ｅｘｐ　（ＱＶｂｏ／ＫＴ）　−１３−Ｉ。ｒ・・・（６Ｂ）ここで、再結合電流はつぎの式（７Ａ）、（７Ｂ）で表わされる。

Ｉｅｒ″″Ａ８（ｑｎｉＷｂ８／τｂｅ）［ｅｘｐ　（ｑＶｂｏ／ｎＫＴ）　− １１−（７Ａ）Ｉ。、−Ａｏ（ｑ　ｎ１Ｗｂｏ／τｂ。）［ｅｘｐ　（ｑＶｂｃ／ｎＫＴ）　−１１−（７Ｂ）ｌ　を減少させるためには、バリヤ層２４の組成プロフィｅｒ −ルは、第１Ｂ図に示されているように直線的であるよりはむしろ対称的に傾斜させるのがよい。

パラメータエ。、及びｌ。８は、次式の電子コンポーネント及び正孔コンポーネントの両者によって寄与される、エミッタ・ベース及ヒコレクタ・ベース接合の逆バイアス飽和電流−ｃある。

表１で指定された特定のＴＥＢＴの場合、エミ・ツタ長Ｗ８１、ベース厚みＷｂ及びコレクタ長Ｗ。は、すべてそれぞれのキャリア拡散長に比較して短かい。

したがって、前記Ｉ　およびＩ　は、ドーピング濃度Ｎ、。

ｅＳ　ＱＳＮｄｅ”　ｄｃ’正孔および電子の拡散定数Ｄｐ、Ｄｎならびに正孔および電子のトンネル確率Ｔ、Ｔ　を用いて、次の式％式％］ここで、ｎ、はＧａＡｓの真性キャリア濃度（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃｃａｒｒｉｅｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　）であり、式７Ａおよび式７Ｂで用いられたものである。

空乏層再結合電流が中性ベース再結合電流に比べて大幅に大きいと仮定すれば、共通ベースの順方向および逆方向電流利得係数αｆおよびα、は、つぎの式（ＩＯＡ）および（ＩＯＢ）で表わすことができる。

αｒ−１゜５（ｎ）　／　［ＩｏＳ（ｎ）　＋Ｉｏ８（ｐ）　＋（Ｉ。。

＋　Ａ　ｅ　ｑ　ｎＩＷｂｅ／　ｒ　ｂｅ）　ｅ　ｘ　ｐ　（ｑ　Ｖｂｅ／　Ｋ ”　）　］・・・（ＩＯＡ） α　−Ｉ　（ｎ）　／　［Ｉ　（ｎ）　＋Ｉ　（ｐ）　＋　（Ｉ。。

ｒ　Ｃ８Ｃ８Ｃ８十Ａ。ｑｎｉＷｂｏ／τｂｅ）ｅ　ｘ　ｐ　（−ｑ　Ｖｂｏ／ＫＴ）　”Ｊ・− ・Ｃｌ０Ｂ）したがって、共通エミッタ電流利得は式（１１）のようになる。

＋　（Ａ８ｑｎｉ　Ｗｂｅ／τｂｅ）ｅＸｐ　（−ｑＶｂ８／ＫＴ）　］・・・　（１１）もしも、ｖｂ８が大きい場合のように、再結合電流Ｉｅｒが”ｅｓ（ｐ）に比べて小さく、無視できるならば、前記βはつぎのように概算できる。なお、ここでは表１に示したパラメータを用いた。

β沁Ｉ　（ｎ）／Ｉ　（ｐ）ｅｓ　ｅｓＫ　（ＤｎＷ８Ｎ、。／Ｄ、　ＷｂＮ、　）　Ｒｎ／Ｒ。

２４００ＸＯ，ＩＸｅｘｐ　（ΔＥ　／ＫＴ）夕２５００　・・・・・・（１２）二の電流利得は、Ｊ、　Ｖａｃ、Ｓｅｔ、　Ｔｅｅｈｎｏｌ、　、誌、　Ｖｏｌ。

Ｂｌ、第２号、第１２６〜１３０頁、１９８３年４月−６月号に掲載されたＨ、　Ｋｒｏｅｍｅｒの論文“ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）：何を造るべきカーによって初めて提案されたように、ベースを横切るホット（ｈｏｔ　）電子のパリスティック・トランスポート（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　）によってさらに高められる。

従来のＨＢＴと同様に、ＴＥＢＴＩＯにおけるベースのドーピングレベルは極めて高く、高周波特性にとって有利な低ベース拡がり抵抗、低エミッタ・ベース容量及び他のファクタを招来する。

本発明のＴＥＢＴＩＯは、現在の技術水準によるＨＢＴ装置で可能であるよりは著しく高い遮断周波数を提供する。その理由は、Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡＳエミッタに対する低接触抵抗である。

１９８５年、アカデミツクブレス社発行、Ｅ　１ｎｓｐｒｕｃｈ及びＷ、ＷｉｓｓｅＩＩｌａｎ編集、Ｖ　Ｌ　Ｓ　Ｉ　Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ誌Ｖｏ１．１１において、Ｈ，Ｙｕａｎ　、　Ｗ、　ＭｅＬｅｖｉｇｅ及びＨ，Ｄ、５ｈｉｈによって述べられているように、ｒＡＩＧａＡｓ−ＧａＡｓから製造された現行技術水準のへテロ接合バイポーラ・トランジスタを一例に取ると、計算値はｆ− ｒか５５ＧＨｚの高さにもなることを示しているが、測定されたｆｒの値は２５ＧＨｚとなっている。この不均衡は、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓエミッタに対して低接触抵抗にすることの困難性によって確認される。従って、超高速切替を達成するためには・・・・・・エミッタ抵抗もまた、比例的に減少されねばならない。」のである。

対照的に、ＴＥＢＴＩ　Ｏにおいては、エミッタ１６として高度にドープされたＧａＡｓを使用することによって、エミッタ抵抗が実質的に減少される。ＴＥＢＴＩＯの場合のエミッタ接触抵抗Ｒは、従来のＨＢＴに比較してはるかに低ｃｏｎく、その結果として、はるかに高い遮断周波数が達成される。

高ベース電流（すなわち、大きなベース・エミッタ電圧■、ｅ）の場合、遮断周波数は次式（１３）で与えられる。

ｆＴ−１／２π［Ｒｅｃｏｎ　（Ｃｊｅ”　Ｃｐａｒａｓｔｉｃ）ここで、Ｒはエミッタ接触抵抗、Ｃ２はエミッタ・ｅｃｏｎ　Ｊｅベース接合容量であり、またＣ　、はコレクタ・ベースｐａｒａＳｔｌｅ接合容量、装置の分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　）容量及び相互接続容量を含む総合寄生容量である。

固有ベース走行時間は、括弧内の第２項によって与えられる。式（１３）から分かるように、もし他のすべての定数等が、従来のへテロ接合バイポーラトランジスタにおけると同じに保持されるとすれば、ＴＥＢＴｌｏにおけるＲ　がｅｃｏｎはるかに低いため、このＴＥＢＴＩＯは比較的高い遮断周波数ｆｒをもつことになる。

各パラメータを表１のように仮定すると、つぎのような結果が得られる。

ここで、ＧａＡｓに対する抵抗接触の抵抗値は５Ｘ１０’Ω−ｃｍ２であると仮定する。

容量は概略式（１６）のようになるので、式（１７）が得られる。

ｃ−ｃ、＋ｃ　、、夕３．　Ｘ　１０−”Ｆ／ｃ＋ｎ２　・・・（１６）１８　ｐａｒａｓｌｔｌｅｆＴｚ８０　ＧＨｚ　＝”・・（１７）ＡＩＧａＡｓエミッタを有する従来のへテロ接合バイポーラトランジスタの場合、Ｒは比較的高い（恐らく、２×ｅｏｎ１０−６Ω−ｃｍ２を下らない）。したがって、同じパラメータの装置の場合、遮断周波数はｆＴ　（ＡＩＧａＡｓ）”２６ＧＨ２となり、Ｈ，Ｙｕａｎ等の値と大体一致している。

以上ではＴＥＢＴＩＯがＡｌＧａＡｓバリヤ層２４を有するＧａＡｓ装置である場合について説明されたが、半導体材料の他の組合せも、同様な装置特性を達成するために使用できる。ＴＥＢＴＩＯは、有効電子質量と有効正孔質量の間の大きな差、多数キャリアへの小さいバリヤ（障壁）ならびにバリヤ層２４とベース１４およびエミッタ１６の材料間の良好な格子整合を必要とする。

他の実施例では、ＡｌＧａＡｓがバリヤ層２４の材料であり、ＩｎＧａＡｓが、コレクタ２４、ベース１４及びエミッタ１６の材料である。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓに対する同様な伝導帯不連続性が、ＡｌＧａＡｓの低いモル分率によって実現できる。ＩｎＧａＡｓには高い電子移動度があり、電子と正孔間の質量差が大きい。薄いＡｌＧａＡｓ層は、格子ひずみがエビ層（ｅｐｉｌａｙｅｒｓ　）によってコヒーレントに吸収されて無転位の仮像材料（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌ　）がもたらされることにより、格子不整合を解決できる。

もう１つ別の材料システムはＩ　ｎＡｌＡｓ／Ｉ　ｎＧａＡｓであり、この場合、前記１　ｎ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓはバリヤ層２４の材料である。その特性は、ＡｌＧａＡｓ層Ｉ　ｎＧａＡｓのそれに類似している。

さらに別の材料システムは、バリヤ層２４としてＪｎＧａｐを、またコレクタ１２、ベース１４及びエミッタ１６用の材料としてＧａＡｓを使用する。境界面２８における伝導帯不連続は、価電子帯不連続に大体等しい。

また別の材料システムはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ／ＧａＢｅＡｓである。この実施例で、ＡｌＧａＡｓはバリヤ層２４の材料であり、ＧａＡｓはコレクタ１２及びエミッタ１６月の材料である。ＧａＢｅＡｓは、ベース１４用の材料として使用され、ベース１４に超大量のドーピングをすることを可能にする。

結論として、本発明のトンネルエミッタ・バイポーラトランジスタ（Ｔ　Ｅ　Ｂ　Ｔ）は、高いエミッタ効率、低い寄生抵抗をもたらし、さらに現行技術レベルのへテロ・バイポーラトランジスタで得られるよりも可成り高い周波数特性を提供する。その上、ＴＥＢＴのエミッタがＧａＡｓのような材料であるから、ＨＢＴの大量ドープされたエミッタを有するＨＢＴに付随する温度不安定性、光感度及び他の好ましからぬ諸影響が顕著に減少する。

本発明は、好適な実施例について説明されたが、この技術の当業者なら、この発明の精神及び範囲を逸脱することなく、形状及び細部を変更できることは当然である。

−一−Ｗ、−−−−−Ｗｂ−−−−−Ｗ。−一一一匡際調査報告１ｉ・Ｃリド〇−ムｐ口Ｉ・Ｃ−電・ｅｐ　ｂｅ、　ｐ（τ／Ｌ：ＳＢ７．０Ｌ１７Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

１．第１導電型を有するコレクタと、第２導電型を有するベースと、第１導電型を有するエミッタと、前記ベースおよびエミッタの間に介挿されたバリヤ層であって、このバリヤ層は第１導電型とエミッタより広いバンドギャップを有し、また、有効電子質量と有効正孔質量とに差を生じさせると共に、さらに、第１導電型のキャリアは実質的に透過させ、第２導電型のキャリアはより僅かしか透過させないような厚さをもっている、バリヤ層とを具備したバイポーラトランジスタ。
２．請求範囲１記載のバイポーラトランジスタであって、バリヤ層が、組成の関数であるバンドギャップを有する合金半導体によって構成されているもの。
３．請求範囲２記載のバイボーラトランジスタであって、バリヤ層が、ベースとバリヤ層との間にある接合からの距離の関数として変化するような、バンドギャップに関する組成変化（傾斜）を有するもの。
４．請求範囲３記載のバイポーラトランジスタであって、バリヤ層のバンドギャップが、接合からの距離とともに増加するもの。
５．請求範囲４記載のバイポーラトランジスタであって、バリヤ層およびベースのバンドギャップが、接合において実質的に同じであるもの。
６．請求範囲１記載のバイポーラトランジスタであって、第１導電型のエミッタおよびバリヤ層が大量にドープされ、第２導電型のベースも大量にドープされたもの。
７．請求範囲１記載のバイポーラトランジスタであって、コレクタおよびエミッタは第１の半導体材料によって構成され、バリヤ層は第２の合金半導体材料によって構成されたもの。
８．請求範囲７記載のバイポーラトランジスタであって、そのベースが第１の半導体材料によって構成されたもの。
９．請求範囲７記載のバイポーラトランジスタであって、そのベースが第３の半導体材料によって構成されたもの。
１０．請求範囲９記載のバイポーラトランジスタであって、その第１の半導体材料はＧａＡｓ、第２の半導体材料はＡｌＧａＡｓであり、第３の半導体材料はＧａＢｅＡｓであるもの。
１１．請求範囲７記載のバイポーラトランジスタであって、第１半導体材料がＧａＡｓであるもの。
１２．請求範囲１１記載のバイポーラトランジスタであって、第２の半導体材料がＡｌＧａＡｓであるもの。