JPH0193167A - 高耐圧トランジスタ - 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】 〔概　　　要〕 本発明は、動作時に広がりベースの形成される半導体層
〔例えばバイポーラトランジスタのコレクタベース層や
バイポーラモード、型静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）
のドレインベース層等〕を有する高耐圧トランジスタに
おいて、上記半導体層を不純物濃度の異なる所定の３層
構造とすることにより、高耐圧と高電流増幅率とを同時
に得ることができるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えばバイポーラトランジスタやバイポーラ
モード型ＳＩＴ等を含むバイポーラ型の高耐圧トランジ
スタに関する。

〔従来の技術〕

従来の高耐圧バイポーラトランジスタの断面構成を第８
図に、そのＡ−Ａ　’線に沿った不純物濃度分布を第９
図に示す。

第８図に示すように、ｎ゛形のコレクタ層（基板）１上
にはｎ形のコレクタベース層２がエピタキシャル成長さ
れ、その中にｐ形のベース層３およびｎ゛形のエミツタ
層４が順次拡散形成された構成となっている。これらコ
レクタ層１、コレクタベース層２、ベース層３、エミツ
タ層４のＡ−Ａ′線に沿った厚さは、例えばそれぞれ４
００μｍ、１８μｍｓ２μｍ、１μｍであり、またそれ
らの不純物濃度は、例えばそれぞれＩ　ＸＩＯ”ｃＢａ
−コ、１×ＩＱ”ｃｍ−’、１　×１０１？ａｍ−”、
Ｉ　ＸＩＯ”ａｍ−”である（第９図参照）。

また、上記の例はコレクタベース層２を一層構造とした
場合であるが、これを二層構造とした場合の不純物濃度
分布を第１１図に示す。同図に示すように、コレクタベ
ース層２が、ｎ−形の第１の層２ａとｎ形の第２の層２
ｂとからなる２層構造となっている。第１、第２の層２
ａ、２ｂのＡ−Ａ”線に沿った厚さはいずれも例えば９
μｍであり、またそれらの不純物濃度は例えばそれぞれ
Ｉ　Ｘｌ０Ｉ４ａａ−’、Ｉ　Ｘｌ０Ｉｓａｓ−”であ
る。その他の層の厚さおよび不純物濃度は、第９図の場
合と同様である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したようなバイポーラトランジスタは、−般に、ベ
ース層３に電流を流すことにより、以下のように動作す
る。すなわち、ベース層３に電流が流れると、電子に対
するベース層３のポテンシャルが低下し、このベース層
３にエミツタ層４から電子が注入される。そして、この
注入された電子の一部はベース層３内で再結合により削
減するが、残りの電子はベース層３中を輸送され１．コ
レクタベース層２を介してコレクタ層１に達しコレクタ
電流となる。

ところが、トランジスタの大電流領域（例えば第８図の
Ａ−Ａ　’線に沿った中央領域のように、流れる電流の
大きい領域）では、べ−″９ゴ３からコレクタベースＭ
２に注入されるホールの量が多くなり、このホールがコ
レクタ層１にも流れる。

そのため、第１０図および第１２図に示すように、ベー
ス層３からコレクタベース層２に注入されたホールの濃
度（破線で示す）が、コレクタベース層２の不純物濃度
よりも高くなる。このような場合は、中性のベース層３
の他に、ホールで形成される同じｐ形の「広がりベース
」５がコレクタベース層２内に生じ、ベース層が実質的
に拡大されたことになる。すると、電子のベース輸送効
率が低下し、これに伴い大電流領域での電流増幅率（ｈ
　ｒｓ）が低下するという問題が生じる。

特に、コレクタベース層２を第９図のように一層構造と
した場合は、その全体が低濃度であるため、第１０図の
ように広がりベース５が広がりやすく　（例えば１８μ
ｍ程度も広がる）、よって電流増幅率の低下する傾向が
非常に大きくなる。

一方、コレクタベース層２を第１１図のように二層構造
とした場合は、広がりベース５の広がりをより高濃度の
第２の層２ｂのところで抑えることができる（例えば９
μｍ程度に広がりを抑えることができる）ので、電流増
幅率を高く維持することができる。しかし、その反面、
第２の層２ｂの濃度が高いことから、ここに空乏層が広
がりにくく、かつ大きな電界が加わることになり、よっ
て高耐圧が得られないという問題が生じる。

以上のような問題は、バイポーラトランジスタのみなら
ず、バイポーラモードで動作する各種のトランジスタ（
例えばバイポーラモード型ＳＩＴ等）においても生じる
ものである。

本発明は、上記問題点に鑑み、高耐圧と高電流増幅率と
を同時に得ることのできるトランジスタの構造を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、動作時にキャリアの注入により広がりベース
の形成される半導体層（例えばバイポーラトランジスタ
のコレクタベース層やバイポーラモード型ＳＩＴのドレ
インベース層等）をキャリアの注入される側から順次不
純物濃度の変化する第１、第２および第３の層からなる
３層構造とし、第１の層をより低濃度、第２の層をより
高濃度、第３の層を第２の層よりも低濃度としたことを
特徴とするものである。

〔作　　　用〕

動作時に形成される広がりベースは、より低濃度の第１
の層を広がっていくが、より高濃度の第２の層の存在に
よって、広がりが抑えられる。更に、第３の層もキャリ
ア濃度より高くなっているため、広がりが抑えられる。

よって、電流増幅率の低下が防止され、高電流増幅率が
得られる。

更に、第２の層よりも低濃度の第３の層が存在すること
により、この低くなった濃度の分だけ空乏層が広がりや
すくかつ電界が弱まるので、より高耐圧化が可能になる
。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例によるバイポーラトランジス
タの断面構成図であり、第２図はそのＢ−Ｂ”線に沿っ
た不純物濃度分布を示す図である。

第１図において、ｎ゛形のエミツタ層１４が順次形成さ
れている。ここで、コレクタベース層１２を構成する第
１、第２、第３の層１２ａ、１２ｂ、１２Ｃの不純物濃
度は、ベース接合側にある第１の層１２ａから順に、よ
り低濃度（例えば１×１０′４０−３）、より高濃度（
例えば１×１０＄５■弓）、その中間の中濃度（例えば
、５×１０”ｃｍ−’）としである（第２図参照）。ま
た、第１、第２、第３の層１２ａ、１２ｂ、１２ｃのＢ
−Ｂ’線に沿った厚さは、例えばそれぞれ９μｍ、５μ
ｍ、５μｍとする。なお、その他の領域の不純物濃度お
よび厚さは、第８図および第９図に示したものと同様で
ある。

上記構成からなるトランジスタの大電流領域では、従来
と同様に、ベース層１３からコレクタベース層１２にホ
ールが多く注入され、その濃度は、第３図中に破線で示
すように、コレクタ層１１＠に移行するに従い序々に低
下してい（。従って、不純物濃度の低い第１の層１２ａ
には広がりベース１５が広がることになるが、第１の層
１２ａに続いて高濃度の第２の層１２ｂが存在すること
により、ここで広がりベース１５の広がりを抑えること
ができる。この場合の広がりベース１５の広がりは、ベ
ース電流によっても変化するが、例えば第１の層１２ａ
の厚さとほぼ同等の９μｍ程度にすぎない。このことか
ら、電流増幅率の低下が防止され、高電流増幅率が得ら
れる。

また、高濃度の第２の層１２ｂとコレクタ層１１との間
には、ホールの濃汝（破線）を下回らない程度に低濃度
（中濃度）の第３の層１２ｃが存在する。このことから
、第３の層１２Ｃは、第１１図に示した第２のＮ２ｂに
よりも濃度が低くなった分だけ空乏層が広がりやすくな
り、かつ電界も弱まることになるので、より高耐圧化が
可能になる。すなわち本実施例によれば、高耐圧および
高電流増幅率のバイポーラトランジスタが実現される。

なお、第２図においては、第３の層１２ｃの不純物濃度
を第１の層１２ａと第２の層１２ｂとの中間としたが、
ホールの濃度を下回らない範囲であれば、第１の層１２
ａの濃度に等しいかもしくはそれ以下としてもよい。

あるいは第３の層１２ｃの不純物濃度を、第４図に示す
ように、第２の層１２ｂの濃度から、これと第１の層１
２ａの濃度との中間濃度（もしくはそれ以下の濃度）ま
で順次段階状に遷移させてもよく、または、同様な範囲
で第５図に示すようになめらかに遷移させてもよい。こ
のようにすることにより、第３の層１２ｃの不純物濃度
の分布曲線を、ホールの濃度の分布曲線（破線）に沿っ
て徐々に低くすることができることから、更に有効に高
耐圧を得ることができる。

また、以上に示したコレクタベース層１２の構成は、バ
イポーラトランジスタ以外にも、動作時に広がりベース
の形成される半導体層を有するバイポーラモード型の各
種トランジスタに適用できる。例えば第２図の構成を適
用したバイポーラモード型ＳＩＴの断面構成を第６図に
、そのｃ−ｃ　’線に沿った不純物濃度分布を第７図に
示す。第６図において、ｎ０形のドレイン層（基板）２
１上には、第２図のコレクタベース層１２と同様な濃度
分布を持つ第１、第２および第３の層からなる三層構造
のドレインベース層２２が設けられ、その上にｎ＋形の
ソース層２３と、これを囲んでｐ゛形のゲート層２４と
が形成されている。このような構成からなるバイポーラ
モード型ＳＩＴにおいても、前述した実施例と同様に、
ドレインベース層２２中への広がりベースの広がりを抑
えて、電流増幅率の低下を防止し、それと同時に高耐圧
化も可能になる。

更に、以上ではｎｐｎ形もしくはｎチャネルのトランジ
スタについて述べたが、ｐｎｐ形もしくはｐチャネルの
トランジスタについても同様に構成できることはもちろ
んである。また、各層の厚さや濃度についての上述した
数値はほんの一例であって、これらに限定されるもので
はない。

なお、上述したコレクタベース層１２およびドレインベ
ース層２２の三層構造は、エピタキシャル成長法を用い
ることにより容易に作成できる。

例えば、第２図もしくは第７図のような濃度分布とする
ためには、エピタキシャル成長法に、ドーパント（例え
ばＰＨａ（ホスフィン）等）濃度を３段階に変えてやる
だけでよい。また、第４図や第５図のように遷移層を形
成する場合は、第４図においては段階的に、第５図にお
いては連続的に、ドーパント濃度を変えることによって
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、広がりベースの
生じる半導体層を所定の不純物濃度を持つ３層構造とし
たので、より高濃度の第２の層の存在によって広がりベ
ースの広がりが抑えられて、高電流増幅率を得ることが
でき、これと同時に、より低濃度の第３の層の存在によ
って高耐圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるバイポーラトランジス
タの断面構成図、 第２図は第１図のＢ−Ｂ’線に沿った不純物濃度分布を
示す図、 第３図は同実施例における大電流領域でのホールの注入
と広がりベースとの関係を示す図、第４図は本発明の他
の実施例によるバイポーラトランジスタの不純物濃度分
布を示す図、第５図は本発明の更に他の実施例によるバ
イポーラトランジスタの不純物濃度分布を示す図、第６
図は第２図の構成を適用したバイポーラモード型ＳＩＴ
の断面構成図、 第７図は第６図のｃ−ｃ’線に沿った不純物濃度分布を
示す図、 第８図は従来の高耐圧バイポーラトランジスタの断面構
成図、 第９図は第８図のＡ−Ａ　”線に沿った不純物濃度分布
を示す図、 第１０図は同従来例における大電流領域でのホールの注
入と広がりベースとの関係を示す図、第１１図は従来の
他の高耐圧バイポーラトランジスタにおける不純物濃度
分布を示す図、　・第１２図は同従来例における大電流
領域でのホールの注入と広がりベースとの関係を示す図
である。 １１・・・コレクタ層、 １２・・・コレクタベース層、 １２ａ・・・第１の層、 １２ｂ・・・第２の層、 １２ｃ・・・第３の層、 １３・・・ベース層、 １４・・・エミツタ層、 １５・・・広がりベース、 ２１・・・ドレイン層、 ２２・・・ドレインベース層、 ２２ａ・・・第１の層、 ２２ｂ・・・第２の層、 ２２ｃ・・・第３の層、 ２３・・・ソース層、 ２４・・・ゲート層。 特許出願人　　株式会社豊田自動織機製作所木発明の一
大方色伊１によるバイポーラトランジスタめｔ印面構成
第１図 Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　日′Ｂ−Ｂ’ｎｔ：沿っ
た不純物濃廣分市 第２図 ＊−、Ｉ／の５主λヒＥカ＼“リベースヒの関イ系第３
図 ＢＢ′ イ？の犬ｆ＃！伊ｊ１こよる／＼′イホーラトランシス
タク１丁純物メ１夷づゲ郁１に４図 ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　Ｂ・更【；イＣめ実費イＰ１に上ろノ々イホ゛
−ラトランジスタの不純匍濃度分Φ第５図 第２図の穣（成’ＦＭＩＩ’ｆ！しだｌでイホーラモー
ドをＳＩＴのｔ′面奏１戊゛第６図 ＣＣ・ ｃ　−ｃ’雄にうａった７Ｆ耗物溝Ｊし危市第７図 わら収め高盾寸圧ｌマイボーラトランブスヅのと斥面序
鼻バ第８図 Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ″Ａ−
Ａ’祿に治った７Ｆ籾Ｉ切漢」しガヤ第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）動作時にキャリアの注入により広がりベースの形成
   される半導体層を有する高耐圧トランジスタにおいて、 前記半導体層を前記キャリアの注入される側から順次不
   純物濃度の変化する第１、第２および第３の層からなる
   ３層構造とし、前記第１の層をより低濃度、前記第２の
   層をより高濃度、前記第３の層を前記第２の層よりも低
   濃度としたことを特徴とする高耐圧トランジスタ。 ２）前記第３の層は、前記第１の層よりも高く前記第２
   の層よりも低い濃度である特許請求の範囲第１項記載の
   高耐圧トランジスタ。 ３）前記第３の層は、前記第１の層に等しいかそれより
   も低い濃度である特許請求の範囲第１項記載の高耐圧ト
   ランジスタ。 ４）前記第３の層は、前記第２の層の濃度から、該濃度
   よりも低く前記第１の層よりも高い濃度への遷移層であ
   る特許請求の範囲第１項記載の高耐圧トランジスタ。 ５）前記第３の層は、前記第２の層の濃度から、前記第
   １の層に等しいかそれよりも低い濃度への遷移層である
   特許請求の範囲第１項記載の高耐圧トランジスタ。 ６）前記第３の層の濃度は順次階段状に遷移する特許請
   求の範囲第４項または第５項記載の高耐圧トランジスタ
   。 ７）前記第３の層の濃度はなめらかに遷移する特許請求
   の範囲第４項または第５項記載の高耐圧トランジスタ。 ８）前記広がりベースの形成される半導体層は、バイポ
   ーラトランジスタのコレクタベース層である特許請求の
   範囲第１項乃至第７項のいずれか１つに記載の高耐圧ト
   ランジスタ。 ９）前記広がりベースの形成される半導体層は、バイポ
   ーラモード型静電誘導トランジスタのドレインベース層
   である特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１つ
   に記載の高耐圧トランジスタ。