JPH02148846A - 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、バイポーラトランジスタに係り、特に高集積
化された高速動作バイポーラトランジスタに関するもの
である。

［従来の技術］ バイポーラトランジスタの性能の向上を図るには、ベー
ス領域を薄く、且つ、エミッタ、ベース領域の不純物濃
度分布を急峻にすることが効果的である。しかし、通常
のイオン打ち込み技術や熱拡散工程による製造方法では
急峻な不純物分布が実現しにくいこと、又、たとえ急峻
な不純物分布が実現したとしても、今度は逆にトンネル
電流が流れ能動素子としての増幅機能を損う問題が生じ
る。

従来のバイポーラトランジスタは第２図に示すように連
続的で非急峻な不純物分布をもっている。

エミッタ１からコレクタ４ヘキヤリヤが大量に注入され
る大電流領域では、ベース領域２の中の多数キャリヤが
エミッタ側へ逆注入される。この逆注入されたキャリヤ
はエミッタ領域では少数キャリヤとなり、容量成分の増
加をもたらす、結果として高速動作を阻害する。このよ
うな動作については例えば、バイポーラトランジスタの
動作を説明した技術解説書「バイポーラトランジスタの
動作理論」　（近代科学社）等に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ バイポーラトランジスタにおけるベース領域中の多数キ
ャリヤのエミッタ側への逆注入は、エミッタ、ベースの
ｐｎ接合が順バイアスされることによって生ずるもので
あり、ｐｎ接合を順バイアスで動作させる半導体装置一
般に見られる現象である。

本発明はかかる逆注入電流を抑え、高周波領域において
も電流増帳率が低下せず、良好なバイポーラトランジス
タ動作を行えるようなバイポーラトランジスタを提供す
るものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、バイポーラトランジスタにおいて、高濃度
に不純物がドープされた第１導電型のエミッタおよびコ
レクタ領域と、高濃度に不純物がドープされた第２導電
型のベース領域を有し、上記ベース領域はその厚さが１
０Å以上２００Å以下の薄層であり、かつ、上記エミッ
タ領域と上記ベース領域との間および上記コレクタ領域
と上記ベース領域との間に各々極低濃度不純物領域を有
する構造とすることにより達成される。

上記バイポーラトランジスタがシリコンを主体とした半
導体で構成される場合においては、上記高濃度に不純物
がドープされたエミッタ、コレクタおよびベース領域の
不純物濃度はＩ　Ｘ　１０１ｇｃｍ−３以上であること
が望ましく、また、上記極低濃度不純物領域の不純物濃
度はＩ　Ｘ　１０１４ａｍ−’以下であることが望まし
い。

また上記バイポーラトランジスタを構成するための半導
体材料は上述のシリコンの如き単一の半導体材料でも良
いし、あるいはＧａＡｓ／ＡＱＧａＡｓの如きバンドギ
ャップの異なる２種以上の半導体材料であっても良い。

例えばＧａＡｓ／ＡｆｆＧａＡｓを用いる場合、好まし
い不純物濃度は各々Ｉ　Ｘ　１×１０１９ｃｎ＋−”以
上、およびＩ　Ｘ　１０１３ｃｍ−’以下程度と、シリ
コンの場合より各々−桁低い濃度である。

さらに上述の構造を有する第１のバイポーラトランジス
タ部分と、上述の構造における各領域の導電型を逆にし
た第２のバイポーラトランジスタ部分とを有するような
相補型のバイポーラトランジスタを形成することもでき
る。

尚、上記各高濃度に不純物がドープされた領域および上
記各極低濃度領域は、例えば分子線エピタキシャル法（
ＭＢＥ法）によって形成することができる。

［作用コ 上記の構造によれば、エミッタ、ベース、コレクタの各
高濃度不純物領域が、極低濃度不純物領域によって隔て
られる。これにより、エミッタ。

ベース、コクレタの各領域が他の上記各領域と対向する
側の面は急峻な不純物分布（濃度勾配）が形成されるこ
とになる。例えばベース領域においては、エミッタ側、
コクレタ側の両側に急峻な不純物分布を有する極薄層と
して形成される。これによってベース領域キャリアのエ
ミッタ領域への逆注入が防止される。

また、各高濃度不純物領域間に極低濃度不純物領域が存
在することにより、電子・正孔分布の分離、逆注入抑止
の効果を増大させることができる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

第１図に示した半導体装置において、ｎ型不純物を１×
１０２１１ｃｍ−３にドープしたｎ型（１００）シリコ
ン基板１１（ｎ＋層）（コレクタ領域となる）に対し、
分子線エピタキシャル法を用い不純物をほとんど含まな
い極低濃度不純物５ｉｌ１２（ｎ−層）を３００ｎｍ堆
積させた後、ボロンがドープされた厚さ２０人、濃度Ｉ
　Ｘ　１×１０１９ｃｍ−３のｐ＋型５ｉｌ１３（ベー
ス領域となる）を形成する。

続いて極低濃度不純物Ｓｉ層１４（ｎ−層）を３００ｎ
ｍの厚さに堆積させた後、アンチモンがドープされた厚
さ５０人、濃度Ｉ　Ｘ　１×１０１９ｃｍ−’のｎ１型
５１Ｍ１５（エミッタ領域となる）を形成する。

極低濃度不純物／１１２．１４の濃度は共に１×１（）
１４ｃｍ−３とした。これによりｎ”＋　ｎ−＋　Ｐ”
ｎ−、ｎ＋型の積層構造を有する半導体基体を形成する
。

この場合、各高濃度不純物潜と各極低濃度不純物層との
間の不純物分布（濃度勾配）はより急峻であることが好
ましく、例えばベース領域の場合、厚さが厚くダした分
布では良好な特性を得られない、ベース領域の厚さに関
しては１０〜２００人とする。また、各高濃度不純物領
域の濃度に関してはＩ　Ｘ　１０１ｇａｍ−’以上、極
低濃度不純物領域の濃度に関してはＩ　Ｘ　１×１０１
９ｃｍ−”以下の範囲で効果が顕著となることが分った
。

このようにして作られた半導体基体をもとに、ｎ＋層１
５をエツチング除去した後、Ｐ＋層への電気的接続を得
る為に、イオン打ち込み法によりｐ＋領域１７を形成し
、金属電極１８蒸着により形成する。また、ｎ＋層１５
に対しては、直接金属電極１６を蒸着することにより、
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを製造することができ
る。

上記本発明のバイポーラトランジスタの不純物分布を第
３図に示す。第２図の従来例との比較から明らかなよう
に、本発明のバイポーラトランジスタは急峻かつ非連続
な濃度分布を有している。

Ｓｉバイポーラトランジスタの遮断周波数はこれまで最
大４０ＧＨｚと見込れてぃたが、本技術によれば約１．
５倍の６０ＧＨｚを達成できる。

次にガリウム・ヒ素半導体装置についても本発明の有効
性を示す。第４図はｎ＋型ガリウム・ヒ素基板（Ｉ　Ｘ
　１×１０１９ｃｍ−’）　２１の上に分子線エピタキ
シャル法により極低濃度不純物（ｎ−型）ガリウム・ヒ
素層２２．ｐ＋型ガリウム・ヒ素層（Ｉ　Ｘ　１×１０
１９ｃｍ−３１００八属）２３を成長させた後、極低濃
度不純物（ｎ−型）ガリウム・アルミニウム・ヒ素層２
４を成長させ、ｎ４型ガリウム・ヒ素層（Ｉ　Ｘ　１×
１０１９ｃｍ−３，２００八属）２５を形成することに
よって作られたｎｐｎ型化合物半導体基体を示している
。極低濃度不純物Ｍ２２゜２４は、共に厚さ５００人、
濃度Ｉ　Ｘ　１０１３ｃｍ−３とした。

このようにして作られた半導体基体をもとに、ｎ＋層２
５をエツチング除去した後、Ｐ＋層への電気的接続を得
る為に、イオン打ち込み法によりｐ＋領域２７を形成し
、金属電極２８を蒸着により形成する。また、ｎ１層２
５に対しては、直接金ｍ？！１極２６を蒸着することに
より、ｎｐｎ型へテロ接合バイポーラトランジスタを製
造することができる。ガリウム・ヒ素へテロ接合バイポ
ーラトランジスタの遮断周波数は、本技術によれば９０
ＧＨｚを達成できる。

次に、本発明を相補型半導体装置へ応用した例を示す、
第５図に示す構造は、第１図に示したｎｐｎ型バイポー
ラトランジスタと同様の工程にてｎ＋型Ｓｉ層１５まで
形成した後、その上部に上記ｎｐｎ型バイポーラトラン
ジスタと逆の導電型であって各部の厚さが同一の積層構
造３５ないし３１を形成し、この部分をｐｎｐ型バイポ
ーラトランジスタとするものである。尚、上記ｐｎｐ型
バイポーラトランジスタの層３５は上記ｎｐｎ型バイポ
ーラトランジスタの層１５に、以下３４は１４に、３３
は１３に、３２は１２に対応する層であり、対応関係に
ある暦は同一の厚さと同一の不純物濃度（ただし互いに
反対導電型）にて形成した。ただし／［３１については
厚さ１００人、濃度Ｉ　Ｘ　１×１０１９ｃｍ−’のｐ
＋層とした。また、３６はｎ型高濃度領域、３８はｐ型
高濃度領域、３７および３９は電極を示す。

以上のようにして、表面より深さ方向へｐｎｐ型バイポ
ーラトランジスタとｎｐｎ型バイポーラトランジスタを
積層した相補型のバイポーラトランジスタを形成するこ
とができる。第６図はその時の等側口路を示したもので
ある。相補型半導体装置においても本発明の効果である
ところの特性の改善を達成できる。

［発明の効果コ 以上説明した如く本発明によれば、大電流領域までエミ
ッタ領域へのキャリアの逆注入を阻止でき、高周波領域
においても良好なトランジスタ特性を示す半導体装置を
実現できる。このように本発明は半導体装置の高性能化
を実現するにきわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のバイポーラトランジス
タの構造を示す断面図、第２図は従来のバイポーラトラ
ンジスタの濃度分布を示す図、第３図は本発明のバイポ
ーラトランジスタの濃度分布を示す図、第４図は本発明
の第２の実施例のバイポーラトランジスタの構造を示す
断面図、第５図は本発明の第３の実施例の相補型のバイ
ポーラトランジスタの構造を示す断面図、第６図は第５
図の相補型のバイポーラトランジスタの等何回略図であ
る。 １・・・エミッタ領域、２・・ベース領域、３・・・コ
レクタ領域、４・・・低濃度コレクタ領域、５，６・・
・極低濃度不純物領域、１１・・・ｎ４″Ｓｉ基板、１
５．３３・・・ｎ＋高濃度不純物暦、１３，３１．３５
・・・ｐ＋高濃度不純物層、１２，１４，３２．３４・
・・極低濃度不純物層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高濃度に不純物がドープされた第１導電型のエミッ
   タおよびコレクタ領域と、高濃度に不純物がドープされ
   た第２導電型のベース領域を有し、上記ベース領域はそ
   の厚さが１０Å以上２００Å以下の薄層であり、かつ、
   上記エミッタ領域と上記ベース領域との間および上記コ
   レクタ領域と上記ベース領域との間に各々極低濃度不純
   物領域を有することを特徴とするバイポーラトランジス
   タ。 ２、上記バイポーラトランジスタがシリコンを主体とし
   た半導体材料で構成され、上記高濃度に不純物がドープ
   されたエミッタ、コレクタおよびベース領域の不純物濃
   度が、１×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３以上であることを
   特徴とする請求項１、記載のバイポーラトランジスタ。 ３、上記バイポーラトランジスタがシリコンを主体とし
   た半導体材料で構成され、上記極低濃度不純物領域の不
   純物濃度が、１×１０＾１＾４ｃｍ＾−＾３以下である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバイポーラ
   トランジタ。 ４、上記バイポーラトランジスタが、バンドギャップの
   異なる少なくとも２種の半導体材料から成ることを特徴
   とする請求項１記載のバイポーラトランジスタ。 ５、上記第１導電型のエミッタおよびコレクタ領域と第
   ２導電型のベース領域を有する第１のバイポーラトラン
   ジスタ部分と、第２導電型のエミッタおよびコレクタ領
   域と第１導電型のベース領域を有する第２のバイポーラ
   トランジスタ部分とを有することを特徴とする請求項１
   記載のバイポーラトランジスタ。