JPH0244758A - ベース変調形バイポーラ・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１ この発明は、負性抵抗特性を有するベース変調形バイポ
ーラ・トランジスタに関するものである。

［従来の技術及びその問題点１ 負性抵抗特性を有する半導体デバイスは、スイッチ動作
、発振動作及びメモリ動作等の諸動作を行う電子回路素
子として適用されるものであり、電子回路の構成上、極
めて有用なものである。この種の負性抵抗特性を有する
半導体デバイスとしては、従来、サイリスタ、ユニジャ
ンクション・トランジスタ、トンネルダイオード等がよ
く知られており、その他様々な構造の負性抵抗素子が開
発され提供されて来ている。さらに、最近では、超格子
構造を使った半導体デバイスの試作がなされている。従
来の負性抵抗素子であるサイリスタ及びユニジャンクシ
ョン・トランジスタは、所謂Ｓ字形の負性抵抗特性を持
つため、直流バイアス下においては、オンのスイッチ動
作は制御できても、オフのスイッチ動作の制御ができな
い。従って、この種の半導体デバイスは、交流スイッチ
及びトリガ用素子として使用されるものである。一方、
トンネルダイオードは、二端子素子であり、制御が難し
く且つ出力電流も少ないため現在はとんど用いられてい
ない。これらに対して、三端子動作をさせるべく提案さ
れている所謂Ｎ字形の負性抵抗特性を持つ半導体デバイ
スも、飽和電圧が高い点、耐圧が低い点、出力電流が低
い点及び負性抵抗の直線が悪い点等の理由により、その
多くは実用化されていない。一方、超格子構造を使い量
子学的効果によって負性抵抗特性を得ようとする試みに
おいては、有機金属気相成長法に基づく高価なＭＯＣＶ
Ｄ（Ｍｅｔａｌ　　ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌ　
Ｖａｐｏｒ　ｌ１ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等を使用し
、化合物半導体を材料としなければならない点において
、まだまだ実用に供し得ないものである。さらに、以上
の様な負性抵抗素子は、負性抵抗特性を呈する領域外で
も電流を消費する場合が多い。

従って、現在、上記する従来技術の半導体デバイスに対
して、耐圧が高く、出力電流が高（、飽和電圧が低く、
負性抵抗の直線性が良く、直流バイアス下で容易にＩＩ
Ｉ御することができ、しかも製造が容易でコストが安価
である負性抵抗特性をもった半導体デバイスの開発が強
く要望されている。

［発明が解決しようとする課題１ そこで、この発明は、上記する従来技術における半導体
デバイスにみられる種々の問題点を解決し、上記する要
望に適合する全（新しい負性抵抗特性を持ったベース変
調形バイポーラ・トランジスタを提供することにある。

［課題を解決するための手段１ この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体
的には、第１の導電型の半導体材料からなるコレクタ領
域と、 前記コレクタ領域に対し、第１のＰＮ接合を介して形成
される第２の導電型の半導体材料からなるベース領域と
、 前記ベース領域に対し、第２のＰＮ接合を介して形成さ
れる第１の導電型の半導体材料からなるエミッタ領域と
を備えてなり、 前記ベース領域は、前記エミッタ領域に対し、前記第２
のＰＮ接合を介して隣接する第１のベース領域と、前記
第１のベース領域から間隔を隔てて位置し、ベース電極
を取り出すべく形成されるベース・コンタクト領域と、
前記第１のベース領域とベース・コンタクト領域との間
に形成される低不純物濃度の第２のベース領域とを含み
、前記第１のベース領域と前記ベース・コンタクト領域
との間における前記第２のベース領域内に、第１の導電
型を有するゲート領域が形成されるものからなり、 前記ベース・コンタクト領域と前記エミッタ領域間を順
バイアスに付勢し、前記コレクタ領域及びゲート領域を
前記ベース・コンタクト領域に対して準バイアス状態に
付勢して、前記コレクタ領域より前記第２のベース領域
中に侵入する空乏層及び前記ゲート領域より前記第２の
ベース領域中に侵入する空乏層により、前記第２のベー
ス領域を流れるベース電流を変調させ、負性抵抗特性を
有する出力を得るようにしたベース変調形バイポーラ・
トランジスタを構成するものである。

［作　用１ 上記するように構成されるこの発明になるベース変調形
バイポーラ・トランジスタは、コレクタ領域及びゲート
領域に、ベースコンタクト領域に対しある電圧以上の逆
バイアスを加えると、ベース・エミッタ間の順バイアス
により、第２ベース領域に注入されている少数キャリヤ
がコレクタ領域あるいはゲート領域よりの空乏層に吸収
され、ベースコンタクト領域より第２ベース領域へ注入
されている多数キャリヤもその注入が抑止される。この
様に第２のベース領域がコレクター領域あるいはゲート
領域とベース・コンタクト領域との逆バイアス電圧によ
り変調することになり、ベース電流が変調を来し、負性
抵抗特性を示し、増幅されたコレクタ電流及びゲート電
流が負性抵抗特性を示す。

さらに、この発明になるベース変調形バイポーラ・トラ
ンジスタは、ベース端子により負性抵抗特性を自由に設
定及び制御することができるとともに、ゲート端子によ
り負性抵抗特性を自由に設定及び制御することができる
。

ｒ本発明の説明１ 以下、この発明になるベース変調形バイポーラ・トラン
ジスタ（Ｂａｓｅ　Ｍａｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌ
ａｒＴｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ：以下ＢＡＭＢＩＴと略記
する）について、図面に示す具体的な実施例にもとづい
て詳細に説明する。尚、この発明の詳細な説明において
は、シリコンを半導体材料とした場合について、ＮＰＮ
型の半導体デバイスを例示的に説明する。しかしながら
、この発明は、他の化合物半導体を半導体材料として適
用することも可能であり、しかもＰＮＰ型の半導体デバ
イスに構成するこさも可能である。

この発明において、その第１の具体的実施例になるＢＡ
ＭＢＩＴについて、第１図に示す断面図（当該断面図は
、後述する第２図におけるＩ−１線に沿った概略的断面
図）、第２図に示す平面図、第３図に示す動作原理図な
らびに第１７図Ｃ参照に示す製造工程図にもとづいて説
明する。この第１の実施例になるＢＡＭＢＩＴは、第１
７図Ｃ参照の手順に従って製造される。第１７図を参照
すると、まず、Ｎ゛高不純物濃度基板（１）に対して、
その上面にＮ−コレクタ層（２）を１０　　ＪＪＪ子／
ｃａｔ程度の不純物濃度で、約５〜１５μｍ程度の厚み
に気相成長させる。続いて、前記Ｎ−コレクタ層（２）
の上面にＰ”ベース層（３）をｌＯ原子／Ｃ−程度の厚
みにエピタキシャル成長させる（第１７図Ｃ参照）。次
に、Ｐ−ベース層をベース領域としてＮ−コレクタ層（
２）と分離すべく不純物濃度１０２０原子／　ｃｄ程度
に拡散あるいはイオン注入してＮ゛領域４）を形成する
（第１７図Ｃ参照）。アイソレーションされたｒベース
領域（３）の一部にＦベース領域（５）を、１ｇ１ｌｌ
　　原子／Ｃ−程度の不純物濃度で、前記Ｎ−コレクタ
層（２）に達する深さになるように拡散あるいはイオン
注入により形成する。このＦベース領域（５）を第１の
ベース領域とする。

次に、前記Ｐ−ベース領域（３）に対して、前記第１の
ベース領域（５）から所定のｙベース領域（３ａ）を隔
てて、前記Ｎ−コレクタ層（２）に達する深さのＦベー
ス・コンタクト領域（６）を形成する。前記２ベース・
コンタクト領域（６）は、前記第１のＦベース領域（５
）と同時に形成することができる。前記Ｐ−ベース領域
（３ａ）を第２のベース領域とする（第１７図Ｃ参照）
。続いて、Ｎ゛エミツタ領域７）をＰ゛ベース領域５）
の内部に所望の電流増幅率ｈｑとなるように、不純物濃
度及び深さを選定して形成する（第１７図り参照）。引
き続いて、Ｎ゛ゲート領域８）をＦベース領域（５）と
２ベース・コンタクト領域（６）で囲まれたＹベース領
域（３ａ）内に？ベース領域（５）を取り囲むように拡
散あるいはイオン注入を行う。この時、Ｎ１ゲート領域
（８）の不純物濃度及び深さは、この発明のＢＡＭＢＩ
Ｔの特性を左右するものであり、後述する特性の所望値
を得るべく、Ｐ−ベース領域の不純物濃度及び厚さ、Ｎ
−コレクタ領域の不純物等との兼合いにより決定される
。又、以上の工程で目的とする負性抵抗特性及び電流増
幅率ｈＦＥによっては、工ミッタ領域（７）とＮ゛領域
４）との同時形成、エミッタ領域（７）とＮ°ゲート領
域（８）との同時形成も可能である（第１７図Ｅ参照）
。次いで、Ｐ゛ベースコンタクト領域（６）、Ｎ゛エミ
ツタ領域７）及びＮ３ゲート領域（８）に対応して、そ
れぞれコンタクト用の穴が設けられる。各領域に対応す
る電極は、たとえば、アルミニウム等の金属材によって
第２図に示すような形態に形成される。各電極は、Ｆベ
ース・コンタクト領域（６）に対するベース電極（ｌＯ
）、エミッタ領域（７）に対するエミッタ電極（１１）
、コレクタ領域（１）に対するコレクタ電極（１２）及
びゲート領域（８）に対応するゲート電極（１３）とに
よって構成される（第１７図Ｆ参照）。

上記する工程間において、リソグラフィ及びパシベーシ
ョン等は、従来周知の技術によって形成すれば良い。又
、エミッタ形状は通常のトランジスタの如く、出力電流
、応答性等により、くし状、網目状等を用いればよい。

次いで、第１の実施例になるＢＡＭＢＩＴの動作原理に
ついて、第３図に示す動作原理図にもとづいて、当該Ｂ
ＡＭＢＩＴを第４図に示すようにベース接地し、ゲート
電極（１３）の電圧ＶＧが、コレクタ電極（１２）と同
電位である場合について説明する。尚、第４図は、通常
のトランジスタと同様のベース接地回路図であり、ゲー
ト電位がコレクタ電位と同電位であることを示し、通常
のＮＰＮトランジスタと区別すべく、この発明になるＮ
ＰＮ−ＢＡＭＢＩＴについては、新しいシンボルマーク
によって現しである。又、ベース、エミッタ間を抵抗珈
を通じて電圧ＶＥＲで順バイアスしており、コレクタ及
びゲートをベースに対して電圧ＶＣＨにより逆バイアス
していることを示し、この時流れる電流を、コレクタ電
流１ｃ、ゲート電流ＩＯ、ベース電流ｌａ、エミッタ電
流ＩＥで示している。

第３図において、ベース電極（１０）とコレクタ電極（
１２）及びゲート電極（１３）を同電位もしくは低逆バ
イアス状態にし、ベース電極（ｌＯ）、エミッタ電極（
１１）に対して抵抗−を介して順バイアスを加えておく
。すると、エミッタ領域（７）からＰ゛ベース領域５）
へと少数キャリヤである電子が注入され、そのほとんど
は通常のトランジスタと同様経路■をたどりＮ−コレク
タ領域（２）へ引き込まれコレクタ電流１ｃとなり、一
部は、経路■をたどりゲート電流ＩＱとなる。そして、
一部の電子が経路■をたどりＦベース領域（５）あるい
はＰ−ベース領域（３ａ）からＰ°ベース・コンタクト
領域にかけて一部の電子が再結合しく図中Ｘ印で再結合
を示す）、ベース電流ＩＢとなる。一方、電子と再結合
した多数キャリヤであるホールを補足するためＰ゛ベー
スコンタクト領域よりホールが経路■をたどりＰ−ベー
ス領域（３ａ）へ注入される。その結果、ゲート領域（
８）直下では、まだ再結合しない電子と、すでに再結合
しそれを補足するためのホールとが共存することになる
。この状態から、徐々に電圧ｖｃｅを増加して行くと、
コレクタ・ベース接合部ＪＣＢＩでは空乏層はほとんど
Ｎ−コレクタ領域（２）へ広がるが、コレクタ・ベース
接合部ＪＣＢ２ではＰ−ベース領域（３ａ）へも徐々に
およそ第３図の点線の如（、空乏層が侵入して来る。又
、ゲート・ベース接合部においてはＮ”　／　Ｐ−接合
部を形成している為、空乏層はほとんどＰ−ベース領域
（３ａ）へと広がる。この結果、エミッタ領域（７）よ
り注入されている電子が、経路■及び経路■により、ゲ
ート領域（８）及びＮ−コレクタ領域（２）に吸収され
る割合が各々増えて来る。すなわち、少数キャリヤに対
しては、再結合によるベース電流ＩＢを減少させ、コレ
クタ電流ＩＣを増加し、電流増幅率ｈ＋を増加させるよ
うに働き、ゲート電流ＩＧをも増加させるように働く。

そして、コレクタ電流ＩＣとゲーＩ・電流ＩＯとの和に
対する電流増幅率−を増加させるようになる。尚、第１
図のような実施例においては、製造上ＩＣ＞ＩＱとなり
、１ｍ’二ｈＦＥとなる。

一方、Ｐ゛ベースコンタクト領域（６）より注入されて
いる多数キャリヤであるホールに対しては、Ｐ−ベース
領域（３ａ）に侵入して来る空乏層が、接合型電界効果
トランジスタ（以下Ｊ−ＦＥＴとする）の場合と同様に
働き、自由電荷領域を狭くし、ホールによる注入を抑止
して再結合電流を減少させ、コレクタ電流及びゲート電
流を減少させる。そして、ゲート領域（８）及びＮ−コ
レクタ領域（２）よりの空乏層がくっつき、ピンチ・オ
フするように働（。しかしながら、ホールによる再結合
電流は徐々には減少しない。すなわち、第４図のベース
接地回路図において、抵抗）がベース電流ＩＢに対し、
およそｈＦ！倍程度の値として働き、第３図において、
ホールに対してはＹベース・コンタクト領域（６）がＪ
−ＦＥＴのソース、Ｐ９ベース領域（５）がＪ−ＦＥＴ
のドレインと同様に作用し、コレクタ及びゲートをＦベ
ース・コンタクト領域（６）と同電位にした時のホール
に対する飽和電流１ａｐ（ｓａｔ）に比べ、ベース電流
ＩＢは抵抗）のｈＦＥ’倍程度の高抵抗負荷で低い値に
維持され、コレクタ及びゲートとベース間の電圧ｖＣＢ
により、飽和電流値１Ｂｐ（ｓａｔ）をすぐには、その
時のベース電流値まで下げられないからである。そして
、飽和電流値ＨＢｐ（ｓａｔ）をその時のベース電流値
まで下げた後、さらに、コレクタ及びゲートとベース間
の電圧ｖｃｅを増加させ、ピンチ・オフ電圧に至ると、
ホールによる再結合電流、すなわちベース電流ＩＢは遮
断される。又、この時のベース電流が減り出し、コレク
タ及びゲートとベース間の電圧ＶＣＢはピンチ・オフす
る電圧が低い程、ベース電流値対飽和電流値の比、Ｉｅ
／　１ａｐ（ｓａｔ）が大きい程小さく、ピンチ・オフ
する電圧が低い程、ｌａ／　ＩＢＰ（ｓａｔ）が小さい
程、さらに電流増幅率が高い程急激に遮断される。

以上のように、Ｙベース領域（３ａ）へのゲート領域（
８）及びＮ−コレクタ領域（２）よりの空乏層の侵入は
、再結合する以前の少数キャリヤに対しては、電流増幅
重石′を増加するように働くものであるが、それ以上に
、多数キャリヤに対しては、ベース電流自身を減少する
ように働き、エミッタ領域から注入される少数キャリヤ
の総量を制限するように働く。かかる作用により、コレ
クタ及びゲートとベース間の逆バイアス電圧に対し、Ｙ
ベース領域（３ａ）が変調を来し、ベース電流１８が変
調して、負性抵抗特性を示し遮断する。そして、増幅さ
れたコレクタ電流及びゲート電流も負性抵抗特性を示し
遮断する。又、この時、Ｐ−ベース領域（３ａ）に注入
されている少数キャリヤの電導原変調作用も関与する。

さらに、コレクタ電流遮断後、コレクタ及びゲートとベ
ース間電圧ｖｃｅを増加させると、ｙベース領域（３ａ
）の全域へと空乏層が広がるようになる。しかしながら
、Ｆベース領域（５）及びＦベース・コンタクト領域（
６）への深い侵入は起こらず、Ｎ゛エミツタ領域７）と
Ｎ−コレクタ領域（２）及びＮ°ゲート領域（８）との
パンチ−スルーはほとんど起こらない。又、Ｎ°ゲート
領域（８）とＦベース領域（５）との間には、Ｐ−ベー
ス領域（３ａ）が介在しているため、Ｎ”　／　Ｐ”接
合のような低い耐圧を示すこともない。従って、コレク
タ及びゲートとベース間あるいはコレクタ及びゲートと
エミッタ間も高い耐圧に設計することができる。

第５図は、前記第１の実施例になるＢＡＭＢＩＴを第４
図に示すようにベース接地した際の特性曲線を示す。こ
のグラフにおいて、特性が変曲する電圧ＶＣＢヲ、Ｖａ
Ｂ（ＯＮ）、ＶＣＢ（ＯＦＦ）トすルト、ゲート電圧が
固定されている限り、負性抵抗特性は可逆的であり、出
力電流である（ｌＣ＋ＩＧ）に対しｖｃｅ（ＯＮ）はほ
とんど変動せず、コレクタ及びゲートとヘ−ス間電圧ｖ
ｃａノ微少変化Ｖｃｎ（ＯＦＦ）−Ｖｃａ（ＯＮ）＃０
．４ｖでオン・オフ動作している。これは前述したよう
に、Ｆベース・コンタクト領域（６）とＦベース領域（
５）との間の多数キャリヤであるホールに対する飽和電
流値よりも、ベース電流値が十分低（、又たとえベース
電流ＩＢの値、すなわち出力電流値（ＩＣ＋ＩＧ）の値
が増えても、ゲート領域（８゛）及びコレクタ・ベース
接合ＪＣＢ２が少数キャリヤである電子を吸収し、電流
増幅率ｈＦＥ’が増加する所以である。

一方、この発明になるＢＡＭＢＩＴは、Ｎ−コレクタ領
域（２）の不純物濃度が高い程、あるいはＰ−ベース領
域（３ａ）の不純物濃度が低い程、あるいはＮ゛ゲート
領域８）の深さが深い程、ＶａＢ（ＯＮ）及ヒピンチ・
オフ電圧であるＶＣＢ（ＯＦＦ）は共に低（なるが、コ
レクタ、ベース間及びゲートとベース間のビルト・イン
電圧Ｖｉを利用することにより、コレクタ及びゲートと
ベース間が同電位でもゲート領域（８）近辺のＹベース
領域（３ａ）を空乏化し、オフ状態とし、順バイアス状
態にしないとオン動作しないように設計し得るものであ
る。この特性例を第６図に示す。

次に、第５図及び第６図のベース接地特性例を示すＢＡ
ＭＢＩＴについて、第７図に示すエミッタ接地における
特性例を第８図及び第９図に示す。第７図において、ベ
ース・エミッタ間の立ち上がり電圧をＶＦ（Ｂ、Ｅ）、
抵抗−を介して接続されるベース・エミッタ間の順バイ
アス電圧をＶＢＥとし、第８図で示す特性曲線において
、特性が変曲する電圧ｖＣＥをＶＣＥ（ＯＮ）、ＶＣＥ
（ＯＦＦ）トスルト、オン・オフ電圧のベース接地とエ
ミッタ接地との関係は、ＶｃＥ（ＯＮ）崎ＶｃＢ（ＯＮ
）＋−Ｖｐ（Ｂ、ε）であり、ＶＣＬ’（ＯＦＦ）句Ｖ
ｃｎ（ＯＦＦ）＋ｖｏｇとナル。ｖＣＥ（ＯＮ）ニツイ
テハ、ベース電流ＩＢが、ベース抵抗りを介して流され
ており第７図ニ示すベース電圧ＶＢＩ；！、Ｖｅ崎Ｖｐ
（Ｂ、Ｅ）ノ関係をとる。従ってエミッタ接地でのＶｅ
ｉｌ（ＯＮ）は、ベース接地でのベース電流が減り出す
コレクタ及びゲートとベース間の逆バイアス電圧Ｖｃａ
（ＯＮ）にＶＰ（Ｂ、Ｅ）が加算されることになる。そ
して、このエミッタ接地時においても出力電流をほぼベ
ース接地時と合わせるべく、ベース電流制限抵抗販をベ
ース接地時のエミッタ電流制限抵抗ちのｈＦＥ’倍程度
にして挿入しており、電流増幅率の増加と相俟ッテ、Ｖ
ＣＥ（ＯＮ）はＶＣＢ（ＯＮ）同様、出力電流に対して
はほとんど変化していない。

一方、また、ＶＣＥ（ＯＦＦ）については、ベース電流
ｌｅが減り出すと、ベース抵抗歯によりベース電圧ＶＢ
が上がり出す。従って、出力電流（１ｃ＋Ｉａ）は、コ
レクタ電圧ＶＣＥを上げても、ベース接地特性のように
急激に遮断されず、一定のマイナスの勾配をもって減少
する。そして、エミッタ接地での遮断電圧ＶＣＥ（ＯＦ
Ｆ）は、ベース電圧ＶＢが最終的にＶＢＥまで上昇する
ためＶｃＢ（ＯＦＦ　＞にＶＢＥが加算される事になる
。以上のオン・オフ電圧のベース接地とエミッタ接地と
の関係は、第６図と第９図との間でも同様であるが、コ
ノ場合、Ｖ”’（ＯＮ）、ＶＣＢ（ＯＦＦ）は、それぞ
れマイナスの値となる。第８図において、ＢＡＭＢＩＴ
の能動領域における出力電流（ＩＣ＋ＩＯ）をＩＣ＋ｌ
０＝ｌＢＸｈＦＥ’とし、負性ｉ　抗６ａ域における負
性抵抗値をＲＮとすると、となる、上記（１）式よりＲ
ＮはＩＢを増加すれば小さくなることが理解される。こ
の模様を、第７図でのＶＢＥを一定にして、糧を変化さ
せ、ベース電流１ａをパラメータにした時の特性例を第
１０図に示す。以上のようにエミッタ接地においては、
負性抵抗特性をベース電流、ベース電圧により、自由に
設定することができ、直線性は極めて良好である。

次に、ゲート電極（１３）をオーブンすなわちゲート領
域（８）を開放させた場合につき、第３の動作原理図に
もとづいて説明する。第３図に示す動作原理図において
、ゲート領域（８）が開放している場合、Ｆベース・コ
ンタクト領域（６）及びエミッタ領域（７）が順バイア
スされていると、注入された少数キャリヤである電子を
ゲート領域（８）が蓄積し、放出する。従って、ゲート
領域（８）は、Ｐ−ベース領域（３ａ）に対し、マイナ
スの電位となり、順バイアス状態にある。このような状
態下でコレクタ電圧を上げても、ゲート領域よりのＰ−
ベース領域（３ａ）への空乏層の侵入はほとんどなく、
Ｎ’−コレクタ領域（２）のみが作用することになる。

この結果、コレクタ・ベース接合ＪＣＢ２よりの空乏層
がＰ−ベース領域（３ａ）への多数キャリヤの注入を制
限する電圧は、ゲートがコレクタと同電位の時に比べて
かなり高くなる。そして、ターンオフ時には、ゲートの
電位は、コレクタ領域よりの空乏層の及ぶ範囲において
Ｐ−ベース領域（３ａ〉に対し、プラス側に移り、逆バ
イアス状態となる。すなわち、ゲート電位がマイナス側
からプラス側への変動に伴ったゲート領域（８）よりの
空乏層の侵入により、ベース電流及びコレクタ電流が共
にスイッチ性をもってターンオンする。一方、ターンオ
フについても、ゲート領域（８）の電位の変動によりス
イッチ性をもち、かつオフ電圧に対してヒステリシスを
呈するようになる。ゲート電極がオーブンである時、こ
の模様をベース接地（第５図）の特性例として第１１図
に示す。

次に、この発明になるＢＡＭＢＩＴのベース・エミッタ
間に一定の順バイアスを与え、ゲート電圧をパラメータ
にした時の特性例について、第１２図に示すベース接地
における特性曲線、及び第１３図に示すエミッタ接地に
おける特性曲線について説・明する。先に、ＢＡＭＢＩ
Ｔの動作原理で述べたように、負性抵抗特性は、コレク
タ領域及びゲート領域からベース領域への空乏層の侵入
によって引き起こされている。従って、ゲート電圧によ
り負性抵抗特性を制御できるのも当然の帰結である。

この発明になるＢＡＭＢＩＴの第２の実施例を第１４図
に断面図で示す。この第２の実施例になるＢＡＭＢＩＴ
は、Ｐ−ベース領域をイオン注入で形成したものであり
、第１８図Ｃ参照の手順に従って製造される。第１８図
を参照すると、まずＮ゛高不純物濃度基板（１）に対し
て、その上面にＮ−コレクタ層（２）をエピタキシャル
成長させ（第１８図Ｃ参照）、前記Ｎ−コレクタ層（２
）に対して、２ベース領域（５）及びＹベース・コンタ
クト領域（６）を拡散あるいはイオン注入により形成す
る（第１８図Ｃ参照）。次に、Ｐ−ベース領域（３Ｃ）
をＰ゛ベースコンタクト領域（６）及びＰ゛ベース領域
５）の間に、ｌＯ原子／ｃ１１ｉ程度の不純物濃度で、
１〜３、μｍ程度の厚みにイオン注入により形成する（
第１８図Ｃ参照）。続いて、所望の電流増幅率ｈＦＥと
なるように、エミッタ領域（７）を拡散あるいはイオン
注入により形成する（第１８図り参照）。そして、Ｎ゛
ゲート領域８）をｙベース領域（３Ｃ）内に形成する（
第１８図Ｃ参照）。この実施例においても、Ｎ−コレク
タ層（２）の不純物濃度、Ｙベース領域（３Ｃ）の不純
物濃度及び深さ、Ｎ゛ゲート領域８）の不純物濃度及び
深さは、第１の実施例において示したように目的とする
負性抵抗特性に応じ、その値を決めればよい。又、目的
とする負性抵抗特性や電流増幅率ｈＦＥによっては、エ
ミッタ領域（７）とＮ゛ゲート領域８）とを同時に形成
することもできる。一方、ベース電極（１０）、エミッ
タ電極（１１）、コレクタ電極（１２）及びゲート電極
（１３）は、それぞれ周知の技術に従って形成される（
第１８図Ｃ参照）。この製造工程によると、Ｐ°ベース
領域（３ｂ）をなくすことができ、場合によっては、Ｐ
゛ベース領域５）をＰ−ベース領域（３Ｃ）で囲む必要
もなくなり、大きなチップサイズの縮小を可能とする。

　この発明になるＢＡＭＢＩＴの第３の実施例を第１５
図に断面図で示す。この第３の実施例になるＢＡＭＢＩ
Ｔは、第１の実施例になるＢＡＭＢＩＴに対して、拡散
ないしはイオン注入によるＮ゛ゲート領域８）を有して
いないものである。しかしながら、この実施例のものに
おいても、前記第１の実施例のものと同じ＜、ｌＯ原子
／　ｃｗｔ程度の低不純物濃度のｙベース領域（３ａ）
は有している。このようなｙベース領域に対しては、酸
化膜直下において、多くの場合、反転層（１４）が形成
される。従って、第１５図に示す実施例においては、Ｖ
ベース領域（３ａ）の酸化膜直下に生じた反転層（１４
）が、ゲート領域として形成されることになり、第１の
実施例で示したＢＡＭＢＩＴのゲート領域を開放させた
場合と同じ働きをもつ。

従って第１５図に示すような実施例においては、第１１
図に示す特性例と同じ（ヒステリシスをもってオン・オ
フする負性抵抗特性が得られる。

次いで、この発明になるＢＡＭＢＩＴの第４の実施例を
第１６図に断面図で示す。この第４の実施例になるＢＡ
ＭＢＩＴは、ＭＯ３構造のものであって、ゲート電極（
１３）に加える電圧でＰ−ベース領域（３ａ）内にゲー
ト領域としての反転層（１４）を形成するものであり、
それによって負性抵抗特性が制御されるものである。

この発明のＢＡＭＢＩＴは、その他の実施例において、
たとえば化合物半導体を適用した場合にあっては、前記
エミッタ領域（７）をベース領域の頂面上に形成してな
るものであってもよい。

［発明の効果］ 以上の構成になるこの発明のベース変調形バイポーラ・
トランジスタは、以下に示す数多（の作用効果を奏する
。

（ｉ）　　従来の負性抵抗素子は、負性抵抗特性を呈す
る電圧及び電流値の範囲に限りがあり、自由な負性抵抗
特性の設計が難しかった。しかし、この発明になるＢＡ
ＭＢＩＴでは、負性抵抗特性を任意に設計することがで
き、また増幅させることができるので、大電流発振、大
電流スイッチ動作等が容易である。

（ｉｉ　）　　ベース制御端子を有するため、ベース電
圧あるいはベース電流により、負性抵抗特性を任意に設
定又は制御することができ、直流バイアス下でのオン、
オフのスイッチ動作やメモリー動作の種々の制御が可能
である。

（ｉｉ　）　　ゲート端子を有するものについては、ゲ
ート電圧により、ヒステリシス幅、オン、オフ電圧等の
負性抵抗特性を任意に設定することができ、かつ制御す
ることができる。

（ｉｖ）　　このＢＡＭＢＩＴでは、増幅されるべきベ
ース電流に負性抵抗特性を持たせているので、出力電流
、耐圧、電流増幅率等は通常のバイポーラ・トランジス
タと同様に、しかも負性抵抗特性とは別に、自由に設計
することができる。

（ｖ）　　このＢＡＭＢＩＴは、飽和状態でも、ベース
領域の過剰な少数キャリヤをコレクタ領域やゲート領域
からの空乏層により急激に引き抜くことができ、高速ス
イッチ動作が可能である。

（ｖｉ　）　　負性抵抗の直線性が極めてよいので、高
感度な直流増幅動作も可能である。

（ｖｉ　）　　このＢＡＭＢＩＴは、ベースがコレクタ
と同電位以下では電流が流れず、ベースがコレクタより
電位が高いときに電流が流れるというメモリー動作が容
易なノーマルオフ型負性抵抗特性も設計することができ
る。

（ｖｉｉ）　　従来の負性抵抗素子は、負性抵抗特性を
もつ範囲でも電流を消費することが多かったが、このＢ
ＡＭＢＩＴでは通常のトランジスタと同程度のナノアン
ペア程度のもれ電流しか生じない。

（ｉｘ）　　従来の負性抵抗素子は、負性抵抗特性をプ
ロセスで自由に設計することが難しかったが１、このＢ
ＡＭＢＩＴでは実施例で示したようにプロセスで容易に
、また確実に設計及びコントロールすることができる。

（Ｘ）　　通常のトランジスタに近いプロセスで製造可
能な為、低コストで、かつ容易に製造することができる
。

（ｘｉ）　　通常のトランジスタに近いプロセスで製造
することができるので、容易に集積回路に組み込むこと
ができる。

以上のように、この発明になるベース変調形バイポーラ
・トランジスタは、従来のＩＣ回路で行ってきた動作を
１エレメントで可能とし、製造が容易で集積回路にも組
み込め、その効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明装置になるベース変調形バイポーラ
・トランジスタの具体的な第１の実施例を示す断面図、 第２図は、第１図に示す実施例の平面図、第３図は、当
該ベース変調形バイポーラ・トランジスタの動作原理を
説明するための第１図の例を拡大した動作原理図、 第４図は、当該ベース変調形バイポーラ・トランジスタ
のベース接地接続例を示す回路図、第５図は、第４図の
ベース接地接続例における第１のベース接地特性曲線図
、 第６図は、第４図のベース接地接続例における第２のベ
ース接地特性曲線図、 第７図は、当該ベース変調形バイポーラ・トランジスタ
のエミッタ接地接続例を示す回路図、第８図は、第７図
のエミッタ接地接続例における第１のエミッタ接地特性
曲線図、 第９図は、第７図のエミッタ接地接続例における第２の
エミッタ接地特性曲線図、 第１０図は、第７図に示す回路例において、ベース電流
をパラメーターとした時の第１のエミッタ接地特性曲線
図、 第１１図は、第４図に示す回路例において、ゲート端子
をオープンにした時の第１のベース接地特性曲線図、 第１２図は、ゲート電圧をパラメーターとした時のベー
ス接地特性曲線図、 第１３図は、ゲート電圧をパラメーターとした時のエミ
ッタ接地特性曲線図、 第１４図は、この発明におけるＢＡＭＢＩＴの第２の実
施例を示す断面図、 第１５図は、その第３の実施例を示す断面図、第１６図
は、さらに別の第４の実施例を示す断面図、 第１７図Ａ−Ｆ図は、この発明になるＢＡＭＢＩＴの第
１の実施例についての製造工程を示す概略的断面図、 第１８図Ａ−Ｆは、当該ＢＡＭＢＩＴの第２の実施例に
ついての製造工程を示す・概略的断面図である。 （１）、（２）・・・・・・コレクタ領域（３）・・・
・・・ベース領域 （３ａ）・・・・・・第２のベース領域（４）・・・・
・・Ｎ゛領 域５）・・・・・・第１のベース領域 （６）・・・・・・ベース・コンタクト領域（７）・・
・・・・エミッタ領域 （８）・・・・・・ゲート領域 （ｌＯ）・・・・・・ベース電極 （１１）・・・・・・エミッタ電極 （１２）・・・・・・コレクタ電極 （１３）・・・・・・ゲート電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の導電型の半導体材料からなるコレクタ領域と、 前記コレクタ領域に対し、第１のＰＮ接合を介して形成
   される第２の導電型の半導体材料からなるベース領域と
   、 前記ベース領域に対し、第２のＰＮ接合を介して形成さ
   れる第１の導電型の半導体材料からなるエミッタ領域と
   を備えてなり、 前記ベース領域は、前記エミッタ領域に対し、前記第２
   のＰＮ接合を介して隣接する第１のベース領域と、前記
   第１のベース領域から間隔を隔てて位置し、ベース電極
   を取り出すべく形成されるベース・コンタクト領域と、
   前記第１のベース領域とベース・コンタクト領域との間
   に形成される低不純物濃度の第２のベース領域とを含み
   、前記第１のベース領域と前記ベース・コンタクト領域
   との間における前記第２のベース領域内に、第１の導電
   型を有するゲート領域が形成されるものからなり、 前記ベース・コンタクト領域と前記エミッタ領域間を順
   バイアスに付勢し、前記コレクタ領域及びゲート領域を
   前記ベース・コンタクト領域に対して逆バイアス状態に
   付勢して、前記コレクタ領域より前記第２のベース領域
   中に侵入する空乏層及び前記ゲート領域より前記第２の
   ベース領域中に侵入する空乏層により、前記第２のベー
   ス領域を流れるベース電流を変調させ、負性抵抗特性を
   有する出力を得るようにしたことを特徴とするベース変
   調形バイポーラ・トランジスタ。