JPH0249432A - ヘテロバイポーラトランジスタ - Google Patents
ヘテロバイポーラトランジスタInfo
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔）既 要〕
シリコン系ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の
構造に関し、 低コレクタ電流領域での電流増幅率を向上させることを
目的とし、 水素化マイクロクリスタルシリコン（μｃ−５ｉ：Ｈ）
系材料をエミッタとしてシリコンベースにヘテロ接合し
たシリコン系ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、
エミッタ・ベース接合界面をヘテロ接合界面よりベース
側に移動させた構造に構成する。
構造に関し、 低コレクタ電流領域での電流増幅率を向上させることを
目的とし、 水素化マイクロクリスタルシリコン（μｃ−５ｉ：Ｈ）
系材料をエミッタとしてシリコンベースにヘテロ接合し
たシリコン系ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、
エミッタ・ベース接合界面をヘテロ接合界面よりベース
側に移動させた構造に構成する。
本発明はシリコン系ヘテロバイポーラトランジスタの構
造に関する。
造に関する。
ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢ Ｔ）は−層の性
能向上が望まれている。
能向上が望まれている。
通常構造のバイポーラトランジスタは電流増幅率ｈＦＥ
を大きくしようとするとベースの不純物濃度を低くする
必要があり、そうするとベース抵抗が増大するために、
その制約のために動作の高速化に限界があった。これに
対して、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）はベ
ース・エミッタ接合をヘテロ接合とすることで、ｈＦＥ
の低下を招くことなくベースの不純物濃度を高くして、
通常のトランジスタに比べて薄いベース層で低いベース
抵抗にすることができ、−ｍの高速動作を可能にする構
造である。
を大きくしようとするとベースの不純物濃度を低くする
必要があり、そうするとベース抵抗が増大するために、
その制約のために動作の高速化に限界があった。これに
対して、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）はベ
ース・エミッタ接合をヘテロ接合とすることで、ｈＦＥ
の低下を招くことなくベースの不純物濃度を高くして、
通常のトランジスタに比べて薄いベース層で低いベース
抵抗にすることができ、−ｍの高速動作を可能にする構
造である。
第５図はそれを説明するためのＨＢＴのバンド構造図で
、ベース・エミッタ間にＶＢＥＯ順バイアス、ベース・
コレクタ間にＶＢＧの逆バイアスが印加された状態を示
している。電子（・）はポテンシャルバリアｑＶｎを乗
り越えてエミッタからベースに注入されるが、ベースか
らエミッタに注入される正孔（○）はｑＶｐだけのポテ
ンシャルバリアを乗り越えねばならない。通常のシリコ
ン系トランジスタはｑＶｎ＝ｑＶｐとなっているが、Ｈ
ＢＴではＱＶＰがエミッタとベースを構成する材料のバ
ンドギャップΔＥｇだけｑＶｎより大きくなって、ベー
スからエミッタへの正孔の注入が抑制され、その結果、
ベースの不純物濃度を高めることができる。これが原理
である。
、ベース・エミッタ間にＶＢＥＯ順バイアス、ベース・
コレクタ間にＶＢＧの逆バイアスが印加された状態を示
している。電子（・）はポテンシャルバリアｑＶｎを乗
り越えてエミッタからベースに注入されるが、ベースか
らエミッタに注入される正孔（○）はｑＶｐだけのポテ
ンシャルバリアを乗り越えねばならない。通常のシリコ
ン系トランジスタはｑＶｎ＝ｑＶｐとなっているが、Ｈ
ＢＴではＱＶＰがエミッタとベースを構成する材料のバ
ンドギャップΔＥｇだけｑＶｎより大きくなって、ベー
スからエミッタへの正孔の注入が抑制され、その結果、
ベースの不純物濃度を高めることができる。これが原理
である。
このようなＨＢＴはＡ ｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ系な
どの化合物半導体材料が最初に開発されて、例えばエミ
ッタをバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓ、ベースお
よびコレクタをＧａＡｓで構成し、エミッタ・ベースを
ヘテロ接合したＨ Ｂ Ｔが良く知られている。また、
最近、発明者らはシリコン系ＨＢＴとしてエミッタに水
素化マイクロクリスタルシリコン（μｃ −Ｓｉ：Ｈ）
系材料を用い、これをシリコンベースとへテロ接合した
構造を提案した（電子情報通信学会、 ＥＤ８７−６６
参照）。
どの化合物半導体材料が最初に開発されて、例えばエミ
ッタをバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓ、ベースお
よびコレクタをＧａＡｓで構成し、エミッタ・ベースを
ヘテロ接合したＨ Ｂ Ｔが良く知られている。また、
最近、発明者らはシリコン系ＨＢＴとしてエミッタに水
素化マイクロクリスタルシリコン（μｃ −Ｓｉ：Ｈ）
系材料を用い、これをシリコンベースとへテロ接合した
構造を提案した（電子情報通信学会、 ＥＤ８７−６６
参照）。
第６図はそのμｃ −Ｓｉ ： Ｈエミッタを用いた従
来のシリコン系ＨＢＴの構造断面図を示しており、■は
基板、２はｎ＋型コレクタコンタクト、３はｎ−型コレ
クタ、４はｐ＋型−１−ス、５はｎ型μｃ −５ｉ ：
Ｈエミッタ、６は絶縁膜、？、８．９はそれぞれコレ
クタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。このよう
なμｃ −３ｉ ： Ｈ膜は平行平板型プラズマＣＶＤ
（化学気相成長）装置によって形成することができる
。また、シリコンのエネルギーギャップ１．１２ｅＶに
対し、ｐ ｃ −３ｉ ： Ｈのエネルギーギャップは
１．８１ｅＶであり、ヘテロ界面における伝導帯側のバ
ンドのとびが０．１６ｅＶ、価電子帯側のバンドのとび
が０．５３ｅＶで、そのためにベースからエミッタへの
正孔による拡散電流成分が十分抑えられ、高い電流増幅
率が得られるものである。
来のシリコン系ＨＢＴの構造断面図を示しており、■は
基板、２はｎ＋型コレクタコンタクト、３はｎ−型コレ
クタ、４はｐ＋型−１−ス、５はｎ型μｃ −５ｉ ：
Ｈエミッタ、６は絶縁膜、？、８．９はそれぞれコレ
クタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。このよう
なμｃ −３ｉ ： Ｈ膜は平行平板型プラズマＣＶＤ
（化学気相成長）装置によって形成することができる
。また、シリコンのエネルギーギャップ１．１２ｅＶに
対し、ｐ ｃ −３ｉ ： Ｈのエネルギーギャップは
１．８１ｅＶであり、ヘテロ界面における伝導帯側のバ
ンドのとびが０．１６ｅＶ、価電子帯側のバンドのとび
が０．５３ｅＶで、そのためにベースからエミッタへの
正孔による拡散電流成分が十分抑えられ、高い電流増幅
率が得られるものである。
ところが、上記のようなＨＢＴの構造はμｃ５ｉ：Ｈ（
水素化マイクロクリスタルシリコン）と単結晶シリコン
とのへテロ接合面がベース・エミッタ接合面と一致して
いるため、ヘテロ接合界面に結晶欠陥が多く、ギヤリア
の再結合が生じて大きな再結合電流が流れ、特に、低コ
レクタ電流領域での電流増幅率が低いと云う問題があっ
た。
水素化マイクロクリスタルシリコン）と単結晶シリコン
とのへテロ接合面がベース・エミッタ接合面と一致して
いるため、ヘテロ接合界面に結晶欠陥が多く、ギヤリア
の再結合が生じて大きな再結合電流が流れ、特に、低コ
レクタ電流領域での電流増幅率が低いと云う問題があっ
た。
第７図はそれを説明する従来のＨＢＴのバンド構造図を
示しており、ヘテロ接合における欠陥のために電子（・
）と正孔（○）とが再結合する様子を図示したものであ
る。
示しており、ヘテロ接合における欠陥のために電子（・
）と正孔（○）とが再結合する様子を図示したものであ
る。
本発明はこのような問題点を低減させ、低コレクタ電流
領域での電流増幅率を向上することを目的としたシリコ
ン系ＨＢＴを提案するものである。
領域での電流増幅率を向上することを目的としたシリコ
ン系ＨＢＴを提案するものである。
その課題は、μｃ −Ｓｉ ： Ｈ系材料からなるエミ
ッタとシリコンからなるベースをヘテロ接合したシリコ
ン系ＨＢＴにおいて、エミッタ・ベース接合界面をヘテ
ロ接合界面よりベース側に移動させた構造とすることに
よって解決される。
ッタとシリコンからなるベースをヘテロ接合したシリコ
ン系ＨＢＴにおいて、エミッタ・ベース接合界面をヘテ
ロ接合界面よりベース側に移動させた構造とすることに
よって解決される。
即ち、本発明は、エミッタ・ベース接合界面を欠陥の多
いヘテロ接合界面から欠陥の少ないベース側に少し移動
させることによって、エミッタ・ベース接合界面の結晶
性が改善され、従って、キャリアの再結合電流が減少し
て電流増幅率ｈＦＥが向上する。
いヘテロ接合界面から欠陥の少ないベース側に少し移動
させることによって、エミッタ・ベース接合界面の結晶
性が改善され、従って、キャリアの再結合電流が減少し
て電流増幅率ｈＦＥが向上する。
〔実施例〕
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図は本発明にかかるシリコン系ＨＢＴの構造断面図
を示しており、１１は基板、 １２はｎ＋型コレクタコ
ンタクト、１３はｎ−型コレクタ、１４はｐ“型ベース
、 １０はｎ型エミッタ、１５はｎ型μｃ−５ｉ ：
Ｈエミッタ、１６は絶縁膜、 １７．１８．１９はそれ
ぞれコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。
を示しており、１１は基板、 １２はｎ＋型コレクタコ
ンタクト、１３はｎ−型コレクタ、１４はｐ“型ベース
、 １０はｎ型エミッタ、１５はｎ型μｃ−５ｉ ：
Ｈエミッタ、１６は絶縁膜、 １７．１８．１９はそれ
ぞれコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。
且つ、ｎ型エミッタ１０の幅は小数キャリアの拡散長よ
りも短くする必要があり、通常のμｃ−５ｉ ： Ｈを
用いたＨＢＴの場合、１０００人程度以下にすれば問題
はない。
りも短くする必要があり、通常のμｃ−５ｉ ： Ｈを
用いたＨＢＴの場合、１０００人程度以下にすれば問題
はない。
第２図は本発明にがかるＨＢＴのバンド構造図を示し、
ヘテロ接合界面における欠陥がエミッタ・ベース接合界
面から外れているために電子（・）と正孔（０）との再
結合が減少することを図示したものである。
ヘテロ接合界面における欠陥がエミッタ・ベース接合界
面から外れているために電子（・）と正孔（０）との再
結合が減少することを図示したものである。
この構造の製造方法の概要を説明すると、第３図に一製
造工程図を示している。まず、コレクタ１３、ベース１
４を通常のシリコンバイポーラトランジスタと同様に形
成し、絶縁膜１６にエミッタ電極窓を開けた後、第３図
に示すように、数百人程度の薄い燐シリケートガラス（
ＰＳＧ）膜２０をＣＶＤ（気相成長）法で成長し、それ
を温度７００〜８００℃、時間１０−１５分程度で熱処
理して拡散し、ｎ型エミッタ１０を形成する。その後、
ＰＳＧ膜２０を取り除く。次いで、ｎ型μｃ −Ｓｔ
： Ｈを成長してエミッタ１５を形成するが、その成長
法は通常の太陽電池用のアモルファスシリコンの作成条
件と比べて放電パワーを大きくし、水素ガスを多く流入
させることによって、水素化マイクロクリスタルシリコ
ンを成長する。
造工程図を示している。まず、コレクタ１３、ベース１
４を通常のシリコンバイポーラトランジスタと同様に形
成し、絶縁膜１６にエミッタ電極窓を開けた後、第３図
に示すように、数百人程度の薄い燐シリケートガラス（
ＰＳＧ）膜２０をＣＶＤ（気相成長）法で成長し、それ
を温度７００〜８００℃、時間１０−１５分程度で熱処
理して拡散し、ｎ型エミッタ１０を形成する。その後、
ＰＳＧ膜２０を取り除く。次いで、ｎ型μｃ −Ｓｔ
： Ｈを成長してエミッタ１５を形成するが、その成長
法は通常の太陽電池用のアモルファスシリコンの作成条
件と比べて放電パワーを大きくし、水素ガスを多く流入
させることによって、水素化マイクロクリスタルシリコ
ンを成長する。
なお、ｎ型エミッタ１０は上記の固体拡散法の代わりに
、ホスフィンプラズマを発生させてプラズマドーピング
をおこなっても形成できる。また、最初にｎ型μｃ−３
ｉ：Ｈを成長させて、そこから熱処理によってｎ型エミ
ッタ１０を形成しても良い。
、ホスフィンプラズマを発生させてプラズマドーピング
をおこなっても形成できる。また、最初にｎ型μｃ−３
ｉ：Ｈを成長させて、そこから熱処理によってｎ型エミ
ッタ１０を形成しても良い。
しかし、いずれの場合も熱処理温度範囲を７００〜８０
０℃にすることが重要で、７００℃以下では拡散がおこ
なわれず、８００℃以上では深く拡散し過ぎるために、
この熱処理温度に確実に制御しなければならない。
０℃にすることが重要で、７００℃以下では拡散がおこ
なわれず、８００℃以上では深く拡散し過ぎるために、
この熱処理温度に確実に制御しなければならない。
第３図はトランジスタ特性の比較図で、横軸はＶＥＲ，
縦軸はＩｂ、Ｉｃ、実線が本発明にがかるＨＢＴのＩｂ
、Ｉｃ値１点線が従来のＨＢＴの■ｂ、Ｉｃ値である。
縦軸はＩｂ、Ｉｃ、実線が本発明にがかるＨＢＴのＩｂ
、Ｉｃ値１点線が従来のＨＢＴの■ｂ、Ｉｃ値である。
電流増幅率はｈＦＥ＝ Ｉｃ ／ １ｂであるから、こ
の図から、従来のＨＢＴに比べて本発明にかかるＨＢＴ
は低コレクタ電流領域においてｈＦＥが顕著に大きくな
ることが判る。
の図から、従来のＨＢＴに比べて本発明にかかるＨＢＴ
は低コレクタ電流領域においてｈＦＥが顕著に大きくな
ることが判る。
上記実施例は水素化マイクロクリスタルシリコン系材料
としてμｃ−５ｉ：Ｈ（水素化マイクロクリスタルシリ
コン）を用いた例であるが、その他の水素化マイクロク
リスタルシリコンカーバイド（μｃ −５ｉＣ： Ｈ）
、水素化マイクロクリスタルシリコンナイトライド（
μｃ −５ｉＮ ： Ｈ） 、水素化マイクロクリスタ
ルシリコンゲルマニュウム（μｃ −５ｉＧｅ ： Ｈ
）などを用いても同様の結果が得られるものである。
としてμｃ−５ｉ：Ｈ（水素化マイクロクリスタルシリ
コン）を用いた例であるが、その他の水素化マイクロク
リスタルシリコンカーバイド（μｃ −５ｉＣ： Ｈ）
、水素化マイクロクリスタルシリコンナイトライド（
μｃ −５ｉＮ ： Ｈ） 、水素化マイクロクリスタ
ルシリコンゲルマニュウム（μｃ −５ｉＧｅ ： Ｈ
）などを用いても同様の結果が得られるものである。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば再結合
電流が減少して電流増幅率が大きくなり、特に、低電流
領域における電流増幅率が向上したシリコン系ＨＢＴが
作成できる効果がある。
電流が減少して電流増幅率が大きくなり、特に、低電流
領域における電流増幅率が向上したシリコン系ＨＢＴが
作成できる効果がある。
第１図は本発明にかかるシリコン系ＨＢＴの構造断面図
、 第２図は本発明にかかるＨＢＴのバンド構造図、第３図
は一製造工程図、 第４図はトランジスタ特性の比較図、 第５図はＨＢＴのバンド構造図、 第６図は従来のシリコン系ＨＢＴの構造断面図、第７図
は従来のＨＢＴのバンド構造図である。 図において、 ＩＯはｎ型エミッタ、 １１は基板、 １２はｎ＋型コレクタコンタクト、 １３はｎ−型コレクタ、 １４はｐ＋型ベース、 １５はｎ型ｐ ｃ −Ｓｉ ： Ｈエミッタ、１６は絶
縁膜、 １７はコレクタ電極、 ｌ８はベース電極、 １９はエミッタ電極、 ２０はＰＳＧ膜 を示している。
、 第２図は本発明にかかるＨＢＴのバンド構造図、第３図
は一製造工程図、 第４図はトランジスタ特性の比較図、 第５図はＨＢＴのバンド構造図、 第６図は従来のシリコン系ＨＢＴの構造断面図、第７図
は従来のＨＢＴのバンド構造図である。 図において、 ＩＯはｎ型エミッタ、 １１は基板、 １２はｎ＋型コレクタコンタクト、 １３はｎ−型コレクタ、 １４はｐ＋型ベース、 １５はｎ型ｐ ｃ −Ｓｉ ： Ｈエミッタ、１６は絶
縁膜、 １７はコレクタ電極、 ｌ８はベース電極、 １９はエミッタ電極、 ２０はＰＳＧ膜 を示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 水素化マイクロクリスタルシリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）
系材料をエミッタとしてシリコンベースにヘテロ接合し
たシリコン系ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 エミッタ・ベース接合界面をヘテロ接合界面よりベース
側に移動させた構造を有することを特徴とするヘテロバ
イポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20097588A JPH0249432A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | ヘテロバイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20097588A JPH0249432A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | ヘテロバイポーラトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0249432A true JPH0249432A (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=16433430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20097588A Pending JPH0249432A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | ヘテロバイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0249432A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06174130A (ja) * | 1992-11-30 | 1994-06-24 | Fuji Koki Seisakusho:Kk | 電動流量制御弁 |
| US5340755A (en) * | 1989-09-08 | 1994-08-23 | Siemens Aktiegensellschaft | Method of making planar heterobipolar transistor having trenched isolation of the collector terminal |
| US6426266B1 (en) | 1997-12-22 | 2002-07-30 | Nec Corporation | Manufacturing method for an inverted-structure bipolar transistor with improved high-frequency characteristics |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP20097588A patent/JPH0249432A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340755A (en) * | 1989-09-08 | 1994-08-23 | Siemens Aktiegensellschaft | Method of making planar heterobipolar transistor having trenched isolation of the collector terminal |
| JPH06174130A (ja) * | 1992-11-30 | 1994-06-24 | Fuji Koki Seisakusho:Kk | 電動流量制御弁 |
| US6426266B1 (en) | 1997-12-22 | 2002-07-30 | Nec Corporation | Manufacturing method for an inverted-structure bipolar transistor with improved high-frequency characteristics |
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