JPH029133A - ダブルヘテロ接合・反転ベーストランジスタ - Google Patents

ダブルヘテロ接合・反転ベーストランジスタ

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は一般にトランジスタの構造に関し、特に本発
明はダブルヘテロ接合・反転バリヤを有するバイポーラ
トランジスタに関する。
(従来の技術) トランジスタデバイスにおける速度及びトランスコンダ
クタンスの改善は、リソグラフィ、処理技術及び構造設
計によりデバイス構造の物理サイズを減少することによ
って達成されてきた。しかし、トランジスタサイズの減
少は接合及びMO3両1〜ランジスタでいくつかの問題
を生じ、中でも最も重大な問題は、バイポーラトランジ
スタのコレクタがエミッタと併合したり、MO3+−ラ
ンジスタ内でドレイン及びソース欠乏領域が併合し始め
るパンチスルー(突き抜け)効果である。
新たなデバイス構造がTaylorとSimn+ons
により、「バイポーラ反転チャネル電界効果トランジス
タ(BICFET) −新規の電界効果ソリッドステー
トデバイス:理論と構造」、電子デバイスに関するIE
EE会報、1985年11月、に提案されている。この
デバイスはバイポーラ性で、バイポーラトランジスタの
通例の中性ベースに対応する反転層で誘起される電界効
果に依拠している。またこのデバイスはヘテロ接合を利
用しており、通例のバイポーラトランジスタにおけるよ
うなベース層を持っていない。ヨコヤマ等の米国特許筒
4.617,724号も、ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを開示している。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、改良型バイポーラトランジスタデバイ
スにある。
本発明の別の目的は、改善された速度と減少されたサイ
ズを有するバイポーラトランジスタデハイスにある。
(課題を解決するための手段) 本発明の特徴は、バイポーラトランジスタのベース領域
におけるヘテロ構造にある。
要約すれば、本発明によるトランジスタデバイスはエミ
ッタ、ベース及びコレクタを含む。へ−ス領域は、軽く
ドープされた均質の半導体層と、−次元のホールガスと
して機能する非ドープのヘテロ接合とを含む。好ましい
実施例において、本構造は単結晶性のシリコンを備え、
ヘテロ構造はゲルマニウム−シリコンアロイからなる。
急激なドーピングプロファイル(例えば50オングスト
ローム層)が必要で、ゲルマニウム−シリコンアロイを
用いるため、デバイスの製造においては分子ビームエピ
タキシャル処理を用いるのが好ましい。個々のデバイス
間のアイソレーションは、選1尺的エピタクシまたはメ
サアイソレーションによって得られる。
本発明とその目的及び特徴は、図面を参照した以下の詳
細な説明と特許請求の範囲の記載から容易に明かとなろ
う。
(実施例) 次に図面を参照すると、第1図は本発明の一実施例に従
ってバイポーラトランジスタを製造する際の、トランジ
スタ構造の各層を示す断面図である。始発物質は、(1
00)単結晶材料のシリコン基板10である。基板lO
の表面上に、厚さ約1.2ミクロンで、アンチモン等ド
ナーのドーパント濃度が2XIO19原子/ccである
強ドープ半導体層12が形成されている。埋め込み層1
2の表面上に、約2600オングストロームの厚さと1
xto17原子/CCのアンチモン等ドナーのドーパン
ト濃度を有するシリコンの層14が形成されている。層
12と14が、トランジスタ構造のコレクタ領域を構成
する。
層14の表面上に、約100オングストロームの厚さを
有するゲルマニウム−シリコン合金など適切な材料の非
ドープヘテロ構成16が形成されている。ヘテロ構造1
6の表面上に、lXlO19原子/ccのホウ素等アク
セプタのドーパント濃度を有する単結晶シリコン材料の
シリコンの薄層18 (例えば50オングストローム)
が形成されている。層J6と18がバイポーラトランジ
スタのベース領域を構成し、領域18がヘテロ構造16
によって与えられる二次元のホールガスと接触している
。ホールガスは一般的に反転チャネルと考えることがで
き、シリコンとゲルマニウムシリコンとの間でずれた価
電子帯によって閉じ込められている。
層18の表面上にlXl0”原子/ccのドナーのドー
パント濃度を有するシリコンの層20が形成され、層2
0の厚さは350オングストローム程度である。最後に
、層20の表面上に、1×1019原子/ccのドーパ
ント濃度と800オングストローム程度の厚さを有する
n形シリコンの層22が形成されている。層20と22
が、完成したトランジスタ構造のエミッタを形成する。
急激なドーピングプロファイルが必要で、しかもゲルマ
ニウム−シリコン層を用いるため、各層の製造において
は分子ビームエピタクシ−(MBE)を用いるのが好ま
しい。MBEは、例えば米国特許第4,529,455
号に記述されている周知の技術である。
第2図は、第1図の構造を用いた完成状態のトランジス
タデバイスの断面図である。各層は、メサ構造を形成し
、単一基板上に形成された複数のトランジスタ間にアイ
ソレーションを与えるように、適切にエッチされている
。構造は主にシリコンで形成されているので、メサ構造
の側壁は露出シリコンを低温酸化したり、あるいは酸化
シリコンの被着後、デンシフィケーション(緻密化)し
ガスアニールを形成することによって、パンシベーシジ
ンできる。コレクタ接点24が層12の表面上に形成さ
れ、接点24は抵抗26を介して十V電位28に接続さ
れる。ベース接点30がペース層16.18に接して設
けられ、接点30は信号源32に接続される。さらにエ
ミッタ接点34が、層22の表面上に設けられアースに
接続されている。
第3図は、第2図のデバイスをエミッタからコレクタま
で垂直方向に横切る近似的なハンド構造を示し、第4A
及び4B図はこのバンド構造に基づいたトランジスタの
動作を示す。トランジスタはユニボラ−で、p形にドー
プされた領域18を除き、n形にドープされている。p
影領域18は狭い(約50オングストローム)ので、充
分なハンドの曲がりがホールの電荷−中性領域の発生を
防止する。しかし、負のアクセプタ電荷が熱電子バリヤ
を形成し、正のバイアスがコレクタに印加されていると
きでも、電子の流れを妨げる。
負電荷の領域は、あるいは第2図のベース拡散によって
図示の反転チャネル内に注入されたり、あるいは熱的に
発生されたホールに対するポテンシャルの井戸(ウェル
)を形成する。このホール電荷の横方向の移動は、MO
SFETや間叶ETの動作と類似している。チャネルに
供給されるホールの数がドープ領域の表面電荷密度に近
づくと、fLの電荷に終端する電場線が主に移動ホール
から発するようになり、熱電子バリヤが低下する。従っ
て、コレクタ電流はベース領域のホール疑似フェルミレ
ベルによって、言い替えれば反転チャネルにおけるホー
ルの濃度によって制御される。
ホール及び電子流の密度は、前記のTaylorとSi
mmonsの文献に記されているBICFETの場合と
同じ式で、次のように近似的に与えられる:Jpi =
 qV、、、、−*/kT(−に°−11°/11(、
tV/AT −1)(1゜J*i = qV、、Nc6
−1/!T(−’b−°+φJ雪、tV/V−1)  
(2)但し、■はホールまたは電子の実効速度、POは
反転ホール電荷密度、Viはバリヤ高さ、Φnは金属−
半絶縁層のバリヤ高さ、及び△Euはヘテロ接合におけ
る価電子帯の不連続度である。
この解析での空間電荷による電流の制限は、熱電子バリ
ヤの強いドーピングという仮定から無視した。上記式l
と2から、次の電流ゲインが得られる: β=み、IJ、、 z、(Ax−*−MkT(3)△E
u=0.3eV及びΦn = Oの場合、105の電流
ゲインが可能となる。但し、量子機構に基づく補正で、
BICFETの推定β値はもっと低くなり、また非常に
薄い領域の狭ギヤツプ半導体(GeSi)を用いたダブ
ルヘテロ接合1−ランシフタではさらに低い値となる。
しかし、この狭い領域の引張層(strained 1
ayer)半導体の使用が、シリコンにおける反転ベー
ストランジスタの実現を可能とする。
(発明の効果) このデバイスは、電圧パンチスルーによる制限を全く受
けないので、サイズを容易に縮小できる。
またこのデバイスは、バイポーラ接合トランジスタのベ
ース領域におけるような少数電荷の蓄積問題を伴わない
ため、迅速に切り換わる。ホール電荷を閉じ込めるダブ
ルヘテロ接合の存在により、コレクタのカットイン電圧
が低く、飽和動作時に少数電荷がコレクタ内へと注入さ
れない。さらに、このデバイスは非常に大きい電流駆動
能力を有するので、トランジスタは大きい容量性負荷を
迅速にスイッチングする点で優れている。
以上本発明を特定の実施例を参照して説明したが、前記
説明は発明を例示するもので、発明を制限するものと解
されるべきでない。例えば、上記の他のCuCl、 Z
nS 、八rp及びGaP等のヘテロ接合材料も使え、
また上記以外の半導体材料、層厚、ドーパントの種類及
び濃度レベルも使える。
従って、特許請求の範囲の記載で限定される発明の真の
精神及び範囲を逸脱せずに、各種の変更及び応用が当業
者にとっては可能であろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるトランジスタの層構造
の断面図、第2図は第1図の層構造を用いた、接点を含
む完成状態のトランジスタ構造の断面図、第3図は第2
図のトランジスタのハント構造の垂直断面図を示す、及
び第4A及び4B図は第2図のトランジスタの動作を示
す。 l0112.14・・・・・・第1領域(10:基板、
12.14;エピタキシャル層)、 16・・・・・・第2領域(半導体アロイ)、18・・
・・・・第3領域、 20.22・・・・・・第4領域、 24・・・・・・コレクタ、 30・・・・・・ベース、 34・・・・・・エミ・7り。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1導電形を有する第1の半導体材料の第1領域で
    、該第1領域が主面を有する、 前記第1領域の前記主面上に位置し、前記第1領域と第
    1のヘテロ構造を形成する第2の半導体材料の第2領域
    、 前記第2領域上に位置した第1の半導体材料の第3領域
    で、該第3領域が前記第1導電形と反対の導電形を有し
    、さらに該第3領域が前記第2領域と第2のヘテロ構造
    を形成する、及び前記第1導電形を有する前記第1の半
    導体材料の第4領域で、該第4領域が前記第3領域上に
    位置する、 を備えたトランジスタ構造。 2、前記第1領域への第1接点、前記第2領域への第2
    接点、及び前記第3領域への第3接点をさらに含み、該
    各接点がバイポーラトランジスタ用のコレクタ、ベース
    及びエミッタ接点として機能する請求項1記載のトラン
    ジスタ構造。 3、前記第1領域が基板と該基板上に形成された少なく
    とも1つのエピタキシャル層とからなり、前記第2領域
    が半導体アロイからなる請求項2記載のトランジスタ構
    造。 4、前記第1の半導体材料がシリコンで、前記半導体ア
    ロイがゲルマニウム−シリコンからなる請求項3記載の
    トランジスタ構造。 5、前記構造がメサ構造を含む請求項3記載のトランジ
    スタ構造。 6、前記基板が前記複数のトランジスタ構造用の機械的
    支持体として機能する請求項5記載のトランジスタ構造
    。 7、前記第1領域が基板と該基板上に形成された少なく
    とも1つのエピタキシャル層とからなり、前記第2領域
    が半導体アロイからなる請求項1記載のトランジスタ構
    造。 8、前記構造がメサ構造を含む請求項7記載のトランジ
    スタ構造。 9、前記基板が前記複数のトランジスタ構造用の機械的
    支持体として機能する請求項8記載のトランジスタ構造
    。 10、前記第1領域がn形シリコン基板と該基板上に形
    成された第1及び第2のn形エピタキシャル層とからな
    り、前記第2領域がゲルマニウム−シリコンアロイから
    なり、前記第3領域がp形シリコンの層からなり、前記
    第4領域がn形シリコンの2層からなる請求項1記載の
    トランジスタ構造。 11、前記n形エピタキシャル層の一方が1.2ミクロ
    ン程度の厚さと立法センチメートル当り 2×10^2^0原子程度のドーパント濃度を有し、ま
    た他方のエピタキシャル層が2600オングストローム
    程度の厚さと立法センチメートル当り1×10^1^7
    原子程度のドーパント濃度を有し、前記第2領域が10
    0オングストローム程度の厚さを有する層で、前記p形
    材料の層が50オングストローム程度の厚さと立法セン
    チメートル当り1×1019原子程度のドーパント濃度
    を有し、前記第4領域の2層の一方が350オングスト
    ローム程度の厚さと立法センチメートル当り1×101
    8原子程度のドーパント濃度を有し、他方の層が800
    オングストローム程度の厚さと立法センチメートル当り 3×1019原子程度のドーパント濃度を有する請求項
    10記載のトランジスタ構造。
JP1051822A 1988-03-04 1989-03-03 ダブルヘテロ接合・反転ベーストランジスタ Expired - Lifetime JP2868780B2 (ja)

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JPH029133A true JPH029133A (ja) 1990-01-12
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EP (1) EP0331482B1 (ja)
JP (1) JP2868780B2 (ja)
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AT (1) ATE105445T1 (ja)
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