JPH03124033A - ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ

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JPH03124033A
JPH03124033A JP26204789A JP26204789A JPH03124033A JP H03124033 A JPH03124033 A JP H03124033A JP 26204789 A JP26204789 A JP 26204789A JP 26204789 A JP26204789 A JP 26204789A JP H03124033 A JPH03124033 A JP H03124033A
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JP
Japan
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layer
base layer
collector
emitter
type
Prior art date
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JP26204789A
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English (en)
Inventor
Toshio Fujii
俊夫 藤井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 [概要] キャリヤかベースを走行する時間の短縮を可能にしたヘ
テロ接合バイポーラ・トランジスタに関し、 ベース層へのドーピング物質であるBeがエミッタ層や
コレクタ層に拡散されないように成長温度を低くしても
、ベース層の結晶品質を良好に維持できるようにするこ
とを目的とし、 コレクタ層とエミッタ層との間に介在してエネルギ・バ
ンド・ギャップがコレクタ層からエミッタ層に向かうに
つれて広くなるようInの値を低減させて傾斜組成をも
たせたI nGaAsからなるベース層を備えるか、或
いは、それ加えて該ベース層に含有されている不純物で
あるベリリウムの濃度がコレクタ層からエミッタ層に向
かって漸減するよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、キャリヤがベースを走行する時間の短縮を可
能にしたヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ(het
erojunction  bipolar  tra
nsistor:HBT)に関する。
現在、情報処理システム或いは通信システムの更なる高
速化が要求されていることから、その実現の基礎をなし
ている半導体素子も一層の高速化を図らなければならな
い。
そのような半導体素子としてを望視されているものの一
つとしてHBTを挙げることができる。
然しなから、HBTの高速化について、理論的には可能
性を内包しているものの、その実現には多くの困難が介
在している。
(従来の技術) 従来、HBTの高速化を図る試みの一つとして、ベース
層に注入されたキャリヤを加速する内部電界を発生させ
る為、コレクタ層に近づくにつれてエネルギ・バンド・
ギャップが小さくなるようなA i x c a l−
X A S (1斜組成層(例えば、x値が0.1から
Oまで連続的に変化する)をベース層として用いること
が行なわれている。
また、同じく高速化を図る為には、ベース層の抵抗を小
さくすることも極めて重要であり、それに必要なベース
層高不純物濃度化技術が種々と開発されている。
現在、HBT用結晶を成長するのに好適な結晶成長技術
である分子線エピタキシャル成長(m。
Iecular  beam  epitaxy:MB
E)法に於いては、ベース層に対するp型不純物として
ベリリウム(Be)が用いられている。
前記したA I!、M G a l−X A s傾斜組
成ベース層に於いても、Beを約I X 10 ′9(
cm−ff)程度ドーピングすることが行なわれている
[発明が解決しようとする課題] 前記したように、)IBTを更に高速化するには、ベー
ス層に於けるp型不純物濃度を高(する必要がある。然
しなから、p型不純物であるBeを例えばl X I 
O20(cr3]程度にまでドーピングするとエミッタ
層やコレクタ層へのBeの拡散が著しくなり、素子特性
が大きく劣化する。また、このような不所望の拡散を抑
止する為にベース層の成長温度を低(するとA Q X
 G a l−x A S (m斜組成結晶の品質が低
下し、素子特性が悪くなる旨の問題がある。
本発明は、ベース層へのドーピング物質であるBeがエ
ミッタ層やコレクタ層に拡散されないように成長温度を
低くしても、ベース層の結晶品質を良好に維持できるよ
うにする。
〔課題を解決するための手段〕
前記ベース層の構成材料であるAlXGaAs (x値
は例えば0.1)の結晶品質は成長温度依存性が大きく
、低い成長温度では、深い準位などの結晶欠陥が多発す
る。
このような結晶欠陥はAPを含まない材料を用いれば低
減することができる。
今までに、低い成長温度でGaAs或いはInGaAs
などを成長させた例はあるが、組成が一定である為、内
部電界を発生させることができず、AffiX Ga+
−x As傾斜組成ベース層の場合に比較すると特性が
劣っている。
前記したようなことから、APを含まない材料を用い、
且つ、傾斜組成をもたせたベース層が必要と考えられる
そこで、本発明の高速半導体装置では、コレクタ層(例
えばn型GaAsコレクタ層3)とエミッタ層(例えば
n型A f2 x G a + −x A sエミ、夕
層6)との間に介在してエネルギ・バンド・ギャップが
コレクタ層からエミッタ層に向かうにつれて広くなるよ
うInの値を低減させて傾斜組成をもたせたrnGaA
sからなるベース層(例えばp゛型1n、Ga+−y 
As1tJJ斜組成ベース層4)を備えてなるよう構成
するか、或いは、それに加えて該ベース層に含有されて
いる不純物であるベリリウムの濃度がコレクタ層からエ
ミッタ層に向かって漸減するよう構成する。
[作用] 前記手段を採ることに依り、従来の技術に比較して低温
でベース層を成長させることができるので、Beなど不
純物がエミッタ層やコレクタ層に拡散するのを抑止する
ことができ、従って、ベース層は高い不純物濃度を維持
することが可能であって高速性が向上する。
〔実施例] 第1図は本発明に於ける一実施例を説明する為の要部切
断側面図を表している。
図に於いて、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はn゛型GaAsコレクタ・コンタクト層、3はn型
GaAsコレクタ層、 3′はn型1 nz G a l−Z A s傾斜組成
コレクタ層、4はp3型1 n、 G a +−y A
 S t’I斜組成ベース層、5はn型Affi、 G
 a l−X A 5(tO斜組成層、6はn型A I
 X G a +−x A sエミッタ層、7はn°型
GaAsエミッタ・コンタクト層、8はエミッタ電極、
9はベース電極、lOはコレクタ電極をそれぞれ示して
いる。
前記諸部分に関する主要データを例示すると次の通りで
ある。
(1)  コレクタ・コンタクト層2について厚さ−5
000〔入〕 不純物濃度: 5 X 10 ′8(cm−33(2)
  コレクタ層3について 厚さ:5000 (人〕 不純物濃度: 5 X I Olb(cm−3)(3)
傾斜組成コレクタ層3′についてZ値:表面側に向かっ
て0→0.15 厚さ:300 (人] 不純物濃度: 5 X 10 ′6(am−’)(4)
傾斜組成ベース層4について y値:表面側に向かって0.15→O 厚さ: 1000  (人〕 不純物濃度: 7 X L O” (am−’)(5)
傾斜組成Ii!5について X値:表面側に向かって0→0.3 厚さ:300(人〕 不純物濃度: 5 X 10 ” (cm−3)(6)
  エミッタ層6について X値:0.3 厚さ:1500(人] 不純物濃度: 5 X I O17(cm”3)(7)
エミッタ・コンタクト層7について厚さ: 1000 
(人〕 不純物濃度: 5 X 10 ” (cm−’)本実施
例を製造する際、先ず、MBE法を通用し、成長温度を
530(’C)、p型ドーパントをBe、n型ドーパン
トをStとして前記各半導体層を成長させる。次いで、
通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・プ
ロセス及び反応性イオン・エツチング(reactiv
e  i。
n  etching:RIE)法を通用することに依
り、選択的にエツチングを行なって階段状メサを形成し
ながら、真空蒸着法及びリフト・オフ法を適用すること
に依って各電極を形成する。
第2図は第1図に見られる実施例に関するエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラムを表し、第1図に於いて用いた記号
と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものと
する。
図に於いて、E、はフェルミ・レベル、ECは伝導帯の
底、Evは価電子帯の頂をそれぞれしめしている。
第3図は本発明に於ける他の実施例を説明する為の要部
切断側面図を表している。
図に於いて、 11は半tQ縁性1nP基板、 12はノン・ドープI nAffiAsバッファ層、1
3はn゛型1nGaAsコレクタ・コンタクト層、 14はn型1nGaAsエミンタ層、 15はP°型1 nX G a l−X A s (’
]’4斜組成ヘースベー 16はn型1 nAfAsエミッタ層、17はn”型1
nGaAsエミンタ・コンタクト層、 18はエミッタ電極、19はベース電極、20はコレク
タ電極をそれぞれ示している。尚、図示されていないが
、コレクタ層14と傾斜組成ベース層15との間、また
、傾斜組成ベース層15とエミッタ層16との間のそれ
ぞれには、組成が連続的に変化し、ペテロ界面でのエネ
ルギ・バンドが滑らかに連続することができるような厚
さ例えば300〔入〕程度の傾斜組成層を介挿しである
ものとし、また、この場合、(頃斜組成ベース層15と
エミッタ層16との間に介挿された傾斜組成層は一部が
四元層になることは云うまでもない。
前記諸部分に関する主要データを例示すると次の通りで
ある。
(1)  バ′ツファ層12について 厚さ:5000 (人] (2)  コレクタ・コンタクト層13について厚さ:
5000  (人〕 不純物濃度: 2 X 1019(cm−3)(3) 
 コレクタ層14について 厚さ:5000(入〕 不純物濃度: 5 X 10 ” (cm−”)(4)
傾斜組成ベース層15について x(J:表面側に向かって0.60→0.53厚さ: 
1000 [人] 不純物濃度: 7 X 1019(cm−3)(5) 
 エミッタ層16について 厚さ:2ooo (人〕 不純物濃度: 3 X 1 (] ” (cm−3)(
6)エミフタ・コンタクト層17について厚さ: 10
00  (人〕 不純物濃度: 2 X 1019(cm−3)本実施例
を製造する際の条件としては、成長温度が470(’C
)であることを除けば、さきに説明した実施例と同じで
あり、また、I nGaAsとl nAffAsとは、
何れもInPに格子整合する組成に選択されている。
第4図は第3図に見られる実施例に関するエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラムを表し、第2図及び第3図に於いて
用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を
持つものとする。
第5図は本発明に於ける更に他の実施例を説明する為の
要部切断側面図を表し、第1図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする
図に於いて、 4′はp゛型1nyGa、−、AS(、Q斜組成及び傾
斜不純物濃度ベース層 を示している。
前記部分に関する主要データを例示すると次の通りであ
る。
y値:表面側に向かって0.08→0 厚さ: 1ooo (入] 不純物濃度二表面側に向かって9 X 1019(cm
−’)から5 X 10 ” [cm−J 本実施例を製造する際の条件としては、ベース層4′に
於けるy値の最大値が小さいこと、そして、同じ(ベー
ス層4′に於けるBe濃度がy(直に随伴して(頃斜す
ることを除けば、第1図及び第2図について説明した実
施例と同じである。
本実施例の構成を採ると、Beを均一にドーピングした
第1図に見られる実施例のような場合に比較し、エミッ
タ層或いはコレクタ層へのBeの拡散を抑止する効果が
大きくなり、電流利得など素子特性の改善度合いが大き
くなる。
第6図は第5図に見られる実施例に関するエネルギ・ハ
ンド・ダイヤグラムを表し、第2図及び第4図及び第5
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは
同じ意味を持つものとする。
[発明の効果] 本発明に依る高速半導体装置に於いては、コレクタ層と
エミッタ層との間に介在してエネルギ・バンド・ギャッ
プがコレクタ層からエミッタ層に向かうにつれて広くな
るようInの値を低減させて傾斜組成をもたせたI n
GaAsからなるへ一ス層を備えてなるか、或いは、そ
れ加えて該ベース層に含有されている不純物であるヘリ
リウムの濃度がコレクタ層からエミッタ層に向かって瀬
城するよう構成する。
前記構成を採ることに依り、従来の技術に比較して低温
でベース層を成長させることができるので、Beなど不
純物がエミッタ層やコレクタ層に拡散するのを抑止する
ことができ、従って、ベース層は高い不純物濃度を維持
することが可能であって高速性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図は第
1図に見られる実施例のエネルギ・ハンド・ダイヤグラ
ム、第3同は本発明一実施例の要部切断側面図、第4図
は第3図に見られる実施例のエネルギ・バンド・ダイヤ
グラム、第5図は本発明一実施例の要部切断側面図、第
61は第5図に見られる実施例のエネルギ・ハンド・ダ
イヤグラムをそれぞれ表している。 図に於いて、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はn°型GaAsコレクタ・コンタクト層、3はn型
CaAsコレクタ層、 4はp゛型1n、Ga、−、As(l+1斜組成ベース
層、5はn型Affi、 Ca1−x As顛斜組成層
、6はn型AnXGa、−x Asエミッタ層、7はn
゛型GaAsエミンタ・コンタクト層、8はエミッタ電
極、9はベース電極、lOはコレクタ電極をそれぞれ示
している。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コレクタ層とエミッタ層の間に介在してエネルギ
    ・バンド・ギャップがコレクタ層からエミッタ層に向か
    うにつれて広くなるようInの値を低減させて傾斜組成
    をもたせたInGaAsからなるベース層 を備えてなることを特徴とするヘテロ接合バイポーラ・
    トランジスタ。
  2. (2)前記ベース層に含有されている不純物であるベリ
    リウムの濃度がコレクタ層からエミッタ層に向かって漸
    減していること を特徴とする請求項1記載のヘテロ接合バイポーラ・ト
    ランジスタ。
JP26204789A 1989-10-09 1989-10-09 ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ Pending JPH03124033A (ja)

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