JPH0314240A - ヘテロ接合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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、光通信などに利用される超高速素子であるヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）に関する。

（従来の技術） ＨＢＴは、１９８０年台のＭＢＥ法 ＭＯＣＶＤ法などの結晶成長技術の進歩を背景に、特に
ＡｇＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系を中心に近
年急速に開発が進展している。現在までのところ、微細
化技術や、Ｉ　ｎＧａＡｓによる低抵抗オーミックコン
タクト、Ａｇのグレーディングを有する高濃度ベース層
、ｐ型もしくはｌ型の変形コレクタ構造などの導入によ
って、遮断周波数ｆＴ＝８０ＧＨｚ、最大周波数ｆ、、
、＝１８０ＧＨｚ、伝搬遅延時間τ、、−］　Ｏｐ　ｓ
ｅｃという高速動作のＨＢＴが得られている。

ＨＢＴの非常に大きいメリットは、エミッタ・ベース間
にヘテロ接合を設けることによって、工ミッタ注入効率
を大きいものとすることができるために、エミッタ層、
ベース層の不純物濃度を独立に変えることができる点に
ある。例えば、エミッタ層の不純物濃度を１０′７／ａ
ｍ’程度としてエミッタ容量を小さくしつつ、ベース層
の不純物濃度を１０２０／ｃｍ３程度と十分高くしてベ
ース抵抗を小さくすることかできる。

ところでＨＢＴをより一層高速化するためには、エミッ
タ抵抗をより小さくすることが必要である。

その際障害となるのは、低抵抗コンタクト層を除く真性
エミッタ層の抵抗であることが最近明らかになってきた
。真性エミッタ層の抵抗を小さくするには、単純にはそ
の不純物濃度を高くすればよい。しかしなからこの様に
単純に真性エミッタ層の不純物濃度を高くすることは、
エミッタ層の不純物濃度を低く＜シてエミッタ容量の低
減を図るという、ＨＢＴ本来の利点を損なうことになる
。

（発明か解決しようとする課題） 以上のように、ＨＢＴのより一層の高速化を実現するた
めには、真性エミッタ層の抵抗をより小さくすることが
必要であるが、単に不純物濃度を上げることでは容量の
増大という不都合が生じるという問題かあった。

本発明は、真性エミッタ層の抵抗を、容量増大をもたら
すことなく低下させ、もって一層の高速動作を可能とし
たＨＢＴを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係るＨＢＴは、真性エミッタ層が、二種の半導
体材料からなる超格子構造を有し、かつ不純物ドープ層
が超格子構造中に周期的に形成されていることを特徴と
する。

（作用） 本発明によれば、真性エミッタ層に超格子構造を導入す
ることによって、合金散乱を極力小さくすることができ
る。そして、不純物ドープ層をも超格子構造にしたかっ
て周期的に配列することによって、不純物濃度を全体と
してそれ程高くすることなく、高いキャリア易動度を実
現することかでき、実質的にエミッタ抵抗を十分小さく
することができる。即ち不純物濃度の増大による容量増
大をもたらすことなく、真性エミッタ層の低抵抗化が実
現でき、従来にない高速動作のＨＢＴか得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、一実施例のＡｇＧａＡｓ／ ＧａＡｓ形を用いたＨＢＴである。面方位（１００）の
半絶縁性、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１に、ｎ＋型ＧａＡｓサ
ブコレクタ層４　ｎ型ＧａＡｓコレクタ層５、ｐ型Ａ、
Ｑ、Ｇａ、　　Ａｓ真性ベース層６が順次形成され、更
にエミッタ層として、ＧａＡｓ層８．１ｌｌＡｓの超格
子構造からなる真性エミッタ層７．ｎ１型ＧａＡｓ層８
およびｎ＋型Ｉ　ｎ　ｏ、　　Ｇ　ａ　ｏ、　　Ａ　ｓ
層９か形成されている。

これらの結晶成長は、特に真性エミッタ層７はＡ　Ｌ　
Ｅ　（Ａ　ｔｏｍｉｃ　Ｌ　ａｙｅｒ　　Ｅ　ｐｉｔａ
ｘｙ）法か望ましいが、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法でも良
い。真性べス層６は、Ａｇ組成比Ｘが０．１がら０まで
連続的に変化するグレーディング層であり、不純物とし
てＢｅが５　ｘ　１０１９／ｃｍ’の濃度でドープされ
ている。図では示していないがこの真性ベース層６の表
面には更にエミッタ層形成前に、１００人程程度Ａｇ。

＋ＧａＯ，ｇＡｓ層が形成されている。真性エミッタ層
７の具体的な構成の詳細は後述する。真性エミッタ層７
上のＧａＡｓ層８およびＩ　ｎＧａＡｓ層９には、不純
物としてＳｉが１　ｘ　］−０１９／ｃｍ３の濃度でド
ープされている。結晶成長されたウェハ面は選択エツチ
ングされて、ベース層およびコレクタ層が露出させられ
、図示のようにエミッタ電極１０．ベース電極１１およ
びコレクタ電極１２が設けられている。また素子分離領
域およびベース・コレクタ分離領域には、ＨまたはＢの
イオン注入による高抵抗層２３が形成されている。

超格子構造の真性エミッタ層７の具体的な構造を、第２
図に示す。超格子中の電子の運動に関しでは、一般に知
られているように、超格子の周期か格子定数に比して大
きくなると、ミニゾーンのエツジで負性抵抗がでる。Ｈ
ＢＴにおける真性エミッタ層の厚みは高々１０００人の
オーダーであり、その超格子構造は略４０原子層程度と
なる。

したがって用いる超格子の周期は、Ａｇのモル比を考え
て、ＧａＡｓ三層／ＡｌＡｓ一層の周期、またはＧａＡ
ｓ三層／ＡｌＡｓ一層の周期が望ましい。この実施例で
は、第２図に示すように、二層のＧａＡｓ層７］、、７
Ｂと一層のＡｇＡｓ層７４層上４単位格子を構成し、同
様の格子がａ〜ａ２５の２５層積層されている。そして
真性エミッタ層７にｎ型導電性を付与すべくＳｉドープ
層７２が、第２図に示すように、二層のＧａＡｓ層７１
．７３の間に所謂プレーナドーピングにより形成されて
いる。活性なＡｇが露出しているＡｇＡｓ面でのプレー
ナドーピングは、無用な不純物の取り込みが多く、また
ドーピング効率も低いため、このようにＧａＡｓ面での
プレーナドーピングか望ましい。真性エミッタ層７とし
て、平均的なＳｌａ度は５　Ｘ　１．０１７／　ｃｍ３
に制御される。

この様に構成された真性エミッタ層７上に引き続き、や
はりプレーナドーピングによりＳｉを５　Ｘ　１０１９
／ａｍ３　ドープしたＧａＡｓ層８　　Ｓｉを２　Ｘ　
１０　”／ａｍ３　ドープしたＩｎ、Ｇａ。

Ａｓ　（ｘ　：Ｏ−”０．５　）層９か成長形成される
ことになる。

第３図は、この実施例による真性エミッタ層構造の電子
易動度の温度特性を、Ｓｉ濃度５　Ｘ　］、　０１７／
　ｃｍ３のＡβＧａＡｓ混品を真性エミッタ層に用いた
従来例と比較して示す。図の示すように常温に於いても
、ＡρＧａＡｓ混晶の場合に比べて高い電子易動度が得
られている。７７に程度の低温においては、より一層差
が顕著になっている。

こうしてこの実施例によれば、ＨＢＴの真性エミッタ層
の抵抗を、不純物濃度を高くすることなく、従来構造に
対して約２／３とすることができる。これにより例えば
、ＥＣＬを構成した時に、負荷抵抗を効果的に小さくす
ることができ、スイッチング速度１０　ｐ　ｓｅｅ程度
の高速動作が得られる。

本発明は上記実施例に限られるものではなく、例えばＡ
ｇＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系以外の化合物
半導体飼料を用いた場合なとに同様に適用することが可
能である。

［発明の効果］ 以」二述べたように本発明によれば、真性エミッタ層に
超格子構造を導入すると共に、周期的なプレーナドーピ
ングを行うことによって、容量増大を伴うことなく真性
エミッタ層の低抵抗化を図ることができ、高性能のＨＢ
Ｔを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＨＢＴを示す断面図、 第２図はその真性エミッタ層構造を具体的に示す断面図
、 第３図はそのＨＢＴの真性エミッタ層の電子易動度を従
来構造と比較して示す図である。 １・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２．Ｂ　高抵抗層、４
・・ｎ４型ＧａＡｓサブコレクタ層、５・ｎ型ＧａＡｓ
コレクタ層、６−ｐ型ＡＤ　ｘ　Ｇ　ａ　１Ａｓ真性ベ
一ス層、７−ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　ＡρＡｓ超格子
構造真性エミッタ層、８・ｎ′型ＧａＡｓ層、９・・・
ｎ”型１ｎＧａＡｓ層、］０・・・エミッタ電極、］１
・・・ベース電極、］２・コレクタ電極、７１．７７３
−ＧａＡｓ層、７４−Ａ、ＱＡｓ層、７２・・・Ｓｉド
ープ層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真性ベース層が真性エミッタ層よりバンドギャッ
   プの小さい半導体材料により構成されたヘテロ接合バイ
   ポーラトランジスタにおいて、前記真性エミッタ層は、
   二種の半導体材料からなる超格子構造を有し、かつ不純
   物ドープ層が超格子構造中に周期的に形成されているこ
   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）真性ベース層はＧａＡｓ層であり、真性エミッタ
   層はＧａＡｓ二層とＡｇＡｓ一層、またはＧａＡｓ三層
   とＡｌＡｓ一層を繰返し積層した超格子構造であって、
   不純物ドープ層は二層のＧａＡｓの間にプレーナドーピ
   ングされて形成され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。