JPH03289135A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH03289135A
JPH03289135A JP9061690A JP9061690A JPH03289135A JP H03289135 A JPH03289135 A JP H03289135A JP 9061690 A JP9061690 A JP 9061690A JP 9061690 A JP9061690 A JP 9061690A JP H03289135 A JPH03289135 A JP H03289135A
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JP
Japan
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layer
inp
type
collector
emitter
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Pending
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JP9061690A
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English (en)
Inventor
Naotaka Iwata
直高 岩田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特にヘテロ接合を有する■
−V族化合物半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
m−v族化合物半導体の多くは、電子の移動度が大きい
ことやバンド構造が直接遷移形であることより、高速デ
バイスや光デバイスの材料として注目され、盛んに研究
されたてきた。現在では、衛星放送受信用のプリアンプ
や光通信装置など実際の製品にも組み込まれ、日常生活
に浸透しつつある。ところで■−v族化合物半導体のデ
バイスは、その特長を最大限に生かす為、ヘテロ構造を
有するものが多い。
例えば、衛星放送受信用のプリアンプに用いられている
2次元電子ガス電界効果トランジスタや光通信で用いら
れている半導体レーザ等は、その代表である。しかしな
がら、そのヘテロ界面構造の信頼性が確立されたわけで
はない。例えば、ここではn −I n A n A 
s / P ” −I n G a A s /n −
I n G a A、 s構造からなるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを想定してみる。この素子では、n
 −I n A I A sエミッタ層の価電子帯側の
大きなポテンシャル障壁によりP”−InGaAsベー
ス層内に正孔がせき止められ、ベース電流を小さくする
ことができ、従ってエミッタから注入した電子の到達率
を大きくすることができる。
しかしながら一方では、バイポーラトランジスタの大電
流動作時に実効的なベース層の厚さが増加し、フイ ア
ール イートランザクションズ オンエレクトロ7  
デバイスイズ(IRE  Transactionso
n ElectronDevices) E D −9
(1962年)164頁に報告されているように、いわ
ゆるカーク効果が生じてしまう欠点はそのまま有してい
る。
この欠点を回避するには、コレクタ層をInAAGaA
s層とする。いわゆるダブルへテロ構造のバイポーラト
ランジスタも考えられるが、この場合は、フレフタ層に
InGaAs層を用いた場合より電子のコレクタ走行時
間が長くなり、素子の動作速度が遅くなる欠点がある。
いずれにせよ、n  InAffAsエミッタ層とP”
−InGaAsベース層のへテロ界面の急峻性は重要で
あり、界面状態は素子特性に重要な影響を及ぼす。とこ
ろで、実際の素子作成には熱処理プロセスを行なうが、
界面が熱的に不安定である場合には相互拡散等が生じ、
界面の急峻性が損われ、素子特性の劣化が生じる。また
この劣化は、ヘテロ層の成長温度が高い場合にも同様な
理由で生じる。従来この劣化を防ぐ為には、成長温度を
下げると伴に、素子作成プロセスにおいても、相互拡散
等による劣化が無視できるような充分に低い温度で行な
っていた。
での相互拡散等による劣化が無視できるような充た結晶
成長においても、低温成長では、結晶性の高いウェハを
得ることは困難である。さらに加えて、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタをパワー増幅素子とした場合に要求
される高温での大電力動作という苛酷な条件下では、同
様に界面の熱的不安定性により、素子特性の劣化も危惧
される。
本発明の目的はこのような劣化のない信頼性の高い半導
体装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、基板上に形成されたn形または
中性のInP層とn形または中性のInP層の間に、I
nPにほぼ格子整合する組成域のp形GaAsSb層を
有するものである。
〔作用〕
ヘテロ接合は、異種の物質が界面で接続されている構造
であり、熱が加えられれば、お互に拡散し、交じり合い
易い性質を有している。例えばA I2 A s / 
G a A s界面の熱安定性は比較的良く調べられて
おり、650℃以上の熱処理温度で相互拡散が生じるこ
とが例えば、ジャパニーズジャーナル オン アプライ
ド フィジックス(Japanese Journal
 of Applied Physics) 24 (
1985年)Li2に報告されている。従って、この系
の素子作製の為のプロセス温度は、それより充分に低い
必要がある。
ところで、■=■族化合物半導体材料の中には、その混
晶組成域内に不安定な混合領域を有するものがある。混
合不安定とは、−様には混ざり合いにくいということで
あり、A、−、B、C,−、Dア系の四元系の場合、例
えばABとCDの様に、相分離してしまうことである。
このことを熱平衡論的に言うならば、即ち多元組成の溶
液が固化する場合、多元混晶結晶として析出するよりも
幾つかの例えば二元系または三元系の結晶として相分離
し、析出することがエネルギー的に安定であるというこ
とである。
ここで、n形または中性のInP層とn形または中性の
InP層の間に、InPにほぼ格子整合する組成域のp
形G a A s S b層を有する構造において、そ
れぞれのInP/GaAsSb界面の熱安定性が高まる
理由を説明する。第3図は、三元系または四元系溶液か
ら固体の結晶を析出させる場合に、先に述べた不安定な
混合組成領域を熱平衡論的な計算の結果求めたものであ
り、ジャパニーズ′ ジャーナル オン アプライド 
フィジックス(Japanese Journal o
f Applied Physics) 21(198
2)L323に報告されたものである。
例えば四元系での四角形は、その四元系の組成全域を示
している。
即ち、四角形の角が二元系、各辺が三元系、四角形の内
側が四元系である。各曲線の数字の100倍はそれぞれ
の四元系溶液から固体の結晶を析出させる時の温度を示
しており、その曲線の内側が不安定な混合組成領域であ
る。点線は、InPと格子定数が等しい組成を示してい
る。ここで例えば第1図の左端の四角形、即ちInGa
P5 b四元系の不安定な混合領域を見ると、それは組
成域全体に大きく広がっていることが分かる。従って例
えば400℃のInGaPSb系混合溶液からは、混晶
組成の固体はほとんど得られず、InP。
InSb、GaPまたはGarbの二元系に近い組成の
固体がモザイク状に析出することが予想される。逆に言
うならば、このInGaPSb系では二元系に近い組成
の固体が安定であると言える。
同様のことは第1図下部の三角形に見られるGaA s
 P S b三元系においても見られ、InPに格子整
合する組成域に注目すれば、GaPSbよりGaAsS
bのほうが熱的に安定な化合物であることが分かる。以
上より工nPとG a A s S bのへテロ接合を
想定した場合、熱処理した場合でも混晶化してI n、
 G a A s P S b混晶となるよりも、In
PとG a A s S bのへテロ接合のままの方が
エネルギー的に安定であると結論づけられる。故に、n
形または中性のInP層とn形または中性のInP層の
間に、InPにほぼ格子整合する組成域のp形GaAs
Sb層を有する。例えばInP/GaA s S b/
 I n P構造のへテロ接合バイポーラトランジスタ
の熱安定性は高い。
更にGaAsSbは直接遷移形半導体であり、電子移動
度及び正孔移動度が大きく、p形ベース層の材料として
魅力的である。加えて提案したI n P / G a
 A s S b / I n P構造のバンド構造で
は、ベース層のp−GaAsSbの価電子帯上端が、エ
ミツタ層とコレクタ層のn −I n、 Pの価電子帯
上端より高く、ベース層の正孔はベース層内に完全にと
じ込められる。従って、バイポーラトランジスタの大電
流動作時に実効的なベース層の厚さが増加してしまう、
いわゆるカーク効果の問題も回避できる。従って本発明
によれば、熱安定性に優れているばかりでは無く、デバ
イス特性的にも一つのへテロ接合を持つ、例えば、通常
のへテロ接合バイポーラトランジスタより優れたヘテロ
接合バイポーラトランジスタが得られる。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例の断面図であり、本発明をヘ
テロ接合バイポーラトランジスタに適用した場合を示す
このヘテロ接合バイポーラトランジスタの素子形成層は
、有機金属熱分解気相成長法により半絶縁性のInP基
板上に530℃で作製した。すなわち、高抵抗工nP基
板21上にバッファ層としてFeを添加した5000人
の高抵抗InP層22゜コレクタコンタクト層として2
000人、電子濃度2 X 10 ”cm−3のn”−
InP層23.コレクタ層として5000人、電子濃度
2 X 10 ”cm−”のn−InP層24.ベース
層として1000人。
正孔濃度2 X 1019cm−3のP”−GaAsS
b層25、エミツタ層として1500A、電子濃度2X
 10 ”am−3のn−InP層26.そして最後に
エミッタコンタクト層として500人、電子濃度I X
 1019am−3のn”−InP層27を設けたもの
である。尚、28のオーミック金属はAuGe/ A 
uで、また29のオーミック金属はA u M n/ 
A uで形成した。そのバンド構造を第2図に示す。
この第2図から明らかなように、ベース層のP+GaA
sSbの価電子帯上端は、エミツタ層とコレクタ層のn
−InPの価電子帯上端より高く、ベース層の正孔はベ
ース層内に完全にとじ込められること、さらに二へ2.
ベース、コレクタ間での伝導帯のボンテシャル差が小さ
いことより、ベースからコレクタへ注入される電子のエ
ネルギーは小さく、従ってコレクタ層内での電子の散乱
は低く抑えられることが分かる。なお二のへテロ接合バ
イポーラトランジスタのエミッタ接地での電流増幅率は
100であり、600℃、30分間の水素中での熱処理
後においても、その特性はほとんど劣化しなかった。
上記実施例では、本発明をヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタに適用した場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、他のInP系FET等の電子デバ
イス、InPを基板に用いた半導体レーザやPIN等の
光デバイス、あるいは光電気集積素子(OE I C)
等に適用できる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、熱的に安定なヘテロ接合
が得られる為、結晶成長温度や素子作製の為のプロセス
温度の制限が大幅に緩くなるばかりではなく、ベース層
での正孔のとじ込めにも優れ、しかもカーク効果の無い
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ等の半導体装置が得
られる。更に苛酷な温度条件下でも長時間良好で安定な
動作が得られるため、信頼性の高い半導体装置が得られ
る。
13・・・・・・析出温度600℃での安定域と不安定
域の境界、14・・・・・・析出温度800℃での安定
域と不安定域の境界、15・・・・・・析出温度100
0℃での安定域と不安定域の境界、21・・・・・・高
抵抗InP基板、22・・・・・・高抵抗InP層、2
3・・・・・・n+InP層、24−n−InP層、2
5−・・−P”−GaAsSb層、26・・・・・・n
−InP層、27・・・・・・n”−InP層、28・
・・・・・オーミック金属、29・・・・・・オーミッ
ク金属、30・・・・・・フェルミレベル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  基板上に形成されたn形または中性のInP層とn形
    または中性のInP層の間に、InPにほぼ格子整合す
    る組成域のp形GaAsSb層を有することを特徴とす
    る半導体装置。
JP9061690A 1990-04-05 1990-04-05 半導体装置 Pending JPH03289135A (ja)

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JP9061690A JPH03289135A (ja) 1990-04-05 1990-04-05 半導体装置

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JP9061690A JPH03289135A (ja) 1990-04-05 1990-04-05 半導体装置

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ID=14003423

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JP9061690A Pending JPH03289135A (ja) 1990-04-05 1990-04-05 半導体装置

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JP (1) JPH03289135A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001009957A1 (en) * 1999-07-30 2001-02-08 Hrl Laboratories, Llc Inp collector ingaassb base dhbt device and method of forming the same
JP2002280544A (ja) * 2001-03-21 2002-09-27 Fujitsu Ltd ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ
US9530708B1 (en) 2013-05-31 2016-12-27 Hrl Laboratories, Llc Flexible electronic circuit and method for manufacturing same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9530708B1 (en) 2013-05-31 2016-12-27 Hrl Laboratories, Llc Flexible electronic circuit and method for manufacturing same
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