JPH0334549A - Bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、新しい化合物半導体を用いて構成したバイポ
ーラトランジスタに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a bipolar transistor constructed using a new compound semiconductor.
（従来の技術）
ＳｔやＧａＡｊｐＡｓを利用した従来の半導体能動素子
よりも高温で動作し、耐圧の大きい素子として、ＳｉＣ
を用いた素子が注目されている。(Prior art) SiC is an element that operates at a higher temperature and has a higher withstand voltage than conventional semiconductor active elements using St or GaAjpAs.
Elements using this are attracting attention.
しかし、ＳｉＣを用いた場合、格子整合をとりながらバ
ンドギャップを変化させることが不可能であり、ＧａＡ
ｊｌＡｓで試みられているヘテロ接合の形成が困難であ
る。したがって高性能のバイポーラトランジスタを作る
ことができない。However, when SiC is used, it is impossible to change the bandgap while maintaining lattice matching, and GaA
The formation of heterojunctions attempted with jlAs is difficult. Therefore, high performance bipolar transistors cannot be made.
（発明が解決しようとする課題）
高温動作が可能で、高耐圧特性を有し、しかもへテロ接
合による高性能特性をもつバイポーラトランジスタはこ
れまでなかった。(Problems to be Solved by the Invention) Until now, there has been no bipolar transistor that can operate at high temperatures, has high breakdown voltage characteristics, and has high performance characteristics due to a heterojunction.
本発明はこの様な点に鑑みなされたもので、高耐圧で高
温動作が可能なバイポーラトランジスタを提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a bipolar transistor capable of high withstand voltage and high temperature operation.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明に係るバイポーラトランジスタは、ＢＰ層と閃亜
鉛鉱型のＧａ１−ｘ ＡＩＪ＊ Ｎ （ｏ≦ｘ≦１）層
が交互に積層された超格子層または閃亜鉛鉱型のＧ ａ
ｍ Ａｊｌ ｙ Ｂ Ｉ−＊−ｙ Ｎ ｘ＋ｙ Ｐ
Ｉ−ｘ−ｙ（０≦ｘ＋Ｙ≦１）層が積層形成されて構成
されたｍｌ導電型のコレクタ層、第２導電型のベース層
および第１導電型のエミッタ層を有し、好ましくはエミ
ッタ層またはコレクタ層の少なくとも一方がベース層よ
りバンドギャップが広くなるように組成が設定されてい
ることを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A bipolar transistor according to the present invention has a BP layer and a zincblende Ga1-x AIJ*N (o≦x≦1) layer stacked alternately. Superlattice layer or sphalerite type Ga
m Ajl y B I-*-y N x+y P
It has a collector layer of ml conductivity type, a base layer of second conductivity type, and an emitter layer of first conductivity type, which are configured by stacking I-x-y (0≦x+Y≦1) layers, preferably an emitter layer. It is characterized in that the composition of at least one of the layer and the collector layer is set so that the band gap is wider than that of the base layer.
（作用）
ＧａＡＩＮは、ＧａとＡｆＩの組成を変化させることに
より、３〜６ｅＶの広範囲にバンドギャップを変化させ
ることができ、その際、ＧａＮとＡｊｌＮの結合長が略
等しいことから、ヘテロ界面における格子整合条件が変
化し辱いこと、またＧａＡｆＩＮは通常ウルツ鉱型の結
晶構造を示すが、結合長が略等しく閃亜鉛鉱型であるＢ
Ｐと超格子層または混晶を形成することにより、安定な
閃亜鉛鉱型結晶が得られることを本発明者らは見出した
。更に、ＢＰを混入する事により、広範囲のノくンドギ
ャップ制御が可能であるという利点もある。(Function) GaAIN can change the band gap over a wide range of 3 to 6 eV by changing the composition of Ga and AfI, and in this case, since the bond lengths of GaN and AjlN are approximately equal, The lattice matching condition changes, and although GaAfIN normally exhibits a wurtzite crystal structure, B
The present inventors have discovered that stable zincblende crystals can be obtained by forming a superlattice layer or mixed crystal with P. Furthermore, by mixing BP, there is also the advantage that wide range gap control is possible.
加えてＢＰは、イオン性が弱く有効質量が小さいため、
高濃度のｐ型ドーピングが可能であり、ｐ型ベース層の
キャリア濃度を十分高くすることができる。従って本発
明の構成により、最低でもＳｉのバンドギャップの２倍
のバンドギャップをもち、高耐圧で高温動作可能なヘテ
ロ接合ノくイボーラトランジスタが得られる。In addition, BP has weak ionicity and a small effective mass, so
High concentration p-type doping is possible, and the carrier concentration of the p-type base layer can be made sufficiently high. Therefore, with the configuration of the present invention, it is possible to obtain a heterojunction Ibora transistor that has a band gap at least twice that of Si, and is capable of high voltage and high temperature operation.
またベース・コレクタ層間またはベース・エミッタ層間
にこれらの中間のバンドギャップを持つ中間バッファ層
、成るいはバンドギャップを連続的に変化させる遷移層
を介在させることが容易であり、これにより応答速度や
電流増幅率の向上が図られる。In addition, it is easy to interpose an intermediate buffer layer with a band gap between the base and collector layers or between the base and emitter layers, or a transition layer that continuously changes the band gap, which improves the response speed and the emitter layer. The current amplification factor can be improved.
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は、第１の実施例のバイポーラトランジスタであ
る。半絶縁性の（１００）ＧａＰ基板１１を用いてこの
上にバッファ層として１μｍのアンドープＧａＰ層上２
が形成され、更にバッファ層として１μｍのアンドープ
ＢＰ層１３が形成されている。ＢＰ層１３上に、コレク
タ層として１．５ａｍのｎ型ＧａＡＮＮ／ＢＰ層１４．
ベース層として０．２μｍのｐ型ＢＰ層１５．真性エミ
ッタ層として１μｍのｎ型ＧａＡＩＩＮ／ＢＰ層１６が
順次積層形°成され、ｎ型のＧａＡｌＮｌＢＰ層１６上
にコンタクト層として０．５μｍのｎ型ＢＰ層１７が形
成されている。これらの各半導体層は後述するようにＭ
ＯＣＶＤ法により形成される。各ＧａＡＮＮ／ＢＰ層は
、具体的にはＧａＡｊＪＮ層とＢＰ層とを１０入＋１０
入の繰り返しで交互に多層に積層した超格子層である。FIG. 1 shows a bipolar transistor of a first embodiment. A semi-insulating (100) GaP substrate 11 is used, and a 1 μm thick undoped GaP layer 2 is formed thereon as a buffer layer.
is formed, and an undoped BP layer 13 with a thickness of 1 μm is further formed as a buffer layer. On the BP layer 13, a 1.5 am n-type GaANN/BP layer 14 is formed as a collector layer.
0.2 μm p-type BP layer 15. as base layer. A 1 μm n-type GaAIIN/BP layer 16 is sequentially laminated as an intrinsic emitter layer, and a 0.5 μm n-type BP layer 17 is formed as a contact layer on the n-type GaAlNlBP layer 16. Each of these semiconductor layers has M as described later.
It is formed by OCVD method. Specifically, each GaANN/BP layer includes 10 GaAjJN layers and BP layers + 10
This is a superlattice layer that is alternately stacked in multiple layers by repeated insertions.
コレクタ層のｎ型ＧａＡＩＩＮ／ＢＰ層１４は、Ｓｉが
２×１０１７／ｃｉＩ３ ドープされ、エミッタ層のｎ
型ＧａＡ、ＱＮ／ＢＰ層１６は層上６ＳｉがＩ×１０１
８７ｃＩ１１３ ドープされ、ベース層のＢＰ層１５は
Ｍｇが２ Ｘ １０１８／ ｃｍ３ ドープされテイル
。素子ウェハは、ベース電極およびコレクタ電極を取り
出すべくメサエッチングされ、エミッタ・コンタクト層
のＧａＡｊ７Ｎ／ＢＰ層１６にはＡｕＧｅからなるエミ
ッタ電極１８が、ベースのＢＰ層１５にはＡｕＺｅから
なるベース電極１９が、コレクタのＧａＡ、１７Ｎ／Ｂ
Ｐ層１４にはＡｕＧｅからなるコレクタ電極２０がそれ
ぞれ形成されている。The n-type GaAIIN/BP layer 14 as the collector layer is doped with Si at 2×1017/ciI3, and the n-type GaAIIN/BP layer 14 as the emitter layer
Type GaA, QN/BP layer 16 has 6Si on the layer I×101
The base layer BP layer 15 is doped with Mg at 2 x 1018/cm3 and the tail is doped with 87cI113. The device wafer is mesa-etched to take out the base electrode and collector electrode, and the emitter contact layer GaAj7N/BP layer 16 has an emitter electrode 18 made of AuGe, and the base BP layer 15 has a base electrode 19 made of AuZe. , collector GaA, 17N/B
A collector electrode 20 made of AuGe is formed on each of the P layers 14 .
以下に各半導体層の形成に用いたＭＯＣＶＤ法について
説明する。The MOCVD method used to form each semiconductor layer will be explained below.
第９図は、素子製造に用いたマルチチャンバ方式の有機
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置である。FIG. 9 shows a multi-chamber type metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus used for manufacturing the device.
図において、９１．９２および９３は石英製の反応管で
ありそれぞれの上部に位置するガス導入口から必要な原
料ガスが取入れられる。これらの反応管９１．９２およ
び９３は一つのチャンバ９４にその上蓋を貫通して垂直
に取付けられている。In the figure, reference numerals 91, 92, and 93 are reaction tubes made of quartz, and necessary raw material gases are taken in through gas inlet ports located at the upper portions of each tube. These reaction tubes 91, 92 and 93 are vertically attached to one chamber 94 through its upper cover.
基板９５はグラファイト製サセプタ９６上に設置され、
各反応管９１，９２．９３の開口に対向するように配置
されて外部の高周波コイル９７により高温に加熱される
。サセプタ９６は、石英製ホルダ９８に取付けられ、磁
性流体シールを介した駆動軸により各反応管９１，９２
．９３の下を高速度で移動できるようになっている。駆
動は、外部に設置されたコンピュータ制御されたモータ
により行われる。サセプタ中央部には熱電対１００が置
かれ、基板直下の温度をモニタして外部に取出す。その
コード部分は回転にょるよじれを防止するためスリップ
リングが用いられる。反応ガスは、上部噴出口１０１か
らの水素ガスのダウンフローの速い流れにより押出され
、互いの混合が極力抑制されながら、排気口１０２から
ロータリーポンプにより排気される。The substrate 95 is placed on a graphite susceptor 96,
It is arranged to face the opening of each reaction tube 91, 92, 93 and is heated to a high temperature by an external high frequency coil 97. The susceptor 96 is attached to a quartz holder 98, and each reaction tube 91, 92 is connected to a drive shaft via a magnetic fluid seal.
．． It is now possible to move under 93 at high speed. The drive is performed by an externally installed computer-controlled motor. A thermocouple 100 is placed in the center of the susceptor to monitor the temperature directly under the substrate and take it out to the outside. A slip ring is used in the cord part to prevent it from twisting due to rotation. The reaction gas is pushed out by a fast downflow of hydrogen gas from the upper jet port 101, and is exhausted from the exhaust port 102 by a rotary pump while mixing with each other is suppressed as much as possible.
この様なＭＯＣＶＤ装置により、各反応管９１゜９２．
９３を通して所望の原料ガスを流し、基板９５をコンピ
ュータ制御されたモータで移動させることにより、基板
９５上に任意の積層周期、任意組成を持って多層構造を
作製することができる。With such MOCVD equipment, each reaction tube is 91°92°.
By flowing a desired raw material gas through the substrate 93 and moving the substrate 95 with a computer-controlled motor, a multilayer structure having an arbitrary lamination period and an arbitrary composition can be produced on the substrate 95.
この方式では、ガス切替え方式では得られない鋭い濃度
変化が容易に実現できる。またこの方式では、急峻なヘ
テロ界面を作製するためにガスを高速で切替える必要が
ないため、原料ガスであるＮＨ３やＰＨ，の分解速度が
遅いという問題をガス流速を低く設定することにより解
決することができる。With this method, sharp concentration changes that cannot be obtained with the gas switching method can be easily achieved. In addition, with this method, there is no need to switch gases at high speed to create a steep hetero-interface, so the problem of slow decomposition speed of raw material gases such as NH3 and PH can be solved by setting the gas flow rate low. be able to.
このＭＯＣＶＤ装置を用いて、具体的に第１図に示す素
子ウェハを作製した。用いた原料ガスは、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）、）リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
、トリメチル硼素（ＴＥＢ）。Using this MOCVD apparatus, a device wafer specifically shown in FIG. 1 was manufactured. The raw material gases used were trimethyl gallium (TMG) and trimethyl aluminum (TMA).
, trimethyl boron (TEB).
アンモニア（ＮＨ９）、フォスフイン（ＰＨｉ）である
。基板温度は８５０〜１１５０’Ｃ，圧力は０．３気圧
、原料ガスの総流量は１ρ／ｍ１ｎであり、成長速度が
１μｍ ／ ｈとなるようにガス流量を設定した。具体
的な各原料ガスの流量は、ＴＥＢがＩ Ｘ １０−’ｍ
ｏｌ ／ｌｌ１ｎ 、 Ｔ ＭＧが１×１０−”ｓｏｌ
／ｍ１ｎ 、 ＴＭＡがＩＸ１００６ｍｏｌ／ｍ１ｎ
、ＰＨ，が５ Ｘ １０−’ｍｏｌ ／ｍ１ｎ 、 Ｎ
Ｈ３がＩ Ｘ １０−’ＩＩｏｆ ／ ｗｉｎである。They are ammonia (NH9) and phosphine (PHi). The substrate temperature was 850 to 1150'C, the pressure was 0.3 atm, the total flow rate of source gas was 1ρ/ml, and the gas flow rate was set so that the growth rate was 1 μm/h. The specific flow rate of each raw material gas is TEB I x 10-'m
ol /ll1n, TMG is 1×10-”sol
/m1n, TMA is IX1006mol/m1n
, PH, is 5 × 10-'mol/m1n, N
H3 is IX10-'IIof/win.
この実施例のバイポーラトランジスタは、エミッタ・ベ
ース接合およびコレクタ・ベース接合共にヘテロ接合と
なっている。この実施例による素子はエミッタ寸法が１
０μｍＸ１００μｍのもので、室温における電流増幅率
は１０〜１５であった。耐圧Ｖ （Ｂ□は約１００Ｖで
あり、この値は２００℃以上の高温まで保たれることが
確認された。In the bipolar transistor of this embodiment, both the emitter-base junction and the collector-base junction are heterojunctions. The device according to this embodiment has an emitter dimension of 1
With a size of 0 μm×100 μm, the current amplification factor at room temperature was 10 to 15. The breakdown voltage V (B□) was approximately 100V, and it was confirmed that this value could be maintained up to a high temperature of 200°C or higher.
第２図は、本発明の第２の実施例のバイポーラトランジ
スタである。第１図と対応する部分には第１図と同一符
号を付して詳細な省略する。この実施例ではコレクタ層
として、Ｓｉをｌ Ｘ １０１７／ｃＩ１１３ドープし
た１、５μｍのｎ型ＢＰ層２１を用いている。したがっ
てコレクタ・ベース接合はホモ接合であり、この点を除
けば第１図の実施例と変わらない。この実施例のバイポ
ーラトランジスタも第１図のバイポーラトランジスタと
同様に作られる。FIG. 2 shows a bipolar transistor according to a second embodiment of the invention. Portions corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. 1, and detailed explanations are omitted. In this embodiment, a 1.5 μm n-type BP layer 21 doped with Si with l x 1017/cI113 is used as the collector layer. Therefore, the collector-base junction is a homojunction, and is the same as the embodiment shown in FIG. 1 except for this point. The bipolar transistor of this embodiment is also made in the same manner as the bipolar transistor of FIG.
この実施例のトランジスタも高耐圧かつ高温動作可能で
、優れた特性を示す。The transistor of this example can also operate at high voltage and high temperature, and exhibits excellent characteristics.
第３図は、本発明の第３の実施例のバイポーラトランジ
スタである。この実施例では、バッファ層としてのＢＰ
層１３上にまず、エミッタ層としてＧａＡＮＮ／ＢＰ層
３１を形威し、この上にベース層としてｐ型ＢＰ層１５
を形成し、この上にコレクタ層としてのｎ型ＢＰ層３２
．コレクタ◆コンタクト層としてのｎ型ＢＰ層３３を形
成している。すなわち第１．第２の実施例がエミッタ・
トップ構造であったのに対して、この実施例ではコレク
タ・トップ構造としている。この構造も第１図の実施例
と同様にして作られる。FIG. 3 shows a bipolar transistor according to a third embodiment of the present invention. In this example, BP as a buffer layer
First, a GaANN/BP layer 31 is formed on the layer 13 as an emitter layer, and a p-type BP layer 15 is formed on this as a base layer.
is formed, and an n-type BP layer 32 as a collector layer is formed thereon.
．． Collector◆An n-type BP layer 33 is formed as a contact layer. That is, the first. The second embodiment is an emitter
In contrast to the top structure, this embodiment has a collector top structure. This structure is also made in the same manner as the embodiment of FIG.
この実施例によっても先の各実施例と同様の効果が得ら
れる。This embodiment also provides the same effects as those of the previous embodiments.
第４図は、本発明の第４の実施例のトランジスタである
。この実施例の素子構造は、第１図の実施例のものを基
本として、ベース層としてのｐ型ＢＰ層１５と、コレク
タ層としてのＧａＡρＮ／ＢＰ層１４およびエミッタ層
としてのＧａＡｐＮ／ＢＰ層１６の間にそれぞれ、０．
１μｍのｎ型Ｇ ａ Ｎ ／ Ｂ Ｐ層４１および４２
を中間バッファ層として介在させている。FIG. 4 shows a transistor according to a fourth embodiment of the present invention. The device structure of this example is based on that of the example shown in FIG. 1, and includes a p-type BP layer 15 as a base layer, a GaAρN/BP layer 14 as a collector layer, and a GaApN/BP layer 16 as an emitter layer. 0.
1μm n-type GaN/BP layers 41 and 42
is interposed as an intermediate buffer layer.
この実施例によれば、中間バッファ層４１および４２を
設けることによってエミッタおよびコレクタの接合部の
バンドギャップの変化が緩やかになって、より優れた特
性が得られる。According to this embodiment, by providing the intermediate buffer layers 41 and 42, the change in the band gap at the junction between the emitter and the collector becomes gentler, and better characteristics can be obtained.
第５図は、本発明の第５の実施例のバイポーラトランジ
スタである。この実施例では、第２図の構造を基本とし
て、ｎ型ＢＰ層からなるコレクタ層２１を高濃度のＢＰ
層２１１と低濃度のＢＰ層２１□の２層構造としている
。高濃度のＢＰ層２１、は例えばＳｉをＩ Ｘ １０
”／ａｎ３ ドープし、低濃度のＢＰ層２１２はＳｔを
Ｉ Ｘ １０ ”／ｃｍ’ドープする。またベース層と
してのｐ型ＢＰ層１５とエミッタ層としてのＧａＡＮＮ
／ＢＰ層１６の間には、Ａｐ組成がｘ−０〜０．５の範
囲で連続的に変化するバンドギャップ遷移層として、０
．５μｍのｎ型Ｇ ａ ｒ−ｘ ＡＤ ｍ Ｎ／Ｂ Ｐ
層５１が設けられている。さらにベース層としてのｐ型
ＢＰ層１５にはＧａＮが少量添加されて、バンドギャッ
プがコレクタ近傍で比較的小さく、エミッタ近傍で比較
的大きくなるようにグレーティングされている。ＧａＡ
ｊｌＮ／ＢＰ層のバンドギャップを変化させるには例え
ば、ＧａＡＩＮ層とＢＰ層の膜厚比を変化させることに
より可能である。FIG. 5 shows a bipolar transistor according to a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, based on the structure shown in FIG. 2, the collector layer 21 made of an n-type BP layer is made of
It has a two-layer structure including a layer 211 and a low concentration BP layer 21□. The high-concentration BP layer 21 is made of, for example, I x 10 Si.
The lightly doped BP layer 212 is doped with St to Ix10''/cm'. In addition, a p-type BP layer 15 as a base layer and a GaANN as an emitter layer.
/BP layer 16 as a bandgap transition layer in which the Ap composition changes continuously in the range of x-0 to 0.5.
．． 5 μm n-type G a r-x AD m N/B P
A layer 51 is provided. Furthermore, a small amount of GaN is added to the p-type BP layer 15 serving as a base layer, and a grating is formed so that the band gap is relatively small near the collector and relatively large near the emitter. GaA
The bandgap of the jlN/BP layer can be changed, for example, by changing the thickness ratio of the GaAIN layer and the BP layer.
この実施例によれば、バンドギャップ遷移が更に滑らか
になって良好な特性が得られる。According to this embodiment, the bandgap transition becomes smoother and better characteristics can be obtained.
第６図は、本発明の第６の実施例のバイポーラトランジ
スタである。この実施例は、コレクタ・トップの第３図
の構造を基本として、第５図の実施例と同様にエミッタ
としてのＧａＡｊ！Ｎ／ＢＰ層３１とベースとしてのＢ
Ｐ層１５の間にバンドギャップ遷移層としてｎ型Ｇａ１
−ｔ Ａｎ ＊ Ｎ／ＢＰ層６１全６１たものである。FIG. 6 shows a bipolar transistor according to a sixth embodiment of the present invention. This embodiment is based on the structure of the collector top shown in FIG. 3, and has GaAj! as the emitter, similar to the embodiment shown in FIG. N/BP layer 31 and B as a base
n-type Ga1 as a bandgap transition layer between the P layer 15
-tAn*N/BP layer 61.
この実施例によっても、同様の効果が得られる。Similar effects can be obtained with this embodiment as well.
第７図は、本発明の第７の実施例のバイポーラトランジ
スタである。この実施例では、第４図の構成を変形して
、その中間バッファ層としてのＧａＮ／ＢＰ層４１．４
２の部分を、第５固成るいは第６図の実施例と同様にバ
ンドギャップの遷移層としてのＧ ａ ｌ−ＡＮ 、
Ｎ／ Ｂ Ｐ層７１゜７２に置き換えたものである。FIG. 7 shows a bipolar transistor according to a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the structure shown in FIG. 4 is modified to form a GaN/BP layer 41.4 as an intermediate buffer layer.
2 as a fifth solid or a bandgap transition layer similar to the embodiment of FIG.
This is a replacement for the N/BP layers 71 and 72.
第８図は、本発明の第８の実施例のバイポーラトランジ
スタである。この実施例では、第５図の実施例を基本と
してそのバンドギャップ遷移層としてのＧａｇ−ｘ Ａ
ｆｔ Ｍ Ｎ／ＢＰ層５１部分を、組成固定の中間バッ
ファ層としてのＧａＮ／ＢＰ層８１としている。FIG. 8 shows a bipolar transistor according to an eighth embodiment of the present invention. In this example, Gag-x A as the bandgap transition layer is based on the example shown in FIG.
The ft M N/BP layer 51 portion is made into a GaN/BP layer 81 as an intermediate buffer layer with a fixed composition.
これらの実施例によっても同様に優れた特性が得られる
。These examples also provide excellent characteristics.
本発明は上記実施例に限られるものではない。The present invention is not limited to the above embodiments.
実施例では、ベース層としてＢＰ層を用い、これと異な
るバンドギャップのエミッタ成るいはコレフタ層として
ＧａＡｆＩＮ／ＢＰ層を用いたが、コレクタ、ベースお
よびエミッタ層として一般にＧ ａ Ｉ−ｘ Ａｊｌ
、 Ｎ／ Ｂ Ｐ層を用いることができる。In the embodiment, a BP layer was used as the base layer, and a GaAflN/BP layer was used as the emitter or corefter layer with a different band gap.
, N/BP layers can be used.
この場合、Ｇ ａ ＋−８ＡｌｘＮ層とＢＰ層の膜厚比
、または組成Ｘを適当に選択することにより、エミッタ
成るいはコレクタ接合のいずれか成るいは両方にヘテロ
接合を形成する事ができる。またＧａＡ４７Ｎ／ＢＰ層
に代わって、Ｇ ａ ｗ Ａ （ｌ ｙＢ １−−−、
Ｎ−、Ｐ ｒ−−−（０≦ｘ＋Ｙ≦１）混晶層を用い
ることができるこの場合、例えばＢ組成を変えることに
よりバンドギャップを変えることができる。更にＢＰ層
に少量のＡｌ、Ｇａ、Ｎを添加して所定の半導体層を形
成しても良い。In this case, by appropriately selecting the film thickness ratio of the G a +-8AlxN layer and the BP layer or the composition X, it is possible to form a heterojunction in either the emitter or the collector junction, or both. . Also, instead of the GaA47N/BP layer, G aw A (lyB 1---,
In this case, a N-, Pr---(0≦x+Y≦1) mixed crystal layer can be used, and the band gap can be changed by changing the B composition, for example. Furthermore, a predetermined semiconductor layer may be formed by adding a small amount of Al, Ga, or N to the BP layer.
また実施例では、ｎ型不純物としてＳｉを用いたが、そ
の他Ｓｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｔｅなどを用いることができ、ｐ
ｚ不純物としてはＭｇの他Ｚｎ。Further, in the embodiment, Si was used as the n-type impurity, but other materials such as Se, Sn, S, Te, etc. can be used.
z Impurities include Mg and Zn.
Ｂｅ、Ｃｄなどを用いることができる。Be, Cd, etc. can be used.
ＭＯＣＶＤ原料としては、Ｇａ原料としてトリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）、ＡＪＩＩ原料としてトリエチルアル
ミニウム（ＴＥＡ）、Ｂ原料としてトリメチル硼素（Ｔ
ＭＢ）やジボラン（８２Ｈ６）等を用いることができる
。Ｎ原料としても、アンモニアの他ヒドラジン（Ｎ２Ｈ
４）や、Ｇａ（Ｃ２Ｈ，）、−ＮＨ，、Ｇａ （ＣＨ
，） ３Ｎ・ （ＣＨ３）３等のアダクトと呼ばれる有
機金属化合物を用いることができる。更にドーピング原
料として、Ｍｇ化合物であるＭｇ（ｔｈｄ）２ （２，
２，６，６，−Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ−３，５−１１
ｅｐｔａ５−１１ｅｐｔａｎｅｄｉｏｎ＋＊）も有効で
ある。MOCVD raw materials include triethyl gallium (TEG) as a Ga raw material, triethyl aluminum (TEA) as an AJII raw material, and trimethyl boron (T
MB), diborane (82H6), etc. can be used. In addition to ammonia, hydrazine (N2H
4), Ga(C2H,), -NH,, Ga(CH
, ) 3N·(CH3)3 or the like can be used. Furthermore, as a doping raw material, Mg(thd)2 (2,
2,6,6,-Tetramethyl-3,5-11
epta5-11eptanedion+*) is also effective.
更に基板としてＧａＰの他にＳｉＣやＢＰ成るいはＳｔ
等を用いることもできるし、ｎｐｎのみならず、ｐｎｐ
トランジスタも同様に構成することができる。Furthermore, as a substrate, in addition to GaP, SiC, BP, or St.
etc., and not only npn but also pnp
Transistors can also be configured in a similar manner.
［発明の効果］
以上のべたように本発明によれば、新しい化合物半導体
材料を用いて、高耐圧で高温動作が可能である高性能の
バイポーラトランジスタを提供することができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-performance bipolar transistor that is capable of high-voltage and high-temperature operation using a new compound semiconductor material.
第１図は本発明の第１の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第２図は本発明の第２の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第３図は本発明の第３の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第４図は本発明の第４の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第５図は本発明の第５の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第６図は本発明の第６の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第７図は本発明の第７の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第８図は本発明の第８の実施例のバイポーラトランジス
タを示す図、
第９図は本発明のバイポーラトランジスタの製造に用い
たＭＯＣＶＤ装置を示す図である。
１１・・・半絶縁性ＧａＰ基板、１２・・・ＧａＰバッ
ファ層、１３・・・ＢＰバッファ層、１４・・・ｎ型Ｇ
ａ／ＩＮ／ＢＰ層（コレクタ層）、１５−ｐ型ＢＰ層（
ベース層） １６＝−ｎ型ＧａＡＪ７Ｎ／ＢＰ層（真
性エミッタ層）、１７・・・ｎ型ＢＰ層（エミッタ・コ
ンタクト層）、１８・・・エミッタ電極、１９・・・ベ
ース電極、２ｏ・・・コレクタ電極、２１・・・ｎ型Ｂ
Ｐ層（コレクタ層） ３１・・・ｎ型ＧａＡＩＮ／ＢＰ
層（エミッタ層）、３２−ｎ型ＢＰ層（コレクタ層）、
３３・・・ｎ型ＢＰ層（コレクタ・コンタクト層） 、
４１．４２−ｎ型Ｇ ａ Ｎ／ＢＰ層（中間バッファ層
）、５１，６１，７１゜７２− Ｇ ａ ｒ−ＡＮ
Ｎ／ Ｂ Ｐ層（ｘ−０〜０．５．遷移層） 、８ｌ−
ＧａＮ／ＢＰ層（中間バッファ層）。FIG. 1 is a diagram showing a bipolar transistor according to a first embodiment of the invention, FIG. 2 is a diagram showing a bipolar transistor according to a second embodiment of the invention, and FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the invention. 4 is a diagram showing a bipolar transistor according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a bipolar transistor according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a bipolar transistor according to a seventh embodiment of the invention; FIG. 8 shows a bipolar transistor according to an eighth embodiment of the invention. FIG. 9 is a diagram showing an MOCVD apparatus used for manufacturing the bipolar transistor of the present invention. 11... Semi-insulating GaP substrate, 12... GaP buffer layer, 13... BP buffer layer, 14... n-type G
a/IN/BP layer (collector layer), 15-p type BP layer (
base layer) 16=-n-type GaAJ7N/BP layer (intrinsic emitter layer), 17... n-type BP layer (emitter/contact layer), 18... emitter electrode, 19... base electrode, 2o...・Collector electrode, 21...n type B
P layer (collector layer) 31...n-type GaAIN/BP
layer (emitter layer), 32-n type BP layer (collector layer),
33...n-type BP layer (collector contact layer),
41.42-n type Ga N/BP layer (intermediate buffer layer), 51, 61, 71°72- Ga r-AN
N/BP layer (x-0~0.5.transition layer), 8l-
GaN/BP layer (intermediate buffer layer).
Claims (6)
＿−＿ｘＡｌ＿ｘＮ（０≦ｘ≦１）層が交互に積層され
た超格子層または閃亜鉛鉱型のＧａ＿ｘＡｌ＿ｙＢ＿１
＿−＿ｘ＿−＿ｙＮ＿ｘ＿＋＿ｙＰ＿１＿−＿ｘ＿−＿
ｙ（０≦ｘ、ｙ≦１）層により構成された第１導電型の
コレクタ層、第２導電型のベース層および第１導電型の
エミッタ層を有することを特徴とするバイポーラトラン
ジスタ。(1) On a semiconductor substrate, a BP layer and a zinc blende type Ga_1
_-_xAl_xN (0≦x≦1) superlattice layer or zincblende type Ga_xAl_yB_1 in which layers are stacked alternately
＿−＿x＿−＿yN_x＿＋＿yP_1＿−＿x＿−＿
A bipolar transistor comprising a collector layer of a first conductivity type, a base layer of a second conductivity type, and an emitter layer of a first conductivity type, each of which is composed of a y (0≦x, y≦1) layer.
ベース層よりバンドギャップが広くなるように組成が設
定されていることを特徴とする請求項１記載のバイポー
ラトランジスタ。(2) The bipolar transistor according to claim 1, wherein the composition of at least one of the emitter layer and the collector layer is set so that the band gap is wider than that of the base layer.
Ｎ（０≦ｘ≦１）層が交互に積層された超格子層または
閃亜鉛鉱型のＧａ＿ｘＡｌ＿ｙＢ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ
Ｎ＿ｘ＿＋＿ｙＰ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ（０≦ｘ、ｙ≦
１）層からなる第１導電型のコレクタ層と、 ＢＰ層からなる第２導電型のベース層と、 ＢＰ層と閃亜鉛鉱型のＧａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＮ（０
≦ｘ≦１）層が交互に積層された超格子層または閃亜鉛
鉱型のＧａ＿ｘＡｌ＿ｙＢ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙＮ＿ｘ
＿＋＿ｙＰ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ（０≦ｘ、ｙ≦１）層
からなる第１導電型のエミッタ層と、 を有することを特徴とするバイポーラトランジスタ。(3) BP layer and zinc blende type Ga_1_-_xAl_x
Superlattice layer or zincblende type Ga_xAl_yB_1_-_x_-_y in which N (0≦x≦1) layers are alternately stacked
N_x_+_yP_1_-_x_-_y(0≦x, y≦
1) a collector layer of a first conductivity type consisting of a layer, a base layer of a second conductivity type consisting of a BP layer, a BP layer and a zinc blende type Ga_1_-_xAl_xN(0
≦x≦1) superlattice layer or zincblende type Ga_xAl_yB_1_-_x_-_yN_x in which layers are stacked alternately
A bipolar transistor comprising: a first conductivity type emitter layer consisting of a _+_yP_1_-_x_-_y (0≦x, y≦1) layer;
≦ｘ≦１）層が交互に積層された超格子層または閃亜鉛
鉱型のＧａ＿ｘＡｌ＿ｙＢ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙＮ＿ｘ
＿＋＿ｙＰ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ（０≦ｘ、ｙ≦１）層
からなる第１導電型のエミッタ層と、 を有することを特徴とするバイポーラトランジスタ。(4) A collector layer of a first conductivity type consisting of a BP layer, a base layer of a second conductivity type consisting of a BP layer, a BP layer and a zinc blende type Ga_1_-_xAl_xN(0
≦x≦1) superlattice layer or zincblende type Ga_xAl_yB_1_-_x_-_yN_x in which layers are stacked alternately
A bipolar transistor comprising: a first conductivity type emitter layer consisting of a _+_yP_1_-_x_-_y (0≦x, y≦1) layer;
間の少なくとも一方に、中間のバンドギャップを持つ中
間バッファ層またはバンドギャップを連続的に変化させ
る遷移層を介在させた請求項１ないし４のいずれかに記
載のバイポーラトランジスタ。(5) Any one of claims 1 to 4, wherein an intermediate buffer layer having an intermediate bandgap or a transition layer that continuously changes the bandgap is interposed between the collector and base layers or between the emitter and base layers. Bipolar transistor as described.
層は半導体基板上にＢＰバッファ層を介して積層形成さ
れている請求項１ないし４のいずれかに記載のバイポー
ラトランジスタ。(6) The bipolar transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor layer including the collector, base, and emitter layers is laminated on the semiconductor substrate with a BP buffer layer interposed therebetween.
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|---|---|---|---|
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-
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- 1989-06-30 JP JP16968489A patent/JP2768742B2/en not_active Expired - Fee Related
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