JPH04230076A - 添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ - Google Patents
添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタInfo
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- JPH04230076A JPH04230076A JP3133228A JP13322891A JPH04230076A JP H04230076 A JPH04230076 A JP H04230076A JP 3133228 A JP3133228 A JP 3133228A JP 13322891 A JP13322891 A JP 13322891A JP H04230076 A JPH04230076 A JP H04230076A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
- H01L29/7373—Vertical transistors having a two-dimensional base, e.g. modulation-doped base, inversion layer base, delta-doped base
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- Bipolar Transistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、添加物変調ベ
ースを有するヘテロ接合バイポーラ・トランジスタに関
する。より詳しくは、ベースがギャップの広いｐ材料の
層とギャップの狭いＩ材料の層から形成された添加物変
調ヘテロ接合になっている、ヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタに関する。コレクタ／ベースは、ベースのＩ
領域に隣接する、ギャップの狭いｎ＋ドープ半導体材料
で形成され、エミッタは、ベースのギャップの広いｐ層
に隣接する、ギャップの広いｎ＋ドープ半導体材料で形
成されている。ベースのギャップの広いｐ領域のドーピ
ング濃度と幅は、この領域中ですべての正孔が空乏化さ
れ、かつギャップの狭いＩ材料中の、ギャップの広いｐ
材料との界面にｐ型反転層が形成されるようなものであ
る。
ースを有するヘテロ接合バイポーラ・トランジスタに関
する。より詳しくは、ベースがギャップの広いｐ材料の
層とギャップの狭いＩ材料の層から形成された添加物変
調ヘテロ接合になっている、ヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタに関する。コレクタ／ベースは、ベースのＩ
領域に隣接する、ギャップの狭いｎ＋ドープ半導体材料
で形成され、エミッタは、ベースのギャップの広いｐ層
に隣接する、ギャップの広いｎ＋ドープ半導体材料で形
成されている。ベースのギャップの広いｐ領域のドーピ
ング濃度と幅は、この領域中ですべての正孔が空乏化さ
れ、かつギャップの狭いＩ材料中の、ギャップの広いｐ
材料との界面にｐ型反転層が形成されるようなものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】最新のバイポーラ・トランジスタの性能
に悪影響を与える２つの主要な要因は、１）エミッタ／
ベース接合部における少数キャリアの逆注入と２）ベー
ス幅が狭い場合のベース抵抗の増加である。エミッタ／
ベース接合部における少数キャリアの逆注入は、エネル
ギー・ギャップの広いエミッタによって克服できる。狭
いベース幅でのベース抵抗の増加は、ベース領域の高濃
度ドーピングによって克服できる。ただし、高濃度にド
ープしたベースは、不純物がひどく散乱して、ドーピン
グ濃度に従ってベース抵抗が減少せず、低温では不純物
散乱断面積が増加するため、問題は一層ひどくなる。
に悪影響を与える２つの主要な要因は、１）エミッタ／
ベース接合部における少数キャリアの逆注入と２）ベー
ス幅が狭い場合のベース抵抗の増加である。エミッタ／
ベース接合部における少数キャリアの逆注入は、エネル
ギー・ギャップの広いエミッタによって克服できる。狭
いベース幅でのベース抵抗の増加は、ベース領域の高濃
度ドーピングによって克服できる。ただし、高濃度にド
ープしたベースは、不純物がひどく散乱して、ドーピン
グ濃度に従ってベース抵抗が減少せず、低温では不純物
散乱断面積が増加するため、問題は一層ひどくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主目的は、低いベース抵抗、低温での性能向上、固有の
ドリフト電界、エミッタ注入バリアの低下を示し、ベー
ス領域で少数キャリア蓄積効果を示さず、固有のホット
電子効果を示す、添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポ
ーラ・トランジスタを提供することにある。こうした特
徴の組合せは従来技術では得られず、本発明は低温で動
作するハイエンド・バイポーラ・デバイスにとって特に
有利と考えられる。
主目的は、低いベース抵抗、低温での性能向上、固有の
ドリフト電界、エミッタ注入バリアの低下を示し、ベー
ス領域で少数キャリア蓄積効果を示さず、固有のホット
電子効果を示す、添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポ
ーラ・トランジスタを提供することにある。こうした特
徴の組合せは従来技術では得られず、本発明は低温で動
作するハイエンド・バイポーラ・デバイスにとって特に
有利と考えられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本明細書の教示によれば
、本発明は、ベースがギャップの広いｐ材料の層とギャ
ップの狭いＩ材料の層から形成された、添加物変調ヘテ
ロ接合になっており、コレクタ／ベースがベースのＩ領
域に隣接するギャップの狭いｎ＋半導体材料で形成され
ている、添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタを提供する。エミッタは、ベースのギャップ
の広いｐ層に隣接するギャップの広いｎ＋ドープ半導体
材料である。ベースのギャップの広いｐ領域のドーピン
グ濃度と幅は、この領域中ですべての正孔が空乏化され
、かつギャップの狭いＩ材料中の、ギャップの広いｐ材
料との界面にｐ型反転層が形成されるようなものである
。
、本発明は、ベースがギャップの広いｐ材料の層とギャ
ップの狭いＩ材料の層から形成された、添加物変調ヘテ
ロ接合になっており、コレクタ／ベースがベースのＩ領
域に隣接するギャップの狭いｎ＋半導体材料で形成され
ている、添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタを提供する。エミッタは、ベースのギャップ
の広いｐ層に隣接するギャップの広いｎ＋ドープ半導体
材料である。ベースのギャップの広いｐ領域のドーピン
グ濃度と幅は、この領域中ですべての正孔が空乏化され
、かつギャップの狭いＩ材料中の、ギャップの広いｐ材
料との界面にｐ型反転層が形成されるようなものである
。
【０００５】本発明の添加物変調ベース・ヘテロ接合バ
イポーラ・トランジスタは次のような利点を提供する。
イポーラ・トランジスタは次のような利点を提供する。
【０００６】１）ベースが、ベース・ドーピングによる
不純物散乱という通常の従来技術の効果に悩まされない
２次元正孔ガス層で形成されているので、低いベース抵
抗がもたらされる。
不純物散乱という通常の従来技術の効果に悩まされない
２次元正孔ガス層で形成されているので、低いベース抵
抗がもたらされる。
【０００７】２）ベース中でキャリアの凍結がなく、ま
た正孔易動度が低温で高くなるので、低温での動作中に
性能が向上する。
た正孔易動度が低温で高くなるので、低温での動作中に
性能が向上する。
【０００８】３）少数キャリア輸送のための、固有のド
リフト電界がベース領域にもたらされる。
リフト電界がベース領域にもたらされる。
【０００９】４）添加物変調ｐ型領域が完全に空乏化さ
れるので、エミッタ注入バリアが、通常のｐｎ接合の通
常の拡散電位より低くなる。追加の利点として、注入バ
リアが、設計パラメータとしての変調ドーピングのレベ
ル及びプロフィルによって調節できる。
れるので、エミッタ注入バリアが、通常のｐｎ接合の通
常の拡散電位より低くなる。追加の利点として、注入バ
リアが、設計パラメータとしての変調ドーピングのレベ
ル及びプロフィルによって調節できる。
【００１０】５）ベース領域は少数キャリア蓄積効果を
もたず、そのため回復時間が短くなる。
もたず、そのため回復時間が短くなる。
【００１１】６）注入された少数キャリアの追加の運動
エネルギーがエミッタ／ベース接合部にもたらされ、こ
のためベースを横切る少数キャリア輸送が改善される。
エネルギーがエミッタ／ベース接合部にもたらされ、こ
のためベースを横切る少数キャリア輸送が改善される。
【００１２】
【実施例】図面を詳しく参照すると、図１は、本発明の
教示に従って作成した添加物変調ベース・ヘテロ接合バ
イポーラ・トランジスタ１０の模範的実施例の断面図を
示している。このトランジスタは、ギャップの狭いｎ＋
コレクタ１４から添加物変調ｐ−Ｉヘテロ接合ベース１
６によって分離された、ギャップの広いｎ＋エミッタ１
２によって形成されている。ベース１６は、ギャップの
広いｐ半導体材料の層１８とギャップの狭いＩ半導体材
料の層２０によって形成されたヘテロ構造である。ギャ
ップの広いｐ領域１８のドーピング濃度と幅は、この領
域中ですべての正孔が空乏化され、かつギャップの狭い
Ｉ材料中の、ギャップの広いｐ材料との界面に、正孔を
もつｐ型反転層２２が形成されるようなものである。
教示に従って作成した添加物変調ベース・ヘテロ接合バ
イポーラ・トランジスタ１０の模範的実施例の断面図を
示している。このトランジスタは、ギャップの狭いｎ＋
コレクタ１４から添加物変調ｐ−Ｉヘテロ接合ベース１
６によって分離された、ギャップの広いｎ＋エミッタ１
２によって形成されている。ベース１６は、ギャップの
広いｐ半導体材料の層１８とギャップの狭いＩ半導体材
料の層２０によって形成されたヘテロ構造である。ギャ
ップの広いｐ領域１８のドーピング濃度と幅は、この領
域中ですべての正孔が空乏化され、かつギャップの狭い
Ｉ材料中の、ギャップの広いｐ材料との界面に、正孔を
もつｐ型反転層２２が形成されるようなものである。
【００１３】ギャップの広いｎ＋エミッタが、ベースの
ギャップの広いｐ層に隣接し、ギャップの狭いｎ＋コレ
クタが、ベースのギャップの狭いＩ層に隣接している。 ベースまで貫通して延びるベース接触電極２４が設けら
れている。
ギャップの広いｐ層に隣接し、ギャップの狭いｎ＋コレ
クタが、ベースのギャップの狭いＩ層に隣接している。 ベースまで貫通して延びるベース接触電極２４が設けら
れている。
【００１４】図２は、図１のｎｐｎトランジスタのエネ
ルギー帯概略図である。伝導エネルギー帯をＥｃで示し
、価電子エネルギー帯をＥｖで示す。エミッタ領域にお
ける広いエネルギー・ギャップをＥｇ１で示し、コレク
タ領域における狭いエネルギー・ギャップをＥｇ２で示
す。ギャップの広い半導体とギャップの狭い半導体の界
面で、伝導帯端と価電子帯端は不連続となっており、エ
ネルギーのずれは伝導帯及び価電子帯に対してそれぞれ
ΔＥｃ及び△Ｅｖである。ベース領域におけるエネルギ
ー・ギャップがｐ層の広いギャップからＩ層の狭いギャ
ップへと急激に変化し、ギャップの広いｐ材料中に正孔
空乏化領域が形成され、ギャップの狭いＩ材料中のギャ
ップの広いｐ材料との界面にｐ型反転層が形成される。 図２は、正孔空乏化領域及び隣接するｐ型反転層２２を
示している。
ルギー帯概略図である。伝導エネルギー帯をＥｃで示し
、価電子エネルギー帯をＥｖで示す。エミッタ領域にお
ける広いエネルギー・ギャップをＥｇ１で示し、コレク
タ領域における狭いエネルギー・ギャップをＥｇ２で示
す。ギャップの広い半導体とギャップの狭い半導体の界
面で、伝導帯端と価電子帯端は不連続となっており、エ
ネルギーのずれは伝導帯及び価電子帯に対してそれぞれ
ΔＥｃ及び△Ｅｖである。ベース領域におけるエネルギ
ー・ギャップがｐ層の広いギャップからＩ層の狭いギャ
ップへと急激に変化し、ギャップの広いｐ材料中に正孔
空乏化領域が形成され、ギャップの狭いＩ材料中のギャ
ップの広いｐ材料との界面にｐ型反転層が形成される。 図２は、正孔空乏化領域及び隣接するｐ型反転層２２を
示している。
【００１５】バイポーラ・トランジスタ技術では、バン
ド・ギャップの広いエミッタをもつトランジスタが重要
な利点を有することは周知である。ｎｐｎトランジスタ
におけるバンド・ギャップの広いエミッタは、エミッタ
からベースへの電子注入が同じ場合に、正孔のベースか
らエミッタへの移動をブロックすることにより、高いエ
ミッタ注入効率をもたらす。したがって、通常、エミッ
タのドーピングを相対的に低濃度にし、ベースのドーピ
ングをより高濃度にすることが可能となり、その結果、
エミッタ容量が減少し、ベース抵抗が低下する。
ド・ギャップの広いエミッタをもつトランジスタが重要
な利点を有することは周知である。ｎｐｎトランジスタ
におけるバンド・ギャップの広いエミッタは、エミッタ
からベースへの電子注入が同じ場合に、正孔のベースか
らエミッタへの移動をブロックすることにより、高いエ
ミッタ注入効率をもたらす。したがって、通常、エミッ
タのドーピングを相対的に低濃度にし、ベースのドーピ
ングをより高濃度にすることが可能となり、その結果、
エミッタ容量が減少し、ベース抵抗が低下する。
【００１６】本発明のヘテロ接合バイポーラ・トランジ
スタは、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素など任
意の半導体材料を用いて、通常の技法により製造するこ
とが可能であり、異例な製造または構成上の問題を生じ
ない。
スタは、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素など任
意の半導体材料を用いて、通常の技法により製造するこ
とが可能であり、異例な製造または構成上の問題を生じ
ない。
【００１７】図１のトランジスタ１０は、ｎｐｎトラン
ジスタとして例示的に示されている。当業者にとって、
本発明が対称な反転した構造をもつｐｎｐトランジスタ
でも実施できることは自明である。本発明のこの実施例
では、エミッタをギャップの広いｐ＋半導体材料から形
成し、コレクタをギャップの狭いｐ＋半導体材料から形
成し、ベースのギャップの広い領域をギャップの広いｎ
半導体材料から形成した、相補形の添加物変調ベース・
ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタが製造できる。
ジスタとして例示的に示されている。当業者にとって、
本発明が対称な反転した構造をもつｐｎｐトランジスタ
でも実施できることは自明である。本発明のこの実施例
では、エミッタをギャップの広いｐ＋半導体材料から形
成し、コレクタをギャップの狭いｐ＋半導体材料から形
成し、ベースのギャップの広い領域をギャップの広いｎ
半導体材料から形成した、相補形の添加物変調ベース・
ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタが製造できる。
【００１８】本明細書では添加物変調ベース・ヘテロ接
合バイポーラ・トランジスタに対する本発明のいくつか
の実施例及び変形を詳しく記述したが、本発明の開示及
び教示が、当業者に多くの代替設計を示唆していること
は明白である。
合バイポーラ・トランジスタに対する本発明のいくつか
の実施例及び変形を詳しく記述したが、本発明の開示及
び教示が、当業者に多くの代替設計を示唆していること
は明白である。
【００１９】
【発明の効果】本発明の添加物変調ベース・ヘテロ接合
バイポーラ・トランジスタは、次のような著しい利益を
提供する。
バイポーラ・トランジスタは、次のような著しい利益を
提供する。
【００２０】１）ベース１６は、変調ドーピングに由来
する２次元（２Ｄ）正孔ガス層をもつので、低いベース
抵抗をもつ。ベース・ドーピングによる不純物の散乱と
いう通常の従来技術の効果に悩まされない。この場合の
不純物は、散乱効果のそれほどない、ギャップの広いｐ
材料中の遠隔イオンによるものである。
する２次元（２Ｄ）正孔ガス層をもつので、低いベース
抵抗をもつ。ベース・ドーピングによる不純物の散乱と
いう通常の従来技術の効果に悩まされない。この場合の
不純物は、散乱効果のそれほどない、ギャップの広いｐ
材料中の遠隔イオンによるものである。
【００２１】２）ベース１６中でキャリアの凍結がなく
、また正孔易動度が低温で高くなるので、低温での動作
中に性能が向上する。キャリア凍結という概念は半導体
業界では周知であり、定性的には次のように説明できる
。試料中のイオン化されたアクセプタの数は、フェルミ
準位とアクセプタのイオン化エネルギーの差に指数関数
的に従属する。温度が低下するにつれて、フェルミ準位
はバンド端により近づき、アクセプタがイオン化せずに
中性にとどまるのがエネルギー的に有利となる条件が始
まる。アクセプタのこの中性状態によって、以前には伝
導に利用可能であった価電子帯から正孔が移動し、その
ため試料の伝導度が低下する。
、また正孔易動度が低温で高くなるので、低温での動作
中に性能が向上する。キャリア凍結という概念は半導体
業界では周知であり、定性的には次のように説明できる
。試料中のイオン化されたアクセプタの数は、フェルミ
準位とアクセプタのイオン化エネルギーの差に指数関数
的に従属する。温度が低下するにつれて、フェルミ準位
はバンド端により近づき、アクセプタがイオン化せずに
中性にとどまるのがエネルギー的に有利となる条件が始
まる。アクセプタのこの中性状態によって、以前には伝
導に利用可能であった価電子帯から正孔が移動し、その
ため試料の伝導度が低下する。
【００２２】３）少数キャリア輸送のための固有のドリ
フト電界がベース領域にもたらされる。
フト電界がベース領域にもたらされる。
【００２３】４）添加物変調ｐ領域が完全に空乏化され
るので、エミッタ注入バリアが、通常のｐｎ接合の通常
の拡散電位より低くなる。追加の利点として、注入バリ
アが、設計パラメータとしての変調ドーピングのレベル
とプロフィルによって調節できる。
るので、エミッタ注入バリアが、通常のｐｎ接合の通常
の拡散電位より低くなる。追加の利点として、注入バリ
アが、設計パラメータとしての変調ドーピングのレベル
とプロフィルによって調節できる。
【００２４】５）ベース領域が少数キャリア蓄積効果を
示さず、そのため回復時間が短くなる。
示さず、そのため回復時間が短くなる。
【００２５】６）ギャップの広い材料とギャップの狭い
材料の間の伝導帯端のずれ△Ｅｃによる、注入少数キャ
リアの追加の運動エネルギーが、エミッタ／ベース接合
部にもたらされる。
材料の間の伝導帯端のずれ△Ｅｃによる、注入少数キャ
リアの追加の運動エネルギーが、エミッタ／ベース接合
部にもたらされる。
【図１】本発明の教示に従って作成した添加物変調ベー
ス・ヘテロ接合バイポーラｎｐｎトランジスタの模範的
実施例の断面図である。
ス・ヘテロ接合バイポーラｎｐｎトランジスタの模範的
実施例の断面図である。
【図２】添加物変調ｐ−Ｉヘテロ接合ベースがエネルギ
ー帯に及ぼす影響を示す、本発明のトランジスタのエネ
ルギー帯図である。
ー帯に及ぼす影響を示す、本発明のトランジスタのエネ
ルギー帯図である。
１０ 添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタ １２ エミッタ １４ コレクタ １６ ベース １８ ギャップの広いｐ半導体材料層２０ ギャッ
プの狭い半導体材料層 ２２ 反転層 ２４ ベース接触電極
ランジスタ １２ エミッタ １４ コレクタ １６ ベース １８ ギャップの広いｐ半導体材料層２０ ギャッ
プの狭い半導体材料層 ２２ 反転層 ２４ ベース接触電極
Claims (3)
- 【請求項１】（ａ）エネルギー・ギャップの広い半導体
材料から形成されたエミッタと、 （ｂ）エネルギー・ギャップの狭い半導体材料から形成
されたコレクタと、 （ｃ）上記エミッタとコレクタを分離し、上記エミッタ
に隣接したエネルギー・ギャップの広い半導体材料の層
と上記コレクタに隣接したエネルギー・ギャップの狭い
Ｉ半導体材料の層を含み、ベースのエネルギー・ギャッ
プの広い領域のドーピング濃度と幅が、この領域中です
べてのホールが空乏化され、かつエネルギー・ギャップ
の狭いＩ半導体材料中の、エネルギー・ギャップの広い
材料との界面に反転層が形成されるようなものである、
添加物変調ヘテロ接合ベースとを含む、添加物変調ベー
ス・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。 - 【請求項２】上記エミッタがギャップの広いｎ＋半導体
材料で形成され、上記コクレタがギャップの狭いｎ＋半
導体材料で形成され、ベースの上記のギャップの広い領
域がギャップの広いｐ半導体材料で形成されている、低
いベース抵抗、低温での性能向上、固有のドリフト電界
、エミッタ注入バリアの低下を示し、ベース領域で少数
キャリア蓄積効果を示さず、固有のホット電子効果を示
す、請求項１の添加物変調ベース・ヘテロ接合バイポー
ラ・トランジスタ。 - 【請求項３】上記エミッタがギャップの広いｐ＋半導体
材料から形成され、上記コレクタがギャップの狭いｐ＋
半導体材料から形成され、ベースの上記のギャップの広
い領域がギャップの広いｎ型半導体材料から形成されて
いる、低いベース抵抗、低温での性能向上、固有のドリ
フト電界、エミッタ注入バリアの低下を示し、ベース領
域で少数キャリア蓄積効果を示さず、固有のホット正孔
効果を示す、請求項１の相補形添加物変調ベース・ヘテ
ロ接合バイポーラ・トランジスタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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