JPH04251934A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH04251934A
JPH04251934A JP99191A JP99191A JPH04251934A JP H04251934 A JPH04251934 A JP H04251934A JP 99191 A JP99191 A JP 99191A JP 99191 A JP99191 A JP 99191A JP H04251934 A JPH04251934 A JP H04251934A
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JP
Japan
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region
inp
ingaas
base region
collector
Prior art date
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Pending
Application number
JP99191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Kodama
邦彦 児玉
Nobuyuki Otsuka
信幸 大塚
Masashi Ozeki
尾関 雅志
Yoshiki Sakuma
芳樹 佐久間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP99191A priority Critical patent/JPH04251934A/en
Publication of JPH04251934A publication Critical patent/JPH04251934A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an integrated circuit using an InP substrate on which high-speed, high-voltage heterojunction bipolar transistors are formed. CONSTITUTION:A semiconductor device includes heterojunction bipolar transistors formed on an InP substrate. The bipolar transistor has an InP emitter region and base region, which form a heterojunction. The base region is composed of an InGaAs molecular layer and an InP molecular layer, forming a superlattice with a local band structure of a uniform composition. The average composition ratio of InGaAs in the superlattice increases in the direction from emitter to collector.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
InP基板を用い、ヘテロバイポーラトランジスタを含
む集積回路を構成するのに適した半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using an InP substrate and suitable for constructing an integrated circuit including a hetero-bipolar transistor.

【0002】ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ホ
モ接合バイポーラトランジスタと比較して高い電流増幅
率を得易い等の優れた点を有し、近年活発に研究開発が
進められている。特にエミッタにInP、ベースにIn
GaAsを用いたInGaAs/InPヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタは、その高い電流駆動能力を生かし
たInGaAsPレーザの駆動等、高速光通信の応用の
可能性が注目されている。
Heterojunction bipolar transistors have advantages over homojunction bipolar transistors, such as the ability to easily obtain a high current amplification factor, and have been actively researched and developed in recent years. In particular, InP in the emitter and InP in the base.
InGaAs/InP heterojunction bipolar transistors using GaAs are attracting attention for their potential applications in high-speed optical communications, such as driving InGaAsP lasers by taking advantage of their high current drive capability.

【0003】0003

【従来の技術】図3を参照して従来の技術を説明する。 図3(A)は、従来の技術によるホモバイポーラトラン
ジスタのバンド構造を示す。
2. Description of the Related Art A conventional technique will be explained with reference to FIG. FIG. 3(A) shows the band structure of a homobipolar transistor according to the prior art.

【0004】エミッタ、ベース、コレクタが同一の材料
で形成されたnpn型ホモバイポーラトランジスタの場
合で示す。ホモバイポーラトランジスタにおいては、各
領域での伝導帯のエネルギEcと価電子帯のエネルギE
vの差は、ほぼ均一である。エミッタ・ベース間に順バ
イアスを印加すると、エミッタ領域の電位に対してベー
ス領域の電位は、図中破線で示すように、引下げられる
。ベース領域のエネルギが所定の位置まで低下すると、
エミッタ領域から電子がベース領域に注入されるように
なる。ベース領域に注入された電子は、ベース領域を拡
散で移動し、コレクタ領域に到達するようになる。
[0004] The case of an npn type homobipolar transistor in which the emitter, base, and collector are formed of the same material will be shown. In a homobipolar transistor, the conduction band energy Ec and the valence band energy E in each region are
The difference in v is almost uniform. When a forward bias is applied between the emitter and the base, the potential of the base region is lowered relative to the potential of the emitter region, as shown by the broken line in the figure. When the energy in the base region drops to a certain point,
Electrons are injected from the emitter region into the base region. Electrons injected into the base region move through the base region by diffusion and reach the collector region.

【0005】なお、同時にベース領域からエミッタ領域
への正孔の注入も発生する。これはベース電流を形成す
る。このようなホモバイポーラトランジスタの動作速度
は、電子がエミッタ領域を出発した後、コレクタ領域の
低抵抗率領域に到達するまでの走行時間によって主に定
められる。コレクタ領域にバイアス電圧を印加すると、
コレクタ領域内に電界が発生し、キャリアは加速されて
輸送されるため、動作速度は主にベース領域中の輸送時
間によって定まる。
Note that, at the same time, holes are injected from the base region to the emitter region. This forms the base current. The operating speed of such a homobipolar transistor is mainly determined by the travel time of electrons after leaving the emitter region until reaching the low resistivity region of the collector region. When a bias voltage is applied to the collector region,
An electric field is generated in the collector region and carriers are accelerated and transported, so the operating speed is mainly determined by the transport time in the base region.

【0006】動作速度を速くするには、ベース領域を狭
くしてキャリアが拡散によってベース領域を通過するベ
ース走行時間を短くすることが有効である。図3(B)
は、InP基板上に形成するのに適したヘテロバイポー
ラトランジスタの1構造を示す。エミッタ領域がn型I
nPで形成され、ベース領域がp型InGaAsで形成
され、コレクタ領域がn型InGaAsで形成されてい
る。エミッタ領域のバンドギャップと比べ、ベース領域
およびコレクタ領域のバンドギャップは狭くなっている
。このため、ベース領域に順バイアスを印加し、破線の
ように電位を引下げた時、エミッタ領域からベース領域
への電子の注入は発生するが、この時ベース領域からエ
ミッタ領域への正孔の注入はほとんど生じない。このた
め、極めて高い電流増幅率を実現することができる。
[0006] In order to increase the operating speed, it is effective to narrow the base region and shorten the base travel time during which carriers pass through the base region by diffusion. Figure 3(B)
shows one structure of a heterobipolar transistor suitable for forming on an InP substrate. Emitter region is n-type I
The base region is made of p-type InGaAs, and the collector region is made of n-type InGaAs. The band gaps of the base and collector regions are narrower than the band gaps of the emitter region. Therefore, when a forward bias is applied to the base region and the potential is lowered as shown by the broken line, electrons are injected from the emitter region to the base region, but at this time, holes are injected from the base region to the emitter region. rarely occurs. Therefore, an extremely high current amplification factor can be achieved.

【0007】さらに、InGaAsにおいては電子の移
動度が高く、電子を高速で輸送することができる。この
ため、電流遮断周波数fT が140GHzを越える高
速トランジスタも実現できる。
Furthermore, InGaAs has high electron mobility and can transport electrons at high speed. Therefore, a high-speed transistor with a current cutoff frequency fT exceeding 140 GHz can be realized.

【0008】なお、コレクタ領域のバンドギャップが狭
いため、コレクタ耐圧を高くすることは難しい。すなわ
ち、コレクタに高い電圧を印加すると、ベース領域の価
電子帯からコレクタ領域へのトンネルが生じる。
[0008] Since the bandgap of the collector region is narrow, it is difficult to increase the collector breakdown voltage. That is, when a high voltage is applied to the collector, tunneling occurs from the valence band of the base region to the collector region.

【0009】図3(B)の構造は、エミッタ領域とベー
ス領域との間に1つのヘテロ接合が存在するので、シン
グルヘテロ接合バイポーラトランジスタと呼ばれる。図
3(C)は、従来技術によるヘテロバイポーラトランジ
スタの第2の構成を示す。
The structure of FIG. 3B is called a single heterojunction bipolar transistor because one heterojunction exists between the emitter region and the base region. FIG. 3C shows a second configuration of a heterobipolar transistor according to the prior art.

【0010】エミッタ領域はn型InPで形成され、ベ
ース領域はp型InGaAsで形成され、コレクタ領域
はn型InPで形成されている。本構成においては、エ
ミッタ領域とベース領域は、図3(B)の構成と同様で
あり、高い電流増幅率を得る可能性がある。
The emitter region is made of n-type InP, the base region is made of p-type InGaAs, and the collector region is made of n-type InP. In this configuration, the emitter region and the base region are similar to the configuration in FIG. 3(B), and it is possible to obtain a high current amplification factor.

【0011】また、コレクタ領域がバンドギャップの広
いInPで形成されているため、コレクタ耐圧を大きく
することができる。
Furthermore, since the collector region is formed of InP with a wide bandgap, the collector breakdown voltage can be increased.

【0012】0012

【発明が解決しようとする課題】図3(A)、(B)、
(C)の構成においては、キャリアはベース領域を拡散
によって移動する。このため、ベース領域走行時間はキ
ャリアの拡散速度とベース幅によって主に決定されてし
まう。より高速動作を行なおうとすると、ベース領域を
狭くすることになるが、ベース領域を狭くし過ぎると、
ベース抵抗が増大し、ベース領域充電回路におけるRC
時定数が増大してしまう。このため、期待される高速動
作が実現できなくなる。
[Problem to be solved by the invention] Figures 3 (A), (B),
In the configuration (C), carriers move through the base region by diffusion. Therefore, the base region transit time is mainly determined by the carrier diffusion rate and the base width. Attempting to operate at higher speeds requires narrowing the base area, but if the base area is made too narrow,
The base resistance increases and the RC in the base region charging circuit
The time constant increases. For this reason, the expected high-speed operation cannot be achieved.

【0013】また、図3(B)に示すヘテロバイポーラ
トランジスタは、ホモバイポーラトランジスタと比較し
て、高い電流増幅率と速い動作速度とを提供することが
できる。しかしながら、コレクタ領域のバンドギャップ
が狭く、コレクタ耐圧を大きくすることが難しい。この
ため、デスクリートデバイスとしては高速動作しても電
圧レベルシフトを行なう集積回路内の素子としては、コ
レクタ耐圧が不足する。このため、集積回路内に用いる
トランジスタ構造としては問題がある。
Furthermore, the hetero bipolar transistor shown in FIG. 3(B) can provide a higher current amplification factor and faster operating speed than the homo bipolar transistor. However, the bandgap of the collector region is narrow, making it difficult to increase the collector breakdown voltage. Therefore, even if it operates at high speed as a discrete device, the collector breakdown voltage is insufficient as an element in an integrated circuit that performs voltage level shifting. This poses a problem as a transistor structure used in an integrated circuit.

【0014】図3(C)に示すヘテロバイポーラトラン
ジスタは、コレクタ耐圧が高く、図3(B)に示すヘテ
ロバイポーラトランジスタの問題を解決できる。しかし
ながら、図3(C)の構成においては、ベース領域を順
バイアスした時、破線で示すようにコレクタ領域に電位
障壁が生じやすい。このため、エミッタ領域からベース
領域に注入された電子がコレクタ領域前面の電位障壁に
よって走行を阻害される。
The hetero bipolar transistor shown in FIG. 3(C) has a high collector breakdown voltage and can solve the problems of the hetero bipolar transistor shown in FIG. 3(B). However, in the configuration of FIG. 3C, when the base region is forward biased, a potential barrier tends to occur in the collector region as shown by the broken line. Therefore, electrons injected from the emitter region into the base region are inhibited from traveling by the potential barrier in front of the collector region.

【0015】本発明の目的は、高速動作するヘテロバイ
ポーラトランジスタを提供することである。本発明の他
の目的は、コレクタ耐圧の高いヘテロバイポーラトラン
ジスタを提供することである。
An object of the present invention is to provide a hetero-bipolar transistor that operates at high speed. Another object of the present invention is to provide a heterobipolar transistor with high collector breakdown voltage.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
InP基板上に形成され、InPで形成されたエミッタ
領域を有し、ベース領域がエミッタ領域とヘテロ接合を
形成するヘテロバイポーラトランジスタを有する半導体
装置であって、ヘテロバイポーラトランジスタのベース
領域がInGaAsの分子層とInPの分子層から構成
され、局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造
を示す超格子構造であって、該超格子構造中のInGa
Asの平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って
増加する超格子構造を含むことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device of the present invention includes:
A semiconductor device having a hetero bipolar transistor formed on an InP substrate, having an emitter region made of InP, and a base region forming a heterojunction with the emitter region, wherein the base region of the hetero bipolar transistor is made of InGaAs molecules. A superlattice structure consisting of an InP molecular layer and a local band structure having an approximately average composition;
It is characterized by including a superlattice structure in which the average composition ratio of As increases from the emitter side to the collector side.

【0017】また、本発明の半導体は、InP基板上に
形成され、InPで形成されたエミッタ領域を有し、ベ
ース領域がエミッタ領域とヘテロ接合を形成するヘテロ
バイポーラトランジスタを有する半導体装置であって、
ヘテロバイポーラトランジスタのコレクタ領域がInG
aAsの分子層とInPの分子層から構成され、局所的
バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す超格子
構造であって、該超格子構造中のInGaAsの平均組
成比がベース領域から離れるに従って減少する超格子構
造を含むことを特徴とする。
Further, the semiconductor of the present invention is a semiconductor device having a hetero bipolar transistor formed on an InP substrate, having an emitter region made of InP, and a base region forming a heterojunction with the emitter region. ,
The collector region of the hetero bipolar transistor is InG.
A superlattice structure composed of a molecular layer of aAs and a molecular layer of InP, in which the local band structure shows a band structure with an approximately average composition, and the average composition ratio of InGaAs in the superlattice structure is far from the base region. It is characterized by including a superlattice structure that decreases according to

【0018】[0018]

【作用】ベース幅を狭くすることなく、ベース走行時間
を速くするには、ベース領域内に加速電界(ドリフト電
界)を発生させればよい。ベース領域内に加速電界を発
生させる1つの方法は、ベース領域内に作り付け電位に
よる電界を発生させることである。InP基板上のIn
P/InGaAs系ヘテロバイポーラトランジスタにお
いて、作り付け電界を発生させる1つの方法は、ベース
領域をInGaAsP混晶で形成し、ベース領域内で組
成を徐々に変化させればよい。
[Operation] In order to speed up the base travel time without narrowing the base width, it is sufficient to generate an accelerating electric field (drift electric field) within the base region. One way to generate an accelerating electric field in the base region is to generate an electric field with a built-in potential in the base region. InP substrate
One method for generating a built-in electric field in a P/InGaAs-based hetero bipolar transistor is to form the base region from an InGaAsP mixed crystal and gradually change the composition within the base region.

【0019】しかしながら、InGaAsPの混晶にお
いて、InとGaおよびAsとPとの比率を精度よく制
御することは極めて困難である。特に、高速動作用ヘテ
ロバイポーラトランジスタにおいては、ベース幅はすで
に100nm以下のオーダーにあり、この短い距離の間
に組成を精度高く変化させることは極めて難しい。
However, it is extremely difficult to precisely control the ratios of In and Ga and As and P in the InGaAsP mixed crystal. In particular, in a hetero-bipolar transistor for high-speed operation, the base width is already on the order of 100 nm or less, and it is extremely difficult to change the composition with high precision over such a short distance.

【0020】また、コレクタ領域に電位障壁を形成する
ことなく、コレクタ耐圧を向上させる1つの方法は、コ
レクタ領域内に組成勾配を形成し、ベース領域から離れ
るに従ってバンドギャップを大きくすることである。I
nP/InGaAs系ヘテロバイポーラトランジスタに
おいては、コレクタ領域をInGaAsPで形成し、コ
レクタ領域内で組成を徐々に変化させればよい。
[0020] Also, one method of improving the collector breakdown voltage without forming a potential barrier in the collector region is to form a composition gradient in the collector region and increase the band gap as the distance from the base region increases. I
In the nP/InGaAs hetero bipolar transistor, the collector region may be formed of InGaAsP and the composition may be gradually changed within the collector region.

【0021】しかしながら、上述同様に、InGaAs
Pの組成を精度高く制御することは困難である。ところ
で、各層の厚さがキャリアの波動関数の広がりに比べて
十分小さな超格子構造は、その性質が超格子構造形成物
質の混晶に近似する性質がある。従って、超格子構造に
おいて、構成分子層の数を変化させることにより、混晶
の組成変化と同等の効果を上げることができる。この場
合、各層内の組成は変化させる必要がない。
However, as mentioned above, InGaAs
It is difficult to control the composition of P with high precision. By the way, a superlattice structure in which the thickness of each layer is sufficiently small compared to the spread of the carrier wave function has a property that its properties are similar to those of a mixed crystal of a superlattice structure forming substance. Therefore, in the superlattice structure, by changing the number of constituent molecular layers, it is possible to achieve the same effect as changing the composition of a mixed crystal. In this case, there is no need to change the composition within each layer.

【0022】InGaAsの原子層とInPの原子層か
ら超格子構造を構成し、その平均的組成のInGaAs
成分がエミッタ側からコレクタ側に向って増加するよう
に構成すると、エミッタ側でInPの組成が高くコレク
タ側でInPの組成が低くなるInGaAsP組成勾配
混晶と同等の機能を発揮させることができる。
A superlattice structure is constructed from an atomic layer of InGaAs and an atomic layer of InP, and InGaAs with an average composition
If the composition is configured such that the component increases from the emitter side to the collector side, it is possible to exhibit the same function as an InGaAsP composition gradient mixed crystal in which the InP composition is high on the emitter side and low on the collector side.

【0023】このようにして、ベース領域内にドリフト
電界を生じさせ、キャリアを高速に輸送させることがで
きる。また、コレクタ領域をInGaAsの分子層と、
InPの分子層から構成し、その平均的組成をベース領
域から離れるに従ってInGaAs成分が減少するよう
に構成すると、ベース領域側で電位障壁を形成すること
がなく、かつ耐圧の高いコレクタ領域を形成することが
できる。
[0023] In this way, a drift electric field can be generated in the base region and carriers can be transported at high speed. In addition, the collector region is made of an InGaAs molecular layer,
If it is composed of an InP molecular layer and its average composition is such that the InGaAs component decreases as it moves away from the base region, a collector region with high breakdown voltage can be formed without forming a potential barrier on the base region side. be able to.

【0024】[0024]

【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。図1(A)は、超格子SLの性質を概略的に説明
するための模式図である。InGaAs1領域と、In
P領域3との間に両者の分子層を交互に配列した超格子
構造2を配置する。さらに、この超格子構造2において
、InGaAsの分子層数と、InP分子層数の比を徐
々に変化させ、InGaAs領域側ではInGaAs成
分が高く、InP領域側ではInP成分が高くなるよう
にする。すると、超格子構造内におけるバンド構造は、
疑似的に破線Eco、Evoで示すように、ほぼその平
均的組成で定まるものとなる。すなわち、InGaAs
分子層とInP分子層とを積層することにより、InG
aAsP混晶と同等の性質を発揮させることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1(A) is a schematic diagram for schematically explaining the properties of the superlattice SL. InGaAs1 region and In
A superlattice structure 2 in which molecular layers of both are arranged alternately is arranged between the P region 3 and the P region 3. Furthermore, in this superlattice structure 2, the ratio of the number of InGaAs molecular layers to the number of InP molecular layers is gradually changed so that the InGaAs component is high on the InGaAs region side and the InP component is high on the InP region side. Then, the band structure within the superlattice structure is
As shown by the pseudo broken lines Eco and Evo, the composition is approximately determined by the average composition. That is, InGaAs
By laminating a molecular layer and an InP molecular layer, InG
It can exhibit properties equivalent to those of aAsP mixed crystal.

【0025】図1(B)は、このような超格子構造をヘ
テロバイポーラトランジスタのベース領域に採用した場
合を概略的に示す。エミッタ領域5はInPで形成され
、コレクタ領域7はInGaAsで形成されている。 なお、このコレクタ領域の組成はInP基板に格子整合
するように選ばれている。ベース領域6はInP分子層
とInGaAs分子層との交互配置された超格子積層で
形成され、さらにその平均的組成が徐々に変化するよう
に選ばれている。すなわち、ベース領域のエミッタ領域
と接する部分においては、InGaAsPのP成分が高
くなるように設定され、コレクタ側に向うに従ってP成
分が減少するように選択される。このような平均的組成
変化により、疑似的伝導帯のエネルギEcoは破線で示
すように、ベース領域内でコレクタ領域に向うに従って
徐々に減少するようになる。
FIG. 1B schematically shows a case where such a superlattice structure is employed in the base region of a hetero-bipolar transistor. Emitter region 5 is made of InP, and collector region 7 is made of InGaAs. Note that the composition of this collector region is selected so as to be lattice matched to the InP substrate. The base region 6 is formed of a superlattice stack of alternating InP molecular layers and InGaAs molecular layers, and is selected so that its average composition gradually changes. That is, the P component of InGaAsP is set to be high in the portion of the base region in contact with the emitter region, and the P component is selected to decrease toward the collector side. Due to such an average composition change, the energy Eco of the pseudo conduction band gradually decreases within the base region toward the collector region, as shown by the broken line.

【0026】この時、ベース領域内にドリフト電界が発
生し、エミッタ領域からベース領域に注入されたキャリ
アはドリフト電界によって加速され、コレクタ領域に向
って高速で輸送される。なお、ベース領域6のエミッタ
領域側におけるInP成分を所定値以上に保つことによ
り、実質的ヘテロバイポーラトランジスタの利点が得ら
れる。
At this time, a drift electric field is generated in the base region, and carriers injected from the emitter region into the base region are accelerated by the drift electric field and transported at high speed toward the collector region. Note that by keeping the InP component on the emitter region side of the base region 6 above a predetermined value, the substantial advantages of a hetero-bipolar transistor can be obtained.

【0027】図1(C)は、上述の超格子構造をコレク
タ領域に採用した構成を示す。コレクタ領域7のベース
領域と接する部分を、InP分子層とInGaAs分子
層とを積層した超格子構造で形成する。さらにこの超格
子構造において、平均的組成をベース領域から離れるに
従ってInP成分が増加するように選ぶ。従って、この
超格子構造内における疑似的伝導帯エネルギEcoは破
線で示すように徐々に増大する。
FIG. 1C shows a configuration in which the above-mentioned superlattice structure is employed in the collector region. A portion of the collector region 7 in contact with the base region is formed with a superlattice structure in which an InP molecular layer and an InGaAs molecular layer are laminated. Further, in this superlattice structure, the average composition is selected such that the InP component increases as the distance from the base region increases. Therefore, the pseudo conduction band energy Eco within this superlattice structure gradually increases as shown by the broken line.

【0028】このような構成とすることにより、コレク
タ領域のベース領域と接する部分においては、電位障壁
を発生させることなく、ベース領域から離れるに従って
、コレクタ領域のバンドギャップを徐々に増大させるこ
とにより、コレクタ耐圧を増大させることができる。
With this configuration, a potential barrier is not generated in the portion of the collector region in contact with the base region, and the band gap of the collector region is gradually increased as the distance from the base region increases. Collector breakdown voltage can be increased.

【0029】なお、ベース領域からある程度以上離れた
コレクタ領域においては、InP領域とすることができ
る。図2は、本発明のより具体的実施例によるヘテロバ
イポーラトランジスタの構成を示す。
Note that the collector region which is more than a certain distance away from the base region can be an InP region. FIG. 2 shows the structure of a hetero-bipolar transistor according to a more specific embodiment of the present invention.

【0030】図2(A)は断面構成を示し、図2(B)
は平面構成を示す。半絶縁性InP基板11の上に、オ
ーミックコンタクトを形成するためのn+型InGaA
s層12が形成され、この上にn− 型InP領域13
aとn− 型超格子領域13bから構成されるコレクタ
領域13が積層されている。n− 型超格子層13bは
、図1(C)に示すような、ベース領域から離れるに従
って、InP成分が徐々に増大するようなInP/In
GaAs超格子層で形成される。たとえば、超格子の1
単位を10分子層で構成し、各単位内におけるInP分
子層の数を上から下に向うにつれて、2、4、8、10
と徐々に増大させる構成とする(エピタキシャル成長の
順は逆になる)。なお、コレクタ領域の厚さに合せて各
単位を所定回数繰り返しつつ次第に組成を変化させるこ
とができる。たとえば、3回づつ繰り返し(2、2、4
)、(4、4、4)、…とする。超格子の1単位の厚さ
は、各単位内において波動関数が十分隣の単位に到達す
るように選ぶことが必要である。たとえば、1単位は1
0分子層とする。
FIG. 2(A) shows the cross-sectional structure, and FIG. 2(B)
indicates a planar configuration. n+ type InGaA for forming an ohmic contact on the semi-insulating InP substrate 11
An s layer 12 is formed on which an n- type InP region 13 is formed.
A collector region 13 composed of a and n- type superlattice regions 13b is laminated. The n- type superlattice layer 13b is an InP/In layer in which the InP component gradually increases as the distance from the base region increases, as shown in FIG. 1(C).
It is formed of a GaAs superlattice layer. For example, 1 of the superlattice
The unit is composed of 10 molecular layers, and the number of InP molecular layers in each unit is 2, 4, 8, 10 from top to bottom.
(The order of epitaxial growth is reversed.) Note that the composition can be gradually changed by repeating each unit a predetermined number of times depending on the thickness of the collector region. For example, repeat 3 times (2, 2, 4
), (4, 4, 4), ... The thickness of one unit of the superlattice must be chosen such that within each unit the wave function sufficiently reaches the neighboring unit. For example, 1 unit is 1
0 molecular layer.

【0031】コレクタ領域13の上には、p型超格子で
形成されたベース領域14が配置される。このp型ベー
ス領域14は、図1(B)に示すような、組成勾配超格
子領域で形成する。たとえば、1単位を10分子層とし
、上面におけるInGaAs組成比をヘテロバイポーラ
トランジスタの利点が十分得られるように、かつコレク
タ側に向うに従って、十分な作り付け電位勾配を発生さ
せることのできるように選ぶ。
A base region 14 formed of a p-type superlattice is arranged above the collector region 13. This p-type base region 14 is formed of a composition gradient superlattice region as shown in FIG. 1(B). For example, one unit is made of 10 molecular layers, and the InGaAs composition ratio on the top surface is selected so as to fully obtain the advantages of a hetero-bipolar transistor and to generate a sufficient built-in potential gradient toward the collector side.

【0032】たとえば、InGaAsのモル比をエミッ
タ側で0.4とし、コレクタ側でほぼ1に近い値とする
ように選ぶ。ベース領域14の幅は、たとえば50〜7
0nm程度とする。このベース幅内において、超格子の
平均的組成がエミッタ側からコレクタ側に向うに従って
次第にInGaAs成分が増大するように設計する。p
型ベース領域14の上には、n型InP層15aとオー
ミック接触を形成しやすくするためのn+ 型InGa
As層15bからなるエミッタ領域15が形成されてい
る。
For example, the molar ratio of InGaAs is selected to be 0.4 on the emitter side and approximately 1 on the collector side. The width of the base region 14 is, for example, 50 to 7
The thickness is approximately 0 nm. Within this base width, the average composition of the superlattice is designed so that the InGaAs component gradually increases from the emitter side to the collector side. p
On the mold base region 14, an n+ type InGa layer is formed to facilitate forming ohmic contact with the n type InP layer 15a.
An emitter region 15 made of an As layer 15b is formed.

【0033】このようにして、エミッタ領域15とベー
ス領域14がヘテロ接合を形成し、ベース領域14、コ
レクタ領域13の一部においてその組成が徐々に変化す
るヘテロバイポーラトランジスタが構成される。
In this way, the emitter region 15 and the base region 14 form a heterojunction, and a heterobipolar transistor is constructed in which the composition of the base region 14 and part of the collector region 13 gradually changes.

【0034】n+ 型InGaAs層12の表面には、
コレクタ電極16が形成され、p型ベース領域14の表
面にはベース電極17が形成され、n+ 型InGaA
s層15bの上にはエミッタ電極18が形成される。
On the surface of the n+ type InGaAs layer 12,
A collector electrode 16 is formed, a base electrode 17 is formed on the surface of the p-type base region 14, and an n+-type InGaA
An emitter electrode 18 is formed on the s-layer 15b.

【0035】これらの電極を形成する領域は、図2(B
)に示すように電極形成に十分な面積を露出するように
階段的に形成されている。たとえば、エミッタ領域15
の平面は、約4×6μm程度の大きさとする。
The regions where these electrodes are to be formed are shown in FIG.
), it is formed in a stepwise manner to expose a sufficient area for electrode formation. For example, emitter region 15
The plane has a size of approximately 4×6 μm.

【0036】超格子の1単位は、たとえば10分子層程
度以下とし、同一組成ないしは徐々に変化する組成の超
格子単位を積層することにより、組成勾配混晶と同等の
効果を発揮する超格子構造を形成する。組成勾配はリニ
ア、指数関数的変化等、所望の形状とすることができる
[0036] One unit of the superlattice is, for example, about 10 molecular layers or less, and by stacking superlattice units with the same composition or gradually changing composition, a superlattice structure that exhibits the same effect as a composition gradient mixed crystal can be created. form. The compositional gradient can have any desired shape, such as linear or exponential variation.

【0037】n+ 型InGaAs層の不純物濃度は、
たとえば1019cm−3程度とし、n− 型InP領
域13aの不純物濃度は、たとえば1017cm−3程
度とする。また、超格子構造内においては、InGaA
s分子層の不純物濃度を高めに、InP分子層の不純物
濃度を低めに設定し、全体として所望の不純物濃度を得
るようにする。
The impurity concentration of the n+ type InGaAs layer is:
For example, the impurity concentration is about 1019 cm-3, and the impurity concentration of n- type InP region 13a is about 1017 cm-3. Moreover, within the superlattice structure, InGaA
The impurity concentration of the S molecular layer is set high and the impurity concentration of the InP molecular layer is set low, so that a desired impurity concentration is obtained as a whole.

【0038】図2に示すような半導体装置は、以下のよ
うな工程によって作成することができる。原子層エピタ
キシャル成長(ALE)が可能な有機金属気相成長(M
OCVD)装置内に半絶縁性InP基板11を設置し、
ソースガスとしてIn用にトリメチルインジウム、Ga
用にトリエチルガリウム、As用にアルシン、P用にホ
スフィンを用い、H2 をキャリアガスとして用いる。 これらの原料ガスを選択的に制御して基板上に供給し、
MOCVD成長またはALE成長を行なう。たとえば、
MOCVD成長を行なう時は、基板温度を約600℃に
設定し、必要とされる原料ガスを同時に供給する。AL
E成長を行なう時は、基板温度をたとえば350℃に設
定し、分子層成長に必要なガスを交互に切換えて供給す
る。
A semiconductor device as shown in FIG. 2 can be manufactured by the following steps. Metal-organic chemical vapor phase epitaxy (M) capable of atomic layer epitaxial growth (ALE)
A semi-insulating InP substrate 11 is installed in the (OCVD) device,
Trimethylindium, Ga for In as source gas
Triethylgallium is used for the gas, arsine is used for the As, phosphine is used for the P, and H2 is used as the carrier gas. These source gases are selectively controlled and supplied onto the substrate,
Perform MOCVD growth or ALE growth. for example,
When MOCVD growth is performed, the substrate temperature is set at about 600° C., and the necessary raw material gases are supplied at the same time. AL
When performing E-growth, the substrate temperature is set to, for example, 350° C., and the gas necessary for molecular layer growth is alternately switched and supplied.

【0039】このような成長により、図2(A)に示す
ような積層構造を形成し、エチッングマスクを形成して
必要な部分が残るようにエッチングを行なう。コレクタ
領域内超格子構造は、たとえば200nm程度の厚さに
形成し、ベース領域超格子構造は、たとえば50nm程
度の厚さに形成する。
By such growth, a laminated structure as shown in FIG. 2A is formed, an etching mask is formed, and etching is performed so that necessary portions remain. The superlattice structure in the collector region is formed to have a thickness of, for example, about 200 nm, and the superlattice structure in the base region is formed to have a thickness of, for example, about 50 nm.

【0040】上述のようなヘテロバイポーラトランジス
タ構造により、ベース領域を極度に薄くすることなく、
キャリアのベース走行時間を短縮することができる。ま
た、コレクタ領域内に電位障壁を生じさせることなく、
コレクタ耐圧を高くすることができる。
The hetero bipolar transistor structure as described above allows the base region to be made extremely thin without making it extremely thin.
The base running time of the carrier can be shortened. In addition, without creating a potential barrier in the collector region,
Collector breakdown voltage can be increased.

【0041】同一InP基板11上に発光素子、受光素
子等の他の半導体素子を形成し、光電子集積回路(OE
IC)装置を構成することができる。以上、実施例に沿
って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限される
ものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わ
せ等が可能なことは当業者に自明であろう。
Other semiconductor elements such as a light emitting element and a light receiving element are formed on the same InP substrate 11 to form an optoelectronic integrated circuit (OE).
IC) device can be configured. Although the present invention has been described above with reference to Examples, the present invention is not limited thereto. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、ベース領域内
にドリフト電界を発生させることができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention,
In a heterobipolar transistor, a drift electric field can be generated in the base region.

【0043】このため、高速動作のヘテロバイポーラト
ランジスタが提供される。また、コレクタ領域内に電位
障壁を発生させることなく、コレクタ耐圧を向上させた
ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
[0043] Therefore, a high-speed operation hetero-bipolar transistor is provided. Further, a hetero bipolar transistor is provided that has improved collector breakdown voltage without generating a potential barrier in the collector region.

【0044】このため、ヘテロバイポーラトランジスタ
の集積回路化が容易になる。
Therefore, it becomes easy to integrate the hetero bipolar transistor into an integrated circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例を説明するための概念図である
。図1(A)は超格子の性質を説明するためのバンド構
造の概念図、図1(B)は超格子で形成したベース領域
の性質を説明するための概念図、図1(C)は超格子で
形成したコレクタ領域の性質を説明するための概念図で
ある。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of the present invention. Figure 1 (A) is a conceptual diagram of a band structure to explain the properties of a superlattice, Figure 1 (B) is a conceptual diagram to explain the properties of a base region formed by a superlattice, and Figure 1 (C) is a conceptual diagram of a band structure to explain the properties of a superlattice. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the properties of a collector region formed by a superlattice.

【図2】本発明の実施例による半導体装置を示す図であ
る。図2(A)は断面図、図2は(B)は平面図である
FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2(A) is a cross-sectional view, and FIG. 2(B) is a plan view.

【図3】従来技術によるバイポーラトランジスタを説明
するための概念図である。図3(A)はホモバイポーラ
トランジスタのバンド構造を示す概念図、図3(B)は
ヘテロバイポーラトランジスタの第1の構成を説明する
ための概念図、図3(C)はヘテロバイポーラトランジ
スタの第2の構成を説明するための概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a bipolar transistor according to the prior art. 3(A) is a conceptual diagram showing the band structure of a homo bipolar transistor, FIG. 3(B) is a conceptual diagram for explaining the first configuration of a hetero bipolar transistor, and FIG. 3(C) is a conceptual diagram showing the first configuration of a hetero bipolar transistor. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the configuration of No. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7、13  コレクタ領域 6、14  ベース領域 5、15  エミッタ領域 7, 13 Collector area 6, 14 Base area 5, 15 Emitter area

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  InP基板上に形成され、InPで形
成されたエミッタ領域(5)を有し、ベース領域(6)
がエミッタ領域(5)とヘテロ接合を形成するヘテロバ
イポーラトランジスタを有する半導体装置であって、前
記ヘテロバイポーラトランジスタのベース領域(6)が
InGaAsの分子層とInPの分子層から構成され、
局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す
超格子構造であって、該超格子構造中のInGaAsの
平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って増加す
る超格子構造を含むことを特徴とする半導体装置。
1. Formed on an InP substrate, having an emitter region (5) made of InP, and a base region (6).
is a semiconductor device having a hetero bipolar transistor forming a heterojunction with an emitter region (5), wherein the base region (6) of the hetero bipolar transistor is composed of an InGaAs molecular layer and an InP molecular layer,
The superlattice structure includes a superlattice structure in which the local band structure exhibits a band structure with an approximately average composition, and the average composition ratio of InGaAs in the superlattice structure increases from the emitter side to the collector side. Characteristic semiconductor devices.
【請求項2】  InP基板上に形成され、InPで形
成されたエミッタ領域(5)を有し、ベース領域(6)
がエミッタ領域(5)とヘテロ接合を形成するヘテロバ
イポーラトランジスタを有する半導体装置であって、前
記ヘテロバイポーラトランジスタのコレクタ領域(7)
がInGaAsの分子層とInPの分子層から構成され
、局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示
す超格子構造であって、該超格子構造中のInGaAs
の平均組成比がベース領域から離れるに従って減少する
超格子構造を含むことを特徴とする半導体装置。
2. Formed on an InP substrate, having an emitter region (5) made of InP, and a base region (6).
A semiconductor device having a hetero bipolar transistor forming a heterojunction with an emitter region (5), the collector region (7) of the hetero bipolar transistor forming a heterojunction with an emitter region (5).
is a superlattice structure composed of an InGaAs molecular layer and an InP molecular layer, and the local band structure shows a band structure with an approximately average composition, and the InGaAs in the superlattice structure
1. A semiconductor device comprising a superlattice structure in which an average composition ratio of is decreased as the distance from a base region increases.
【請求項3】  InP基板上に形成され、InPで形
成されたエミッタ領域(5)を有し、ベース領域(6)
がエミッタ領域(5)とヘテロ接合を形成するヘテロバ
イポーラトランジスタを有する半導体装置であって、前
記ヘテロバイポーラトランジスタのベース領域(6)が
InGaAsの分子層とInPの分子層から構成され、
局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す
超格子構造であって、該超格子構造中のInGaAsの
平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って増加す
る超格子構造を含み、前記ヘテロバイポーラトランジス
タのコレクタ領域(7)がInGaAsの分子層とIn
Pの分子層から構成され、局所的バンド構造がほぼ平均
的組成のバンド構造を示す超格子構造であって、該超格
子構造中のInGaAsの平均組成比がベース領域から
離れるに従って減少する超格子構造を含むことを特徴と
する半導体装置。
3. Formed on an InP substrate, having an emitter region (5) made of InP, and a base region (6).
is a semiconductor device having a hetero bipolar transistor forming a heterojunction with an emitter region (5), wherein the base region (6) of the hetero bipolar transistor is composed of an InGaAs molecular layer and an InP molecular layer,
The superlattice structure includes a superlattice structure in which the local band structure shows a band structure with a substantially average composition, and the average composition ratio of InGaAs in the superlattice structure increases from the emitter side to the collector side, The collector region (7) of the hetero bipolar transistor is composed of an InGaAs molecular layer and an InGaAs molecular layer.
A superlattice structure composed of a molecular layer of P, in which the local band structure exhibits a band structure with an approximately average composition, in which the average composition ratio of InGaAs in the superlattice structure decreases as the distance from the base region increases. A semiconductor device characterized by including a structure.
【請求項4】  前記ベース領域(6)の超格子構造が
InPで形成されたエミッタ領域と実質的なヘテロ接合
を形成する請求項1、3のいずれかに記載の半導体装置
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the superlattice structure of the base region (6) forms a substantial heterojunction with an emitter region formed of InP.
【請求項5】  さらに、エミッタ領域、コレクタ領域
が低抵抗率のInGaAs領域を含む請求項1、2、3
、4のいずれかに記載の半導体装置。
5. Further, the emitter region and the collector region include a low resistivity InGaAs region.
, 4. The semiconductor device according to any one of .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5365077A (en) * 1993-01-22 1994-11-15 Hughes Aircraft Company Gain-stable NPN heterojunction bipolar transistor
US5414273A (en) * 1993-03-05 1995-05-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heterojunction bipolar transistor
US7482643B2 (en) 2005-01-26 2009-01-27 Sony Corporation Semiconductor device

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