JPH05102178A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor

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JPH05102178A
JPH05102178A JP28387091A JP28387091A JPH05102178A JP H05102178 A JPH05102178 A JP H05102178A JP 28387091 A JP28387091 A JP 28387091A JP 28387091 A JP28387091 A JP 28387091A JP H05102178 A JPH05102178 A JP H05102178A
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JP
Japan
Prior art keywords
base layer
layer
bipolar transistor
heterojunction bipolar
dopant
Prior art date
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Pending
Application number
JP28387091A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Okubo
典雄 大久保
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a heterojunction bipolar transistor wherein, when a base layer is grown at a low temperature, the quality of the base layer is not deteriorated, as a result, the rate of the recombination of minority electrons can be reduced and a high current gain can be obtained. CONSTITUTION:In a heterojunction bipolar transistor 1, an emitter layer 8 composed of a compound semiconductor layer, a base layer 7 and a collector layer 5 are formed on a semiconductor substrate 2 and carbon (C) is mixed with the base layer 7. The transistor is featured in such a way that the base layer 7 is composed of InXGa1-XAsYP1-Y (where 0<=X<1 and 0<Y<=1).

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、高速、高電流利得で動
作するヘテロ接合バイポーラ(双極性型)トランジスタ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterojunction bipolar (bipolar type) transistor which operates at high speed and high current gain.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、化合物半導体を用いた半導体装置は
高集積化、高速化に向けて精力的に研究開発が行われて
いる。特に、化合物半導体のヘテロ接合を利用したヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ(HBTと記す。以下同
じ。)は、エミッタ注入効率が高く、高利得化、高速化
等が期待され、次世代半導体素子として活発に研究開発
が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices using compound semiconductors have been vigorously researched and developed for higher integration and higher speed. In particular, a heterojunction bipolar transistor using a heterojunction of a compound semiconductor (hereinafter referred to as HBT; the same applies hereinafter) is expected to have high emitter injection efficiency, high gain, and high speed, and is actively studied as a next-generation semiconductor device. Development is underway.

【0003】特に、GaAs系(基板がGaAsで形成
されていることを指す。以下同じ。)のHBTにおいて
は、ベース層をp型に変換するために混入(ドープ)す
る材料(ドーパント)として、従来の亜鉛(Zn)、ベ
リリウム(Be)、およびマグネシウム(Mg)と比較
して拡散係数が非常に小さい炭素(C)が用いられるよ
うになり、HBTの作製上難題とされてきたベース層か
らのドーパントの拡散が抑制され、良好な特性のHBT
が安定して得られるようになってきた。
In particular, in a GaAs-based (which means that the substrate is made of GaAs. The same applies hereinafter), as a material (dopant) mixed (doped) for converting the base layer into p-type, Carbon (C), which has a very small diffusion coefficient as compared with conventional zinc (Zn), beryllium (Be), and magnesium (Mg), is used, and it has been difficult to manufacture HBT from the base layer. Of HBTs with good characteristics by suppressing diffusion of dopant
Has become stable.

【0004】また、このようなドーパントの出現によ
り、高速性をより一層向上させる目的で、ベース層の抵
抗低減を狙ったベース層の高濃度化が可能となってき
た。しかし一方でこのベース層の高濃度化はベース層中
の少数電子のオージェ再結合の割合の増加を導いてしま
い、その結果、ライフタイムを減少させ、且つ電流利得
の低下をもたらす原因となっていた。そこでHBTで
は、ベース層中に内蔵電界を生じさせるグレーデッドベ
ース構造が採用されており、具体的にはAlx Ga1-X
As(0≦X≦0.1)から成るベース層のAlの組成
比を変えることで、ベース層中のバンドギャップを段階
的に変化させている。即ち、ベース・コレクタ接合では
Al組成を0にし、且つエミッタ・ベース接合ではAl
組成を0.1にすることでバンドギャップを変化させて
いる。
With the advent of such a dopant, it has become possible to increase the concentration of the base layer aiming at a reduction in the resistance of the base layer for the purpose of further improving the high speed property. However, on the other hand, the higher concentration of the base layer leads to an increase in the proportion of Auger recombination of minority electrons in the base layer, resulting in a decrease in lifetime and a decrease in current gain. It was Therefore, the HBT employs a graded base structure that causes an internal electric field in the base layer. Specifically, Al x Ga 1 -X is used.
By changing the Al composition ratio of the base layer made of As (0 ≦ X ≦ 0.1), the band gap in the base layer is changed stepwise. That is, the Al composition is set to 0 in the base-collector junction, and the Al composition is set in the emitter-base junction.
The band gap is changed by setting the composition to 0.1.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ベース層であるAlx
Ga1-X As中に炭素(C)を高濃度で混入(ドープ)
するには、原料となるトリメチルガリウム、およびアル
シンのGa、又はAsの、メチル基を構成する炭素の結
合を切らずにAlx Ga1-X Asを成長させる必要があ
り、そのためには成長温度の低温化が必至である。即
ち、炭素(C)を高濃度で混入(ドープ)するためには
Alx Ga1-X Asを低温で成長させなければならない
が、この低温化はAlx Ga1-X Asベース層の品質の
劣化を生じさせてしまい、結果として、ベース層中の少
数電子の再結合の割合を増加させてしまう。
Al x which is a base layer
Carbon (C) is mixed in Ga 1 -X As at a high concentration (dope)
In order to do so, it is necessary to grow Al x Ga 1 -X As without breaking the bonds of the carbons constituting the methyl group of trimethylgallium, which is the raw material, and Ga or As of arsine. It is inevitable to lower the temperature. That is, in order to mix (dope) carbon (C) at a high concentration, Al x Ga 1-x As must be grown at a low temperature, but this lowering of temperature lowers the quality of the Al x Ga 1-x As base layer. Is deteriorated, and as a result, the rate of recombination of minority electrons in the base layer is increased.

【0006】[0006]

【発明の目的】本発明は前記問題点に鑑みなされたもの
でその目的とするところは、ベース層を低温で成長させ
た際にベース層に品質の劣化が生じなく、その結果、ベ
ース層中の少数電子の再結合の割合を低減でき、且つ高
い電流利得が得られる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。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent the deterioration of the quality of the base layer when the base layer is grown at a low temperature. Another object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor which can reduce the recombination rate of minority electrons and obtain a high current gain.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、半導体基板上に化合物半導体層から
成るエミッタ層、ベース層、およびコレクタ層が形成さ
れ、且つ前記ベース層に炭素(C)が混入されたヘテロ
接合バイポーラトランジスタにおいて、前記ベース層が
InX Ga1-X AsY 1-Y (0≦X<1、0<Y≦
1)から成ることを特徴とする。
The structure of the present invention for achieving the above object is to form an emitter layer, a base layer, and a collector layer, which are compound semiconductor layers, on a semiconductor substrate, and to form a carbon layer in the base layer. In the heterojunction bipolar transistor in which (C) is mixed, the base layer is In X Ga 1-X As Y P 1-Y (0 ≦ X <1, 0 <Y ≦
It is characterized by comprising 1).

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0009】本発明の特徴はヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ(HBT)のベース層がGaAsに格子整合す
るInX Ga1-X AsY 1-Y (0≦X<1、0<Y≦
1)から成ることを特徴とする。
The feature of the present invention is that In x Ga 1-x As y P 1-y (0 ≦ X <1, 0 <y ≦) in which the base layer of the heterojunction bipolar transistor (HBT) is lattice-matched to GaAs.
It is characterized by comprising 1).

【0010】図1は本発明の一実施例であるヘテロ接合
バイポーラトランジスタ1を示す断面図で、このヘテロ
接合バイポーラトランジスタ1は、半絶縁性のGaAs
基板2上に順次有機金属気相成長法(MOCVD法)等
で作製された、厚さ0.5マイクロメートルでノンドー
プのGaAsから成るバッファ層3と、厚さ0.3マイ
クロメートルでn型のGaAsから成るサブコレクタ層
4(ドーパント:セレン(Se),濃度:1×1019
-3)と、厚さ0.5マイクロメートルでn型のGaA
sから成るコレクタ層5(ドーパント:シリコン(S
i),濃度:1×1015cm-3)と、厚さ0.05マイ
クロメートルでp型のGaAsから成る第1ベース層6
(エネルギーギャップ:1.42eV、ドーパント:炭
素(C),濃度:4×1019cm-3)と、厚さ0.05
マイクロメートルでp型のIn0.14Ga0.86As0.73
0.27から成る第2ベース層7(エネルギーギャップ:
1.54eV、ドーパント:炭素(C),濃度:4×1
19cm-3)と、厚さ0.3マイクロメートルでn型の
Al0.26Ga0.74Asから成るエミッタ層8(ドーパン
ト:シリコン(Si),濃度:5×1017cm-3)と、
厚さ0.1マイクロメートルでn型のGaAsから成る
キャップ層9(ドーパント:セレン(Se),濃度:1
×1019cm-3)と、蒸着法等により形成されたエミッ
タ電極10、ベース電極11、およびコレクタ電極12
とから構成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a heterojunction bipolar transistor 1 according to an embodiment of the present invention. The heterojunction bipolar transistor 1 is a semi-insulating GaAs.
A buffer layer 3 made of non-doped GaAs with a thickness of 0.5 μm, which is sequentially formed on the substrate 2 by a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), and an n-type buffer layer with a thickness of 0.3 μm. Subcollector layer 4 made of GaAs (dopant: selenium (Se), concentration: 1 × 10 19 c)
m −3 ) and n-type GaA with a thickness of 0.5 μm
collector layer 5 made of s (dopant: silicon (S
i), concentration: 1 × 10 15 cm −3 ), a first base layer 6 made of p-type GaAs with a thickness of 0.05 μm.
(Energy gap: 1.42 eV, dopant: carbon (C), concentration: 4 × 10 19 cm −3 ), and a thickness of 0.05
Micrometer p-type In 0.14 Ga 0.86 As 0.73 P
Second base layer 7 consisting of 0.27 (energy gap:
1.54 eV, dopant: carbon (C), concentration: 4 × 1
0 19 cm −3 ) and an emitter layer 8 (dopant: silicon (Si), concentration: 5 × 10 17 cm −3 ) made of n-type Al 0.26 Ga 0.74 As with a thickness of 0.3 μm,
The cap layer 9 made of n-type GaAs and having a thickness of 0.1 μm (dopant: selenium (Se), concentration: 1
× 10 19 cm -3 ) and the emitter electrode 10, the base electrode 11, and the collector electrode 12 formed by the vapor deposition method or the like.
It consists of and.

【0011】本実施例のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ1は、GaAsから成る第1のベース層6と、In
0.14Ga0.86As0.730.27から成る第2ベース層7と
のバンドギャップの違いを利用することでグレーデッド
ベース構造を構成しており、また、第2ベース層7はG
aAsとInGaPを交互に積層した超格子構造、ある
いはInとGa、およびAsとPとを同時に供給するI
nGaAsPの混晶としてもよい。
The heterojunction bipolar transistor 1 of this embodiment has a first base layer 6 made of GaAs and In.
A graded base structure is formed by utilizing the difference in bandgap from the second base layer 7 made of 0.14 Ga 0.86 As 0.73 P 0.27 , and the second base layer 7 is G
Superlattice structure in which aAs and InGaP are alternately laminated, or In and Ga and As and P are simultaneously supplied I
A mixed crystal of nGaAsP may be used.

【0012】また、ドーパントとして用いられる炭素
(C)は、GaAs中ではp型ドーパントとして100
%活性化するが、In0.49Ga0.51P中ではドーパント
として機能しない。しかしながらグレーテッドベース構
造のHBTでは、ベース層の最大バンドギャップはせい
ぜいAl0.1 Ga0.9 Asの1.54eV程度であり、
これはGaAsとInGaPの組成として(GaAs)
0.73(In0.49Ga0.51P)0.27に相当する。従って、
この組成のInGaAsPに炭素(C)をドーピングし
た場合、計算上約73%の活性化率でp型ドーパントと
なる。
Carbon (C) used as a dopant is 100% as a p-type dopant in GaAs.
% Activated, but does not function as a dopant in In 0.49 Ga 0.51 P. However, in the HBT having the graded base structure, the maximum band gap of the base layer is at most about 1.54 eV of Al 0.1 Ga 0.9 As,
This is the composition of GaAs and InGaP (GaAs)
This corresponds to 0.73 (In 0.49 Ga 0.51 P) 0.27 . Therefore,
When InGaAsP of this composition is doped with carbon (C), it becomes a p-type dopant with an activation rate of about 73% in calculation.

【0013】尚、各半導体層の厚さ、およびドーパント
の種類等は本実施例に限定されるものではなく、適宜変
更が可能である。
The thickness of each semiconductor layer, the type of dopant, etc. are not limited to those in this embodiment, and can be changed as appropriate.

【0014】本実施例のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ1によれば、第2ベース層7にアルミ(Al)を含
まないInGaAsPを用いているので、第2のベース
層7を低温で成長させた際にもアルミ(Al)が酸化す
る等の問題も生じなく、その結果、ベース層中の少数電
子の再結合の割合を低減でき、且つ高い電流利得が得ら
れた。具体的に電流増幅率βは150、電流利得遮断周
波数ftは100GHzとなり、優れた特性が得られた
ことを確認できた。さらに、第2のベース層7に混入
(ドープ)するドーパントとして炭素(C)を使用して
いるので、第2ベース層7からのドーパントの拡散を防
止できる。
According to the heterojunction bipolar transistor 1 of this embodiment, since InGaAsP containing no aluminum (Al) is used for the second base layer 7, when the second base layer 7 is grown at a low temperature. However, the problem that aluminum (Al) is oxidized does not occur, and as a result, the rate of recombination of minority electrons in the base layer can be reduced and a high current gain can be obtained. Specifically, the current amplification factor β was 150 and the current gain cutoff frequency ft was 100 GHz, which confirmed that excellent characteristics were obtained. Furthermore, since carbon (C) is used as a dopant to be mixed (doped) in the second base layer 7, diffusion of the dopant from the second base layer 7 can be prevented.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタによれば、ベース層にAlを含まないInX Ga
1-X AsY 1-Y (0≦X<1、0<Y≦1)を用いて
いるので、ベース層を低温で成長させた際にベース層が
劣化せず、結果としてベース層中の少数電子の再結合の
割合を低減でき、且つ高い電流利得を得ることが可能と
なる。
According to the heterojunction bipolar transistor of the present invention, In x Ga containing no Al in the base layer.
Since 1-X As Y P 1-Y (0 ≦ X <1, 0 <Y ≦ 1) is used, the base layer does not deteriorate when the base layer is grown at a low temperature, and as a result, in the base layer. It is possible to reduce the rate of recombination of minority electrons of and to obtain a high current gain.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ 2 基板 3 バッファ層 4 サブコレクタ層 5 コレクタ層 6 第1ベース層 7 第2ベース層 8 エミッタ層 9 キャップ層 10 エミッタ電極 11 ベース電極 12 コレクタ電極 1 heterojunction bipolar transistor 2 substrate 3 buffer layer 4 subcollector layer 5 collector layer 6 first base layer 7 second base layer 8 emitter layer 9 cap layer 10 emitter electrode 11 base electrode 12 collector electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に化合物半導体層から成る
エミッタ層、ベース層、およびコレクタ層が形成され、
且つ前記ベース層に炭素(C)が混入されたヘテロ接合
バイポーラトランジスタにおいて、前記ベース層がIn
X Ga1-X AsY 1-Y (0≦X<1、0<Y≦1)か
ら成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。
1. An emitter layer, a base layer, and a collector layer made of a compound semiconductor layer are formed on a semiconductor substrate,
In the heterojunction bipolar transistor in which carbon (C) is mixed in the base layer, the base layer is In
A heterojunction bipolar transistor comprising X Ga 1-X As Y P 1-Y (0 ≦ X <1, 0 <Y ≦ 1).
JP28387091A 1991-10-04 1991-10-04 Heterojunction bipolar transistor Pending JPH05102178A (en)

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