JPH05121430A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents
ヘテロ接合バイポーラトランジスタInfo
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- JPH05121430A JPH05121430A JP28428691A JP28428691A JPH05121430A JP H05121430 A JPH05121430 A JP H05121430A JP 28428691 A JP28428691 A JP 28428691A JP 28428691 A JP28428691 A JP 28428691A JP H05121430 A JPH05121430 A JP H05121430A
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- Japan
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- gaas
- emitter
- gainp
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い電流利得を有し、かつ製造の容易なGa
InP/GaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HB
T)を提供する。 【構成】 エミツタ層16を構成するGaInPとベース
層14を構成するGaAsとの間に、組成グレーデッドA
lGaAsエミツタ遷移層15を設ける。
InP/GaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HB
T)を提供する。 【構成】 エミツタ層16を構成するGaInPとベース
層14を構成するGaAsとの間に、組成グレーデッドA
lGaAsエミツタ遷移層15を設ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はヘテロ接合バイポーラ
トランジスタに関する。
トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以
下、「HBT」という。)は、高い駆動能力と優れた高周
波特性を合わせ持つことから、精力的に開発が進められ
ている。従来のHBTとしては、周知のAlGaAs/Ga
AsHBTの他に、図4に示すように、GaInP/GaA
sHBTが知られている。このGaInP/GaAsHBT
は、半絶縁性GaAs基板21上に、n+−GaAsコレクタ
コンタクト層22と、n−GaAsコレクタ層23と、p−
GaAsベース層24と、n−Ga0.51In0.49Pエミツタ
層25と、n+−Ga0.51In0.49Pエミッタコンタクト層
26とを順次設けて構成されている。エミッタコンタク
ト層26上にはエミッタ電極27が、メサエッチングに
より露出したベース層24、コレクタコンタクト層22
上にはベース電極28、コレクタ電極29がそれぞれ形
成されている。このGaInP/GaAsHBTは、エミツ
タ/ベース接合すなわちGa0.51In0.49P/GaAsヘテ
ロ接合が格子整合系である上、その価電子帯端エネルギ
不連続量ΔEvがAlGaAs/GaAsヘテロ接合よりも大
きい。例えば、通常のAlGaAs/GaAsヘテロ接合の
ΔEvが0.15eVであるのに対して、Ga0.51In0.49
P/GaAsヘテロ接合のΔEvは0.24eVとなってい
る(なお、伝導帯端エネルギ不連続量ΔEcは両系ともほ
ぼ0.23eVである。)。したがって、AlGaAs/Ga
AsHBTに比して、GaInP/GaAsHBTは電流利
得の点で有利であり、次世代の超高速デバイスとして注
目されている。
下、「HBT」という。)は、高い駆動能力と優れた高周
波特性を合わせ持つことから、精力的に開発が進められ
ている。従来のHBTとしては、周知のAlGaAs/Ga
AsHBTの他に、図4に示すように、GaInP/GaA
sHBTが知られている。このGaInP/GaAsHBT
は、半絶縁性GaAs基板21上に、n+−GaAsコレクタ
コンタクト層22と、n−GaAsコレクタ層23と、p−
GaAsベース層24と、n−Ga0.51In0.49Pエミツタ
層25と、n+−Ga0.51In0.49Pエミッタコンタクト層
26とを順次設けて構成されている。エミッタコンタク
ト層26上にはエミッタ電極27が、メサエッチングに
より露出したベース層24、コレクタコンタクト層22
上にはベース電極28、コレクタ電極29がそれぞれ形
成されている。このGaInP/GaAsHBTは、エミツ
タ/ベース接合すなわちGa0.51In0.49P/GaAsヘテ
ロ接合が格子整合系である上、その価電子帯端エネルギ
不連続量ΔEvがAlGaAs/GaAsヘテロ接合よりも大
きい。例えば、通常のAlGaAs/GaAsヘテロ接合の
ΔEvが0.15eVであるのに対して、Ga0.51In0.49
P/GaAsヘテロ接合のΔEvは0.24eVとなってい
る(なお、伝導帯端エネルギ不連続量ΔEcは両系ともほ
ぼ0.23eVである。)。したがって、AlGaAs/Ga
AsHBTに比して、GaInP/GaAsHBTは電流利
得の点で有利であり、次世代の超高速デバイスとして注
目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のGaInP/GaAsHBTは、エミッタ/ベース接合
がアブラプト型(階段型)であるため、図5に示すよう
に、エミッタ/ベース接合界面にΔEcに起因したエネ
ルギーバンド的バリアが形成され、このバリアによって
エミッタからベースの電子の注入が阻害される。この結
果、期待されるほど高い電流利得が得られないという問
題がある。
来のGaInP/GaAsHBTは、エミッタ/ベース接合
がアブラプト型(階段型)であるため、図5に示すよう
に、エミッタ/ベース接合界面にΔEcに起因したエネ
ルギーバンド的バリアが形成され、このバリアによって
エミッタからベースの電子の注入が阻害される。この結
果、期待されるほど高い電流利得が得られないという問
題がある。
【0004】ここで、エミッタとベースとの間に、組成
比x, yがベースからエミッタに向かってx=1→0.5
1、y=0→1となる組成グレーデッドGaxIn1-xPyA
s1-yエミッタ遷移層を設けることにより、理論的には上
記エネルギーバンド的バリアを解消することができる。
上記遷移層は、格子整合を維持しながら、Ga0.51In0.
49PとGaAsとの価電子帯端および伝導帯端をスムーズ
につなぐからである。しかし、実際には上記遷移層をエ
ピタキシー成長することは非常に困難(特に、P,Asの
制御が困難)であるため、これまでグレーデッド型のエ
ミッタ/ベース接合を有するGaInP/GaAsHBTは
作製されなかった。
比x, yがベースからエミッタに向かってx=1→0.5
1、y=0→1となる組成グレーデッドGaxIn1-xPyA
s1-yエミッタ遷移層を設けることにより、理論的には上
記エネルギーバンド的バリアを解消することができる。
上記遷移層は、格子整合を維持しながら、Ga0.51In0.
49PとGaAsとの価電子帯端および伝導帯端をスムーズ
につなぐからである。しかし、実際には上記遷移層をエ
ピタキシー成長することは非常に困難(特に、P,Asの
制御が困難)であるため、これまでグレーデッド型のエ
ミッタ/ベース接合を有するGaInP/GaAsHBTは
作製されなかった。
【0005】そこで、この発明の目的は、従来のGaIn
P/GaAsHBTに比して電流利得に優れ、しかも容易
に作製できるGaInP/GaAsHBTを提供することに
ある。
P/GaAsHBTに比して電流利得に優れ、しかも容易
に作製できるGaInP/GaAsHBTを提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、この発明は、エミツタ層を構成するGaIn
Pとベース層を構成するGaAsとの間に、組成グレーデ
ッド遷移層を有するGaInP/GaAsヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタにおいて、上記組成グレーデッド遷移
層はAlGaAsからなることを特徴としている。
成するため、この発明は、エミツタ層を構成するGaIn
Pとベース層を構成するGaAsとの間に、組成グレーデ
ッド遷移層を有するGaInP/GaAsヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタにおいて、上記組成グレーデッド遷移
層はAlGaAsからなることを特徴としている。
【0007】この発明は本発明者による次の考察により
創出された。
創出された。
【0008】図3はGaAsに対するAlxGa1-xAsの伝
導帯端エネルギ不連続量ΔEcと価電子帯端エネルギ不
連続量ΔEvのAl組成比x依存性を示している(なお、細
線はGa0.51In0.49PのΔEc,ΔEvを示している。)。
図3から明らかなように、Al0.27Ga0.73AsとGa0.51
In0.49PはGaAsに対してΔEcが同一値0.22eVと
なっている。本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、組成グレーデッド遷移層として、実現困難なGax
In1-xPyAs1-yに代えてAlxGa1-xAsを採用する。そ
して、ベース層からエミツタ層へ向かってAl組成比xを
x=0からx=0.27まで変化させる。これにより、エ
ピタキシー成長の問題および格子整合の問題が同時に解
決されることとなる。すなわち、AlGaAs系のエピタ
キシー成長は知られているように非常に容易であり、ま
たAlGaAs系はGaAs系とほとんど格子整合している
からである。しかも、組成グレーデッド遷移層をAlGa
Asで構成することにより、界面欠陥が発生しなくな
り、図2に例示するように、エネルギーバンド的バリア
は解消される。この結果、従来のアブラプト型GaInP
/GaAsHBTに比して、エミッタ注入効率が大幅に改
善され、電流利得が向上する。なお、当然ながら、上記
組成グレーデッドAlGaAs層は、ドープされる不純物
の種類によってエミツタ層、ベース層のいずれにも包含
され得る。
導帯端エネルギ不連続量ΔEcと価電子帯端エネルギ不
連続量ΔEvのAl組成比x依存性を示している(なお、細
線はGa0.51In0.49PのΔEc,ΔEvを示している。)。
図3から明らかなように、Al0.27Ga0.73AsとGa0.51
In0.49PはGaAsに対してΔEcが同一値0.22eVと
なっている。本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、組成グレーデッド遷移層として、実現困難なGax
In1-xPyAs1-yに代えてAlxGa1-xAsを採用する。そ
して、ベース層からエミツタ層へ向かってAl組成比xを
x=0からx=0.27まで変化させる。これにより、エ
ピタキシー成長の問題および格子整合の問題が同時に解
決されることとなる。すなわち、AlGaAs系のエピタ
キシー成長は知られているように非常に容易であり、ま
たAlGaAs系はGaAs系とほとんど格子整合している
からである。しかも、組成グレーデッド遷移層をAlGa
Asで構成することにより、界面欠陥が発生しなくな
り、図2に例示するように、エネルギーバンド的バリア
は解消される。この結果、従来のアブラプト型GaInP
/GaAsHBTに比して、エミッタ注入効率が大幅に改
善され、電流利得が向上する。なお、当然ながら、上記
組成グレーデッドAlGaAs層は、ドープされる不純物
の種類によってエミツタ層、ベース層のいずれにも包含
され得る。
【0009】
【実施例】以下、この発明のGaInP/GaAsHBTを
図示の実施例により詳細に説明する。
図示の実施例により詳細に説明する。
【0010】図1に示すように、このGaInP/GaAs
HBTは、半絶縁性GaAs(100)基板11上に、n+−
GaAsコレクタコンタクト層12と、n−GaAsコレク
タ層13と、p−GaAsベース層14と、組成グレーデ
ッドn−AlGaAsエミツタ遷移層15と、n−GaInP
エミツタ層16と、n+−GaInPエミッタコンタクト層
17とを順に設けて構成されている。このHBTはメサ
構造を有しており、各メサ頂部M1,M2,M3にエミッ
タ電極18、ベース電極19、コレクタ電極20がそれ
ぞれ形成されている。
HBTは、半絶縁性GaAs(100)基板11上に、n+−
GaAsコレクタコンタクト層12と、n−GaAsコレク
タ層13と、p−GaAsベース層14と、組成グレーデ
ッドn−AlGaAsエミツタ遷移層15と、n−GaInP
エミツタ層16と、n+−GaInPエミッタコンタクト層
17とを順に設けて構成されている。このHBTはメサ
構造を有しており、各メサ頂部M1,M2,M3にエミッ
タ電極18、ベース電極19、コレクタ電極20がそれ
ぞれ形成されている。
【0011】素子作製について説明すると、先ずLEC
半絶縁性(ρ>1×107Ωcm)GaAs(100)基板11
上に、MBE(モレキュラ・ビーム・エピタキシ)法によ
り、n+−GaAs(Siドープ、Si濃度5×1018cm-3、
厚さ500nm)コレクタコンタクト層12、n−GaAs
(Siドープ、Si濃度5×1016cm-3、厚さ500nm)コ
レクタ層13、p−GaAs(Beドープ、Be濃度1×10
19cm-3、厚さ100nm)ベース層14を順に積層成長す
る。続いて、MBE法により、n−AlxGa1-xAs(Siド
ープ、Si濃度5×1017cm-3、厚さ20nm)エミッタ遷
移層15を成長する。このとき、Al組成比xはベース層
14からエミツタ層16に向かってx=0からx=0.2
7まで変化させる。このエミッタ遷移層15は、GaAs
ベース層14と格子整合を維持しながら容易に成長させ
ることができる。続いて、MBE法により、n−Ga0.51
In0.49P(Siドープ、Si濃度5×1017cm-3、厚さ1
00nm)エミツタ層16、n+−Ga0.51In0.49P(Siド
ープ、Si濃度5×1018cm-3、厚さ150nm)エミッタ
コンタクト層17を順に積層成長する。次に、メサ構造
をウエットエッチングにより形成する。最後に、各メサ
頂部M1,M2,M3にエミッタ電極18、ベース電極1
9、コレクタ電極20をそれぞれ蒸着し、さらに合金化
熱処理を行って素子を完成する。エミッタ電極18およ
びコレクタ電極20はAu−Ge系、ベース電極19はA
u−Zn系オーミックメタルを用いる。
半絶縁性(ρ>1×107Ωcm)GaAs(100)基板11
上に、MBE(モレキュラ・ビーム・エピタキシ)法によ
り、n+−GaAs(Siドープ、Si濃度5×1018cm-3、
厚さ500nm)コレクタコンタクト層12、n−GaAs
(Siドープ、Si濃度5×1016cm-3、厚さ500nm)コ
レクタ層13、p−GaAs(Beドープ、Be濃度1×10
19cm-3、厚さ100nm)ベース層14を順に積層成長す
る。続いて、MBE法により、n−AlxGa1-xAs(Siド
ープ、Si濃度5×1017cm-3、厚さ20nm)エミッタ遷
移層15を成長する。このとき、Al組成比xはベース層
14からエミツタ層16に向かってx=0からx=0.2
7まで変化させる。このエミッタ遷移層15は、GaAs
ベース層14と格子整合を維持しながら容易に成長させ
ることができる。続いて、MBE法により、n−Ga0.51
In0.49P(Siドープ、Si濃度5×1017cm-3、厚さ1
00nm)エミツタ層16、n+−Ga0.51In0.49P(Siド
ープ、Si濃度5×1018cm-3、厚さ150nm)エミッタ
コンタクト層17を順に積層成長する。次に、メサ構造
をウエットエッチングにより形成する。最後に、各メサ
頂部M1,M2,M3にエミッタ電極18、ベース電極1
9、コレクタ電極20をそれぞれ蒸着し、さらに合金化
熱処理を行って素子を完成する。エミッタ電極18およ
びコレクタ電極20はAu−Ge系、ベース電極19はA
u−Zn系オーミックメタルを用いる。
【0012】特性比較のため、実際にこにのHBTと図
4に示した従来のアブラプト型HBTとを、エミッタ遷
移層15を除いて同一プロセスで作製した。DC測定の
結果、本発明の素子(エミッタサイズ80μm角)では、
電流利得hFEとして約100が得られた(ただし、Jc=
1×104A/cm2)。一方、従来のアブラプト型HBT
では、同一エミッタサイズ、同一測定条件においてhFE
は40であった。これにより、電流利得を大幅に向上で
きることが確認できた。
4に示した従来のアブラプト型HBTとを、エミッタ遷
移層15を除いて同一プロセスで作製した。DC測定の
結果、本発明の素子(エミッタサイズ80μm角)では、
電流利得hFEとして約100が得られた(ただし、Jc=
1×104A/cm2)。一方、従来のアブラプト型HBT
では、同一エミッタサイズ、同一測定条件においてhFE
は40であった。これにより、電流利得を大幅に向上で
きることが確認できた。
【0013】なお、上記ベース層14は、p−GaAs(均
一組成)としたが、グレーデッドベース構造としても良
い。例えば、p−AlxGa1-xAsで、ベース層からエミツ
タ層へ向かってAl組成比をx=0からx=0.1まで変化
させる。ただし、この場合、n−AlxGa1-xAs(Siドー
プ、Si濃度5×1017cm-3、厚さ20nm)エミツタ遷移
層15は、Al組成比xをベース層からエミツタ層へ向か
ってx=0.1からx=0.27まで変化させるものとす
る。すなわち、ベース層とエミツタ層との間でAl組成
比xを連続させるのである。
一組成)としたが、グレーデッドベース構造としても良
い。例えば、p−AlxGa1-xAsで、ベース層からエミツ
タ層へ向かってAl組成比をx=0からx=0.1まで変化
させる。ただし、この場合、n−AlxGa1-xAs(Siドー
プ、Si濃度5×1017cm-3、厚さ20nm)エミツタ遷移
層15は、Al組成比xをベース層からエミツタ層へ向か
ってx=0.1からx=0.27まで変化させるものとす
る。すなわち、ベース層とエミツタ層との間でAl組成
比xを連続させるのである。
【0014】また、この実施例はnpn型のHBTについ
て説明したが、当然ながらpnp型でもよい。さらに、上
記各層12,…,17をMBE法以外の方法でエピタキシ
成長しても構わない。
て説明したが、当然ながらpnp型でもよい。さらに、上
記各層12,…,17をMBE法以外の方法でエピタキシ
成長しても構わない。
【0015】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明のG
aInP/GaAsHBTは、組成グレーデッド遷移層がA
lGaAsからなるので、格子整合を維持しながらベース
/エミツタ界面に格子欠陥を発生させることなく、上記
遷移層を容易に作製することができる。しかも、ベース
層からエミツタ層へ向かって上記組成グレーデッド遷移
層のAl組成比をx=0.1からx=0.27まで変化させ
ることによって、電子の注入を妨げるバリアを解消する
ことができ、素子特性、特に電流利得を向上させること
ができる。
aInP/GaAsHBTは、組成グレーデッド遷移層がA
lGaAsからなるので、格子整合を維持しながらベース
/エミツタ界面に格子欠陥を発生させることなく、上記
遷移層を容易に作製することができる。しかも、ベース
層からエミツタ層へ向かって上記組成グレーデッド遷移
層のAl組成比をx=0.1からx=0.27まで変化させ
ることによって、電子の注入を妨げるバリアを解消する
ことができ、素子特性、特に電流利得を向上させること
ができる。
【図1】 この発明の一実施例のGaInP/GaAsHB
Tの断面構造を示す図である。
Tの断面構造を示す図である。
【図2】 上記GaInP/GaAsHBTの動作時のエネ
ルギバンドを示す図である。
ルギバンドを示す図である。
【図3】 GaAsに対するAlxGa1-xAs系の伝導帯端
エネルギ不連続量ΔEcと価電子帯端エネルギ不連続量
ΔEvのAl組成比x依存性を示す図である。
エネルギ不連続量ΔEcと価電子帯端エネルギ不連続量
ΔEvのAl組成比x依存性を示す図である。
【図4】 従来のGaInP/GaAsHBTの断面構造を
示す図である。
示す図である。
【図5】 上記従来のGaInP/GaAsHBTの動作時
のエネルギバンドを示す図である。
のエネルギバンドを示す図である。
11 GaAs半絶縁性基板 12 n+−GaAsコレクタコンタクト層 13 n−GaAsコレクタ層 14 p−GaAsベース層 15 n−AlGaAsエミツタ遷移層 16 n−AlGaAsエミツタ層 17 n+−GaAsエミッタコンタクト層 18 エミツタ電極 19 ベース電極 20 コレクタ電極
Claims (1)
- 【請求項1】 エミツタ層を構成するGaInPとベース
層を構成するGaAsとの間に、組成グレーデッド遷移層
を有するGaInP/GaAsヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタにおいて、 上記組成グレーデッド遷移層はAlGaAsからなること
を特徴とするGaInP/GaAsヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28428691A JPH05121430A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28428691A JPH05121430A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05121430A true JPH05121430A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=17676568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28428691A Pending JPH05121430A (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05121430A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0875941A2 (de) * | 1997-05-02 | 1998-11-04 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft | Heterobipolartransistor mit Mehrschicht-Emitterstruktur |
KR100337942B1 (ko) * | 1999-12-03 | 2002-05-24 | 김효근 | 이중 이종접합 쌍극성 트랜지스터 |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP28428691A patent/JPH05121430A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0875941A2 (de) * | 1997-05-02 | 1998-11-04 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft | Heterobipolartransistor mit Mehrschicht-Emitterstruktur |
EP0875941A3 (de) * | 1997-05-02 | 1999-10-20 | DaimlerChrysler AG | Heterobipolartransistor mit Mehrschicht-Emitterstruktur |
KR100337942B1 (ko) * | 1999-12-03 | 2002-05-24 | 김효근 | 이중 이종접합 쌍극성 트랜지스터 |
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