JPH0572101B2 - - Google Patents

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JPH0572101B2
JPH0572101B2 JP34041690A JP34041690A JPH0572101B2 JP H0572101 B2 JPH0572101 B2 JP H0572101B2 JP 34041690 A JP34041690 A JP 34041690A JP 34041690 A JP34041690 A JP 34041690A JP H0572101 B2 JPH0572101 B2 JP H0572101B2
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Japan
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layer
emitter layer
emitter
impurity concentration
base
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JP34041690A
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Mamoru Kurata
Jiro Yoshida
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の技術分野〕 本発明は、エミツタ・ベース接合にヘテロ接合
を用いたバイポーラトランジスタに関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来のバイポーラトランジスタは、エミツタ、
ベースおよびコレクタの各層に同一半導体材料を
用いたnpn又はpnp構造となつている。この場合、
エミツタ接合、コレクタ接合共にホモ接合であ
る。 最近、エミツタ接合、コレクタ接合の一方又は
両方をヘテロ接合としたバイポーラトランジスタ
が注目され、研究開発の対象となりつつある。ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタのひとつの利点
は、エミツタ層をベース層よりバンドギヤツプの
広い半導体材料で構成することにより、エミツタ
注入効率を高めることができることにある。エミ
ツタ層とベース層のバンドギヤツプの差により、
エミツタ接合に順方向バイアスしたときにエミツ
タからベースへのキヤリア注入が容易におこるの
に対し、ベースからエミツタへのキヤリア注入が
抑制されるからである。従つて通常のホモ接合バ
イポーラトランジスタに比べて高い電流利得を得
ることができる。 このようなヘテロ接合バイポーラトランジスタ
は、その基本概念は古くから知られており、最近
においてもいくつかの発表例がある。エミツタ接
合にヘテロ接合を用いた場合の従来の基本構造を
示すと第1図の如くである。図はGaAs−
GaAlAs系を用いた例で、n+型GaAs基板1を用
い、この上にn型GaAsコレクタ層2、p型
GaAsベース層3、n型Ga1-xAlxAsエミツタ層4
を順次積層した構造となつている。5はコレクタ
電極、6はベース電極、7はエミツタ電極であ
る。エミツタ層4は、エミツタ電極7側を高不純
物濃度(n+)の第一エミツタ層41により構成し、
ベース層3側をこれより低不純物濃度(n-)の
第二エミツタ層42により構成している。従来発
表されている多くのものは、第二エミツタ層42
に十分な厚みを持たせている点で共通している。
このように、エミツタ層を高不純物濃度層と低不
純物濃度の二層構造とし、かつ低不純物濃度の第
二エミツタ層の厚みを十分大きくする理由は、エ
ミツタ接合容量CJEを小さくしてスイツチング速
度の向上を図るためであるとされている(例え
ば、H.Kroemer、“Heterostructure、Bipolar
Transistors and Itegrated Circuits”、Proc.
IEEE、Vol.70、No.1、pp.13−25、
January1982)。事実、不純物濃度が接合面を境
として大幅に異なる片側階段接合において、低不
純物濃度層の厚みが十分大きい場合、その接合容
量CJEが低不純物濃度層の不純物濃度NEを用いて CJE∝NE 1/2 と表わされることは周知のとおりである。 ここで以下の議論を明確にするため、トランジ
スタのスイツチング速度という概念を明確にして
おく。一般にトランジスタのスイツチング動作に
はターンオンとターンオフとがあり、ターンオン
時間tpoとターンオフ時間tpffを平均した伝播遅延
時間tpdをスイツチング速度の基準とする。ター
ンオン時間tpoは出力電流が0%から50%まで立
上る時間、ターンオフ時間tpffは出力電流が100%
から50%まで降下する時間とする。以上の関係を
第2図に示す。 本発明者らはこの程、第1図に示すようなヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタについて、各層の
厚み、不純物濃度とスイツチング速度の関係を数
値解析モデルにより詳細に検討した(例えば、倉
田、「バイポーラトランジスタの動作理論」昭和
55年近代科学社、M.Kurata、“Numerical
Analysis for Semiconductor Devices”、1982、
Lexington Books D.C.Heath and Company.
等)その結果、従来説とは相反する結論が得られ
た。即ち数値解析モデルによれば、従来例のよう
に低不純物濃度の厚い第二エミツタ層をもつトラ
ンジスタ(以下タイプAと呼ぶ)のスイツチング
速度は、このような第二エミツタ層をもたずエミ
ツタが高不純物濃度層一層のみからなるトランジ
スタ(以下タイプBと呼ぶ)のそれに比べて大幅
に劣つている。その解析結果を第1表に示す。
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to a bipolar transistor using a heterojunction for the emitter-base junction. [Technical background of the invention and its problems] Conventional bipolar transistors have an emitter,
It has an npn or pnp structure using the same semiconductor material for each layer of the base and collector. in this case,
Both the emitter junction and the collector junction are homozygous. Recently, bipolar transistors in which one or both of the emitter junction and the collector junction are heterojunctions have attracted attention and are becoming the subject of research and development. One advantage of a heterojunction bipolar transistor is that emitter injection efficiency can be increased by forming the emitter layer from a semiconductor material with a wider bandgap than the base layer. Due to the difference in band gap between the emitter layer and the base layer,
This is because, while carrier injection from the emitter to the base easily occurs when the emitter junction is forward biased, carrier injection from the base to the emitter is suppressed. Therefore, it is possible to obtain a higher current gain than a normal homojunction bipolar transistor. The basic concept of such a heterojunction bipolar transistor has been known for a long time, and several examples have been published recently. The conventional basic structure when a heterojunction is used as the emitter junction is shown in FIG. The figure shows GaAs−
In this example, an n + type GaAs substrate 1 is used, an n type GaAs collector layer 2 is placed on top of the n + type GaAs substrate 1, and a p type
GaAs base layer 3, n-type Ga 1-x Al x As emitter layer 4
It has a structure in which layers are sequentially laminated. 5 is a collector electrode, 6 is a base electrode, and 7 is an emitter electrode. The emitter layer 4 includes a first emitter layer 4 1 with a high impurity concentration (n + ) on the emitter electrode 7 side,
The base layer 3 side is constituted by a second emitter layer 4 2 having a lower impurity concentration (n - ) than this. Many of the previously announced products are based on the second emitter layer 4 2
What they have in common is that they have sufficient thickness.
The reason why the emitter layer has a two-layer structure of a high impurity concentration layer and a low impurity concentration layer and the thickness of the second emitter layer with a low impurity concentration is made sufficiently large is to reduce the emitter junction capacitance C JE and increase the switching speed. (For example, H. Kroemer, “Heterostructure, Bipolar
“Transistors and Iterated Circuits”, Proc.
IEEE, Vol.70, No.1, pp.13−25,
January 1982). In fact, in a one-sided stepped junction where the impurity concentration differs significantly across the junction surface, if the thickness of the low impurity concentration layer is sufficiently large, the junction capacitance C JE can be expressed as C JE ∝ using the impurity concentration N E of the low impurity concentration layer. As is well known, it is expressed as N E 1/2 . To clarify the following discussion, let us clarify the concept of transistor switching speed. In general, the switching operation of a transistor includes turn-on and turn-off, and the propagation delay time t pd , which is the average of the turn-on time t po and the turn-off time t pff , is used as the standard for switching speed. The turn-on time t po is the time for the output current to rise from 0% to 50%, and the turn-off time t pff is the time when the output current rises to 100%.
This is the time it takes to fall from 50% to 50%. The above relationship is shown in FIG. The present inventors have recently investigated in detail the relationship between the thickness of each layer, impurity concentration, and switching speed using a numerical analysis model for the heterojunction bipolar transistor shown in Fig. Theory of motion” Showa
1955 Kindai Kagakusha, M.Kurata, “Numerical
Analysis for Semiconductor Devices”, 1982,
Lexington Books DCHeath and Company.
etc.) As a result, a conclusion contrary to the conventional theory was obtained. In other words, according to the numerical analysis model, the switching speed of a conventional transistor with a thick second emitter layer with a low impurity concentration (hereinafter referred to as type A) is lower than the switching speed of a transistor without such a second emitter layer and with a thick second emitter layer. It is significantly inferior to that of a transistor (hereinafter referred to as type B) consisting of only a single layer of high impurity concentration. The analysis results are shown in Table 1.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は以上の考察に基づいてなされたもの
で、スイツチング速度と耐圧に関して最適設計基
準を与えたヘテロ接合バイポーラトランジスタを
提供することを目的とする。 〔発明の効果〕 本発明に係るトランジスタは、エミツタ層をベ
ース層よりバンドギヤツプの広い半導体材料によ
り構成すること、エミツタ層を高不純物濃度の第
一エミツタ層とこれより低不純物濃度の第二エミ
ツタ層とから構成すること、およびベース層を第
二エミツタ層より高不純物濃度層とすることを基
本とする。この点で本発明に係るトランジスタは
前述のタイプAに属する。本発明はこのような基
本構造において、第二エミツタ層の不純物濃度
NEとその厚みwとの関係を、印加電圧ゼロ状態
での第二エミツタ層内の最大電界が許容最大電界
を越えない範囲で、スイツチング速度を十分高速
にする条件として、 NEw2≦2εsε0/qVbi ……(1) を満たすように設定したことを特徴とする。(1)式
において、qは電子電荷絶対値(=1.6×10-19
ローン)、ε0は真空の誘電率(=8.86×10-14フア
ラツド/cm)、εsは第二エミツタ層の比誘電率、
Vbiは第二エミツタ層とベース層が形成するヘテ
ロ接合のビルトインポテンシヤルである。 このような設計基準を与えた理由を次に説明す
る。エミツタ・ベース間のヘテロ接合に印加され
る電圧がゼロのとき接合両端に生ずる内部電位差
はVbiである。この電位差によりヘテロ接合部に
生じる電界分布は第4図のようになる。第4図a
は第二エミツタ層の厚みwが十分大の場合、同図
bは第二エミツタ層の厚みwが内部電位差により
伸びる空乏層の厚みwdepと等しい場合、同図cは
wがwdepより小さい場合である。いま、第二エミ
ツタ層の不純物濃度NEがベース層の不純物濃度
NBよりはるかに低いものとすると、周知の理論
により第4図a,bの場合についてそれぞれ下記
式が成立する。 E(0) nax=qNE/εsε0wdep ……(2) 1/2E(0) naxwdep=Vbi ……(3) この両式からE(0) naxを消去すると、 NEw2 dep=2εsε0/qVbi ……(4) となる。同様にして第4図cの場合は下記式が成
立する。 Enax−Enio=q/εsε0NEw ……(5) Eniow+1/2(Enax−Enio)w=Vbi ……(6) この両式からEnaxを求めると、 Enax=qNE/2εsε0w+Vbi/w ……(7) となる。ただし上記において第二エミツタ層内の
電界最大値をEnax、電界最小値をEnioとしてい
る。 以上の関係を踏まえて、第二エミツタ層の不純
物濃度NEと厚みwを、(7)式に示す最大電界が許
容最大電界を越えない範囲で(1)式の関係を満たす
ように設定することにより、耐圧を確保しながら
十分高速のスイツチング速度を実現したものであ
る。 なお、第二エミツタ層とベース層の間のヘテロ
接合のビルトインポテンシヤルVbiは下記式(8)で
表わされる。 Vbi=kT/qln〔NENB/ni(T)2〕+xB−xE/q……(8) ただし、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、
NBはベース層の不純物濃度、ni(T)はベース層の真
性電子密度、xBはベース層の電子親和力、xEは第
二エミツタ層の電子親和力である。(8)式におい
て、右辺第一項は通常のホモ接合におけるのと同
一であり、第二項がヘテロ接合に個有の項であ
る。 具体的に、第二エミツタ層としてN型Ga0.7
Al0.3As、ベース層としてp型GaAsを選んだ場合
の代表的な不純物濃度の組合せについてVbiの数
値例を示すと下表のとおりである。
The present invention has been made based on the above considerations, and an object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor that provides optimal design criteria regarding switching speed and breakdown voltage. [Effects of the Invention] In the transistor according to the present invention, the emitter layer is made of a semiconductor material with a wider bandgap than the base layer, and the emitter layer is composed of a first emitter layer with a high impurity concentration and a second emitter layer with a lower impurity concentration. Basically, the base layer is made of a layer with a higher impurity concentration than the second emitter layer. In this respect, the transistor according to the present invention belongs to the above-mentioned type A. In this basic structure, the present invention improves the impurity concentration of the second emitter layer.
The relationship between N E and its thickness w is expressed as N E w 2 ≦ as a condition for making the switching speed sufficiently high within the range where the maximum electric field in the second emitter layer in the state of zero applied voltage does not exceed the allowable maximum electric field. 2ε s ε 0 /qV bi ...(1) is set to be satisfied. In equation (1), q is the absolute value of electron charge (=1.6×10 -19 clones), ε 0 is the dielectric constant of vacuum (=8.86×10 -14 farads/cm), and ε s is the ratio of the second emitter layer. dielectric constant,
V bi is the built-in potential of the heterojunction formed by the second emitter layer and the base layer. The reason for giving such a design standard will be explained next. When the voltage applied to the emitter-base heterojunction is zero, the internal potential difference generated across the junction is V bi . The electric field distribution generated at the heterojunction due to this potential difference is as shown in FIG. Figure 4a
When the thickness w of the second emitter layer is sufficiently large, in the figure b, when the thickness w of the second emitter layer is equal to the thickness w dep of the depletion layer that extends due to the internal potential difference, in the figure c, w is smaller than w dep . This is the case. Now, the impurity concentration N E of the second emitter layer is the impurity concentration N E of the base layer.
Assuming that it is much lower than N B , the following formulas hold true for the cases a and b in FIG. 4, respectively, according to well-known theory. E (0) nax =qN Es ε 0 w dep ...(2) 1/2E (0) nax w dep =V bi ...(3) Eliminating E (0) nax from both equations, N E w 2 dep = 2ε s ε 0 /qV bi ...(4). Similarly, in the case of FIG. 4c, the following formula holds true. E nax −E nio = q/ε s ε 0 N E w …(5) E nio w+1/2(E nax −E nio )w=V bi …(6) Calculating E nax from both equations, , E nax =qN E /2ε s ε 0 w+V bi /w ...(7). However, in the above, the maximum value of the electric field in the second emitter layer is Enax , and the minimum value of the electric field is Enio . Based on the above relationships, the impurity concentration N E and thickness w of the second emitter layer are set so as to satisfy the relationship in equation (1) within the range where the maximum electric field shown in equation (7) does not exceed the allowable maximum electric field. As a result, a sufficiently high switching speed is achieved while ensuring voltage resistance. Note that the built-in potential V bi of the heterojunction between the second emitter layer and the base layer is expressed by the following equation (8). V bi = kT/qln [N E N B /n i (T) 2 ] +x B −x E /q...(8) where k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature,
N B is the impurity concentration of the base layer, n i (T) is the intrinsic electron density of the base layer, x B is the electron affinity of the base layer, and x E is the electron affinity of the second emitter layer. In equation (8), the first term on the right side is the same as in a normal homozygote, and the second term is a term unique to a heterozygote. Specifically, N-type Ga 0.7 is used as the second emitter layer.
The table below shows numerical examples of V bi for typical combinations of impurity concentrations when Al 0.3 As and p-type GaAs are selected as the base layer.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、NEw2を必要最小限の値に設
定することによつて、エミツタ・ベース間耐圧を
確保しながら高速スイツチング動作が可能なヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタを実現することが
できる。 〔発明の実施例〕 以下本発明の実施例を説明する。GaAlAs−
GaAs系を用いた一実施例の構造を第5図に示
す。これを製造工程に従つて説明すれば、まず高
不純物濃度のn+型GaAs基板11を出発基板と
し、この上に不純物として例えばSiをドーブした
低不純物濃度のn型GaAsコレクタ層12をエピ
タキシヤル成長させる。これはコレクタ・ベース
間接合をホモ接合とする場合であり、この接合に
もヘテロ接合を導入する場合にはn型Ga1-xAlx
As層をエピキシヤル成長させればよい。いずれ
の場合もエピタキシヤル成長にはMBE法又は
MOCVD法を用いることが好ましい。以下の工
程でも同じである。この後、コレクタ層12上に
不純物として例えばBeをドープした比較的高不
純物濃度のp型GaAsベース層13をエピタキシ
ヤル成長させる。ベース層13の厚みは高速スイ
ツチング動作を実現するため1000Åないしそれ以
下とすることが好ましい。この後ベース層13上
に、低不純物濃度のn-型Ga1-xAlxAsからなる第
二エミツタ層142、続いて高不純物濃度のn+
Ga1-xAlxAsからなる第一エミツタ層141をエピ
タキシヤル成長させる。いずれも不純物は例えば
Siとする。このとき第二エミツタ層142の濃度
と厚みの関係を(1)式を満たすように設定する。最
後にエツチングによりエミツタ中心部を残して周
辺部を除去し、ベース層13の表面を露出させ
て、コレクタ、ベース、エミツタの各電極15,
16,17を形成して完成する。 より具体的な数値例を挙げて説明する。第二エ
ミツタ層142としてバンドギヤツプエネルギ
1.80eVのGa0.7Al0.3As層を用い、そのドナー不純
物濃度をNE=3×1016cm-3、厚みをw=0.1μmと
する。一方、ベース層13としてアクセプタ濃度
NB=1018cm-3、バンドギヤツプエネルギが1.42eV
であるGaAsを用いる。このとき、常温T=300
〓でのビルトインポテンシヤルVbiは、(8)式にお
いてxE=3.77eV、xB=4.07eV、ni(T)=1.101×107
cm-3として、Vbi=1.52Vとなる。 そこでエミツタ・ベース間の印加電圧がゼロの
とき、もし仮に、低濃度第二エミツタ層が十分に
厚い場合に広がるべき空乏層の厚みwdepおよび最
大電界E(0) naxを(2)、(3)式より求めると、εs=12.0と
して、wdep=0.260μm、E(0) nax=1.17×105V/cmと
なる。ところがいまの場合、w=0.1μmであるか
らw<wdepとなる。このとき最大電界Enaxは(7)式
から、Enax=1.75×105V/cmとなる。不純物濃度
NE=3×1016cm-3に対して接合降服を生じること
なく許容し得る最大電界値は約5.1×105V/cmで
あるから(例えば、S.M.Sge、“Physics of
Semiconductor Devices”、1969、Wiley−
Interscience参照)、上記Enaxはこれより低く、
上記設計例を現実に採用することができる。参考
のため、最大電界Enaxが丁度上述の許容最大電界
となるような印加電圧を求めると、その値は約
3.3Vとなり、実用上十分な耐圧が確保される。 次に別の設計例として、上記と同じ材料を用
い、NE=1017cm-3、w=0.1μm、NB=1018cm-3
した場合を挙げる。このとき、Vbi=1.55V、wdep
=0.144μm、E(0) nax=2.16×105V/cmを得る。この
ときw<wdepとなつている。またEnax=2.30×
105V/cmであるが、1017cm-3の不純物濃度に対応
する許容最大電界は約6.4×105V/cmであるから、
この設計例も現実に採用し得る。先の設計例と同
様、許容される印加電圧を求めると、その値は約
4.0Vとなり、実用上十分である。 以上の二つの設計例を適用したときの数値解析
モデルにより求めたスイツチング特性を第3表に
示す。回路条件は第1表の場合と同じである。
According to the present invention, by setting N E w 2 to the minimum necessary value, it is possible to realize a heterojunction bipolar transistor that is capable of high-speed switching operation while ensuring an emitter-base breakdown voltage. [Embodiments of the Invention] Examples of the present invention will be described below. GaAlAs−
FIG. 5 shows the structure of an embodiment using GaAs. To explain this according to the manufacturing process, first, an n + type GaAs substrate 11 with a high impurity concentration is used as a starting substrate, and an n type GaAs collector layer 12 with a low impurity concentration doped with Si as an impurity is epitaxially formed thereon. Make it grow. This is the case when the collector-base junction is a homojunction, and when a heterojunction is introduced also in this junction, n-type Ga 1-x Al x
The As layer may be epitaxially grown. In either case, epitaxial growth is performed using MBE or
It is preferable to use the MOCVD method. The same applies to the following steps. Thereafter, a p-type GaAs base layer 13 doped with, for example, Be as an impurity and having a relatively high impurity concentration is epitaxially grown on the collector layer 12. The thickness of the base layer 13 is preferably 1000 Å or less in order to realize high-speed switching operation. After this, a second emitter layer 14 2 made of n - type Ga 1-x Al x As with a low impurity concentration is formed on the base layer 13, followed by an n + type layer with a high impurity concentration.
A first emitter layer 14 1 made of Ga 1-x Al x As is grown epitaxially. In both cases, impurities are, for example,
Let it be S i . At this time, the relationship between the concentration and thickness of the second emitter layer 14 2 is set to satisfy equation (1). Finally, etching is performed to remove the emitter center part and remove the peripheral part to expose the surface of the base layer 13.
Form 16 and 17 to complete. This will be explained using more specific numerical examples. Bandgap energy as second emitter layer 14 2
A 1.80 eV Ga 0.7 Al 0.3 As layer is used, its donor impurity concentration is N E =3×10 16 cm -3 , and its thickness is set to w = 0.1 μm. On the other hand, as the base layer 13, the acceptor concentration
N B = 10 18 cm -3 , band gap energy is 1.42eV
GaAs is used. At this time, room temperature T = 300
The built-in potential V bi at is expressed in equation (8) as
As cm -3 , V bi =1.52V. Therefore, when the applied voltage between the emitter and the base is zero, if the low concentration second emitter layer is sufficiently thick, the thickness w dep of the depletion layer and the maximum electric field E (0) nax that should be expanded are (2), ( When calculated from equation 3), with ε s = 12.0, w dep = 0.260 μm, and E (0) nax = 1.17×10 5 V/cm. However, in the present case, since w=0.1 μm, w<w dep . At this time, the maximum electric field E nax is E nax =1.75×10 5 V/cm from equation (7). Impurity concentration
Since the maximum electric field value that can be tolerated without junction breakdown for N E = 3 × 10 16 cm -3 is about 5.1 × 10 5 V/cm (see, for example, SMSge, “Physics of
Semiconductor Devices”, 1969, Wiley−
(see Interscience), the above E nax is lower than this,
The above design example can be actually adopted. For reference, if we calculate the applied voltage such that the maximum electric field E nax is exactly the maximum allowable electric field mentioned above, the value is approximately
The voltage is 3.3V, ensuring sufficient voltage resistance for practical use. Next, as another design example, a case will be described in which the same materials as above are used, and N E =10 17 cm -3 , w = 0.1 μm, and N B = 10 18 cm -3 . At this time, V bi = 1.55V, w dep
= 0.144 μm, E (0) nax = 2.16×10 5 V/cm. At this time, w<w dep . Also, E nax = 2.30×
10 5 V/cm, but the maximum allowable electric field corresponding to an impurity concentration of 10 17 cm -3 is approximately 6.4×10 5 V/cm.
This design example can also be adopted in reality. Similar to the previous design example, the allowable applied voltage is found to be approximately
The voltage is 4.0V, which is sufficient for practical use. Table 3 shows the switching characteristics determined by the numerical analysis model when the above two design examples are applied. The circuit conditions are the same as in Table 1.

【表】 これらの結果を先の第1表と比較すれば明らか
なように、スイツチング速度は、タイプBに比べ
て若干劣るがタイプAよりはるかに優れたものと
なつている。しかもタイプBではエミツタ・ベー
ス間耐圧の確保が困難であるのに対し、本実施例
では実用上十分な耐圧確保が容易である。 なお本発明は上記実施例に限られるものではな
い。例えば半導体材料の組合せとして、広バンド
ギヤツプのエミツタ層にGap、狭バンドギヤツプ
のベース層にSiを用いてもよいし、また広バンド
ギヤツプのエミツタ層にGaAs、狭バンドギヤツ
プのベース層にGlを用いることもできる。
[Table] As is clear from comparing these results with Table 1 above, the switching speed is slightly inferior to Type B, but far superior to Type A. Moreover, in Type B, it is difficult to ensure a breakdown voltage between the emitter and the base, whereas in this embodiment, it is easy to ensure a practically sufficient breakdown voltage. Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, as a combination of semiconductor materials, it is possible to use Gap for the emitter layer of a wide band gap and Si for the base layer of a narrow band gap, or it is also possible to use GaAs for the emitter layer of a wide band gap and Gl for the base layer of a narrow band gap. .

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

第1図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの一例を示す図、第2図はトランジスタのス
イツチング特性を説明するための図、第3図は同
じくスイツチング特性を求めるための回路図、第
4図a〜cは本発明の特徴を説明するための不純
物濃度分布と電界分布を示す図、第5図は本発明
の一実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
を示す図である。 11……n+型GaAs基板、12……n型GaAs
コレクタ層、13……p型GaAsベース層、141
……n+型Ga1-xAlxAs第一エミツタ層、142……
n-型Ga1-xAlxAs第二エミツタ層、15〜17…
………電極。
Fig. 1 is a diagram showing an example of a conventional heterojunction bipolar transistor, Fig. 2 is a diagram for explaining the switching characteristics of the transistor, Fig. 3 is a circuit diagram for similarly determining the switching characteristics, and Figs. 5c is a diagram showing an impurity concentration distribution and an electric field distribution for explaining the features of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a heterojunction bipolar transistor according to an embodiment of the present invention. 11...n + type GaAs substrate, 12...n type GaAs
Collector layer, 13...p-type GaAs base layer, 14 1
……n + type Ga 1-x Al x As first emitter layer, 14 2 ……
n - type Ga 1-x Al x As second emitter layer, 15-17...
………electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 エミツタ層がベース層よりバンドギヤツプの
広い半導体材料により、電極側にある高不純物濃
度の第一エミツタ層とベース側にある低不純物濃
度の第二エミツタ層から構成されており、かつベ
ース層の不純物濃度が第二エミツタ層のそれより
高いヘテロ接合バイポーラトランジスタにおい
て、前記第二エミツタ層の不純物濃度NEと厚み
wの関係を、印加電圧ゼロの状態での第二エミツ
タ層内の最大電界 Enax=qNB/2εsε0w+Vbi/w が許容最大電界を越えない範囲で、 NBw2≦2εsε0/qVbi を満たすように設定したことを特徴とするヘテロ
接合バイポーラトランジスタ。 ただし上式において、 q:電子電荷絶対値 ε0:真空の誘電率 εs:第二エミツタ層の比誘電率 Vbi:第二エミツタ層とベース層が形成するヘテ
ロ接合のビルトインポテンシヤル 2 エミツタ層がGa1-xAlxAs、ベース層が
GaAs、コレクタ層がGaAs又はGaAlAsである特
許請求の範囲第1項記載のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ。
[Claims] 1. The emitter layer is made of a semiconductor material with a wider bandgap than the base layer, and is composed of a first emitter layer with a high impurity concentration on the electrode side and a second emitter layer with a low impurity concentration on the base side. , and in a heterojunction bipolar transistor in which the impurity concentration of the base layer is higher than that of the second emitter layer, the relationship between the impurity concentration N E and the thickness w of the second emitter layer is expressed as the second emitter layer in the state of zero applied voltage. The maximum electric field E nax = qN B /2ε s ε 0 w + V bi /w is set to satisfy N B w 2 ≦2ε s ε 0 /qV bi within a range that does not exceed the maximum allowable electric field. Heterojunction bipolar transistor. However, in the above equation, q: Absolute value of electronic charge ε 0 : Permittivity of vacuum ε s : Relative dielectric constant of the second emitter layer V bi : Built-in potential of the heterojunction formed by the second emitter layer and the base layer 2 Emitter layer is Ga 1-x Al x As, and the base layer is
The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the collector layer is GaAs or GaAlAs.
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