JPH06295919A - 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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- JPH06295919A JPH06295919A JP5080760A JP8076093A JPH06295919A JP H06295919 A JPH06295919 A JP H06295919A JP 5080760 A JP5080760 A JP 5080760A JP 8076093 A JP8076093 A JP 8076093A JP H06295919 A JPH06295919 A JP H06295919A
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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
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 少なくともコレクタ層、ベース層及びエミッ
タ層を有し、前記コレクタ層、ベース層及びエミッタ層
にコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極が形成さ
れ、前記ベース層と前記エミッタ層との間に遷移層が形
成され、エミッタ層と遷移層とがベース層を構成する元
素及び少なくとも１種の異種元素から構成され、遷移層
におけるエミッタ側の前記異種元素の含有率が前記エミ
ッタ層の異種元素の含有率と等しく、ベース層側の前記
異種元素の含有率が前記エミッタ側の異種元素の含有率
よりも低いと共に、ベース層に対し不連続的な組成変化
を有し、かつ遷移層が、前記ベース層側から前記エミッ
タ層側にかけ、直線又は段階的な組成傾斜を有して変化
しているヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 【効果】 エミッタ−ベース接合領域におけるキャリア
密度を低減することにより、ＳＨＲ再結合電流を低レベ
ルに維持することができる。
タ層を有し、前記コレクタ層、ベース層及びエミッタ層
にコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極が形成さ
れ、前記ベース層と前記エミッタ層との間に遷移層が形
成され、エミッタ層と遷移層とがベース層を構成する元
素及び少なくとも１種の異種元素から構成され、遷移層
におけるエミッタ側の前記異種元素の含有率が前記エミ
ッタ層の異種元素の含有率と等しく、ベース層側の前記
異種元素の含有率が前記エミッタ側の異種元素の含有率
よりも低いと共に、ベース層に対し不連続的な組成変化
を有し、かつ遷移層が、前記ベース層側から前記エミッ
タ層側にかけ、直線又は段階的な組成傾斜を有して変化
しているヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 【効果】 エミッタ−ベース接合領域におけるキャリア
密度を低減することにより、ＳＨＲ再結合電流を低レベ
ルに維持することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタに関し、より詳細にはエミッタ−ベースと
の間に組成傾斜部及び階段ヘテロ接合を有する信頼性の
高いヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
トランジスタに関し、より詳細にはエミッタ−ベースと
の間に組成傾斜部及び階段ヘテロ接合を有する信頼性の
高いヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ヘテロ接合バイポーラトランジス
タは、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いて形成されてい
る。そして、ＧａＡｓにＡｌが添加された化合物半導体
をエミッタ層として用い、エミッタとベースとの間に、
所望の電位障壁を得るために、エミッタとベースとの組
成を変化させている。例えば、組成の直線的な傾斜エミ
ッタ−ベース接合を有するデバイスは、図４に示したよ
うに、エミッタ層とベース層との間の遷移層において、
アルミニウムの組成が破線Ａで示したように変化してい
る。また、組成の階段エミッタ−ベース接合を有するデ
バイスは、実線Ｂで示したように変化している。
タは、半絶縁性のＧａＡｓ基板を用いて形成されてい
る。そして、ＧａＡｓにＡｌが添加された化合物半導体
をエミッタ層として用い、エミッタとベースとの間に、
所望の電位障壁を得るために、エミッタとベースとの組
成を変化させている。例えば、組成の直線的な傾斜エミ
ッタ−ベース接合を有するデバイスは、図４に示したよ
うに、エミッタ層とベース層との間の遷移層において、
アルミニウムの組成が破線Ａで示したように変化してい
る。また、組成の階段エミッタ−ベース接合を有するデ
バイスは、実線Ｂで示したように変化している。
【０００３】以下に、従来の組成的な傾斜又は階段エミ
ッタ−ベース接合を有するｎｐｎ構造のデバイスを図面
に基づいて説明する。なお、以後傾斜又は階段エミッタ
−ベース接合等という場合、組成が傾斜又は階段状に変
化しているエミッタ−ベース接合を意味するものとす
る。直線的な傾斜を有するエミッタ−ベース接合を有す
るバイポーラトランジスタは、図５に示したように、半
絶縁性のＧａＡｓ基板３１上に、ｎ+ −ＧａＡｓ層３
２、ｎ−ＧａＡｓ層３３、ｐ+ −ＧａＡｓ層３４、ｎ−
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層３５（０≦ｘ≦０．３）、ｎ−Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層３６及びｎ+ −ＧａＡｓ層３７が
順次形成されている。そして、オーミック電極として、
ｎ+ −ＧａＡｓ層３２上にコレクタ電極３８、ｐ+ −Ｇ
ａＡｓ層３４上にベース電極３９及びｎ + −ＧａＡｓ層
３７上にエミッタ電極４０がそれぞれ形成されている。
ッタ−ベース接合を有するｎｐｎ構造のデバイスを図面
に基づいて説明する。なお、以後傾斜又は階段エミッタ
−ベース接合等という場合、組成が傾斜又は階段状に変
化しているエミッタ−ベース接合を意味するものとす
る。直線的な傾斜を有するエミッタ−ベース接合を有す
るバイポーラトランジスタは、図５に示したように、半
絶縁性のＧａＡｓ基板３１上に、ｎ+ −ＧａＡｓ層３
２、ｎ−ＧａＡｓ層３３、ｐ+ −ＧａＡｓ層３４、ｎ−
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層３５（０≦ｘ≦０．３）、ｎ−Ａ
ｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層３６及びｎ+ −ＧａＡｓ層３７が
順次形成されている。そして、オーミック電極として、
ｎ+ −ＧａＡｓ層３２上にコレクタ電極３８、ｐ+ −Ｇ
ａＡｓ層３４上にベース電極３９及びｎ + −ＧａＡｓ層
３７上にエミッタ電極４０がそれぞれ形成されている。
【０００４】上記直線的な傾斜を有するエミッタ−ベー
ス接合を有するバイポーラトランジスタのエネルギーバ
ンド図を図６に示す。傾斜エミッタ−ベース接合を有す
るバイポーラトランジスタにおいては、組成変化が傾斜
したエミッタ─ベース接合により、エミッタとベースと
の間の障壁が緩和されている。なお、この場合の注入電
子密度は印加されたエミッタ─ベース電圧により変化す
る。
ス接合を有するバイポーラトランジスタのエネルギーバ
ンド図を図６に示す。傾斜エミッタ−ベース接合を有す
るバイポーラトランジスタにおいては、組成変化が傾斜
したエミッタ─ベース接合により、エミッタとベースと
の間の障壁が緩和されている。なお、この場合の注入電
子密度は印加されたエミッタ─ベース電圧により変化す
る。
【０００５】また、階段エミッタ−ベース接合を有する
バイポーラトランジスタは、図７に示したように、半絶
縁性のＧａＡｓ基板５１上に、ｎ+ −ＧａＡｓ層５２、
ｎ−ＧａＡｓ層５３、ｐ+ −ＧａＡｓ層５４、ｎ−Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層５５及びｎ+ −ＧａＡｓ層５６が順
次形成されている。そして、オーミック電極として、ｎ
+ −ＧａＡｓ層５２上にコレクタ電極５８、ｐ+ −Ｇａ
Ａｓ層５４上にベース電極５９及びｎ+ −ＧａＡｓ層５
６上にエミッタ電極６０がそれぞれ形成されている。
バイポーラトランジスタは、図７に示したように、半絶
縁性のＧａＡｓ基板５１上に、ｎ+ −ＧａＡｓ層５２、
ｎ−ＧａＡｓ層５３、ｐ+ −ＧａＡｓ層５４、ｎ−Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層５５及びｎ+ −ＧａＡｓ層５６が順
次形成されている。そして、オーミック電極として、ｎ
+ −ＧａＡｓ層５２上にコレクタ電極５８、ｐ+ −Ｇａ
Ａｓ層５４上にベース電極５９及びｎ+ −ＧａＡｓ層５
６上にエミッタ電極６０がそれぞれ形成されている。
【０００６】上記階段エミッタ−ベース接合を有するバ
イポーラトランジスタのエネルギーバンド図を図８に示
す。このバイポーラトランジスタにおいては、急峻な階
段状のエミッタ−ベース接合を有しており、電子はエミ
ッタから障壁をこえてベースに流入する。なお、この場
合の注入電子密度は印加されたエミッタ─ベース電圧に
より変化する。
イポーラトランジスタのエネルギーバンド図を図８に示
す。このバイポーラトランジスタにおいては、急峻な階
段状のエミッタ−ベース接合を有しており、電子はエミ
ッタから障壁をこえてベースに流入する。なお、この場
合の注入電子密度は印加されたエミッタ─ベース電圧に
より変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の傾斜及び階
段エミッタ−ベース接合を有するバイポーラトランジス
タにおいては、所定のコレクタ電流密度に対し、エミッ
タ−ベース接合領域に高密度にキャリア、すなわち電子
又はホールが存在する。従って、この領域のミッドギャ
ップに位置する準位を経由するキャリアの再結合の確率
は非常に高く、特に多くの準位が存在する半導体表面で
は非常に高い。
段エミッタ−ベース接合を有するバイポーラトランジス
タにおいては、所定のコレクタ電流密度に対し、エミッ
タ−ベース接合領域に高密度にキャリア、すなわち電子
又はホールが存在する。従って、この領域のミッドギャ
ップに位置する準位を経由するキャリアの再結合の確率
は非常に高く、特に多くの準位が存在する半導体表面で
は非常に高い。
【０００８】以下に、もう少し詳しく説明する。直線的
な傾斜のエミッタ−ベース接合を有するｎｐｎバイポー
ラトランジスタの場合、エミッタ−ベース接合領域のエ
ミッタ側の伝導帯において、ポテンシャルウェルが形成
されるため、エミッタ層の電子はベース層へ注入されに
くくなる。従って、エミッタ−ベース接合領域におい
て、電子密度が大きくなる。
な傾斜のエミッタ−ベース接合を有するｎｐｎバイポー
ラトランジスタの場合、エミッタ−ベース接合領域のエ
ミッタ側の伝導帯において、ポテンシャルウェルが形成
されるため、エミッタ層の電子はベース層へ注入されに
くくなる。従って、エミッタ−ベース接合領域におい
て、電子密度が大きくなる。
【０００９】また、エミッタ−ベース接合が滑らかな傾
斜の場合でも、コレクタ層に注入される電子の速度が小
さくなるため、エミッタ−ベース接合付近の電子密度は
一般に非常に高くなる。急峻な階段状のエミッタ−ベー
ス接合を有するｎｐｎバイポーラトランジスタの場合、
エミッタ−べース接合付近におけるホール濃度は、接合
のオン電圧が高いため、所定のコレクタ電流密度に対し
非常に大きくなる。
斜の場合でも、コレクタ層に注入される電子の速度が小
さくなるため、エミッタ−ベース接合付近の電子密度は
一般に非常に高くなる。急峻な階段状のエミッタ−ベー
ス接合を有するｎｐｎバイポーラトランジスタの場合、
エミッタ−べース接合付近におけるホール濃度は、接合
のオン電圧が高いため、所定のコレクタ電流密度に対し
非常に大きくなる。
【００１０】本発明の目的は、エミッタ−ベース接合領
域におけるキャリア密度を低下させることにより、表面
再結合電流を低くし、表面再生結合に起因した信頼性劣
化のないヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供する
ことである。
域におけるキャリア密度を低下させることにより、表面
再結合電流を低くし、表面再生結合に起因した信頼性劣
化のないヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供する
ことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明においては、少な
くともコレクタ層、ベース層及びエミッタ層を有し、前
記コレクタ層、ベース層及びエミッタ層にコレクタ電
極、ベース電極及びエミッタ電極がそれぞれ形成され、
前記ベース層と前記エミッタ層との間に遷移層が形成さ
れたヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、エミ
ッタ層と遷移層とがベース層を構成する元素及び少なく
とも１種の異種元素から構成され、遷移層におけるエミ
ッタ側の前記異種元素の含有率が前記エミッタ層の異種
元素の含有率と等しく、ベース層側の前記異種元素の含
有率が前記エミッタ側の異種元素の含有率よりも低いと
ともに、ベース層に対して不連続的な組成変化を有して
おり、かつ遷移層が、前記ベース層側から前記エミッタ
層側にかけて、直線的又は段階的な組成の傾斜を有して
変化しているヘテロ接合バイポーラトランジスタが提供
される。
くともコレクタ層、ベース層及びエミッタ層を有し、前
記コレクタ層、ベース層及びエミッタ層にコレクタ電
極、ベース電極及びエミッタ電極がそれぞれ形成され、
前記ベース層と前記エミッタ層との間に遷移層が形成さ
れたヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、エミ
ッタ層と遷移層とがベース層を構成する元素及び少なく
とも１種の異種元素から構成され、遷移層におけるエミ
ッタ側の前記異種元素の含有率が前記エミッタ層の異種
元素の含有率と等しく、ベース層側の前記異種元素の含
有率が前記エミッタ側の異種元素の含有率よりも低いと
ともに、ベース層に対して不連続的な組成変化を有して
おり、かつ遷移層が、前記ベース層側から前記エミッタ
層側にかけて、直線的又は段階的な組成の傾斜を有して
変化しているヘテロ接合バイポーラトランジスタが提供
される。
【００１２】本発明におけるヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタは、少なくともコレクタ層、ベース層、遷移層
及びエミッタ層を有している。これらコレクタ層、ベー
ス層、遷移層及びエミッタ層は、例えば、通常基板とし
て用いられるシリコン等の半導体基板、又はＧａＡｓ、
ＩｎＰ等の化合物半導体基板上に形成することができ
る。また、この基板自身がコレクタ層等を形成していて
もよい。なお、この際、基板としてＧａＡｓを用い、こ
のＧａＡｓ基板上にコレクタ層、ベース層、遷移層及び
エミッタ層等を形成するのが好ましい。また、コレクタ
層、ベース層、遷移層及びエミッタ層以外に緩衝層又は
コンタクト層等を適宜形成することができる。
ンジスタは、少なくともコレクタ層、ベース層、遷移層
及びエミッタ層を有している。これらコレクタ層、ベー
ス層、遷移層及びエミッタ層は、例えば、通常基板とし
て用いられるシリコン等の半導体基板、又はＧａＡｓ、
ＩｎＰ等の化合物半導体基板上に形成することができ
る。また、この基板自身がコレクタ層等を形成していて
もよい。なお、この際、基板としてＧａＡｓを用い、こ
のＧａＡｓ基板上にコレクタ層、ベース層、遷移層及び
エミッタ層等を形成するのが好ましい。また、コレクタ
層、ベース層、遷移層及びエミッタ層以外に緩衝層又は
コンタクト層等を適宜形成することができる。
【００１３】本発明において、エミッタ層及び遷移層に
含有している異種元素とは、コレクタ層、ベース層、遷
移層及びエミッタ層を構成している元素と共に化合物半
導体を形成する元素を意味している。例えば、ＧａＡｓ
の化合物半導体に対してＡｌ、Ｉｎ等をいう。基板とし
てＧａＡｓ基板を用いた場合には、基板上にコレクタ層
を形成する前にサブコレクタ層を形成することが好まし
い。この場合、サブコレクタ層はｎ+−ＧａＡｓ、コレ
クタ層はｎ−ＧａＡｓが好ましい。その際、サブコレク
タ層にドーピングされている不純物はｎ型の不純物、例
えば、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等が挙げられ
る。そして、その不純物濃度は２×１０18〜８×１０18
ｃｍ-3、コレクタ層にドーピングされている不純物濃度
は５×１０15〜１×１０ 17ｃｍ-3が好ましい。各膜厚は
０．５〜１．０μｍ、０．４〜１．０μｍ程度が好まし
い。
含有している異種元素とは、コレクタ層、ベース層、遷
移層及びエミッタ層を構成している元素と共に化合物半
導体を形成する元素を意味している。例えば、ＧａＡｓ
の化合物半導体に対してＡｌ、Ｉｎ等をいう。基板とし
てＧａＡｓ基板を用いた場合には、基板上にコレクタ層
を形成する前にサブコレクタ層を形成することが好まし
い。この場合、サブコレクタ層はｎ+−ＧａＡｓ、コレ
クタ層はｎ−ＧａＡｓが好ましい。その際、サブコレク
タ層にドーピングされている不純物はｎ型の不純物、例
えば、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等が挙げられ
る。そして、その不純物濃度は２×１０18〜８×１０18
ｃｍ-3、コレクタ層にドーピングされている不純物濃度
は５×１０15〜１×１０ 17ｃｍ-3が好ましい。各膜厚は
０．５〜１．０μｍ、０．４〜１．０μｍ程度が好まし
い。
【００１４】また、コレクタ層上にはベース層が形成さ
れている。この場合のベース層はｐ + −ＧａＡｓが好ま
しい。その際、ベース層にドーピングされている不純物
はｐ型の不純物、例えば、Ｃ（カーボン），Ｂｅ，Ｚｎ
等が挙げられ、その不純物濃度は５×１０18〜５×１０
19ｃｍ-3が好ましい。その膜厚は０．０５〜０．２μｍ
程度が好ましい。
れている。この場合のベース層はｐ + −ＧａＡｓが好ま
しい。その際、ベース層にドーピングされている不純物
はｐ型の不純物、例えば、Ｃ（カーボン），Ｂｅ，Ｚｎ
等が挙げられ、その不純物濃度は５×１０18〜５×１０
19ｃｍ-3が好ましい。その膜厚は０．０５〜０．２μｍ
程度が好ましい。
【００１５】そして、このベース層上に遷移層が形成さ
れ、遷移層上にエミッタ層が形成されている。遷移層又
はエミッタ層を構成する元素は、ベース層を構成する元
素と同一の元素と、さらに少なくとも１種以上の異種元
素とを含有している。遷移層においては、その異種元素
の組成がベース層側からエミッタ側にかけて直線的又は
階段的に変化している。そして、遷移層におけるベース
層側の異種元素の含有率は、遷移層とベース層との間で
不連続的な変化を有する程度以上含有されており、エミ
ッタ側の異種元素の含有率はエミッタ層のそれと同一
で、その組成が変化していない。具体的には、ベース層
がＧａＡｓであり、エミッタ層がｎ+ −ＡｌY Ｇａ1-Y
Ａｓの場合には、遷移層の組成はＡｌX Ｇａ1-X Ａｓが
好ましい。この際のＹの範囲は０．２〜０．５程度が好
ましく、Ｘはベース層側からエミッタ層側にかけて、約
０．１〜０．５の範囲で直線的、又は段階的にその組成
が変化していることが好ましい。例えば、ベース層がＧ
ａＡｓであり、エミッタ層がｎ+ −Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓの場合には、遷移層の組成はベース側においてＸが
０．１≦Ｘ≦０．１５が好ましく、エミッタ層がｎ+ −
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓの場合には、遷移層の組成はベー
ス側においてＸが０．１≦Ｘ≦０．２５が好ましく、エ
ミッタ層がｎ+ −Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの場合には、遷
移層の組成はベース側においてＸが０．１≦Ｘ≦０．４
５が好ましい。つまり、遷移層のベース層側では不連続
的に組成が変化しており、かつエミッタ側では組成が一
致していることが特徴である。また、遷移層の膜厚は２
００〜５００Å程度、エミッタ層の膜厚は０．１〜０．
２μｍ程度が好ましい。エミッタ層にドーピングされて
いる不純物はｎ型の不純物、例えば、Ｓｉ又はＳｎ等が
挙げられ、その不純物濃度は１×１０17〜２×１０18ｃ
ｍ-3が好ましい。エミッタ層上にはエミッタコンタクト
層が形成されていてもよく、その場合、エミッタコンタ
クト層はｎ+ −ＧａＡｓ、その不純物濃度は２×１０18
〜８×１０18ｃｍ-3が好ましい。また、その際の膜厚は
０．１〜０．４μｍが好ましい。
れ、遷移層上にエミッタ層が形成されている。遷移層又
はエミッタ層を構成する元素は、ベース層を構成する元
素と同一の元素と、さらに少なくとも１種以上の異種元
素とを含有している。遷移層においては、その異種元素
の組成がベース層側からエミッタ側にかけて直線的又は
階段的に変化している。そして、遷移層におけるベース
層側の異種元素の含有率は、遷移層とベース層との間で
不連続的な変化を有する程度以上含有されており、エミ
ッタ側の異種元素の含有率はエミッタ層のそれと同一
で、その組成が変化していない。具体的には、ベース層
がＧａＡｓであり、エミッタ層がｎ+ −ＡｌY Ｇａ1-Y
Ａｓの場合には、遷移層の組成はＡｌX Ｇａ1-X Ａｓが
好ましい。この際のＹの範囲は０．２〜０．５程度が好
ましく、Ｘはベース層側からエミッタ層側にかけて、約
０．１〜０．５の範囲で直線的、又は段階的にその組成
が変化していることが好ましい。例えば、ベース層がＧ
ａＡｓであり、エミッタ層がｎ+ −Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓの場合には、遷移層の組成はベース側においてＸが
０．１≦Ｘ≦０．１５が好ましく、エミッタ層がｎ+ −
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓの場合には、遷移層の組成はベー
ス側においてＸが０．１≦Ｘ≦０．２５が好ましく、エ
ミッタ層がｎ+ −Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの場合には、遷
移層の組成はベース側においてＸが０．１≦Ｘ≦０．４
５が好ましい。つまり、遷移層のベース層側では不連続
的に組成が変化しており、かつエミッタ側では組成が一
致していることが特徴である。また、遷移層の膜厚は２
００〜５００Å程度、エミッタ層の膜厚は０．１〜０．
２μｍ程度が好ましい。エミッタ層にドーピングされて
いる不純物はｎ型の不純物、例えば、Ｓｉ又はＳｎ等が
挙げられ、その不純物濃度は１×１０17〜２×１０18ｃ
ｍ-3が好ましい。エミッタ層上にはエミッタコンタクト
層が形成されていてもよく、その場合、エミッタコンタ
クト層はｎ+ −ＧａＡｓ、その不純物濃度は２×１０18
〜８×１０18ｃｍ-3が好ましい。また、その際の膜厚は
０．１〜０．４μｍが好ましい。
【００１６】本発明において、上記の各層は公知の方
法、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）あるい
は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等によって順
次エピタキシャル成長させることができる。そして、順
次積層した各層のうち、エミッタ層及びエミッタコンタ
クト層を公知の方法でエッチングしてベース層を露出さ
せ、その後、ベース層及びコレクタ層をエッチングして
サブコレクタ層を露出させる。さらに、エミッタコンタ
クト層、ベース層及びサブコレクタ層上に、それぞれエ
ミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極を形成する。
その際の電極材料としては、通常電極材料として用いら
れているものであれば特に限定されるものではないが、
コレクタ電極及びエミッタ電極としてはＡｕＧｅ／Ｎｉ
等を用いることができ、ベース電極としてはＴｉ／Ｐｔ
／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等を用いることができる。これら電
極材料を所望の各層上に蒸着、スパッタ法等の方法によ
り堆積し、リフトオフ法等により所望の電極に形成する
ことができる。この場合のコレクタ電極、ベース電極及
びエミッタ電極の膜厚はそれぞれ約０．０５〜０．２μ
ｍが好ましい。
法、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）あるい
は分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等によって順
次エピタキシャル成長させることができる。そして、順
次積層した各層のうち、エミッタ層及びエミッタコンタ
クト層を公知の方法でエッチングしてベース層を露出さ
せ、その後、ベース層及びコレクタ層をエッチングして
サブコレクタ層を露出させる。さらに、エミッタコンタ
クト層、ベース層及びサブコレクタ層上に、それぞれエ
ミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極を形成する。
その際の電極材料としては、通常電極材料として用いら
れているものであれば特に限定されるものではないが、
コレクタ電極及びエミッタ電極としてはＡｕＧｅ／Ｎｉ
等を用いることができ、ベース電極としてはＴｉ／Ｐｔ
／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ等を用いることができる。これら電
極材料を所望の各層上に蒸着、スパッタ法等の方法によ
り堆積し、リフトオフ法等により所望の電極に形成する
ことができる。この場合のコレクタ電極、ベース電極及
びエミッタ電極の膜厚はそれぞれ約０．０５〜０．２μ
ｍが好ましい。
【００１７】なお、上記において、ＮＰＮトランジスタ
について説明したが、ＰＮＰトランジスタの場合につい
ても本質的に同様である。また、上記説明においてはＧ
ａＡｓ、ＡｌＧａＡｓを用いた場合について説明してい
るが、他の格子整合または不整合系、例えば、ＩｎＧａ
Ａｓ、ＩｎＰ等を用いることもできる。また、上記にお
いては、直線状及び階段状の傾斜を有したヘテロ接合に
ついて説明したが、例えば、放物線状の傾斜のように直
線性の傾斜を有しないヘテロ接合を採用することもでき
る。しかし、これらは、エピタキシャル成長が複雑、困
難であり、エミッタ−ベース領域においてキャリア密度
の大きな減少がみられないので好ましくない。
について説明したが、ＰＮＰトランジスタの場合につい
ても本質的に同様である。また、上記説明においてはＧ
ａＡｓ、ＡｌＧａＡｓを用いた場合について説明してい
るが、他の格子整合または不整合系、例えば、ＩｎＧａ
Ａｓ、ＩｎＰ等を用いることもできる。また、上記にお
いては、直線状及び階段状の傾斜を有したヘテロ接合に
ついて説明したが、例えば、放物線状の傾斜のように直
線性の傾斜を有しないヘテロ接合を採用することもでき
る。しかし、これらは、エピタキシャル成長が複雑、困
難であり、エミッタ−ベース領域においてキャリア密度
の大きな減少がみられないので好ましくない。
【００１８】
【作用】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタに
よれば、エミッタ層の伝導帯においてポテンシャル・ウ
ェルが形成されず、電子が高速度でベースへ注入される
ため、エミッタ−ベース接合領域における電子密度が低
くなる。また、エミッタ−ベース接合領域におけるホー
ル密度は低い状態で維持される。これは、ベース層側の
遷移層とベース層との間の組成比による比較的小さな階
段により、接合部のオン電圧が低いためである。
よれば、エミッタ層の伝導帯においてポテンシャル・ウ
ェルが形成されず、電子が高速度でベースへ注入される
ため、エミッタ−ベース接合領域における電子密度が低
くなる。また、エミッタ−ベース接合領域におけるホー
ル密度は低い状態で維持される。これは、ベース層側の
遷移層とベース層との間の組成比による比較的小さな階
段により、接合部のオン電圧が低いためである。
【００１９】従って、エミッタ−ベース接合領域におけ
るキャリア、つまり電子及びホールの密度が低いため
に、ＳＨＲ再結合電流が低レベルに維持されることとな
る。
るキャリア、つまり電子及びホールの密度が低いため
に、ＳＨＲ再結合電流が低レベルに維持されることとな
る。
【００２０】
【実施例】この発明に係るヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの実施例を図面に基づいて説明する。図１に示し
たように、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは半絶縁
性のＧａＡｓ基板１上に、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ
層２、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層３、ｐ+ −ＧａＡｓベー
ス層４、ｎ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ遷移層５、ｎ−Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓエミッタ層６及びｎ+ −ＧａＡｓエミ
ッタコンタクト層７が順次形成されている。そして、オ
ーミック電極として、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ層２
上にコレクタ電極８、ｐ+ −ＧａＡｓベース層４上にベ
ース電極９及びｎ+ −ＧａＡｓエミッタコンタクト層７
上にエミッタ電極１０がそれぞれ形成されている。
ジスタの実施例を図面に基づいて説明する。図１に示し
たように、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは半絶縁
性のＧａＡｓ基板１上に、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ
層２、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層３、ｐ+ −ＧａＡｓベー
ス層４、ｎ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ遷移層５、ｎ−Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓエミッタ層６及びｎ+ −ＧａＡｓエミ
ッタコンタクト層７が順次形成されている。そして、オ
ーミック電極として、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ層２
上にコレクタ電極８、ｐ+ −ＧａＡｓベース層４上にベ
ース電極９及びｎ+ −ＧａＡｓエミッタコンタクト層７
上にエミッタ電極１０がそれぞれ形成されている。
【００２１】また、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ層２に
はＳｉが５×１０18ｃｍ-3でドーピングされ、約５００
０Åの膜厚で形成されている。ｎ- ＧａＡｓコレクタ層
３にはＳｉが５×１０16ｃｍ-3ドーピングされ、約５０
００Åの膜厚で形成されている。ｐ+ −ＧａＡｓベース
層４にはＣが４×１０19ｃｍ-3でドーピングされ、約７
００Åの膜厚で形成されている。ｎ−ＡｌX Ｇａ1-X Ａ
ｓ遷移層５はＳｉが５×１０17ｃｍ-3でドーピングさ
れ、ｐ+ −ＧａＡｓベース層４側からｎ+ −Ａｌ 0.3 Ｇ
ａ0.7 Ａｓエミッタ層６側にかけてＸが０．２から０．
３に直線的に変化しており、その膜厚は約２００Åであ
る。ｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓエミッタ層６にはＳｉ
が５×１０17ｃｍ-3でドーピングされ、約８００Åの膜
厚で形成されている。ｎ+ −ＧａＡｓエミッタコンタク
ト層７にはＳｉが５×１０18ｃｍ-3でドーピングされ、
約１０００Åの膜厚で形成されている。また、コレクタ
電極８及びエミッタ電極１０はＡｕＧｅ／Ｎｉで形成さ
れており、ベース電極９はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで形成され
ている。
はＳｉが５×１０18ｃｍ-3でドーピングされ、約５００
０Åの膜厚で形成されている。ｎ- ＧａＡｓコレクタ層
３にはＳｉが５×１０16ｃｍ-3ドーピングされ、約５０
００Åの膜厚で形成されている。ｐ+ −ＧａＡｓベース
層４にはＣが４×１０19ｃｍ-3でドーピングされ、約７
００Åの膜厚で形成されている。ｎ−ＡｌX Ｇａ1-X Ａ
ｓ遷移層５はＳｉが５×１０17ｃｍ-3でドーピングさ
れ、ｐ+ −ＧａＡｓベース層４側からｎ+ −Ａｌ 0.3 Ｇ
ａ0.7 Ａｓエミッタ層６側にかけてＸが０．２から０．
３に直線的に変化しており、その膜厚は約２００Åであ
る。ｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓエミッタ層６にはＳｉ
が５×１０17ｃｍ-3でドーピングされ、約８００Åの膜
厚で形成されている。ｎ+ −ＧａＡｓエミッタコンタク
ト層７にはＳｉが５×１０18ｃｍ-3でドーピングされ、
約１０００Åの膜厚で形成されている。また、コレクタ
電極８及びエミッタ電極１０はＡｕＧｅ／Ｎｉで形成さ
れており、ベース電極９はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで形成され
ている。
【００２２】次に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の製造方法を説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ基板
１上に、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ層２、ｎ−ＧａＡ
ｓコレクタ層３、ｐ+ −ＧａＡｓベース層４、ｎ−Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ遷移層５、ｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
エミッタ層６及びｎ+ −ＧａＡｓエミッタコンタクト層
７を順次積層するそして、ｎ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ遷移
層５、ｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓエミッタ層６及びｎ
+ −ＧａＡｓエミッタコンタクト層７をエッチングした
のち、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層３とｐ+ −ＧａＡｓベー
ス層４とをエッチングし、所望の形状に加工する。
の製造方法を説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ基板
１上に、ｎ+ −ＧａＡｓサブコレクタ層２、ｎ−ＧａＡ
ｓコレクタ層３、ｐ+ −ＧａＡｓベース層４、ｎ−Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ遷移層５、ｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
エミッタ層６及びｎ+ −ＧａＡｓエミッタコンタクト層
７を順次積層するそして、ｎ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ遷移
層５、ｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓエミッタ層６及びｎ
+ −ＧａＡｓエミッタコンタクト層７をエッチングした
のち、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層３とｐ+ −ＧａＡｓベー
ス層４とをエッチングし、所望の形状に加工する。
【００２３】次いで、コレクタ電極８及びエミッタ電極
１０としてＡｕＧｅ／Ｎｉ、ベース電極９としてＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ蒸着し、リフトオフ法により電極
に形成する。そして、最後にｎ+ −ＧａＡｓサブコレク
タ層２をエッチングしてバイポーラトランジスタを作製
する。このように構成されるヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタのエネルギーバンド図を図２に示す。
１０としてＡｕＧｅ／Ｎｉ、ベース電極９としてＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕをそれぞれ蒸着し、リフトオフ法により電極
に形成する。そして、最後にｎ+ −ＧａＡｓサブコレク
タ層２をエッチングしてバイポーラトランジスタを作製
する。このように構成されるヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタのエネルギーバンド図を図２に示す。
【００２４】また、上記ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの各層でのアルミニウムの組成変化を図３に示す。
図３において、遷移層のアルミニウムは、エミッタ層に
おける含有率と等しく、ベース層にかけて直線的に変化
しており、さらに遷移層とベース層との界面で不連続な
変化を有している。上記実施例のバイポーラトランジス
タと、図４に示した、従来の傾斜及び階段エミッタ−ベ
ース接合を有するバイポーラトランジスタとを用い、周
辺温度１７５℃、エミッタ−ベース接合部の温度２９５
℃、コレクタ電流密度ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2の条件
で、バイアス電圧を印加した場合の経時的な累積故障率
を調べた。その結果を表１に示す。なお、上記コレクタ
電流密度ＪC での電流利得ｈ FEが、初期値の±２０％以
上変動した場合をもって故障したとした。
スタの各層でのアルミニウムの組成変化を図３に示す。
図３において、遷移層のアルミニウムは、エミッタ層に
おける含有率と等しく、ベース層にかけて直線的に変化
しており、さらに遷移層とベース層との界面で不連続な
変化を有している。上記実施例のバイポーラトランジス
タと、図４に示した、従来の傾斜及び階段エミッタ−ベ
ース接合を有するバイポーラトランジスタとを用い、周
辺温度１７５℃、エミッタ−ベース接合部の温度２９５
℃、コレクタ電流密度ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2の条件
で、バイアス電圧を印加した場合の経時的な累積故障率
を調べた。その結果を表１に示す。なお、上記コレクタ
電流密度ＪC での電流利得ｈ FEが、初期値の±２０％以
上変動した場合をもって故障したとした。
【００２５】
【表１】 表１より明らかなように、本実施例のトランジスタは、
非常に高い信頼性を有している。また、上記実施例にお
いては、遷移層のベース側のＡｌ組成比Ｚを０．２とし
たが、エミッタ層をｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ、遷移
層のベース側のＡｌ組成比Ｚを０．０５〜０．２５まで
０．０５ごとに変化させたものをそれぞれ作製し、劣化
率とＺの関係を調べた。その結果を表２に示す。
非常に高い信頼性を有している。また、上記実施例にお
いては、遷移層のベース側のＡｌ組成比Ｚを０．２とし
たが、エミッタ層をｎ+ −Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ、遷移
層のベース側のＡｌ組成比Ｚを０．０５〜０．２５まで
０．０５ごとに変化させたものをそれぞれ作製し、劣化
率とＺの関係を調べた。その結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】 表２より明らかなように、遷移層のベース側のＡｌ組成
比Ｚが０．１≦Ｚ≦０．２５の範囲であれば、１０００
時間での累積劣化率が５０％以下であり、比較的高い信
頼性を有するものであることがわかった。さらに、エミ
ッタ層がｎ+ −Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ及びｎ+ −Ａｌ
0.35Ｇａ0. 65Ａｓのものそれぞれについて、上記と同様
に遷移層のベース側のＡｌ組成比Ｚを０．０５から０．
０５ごとに変化させたものを作製し、劣化率とＡｌの組
成比の関係を調べた。その結果、エミッタ層がｎ+ −Ａ
ｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓのものについては０．０５≦Ｚ≦
０．２の範囲、エミッタ層がｎ+ −Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａ
ｓのものについては０．１５≦Ｚ０．３≦の範囲で、１
０００時間後の累積劣化率が５０％以下になることがわ
かった。
比Ｚが０．１≦Ｚ≦０．２５の範囲であれば、１０００
時間での累積劣化率が５０％以下であり、比較的高い信
頼性を有するものであることがわかった。さらに、エミ
ッタ層がｎ+ −Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ及びｎ+ −Ａｌ
0.35Ｇａ0. 65Ａｓのものそれぞれについて、上記と同様
に遷移層のベース側のＡｌ組成比Ｚを０．０５から０．
０５ごとに変化させたものを作製し、劣化率とＡｌの組
成比の関係を調べた。その結果、エミッタ層がｎ+ −Ａ
ｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓのものについては０．０５≦Ｚ≦
０．２の範囲、エミッタ層がｎ+ −Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａ
ｓのものについては０．１５≦Ｚ０．３≦の範囲で、１
０００時間後の累積劣化率が５０％以下になることがわ
かった。
【００２７】
【発明の効果】本発明によるヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタによれば、少なくともコレクタ層、ベース層及
びエミッタ層を有し、前記コレクタ層、ベース層及びエ
ミッタ層にコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極
がそれぞれ形成され、前記ベース層と前記エミッタ層と
の間に遷移層が形成されたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタであって、エミッタ層と遷移層とがベース層を構
成する元素及び少なくとも１種の異種元素から構成さ
れ、遷移層におけるエミッタ側の前記異種元素の含有率
が前記エミッタ層の異種元素の含有率と等しく、ベース
層側の前記異種元素の含有率が前記エミッタ側の異種元
素の含有率よりも低いとともに、ベース層に対して不連
続的な組成変化を有しており、かつ遷移層が、前記ベー
ス層側から前記エミッタ層側にかけて、直線的又は段階
的な組成の傾斜を有して変化しているので、エミッタ−
ベース接合領域におけるキャリア密度を低減することに
より、ＳＨＲ再結合電流を低レベルに維持することがで
きる。
ンジスタによれば、少なくともコレクタ層、ベース層及
びエミッタ層を有し、前記コレクタ層、ベース層及びエ
ミッタ層にコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極
がそれぞれ形成され、前記ベース層と前記エミッタ層と
の間に遷移層が形成されたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタであって、エミッタ層と遷移層とがベース層を構
成する元素及び少なくとも１種の異種元素から構成さ
れ、遷移層におけるエミッタ側の前記異種元素の含有率
が前記エミッタ層の異種元素の含有率と等しく、ベース
層側の前記異種元素の含有率が前記エミッタ側の異種元
素の含有率よりも低いとともに、ベース層に対して不連
続的な組成変化を有しており、かつ遷移層が、前記ベー
ス層側から前記エミッタ層側にかけて、直線的又は段階
的な組成の傾斜を有して変化しているので、エミッタ−
ベース接合領域におけるキャリア密度を低減することに
より、ＳＨＲ再結合電流を低レベルに維持することがで
きる。
【００２８】従って、表面再結合を減少させることによ
り、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの信頼性を容易
に向上させることが可能となる。
り、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの信頼性を容易
に向上させることが可能となる。
【図１】本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジス
タの実施例を示す要部の概略断面図である。
タの実施例を示す要部の概略断面図である。
【図２】図１におけるヘテロ接合バイポーラトランジス
タのエネルギーバンド図である。
タのエネルギーバンド図である。
【図３】図１におけるヘテロ接合バイポーラトランジス
タの、各層での異種元素の含有率を示すグラフである。
タの、各層での異種元素の含有率を示すグラフである。
【図４】従来の直線又は階段ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの、各層での異種元素の含有率を示すグラフで
ある。
ンジスタの、各層での異種元素の含有率を示すグラフで
ある。
【図５】従来の階段ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
実施例を示す要部の概略断面図である。
実施例を示す要部の概略断面図である。
【図６】図３におけるヘテロ接合バイポーラトランジス
タのエネルギーバンド図である。
タのエネルギーバンド図である。
【図７】従来の傾斜ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
実施例を示す要部の概略断面図である。
実施例を示す要部の概略断面図である。
【図８】図５におけるヘテロ接合バイポーラトランジス
タのエネルギーバンド図である。
タのエネルギーバンド図である。
３ コレクタ層 ４ ベース層 ５ 遷移層 ６ エミッタ層 ８ コレクタ電極 ９ ベース電極 １０ エミッタ電極
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくともコレクタ層、ベース層及びエ
ミッタ層を有し、前記コレクタ層、ベース層及びエミッ
タ層にコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極がそ
れぞれ形成され、前記ベース層と前記エミッタ層との間
に遷移層が形成されたヘテロ接合バイポーラトランジス
タであって、エミッタ層と遷移層とがベース層を構成す
る元素及び少なくとも１種の異種元素から構成され、遷
移層におけるエミッタ側の前記異種元素の含有率が前記
エミッタ層の異種元素の含有率と等しく、ベース層側の
前記異種元素の含有率が前記エミッタ側の異種元素の含
有率よりも低いとともに、ベース層に対して不連続的な
組成変化を有しており、かつ遷移層が、前記ベース層側
から前記エミッタ層側にかけて、直線的又は段階的な組
成の傾斜を有して変化してい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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08076093A JP3299807B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| US08/224,650 US5508536A (en) | 1993-04-07 | 1994-04-07 | Heterojunction bipolar transistor having low electron and hole concentrations in the emitter-base junction region |
| EP94302456A EP0619613B1 (en) | 1993-04-07 | 1994-04-07 | A heterojunction bipolar transistor |
| DE69429127T DE69429127T2 (de) | 1993-04-07 | 1994-04-07 | Heteroübergang-Bipolartransistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08076093A JP3299807B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000182392A Division JP2001028373A (ja) | 2000-01-01 | 2000-06-19 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06295919A true JPH06295919A (ja) | 1994-10-21 |
| JP3299807B2 JP3299807B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=13727378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08076093A Expired - Fee Related JP3299807B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5508536A (ja) |
| EP (1) | EP0619613B1 (ja) |
| JP (1) | JP3299807B2 (ja) |
| DE (1) | DE69429127T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6462362B1 (en) | 1999-11-15 | 2002-10-08 | Nec Corporation | Heterojunction bipolar transistor having prevention layer between base and emitter |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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