JPH0637105A - 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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- JPH0637105A JPH0637105A JP13237293A JP13237293A JPH0637105A JP H0637105 A JPH0637105 A JP H0637105A JP 13237293 A JP13237293 A JP 13237293A JP 13237293 A JP13237293 A JP 13237293A JP H0637105 A JPH0637105 A JP H0637105A
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Abstract
増加を抑制し、電流増幅率の低下のないヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを提供する。 【構成】 半絶縁性GaAs基板S上にn型GaAsコ
レクタバッファ層1,アンドープGaAsコレクタ層
2,インジウム添加炭素ドープp型GaAsベース層1
3,n型Al0.3Ga0.7Asエミッタ層4およびn型I
nGaAsエミッタキャップ層5を順次エピタキシャル
成長する。これをメサ型に加工し、WSi/Wからなる
エミッタ電極6,Ti/Wからなるベース電極7および
AuGe/Niからなるコレクタ電極8を形成する。な
お、9は素子間分離層、10は絶縁膜である。
Description
トランジスタの元素構成に関し、特に非発光性電子・正
孔再結合によって誘起される特性劣化を防止する高信頼
ヘテロ接合バイポーラトランジスタに関するものであ
る。
ーラトランジスタの実用化を目指し、その特性劣化機構
および防止策について盛んに研究が行われている。図5
は、この種のAlGaAs系ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの構成を示す断面図である。同図において、S
は半絶縁性GaAs基板、1はn型GaAsコレクタバ
ッファ層、2はGaAsコレクタ層、3はp型GaAs
ベース層、4はn型Al0.3Ga0.7Asエミッタ層、5
はn型InGaAsエミッタキャップ層、6はエミッタ
電極、7はベース電極、8はコレクタ電極、9は素子間
分離層、10は絶縁膜である。
うに構成される従来のAlGaAs系ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタは、以下に説明するような問題があっ
た。第1の問題は、トランジスタ動作状態において、ベ
ース領域の不純元素ベリウムがエミッタ側に拡散するこ
とにより、図6に示すようにコレクタ電流が減少すると
ともに電流増幅率が減少する。
ベリリウムドープしたAlGaAsベース全層に5.5
%のインジウムを添加することにより、ベリリウムの拡
散が約1/3に抑えられると発表している(J.Vac.Sci.
Technol.8,1990,pp.154)。ここでのインジウム添加の
目的は、ベリリウムの拡散を抑制することであった。し
かし、現在は、このベース不純物元素の拡散の問題は、
不純物元素を拡散係数のより小さい炭素に変更すること
で解決することがわかっている。
Asベース層3としてベース不純物元素として拡散係数
の小さい炭素をドープしたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ構造においても、トランジスタ動作状態におい
て、図7に示すように時間の経過とともにベース電流が
徐々に増加し、電流増幅率が低下を招くというものであ
る。これに対しては、原因が明かでなく、また、その効
果的な対策方法がなかった。
を解決するためになされたものであり、その目的はトラ
ンジスタ動作時の経時的なベース電流の増加を抑制し、
電流増幅率の低下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にある。
において、ベース電流が増加するという現象は次のよう
に理解できる。例えばnpn型トランジスタの動作状態
では、電子がエミッタからベースに注入される。ベース
では、その不純物濃度および再結合中心密度に応じて電
子・正孔再結合が起こる。このうち、非発光性の再結合
は電子の持つエネルギーを格子振動として結晶に与え
る。この過激な格子振動により、結晶中にベース電流増
加の原因となる再結合中心(結晶欠陥・転位あるいは不
純物の偏析など)が徐々に導入されていく。さらにこの
増加した再結合中心が新たな再結合を生成し、ベース電
流が経時的に増加していく。したがってこれを解決する
方法として (1)初期の非発光性再結合中心密度を極力低く抑えるこ
と。 (2)例え非発光性再結合で過剰な格子振動が生じても、
これによって再結合中心が導入されにくい結晶にする。 ことが考えられる。
ランジスタを形成する場合にエネルギー禁制帯幅を決定
する構成元素および導電型を決定する不純物元素に加
え、構成元素と等電荷の元素を添加する。具体的には、
ヘテロ接合バイポーラトランジスタのベースにインジウ
ムまたはアンチモンを添加する。また、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタのエミッタにリン,インジウム,イ
ンジウムおよびリン,アンチモンまたはアンチモンおよ
びリンを添加する。また、ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタのコレクタにリン,インジウムまたはインジウム
およびリン,アンチモンまたはアンチモンおよびリンを
添加する。これらによりベースあるいはエミッタの格子
歪量を一定の範囲内に設定する。
とヘテロ接合バイポーラトランジスタの寿命との関係を
インジウムを添加した例を用いて説明する。図1は、図
5の炭素ドープp型GaAsベース層3にインジウムを
添加したインジウム添加炭素ドープp型GaAsベース
層13を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタの構
成を示す例である。この場合、図8に示すようにベース
格子歪み量Δa(%)=(aB −aC )/aC (ここで
aB はベースの格子定数、aC はコレクタの格子定数)
に応じて素子寿命が顕著に変化する。すなわち炭素を含
むベース層にインジウムを添加し、ベース層の格子歪み
量をコレクタ層の格子定数(ベース層に接している2つ
の層、つまりエミッタ層とコレクタ層との格子定数を比
較し、その小さい方)を基準として0<Δa/a<+8
×10-4の範囲を設定することにより、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの寿命を1桁以上向上させることが
できる。これをインジウムを添加しない従来のヘテロ接
合バイポーラトランジスタと比較すると、図9に示すよ
うに初期の電流増幅率が大きく、かつ経時的に電流増幅
率の低下がないヘテロ接合バイポーラトランジスタが得
られることになる。
格子歪みを所定の範囲内に設定することにより、GaA
s中の非発光性再結合中心密度が低減され、さらに非発
光性再結合が生じても再結合中心が導入されにくい結晶
になっていることを示している。この理由は、炭素ドー
プにより、(Al)GaAsベース層は格子が収縮する
方向に歪んでおり、この収縮歪みにより、結晶が劣化し
やすい状態になっている。これに対してGaおよびAs
よりも原子半径の大きいインジウムまたはアンチモンを
添加した場合、格子はむしろ膨張する方向に歪み、この
方が非発光性再結合によって生ずる過剰な格子振動に対
して結晶が安定になるためである。ベース層の格子定数
がエミッタ層の格子定数およびコレクタ層の格子定数か
ら所定の範囲内にあることも重要である。また、炭素ド
ープ(Al)GaAsベース層中の不純物水素濃度の低
減もヘテロ接合バイポーラトランジスタの寿命向上に有
効に働くと考えられる。
性について説明したが、非発光性再結合はエミッタ層で
も生じ得るので、エミッタ層に関しても同様に格子歪み
量の規定が重要となる。さらにコレクタ層の格子定数を
等電荷元素添加により変化させてベース層のコレクタ層
に対する格子歪み量を調節しても構わない。
説明する。 (実施例1)図1は、本発明によるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの一実施例による構成を示す断面図であ
り、AlGaAs/GaAsヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの炭素ドープGaAsベース層にインジウムを
添加した例である。同図において、半絶縁性GaAs基
板S上にn型GaAsコレクタバッファ層1,アンドー
プGaAsコレクタ層2,インジウム添加炭素ドープp
型GaAsベース層13,n型Al0.3Ga0.7Asエミ
ッタ層4およびn型InGaAsエミッタキャップ層5
を順次エピタキシャル成長する。これをメサ型に加工
し、WSi/Wからなるエミッタ電極6,Ti/Wから
なるベース電極7およびAuGe/Niからなるコレク
タ電極8を形成する。なお、9は素子間分離層、10は
絶縁膜である。
ース層の格子歪みが0<Δa/a<+8×10-4の範囲
となるように決められる。また、ベース層の格子定数
は、0<Δa/a<+8×10-4の範囲で徐々に変化さ
せても良い。
層にインジウムを添加した場合について説明したが、イ
ンジウムに代えてアンチモンを添加しても同様な効果が
得られる。
接合バイポーラトランジスタの他の実施例による構成を
示す断面図であり、AlGaAs/GaAsヘテロ接合
バイポーラトランジスタのベース領域をインジウム添加
炭素ドープGaAsと炭素ドープGaAsとの積層歪構
造とした例である。同図において、半絶縁性GaAs基
板S上にn型GaAsコレクタバッファ層1,アンドー
プGaAsコレクタ層2,インジウム添加炭素ドープI
nGaAs層と炭素ドープGaAs層との複数(n≧
1)積層構造からなる積層歪ベース層23,n型Al
0.3Ga0.7Asエミッタ層4およびn型InGaAsエ
ミッタキャップ層5を順次エピタキシャル成長する。こ
れをメサ型に加工し、WSi/Wからなるエミッタ電極
6,Ti/Wからなるベース電極7およびAuGe/N
iからなるコレクタ電極8を形成する。なお、9は素子
間分離層、10は絶縁膜である。
たが、AlGaAsベース層でも同様である。また、各
層の厚さは10nm以下で相互の格子定数差が1×10
-4から1×10-2であるように形成できる。さらに炭素
を変調ドープすることで歪量を変化させても良い。な
お、前述した実施例においては、インジウムを添加した
場合について説明したが、インジウムに代えてアンチモ
ンを添加しも同様な効果が得られる。
接合バイポーラトランジスタのさらに他の実施例による
構成を示す断面図であり、AlGaAs/GaAsヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタのAlGaAsエミッタ
層にリンを添加した例である。同図において、半絶縁性
GaAs基板S上にn型GaAsコレクタバッファ層
1,アンドープGaAsコレクタ層2,炭素ドープp型
GaAsベース層3,リン添加n型Al0.3Ga0.7As
エミッタ層14およびn型InGaAsエミッタキャッ
プ層5を順次エピタキシャル成長する。これをメサ型に
加工し、WSi/Wからなるエミッタ電極6,Ti/W
からなるベース電極7およびAuGe/Niからなるコ
レクタ電極8を形成する。なお、9は素子間分離層、1
0は絶縁膜である。
みを制御すべく、エミッタ層14のAl組成に応じて変
化させる。また、エミッタ層の格子定数はエミッタ領域
内で徐々に変化させても良い。
タ層にリンを添加した場合について説明したが、リンに
代えてインジウム,インジウムおよびリン,アンチモン
またはアンチモンおよびリンを添加して格子定数を所定
の範囲内に設定しても、同様の効果が得られる。
接合バイポーラトランジスタの他の実施例による構成を
示す断面図であり、AlGaAs/GaAsヘテロ接合
バイポーラトランジスタのGaAsコレクタ層にリンを
添加した例である。同図において、半絶縁性GaAs基
板S上にn型GaAsコレクタバッファ層1,リン添加
アンドープGaAsコレクタ層12,炭素ドープp型G
aAsベース層3,n型Al0.3 Ga0.7 Asエミッタ
層4およびn型InGaAsエミッタキャップ層5を順
次エピタキシャル成長する。これをメサ型に加工し、W
Si/Wからなるエミッタ電極6,Ti/Wからなるベ
ース電極7およびAuGe/Niからなるコレクタ電極
8を形成する。なお、9は素子間分離層、10は絶縁膜
である。
の格子歪みが0<Δa/a<+8×10-4の範囲となる
ように決められる。なお、前述した実施例においては、
コレクタ層にリンを添加した場合について説明したが、
リンに代えてインジウム,インジウムおよびリン,アン
チモンまたはアンチモンおよびリンを添加してベース層
のコレクタ層に対する格子歪みを所定の範囲内に設定し
ても良い。
経時的に電流増幅率の低下がないヘテロ接合バイポーラ
トランジスタを得ることができるという極めて優れた効
果を有する。
タの一実施例による構成を示す断面図である。
タの他の実施例による構成を示す断面図である。
タのさらに他の実施例による構成を示す断面図である。
タの他の実施例による構成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
性劣化現象を示す図である。
性劣化現象を示す図である。
子歪み量との関係を示す図である。
トランジスタの電流増幅率の経時変化を示す図である。
層 14 リン添加n型Al0.3Ga0.7Asエミッタ層 23 炭素ドープ(InGaAs/GaAs)n(≧
1)積層歪ベース層
Claims (3)
- 【請求項1】 エミッタ領域,ベース領域およびコレク
タ領域から構成され、前記ベース領域が炭素を含むGa
Asまたは炭素を含むAlGaAsから構成されている
ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、 前記ベース領域が構成原子と異なるIII族またはV族の原
子を含むことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ。 - 【請求項2】 エミッタ領域,ベース領域およびコレク
タ領域から構成され、前記エミッタ領域がAlGaAs
から構成されているヘテロ接合バイポーラトランジスタ
において、 前記エミッタ領域が構成原子と異なるIII族またはV族の
原子を含むことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ。 - 【請求項3】 エミッタ領域,ベース領域およびコレク
タ領域から構成され、前記コレクタ領域がGaAsまた
はAlGaAsから構成されているヘテロ接合バイポー
ラトランジスタにおいて、 前記コレクタ領域が構成原子と異なるIII族またはV族の
原子を含む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 (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13237293A JP3314183B2 (ja) | 1992-05-20 | 1993-05-12 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12773992 | 1992-05-20 | ||
JP4-127739 | 1992-05-20 | ||
JP13237293A JP3314183B2 (ja) | 1992-05-20 | 1993-05-12 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0637105A true JPH0637105A (ja) | 1994-02-10 |
JP3314183B2 JP3314183B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=26463622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13237293A Expired - Lifetime JP3314183B2 (ja) | 1992-05-20 | 1993-05-12 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3314183B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08107115A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-04-23 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US6765242B1 (en) * | 2000-04-11 | 2004-07-20 | Sandia Corporation | Npn double heterostructure bipolar transistor with ingaasn base region |
US7030462B2 (en) | 2002-10-30 | 2006-04-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Heterojunction bipolar transistor having specified lattice constants |
WO2014148194A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 株式会社村田製作所 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
-
1993
- 1993-05-12 JP JP13237293A patent/JP3314183B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08107115A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-04-23 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
US6765242B1 (en) * | 2000-04-11 | 2004-07-20 | Sandia Corporation | Npn double heterostructure bipolar transistor with ingaasn base region |
US7030462B2 (en) | 2002-10-30 | 2006-04-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Heterojunction bipolar transistor having specified lattice constants |
WO2014148194A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 株式会社村田製作所 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
US9397204B2 (en) | 2013-03-19 | 2016-07-19 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Heterojunction bipolar transistor with two base layers |
JPWO2014148194A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2017-02-16 | 株式会社村田製作所 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Also Published As
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---|---|
JP3314183B2 (ja) | 2002-08-12 |
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