JPH0669222A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法Info
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- JPH0669222A JPH0669222A JP4217641A JP21764192A JPH0669222A JP H0669222 A JPH0669222 A JP H0669222A JP 4217641 A JP4217641 A JP 4217641A JP 21764192 A JP21764192 A JP 21764192A JP H0669222 A JPH0669222 A JP H0669222A
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- 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
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- H01L29/73—Bipolar junction transistors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ベース層の内部電界を増大させた高性能ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタを実現する。 【構成】 ｎ型のＧａＡｓコレクタ層とｎ型のＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層とで挟まれたベース層をｐ型のＩｎＡｌ
ＧａＡｓで構成する。このベース層は、バンドギャップ
の傾斜と不純物の濃度勾配との相乗効果により大きな内
部電界が得られ、以て電子のベース走行時間が短縮され
るように、コレクタ層界面からエミッタ層界面にかけ
て、ＩｎＡｓの組成比を減少させるとともにｐ型不純物
としてのカーボンの濃度を増加させる。カーボンの所望
の濃度勾配が自動形成されるように、Ｇａ源としてトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）を用いた有機金属分子線エピ
タキシャル法（ＭＯＭＢＥ法）により、ＩｎＡｓの組成
比を制御しながらベース層を成膜する。
ロ接合バイポーラトランジスタを実現する。 【構成】 ｎ型のＧａＡｓコレクタ層とｎ型のＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層とで挟まれたベース層をｐ型のＩｎＡｌ
ＧａＡｓで構成する。このベース層は、バンドギャップ
の傾斜と不純物の濃度勾配との相乗効果により大きな内
部電界が得られ、以て電子のベース走行時間が短縮され
るように、コレクタ層界面からエミッタ層界面にかけ
て、ＩｎＡｓの組成比を減少させるとともにｐ型不純物
としてのカーボンの濃度を増加させる。カーボンの所望
の濃度勾配が自動形成されるように、Ｇａ源としてトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）を用いた有機金属分子線エピ
タキシャル法（ＭＯＭＢＥ法）により、ＩｎＡｓの組成
比を制御しながらベース層を成膜する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタとその製造方法に関するものである。
トランジスタとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ヘテロ接合バイポーラトランジス
タ（以下、ＨＢＴという。）は、超高速、超高周波デバ
イスとしてパワー用増幅器やデジタルＩＣ等への応用が
期待されている。
タ（以下、ＨＢＴという。）は、超高速、超高周波デバ
イスとしてパワー用増幅器やデジタルＩＣ等への応用が
期待されている。
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来のＨＢＴ
の一例について説明する。
の一例について説明する。
【０００４】図６は、従来の傾斜バンドギャップベース
を備えた単純メサ型ｎｐｎＨＢＴの断面構造図である。
図６において、２０は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２１はｎ
+ −ＧａＡｓコレクタコンタクト層（サブコレクタ
層）、２２はｎ−ＧａＡｓコレクタ層、２３は組成傾斜
ｐ+ −ＡｌＧａＡｓベース層、２４はｎ−ＡｌＧａＡｓ
エミッタ層、２５はｎ+ −ＧａＡｓエミッタキャップ
層、２６はエミッタ電極、２７はベース電極、２８はコ
レクタ電極である。
を備えた単純メサ型ｎｐｎＨＢＴの断面構造図である。
図６において、２０は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２１はｎ
+ −ＧａＡｓコレクタコンタクト層（サブコレクタ
層）、２２はｎ−ＧａＡｓコレクタ層、２３は組成傾斜
ｐ+ −ＡｌＧａＡｓベース層、２４はｎ−ＡｌＧａＡｓ
エミッタ層、２５はｎ+ −ＧａＡｓエミッタキャップ
層、２６はエミッタ電極、２７はベース電極、２８はコ
レクタ電極である。
【０００５】まず、以上のように構成されたＨＢＴの基
本動作について簡単に説明する。エミッタ層２４よりベ
ース層２３へ注入された電子は、一部がベース層２３内
で正孔と再結合してベース電流となり、その大部分はコ
レクタ層２２へ吸い込まれてコレクタ電流となる。ベー
ス電流を制御することによりコレクタ電流を変化させれ
ば、トランジスタ動作を実現できる。しかも、バンドギ
ャップの大きいＡｌＧａＡｓをエミッタ層２４に用いて
いるため、ベース層２３からエミッタ層２４への正孔の
逆注入が抑制される結果、エミッタ注入効率が高く、か
つ電流利得が大きくなる。また、ベース層２３のｐ型不
純物濃度を大きくしても高電流利得を維持できるので、
ベース抵抗を下げることができる。更に、電子の輸送特
性に優れるＧａＡｓをコレクタ層２２等の材料としてい
るので、コレクタ走行時間の短縮等、高速化に有利であ
る。また、ＦＥＴと比較して、しきい値はベース／エミ
ッタのバンドギャップでほぼ決まるため、その安定性が
良い。相互コンダクタンスが高く、微細化による特性変
動も比較的小さいため、集積化に有利である。
本動作について簡単に説明する。エミッタ層２４よりベ
ース層２３へ注入された電子は、一部がベース層２３内
で正孔と再結合してベース電流となり、その大部分はコ
レクタ層２２へ吸い込まれてコレクタ電流となる。ベー
ス電流を制御することによりコレクタ電流を変化させれ
ば、トランジスタ動作を実現できる。しかも、バンドギ
ャップの大きいＡｌＧａＡｓをエミッタ層２４に用いて
いるため、ベース層２３からエミッタ層２４への正孔の
逆注入が抑制される結果、エミッタ注入効率が高く、か
つ電流利得が大きくなる。また、ベース層２３のｐ型不
純物濃度を大きくしても高電流利得を維持できるので、
ベース抵抗を下げることができる。更に、電子の輸送特
性に優れるＧａＡｓをコレクタ層２２等の材料としてい
るので、コレクタ走行時間の短縮等、高速化に有利であ
る。また、ＦＥＴと比較して、しきい値はベース／エミ
ッタのバンドギャップでほぼ決まるため、その安定性が
良い。相互コンダクタンスが高く、微細化による特性変
動も比較的小さいため、集積化に有利である。
【０００６】特に図６に示すＨＢＴでは、ベース層２３
に組成傾斜を持たせることにより傾斜バンドギャップベ
ースを実現している。ＡｌＧａＡｓベース層２３の組成
傾斜の様子を図７に示す。
に組成傾斜を持たせることにより傾斜バンドギャップベ
ースを実現している。ＡｌＧａＡｓベース層２３の組成
傾斜の様子を図７に示す。
【０００７】図７のとおり、このＨＢＴは、ベース層２
３を構成するＡｌＧａＡｓのバンドギャップがコレクタ
層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加するよ
うに、該ベース層２３のＡｌＡｓの組成比をコレクタ層
界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加させたも
のである。具体的には、ＡｌＧａＡｓベース層２３は、
１００ｎｍの膜厚を有し、かつコレクタ層界面ではＡｌ
Ａｓの組成比が０（すなわちＧａＡｓ）であり、エミッ
タ層界面ではＡｌＡｓの組成比が０．１（すなわちＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）となっている。この傾斜バンドギャ
ップベース構造により、ベース層２３に約１２ｋＶ／ｃ
ｍの大きさの内部電界が生じる。この内部電界により電
子が加速されるので、ベース層２３中の電子速度が向上
する結果、電流利得が更に向上することが報告されてい
る（Ｈ．ＩＴＯ ｅｔ ａｌ：ＪＪＡＰ ２４ １９８
５）。ただし、同図に示すように、ベース層２３中のｐ
型不純物濃度は一様であって、約２×１０19ｃｍ-3とな
っている。
３を構成するＡｌＧａＡｓのバンドギャップがコレクタ
層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加するよ
うに、該ベース層２３のＡｌＡｓの組成比をコレクタ層
界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加させたも
のである。具体的には、ＡｌＧａＡｓベース層２３は、
１００ｎｍの膜厚を有し、かつコレクタ層界面ではＡｌ
Ａｓの組成比が０（すなわちＧａＡｓ）であり、エミッ
タ層界面ではＡｌＡｓの組成比が０．１（すなわちＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ）となっている。この傾斜バンドギャ
ップベース構造により、ベース層２３に約１２ｋＶ／ｃ
ｍの大きさの内部電界が生じる。この内部電界により電
子が加速されるので、ベース層２３中の電子速度が向上
する結果、電流利得が更に向上することが報告されてい
る（Ｈ．ＩＴＯ ｅｔ ａｌ：ＪＪＡＰ ２４ １９８
５）。ただし、同図に示すように、ベース層２３中のｐ
型不純物濃度は一様であって、約２×１０19ｃｍ-3とな
っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系のＨＢＴによれば、傾斜バンドギャップベース
構造による内部電界は、Γ−Ｌｖａｌｌｅｙ間の遷移が
起こる２０〜３０ｋＶ／ｃｍ程度までは増加させること
が可能である。しかしながら、ベース層の構成材として
ＡｌＧａＡｓを採用する限り該ベース層の内部電界を更
に大きくすることは困難である。ＡｌＧａＡｓベース層
のバンドギャップ傾斜を大きくすべく該ベース層のエミ
ッタ層界面におけるＡｌＡｓの組成比を０．２より大き
くすると、価電子帯のエミッタ・ベース間のエネルギー
障壁が低下してしまうため、ベース層からエミッタ層へ
の正孔の逆注入が発生しやすくなる結果、エミッタ注入
効率が低下する。このため、ベース層のエミッタ側にお
けるＡｌＡｓの組成比は、０．２以下に抑える必要があ
る。したがって、傾斜バンドギャップベース構造の採用
によるＡｌＧａＡｓベース層の内部電界の増加は、あま
り多くを望めない。
ａＡｓ系のＨＢＴによれば、傾斜バンドギャップベース
構造による内部電界は、Γ−Ｌｖａｌｌｅｙ間の遷移が
起こる２０〜３０ｋＶ／ｃｍ程度までは増加させること
が可能である。しかしながら、ベース層の構成材として
ＡｌＧａＡｓを採用する限り該ベース層の内部電界を更
に大きくすることは困難である。ＡｌＧａＡｓベース層
のバンドギャップ傾斜を大きくすべく該ベース層のエミ
ッタ層界面におけるＡｌＡｓの組成比を０．２より大き
くすると、価電子帯のエミッタ・ベース間のエネルギー
障壁が低下してしまうため、ベース層からエミッタ層へ
の正孔の逆注入が発生しやすくなる結果、エミッタ注入
効率が低下する。このため、ベース層のエミッタ側にお
けるＡｌＡｓの組成比は、０．２以下に抑える必要があ
る。したがって、傾斜バンドギャップベース構造の採用
によるＡｌＧａＡｓベース層の内部電界の増加は、あま
り多くを望めない。
【０００９】更に、ベース層をＧａＡｓで構成する場合
と比較してＡｌＧａＡｓでは、ベース抵抗が高くなり、
高周波特性の劣化等が生じる。ＡｌＧａＡｓベース層の
ｐ型不純物としてはＢｅ（ベリリウム）が通常用いられ
ており、ベース抵抗の低減を図るため高濃度のドーピン
グを行なうと、格子間のＢｅの拡散により高電流密度動
作時におけるコレクタ電流の経時変化や、表面再結合等
による電流利得の減少といった問題が生じる。また、Ａ
ｌＧａＡｓではＢｅの偏析が生じやすいことも知られて
いる。
と比較してＡｌＧａＡｓでは、ベース抵抗が高くなり、
高周波特性の劣化等が生じる。ＡｌＧａＡｓベース層の
ｐ型不純物としてはＢｅ（ベリリウム）が通常用いられ
ており、ベース抵抗の低減を図るため高濃度のドーピン
グを行なうと、格子間のＢｅの拡散により高電流密度動
作時におけるコレクタ電流の経時変化や、表面再結合等
による電流利得の減少といった問題が生じる。また、Ａ
ｌＧａＡｓではＢｅの偏析が生じやすいことも知られて
いる。
【００１０】本発明の目的は、ベース層の内部電界を増
大させ、ＨＢＴの高性能化を図ることにある。
大させ、ＨＢＴの高性能化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、傾斜バンドギャップベース構造を有す
るＨＢＴにおいて、ベース層中の不純物濃度にも勾配を
設けることとした。
め、本発明では、傾斜バンドギャップベース構造を有す
るＨＢＴにおいて、ベース層中の不純物濃度にも勾配を
設けることとした。
【００１２】具体的には、請求項１の発明は、ベース層
を構成する材料系のバンドギャップをコレクタ層界面か
らエミッタ層界面にかけて連続的に増加させ、かつ該ベ
ース層中のｐ型不純物濃度をコレクタ層界面からエミッ
タ層界面にかけて連続的に増加させてなる構成を採用し
たものである。
を構成する材料系のバンドギャップをコレクタ層界面か
らエミッタ層界面にかけて連続的に増加させ、かつ該ベ
ース層中のｐ型不純物濃度をコレクタ層界面からエミッ
タ層界面にかけて連続的に増加させてなる構成を採用し
たものである。
【００１３】請求項２の発明では、少なくともＩｎＡｓ
を含む混晶で前記ベース層を構成し、かつ該ベース層を
構成する混晶のバンドギャップがコレクタ層界面からエ
ミッタ層界面にかけて連続的に増加するように該ベース
層のＩｎＡｓの組成比をコレクタ層界面からエミッタ層
界面にかけて連続的に減少させることとした。
を含む混晶で前記ベース層を構成し、かつ該ベース層を
構成する混晶のバンドギャップがコレクタ層界面からエ
ミッタ層界面にかけて連続的に増加するように該ベース
層のＩｎＡｓの組成比をコレクタ層界面からエミッタ層
界面にかけて連続的に減少させることとした。
【００１４】請求項３の発明では、半絶縁性ＧａＡｓ基
板上において、ｐ型不純物としてカーボンを含みかつＩ
ｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）
1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層を構成
することとした。つまり、ベース層を構成するＩｎＡｌ
ＧａＡｓは、そのバンドギャップがコレクタ層界面から
エミッタ層界面にかけて連続的に増加するように、Ｉｎ
Ａｓの組成比ｘが例えばコレクタ層界面における０．１
からエミッタ層界面へ向けて次第に減少し、エミッタ層
界面では例えばｘ＝０（すなわちＧａＡｓ又はＡｌＧａ
Ａｓ）となるものである。しかも、該ベース層中のｐ型
不純物としてのカーボンの濃度には、コレクタ層界面か
らエミッタ層界面にかけて連続的に増加するように勾配
が設けられる。
板上において、ｐ型不純物としてカーボンを含みかつＩ
ｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）
1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層を構成
することとした。つまり、ベース層を構成するＩｎＡｌ
ＧａＡｓは、そのバンドギャップがコレクタ層界面から
エミッタ層界面にかけて連続的に増加するように、Ｉｎ
Ａｓの組成比ｘが例えばコレクタ層界面における０．１
からエミッタ層界面へ向けて次第に減少し、エミッタ層
界面では例えばｘ＝０（すなわちＧａＡｓ又はＡｌＧａ
Ａｓ）となるものである。しかも、該ベース層中のｐ型
不純物としてのカーボンの濃度には、コレクタ層界面か
らエミッタ層界面にかけて連続的に増加するように勾配
が設けられる。
【００１５】請求項４の発明では、半絶縁性ＩｎＰ基板
上において、ｐ型不純物としてカーボンとＢｅとを含み
かつＩｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ
1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層
を構成することとした。つまり、ベース層を構成するＩ
ｎＡｌＧａＡｓは、そのバンドギャップがコレクタ層界
面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加するよう
に、ＩｎＡｓの組成比ｘが例えばコレクタ層界面におけ
る０．６０からエミッタ層界面における０．５３まで連
続的に減少するものである。しかも、該ベース層中のｐ
型不純物濃度には、コレクタ層界面からエミッタ層界面
にかけて連続的に増加するように勾配が設けられる。
上において、ｐ型不純物としてカーボンとＢｅとを含み
かつＩｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ
1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層
を構成することとした。つまり、ベース層を構成するＩ
ｎＡｌＧａＡｓは、そのバンドギャップがコレクタ層界
面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加するよう
に、ＩｎＡｓの組成比ｘが例えばコレクタ層界面におけ
る０．６０からエミッタ層界面における０．５３まで連
続的に減少するものである。しかも、該ベース層中のｐ
型不純物濃度には、コレクタ層界面からエミッタ層界面
にかけて連続的に増加するように勾配が設けられる。
【００１６】上記不純物濃度勾配を備えた傾斜バンドギ
ャップベース構造のＨＢＴを効率良く製造するため、請
求項５の発明では、少なくともＩｎＡｓを含む混晶で構
成されたベース層の結晶成長にあたって、該ベース層へ
有機金属から生じるカーボンをｐ型不純物としてドーピ
ングするように有機金属分子線エピタキシャル法（以
下、ＭＯＭＢＥ法という。）を採用することとした。し
かも、ベース層を構成するＩｎＡｓを含んだ混晶のバン
ドギャップがコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけ
て連続的に増加するようにかつ該ベース層中のカーボン
濃度が自動的にコレクタ層界面からエミッタ層界面にか
けて連続的に増加するように、該ベース層のＩｎＡｓの
組成比をコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけて連
続的に減少させるものである。例えばＩｎＡｌＧａＡｓ
のＩｎＡｓ組成を変化させることによりｐ型不純物（カ
ーボン）の前記所望の濃度勾配が同時かつ自動的に形成
されることを利用したものである。
ャップベース構造のＨＢＴを効率良く製造するため、請
求項５の発明では、少なくともＩｎＡｓを含む混晶で構
成されたベース層の結晶成長にあたって、該ベース層へ
有機金属から生じるカーボンをｐ型不純物としてドーピ
ングするように有機金属分子線エピタキシャル法（以
下、ＭＯＭＢＥ法という。）を採用することとした。し
かも、ベース層を構成するＩｎＡｓを含んだ混晶のバン
ドギャップがコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけ
て連続的に増加するようにかつ該ベース層中のカーボン
濃度が自動的にコレクタ層界面からエミッタ層界面にか
けて連続的に増加するように、該ベース層のＩｎＡｓの
組成比をコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけて連
続的に減少させるものである。例えばＩｎＡｌＧａＡｓ
のＩｎＡｓ組成を変化させることによりｐ型不純物（カ
ーボン）の前記所望の濃度勾配が同時かつ自動的に形成
されることを利用したものである。
【００１７】
【作用】請求項１の発明によれば、コレクタ層界面から
エミッタ層界面にかけて増加するバンドギャップの傾斜
に起因したベース層の内部電界を増大させるように、該
ベース層中のｐ型不純物の濃度勾配が寄与する。つま
り、ベース層中のｐ型不純物濃度がコレクタ層界面から
エミッタ層界面にかけて連続的に増加していることか
ら、エミッタ層からコレクタ層に向かって電子を加速す
る方向の内部電界が更に発生するのである。これら２つ
の内部電界の相乗効果によりエミッタ層からベース層へ
注入された電子は加速され、ベース走行時間が短縮され
る。また、ベース電流中のドリフトによる電流成分の比
率が大きくなるため、電流利得の低下原因となるベース
層周辺での再結合成分が相対的に減少する。
エミッタ層界面にかけて増加するバンドギャップの傾斜
に起因したベース層の内部電界を増大させるように、該
ベース層中のｐ型不純物の濃度勾配が寄与する。つま
り、ベース層中のｐ型不純物濃度がコレクタ層界面から
エミッタ層界面にかけて連続的に増加していることか
ら、エミッタ層からコレクタ層に向かって電子を加速す
る方向の内部電界が更に発生するのである。これら２つ
の内部電界の相乗効果によりエミッタ層からベース層へ
注入された電子は加速され、ベース走行時間が短縮され
る。また、ベース電流中のドリフトによる電流成分の比
率が大きくなるため、電流利得の低下原因となるベース
層周辺での再結合成分が相対的に減少する。
【００１８】請求項２の発明によれば、ＩｎＡｓを含む
混晶例えばＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＧａＡｓにおけるＩ
ｎＡｓの組成比の制御を通じて、ＨＢＴの傾斜バンドギ
ャップベース構造が実現できる。請求項３の発明によれ
ば、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に作製されるＨＢＴにおい
てｐ型不純物としてカーボンを含みかつ傾斜バンドギャ
ップを備えたＩｎＡｌＧａＡｓベース層が、また請求項
４の発明によれば、半絶縁性ＩｎＰ基板上に作製される
ＨＢＴにおいてｐ型不純物としてカーボンとＢｅとを含
みかつ傾斜バンドギャップを備えたＩｎＡｌＧａＡｓベ
ース層が各々実現できる。いずれの場合もｐ型不純物の
濃度勾配によりベース層の内部電界を補っているので、
ＩｎＡｌＧａＡｓベース層の膜厚を小さくしかつそのＡ
ｌ組成を低く抑えても、該ベース層中に大きな内部電界
が得られる。つまり、エミッタ注入効率を低下させるこ
となくベース層に電界を加えることが可能となり、デバ
イス構造設計の自由度が拡大する。また、ベース層の構
成材であるＩｎx （ＡｌyＧａ1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ
＜１，０≦ｙ＜１）に組成傾斜を設けるにあたって、Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ（ｙ＝０）からＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ
（ｘ＝０）まで変化させることとすれば、より大きな内
部電界を得ることが可能となる。
混晶例えばＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＧａＡｓにおけるＩ
ｎＡｓの組成比の制御を通じて、ＨＢＴの傾斜バンドギ
ャップベース構造が実現できる。請求項３の発明によれ
ば、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に作製されるＨＢＴにおい
てｐ型不純物としてカーボンを含みかつ傾斜バンドギャ
ップを備えたＩｎＡｌＧａＡｓベース層が、また請求項
４の発明によれば、半絶縁性ＩｎＰ基板上に作製される
ＨＢＴにおいてｐ型不純物としてカーボンとＢｅとを含
みかつ傾斜バンドギャップを備えたＩｎＡｌＧａＡｓベ
ース層が各々実現できる。いずれの場合もｐ型不純物の
濃度勾配によりベース層の内部電界を補っているので、
ＩｎＡｌＧａＡｓベース層の膜厚を小さくしかつそのＡ
ｌ組成を低く抑えても、該ベース層中に大きな内部電界
が得られる。つまり、エミッタ注入効率を低下させるこ
となくベース層に電界を加えることが可能となり、デバ
イス構造設計の自由度が拡大する。また、ベース層の構
成材であるＩｎx （ＡｌyＧａ1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ
＜１，０≦ｙ＜１）に組成傾斜を設けるにあたって、Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ（ｙ＝０）からＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ
（ｘ＝０）まで変化させることとすれば、より大きな内
部電界を得ることが可能となる。
【００１９】さて、ＭＯＭＢＥ法によるＩｎＧａＡｓへ
の既知のカーボンドーピング特性を図５に示す（Ｓ．Ｎ
ＯＺＡＫＩ ｅｔ ａｌ：Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔ
ｒａｃｔ ＳＳＤＭ ｐ３５６−３５８、１９９１）。
有機金属の１つであるトリメチルガリウムＧａ（Ｃ
Ｈ3 ）3 （以下、ＴＭＧという。）から生じるカーボン
をＩｎＧａＡｓへドーピングするようにＭＯＭＢＥ法を
採用すれば、そのカーボンのドーピング量はＩｎＡｓの
組成比に依存することが示されている。この際、ＩｎＡ
ｓの組成比を０．６以下とすれば、ドーピングされたカ
ーボンはアクセプタとして振る舞う。しかも、ＩｎＡｓ
の組成比を０．６以下の範囲で減少させれば、ｐ型不純
物としてのカーボンのドーピング濃度は増加するのであ
る。したがって、請求項５の発明によれば、ＩｎＡｓを
含む混晶例えばＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＧａＡｓで構成
されたベース層の結晶成長にＭＯＭＢＥ法を採用するこ
とにより、ベース層のＩｎＡｓの組成比をコレクタ層界
面からエミッタ層界面にかけて連続的に減少させれば、
該ベース層中のカーボン濃度がコレクタ層界面からエミ
ッタ層界面にかけて連続的に増加することとなり、組成
傾斜により生じる内部電界を強調する方向の所望のカー
ボン濃度勾配が同時かつ自動的に形成される。これによ
り、所望の不純物濃度勾配を備えた傾斜バンドギャップ
ベース構造のＨＢＴを効率良く製造できる。
の既知のカーボンドーピング特性を図５に示す（Ｓ．Ｎ
ＯＺＡＫＩ ｅｔ ａｌ：Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔ
ｒａｃｔ ＳＳＤＭ ｐ３５６−３５８、１９９１）。
有機金属の１つであるトリメチルガリウムＧａ（Ｃ
Ｈ3 ）3 （以下、ＴＭＧという。）から生じるカーボン
をＩｎＧａＡｓへドーピングするようにＭＯＭＢＥ法を
採用すれば、そのカーボンのドーピング量はＩｎＡｓの
組成比に依存することが示されている。この際、ＩｎＡ
ｓの組成比を０．６以下とすれば、ドーピングされたカ
ーボンはアクセプタとして振る舞う。しかも、ＩｎＡｓ
の組成比を０．６以下の範囲で減少させれば、ｐ型不純
物としてのカーボンのドーピング濃度は増加するのであ
る。したがって、請求項５の発明によれば、ＩｎＡｓを
含む混晶例えばＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＧａＡｓで構成
されたベース層の結晶成長にＭＯＭＢＥ法を採用するこ
とにより、ベース層のＩｎＡｓの組成比をコレクタ層界
面からエミッタ層界面にかけて連続的に減少させれば、
該ベース層中のカーボン濃度がコレクタ層界面からエミ
ッタ層界面にかけて連続的に増加することとなり、組成
傾斜により生じる内部電界を強調する方向の所望のカー
ボン濃度勾配が同時かつ自動的に形成される。これによ
り、所望の不純物濃度勾配を備えた傾斜バンドギャップ
ベース構造のＨＢＴを効率良く製造できる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る２つのＨＢＴに
ついて、図面を参照しながら説明する。
ついて、図面を参照しながら説明する。
【００２１】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例に係るｎｐｎＨＢＴの断面構造図である。図１におい
て、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はｎ+ −ＧａＡｓコ
レクタコンタクト層、３はｎ−ＧａＡｓコレクタ層、４
は組成傾斜ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層、５はｎ−
ＡｌＧａＡｓエミッタ層、６はｎ+ −ＧａＡｓエミッタ
キャップ層、７はエミッタ電極、８はベース電極、９は
コレクタ電極である。
例に係るｎｐｎＨＢＴの断面構造図である。図１におい
て、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はｎ+ −ＧａＡｓコ
レクタコンタクト層、３はｎ−ＧａＡｓコレクタ層、４
は組成傾斜ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層、５はｎ−
ＡｌＧａＡｓエミッタ層、６はｎ+ −ＧａＡｓエミッタ
キャップ層、７はエミッタ電極、８はベース電極、９は
コレクタ電極である。
【００２２】ｎ型層であるコレクタコンタクト層２、コ
レクタ層３、エミッタ層５及びエミッタキャップ層６の
うち、サブコレクタ層としてのｎ+ −ＧａＡｓコレクタ
コンタクト層２は、ｎ型不純物としてのＳｉのドーピン
グ量が５×１０18ｃｍ-3であり、膜厚は５００ｎｍであ
る。ｎ−ＧａＡｓコレクタ層３は、Ｓｉドーピング量５
×１０16ｃｍ-3、膜厚４００ｎｍである。ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層５は、Ｓｉドーピング量５×１０16ｃｍ
-3、膜厚１００ｎｍ、ＡｌＡｓ組成０．３である。ｎ+
−ＧａＡｓエミッタキャップ層６は、Ｓｉドーピング量
５×１０18ｃｍ-3、膜厚１００ｎｍである。
レクタ層３、エミッタ層５及びエミッタキャップ層６の
うち、サブコレクタ層としてのｎ+ −ＧａＡｓコレクタ
コンタクト層２は、ｎ型不純物としてのＳｉのドーピン
グ量が５×１０18ｃｍ-3であり、膜厚は５００ｎｍであ
る。ｎ−ＧａＡｓコレクタ層３は、Ｓｉドーピング量５
×１０16ｃｍ-3、膜厚４００ｎｍである。ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層５は、Ｓｉドーピング量５×１０16ｃｍ
-3、膜厚１００ｎｍ、ＡｌＡｓ組成０．３である。ｎ+
−ＧａＡｓエミッタキャップ層６は、Ｓｉドーピング量
５×１０18ｃｍ-3、膜厚１００ｎｍである。
【００２３】ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層４のＩｎ
Ａｓの組成傾斜及びｐ型不純物の濃度勾配の様子を図２
に示す。このベース層４は、膜厚１００ｎｍのＩｎ
x （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜
１）で構成される。ただし、同図に示すように、ＩｎＡ
ｓの組成比ｘは、該ベース層４のバンドギャップがｎ−
ＧａＡｓコレクタ層３との界面からｎ−ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層５との界面にかけて連続的に増加するように、
コレクタ層界面における０．１からエミッタ層界面にお
ける０まで、ほぼ直線的に減少する。一方、図示はしな
いけれども、Ａｌ組成ｙは、ＩｎＡｓの組成傾斜による
該ベース層４のバンドギャップ傾斜を強調するように、
コレクタ層界面における０からエミッタ層界面における
０．１まで連続的に増加する。つまり、ベース層４の構
成材は、コレクタ層界面ではＩｎ0.1Ｇａ0.9 Ａｓであ
り、エミッタ層界面ではＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓである。
しかも、このベース層４中のｐ型不純物としてのカーボ
ンの濃度は、コレクタ層界面における５×１０19ｃｍ-3
からエミッタ層界面における３×１０20ｃｍ-3まで、ほ
ぼ直線的に増加する。
Ａｓの組成傾斜及びｐ型不純物の濃度勾配の様子を図２
に示す。このベース層４は、膜厚１００ｎｍのＩｎ
x （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜
１）で構成される。ただし、同図に示すように、ＩｎＡ
ｓの組成比ｘは、該ベース層４のバンドギャップがｎ−
ＧａＡｓコレクタ層３との界面からｎ−ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層５との界面にかけて連続的に増加するように、
コレクタ層界面における０．１からエミッタ層界面にお
ける０まで、ほぼ直線的に減少する。一方、図示はしな
いけれども、Ａｌ組成ｙは、ＩｎＡｓの組成傾斜による
該ベース層４のバンドギャップ傾斜を強調するように、
コレクタ層界面における０からエミッタ層界面における
０．１まで連続的に増加する。つまり、ベース層４の構
成材は、コレクタ層界面ではＩｎ0.1Ｇａ0.9 Ａｓであ
り、エミッタ層界面ではＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓである。
しかも、このベース層４中のｐ型不純物としてのカーボ
ンの濃度は、コレクタ層界面における５×１０19ｃｍ-3
からエミッタ層界面における３×１０20ｃｍ-3まで、ほ
ぼ直線的に増加する。
【００２４】以上のように構成された本実施例のＨＢＴ
によれば、傾斜バンドギャップベース構造を実現するよ
うにベース層４を構成するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）
1-x Ａｓの組成比ｘ，ｙの双方に傾斜を持たせたので、
バンドギャップの傾斜に起因したベース層４の内部電界
を大きくし得る。また、Ａｌ組成ｙの上限を０．１程度
とすることにより、エミッタ層５を構成するＡｌＧａＡ
ｓとの間の価電子帯のエネルギー障壁の低下を防止でき
る。しかも、バンドギャップの傾斜に起因したベース層
４の内部電界に、ｐ型不純物の濃度勾配により発生する
同方向の電界が重畳される。この結果、エミッタ層５か
らベース層４へ注入された電子は、該ベース層４の大き
な内部電界により加速され、ベース走行時間が短縮され
る。また、ＩｎＡｌＧａＡｓで構成されるベース層４に
よれば、ＡｌＧａＡｓの場合と比較してベース抵抗が低
減される。
によれば、傾斜バンドギャップベース構造を実現するよ
うにベース層４を構成するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）
1-x Ａｓの組成比ｘ，ｙの双方に傾斜を持たせたので、
バンドギャップの傾斜に起因したベース層４の内部電界
を大きくし得る。また、Ａｌ組成ｙの上限を０．１程度
とすることにより、エミッタ層５を構成するＡｌＧａＡ
ｓとの間の価電子帯のエネルギー障壁の低下を防止でき
る。しかも、バンドギャップの傾斜に起因したベース層
４の内部電界に、ｐ型不純物の濃度勾配により発生する
同方向の電界が重畳される。この結果、エミッタ層５か
らベース層４へ注入された電子は、該ベース層４の大き
な内部電界により加速され、ベース走行時間が短縮され
る。また、ＩｎＡｌＧａＡｓで構成されるベース層４に
よれば、ＡｌＧａＡｓの場合と比較してベース抵抗が低
減される。
【００２５】なお、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層４の膜厚
は、格子不整合による転位や欠陥を生じさせないための
臨界膜厚以下とする必要がある。この臨界膜厚は、Ｉｎ
Ａｓの組成比ｘにより決まる。Ｐｅｏｐｌｅ ａｎｄ
Ｂｅａｎｓのモデルによれば、ＩｎＧａＡｓ層の臨界膜
厚は、ＩｎＡｓ組成が０．１の場合は約２６０ｎｍであ
り、該組成が０．２の場合は約４８ｎｍである。電子デ
バイスの電気的特性の観点から見た臨界膜厚はこのモデ
ルに近いことから、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層４のＩｎ
Ａｓ組成ｘの上限値すなわちコレクタ層界面における値
は０．３以下が好ましい。ただし、本実施例のＩｎＡｌ
ＧａＡｓベース層４はコレクタ層界面でＩｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓとしているので、該ベース層４の膜厚を１００
ｎｍ以下とすれば問題ないと考えられる。なお、ＩｎＡ
ｌＧａＡｓベース層４のＡｌ組成ｙは一定であってもよ
い。
は、格子不整合による転位や欠陥を生じさせないための
臨界膜厚以下とする必要がある。この臨界膜厚は、Ｉｎ
Ａｓの組成比ｘにより決まる。Ｐｅｏｐｌｅ ａｎｄ
Ｂｅａｎｓのモデルによれば、ＩｎＧａＡｓ層の臨界膜
厚は、ＩｎＡｓ組成が０．１の場合は約２６０ｎｍであ
り、該組成が０．２の場合は約４８ｎｍである。電子デ
バイスの電気的特性の観点から見た臨界膜厚はこのモデ
ルに近いことから、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層４のＩｎ
Ａｓ組成ｘの上限値すなわちコレクタ層界面における値
は０．３以下が好ましい。ただし、本実施例のＩｎＡｌ
ＧａＡｓベース層４はコレクタ層界面でＩｎ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓとしているので、該ベース層４の膜厚を１００
ｎｍ以下とすれば問題ないと考えられる。なお、ＩｎＡ
ｌＧａＡｓベース層４のＡｌ組成ｙは一定であってもよ
い。
【００２６】さて、ベース層４へドーピングするｐ型不
純物として、カーボンに代えてＢｅ等を採用することも
できる。ただし、カーボンを採用する場合には、次のよ
うな好適な製造方法の適用が可能となる。すなわち、Ｇ
ａ源としてのＴＭＧから生じるカーボンをドーピング不
純物とするように本実施例のＩｎＡｌＧａＡｓベース層
４の成膜にＭＯＭＢＥ法を採用すれば、該ベース層４の
ＩｎＡｓの組成比を膜厚の増加とともに０．１から０ま
で変化させると、該ベース層４のカーボン濃度が５×１
０19ｃｍ-3から３×１０20ｃｍ-3まで自動的に変化する
のである。しかも、このカーボン濃度は、ベース層４の
キャリア濃度として十分な値である。なお、基板温度は
４５０℃付近が適当である。
純物として、カーボンに代えてＢｅ等を採用することも
できる。ただし、カーボンを採用する場合には、次のよ
うな好適な製造方法の適用が可能となる。すなわち、Ｇ
ａ源としてのＴＭＧから生じるカーボンをドーピング不
純物とするように本実施例のＩｎＡｌＧａＡｓベース層
４の成膜にＭＯＭＢＥ法を採用すれば、該ベース層４の
ＩｎＡｓの組成比を膜厚の増加とともに０．１から０ま
で変化させると、該ベース層４のカーボン濃度が５×１
０19ｃｍ-3から３×１０20ｃｍ-3まで自動的に変化する
のである。しかも、このカーボン濃度は、ベース層４の
キャリア濃度として十分な値である。なお、基板温度は
４５０℃付近が適当である。
【００２７】（実施例２）図３は、本発明の第２の実施
例に係るｎｐｎＨＢＴの断面構造図である。図３におい
て、１０は半絶縁性ＩｎＰ基板、１１はＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層、１２はｎ+ −ＩｎＧａＡｓコレクタコンタク
ト層、１３はｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層、１４は組成
傾斜ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層、１５はｎ−Ｉｎ
ＡｌＡｓエミッタ層、１６はｎ+ −ＩｎＧａＡｓエミッ
タキャップ層、１７はエミッタ電極、１８はベース電
極、１９はコレクタ電極である。
例に係るｎｐｎＨＢＴの断面構造図である。図３におい
て、１０は半絶縁性ＩｎＰ基板、１１はＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層、１２はｎ+ −ＩｎＧａＡｓコレクタコンタク
ト層、１３はｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層、１４は組成
傾斜ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層、１５はｎ−Ｉｎ
ＡｌＡｓエミッタ層、１６はｎ+ −ＩｎＧａＡｓエミッ
タキャップ層、１７はエミッタ電極、１８はベース電
極、１９はコレクタ電極である。
【００２８】このうちＩｎＡｌＡｓバッファ層１１は、
ノンドープであり、かつ膜厚３００ｎｍである。サブコ
レクタ層としてのｎ+ −ＩｎＧａＡｓコレクタコンタク
ト層１２は、ドーピング量１×１０19ｃｍ-3、膜厚５０
０ｎｍである。ｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層１３は、ア
ンドープであり、かつ膜厚５００ｎｍである。ｎ−Ｉｎ
ＡｌＡｓエミッタ層１５は、ドーピング量２×１０17ｃ
ｍ-3、膜厚１００ｎｍであり、ｎ+ −ＩｎＧａＡｓエミ
ッタキャップ層１６は、ドーピング量２×１０19ｃ
ｍ-3、膜厚１００ｎｍである。ただし、これらＩｎＡｌ
Ａｓ層やＩｎＧａＡｓ層のＩｎＡｓ組成比は、ＩｎＰ基
板１０に格子整合するように全て０．５３近傍の値とす
る。
ノンドープであり、かつ膜厚３００ｎｍである。サブコ
レクタ層としてのｎ+ −ＩｎＧａＡｓコレクタコンタク
ト層１２は、ドーピング量１×１０19ｃｍ-3、膜厚５０
０ｎｍである。ｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層１３は、ア
ンドープであり、かつ膜厚５００ｎｍである。ｎ−Ｉｎ
ＡｌＡｓエミッタ層１５は、ドーピング量２×１０17ｃ
ｍ-3、膜厚１００ｎｍであり、ｎ+ −ＩｎＧａＡｓエミ
ッタキャップ層１６は、ドーピング量２×１０19ｃ
ｍ-3、膜厚１００ｎｍである。ただし、これらＩｎＡｌ
Ａｓ層やＩｎＧａＡｓ層のＩｎＡｓ組成比は、ＩｎＰ基
板１０に格子整合するように全て０．５３近傍の値とす
る。
【００２９】ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層１４のＩ
ｎＡｓの組成傾斜及びｐ型不純物の濃度勾配の様子を図
４に示す。このベース層１４は、臨界膜厚を考慮して、
膜厚１００ｎｍのＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ａｓ
（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）で構成される。ただし、同
図に示すように、ＩｎＡｓの組成比ｘは、該ベース層１
４のバンドギャップがｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層１３
との界面からｎ−ＩｎＡｌＡｓエミッタ層１５との界面
にかけて連続的に増加するように、コレクタ層界面にお
ける０．６０からエミッタ層界面における０．５３ま
で、ほぼ直線的に減少する。Ａｌ組成ｙは、エミッタ層
界面で価電子帯のエネルギー障壁が十分大きくなるよう
設定されている。しかも、このベース層１４中の第１の
ｐ型不純物としてのカーボンの濃度は、ＭＯＭＢＥ法の
適用によりコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけて
連続的に増加しており、エミッタ層界面において約１×
１０18ｃｍ-3となっている。図５に示されているよう
に、ＩｎＰ基板との格子整合を考慮してＩｎＧａＡｓ中
のＩｎＡｓの組成比を０．５３付近に設定すると、ドー
パントとしてのカーボンが入りにくいのである。ＨＢＴ
を構成するベース層１４のｐ型不純物濃度として１×１
０18ｃｍ-3程度の値では不十分なので、本実施例ではこ
れを補うため、図４に示すように第２のｐ型不純物とし
てＢｅをドーピングしている。このベース層１４中のＢ
ｅ濃度も、コレクタ層界面における１×１０19ｃｍ-3か
らエミッタ層界面における２×１０19ｃｍ-3まで、ほぼ
直線的に増加している。カーボンとＢｅとの同時ドーピ
ングにより、自動形成されるカーボンの濃度勾配に加え
て更に濃度勾配に変化を付けた構造とするのである。
ｎＡｓの組成傾斜及びｐ型不純物の濃度勾配の様子を図
４に示す。このベース層１４は、臨界膜厚を考慮して、
膜厚１００ｎｍのＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ａｓ
（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）で構成される。ただし、同
図に示すように、ＩｎＡｓの組成比ｘは、該ベース層１
４のバンドギャップがｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層１３
との界面からｎ−ＩｎＡｌＡｓエミッタ層１５との界面
にかけて連続的に増加するように、コレクタ層界面にお
ける０．６０からエミッタ層界面における０．５３ま
で、ほぼ直線的に減少する。Ａｌ組成ｙは、エミッタ層
界面で価電子帯のエネルギー障壁が十分大きくなるよう
設定されている。しかも、このベース層１４中の第１の
ｐ型不純物としてのカーボンの濃度は、ＭＯＭＢＥ法の
適用によりコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけて
連続的に増加しており、エミッタ層界面において約１×
１０18ｃｍ-3となっている。図５に示されているよう
に、ＩｎＰ基板との格子整合を考慮してＩｎＧａＡｓ中
のＩｎＡｓの組成比を０．５３付近に設定すると、ドー
パントとしてのカーボンが入りにくいのである。ＨＢＴ
を構成するベース層１４のｐ型不純物濃度として１×１
０18ｃｍ-3程度の値では不十分なので、本実施例ではこ
れを補うため、図４に示すように第２のｐ型不純物とし
てＢｅをドーピングしている。このベース層１４中のＢ
ｅ濃度も、コレクタ層界面における１×１０19ｃｍ-3か
らエミッタ層界面における２×１０19ｃｍ-3まで、ほぼ
直線的に増加している。カーボンとＢｅとの同時ドーピ
ングにより、自動形成されるカーボンの濃度勾配に加え
て更に濃度勾配に変化を付けた構造とするのである。
【００３０】以上のように構成された本実施例のＨＢＴ
によれば、カーボンとＢｅとの双方のドーピングにより
ＨＢＴのベース層１４に必要なｐ型不純物濃度が得られ
るとともに、該ベース層１４のバンドギャップの傾斜と
ｐ型不純物の濃度勾配との相乗作用によりエミッタから
コレクタに向かって電子を加速する向きの大きな内部電
界がベース層１４に得られる。ただし、ベース層１４中
のＢｅ濃度は、１×１０19ｃｍ-3以上であれば均一でも
よい。
によれば、カーボンとＢｅとの双方のドーピングにより
ＨＢＴのベース層１４に必要なｐ型不純物濃度が得られ
るとともに、該ベース層１４のバンドギャップの傾斜と
ｐ型不純物の濃度勾配との相乗作用によりエミッタから
コレクタに向かって電子を加速する向きの大きな内部電
界がベース層１４に得られる。ただし、ベース層１４中
のＢｅ濃度は、１×１０19ｃｍ-3以上であれば均一でも
よい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明してきたとおり請求項１の発明
によれば、傾斜バンドギャップベース構造を有するＨＢ
Ｔにおいてベース層中の不純物濃度にも勾配を設けるこ
ととしたので、バンドギャップの傾斜により生じるベー
ス層の内部電界を不純物濃度の勾配が強調することとな
り、該ベース層の内部電界が増大する。これにより、電
子のベース走行時間が短縮され、高性能ＨＢＴを実現す
ることができる。
によれば、傾斜バンドギャップベース構造を有するＨＢ
Ｔにおいてベース層中の不純物濃度にも勾配を設けるこ
ととしたので、バンドギャップの傾斜により生じるベー
ス層の内部電界を不純物濃度の勾配が強調することとな
り、該ベース層の内部電界が増大する。これにより、電
子のベース走行時間が短縮され、高性能ＨＢＴを実現す
ることができる。
【００３２】請求項２の発明によれば、ＩｎＡｓを含む
混晶で構成されるベース層のＩｎＡｓの組成比をコレク
タ層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に減少させ
ることとしたので、該ＩｎＡｓの組成比の制御を通じて
ＨＢＴの傾斜バンドギャップベース構造を実現できる。
混晶で構成されるベース層のＩｎＡｓの組成比をコレク
タ層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に減少させ
ることとしたので、該ＩｎＡｓの組成比の制御を通じて
ＨＢＴの傾斜バンドギャップベース構造を実現できる。
【００３３】請求項３の発明によれば、半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板上においてｐ型不純物としてカーボンを含みかつ
ＩｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）
1-xＡｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でＨＢＴのベース
層を構成することとしたので、傾斜バンドギャップを備
えたＩｎＡｌＧａＡｓベース層を実現できる。しかも、
ｐ型不純物の濃度勾配によりベース層の内部電界を補っ
ているので、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層の膜厚を小さく
しかつそのＡｌ組成を低く抑えても、該ベース層中に大
きな内部電界が得られる。つまり、エミッタ注入効率を
低下させることなくベース層に電界を加えることが可能
となり、デバイス構造設計の自由度が拡大する。
ｓ基板上においてｐ型不純物としてカーボンを含みかつ
ＩｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）
1-xＡｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でＨＢＴのベース
層を構成することとしたので、傾斜バンドギャップを備
えたＩｎＡｌＧａＡｓベース層を実現できる。しかも、
ｐ型不純物の濃度勾配によりベース層の内部電界を補っ
ているので、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層の膜厚を小さく
しかつそのＡｌ組成を低く抑えても、該ベース層中に大
きな内部電界が得られる。つまり、エミッタ注入効率を
低下させることなくベース層に電界を加えることが可能
となり、デバイス構造設計の自由度が拡大する。
【００３４】請求項４の発明によれば、半絶縁性ＩｎＰ
基板上においてｐ型不純物としてカーボンとＢｅとを含
みかつＩｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ
1-y）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層
を構成することとしたので、傾斜バンドギャップを備え
たＩｎＡｌＧａＡｓベース層を実現できる。しかも、ｐ
型不純物の濃度勾配によりベース層の内部電界を補って
いるので、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層の膜厚を小さくし
かつそのＡｌ組成を低く抑えても、該ベース層中に大き
な内部電界が得られる。つまり、エミッタ注入効率を低
下させることなくベース層に電界を加えることが可能と
なり、デバイス構造設計の自由度が拡大する。また、ｐ
型不純物としてカーボンに加えてＢｅをドーピングする
こととしているので、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層中へカ
ーボンが入りにくい場合でもベース抵抗を低減できる。
基板上においてｐ型不純物としてカーボンとＢｅとを含
みかつＩｎＡｓの組成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ
1-y）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層
を構成することとしたので、傾斜バンドギャップを備え
たＩｎＡｌＧａＡｓベース層を実現できる。しかも、ｐ
型不純物の濃度勾配によりベース層の内部電界を補って
いるので、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層の膜厚を小さくし
かつそのＡｌ組成を低く抑えても、該ベース層中に大き
な内部電界が得られる。つまり、エミッタ注入効率を低
下させることなくベース層に電界を加えることが可能と
なり、デバイス構造設計の自由度が拡大する。また、ｐ
型不純物としてカーボンに加えてＢｅをドーピングする
こととしているので、ＩｎＡｌＧａＡｓベース層中へカ
ーボンが入りにくい場合でもベース抵抗を低減できる。
【００３５】請求項５の発明によれば、ＩｎＡｓを含む
混晶で構成されたベース層の結晶成長にＭＯＭＢＥ法を
採用することとしたので、ＩｎＡｓの組成傾斜により生
じるベース層の内部電界を強調する方向のカーボン濃度
勾配が同時かつ自動的に形成される結果、所望の不純物
濃度勾配を備えた傾斜バンドギャップベース構造のＨＢ
Ｔを効率良く製造できる。
混晶で構成されたベース層の結晶成長にＭＯＭＢＥ法を
採用することとしたので、ＩｎＡｓの組成傾斜により生
じるベース層の内部電界を強調する方向のカーボン濃度
勾配が同時かつ自動的に形成される結果、所望の不純物
濃度勾配を備えた傾斜バンドギャップベース構造のＨＢ
Ｔを効率良く製造できる。
【図１】本発明の第１の実施例に係るヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの断面構造図である。
ーラトランジスタの断面構造図である。
【図２】図１中のＩｎＡｌＧａＡｓベース層の構成図で
ある。
ある。
【図３】本発明の第２の実施例に係るヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの断面構造図である。
ーラトランジスタの断面構造図である。
【図４】図３中のＩｎＡｌＧａＡｓベース層の構成図で
ある。
ある。
【図５】有機金属分子線エピタキシャル法（ＭＯＭＢＥ
法）によるＩｎＧａＡｓへのカーボンドーピング特性を
示す図である。
法）によるＩｎＧａＡｓへのカーボンドーピング特性を
示す図である。
【図６】従来の傾斜バンドギャップベースを備えたヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの断面構造図である。
ロ接合バイポーラトランジスタの断面構造図である。
【図７】図６中のＡｌＧａＡｓベース層の構成図であ
る。
る。
１，２０ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ２，２１ ｎ+ −ＧａＡｓコレクタコンタクト層 ３，２２ ｎ−ＧａＡｓコレクタ層 ４ 組成傾斜ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層 ２３ 組成傾斜ｐ+ −ＡｌＧａＡｓベース層 ５，２４ ｎ−ＡｌＧａＡｓエミッタ層 ６，２５ ｎ+ −ＧａＡｓエミッタキャップ層 ７，２６ エミッタ電極 ８，２７ ベース電極 ９，２８ コレクタ電極 １０ 半絶縁性ＩｎＰ基板 １１ ＩｎＡｌＡｓバッファ層 １２ ｎ+ −ＩｎＧａＡｓコレクタコンタクト層 １３ ｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ層 １４ 組成傾斜ｐ+ −ＩｎＡｌＧａＡｓベース層 １５ ｎ−ＩｎＡｌＡｓエミッタ層 １６ ｎ+ −ＩｎＧａＡｓエミッタキャップ層 １７ エミッタ電極 １８ ベース電極 １９ コレクタ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 薫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 コレクタ層と、エミッタ層と、該両層に
挟まれたベース層とを半絶縁性基板上に備えたヘテロ接
合バイポーラトランジスタであって、 前記ベース層を構成する材料系のバンドギャップをコレ
クタ層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加さ
せ、かつ該ベース層中のｐ型不純物濃度をコレクタ層界
面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加させてなる
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】 少なくともＩｎＡｓを含む混晶でベース
層が構成され、かつ該ベース層を構成する混晶のバンド
ギャップがコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけて
連続的に増加するように該ベース層のＩｎＡｓの組成比
をコレクタ層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に
減少させてなることを特徴とする請求項１記載のヘテロ
接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項３】 半絶縁性基板がＧａＡｓで構成され、ｐ
型不純物としてカーボンを含みかつＩｎＡｓの組成傾斜
を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）1-x Ａｓ（０≦ｘ＜
１，０≦ｙ＜１）でベース層が構成されたことを特徴と
する請求項２記載のヘテロ接合バイポーラトランジス
タ。 - 【請求項４】 半絶縁性基板がＩｎＰで構成され、ｐ型
不純物としてカーボンとＢｅとを含みかつＩｎＡｓの組
成傾斜を有するＩｎx （Ａｌy Ｇａ1-y ）1- x Ａｓ（０
≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１）でベース層が構成されたことを
特徴とする請求項２記載のヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ。 - 【請求項５】 少なくともＩｎＡｓを含む混晶で構成さ
れたベース層の結晶成長にあたって、該ベース層へ有機
金属から生じるカーボンをｐ型不純物としてドーピング
するように有機金属分子線エピタキシャル法を採用し、 前記ベース層を構成する混晶のバンドギャップがコレク
タ層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加する
ようにかつ該ベース層中のカーボン濃度が自動的にコレ
クタ層界面からエミッタ層界面にかけて連続的に増加す
るように、該ベース層のＩｎＡｓの組成比をコレクタ層
界面からエミッタ層界面にかけて連続的に減少させるこ
とを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製
造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4217641A JPH0669222A (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法 |
| US08/101,685 US5371389A (en) | 1992-08-17 | 1993-08-04 | Heterojunction bipolar transistor with base layer having graded bandgap |
| US08/286,955 US5429957A (en) | 1992-08-17 | 1994-08-08 | Method of manufacturing an heterojunction bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4217641A JPH0669222A (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669222A true JPH0669222A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=16707447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4217641A Pending JPH0669222A (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5371389A (ja) |
| JP (1) | JPH0669222A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2016122734A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 日本電信電話株式会社 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6159816A (en) * | 1994-08-09 | 2000-12-12 | Triquint Semiconductor Texas, Inc. | Method of fabricating a bipolar transistor |
| JPH08162471A (ja) * | 1994-12-01 | 1996-06-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| JPH08181151A (ja) * | 1994-12-26 | 1996-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | バイポーラトランジスタ |
| US5631477A (en) * | 1995-06-02 | 1997-05-20 | Trw Inc. | Quaternary collector InAlAs-InGaAlAs heterojunction bipolar transistor |
| US5591666A (en) * | 1995-08-07 | 1997-01-07 | Motorola | Semiconductor device and method of fabrication |
| FR2780203B1 (fr) * | 1998-06-23 | 2003-07-04 | Thomson Csf | Detecteur a puits quantique avec couche de stockage des electrons photoexcites |
| JP2000068284A (ja) | 1998-08-19 | 2000-03-03 | Sharp Corp | ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法及びパワーアンプ |
| US7345327B2 (en) | 2000-11-27 | 2008-03-18 | Kopin Corporation | Bipolar transistor |
| WO2002043155A2 (en) | 2000-11-27 | 2002-05-30 | Kopin Corporation | Bipolar transistor with lattice matched base layer |
| US6847060B2 (en) * | 2000-11-27 | 2005-01-25 | Kopin Corporation | Bipolar transistor with graded base layer |
| US6800879B2 (en) * | 2001-01-08 | 2004-10-05 | Kopin Corporation | Method of preparing indium phosphide heterojunction bipolar transistors |
| CN1685090A (zh) * | 2002-09-20 | 2005-10-19 | 三菱化学株式会社 | Ⅲ－v化合物半导体晶体 |
| US7566948B2 (en) * | 2004-10-20 | 2009-07-28 | Kopin Corporation | Bipolar transistor with enhanced base transport |
| JP2006332257A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Sony Corp | ヘテロ接合半導体装置及びその製造方法 |
| JP5560519B2 (ja) * | 2006-04-11 | 2014-07-30 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US8575659B1 (en) * | 2011-08-13 | 2013-11-05 | Hrl Laboratories, Llc | Carbon-beryllium combinationally doped semiconductor |
| EP2866250B1 (en) * | 2012-06-20 | 2019-03-27 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Semiconductor device |
| US11456374B2 (en) * | 2013-03-15 | 2022-09-27 | Matthew H. Kim | Germanium-silicon-tin (GeSiSn) heterojunction bipolar transistor devices |
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|---|---|---|---|---|
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| US4518979A (en) * | 1982-06-30 | 1985-05-21 | International Business Machines Corporation | Semiconductor transistor with graded base and collector |
| JPS611051A (ja) * | 1984-06-13 | 1986-01-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体バイポ−ラ・トランジスタ |
| JPS6381977A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-12 | Toshiba Corp | ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ |
| DE68906239T2 (de) * | 1988-10-27 | 1993-08-12 | Fujitsu Ltd | Verfahren zur herstellung eines bipolartransistors mit heterouebergang. |
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-
1992
- 1992-08-17 JP JP4217641A patent/JPH0669222A/ja active Pending
-
1993
- 1993-08-04 US US08/101,685 patent/US5371389A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-08-08 US US08/286,955 patent/US5429957A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2016122734A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 日本電信電話株式会社 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5429957A (en) | 1995-07-04 |
| US5371389A (en) | 1994-12-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010116 |