JPH0671005B2 - バイポ−ラトランジスタ - Google Patents
バイポ−ラトランジスタInfo
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- JPH0671005B2 JPH0671005B2 JP28388785A JP28388785A JPH0671005B2 JP H0671005 B2 JPH0671005 B2 JP H0671005B2 JP 28388785 A JP28388785 A JP 28388785A JP 28388785 A JP28388785 A JP 28388785A JP H0671005 B2 JPH0671005 B2 JP H0671005B2
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- semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体ヘテロ接合界面を利用した、高速性及
び高周波性に優れた半導体装置に関するものである。
び高周波性に優れた半導体装置に関するものである。
(従来技術) ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、超高周波、超高
速素子として期待されてさかんに研究、開発が行なわれ
ている。このトランジスタの代表的な構造は第2図の断
面構造図に示すようにベースのp+層4表面及びエミッタ
・ベース接合部を露出させp+ベース電極3を形成したも
のである。第3図は素子動作時におけるエミッタ電極直
下のエネルギーバンド図を示している。ここでECは伝導
帯下端のエネルギー準位、EFはフェルミ準位、EVは価電
子帯上端のエネルギー準位を表わしている。第2図に示
したヘテロ接合トランジスタにおいてはエミッタ電極
(n型オーミック電極)1からベース層(p型の第2の
半導体層)4に注入される電子のほとんどがコレクタ電
極(n型オーミック電極)7に到達するのに対し、ベー
ス電極3からエミッタ層(n型の第1の半導体層)2に
注入される正孔9はベース層4に比べ大きなエネルギー
ギャップを有したエミッタ層2のため極めて少なくな
る。従って例えばエミッタ接地時の電流増幅率hFEは極
めて大きなものとなる。
速素子として期待されてさかんに研究、開発が行なわれ
ている。このトランジスタの代表的な構造は第2図の断
面構造図に示すようにベースのp+層4表面及びエミッタ
・ベース接合部を露出させp+ベース電極3を形成したも
のである。第3図は素子動作時におけるエミッタ電極直
下のエネルギーバンド図を示している。ここでECは伝導
帯下端のエネルギー準位、EFはフェルミ準位、EVは価電
子帯上端のエネルギー準位を表わしている。第2図に示
したヘテロ接合トランジスタにおいてはエミッタ電極
(n型オーミック電極)1からベース層(p型の第2の
半導体層)4に注入される電子のほとんどがコレクタ電
極(n型オーミック電極)7に到達するのに対し、ベー
ス電極3からエミッタ層(n型の第1の半導体層)2に
注入される正孔9はベース層4に比べ大きなエネルギー
ギャップを有したエミッタ層2のため極めて少なくな
る。従って例えばエミッタ接地時の電流増幅率hFEは極
めて大きなものとなる。
(発明が解決しようとする問題点) 第2図に示したヘテロ接合バイポーラトランジスタにお
いてベースのp+層及びベース・エミッタ接合部は表面に
露出している。このためその領域において表面準位11が
多く存在し、この準位11をかいして、ベース層内の少数
キャリアである電子は表面再結合により一部消失する。
エミッタサイズを小さくしていった場合この影響が大き
くなり電流増幅率は低下する(59年秋応用物理学会予稿
集15a-H-4、p530)。これを解決する一つの方法として
グレーティドベース構造を用いその内部電界により生成
再結合電流を減少させる試みがなされたが低電流領域で
はまだ十分とはいえない(第32回応用物理学関係連合講
演会講演予稿集1p-V-9、p583)。
いてベースのp+層及びベース・エミッタ接合部は表面に
露出している。このためその領域において表面準位11が
多く存在し、この準位11をかいして、ベース層内の少数
キャリアである電子は表面再結合により一部消失する。
エミッタサイズを小さくしていった場合この影響が大き
くなり電流増幅率は低下する(59年秋応用物理学会予稿
集15a-H-4、p530)。これを解決する一つの方法として
グレーティドベース構造を用いその内部電界により生成
再結合電流を減少させる試みがなされたが低電流領域で
はまだ十分とはいえない(第32回応用物理学関係連合講
演会講演予稿集1p-V-9、p583)。
本発明の目的はヘテロ接合バイポーラトランジスタにお
ける表面及び界面をかいする生成再結合電流を減少させ
素子の微細化、高性能化を可能にする素子構造を提供す
るものである。
ける表面及び界面をかいする生成再結合電流を減少させ
素子の微細化、高性能化を可能にする素子構造を提供す
るものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明によればnpn型のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタにおいてエミッタ・ベース接合露出表面およびエミ
ッタ層近傍のベース層表面にベースの半導体より電子親
和力とバンドギャップの和が大きい高抵抗あるいはp-の
半導体を形成することを特徴とするバイポーラトランジ
スタが得られる。
スタにおいてエミッタ・ベース接合露出表面およびエミ
ッタ層近傍のベース層表面にベースの半導体より電子親
和力とバンドギャップの和が大きい高抵抗あるいはp-の
半導体を形成することを特徴とするバイポーラトランジ
スタが得られる。
(作用) 以下第1図の断面構造を参照しつつ本発明の原理と特有
の作用効果を明らかにする。
の作用効果を明らかにする。
第1図において1はn型オーミック電極(エミッタ電
極)、2はp型の第2の半導体層4より電子親和力とエ
ネルギーギャップの和が大きいn型の第1の半導体層、
3はp型のオーミック電極(ベース電極)、4はp型の
第2の半導体層、5はn型の第3の半導体層、6はn型
の第4の半導体層、7はn型オーミック電極(コレクタ
電極)、10はp型の第2の半導体層4より電子親和力と
バンドギャップの和が大きい高抵抗あるいはp-の半導体
層である。第4図は従来構造(a)及び本発明の構造
(b)のp型の第2の半導体層4の表面付近のバンド図
である。電子と正孔が再結合する速度Vは、正孔と電子
の捕獲断面積をσ、キャリアの速度をVth、トラップ密
度をNt、正孔の濃度をp、電子の濃度をn、真性キャリ
ア濃度をniとすると(1)式で表わされる。
極)、2はp型の第2の半導体層4より電子親和力とエ
ネルギーギャップの和が大きいn型の第1の半導体層、
3はp型のオーミック電極(ベース電極)、4はp型の
第2の半導体層、5はn型の第3の半導体層、6はn型
の第4の半導体層、7はn型オーミック電極(コレクタ
電極)、10はp型の第2の半導体層4より電子親和力と
バンドギャップの和が大きい高抵抗あるいはp-の半導体
層である。第4図は従来構造(a)及び本発明の構造
(b)のp型の第2の半導体層4の表面付近のバンド図
である。電子と正孔が再結合する速度Vは、正孔と電子
の捕獲断面積をσ、キャリアの速度をVth、トラップ密
度をNt、正孔の濃度をp、電子の濃度をn、真性キャリ
ア濃度をniとすると(1)式で表わされる。
従来構造(a)ではp型半導体表面に存在する多くの表
面準位が再結合中心となりp型半導体中の正孔は、接合
部表面付近でn型半導体2から注入された電子と再結合
する。素子の微細化のためエミッタサイズを小さくして
いった場合この影響が大きくなり電流増幅率が低下す
る。本発明による(b)構造では、p型の第2の半導体
層に比べ、電子親和力とエネルギーギャップの和が大き
い高抵抗あるいはp-の半導体層10でp型の第2の半導体
層4の周辺をおおえば、両者のヘテロ接合界面に生じる
正孔に対する障壁により、正孔の半導体層10の表面への
拡散は大幅に減少する。このため表面準位をかいして再
結合する電流は大幅に減少し、エミッタサイズを小さく
しても電流増幅率は低下しない。このことから本発明に
より素子の微細化が可能となり高速性及び高周波特性に
優れた半導体装置が得られることが明らかである。
面準位が再結合中心となりp型半導体中の正孔は、接合
部表面付近でn型半導体2から注入された電子と再結合
する。素子の微細化のためエミッタサイズを小さくして
いった場合この影響が大きくなり電流増幅率が低下す
る。本発明による(b)構造では、p型の第2の半導体
層に比べ、電子親和力とエネルギーギャップの和が大き
い高抵抗あるいはp-の半導体層10でp型の第2の半導体
層4の周辺をおおえば、両者のヘテロ接合界面に生じる
正孔に対する障壁により、正孔の半導体層10の表面への
拡散は大幅に減少する。このため表面準位をかいして再
結合する電流は大幅に減少し、エミッタサイズを小さく
しても電流増幅率は低下しない。このことから本発明に
より素子の微細化が可能となり高速性及び高周波特性に
優れた半導体装置が得られることが明らかである。
(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。本実施例におけ
るヘテロ接合バイポーラの模式的構造断面図は第1図と
同様である。本実施例において6としてn+GaAs基板を、
5としてドナー不純物密度が5×1016cm-3、膜厚4000Å
のn型GaAs4としてアクセプタ不純物密度1×1019c
m-3、膜厚500ÅでAlの組成比xが5層との界面に向かっ
て0.3から0に変化するp型AlxGa1-xAs層、2としてド
ナー不純物密度が5×1017cm-3で膜厚2000Åのn型Al
0.3Ga0.7As層とAlの組成xがオーミック電極方向にむか
い0.3から0に変化する膜厚500Ån型AlxGa1-xAs層とド
ナー不純物密度5×1018cm-3膜厚3000Åのn型GaAsから
なる層、1および7としてAuGe/Niオーミック電極、3
としてAuZnによるp型オーミック電極、3としてAuZnに
よるp型オーミック電極を形成する。さらに10として不
純物密度1×1014cm-3、厚さ2000Åのp-ZnSeを形成し
た。本実施例において4のp型半導体層中で電子は内部
電界によって加速され半導体中を高速で通過するため正
孔との再結合確率は減少し、さらに表面はp型の第2の
半導体層4より電子親和力とバンドギャップの和が大き
いp-−ZnSe層でおおわれているためヘテロ界面に約1.24
eVの正孔に対する障壁ができ正孔は表面に拡散せず表面
準位を介した再結合電流を大きく減少できた。これによ
り素子を微細化しても電流増幅率は低下せず素子の微細
化、高性能化が可能となった。
るヘテロ接合バイポーラの模式的構造断面図は第1図と
同様である。本実施例において6としてn+GaAs基板を、
5としてドナー不純物密度が5×1016cm-3、膜厚4000Å
のn型GaAs4としてアクセプタ不純物密度1×1019c
m-3、膜厚500ÅでAlの組成比xが5層との界面に向かっ
て0.3から0に変化するp型AlxGa1-xAs層、2としてド
ナー不純物密度が5×1017cm-3で膜厚2000Åのn型Al
0.3Ga0.7As層とAlの組成xがオーミック電極方向にむか
い0.3から0に変化する膜厚500Ån型AlxGa1-xAs層とド
ナー不純物密度5×1018cm-3膜厚3000Åのn型GaAsから
なる層、1および7としてAuGe/Niオーミック電極、3
としてAuZnによるp型オーミック電極、3としてAuZnに
よるp型オーミック電極を形成する。さらに10として不
純物密度1×1014cm-3、厚さ2000Åのp-ZnSeを形成し
た。本実施例において4のp型半導体層中で電子は内部
電界によって加速され半導体中を高速で通過するため正
孔との再結合確率は減少し、さらに表面はp型の第2の
半導体層4より電子親和力とバンドギャップの和が大き
いp-−ZnSe層でおおわれているためヘテロ界面に約1.24
eVの正孔に対する障壁ができ正孔は表面に拡散せず表面
準位を介した再結合電流を大きく減少できた。これによ
り素子を微細化しても電流増幅率は低下せず素子の微細
化、高性能化が可能となった。
(発明の効果) 以上本発明によればヘテロ接合バイポーラトランジスタ
において素子の露出した接合周辺部にベース層の半導体
より電子親和力とバンド・ギャップの和が大きい高抵抗
あるいはp-の半導体層を形成することによりベース層表
面に正孔が拡散することを防ぎ表面準位をかいする再結
合電流をおさえることができる。このため素子の微細化
に伴なう電流増幅率の低下はなくなり素子の微細化、高
性能化が可能となった。
において素子の露出した接合周辺部にベース層の半導体
より電子親和力とバンド・ギャップの和が大きい高抵抗
あるいはp-の半導体層を形成することによりベース層表
面に正孔が拡散することを防ぎ表面準位をかいする再結
合電流をおさえることができる。このため素子の微細化
に伴なう電流増幅率の低下はなくなり素子の微細化、高
性能化が可能となった。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジス
タの断面構造図を示したものである。 第2図は従来構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の断面構造図を示したものである。 第3図は第2図においてエミッタ電極直下のエネルギー
バンド構造を示したものである。 第4図(a),(b)は各々従来構造および本発明にお
けるp型半導体層の露出表面付近のエネルギーバンド図
である。ここで 1:n型オーミック電極(エミッタ電極)、2:n型の第1の
半導体層、3:p型オーミック電極(ベース電極)、4:p型
の第2の半導体層、5:n型の第3の半導体層、6:n型の第
4の半導体層、7:n型オーミック電極(コレクタ電
極)、8:電子
タの断面構造図を示したものである。 第2図は従来構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の断面構造図を示したものである。 第3図は第2図においてエミッタ電極直下のエネルギー
バンド構造を示したものである。 第4図(a),(b)は各々従来構造および本発明にお
けるp型半導体層の露出表面付近のエネルギーバンド図
である。ここで 1:n型オーミック電極(エミッタ電極)、2:n型の第1の
半導体層、3:p型オーミック電極(ベース電極)、4:p型
の第2の半導体層、5:n型の第3の半導体層、6:n型の第
4の半導体層、7:n型オーミック電極(コレクタ電
極)、8:電子
Claims (1)
- 【請求項1】npn型のヘテロ接合バイポーラトランジス
タにおいて、エミッタ・ベース接合露出表面およびエミ
ッタ層近傍のベース層表面にベースの半導体より電子親
和力とバンドギャップの和が大きい高抵抗あるいはp-の
半導体層を形成することを特徴とするバイポーラトラン
ジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28388785A JPH0671005B2 (ja) | 1985-12-16 | 1985-12-16 | バイポ−ラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28388785A JPH0671005B2 (ja) | 1985-12-16 | 1985-12-16 | バイポ−ラトランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62141771A JPS62141771A (ja) | 1987-06-25 |
JPH0671005B2 true JPH0671005B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=17671460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28388785A Expired - Fee Related JPH0671005B2 (ja) | 1985-12-16 | 1985-12-16 | バイポ−ラトランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0671005B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2278727B (en) * | 1993-06-02 | 1997-04-09 | Nec Corp | Bipolar transistor circuit |
-
1985
- 1985-12-16 JP JP28388785A patent/JPH0671005B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62141771A (ja) | 1987-06-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |