JPH07120668B2 - 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
- Publication number
- JPH07120668B2 JPH07120668B2 JP63164114A JP16411488A JPH07120668B2 JP H07120668 B2 JPH07120668 B2 JP H07120668B2 JP 63164114 A JP63164114 A JP 63164114A JP 16411488 A JP16411488 A JP 16411488A JP H07120668 B2 JPH07120668 B2 JP H07120668B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- base
- base layer
- hbt
- Prior art date
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （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（以下、
HBTと略称する）に係り、特に高速動作可能なHBTに関す
る。
HBTと略称する）に係り、特に高速動作可能なHBTに関す
る。
（従来の技術） 従来用いられているHBTは、第６図に示すように、ｎ型G
aAsによって形成されたコレクタ層11、ｐ型GaAsによっ
て形成されたベース層12、及びｎ型AlGaAsによって形成
されたエミッタ層13を積層した構造を備えている。
aAsによって形成されたコレクタ層11、ｐ型GaAsによっ
て形成されたベース層12、及びｎ型AlGaAsによって形成
されたエミッタ層13を積層した構造を備えている。
（発明が解決しようとする課題） 第１図に示した構造のHBTにおける動作速度は、キャリ
アのベース走行時間τBによってほぼ決まる。ベース走
行時間τBは、ベース幅をWB、ベース中の少数キャリア
の拡散係数をＤとすると τB＝WB 2/2D …（１） で表わされる。また、拡散係数Ｄは、移動度をμとして で表わされる。ここでｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温
度、ｑは電子の電荷である。前記（２）式の関係を
（１）式に代入すると τB＝qWB 2/2kTμ …（３） の関係式が得られる。
アのベース走行時間τBによってほぼ決まる。ベース走
行時間τBは、ベース幅をWB、ベース中の少数キャリア
の拡散係数をＤとすると τB＝WB 2/2D …（１） で表わされる。また、拡散係数Ｄは、移動度をμとして で表わされる。ここでｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温
度、ｑは電子の電荷である。前記（２）式の関係を
（１）式に代入すると τB＝qWB 2/2kTμ …（３） の関係式が得られる。
（３）式からベース幅WB、及び温度Ｔが一定のとき、ベ
ース走行時間τBを小さくするためには移動度μを大き
くすればよいことが分る。つまり、HBTの動作速度を向
上させるには、移動度μを大きくする必要がある。
ース走行時間τBを小さくするためには移動度μを大き
くすればよいことが分る。つまり、HBTの動作速度を向
上させるには、移動度μを大きくする必要がある。
一方、従来のような構造のHBTではベース層はｐ型にド
ープされているために、電子がベース領域において不純
物による散乱を受けて、移動度μは制限され、動作速度
を大きくできないという問題点があった。
ープされているために、電子がベース領域において不純
物による散乱を受けて、移動度μは制限され、動作速度
を大きくできないという問題点があった。
そこで本発明は、ベース層内において、少数キャリアで
ある電子がｐ型不純物による散乱を受けないベース層構
造を提供することを課題とする。
ある電子がｐ型不純物による散乱を受けないベース層構
造を提供することを課題とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は、コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層を積
層した構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ
において、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記エ
ミッタ層のうち、少なくともベース層は、接合面に平行
な方向に周期性をもち、不純物をドープした第１の半導
体と、第１の半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の
半導体からなる超格子構造を備えていることを特徴とす
る。
層した構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ
において、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記エ
ミッタ層のうち、少なくともベース層は、接合面に平行
な方向に周期性をもち、不純物をドープした第１の半導
体と、第１の半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の
半導体からなる超格子構造を備えていることを特徴とす
る。
（作用） 本発明によれば、少数キャリアである電子が、ベース層
を走行するときに、高純度GaAs部分中、つまり量子井戸
の中を走行し、このため、電子は不純物による散乱を受
けることなく、高速でベース層を通過する。
を走行するときに、高純度GaAs部分中、つまり量子井戸
の中を走行し、このため、電子は不純物による散乱を受
けることなく、高速でベース層を通過する。
（実施例） 以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。第１図（ａ）に示した本発明の第１の実施例に係る
HBTは第６図に示した従来のHBTと同様に、ｎ型GaAsのコ
レクタ層11及びｎ型AlGaAsのエミッタ層13とを有し、コ
レクタ層11とエミッタ層13との間に配置されるベース層
12aの構成において第６図のHBTと異なっている。第１図
に示されたベース層12aはAlAs部分21と高純度GaAs部分2
2とによって構成された超格子構造を有している。ここ
で、AlAs21には、不純物がドープされており、ｐ型の導
電性を持つように構成されている。
る。第１図（ａ）に示した本発明の第１の実施例に係る
HBTは第６図に示した従来のHBTと同様に、ｎ型GaAsのコ
レクタ層11及びｎ型AlGaAsのエミッタ層13とを有し、コ
レクタ層11とエミッタ層13との間に配置されるベース層
12aの構成において第６図のHBTと異なっている。第１図
に示されたベース層12aはAlAs部分21と高純度GaAs部分2
2とによって構成された超格子構造を有している。ここ
で、AlAs21には、不純物がドープされており、ｐ型の導
電性を持つように構成されている。
第１図（ｂ）を参照すると、第１図（ａ）に示されたベ
ース層12aをＡ−Ｂ線に沿って断面した場合におけるエ
ネルギーバンドが示されており、図に示すように、伝導
帯C.B.、価電子帯V.B.において周期的量子井戸を形成し
ている。ｐ−AlAs部分21及び高純度GaAs部分22は非常に
薄く、電子は一つのGaAs部分から隣接するGaAs部分へ自
由に行き来できる。しかし電子は高純度GaAs部分22の伝
導帯C.B.の底より高いエネルギー準位（量子化された準
位）にしか存在できない。このことは、周期的量子井戸
のポテンシャルでは、伝導帯C.B.及び価電子帯V.B.にミ
ニバンド15,16が形成されることを意味している。この
ミニバンド15,16間のエネルギー差がベース層の実効的
バンドギャップＥｇとなる。バンドギャップＥｇはベー
ス層12aを形成するAlAs部分21及びGaAs部分22の組成比
及び周期を調節することにより変化させることができ
る。
ース層12aをＡ−Ｂ線に沿って断面した場合におけるエ
ネルギーバンドが示されており、図に示すように、伝導
帯C.B.、価電子帯V.B.において周期的量子井戸を形成し
ている。ｐ−AlAs部分21及び高純度GaAs部分22は非常に
薄く、電子は一つのGaAs部分から隣接するGaAs部分へ自
由に行き来できる。しかし電子は高純度GaAs部分22の伝
導帯C.B.の底より高いエネルギー準位（量子化された準
位）にしか存在できない。このことは、周期的量子井戸
のポテンシャルでは、伝導帯C.B.及び価電子帯V.B.にミ
ニバンド15,16が形成されることを意味している。この
ミニバンド15,16間のエネルギー差がベース層の実効的
バンドギャップＥｇとなる。バンドギャップＥｇはベー
ス層12aを形成するAlAs部分21及びGaAs部分22の組成比
及び周期を調節することにより変化させることができ
る。
前記実効的バンドギャップＥｇをエミッタ層13のバンド
ギャップより小さく設定すれば、第１図（ａ）に示した
構造でHBTとして動作させることができる。
ギャップより小さく設定すれば、第１図（ａ）に示した
構造でHBTとして動作させることができる。
ここで、第１図（ａ）に示した超格子構造は、例えば、
Appl.Phys.Lett.45（1984）620頁に示された方法で作製
することができる。具体的に云えば、第２図に示すよう
に、（001）面から［110］方向に１゜傾いたGaAs基板25
の上にコレクタ層11であるｎ−GaAs層をエピタキシャル
成長させる。基板を傾けたことを反映して、コレクタ層
11は［110］方向に一定間隔（160Å）の単原子層ステッ
プを持って成長し、したがって、コレクタ層11の表面は
［110］方向に一定間隔のステップを持つことになる。
このステップを利用して以下のようにして、超格子構造
を有するベース層12aを作製する。
Appl.Phys.Lett.45（1984）620頁に示された方法で作製
することができる。具体的に云えば、第２図に示すよう
に、（001）面から［110］方向に１゜傾いたGaAs基板25
の上にコレクタ層11であるｎ−GaAs層をエピタキシャル
成長させる。基板を傾けたことを反映して、コレクタ層
11は［110］方向に一定間隔（160Å）の単原子層ステッ
プを持って成長し、したがって、コレクタ層11の表面は
［110］方向に一定間隔のステップを持つことになる。
このステップを利用して以下のようにして、超格子構造
を有するベース層12aを作製する。
まず、コレクタ層11の上にｐ−AlAs部分21をステップが
［110］方向に80Åだけ前進するように、原子層成長さ
せる。次に、高純度GaAs部分22をステップがさらに80Å
前進するように原子層成長させる。以後、同様にして１
ステップづつｐ−AlAs部分21及び高純度GaAs部分22を交
互に成長させると、［110］方向に160Åの周期をもつGa
As/p−AlAs超格子構造を持つベース層12aを形成するこ
とができる。
［110］方向に80Åだけ前進するように、原子層成長さ
せる。次に、高純度GaAs部分22をステップがさらに80Å
前進するように原子層成長させる。以後、同様にして１
ステップづつｐ−AlAs部分21及び高純度GaAs部分22を交
互に成長させると、［110］方向に160Åの周期をもつGa
As/p−AlAs超格子構造を持つベース層12aを形成するこ
とができる。
第３図を参照すると、本発明の第２の実施例に係るHBT
はベース層12aだけでなく、コレクタ層11aをも超格子構
造を有している。図示されたコレクタ層11aはｎ型AlAs
部分31及び高純度GaAs部分32とによって構成されてお
り、これらｎ型AlAs部分31、高純度GaAs部分32はベース
層12aのｐ型AlAs部分21及び高純度GaAs部分22とそれぞ
れ連続している。このようなコレクタ層11aは第２図で
説明した方法で作製できる。このように、コレクタ層11
aをも超格子構造にすることにより、コレクタ走行時間
τCを短縮できる。
はベース層12aだけでなく、コレクタ層11aをも超格子構
造を有している。図示されたコレクタ層11aはｎ型AlAs
部分31及び高純度GaAs部分32とによって構成されてお
り、これらｎ型AlAs部分31、高純度GaAs部分32はベース
層12aのｐ型AlAs部分21及び高純度GaAs部分22とそれぞ
れ連続している。このようなコレクタ層11aは第２図で
説明した方法で作製できる。このように、コレクタ層11
aをも超格子構造にすることにより、コレクタ走行時間
τCを短縮できる。
第４図を参照すると、本発明の第３の実施例に係るHBT
は、ベース層12aだけでなく、エミッタ層13aをも超格子
構造としている。なお、本実施例では、第２の実施例と
同様にコレクタ層11aをも超格子構造とした。図示され
たエミッタ層13aはコレクタ層11aと同様にｎ−AlAs部分
41と高純度GaAs部分42によって形成されている。この場
合、エミッタ層13aの実効的バンドギャップは、ベース
層12aの実効的バンドギャップよりも大きくなければな
らないことを考慮して、エミッタ層13aでは、ｎ−AlAs
部分41の比率をベース層12aにおけるｐ−AlAs部分21の
比率に比較して大きくしてある。エミッタ層を超格子構
造とする事により、エミッタ抵抗を低減できる。
は、ベース層12aだけでなく、エミッタ層13aをも超格子
構造としている。なお、本実施例では、第２の実施例と
同様にコレクタ層11aをも超格子構造とした。図示され
たエミッタ層13aはコレクタ層11aと同様にｎ−AlAs部分
41と高純度GaAs部分42によって形成されている。この場
合、エミッタ層13aの実効的バンドギャップは、ベース
層12aの実効的バンドギャップよりも大きくなければな
らないことを考慮して、エミッタ層13aでは、ｎ−AlAs
部分41の比率をベース層12aにおけるｐ−AlAs部分21の
比率に比較して大きくしてある。エミッタ層を超格子構
造とする事により、エミッタ抵抗を低減できる。
なお、上記エミッタ層13aの成長方法もベース層12aの成
長方法と同様である。
長方法と同様である。
本発明のHBTにおいて、電極は第５図のように設けられ
る。これは、エッチングによって、コレクタ、ベース、
エミッタの各層の面出しを行い、次にその各表面に金属
を蒸着して電極を形成したものである。この様な構造に
すると、ベース電流が、超格子ベース層12aのGaAs/p−A
lAs界面に沿って流れるため、ベース寄生抵抗が小さ
い。
る。これは、エッチングによって、コレクタ、ベース、
エミッタの各層の面出しを行い、次にその各表面に金属
を蒸着して電極を形成したものである。この様な構造に
すると、ベース電流が、超格子ベース層12aのGaAs/p−A
lAs界面に沿って流れるため、ベース寄生抵抗が小さ
い。
（発明の効果） 以上に述べたように、本発明によれば、HBTの少なくと
もベース層を超格子構造とすることで、キャリアは、不
純物による散乱を受けることなくベース中を走行するの
で、従来にくらべて高速のHBTを構成できる。たとえ
ば、不純物を1018cm-3ドープした時に、一様にドープさ
れたGaAsでは、電子移動度μが3000cm2/V・Ｓなのに対
し、AlAsにのみドープしたGaAs/AlAs超格子構造では、6
000cm2/V・Ｓとなるので、ベース走行時間は従来の1/2
に短縮される。
もベース層を超格子構造とすることで、キャリアは、不
純物による散乱を受けることなくベース中を走行するの
で、従来にくらべて高速のHBTを構成できる。たとえ
ば、不純物を1018cm-3ドープした時に、一様にドープさ
れたGaAsでは、電子移動度μが3000cm2/V・Ｓなのに対
し、AlAsにのみドープしたGaAs/AlAs超格子構造では、6
000cm2/V・Ｓとなるので、ベース走行時間は従来の1/2
に短縮される。
実施例では、ｐ−AlAs及びGaAsによって超格子を構成す
る場合について述べたが、本発明は何等これに限定され
ることなく、他の半導体の組み合せによって超格子を構
成してもよい。
る場合について述べたが、本発明は何等これに限定され
ることなく、他の半導体の組み合せによって超格子を構
成してもよい。
第１図（ａ）は本発明の一実施例のHBTの結晶構造を示
す図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ｂ線に沿う断
面におけるエネルギーバンド図、第２図は本発明による
HBTの結晶成長方法を説明するための図、第３図，第４
図は本発明の他の実施例の結晶構造を示す図、第５図
は、電極を設けた本発明のHBTの斜視図、及び、第６図
は従来のHBTの結晶構造を示す図である。 11,11a…コレクタ層、12,12a…ベース層、13,13a…エミ
ッタ層、25…GaAs基板、16…価電子帯のミニバンド、21
…ｐ−AlAs部分、31,41…ｎ−AlAs部分、22,32,42…高
純度GaAs部分、61…コレクタ電極、62…ベース電極、63
…エミッタ電極。
す図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ｂ線に沿う断
面におけるエネルギーバンド図、第２図は本発明による
HBTの結晶成長方法を説明するための図、第３図，第４
図は本発明の他の実施例の結晶構造を示す図、第５図
は、電極を設けた本発明のHBTの斜視図、及び、第６図
は従来のHBTの結晶構造を示す図である。 11,11a…コレクタ層、12,12a…ベース層、13,13a…エミ
ッタ層、25…GaAs基板、16…価電子帯のミニバンド、21
…ｐ−AlAs部分、31,41…ｎ−AlAs部分、22,32,42…高
純度GaAs部分、61…コレクタ電極、62…ベース電極、63
…エミッタ電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73
Claims (3)
- 【請求項１】コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層を
積層した構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジス
タにおいて、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記
エミッタ層のうち、少なくともベース層は、接合面に平
行な方向に周期性をもち、不純物をドープした第１の半
導体と、第１の半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２
の半導体からなる超格子構造を備え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。 - 【請求項２】コレクタ層が、接合面に平行な方向に周期
性をもち、不純物をドープした第１の半導体と、第１の
半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の半導体からな
る超格子構造を備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項３】エミッタ層が、接合面に平行な方向に周期
性をもち、不純物をドープした第１の半導体と、第１の
半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の半導体からな
る超格子構造を備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164114A JPH07120668B2 (ja) | 1988-07-02 | 1988-07-02 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164114A JPH07120668B2 (ja) | 1988-07-02 | 1988-07-02 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215636A JPH0215636A (ja) | 1990-01-19 |
| JPH07120668B2 true JPH07120668B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=15787018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63164114A Expired - Lifetime JPH07120668B2 (ja) | 1988-07-02 | 1988-07-02 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120668B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06260493A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| GB2341974A (en) * | 1998-09-22 | 2000-03-29 | Secr Defence | Semiconductor device incorporating a superlattice structure |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137542A (en) * | 1977-04-20 | 1979-01-30 | International Business Machines Corporation | Semiconductor structure |
| JPH0685402B2 (ja) * | 1985-05-29 | 1994-10-26 | 三菱電機株式会社 | 半導体超格子素子 |
-
1988
- 1988-07-02 JP JP63164114A patent/JPH07120668B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0215636A (ja) | 1990-01-19 |
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