JPH077771B2 - バイポーラトランジスタ - Google Patents
バイポーラトランジスタInfo
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- JPH077771B2 JPH077771B2 JP63300716A JP30071688A JPH077771B2 JP H077771 B2 JPH077771 B2 JP H077771B2 JP 63300716 A JP63300716 A JP 63300716A JP 30071688 A JP30071688 A JP 30071688A JP H077771 B2 JPH077771 B2 JP H077771B2
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- semiconductor layer
- layer
- type semiconductor
- type
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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、バイポーラトランジスタに係り、特に高集積
化された高速動作バイポーラトランジスタに関するもの
である。
化された高速動作バイポーラトランジスタに関するもの
である。
［従来の技術］ バイポーラトランジスタの性能の向上を図るには、ベー
ス領域を薄く、且つ、エミッタ、ベース領域の不純物濃
度分布を急峻にすることが効果的である。しかし、通常
のイオン打ち込み技術や熱拡散工程による製造方法では
急峻な不純物分布が実現しにくいこと、又、たとえ急峻
な不純物分布が実現したとしても、今度は逆にトンネル
電流が流れ能動素子としての増幅機能を損う問題が生じ
る。
ス領域を薄く、且つ、エミッタ、ベース領域の不純物濃
度分布を急峻にすることが効果的である。しかし、通常
のイオン打ち込み技術や熱拡散工程による製造方法では
急峻な不純物分布が実現しにくいこと、又、たとえ急峻
な不純物分布が実現したとしても、今度は逆にトンネル
電流が流れ能動素子としての増幅機能を損う問題が生じ
る。
従来のバイポーラトランジスタは第２図に示すように連
続的で非急峻な不純物分布をもっている。エミッタ１か
らコレクタ４へキャリヤが大量に注入される大電流領域
では、ベース領域２の中の多数キャリヤがエミッタ側へ
逆注入される。この逆注入されたキャリヤはエミッタ領
域では少数キャリヤとなり、容量成分の増加をもたら
す。結果として高速動作を阻害する。このような動作に
ついては例えば、バイポーラトランジスタの動作を説明
した技術解説書『バイポーラトランジスタの動作理論』
（近代科学社）等に開示されている。
続的で非急峻な不純物分布をもっている。エミッタ１か
らコレクタ４へキャリヤが大量に注入される大電流領域
では、ベース領域２の中の多数キャリヤがエミッタ側へ
逆注入される。この逆注入されたキャリヤはエミッタ領
域では少数キャリヤとなり、容量成分の増加をもたら
す。結果として高速動作を阻害する。このような動作に
ついては例えば、バイポーラトランジスタの動作を説明
した技術解説書『バイポーラトランジスタの動作理論』
（近代科学社）等に開示されている。
［発明が解決しようとする課題］ バイポーラトランジスタにおけるベース領域中の多数キ
ャリヤのエミッタ側への逆注入は、エミッタ，ベースの
pn接合が順バイアスされることによって生ずるものであ
り、pn接合を順バイアスで動作させる半導体装置一般に
見られる現象である。
ャリヤのエミッタ側への逆注入は、エミッタ，ベースの
pn接合が順バイアスされることによって生ずるものであ
り、pn接合を順バイアスで動作させる半導体装置一般に
見られる現象である。
本発明はかかる逆注入電流を抑え、高周波領域において
も電流増幅率が低下せず、良好なバイポーラトランジス
タ動作を行えるようなバイポーラトランジスタを提供す
るものである。
も電流増幅率が低下せず、良好なバイポーラトランジス
タ動作を行えるようなバイポーラトランジスタを提供す
るものである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は、バイポーラトランジスタにおいて、高濃度
に不純物がドープされた第１導電型のエミッタおよびコ
レクタ領域と、高濃度に不純物がドープされた第２導電
型のベース領域を有し、上記ベース領域はその暑さが10
Å以上200Å以下の薄層であり、かつ、上記エミッタ領
域と上記ベース領域との間および上記コレクタ領域と上
記ベース領域との間に各々極低濃度不純物領域を有する
構造とすることにより達成される。
に不純物がドープされた第１導電型のエミッタおよびコ
レクタ領域と、高濃度に不純物がドープされた第２導電
型のベース領域を有し、上記ベース領域はその暑さが10
Å以上200Å以下の薄層であり、かつ、上記エミッタ領
域と上記ベース領域との間および上記コレクタ領域と上
記ベース領域との間に各々極低濃度不純物領域を有する
構造とすることにより達成される。
上記バイポーラトランジスタがシリコンを主体とした半
導体で構成される場合においては、上記高濃度に不純物
がドープされたエミッタ、コレクタおよびベース領域の
不純物濃度は１×1019cm-3以上であることが望ましく、
また、上記極低濃度不純物領域の不純物濃度は１×1014
cm-3以下であることが望ましい。
導体で構成される場合においては、上記高濃度に不純物
がドープされたエミッタ、コレクタおよびベース領域の
不純物濃度は１×1019cm-3以上であることが望ましく、
また、上記極低濃度不純物領域の不純物濃度は１×1014
cm-3以下であることが望ましい。
また上記バイポーラトランジスタを構成するための半導
体材料は上述のシリコンの如き単一の半導体材料でも良
いし、あるいはGaAs/AlGaAsの如きバンドギャップの異
なる２種以上の半導体材料であっても良い。例えばGaAs
/AlGaAsを用いる場合、好ましい不純物濃度は各々１×1
018cm-3以上、および１×1013cm-3以下程度と、シリコ
ンの場合より各々一桁低い濃度である。
体材料は上述のシリコンの如き単一の半導体材料でも良
いし、あるいはGaAs/AlGaAsの如きバンドギャップの異
なる２種以上の半導体材料であっても良い。例えばGaAs
/AlGaAsを用いる場合、好ましい不純物濃度は各々１×1
018cm-3以上、および１×1013cm-3以下程度と、シリコ
ンの場合より各々一桁低い濃度である。
さらに上述の構造を有する第１のバイポーラトランジス
タ部分と、上述の構造における各領域の導電型を逆にし
た第２のバイポーラトランジスタ部分とを有するような
相補型のバイポーラトランジスタを形成することもでき
る。
タ部分と、上述の構造における各領域の導電型を逆にし
た第２のバイポーラトランジスタ部分とを有するような
相補型のバイポーラトランジスタを形成することもでき
る。
尚、上記各高濃度に不純物がドープされた領域および上
記各極低濃度領域は、例えば分子線エピタキシャル法
（MBE法）によって形成することができる。
記各極低濃度領域は、例えば分子線エピタキシャル法
（MBE法）によって形成することができる。
［作用］ 上記の構造によれば、エミッタ，ベース，コレクタの各
高濃度不純物領域が、極低濃度不純物領域によって隔て
られる。これにより、エミッタ，ベース，コクレタの各
領域が他の上記各領域と対向する側の面は急峻な不純物
分布（濃度勾配）が形成されることになる。例えばベー
ス領域においては、エミッタ側，コクレタ側の両側に急
峻な不純物分布を有する極薄層として形成される。これ
によってベース領域キャリアのエミッタ領域への逆注入
が防止される。
高濃度不純物領域が、極低濃度不純物領域によって隔て
られる。これにより、エミッタ，ベース，コクレタの各
領域が他の上記各領域と対向する側の面は急峻な不純物
分布（濃度勾配）が形成されることになる。例えばベー
ス領域においては、エミッタ側，コクレタ側の両側に急
峻な不純物分布を有する極薄層として形成される。これ
によってベース領域キャリアのエミッタ領域への逆注入
が防止される。
また、各高濃度不純物領域間に極低濃度不純物領域が存
在することにより、電子・正孔分布の分離，逆注入抑止
に効果を増大させることができる。
在することにより、電子・正孔分布の分離，逆注入抑止
に効果を増大させることができる。
［実施例］ 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
第１図に示した半導体装置において、ｎ型不純物を１×
1020cm-3にドープしたｎ型（100）シリコン基板11（n+
層）（コレクタ領域となる）に対し、分子線エピタキシ
ャル法を用い不純物をほとんど含まない極低濃度不純物
Si層12（n-層）を300nm堆積させた後、ボロンがドープ
された厚さ20Å、濃度１×1020cm-3のp+型Si層13（ベー
ス領域となる）を形成する。続いて極低濃度不純物Si層
14（n-層）を300nmの厚さに堆積させた後、アンチモン
がドープされた厚さ50Å、濃度１×1020cm-3のn+型Si層
15（エミッタ領域となる）を形成する。極低濃度不純物
層12,14の濃度は共に１×1014cm-3とした。これによりn
+，n-，p+，n-，n+型の積層構造を有する半導体基体を
形成する。
1020cm-3にドープしたｎ型（100）シリコン基板11（n+
層）（コレクタ領域となる）に対し、分子線エピタキシ
ャル法を用い不純物をほとんど含まない極低濃度不純物
Si層12（n-層）を300nm堆積させた後、ボロンがドープ
された厚さ20Å、濃度１×1020cm-3のp+型Si層13（ベー
ス領域となる）を形成する。続いて極低濃度不純物Si層
14（n-層）を300nmの厚さに堆積させた後、アンチモン
がドープされた厚さ50Å、濃度１×1020cm-3のn+型Si層
15（エミッタ領域となる）を形成する。極低濃度不純物
層12,14の濃度は共に１×1014cm-3とした。これによりn
+，n-，p+，n-，n+型の積層構造を有する半導体基体を
形成する。
この場合、各高濃度不純物層と各極低濃度不純物層との
間の不純物分布（濃度勾配）はより急峻であることが好
ましく、例えばベース領域の場合、厚さが厚くダレた分
布では良好な特性を得られない。ベース領域の厚さに関
しては10〜200Åとする。また、各高濃度不純物領域の
濃度に関しては１×1019cm-3以上、極低濃度不純物領域
の濃度に関しては１×1014cm-3以下の範囲で効果が顕著
となることが分った。
間の不純物分布（濃度勾配）はより急峻であることが好
ましく、例えばベース領域の場合、厚さが厚くダレた分
布では良好な特性を得られない。ベース領域の厚さに関
しては10〜200Åとする。また、各高濃度不純物領域の
濃度に関しては１×1019cm-3以上、極低濃度不純物領域
の濃度に関しては１×1014cm-3以下の範囲で効果が顕著
となることが分った。
このようにして作られた半導体基体をもとに、n+層15を
エッチング除去した後、p+層への電気的接続を得る為
に、イオン打ち込み法によりp+領域17を形成し、金属電
極18蒸着により形成する。また、n+層15に対しては、直
接金属電極16を蒸着することにより、npn型バイポーラ
トランジスタを製造することができる。
エッチング除去した後、p+層への電気的接続を得る為
に、イオン打ち込み法によりp+領域17を形成し、金属電
極18蒸着により形成する。また、n+層15に対しては、直
接金属電極16を蒸着することにより、npn型バイポーラ
トランジスタを製造することができる。
上記本発明のバイポーラトランジスタの不純物分布を第
３図に示す。第２図の従来例との比較から明らかなよう
に、本発明のバイポーラトランジスタは急峻かつ悲連続
な濃度分布を有している。
３図に示す。第２図の従来例との比較から明らかなよう
に、本発明のバイポーラトランジスタは急峻かつ悲連続
な濃度分布を有している。
Siバイポーラトランジスタの遮断周波数はこれまで最大
40GHzと見込れていたが、本技術によれば約1.5倍の60GH
zを達成できる。
40GHzと見込れていたが、本技術によれば約1.5倍の60GH
zを達成できる。
次にガリウム・ヒ素半導体装置についても本発明の有効
性を示す。第４図はn+型ガリウム・ヒ素基板（１×1018
cm-3）21の上に分子線エピタキシャル法により極低濃度
不純物（n-型）ガリウム・ヒ素層22,p+型ガリウム・ヒ
素層（１×1018cm-3,100Å厚）23を成長させた後、極低
濃度不純物（n-型）ガリウム・アルミニウム・ヒ素層24
を成長させ、n+型ガリウム・ヒ素層（１×1018cm-3,200
Å厚）25を形成することによって作られたnpn型化合物
半導体基体を示している。極低濃度不純物層22,24は、
共に厚さ500Å，濃度１×1013cm-3とした。
性を示す。第４図はn+型ガリウム・ヒ素基板（１×1018
cm-3）21の上に分子線エピタキシャル法により極低濃度
不純物（n-型）ガリウム・ヒ素層22,p+型ガリウム・ヒ
素層（１×1018cm-3,100Å厚）23を成長させた後、極低
濃度不純物（n-型）ガリウム・アルミニウム・ヒ素層24
を成長させ、n+型ガリウム・ヒ素層（１×1018cm-3,200
Å厚）25を形成することによって作られたnpn型化合物
半導体基体を示している。極低濃度不純物層22,24は、
共に厚さ500Å，濃度１×1013cm-3とした。
このようにして作られた半導体基体をもとに、n+層25を
エッチング除去した後、p+層への電気的接続を得る為
に、イオン打ち込み法によりp+領域27を形成し、金属電
極28を蒸着により形成する。また、n+層25に対しては、
直接金属電極26を蒸着することにより、npn型ヘテロ接
合バイポーラトランジスタを製造することができる。ガ
リウム・ヒ素ヘテロ接合バイポーラトランジスタの遮断
周波数は、本技術によれば90GHzを達成できる。
エッチング除去した後、p+層への電気的接続を得る為
に、イオン打ち込み法によりp+領域27を形成し、金属電
極28を蒸着により形成する。また、n+層25に対しては、
直接金属電極26を蒸着することにより、npn型ヘテロ接
合バイポーラトランジスタを製造することができる。ガ
リウム・ヒ素ヘテロ接合バイポーラトランジスタの遮断
周波数は、本技術によれば90GHzを達成できる。
次に、本発明を相補型半導体装置へ応用した例を示す。
第５図に示す構造は、第１図に示したnpn型バイポーラ
トランジスタと同様の工程にてn+型Si層15まで形成した
後、その上部に上記npn型バイポーラトランジスタと逆
の導電型であって各部の厚さが同一の積層構造35ないし
31を形成し、この部分をpnp型バイポーラトランジスタ
とするものである。尚、上記pnp型バイポーラトランジ
スタの層35は上記npn型バイポーラトランジスタの層15
に、以下34は14に、33は13に、32は12に対応する層であ
り、対応関係にある層は同一の厚さと同一の不純物濃度
（ただし互いに反対導電型）にて形成した。ただし層31
については厚さ100Å、濃度１×1020cm-3のp+層とし
た。また、36はｎ型高濃度領域、38はｐ型高濃度領域、
37および39は電極を示す。
第５図に示す構造は、第１図に示したnpn型バイポーラ
トランジスタと同様の工程にてn+型Si層15まで形成した
後、その上部に上記npn型バイポーラトランジスタと逆
の導電型であって各部の厚さが同一の積層構造35ないし
31を形成し、この部分をpnp型バイポーラトランジスタ
とするものである。尚、上記pnp型バイポーラトランジ
スタの層35は上記npn型バイポーラトランジスタの層15
に、以下34は14に、33は13に、32は12に対応する層であ
り、対応関係にある層は同一の厚さと同一の不純物濃度
（ただし互いに反対導電型）にて形成した。ただし層31
については厚さ100Å、濃度１×1020cm-3のp+層とし
た。また、36はｎ型高濃度領域、38はｐ型高濃度領域、
37および39は電極を示す。
以上のようにして、表面より深さ方向へpnp型バイポー
ラトランジスタとnpn型バイポーラトランジスタを積層
した相補型のバイポーラトランジスタを形成することが
できる。第６図はその時の等価回路を示したものであ
る。相補型半導体装置においても本発明の効果であると
ころの特性の改善を達成できる。
ラトランジスタとnpn型バイポーラトランジスタを積層
した相補型のバイポーラトランジスタを形成することが
できる。第６図はその時の等価回路を示したものであ
る。相補型半導体装置においても本発明の効果であると
ころの特性の改善を達成できる。
［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、大電流領域までエミ
ッタ領域へのキャリアの逆注入を阻止でき、高周波領域
においても良好なトランジスタ特性を示す半導体装置を
実現できる。このように本発明は半導体装置の高性能化
を実現するにきわめて有効である。
ッタ領域へのキャリアの逆注入を阻止でき、高周波領域
においても良好なトランジスタ特性を示す半導体装置を
実現できる。このように本発明は半導体装置の高性能化
を実現するにきわめて有効である。
第１図は本発明の第１の実施例のバイポーラトランジス
タの構造を示す断面図、第２図は従来のバイポーラトラ
ンジスタの濃度分布を示す図、第３図は本発明のバイポ
ーラトランジスタの濃度分布を示す図、第４図は本発明
の第２の実施例のバイポーラトランジスタの構造を示す
断面図、第５図は本発明の第３の実施例の相補型のバイ
ポーラトランジスタの構造を示す断面図、第６図は第５
図の相補型のバイポーラトランジスタの等価回路図であ
る。 １…エミッタ領域、２…ベース領域、３…コレクタ領
域、４…低濃度コレクタ領域、5,6…極低濃度不純物領
域、11…n+Si基板、15,33…n+高濃度不純物層、13,31,3
5…p+高濃度不純物層、12,14,32,34…極低濃度不純物
層。
タの構造を示す断面図、第２図は従来のバイポーラトラ
ンジスタの濃度分布を示す図、第３図は本発明のバイポ
ーラトランジスタの濃度分布を示す図、第４図は本発明
の第２の実施例のバイポーラトランジスタの構造を示す
断面図、第５図は本発明の第３の実施例の相補型のバイ
ポーラトランジスタの構造を示す断面図、第６図は第５
図の相補型のバイポーラトランジスタの等価回路図であ
る。 １…エミッタ領域、２…ベース領域、３…コレクタ領
域、４…低濃度コレクタ領域、5,6…極低濃度不純物領
域、11…n+Si基板、15,33…n+高濃度不純物層、13,31,3
5…p+高濃度不純物層、12,14,32,34…極低濃度不純物
層。
Claims (3)
- 【請求項１】コレクタ電極としてのｎ型不純物をドープ
した半導体基板、上記基板上に形成された不純物をほと
んど含まない極低濃度不純物層である第１のｎ−型半導
体層、上記第１のｎ−型半導体層上に形成されたベース
電極としてのｐ＋型半導体層、上記ｐ＋型半導体層上に
形成された不純物をほとんど含まない極低濃度不純物層
である第２のｎ−型半導体層、上記第２のｎ−型半導体
層上に形成されたエミッタ電極としてのｎ＋型半導体層
の積層構造で構成されるnpn化合物半導体基体を有する
ことを特徴とするバイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】請求項１に記載のバイポーラトランジスタ
において、上記半導体基板、第１のｎ−型半導体層、ｐ
＋型半導体層およびｎ＋型半導体層は、シリコンまたは
ガリウム・ヒ素の半導体層より成ることを特徴とするバ
イポーラトランジスタ。 - 【請求項３】請求項１に記載のバイポーラトランジスタ
において、上記第２のｎ−型半導体層は、シリコンまた
はガリウム・アルミニウム・ヒ素の半導体層より成るこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP63300716A JPH077771B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63300716A JPH077771B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02148846A JPH02148846A (ja) | 1990-06-07 |
| JPH077771B2 true JPH077771B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=17888240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63300716A Expired - Lifetime JPH077771B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077771B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0740570B2 (ja) * | 1985-08-23 | 1995-05-01 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | 共鳴トンネリング装置 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63300716A patent/JPH077771B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02148846A (ja) | 1990-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |