JPH08162471A - 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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- JPH08162471A JPH08162471A JP6298422A JP29842294A JPH08162471A JP H08162471 A JPH08162471 A JP H08162471A JP 6298422 A JP6298422 A JP 6298422A JP 29842294 A JP29842294 A JP 29842294A JP H08162471 A JPH08162471 A JP H08162471A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
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- Ceramic Engineering (AREA)
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- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電流利得や遮断周波数特性を向上させること
ができるヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供す
る。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にコレクタ層３、ベース層
４およびエミッタ層５を形成してなるヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタにおいて、ベース層４は少なくとも部
分的にカーボンがドープされ、Ｐの含有率が層内の厚さ
方向で変化する傾斜型ＧａＡｓＰベース層からなる。
ができるヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供す
る。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にコレクタ層３、ベース層
４およびエミッタ層５を形成してなるヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタにおいて、ベース層４は少なくとも部
分的にカーボンがドープされ、Ｐの含有率が層内の厚さ
方向で変化する傾斜型ＧａＡｓＰベース層からなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタに関し、特に、ベース領域にＧａＡｓＰを
用いたＧａＡｓ系のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
に関する。
トランジスタに関し、特に、ベース領域にＧａＡｓＰを
用いたＧａＡｓ系のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと称す）
は、ＨＥＭＴに次ぐ高性能電子デバイスとして実用化が
期待されるようになった。その大きな理由は、ベース抵
抗を下げて高速化するためのベースドーパントとしてカ
ーボンを用いることにより、これまで問題になっていた
ベースドーパントのエミッタ層への拡散による特性の劣
化（再結合による無効電流の発生）がなくなったためで
ある。なお、ＨＢＴは、例えば図１に示すような構造を
している。図中、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はｎ+
−ＧａＡｓサブコレクタ層、３はｎ−ＧａＡｓコレクタ
層、４はｐ−ＧａＡｓベース層、５はｎ−ＡｌＧａＡｓ
エミッタ層、６はｎ+ −ＧａＡｓキャップ層、７は絶縁
膜、８はコレクタ電極、９はベース電極、１０はエミッ
タ電極である。
接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと称す）
は、ＨＥＭＴに次ぐ高性能電子デバイスとして実用化が
期待されるようになった。その大きな理由は、ベース抵
抗を下げて高速化するためのベースドーパントとしてカ
ーボンを用いることにより、これまで問題になっていた
ベースドーパントのエミッタ層への拡散による特性の劣
化（再結合による無効電流の発生）がなくなったためで
ある。なお、ＨＢＴは、例えば図１に示すような構造を
している。図中、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はｎ+
−ＧａＡｓサブコレクタ層、３はｎ−ＧａＡｓコレクタ
層、４はｐ−ＧａＡｓベース層、５はｎ−ＡｌＧａＡｓ
エミッタ層、６はｎ+ −ＧａＡｓキャップ層、７は絶縁
膜、８はコレクタ電極、９はベース電極、１０はエミッ
タ電極である。
【０００３】ところが、低消費電力化のためにデバイス
の微細化を進めると、上記ベースドーパントの拡散によ
る特性の劣化とは異なった劣化要因があることが明らか
になった。それは、製造プロセスの途中でエッチングに
より露出したＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層５が酸化
し、それによりエミッタ層５の表面を伝わってベース層
４へ流れる微小なリーク電流が発生し、ＨＢＴの特性が
低下するのである。このリーク電流は、デバイスが微細
化するほど、相対的に大きくなる。そこで、エミッタ層
にＡｌＧａＡｓの代わりに、Ａｌを含まないＩｎＧａＰ
を用いたＨＢＴが注目されている。
の微細化を進めると、上記ベースドーパントの拡散によ
る特性の劣化とは異なった劣化要因があることが明らか
になった。それは、製造プロセスの途中でエッチングに
より露出したＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層５が酸化
し、それによりエミッタ層５の表面を伝わってベース層
４へ流れる微小なリーク電流が発生し、ＨＢＴの特性が
低下するのである。このリーク電流は、デバイスが微細
化するほど、相対的に大きくなる。そこで、エミッタ層
にＡｌＧａＡｓの代わりに、Ａｌを含まないＩｎＧａＰ
を用いたＨＢＴが注目されている。
【０００４】一方、電流利得を増大し、遮断周波数を向
上させるためには、エミッタ層端からコレクタ層端まで
ベース層の組成を変えることにより、ベース層のバンド
ギャップを傾斜させ、ベース層内部にあたかもバイアス
電圧が加わったように内蔵電界を生じさせる、Ａｌフリ
ーの組成傾斜型ベース層を実現する必要がある。このよ
うにすると、ベース層中でキャリアが加速され、ベース
層を速く通過するため、単位時間当たりのキャリアが再
結合する割合が減少し、電流利得が向上し、また、コレ
クタ層を通過する時間も減少して遮断周波数も向上す
る。そこで、ＩｎＧａＡｓＰについて検討すると、組成
を変えることにより、ＧａＡｓに格子整合し、且つバン
ドギャップを変えることができるので、ＩｎＧａＡｓＰ
は組成傾斜型ベース層に適していると考えられる。
上させるためには、エミッタ層端からコレクタ層端まで
ベース層の組成を変えることにより、ベース層のバンド
ギャップを傾斜させ、ベース層内部にあたかもバイアス
電圧が加わったように内蔵電界を生じさせる、Ａｌフリ
ーの組成傾斜型ベース層を実現する必要がある。このよ
うにすると、ベース層中でキャリアが加速され、ベース
層を速く通過するため、単位時間当たりのキャリアが再
結合する割合が減少し、電流利得が向上し、また、コレ
クタ層を通過する時間も減少して遮断周波数も向上す
る。そこで、ＩｎＧａＡｓＰについて検討すると、組成
を変えることにより、ＧａＡｓに格子整合し、且つバン
ドギャップを変えることができるので、ＩｎＧａＡｓＰ
は組成傾斜型ベース層に適していると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＡ
ｓにＩｎを僅かでも添加すると、ＩｎがカーボンのＧａ
Ａｓエピタキシャル層中への取り込みを阻害し、ベース
層として必要な２×１０ 19ｃｍ-3程度のカーボンドープ
濃度を実現することができないという問題があった。
ｓにＩｎを僅かでも添加すると、ＩｎがカーボンのＧａ
Ａｓエピタキシャル層中への取り込みを阻害し、ベース
層として必要な２×１０ 19ｃｍ-3程度のカーボンドープ
濃度を実現することができないという問題があった。
【０００６】この問題を解決するために、ＧａＡｓエピ
タキシャル層の成長温度を通常の５００℃程度から５０
〜１００℃下げて、成長させる方法も考えられる。しか
しながら、ＧａＡｓ層上にＩｎＧａＡｓＰ層を成長させ
る場合、ＩｎＧａＡｓＰに熱力学的に不安定な組成領域
（非混和領域）が存在し、この領域では不均一な結晶成
長が起こり、組成の異なった結晶が混在する。そのた
め、ベース層として、所望の組成からなる均一なエピタ
キシャル層を成長させることが困難であるという問題が
あった。なお、この非混和領域は、成長温度が低くなる
と広くなるという特性を有する。そこで、本発明では、
Ａｌを含まず、かつ、十分な濃度でカーボンがドープさ
れた組成傾斜型ベース層を有するＨＢＴを提供すること
を目的する。
タキシャル層の成長温度を通常の５００℃程度から５０
〜１００℃下げて、成長させる方法も考えられる。しか
しながら、ＧａＡｓ層上にＩｎＧａＡｓＰ層を成長させ
る場合、ＩｎＧａＡｓＰに熱力学的に不安定な組成領域
（非混和領域）が存在し、この領域では不均一な結晶成
長が起こり、組成の異なった結晶が混在する。そのた
め、ベース層として、所望の組成からなる均一なエピタ
キシャル層を成長させることが困難であるという問題が
あった。なお、この非混和領域は、成長温度が低くなる
と広くなるという特性を有する。そこで、本発明では、
Ａｌを含まず、かつ、十分な濃度でカーボンがドープさ
れた組成傾斜型ベース層を有するＨＢＴを提供すること
を目的する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に鋭意検討した結果、ベース層をＧａＡｓＰで構成すす
ることにより、高濃度のカーボンをドープすることがで
きることを見出し、本発明に到達した。即ち、本発明の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ＧａＡｓ基板上
にコレクタ層、ベース層および、エミッタ層を形成して
なるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベー
ス層は少なくとも部分的にカーボンがドープされ、Ｐの
含有率が層内の厚さ方向で変化する傾斜型ＧａＡｓＰベ
ース層からなることを特徴とする。
に鋭意検討した結果、ベース層をＧａＡｓＰで構成すす
ることにより、高濃度のカーボンをドープすることがで
きることを見出し、本発明に到達した。即ち、本発明の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ＧａＡｓ基板上
にコレクタ層、ベース層および、エミッタ層を形成して
なるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベー
ス層は少なくとも部分的にカーボンがドープされ、Ｐの
含有率が層内の厚さ方向で変化する傾斜型ＧａＡｓＰベ
ース層からなることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は実験的に得られた新しい知見に基づく
もので、ベース層をＧａＡｓＰで構成すると、Ｐの含有
率にかかわらず高濃度のカーボンをドープすることが可
能であり、かつ、ＧａＡｓ層上に組成傾斜型のＧａＡｓ
Ｐ層を成長させることができるので、ベース層内部に内
蔵電界を生じさせることができる。
もので、ベース層をＧａＡｓＰで構成すると、Ｐの含有
率にかかわらず高濃度のカーボンをドープすることが可
能であり、かつ、ＧａＡｓ層上に組成傾斜型のＧａＡｓ
Ｐ層を成長させることができるので、ベース層内部に内
蔵電界を生じさせることができる。
【０００９】
【実施例】以下、従来の技術の説明に用いた図１によ
り、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。本実施
例は、図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に以下
の各層を積層したものである。即ち、 サブコレクタ層２：厚さ０．３μｍのｎ+ −ＧａＡｓ層 コレクタ層３ ：厚さ０．３μｍのｎ- −ＧａＡｓ層 ベース層４ ：厚さ０．０５μｍのｐ−ＧａＡｓ
1-X ＰX 層 エミッタ層５ ：厚さ０．３μｍのｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ
0.51Ｐ層 キャップ層６ ：厚さ０．１μｍのｎ+ −ＧａＡｓ層 ここで、ベース層４はカーボンを２×１０19ｃｍ-3の濃
度でドープしたＧａＡｓ1-X ＰX 層であり、コレクタ層
３との接合部でＸ＝０、即ち、ＧａＡｓ、エミッタ層５
との接合部でＸ＝０．１５、即ち、ＧａＡｓ0.85Ｐ0.15
であり、Ｐの含有率はコレクタ層３からエミッタ層５に
かけて徐々に増加するように変化する傾斜組成をなして
いる。
り、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。本実施
例は、図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に以下
の各層を積層したものである。即ち、 サブコレクタ層２：厚さ０．３μｍのｎ+ −ＧａＡｓ層 コレクタ層３ ：厚さ０．３μｍのｎ- −ＧａＡｓ層 ベース層４ ：厚さ０．０５μｍのｐ−ＧａＡｓ
1-X ＰX 層 エミッタ層５ ：厚さ０．３μｍのｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ
0.51Ｐ層 キャップ層６ ：厚さ０．１μｍのｎ+ −ＧａＡｓ層 ここで、ベース層４はカーボンを２×１０19ｃｍ-3の濃
度でドープしたＧａＡｓ1-X ＰX 層であり、コレクタ層
３との接合部でＸ＝０、即ち、ＧａＡｓ、エミッタ層５
との接合部でＸ＝０．１５、即ち、ＧａＡｓ0.85Ｐ0.15
であり、Ｐの含有率はコレクタ層３からエミッタ層５に
かけて徐々に増加するように変化する傾斜組成をなして
いる。
【００１０】上記構造でエミッタサイズを１０×３μｍ
2 にしたＨＢＴは、電流利得β＝１５０（コレクタ電流
密度ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）、遮断周波数ｆt ＝７
０ＧＨｚ（ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）であった。な
お、本発明において、ベース層４の傾斜組成の範囲は上
記実施例に限定されず、例えば、Ｐの含有率Ｘを０．０
５から０．２０まで変化させてもよい。この場合、β＝
１５０（ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）、ｆt ＝１１０Ｇ
Ｈｚ（ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）であった。また、Ｐ
含有率の変化は直線状、曲線状または階段状でもよい。
2 にしたＨＢＴは、電流利得β＝１５０（コレクタ電流
密度ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）、遮断周波数ｆt ＝７
０ＧＨｚ（ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）であった。な
お、本発明において、ベース層４の傾斜組成の範囲は上
記実施例に限定されず、例えば、Ｐの含有率Ｘを０．０
５から０．２０まで変化させてもよい。この場合、β＝
１５０（ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）、ｆt ＝１１０Ｇ
Ｈｚ（ＪC ＝５×１０4 Ａｃｍ-2）であった。また、Ｐ
含有率の変化は直線状、曲線状または階段状でもよい。
【００１１】一方、比較例として、上記構造でベース層
４をＧａＡｓ（上記実施例でＸ＝０）とし、組成傾斜を
なくしたところ、電流利得βは１００（ＪC ＝５×１０
4 Ａｃｍ-2）、遮断周波数ｆt ＝５０ＧＨｚ（ＪC ＝５
×１０4 Ａｃｍ-2）となり、組成傾斜により内蔵電界が
生じた実施例の場合よりも、電流利得βおよび遮断周波
数ｆt が低下した。なお、ベース層４をＧａＡｓ0.85Ｐ
0.15（上記実施例でＸ＝０．１５）として組成傾斜をな
くした場合も、同様に実施例に比較して特性は劣化し
た。
４をＧａＡｓ（上記実施例でＸ＝０）とし、組成傾斜を
なくしたところ、電流利得βは１００（ＪC ＝５×１０
4 Ａｃｍ-2）、遮断周波数ｆt ＝５０ＧＨｚ（ＪC ＝５
×１０4 Ａｃｍ-2）となり、組成傾斜により内蔵電界が
生じた実施例の場合よりも、電流利得βおよび遮断周波
数ｆt が低下した。なお、ベース層４をＧａＡｓ0.85Ｐ
0.15（上記実施例でＸ＝０．１５）として組成傾斜をな
くした場合も、同様に実施例に比較して特性は劣化し
た。
【００１２】なお、上記実施例および比較例において、
Ｉ−Ｖ特性のオフセット電圧はともに０．０３Ｖであっ
た。従って、本実施例では、電流利得βおよび遮断周波
数ｆ t が向上しても、オフセット電圧が大きくなるとい
う問題は発生しなかった。
Ｉ−Ｖ特性のオフセット電圧はともに０．０３Ｖであっ
た。従って、本実施例では、電流利得βおよび遮断周波
数ｆ t が向上しても、オフセット電圧が大きくなるとい
う問題は発生しなかった。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｇ
ａＡｓ基板上にコレクタ層、ベース層およびエミッタ層
を形成してなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにお
いて、ベース層は少なくとも部分的にカーボンがドープ
され、Ｐの含有率が層内の厚さ方向で変化する傾斜型Ｇ
ａＡｓＰベース層からなるため、電流利得や遮断周波数
特性を向上させることができるという優れた効果があ
る。
ａＡｓ基板上にコレクタ層、ベース層およびエミッタ層
を形成してなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにお
いて、ベース層は少なくとも部分的にカーボンがドープ
され、Ｐの含有率が層内の厚さ方向で変化する傾斜型Ｇ
ａＡｓＰベース層からなるため、電流利得や遮断周波数
特性を向上させることができるという優れた効果があ
る。
【図１】ヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面説明
図である。
図である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ サブコレクタ層 ３ コレクタ層 ４ ベース層 ５ エミッタ層 ６ キャップ層 ７ 絶縁膜 ８ コレクタ電極 ９ ベース電極 １０ エミッタ電極
Claims (1)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上にコレクタ層、ベース層
およびエミッタ層を形成してなるヘテロ接合バイポーラ
トランジスタにおいて、ベース層は少なくとも部分的に
カーボンがドープされ、Ｐの含有率が層内の厚さ方向で
変化する傾斜型ＧａＡｓＰベース層からなることを特徴
とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6298422A JPH08162471A (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| US08/566,188 US5814843A (en) | 1994-12-01 | 1995-12-01 | Heterojunction bipolar transistor having a graded-composition base region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6298422A JPH08162471A (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162471A true JPH08162471A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=17859508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6298422A Pending JPH08162471A (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5814843A (ja) |
| JP (1) | JPH08162471A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002021599A2 (en) * | 2000-09-08 | 2002-03-14 | Showa Denko K.K. | Compound semiconductor multilayer structure and bipolar transistor using the same |
| US6847060B2 (en) * | 2000-11-27 | 2005-01-25 | Kopin Corporation | Bipolar transistor with graded base layer |
| US7345327B2 (en) * | 2000-11-27 | 2008-03-18 | Kopin Corporation | Bipolar transistor |
| JP2004521485A (ja) | 2000-11-27 | 2004-07-15 | コピン コーポレーション | 格子整合されたベース層を有するバイポーラトランジスタ |
| WO2002061821A2 (en) * | 2001-01-08 | 2002-08-08 | Kopin Corporation | Method of preparing indium phosphide heterojunction bipolar transistors |
| US6525349B2 (en) * | 2001-06-18 | 2003-02-25 | Epiworks, Inc. | Heterojunction bipolar transistor with tensile graded carbon-doped base layer grown by MOCVD |
| US6670654B2 (en) * | 2002-01-09 | 2003-12-30 | International Business Machines Corporation | Silicon germanium heterojunction bipolar transistor with carbon incorporation |
| US7566948B2 (en) * | 2004-10-20 | 2009-07-28 | Kopin Corporation | Bipolar transistor with enhanced base transport |
| US8603885B2 (en) | 2011-01-04 | 2013-12-10 | International Business Machines Corporation | Flat response device structures for bipolar junction transistors |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3211970A (en) * | 1957-05-06 | 1965-10-12 | Rca Corp | Semiconductor devices |
| US3111611A (en) * | 1957-09-24 | 1963-11-19 | Ibm | Graded energy gap semiconductor devices |
| JPH0650723B2 (ja) * | 1984-10-17 | 1994-06-29 | 日本電気株式会社 | エピタキシヤル成長方法 |
| US5001534A (en) * | 1989-07-11 | 1991-03-19 | At&T Bell Laboratories | Heterojunction bipolar transistor |
| JPH04237135A (ja) * | 1991-01-21 | 1992-08-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体積層構造体 |
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1995
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