JPH11204539A - バイポーラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ベース抵抗が小さく、エミッタ・ベース間容量
及びコレクタ・ベース間容量が小さく、ベース抵抗のば
らつきが小さい高速動作が可能な自己整合バイポーラト
ランジスタを得る。 【解決手段】単結晶Ｓｉ−Ｇｅの真性ベースとベース引
き出し電極を、真性ベースの成長初期から連続的に形成
される多結晶Ｓｉ−Ｇｅの外部ベースによって自己整合
的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタおよびその製造方法に係り、特に単結晶シリコン
・ゲルマニウムを真性ベース層として用いたバイポーラ
トランジスタおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の単結晶シリコン・ゲルマニウムを
真性ベース層として用いたバイポーラトランジスタは、
例えば１９９０年 ＩＥＤＭ テクニカル ダイジェス
ト（ＩＥＤＭ Technical Digest）ｐ.６０７に記載さ
れている。

【０００３】この従来例のバイポーラトランジスタの断
面構造を図２に示す。図２において、符号２１はシリコ
ン基板を示し、このシリコン基板２１上に形成した高濃
度ｎ型埋込層２２上に、コレクタ層となる低濃度ｎ型シ
リコン層２３のエピタキシャル成長を行った後、コレク
タ・ベース絶縁膜２４と多結晶シリコンからなるベース
引き出し多結晶シリコン２６とエミッタ・ベース分離絶
縁膜２８を形成し、エミッタ・ベース分離絶縁膜２８と
ベース引き出し電極２６をエッチングして開口部を形成
する。ベース引き出し電極２６の側壁を絶縁膜２９によ
って覆った後、コレクタ・ベース分離絶縁膜２４をエッ
チングし、ベース引き出し電極２６のひさしを形成す
る。

【０００４】単結晶シリコン・ゲルマニウムをエピタキ
シャル成長し、真性ベース３１を形成する。単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層のエピタキシャル成長と同時にベ
ース引き出し電極２６のせりだしの底面から多結晶シリ
コン・ゲルマニウムからなる外部ベース３２が堆積する
ため、成長を続けることにより真性ベース層３１とベー
ス引き出し電極２６とが外部ベース３２を介して接続す
る。外部ベース３２とエミッタとの導通を防ぐため、こ
の後さらにエミッタ・ベース分離絶縁膜３３を形成す
る。そしてリンが高濃度にドープされたｎ型多結晶シリ
コン層３７を開口部に堆積，アニールを行ってリンを真
性ベース層３１へ拡散させることにより、エミッタ層３
５を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の単結晶
シリコン・ゲルマニウムを真性ベース層に用いたバイポ
ーラトランジスタでは、ベース引き出し電極２６のせり
だしの下部に形成される多結晶シリコン・ゲルマニウム
層３２の表面の凹凸により、単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層３１と接触したときの界面に隙間ができる。この
隙間が形成されると、反応ガスが供給されないために、
その後エピタキシャル成長を続けても隙間が埋まること
はない。

【０００６】その結果、真性ベース３１とベース引き出
し電極２６の接続が不完全になるために、ベース抵抗が
増加するという問題がある。また、多結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層３２の凹凸が一様でないために、トランジ
スタ間でのベース抵抗のばらつきが大きくなるという問
題がある。さらに、真性ベース３１とベース引き出し電
極２６間を接合するために形成したひさし部分の容量の
ため、回路の高速動作が抑制されるという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム層を真性ベース層として用いたバイポーラトラン
ジスタにおいて、高速動作を可能にするために、外部ベ
ース抵抗が低く、ベース抵抗のばらつきが少なく、かつ
コレクタ・ベース間の容量が小さいバイポーラトランジ
スタおよびその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るバイポーラ
トランジスタは、第１導電型単結晶シリコン層、例えば
図１で言えば、第１のコレクタ領域となる低濃度ｎ型コ
レクタ層３と、上記第１導電型単結晶シリコン層表面上
に設けられた開口部を有する第１の絶縁膜すなわちコレ
クタ・ベース分離絶縁膜４と第２の絶縁膜すなわち第２
のコレクタ・ベース分離絶縁膜５と前記第１導電型と反
対導電型の第２導電型多結晶層すなわちｐ型多結晶シリ
コンからなるベース引き出し電極７と第３の絶縁層すな
わちエミッタ・ベース分離絶縁膜９とからなる多層膜
と、前記開口部に設けられた第１導電型単結晶シリコン
・ゲルマニウム層すなわち単結晶シリコン・ゲルマニウ
ムからなる低濃度ｎ型コレクタ層１２と、上記第１導電
型単結晶シリコン・ゲルマニウム層上に設けられた第２
導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層すなわち単結晶
シリコン・ゲルマニウムからなるｐ型真性ベース層１３
と、上記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層と
前記第２の絶縁膜５と前記第２導電型多結晶層７とのい
ずれとも接して設けられた第２導電型多結晶シリコン・
ゲルマニウム層すなわち多結晶シリコン・ゲルマニウム
からなるｐ型外部ベース層１４とを少なくとも有し、前
記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層１３が第
２の絶縁膜５と第２導電型結晶シリコン・ゲルマニウム
層１４のみを介して接触することを特徴とするものであ
る。

【０００９】前記バイポーラトランジスタにおいて、第
２導電型ベース引き出し層は、多結晶シリコン層又は多
結晶シリコン・ゲルマニウム層とすればよい。

【００１０】また、前記第２導電型多結晶シリコン・ゲ
ルマニウムからなる外部ベース層の最も厚い部分の厚
さ、すなわち図１で言えば、ｐ型外部ベース層１４の最
も厚い部分の厚さが少なくとも５ｎｍであれば好適であ
る。

【００１１】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層上に設けられ、かつ第２導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第２の第２導電
型単結晶層を更に設ければ、すなわち図１０に示すよう
に、真性ベース領域１３とベース引き出し電極７とが外
部ベース１４によって接合した構造に単結晶からなる低
濃度のキャップ層４１を更に設ければ好適である。

【００１２】この場合、前記第２の第２導電型単結晶層
は、単結晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層とすればよい。

【００１３】また、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層上に設けられた第２の第１導電型単結晶
層、すなわち真性ベース上にエピタキシャル成長を用い
て形成されたエミッタ層となる単結晶層を更に設ければ
好適である。

【００１４】この場合、前記第２の第１導電型単結晶層
は、単結晶シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニ
ウム層とすればよい。

【００１５】前記いずれかのバイポーラトランジスタに
おいて、前記第２の絶縁膜、すなわち図１で言えば、第
２のコレクタ・ベース分離絶縁膜５がシリコン窒化膜で
あれば好適である。

【００１６】更に、前記いずれかのバイポーラトランジ
スタにおいて、前記第３の絶縁膜、すなわち図１で言え
ば、エミッタ・ベース分離絶縁膜９，１０がシリコン酸
化膜であれば好適である。

【００１７】前記いずれかのバイポーラトランジスタに
おいて、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム
層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型単結晶
シリコン層側から表面に向かうに従い減少するプロファ
イル、すなわち図１５及び図１７に示すように、ベース
中のゲルマニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側に
向かって減少するプロファイルを有すれば好適である。

【００１８】或いは、前記第１導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加
するプロファイル、すなわち図１９に示すように、低濃
度コレクタ層中のゲルマニウム組成比がコレクタ側から
エミッタ側に向かって増加するプロファイルを有すれば
好適である。

【００１９】或いは、前記第１導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１
導電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加
し、表面側でゲルマニウム組成比が一定となるプロファ
イル、すなわち図２１に示すように、低濃度コレクタ層
中のゲルマニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側に
向かって増加し、低濃度コレクタ層中のベース側でゲル
マニウム組成比が一定となるプロファイルとしてもよ
い。

【００２０】また、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲ
ルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第１導電
型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、
その傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム中と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層
中とで異なるプロファイル、すなわち図２３に示すよう
に真性ベース中と低濃度ｎ型コレクタ層中でゲルマニウ
ム組成比プロファイルの傾きが異なるようにしてもよ
い。

【００２１】或いは、前記第２導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・
ゲルマニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第１導
電型単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少
し、その傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
ニウム中と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層中とで異なり、さらに前記第１導電型単結晶シリコ
ン側で上記第１導電型単結晶シリコン側から表面に向か
うに従ってゲルマニウム組成比が増加する領域を有する
プロファイル、すなわち図２５に示すように、真性ベー
ス中でのゲルマニウム組成比はコレクタ側からエミッタ
側に向かって減少し、低濃度ｎ型コレクタ層中でのゲル
マニウム組成比がコレクタ側からエミッタ側にかけて初
めは増加して途中から減少するプロファイルとすること
もできる。

【００２２】本発明に係るバイポーラトランジスタの製
造方法は、第１導電型単結晶シリコン層と、上記第１導
電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口部を有す
る第１の絶縁膜と第２の絶縁膜と前記第１導電型と反対
導電型の第２導電型多結晶層と第３の絶縁層とからなる
多層膜と、前記開口部に設けられた第１導電型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層と、上記第１導電型単結晶シリ
コン・ゲルマニウム層上に設けられた第２導電型単結晶
シリコン・ゲルマニウム層と、上記第２導電型単結晶シ
リコン・ゲルマニウム層と第２の絶縁膜と第２導電型多
結晶層とのいずれとも接して設けられた第２導電型多結
晶シリコン・ゲルマニウム層と、を少なくとも有し、前
記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層が第２の
絶縁膜と第２導電型結晶シリコン・ゲルマニウム層のみ
を介して接触することを特徴とするバイポーラトランジ
スタの製造方法であって、前記第２導電型単結晶シリコ
ン・ゲルマニウム層を形成する工程が、エピタキシャル
成長によって形成する工程であって、前記エピタキシャ
ル成長を、成長時の温度が５００℃〜７００℃で、か
つ、成長時の圧力が１００Ｐａを超えない条件で行うこ
とを特徴とする。

【００２３】また、本発明に係る光受信システムは、光
信号を受け電気信号を出力する受光素子と、上記受光素
子からの電気信号を受ける第１の増幅回路と、上記第１
の増幅回路の出力を受ける第２の増幅回路と、所定のク
ロック信号に同期して前記第２の増幅回路の出力をディ
ジタル信号に変換する識別器とを有する光受信システム
であって、前記第１の増幅回路は、前記受光素子にその
ベースが接続された第１のバイポーラトランジスタと、
上記第１のバイポーラトランジスタのコレクタにベース
が接続されると共にコレクタが前記第２の増幅回路の入
力に接続された第２のバイポーラトランジスタとを有
し、前記第１又は第２のバイポーラトランジスタの少な
くとも一つが前述したいずれかに記載のバイポーラトラ
ンジスタにより構成されたことを特徴とするものであ
る。

【００２４】また、前記光受信システムにおいて、前記
第１および第２のバイポーラトランジスタのいずれも
を、前述したいずれかのバイポーラトランジスタにより
構成してもよい。

【００２５】さらに、前記第１および第２のバイポーラ
トランジスタが単一の半導体チップ上に形成されると共
に、上記半導体チップと前記受光素子とが単一の基板上
に実装されていれば好適である。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明に係るバイポーラトランジ
スタの好適な実施の形態は、シリコン基板上の第１のコ
レクタ領域に形成された第１の絶縁膜の開口部上のみ
に、低濃度の単結晶シリコン・ゲルマニウムからなる第
２のコレクタ層が設けられていて、しかも多結晶シリコ
ンからなるベース引き出し電極と、前記第２のコレクタ
層上に設けられ、かつ、単結晶シリコン・ゲルマニウム
からなる真性ベース領域とが、多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる外部ベースを介して接触する構造であ
り、単結晶シリコン・ゲルマニウムと第２の絶縁膜とが
多結晶シリコン・ゲルマニウムを介してのみつながって
いる構造を有するものである。

【００２７】このように単結晶シリコン・ゲルマニウム
層からなる真性ベースと第２の絶縁膜との間に多結晶シ
リコン・ゲルマニウムからなる外部ベースを設けたこと
により、真性ベースと外部ベースが、真性ベースの形成
初期からつながる構造となり、更に真性ベースと外部ベ
ースの接触面積が増加するため、つなぎ部分のベース抵
抗のばらつきを低減すると共に、ベース抵抗を低減する
ことができる。しかも、真性ベースと外部ベースの接触
面積が増加することから、ベース引き出し電極のせりだ
しの長さを短縮しても、真性ベースと外部ベースが接触
抵抗を増加させることなく接続できるため、コレクタ・
ベース間容量を低減することができる。しかもエミッタ
・ベースを自己整合的に形成するため、エミッタ・ベー
ス間容量が低減できる。従って、本発明に係るバイポー
ラトランジスタは、高速動作が可能となる。

【００２８】また、本発明に係るバイポーラトランジス
タの製造方法の好適な実施の形態は、上記バイポーラト
ランジスタを構成する真性ベース層および低濃度キャッ
プ層の単結晶シリコン・ゲルマニウムをエピタキシャル
成長によって形成するときの温度が５００℃以上７００
℃以下で、かつ、形成するときの圧力が１００Ｐａを超
えないことを特徴とする。

【００２９】このようなエピタキシャル成長条件で行う
ことにより、単結晶シリコン上に、単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムを成長しても、ゲルマニウムの組成比と成長
膜厚によってはシリコン窒化膜上には多結晶シリコン・
ゲルマニウム層が堆積するが、シリコン酸化膜状には多
結晶シリコン・ゲルマニウムが堆積しないようにするこ
とができる。このため、真性ベースを形成する際に、多
結晶層からなるベース引き出し電極のせりだしの底面
と、第２の絶縁膜の側面のみに多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムを形成することができ、真性ベースの成長初期段
階から、真性ベースとベース引き出し電極とが外部ベー
スを介して接続された状態とすることができる。

【００３０】以下では、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタおよびその製造方法の更に具体的な実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００３１】＜実施例１＞図１は、本発明に係るバイポ
ーラトランジスタの第１の実施例を示す断面構造図であ
る。以下、図１に示した構造のバイポーラトランジスタ
の製造方法を説明する。

【００３２】まず、エミッタおよびコレクタ領域に高濃
度ｎ型埋込層２を形成したｐ型シリコン基板１の全面に
低濃度ｎ型コレクタ層３をエピタキシャル成長する。

【００３３】次いで、シリコン酸化膜からなる第１のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜４，シリコン窒化膜からなる
第２のコレクタ・ベース分離絶縁膜５を堆積し、コレク
タ部分に開口部を形成する。多結晶シリコンからなるコ
レクタ引き出し電極８，エミッタの開口部周辺に多結晶
シリコンからなるベース引き出し電極７，シリコン酸化
膜からなるエミッタ・ベース分離絶縁膜９を形成した
後、コレクタ部分を開口して、この開口部にｎ型のドー
パントであるリンをイオン打ち込みによって注入し、高
濃度ｎ型コレクタ引き出し層６を形成する。

【００３４】次いで、第１のコレクタ・ベース分離絶縁
膜４，第２のコレクタ・ベース分離絶縁膜５，ベース引
き出し電極７，エミッタ・ベース分離絶縁膜９の開口部
およびベース引き出し電極の側壁のエミッタ・ベース分
離絶縁膜１０を形成する。

【００３５】開口部に単結晶シリコン・ゲルマニウムか
らなる低濃度ｎ型コレクタ層１２，単結晶シリコン・ゲ
ルマニウムからなるｐ型真性ベース層１３，多結晶シリ
コン・ゲルマニウムからなるｐ型外部ベース層１４を形
成する。

【００３６】エミッタ・ベース分離絶縁膜１５で外部ベ
ースを覆った後、高濃度ｎ型多結晶シリコンからなるエ
ミッタ電極１６を堆積し、アニールを行うことによって
単結晶シリコン・ゲルマニウム層内にエミッタ領域１７
を形成する。

【００３７】絶縁膜１８を堆積した後、絶縁膜のエミッ
タ・ベースおよびコレクタ部分に開口部を形成し、最後
にエミッタ・ベースおよびコレクタの各開口部に電極１
９を形成する。

【００３８】なお、上記バイポーラトランジスタにおい
て、ベース引き出し電極７に多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムを用いてもよい。以下の実施例でも、これらの層に
関しては同様である。

【００３９】ここで、上記のように形成した本実施例の
バイポーラトランジスタのゲルマニウム組成比および不
純物プロファイルを図３に、エネルギーバンド構造を図
４にそれぞれ示す。図３（ａ）からわかるように、ゲル
マニウムはベース層だけでなくコレクタ領域にも含まれ
ている。その結果、図４に示すように、シリコンとシリ
コン・ゲルマニウムのバンドギャップの違いによるエネ
ルギー障壁はコレクタ・ベース間の空乏層中に含まれる
ことになり、エミッタから注入されたキャリアは、障壁
の影響を受けることなくコレクタへ達することができ
る。なお、図３（ｂ）において、エミッタ領域はリン
（Ｐ）の不純物濃度，ベース領域はボロン（Ｂ）の不純
物濃度，低濃度ｎ型コレクタ領域にはリン（Ｐ）の不純
物濃度，高濃度ｎ型埋込層には砒素（Ａｓ）の不純物濃
度をそれぞれ示している。

【００４０】図５および図６に、本実施例のバイポーラ
トランジスタの要部である活性領域の製造方法のフロー
図を示す。

【００４１】高濃度ｎ型埋込層２上に単結晶シリコンか
らなる低濃度ｎ型コレクタ層３をエピタキシャル成長に
より形成する。次に、シリコン酸化膜からなる第１のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜４と、シリコン窒化膜からな
る第２のコレクタ・ベース分離絶縁膜５と、多結晶シリ
コン（または、多結晶シリコン・ゲルマニウム）からな
るベース引き出し電極７と、エミッタ・ベース分離絶縁
膜９を形成し、エッチングによりエミッタ・ベース分離
絶縁膜９とベース引き出し電極７の開口部を形成する。
ベース引き出し電極７の側壁にもエミッタ・ベース分離
絶縁膜１０を形成した後、リンをイオン打ち込みするこ
とにより開口部の領域のみに第２の低濃度コレクタ領域
１１を形成する（図５（ａ）参照）。

【００４２】次いで、異方性エッチングにより第２のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜５をエッチングした後、等方
性エッチングにより第１のコレクタ・ベース分離絶縁膜
４をエッチングする（図５（ｂ）参照）。そして、ベー
スコレクタ界面にエネルギー障壁ができないよう、第１
の低濃度ｎ型コレクタ層３上に単結晶シリコン・ゲルマ
ニウムからなる第３の低濃度ｎ型コレクタ層１２をエピ
タキシャル成長によって形成する。このとき、単結晶シ
リコン上における単結晶シリコン・ゲルマニウムの成長
開始時間と絶縁膜上における多結晶シリコン・ゲルマニ
ウムの成長開始時間の差を利用し、第２のコレクタ・ベ
ース分離絶縁膜５，第１のエミッタ・ベース分離絶縁膜
９，第２のエミッタ・ベース分離絶縁膜１０上に多結晶
シリコン・ゲルマニウムが堆積しない条件で成長を行
う。

【００４３】図７にエピタキシャル成長温度が６５０
℃、且つ成長圧力が１Ｐａの場合、シリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
が堆積を始めるまでに単結晶シリコン上に成長する単結
晶シリコン・ゲルマニウムの膜厚すなわち選択成長の臨
界膜厚と、単結晶シリコン・ゲルマニウム中に含まれる
ゲルマニウムの組成比との関係を示す。

【００４４】図７より、シリコンだけの場合（Ｇｅ組成
比＝０％）でも、単結晶シリコン上に成長する単結晶シ
リコンの厚さが１００ｎｍ以下ではシリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上には多結晶シリコンは堆積しな
い。また、シリコン・ゲルマニウムの場合、ゲルマニウ
ムの組成比を上げるに従いこの膜厚は大きくなり、組成
比が３０％では単結晶シリコン上に約２００ｎｍの単結
晶シリコン・ゲルマニウムが成長してもシリコン酸化膜
上およびシリコン窒化膜上には多結晶シリコン・ゲルマ
ニウムは堆積しない。従ってこの臨界膜厚以下の低濃度
コレクタ層を選択成長しても、コレクタ・ベース分離絶
縁膜の側壁およびエミッタ・ベース分離絶縁膜上には低
濃度多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積しない(図５
(ｃ)参照)。

【００４５】なお、このような成長を行うにはガスソー
スＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法やＣＶＤ(Chemica
l Vapor Deposition）法を用いることができるが、選択
性の制御が良好なことからＣＶＤ法がより好適である。
また、温度範囲は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化
膜と単結晶シリコンとの選択性が良好に得られる500℃
以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める８００℃以下の範
囲である。この温度範囲で、成長圧力はシリコン酸化膜
又はシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
層が成長を開始する１００Ｐａ以下であればよい。

【００４６】また、上記選択成長は、塩素ガス（Ｃｌ）
や塩酸ガス（ＨＣｌ）を成長中に供給することによって
も実現可能である。図８に例えばエピタキシャル成長温
度が６５０℃、且つ成長圧力が１００００Ｐａの場合、
シリコン酸化膜上およびシリコン窒化膜上に多結晶シリ
コン・ゲルマニウムが堆積しないために必要なＨＣｌ流
量の全原料ガス流量に示す割合と単結晶シリコン・ゲル
マニウム中に含まれるゲルマニウムの組成比の関係を示
す。

【００４７】図８より、シリコンだけの場合（Ｇｅ組成
比＝０％）でも、ＨＣｌ流量を全原料ガス流量の５０％
以上とすることによりシリコン酸化膜上およびシリコン
窒化膜上には多結晶シリコンは堆積しない。また、シリ
コン・ゲルマニウムの場合、ゲルマニウムの組成比を上
げるに従いＨＣｌ流量は少なくてよく、組成比が３０％
ではＨＣｌ流量を全原料ガス流量の２０％以上とするこ
とによりシリコン酸化膜上およびシリコン窒化膜上には
多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積しない。

【００４８】なお、このような成長を行うにはガスソー
スＭＢＥ法やＣＶＤ法を用いることができるが、選択性
の制御が良好なことからＣＶＤ法がより好適である。ま
た、温度範囲は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
と単結晶シリコンとの選択性が良好に得られる５００℃
以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める８００℃以下の範
囲である。

【００４９】次いで、等方性エッチングにより第２のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜５をエッチングし、ベース引
き出し電極のせりだし７ａを形成する（図６（ａ）参
照）。次いで、高濃度に不純物をドーピングした単結晶
シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース層１３を形
成するときには、単結晶シリコン・ゲルマニウムの成長
と共にベース引き出し電極のせりだしの下部７ａと、第
２のコレクタ・ベース分離絶縁膜の側壁５ａに多結晶シ
リコン・ゲルマニウムからなる外部ベース１４が形成さ
れ、成長初期から真性ベース１３とベース引き出し電極
７が外部ベース１４を介して接続される。このとき単結
晶シリコン上における単結晶シリコン・ゲルマニウムの
成長開始時間と絶縁膜上における多結晶シリコン・ゲル
マニウムの成長開始時間の差、およびシリコン酸化膜上
とシリコン窒化膜上でのシリコンの離脱反応の有無を利
用し、第２のコレクタ・ベース分離絶縁膜の側壁５ａに
は多結晶シリコン・ゲルマニウム層が堆積し、第１のエ
ミッタ・ベース分離絶縁膜９，第２のエミッタ・ベース
分離絶縁膜１０上には多結晶シリコン・ゲルマニウムが
堆積しない条件で成長を行う。

【００５０】図９にエピタキシャル成長温度が６００
℃、且つ成長圧力が１Ｐａの場合、シリコン酸化膜上お
よびシリコン窒化膜上での選択成長の臨界膜厚と、単結
晶シリコン・ゲルマニウム中に含まれるゲルマニウムの
組成比との関係を示す。図９より、シリコンだけの場合
（Ｇｅ組成比＝０％）でも、単結晶シリコン上に成長す
る単結晶シリコンの厚さが５０ｎｍ以下ではシリコン窒
化膜上には多結晶シリコンが堆積するが、シリコン酸化
膜上には多結晶シリコンは堆積しない。また、シリコン
・ゲルマニウムの場合、ゲルマニウムの組成比を上げる
に従いこの膜厚は大きくなり、組成比が３０％では単結
晶シリコン上に約２０ｎｍの単結晶シリコン・ゲルマニ
ウムが成長した場合、シリコン酸化膜上およびシリコン
窒化膜上には多結晶シリコン・ゲルマニウムは堆積しな
い。さらに成長を続け、単結晶シリコン上に２０〜１５
０ｎｍの単結晶シリコン・ゲルマニウムが成長した場
合、シリコン窒化膜上には多結晶シリコンが堆積する
が、シリコン酸化膜上には多結晶シリコン・ゲルマニウ
ムは堆積しない。従ってこの範囲の真性ベース層を選択
成長することにより、シリコン窒化膜からなる第２のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜の側壁には多結晶シリコン・
ゲルマニウムが堆積し、シリコン酸化膜からなるエミッ
タ・ベース分離絶縁膜上には低濃度多結晶シリコン・ゲ
ルマニウムは堆積しない（図６（ｂ）参照）。

【００５１】なお、このような成長を行うにはガスソー
スＭＢＥ法やＣＶＤ法を用いることができるが、選択性
の制御が良好なことからＣＶＤ法がより好適である。ま
た、温度範囲は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
と単結晶シリコンとの選択性が良好に得られる５００℃
以上で、上限は結晶欠陥が生じ始める８００℃以下の範
囲である。この温度範囲で、成長圧力はシリコン酸化膜
又はシリコン窒化膜上に多結晶シリコン・ゲルマニウム
層が成長を開始する１００Ｐａ以下であればよい。

【００５２】そして、第２のコレクタ・ベース分離絶縁
膜５の厚さと、高濃度ｐ型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム層１３とベース引き出し電極のせりだし下部７ａに堆
積した多結晶シリコン・ゲルマニウム層１４の膜厚の和
とが等しくなったところで、せりだし部分が完全に埋め
られる。単結晶シリコン・ゲルマニウム層１３の厚さ
が、図９のシリコン窒化膜上での選択成長の臨界膜厚以
上になったときから多結晶シリコン・ゲルマニウムから
なる外部ベース１４と真性ベース１３が接合するため、
多結晶シリコン・ゲルマニウム１４の表面の凹凸の影響
を受けにくくなり、ベース抵抗のばらつきを低減するこ
とができる。また、真性ベース１３と外部ベース１４の
接触面積が増大するために、つなぎ部分のベース抵抗が
低減できる。

【００５３】外部ベース１４を覆うように第３のエミッ
タ・ベース分離絶縁膜１５を形成した後、エミッタの拡
散源およびエミッタ電極となる高濃度ｎ型多結晶シリコ
ン１６を堆積し、アニールを行うことによってｎ型不純
物を単結晶シリコン・ゲルマニウム層１３に拡散し、エ
ミッタ領域１７を形成する。その後絶縁膜１８を堆積
し、エミッタ・ベースおよびコレクタの各領域に開口部
を形成して電極１９を形成すると図１に示した断面構造
が得られる。

【００５４】本実施例により、ベース抵抗やコレクタ・
ベース界面の容量を低減できるため、遮断周波数ｆＴお
よび最大発振周波数ｆmax がそれぞれ５０ＧＨｚ以上と
いった高速のバイポーラトランジスタが可能となり、さ
らに、ベース抵抗のばらつきが低減できるため、このト
ランジスタを用いた回路の高速化・高性能化に有効であ
る。

【００５５】＜実施例２＞図１０は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第２の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は、以下の通りである。

【００５６】実施例１と同様に、シリコン基板１上に高
濃度ｎ型埋込層２，第１の低濃度ｎ型コレクタ層３，第
１のコレクタ・ベース分離絶縁膜４，第２のコレクタ・
ベース分離絶縁膜５を形成し、コレクタ領域のみにコレ
クタ電極となる多結晶シリコン層８を堆積し、イオン打
ち込みによって高濃度ｎ型コレクタ引き出し層６を形成
する。ベース引き出し電極７，第１のエミッタ・ベース
分離絶縁膜９を堆積し、エミッタ領域のみに開口部を形
成する。次いでベース引き出し層７の側壁に第２のエミ
ッタベース分離絶縁膜１０を形成し、ｎ型不純物をイオ
ン打ち込みすることにより第２の低濃度コレクタ層１１
を形成する。次いで、異方性エッチングにより第２のコ
レクタ・ベース分離絶縁膜５をエッチングし、等方性エ
ッチングにより第１のコレクタ・ベース分離絶縁膜４を
エッチングする。そして、選択エピタキシャル成長によ
り第１の低濃度ｎ型コレクタ層３上に、第３の低濃度ｎ
型コレクタ層１２を形成し、次いで、第２のコレクタ・
ベース分離絶縁膜５を等方性エッチングによりエッチン
グする。その後、選択エピタキシャル成長により第３の
低濃度ｎ型コレクタ層１２上に真性ベース１３を、第２
のコレクタ・ベース分離絶縁膜５上とベース引き出し層
７のせりだしの下部のみに外部ベース層１４を形成す
る。このときのエピタキシャル成長の条件は実施例１に
示した条件と同様である。

【００５７】図１に示した実施例１との相違は、高濃度
ｐ型シリコン・ゲルマニウムからなる真性ベース１３の
上に、低濃度ｐ型シリコンからなるキャップ層４１を、
またｐ型多結晶シリコン・ゲルマニウムからなる外部ベ
ース層１４の上に低濃度ｐ型多結晶シリコン層４２をそ
れぞれ選択成長したことである。その後、第３のエミッ
タ・ベース分離絶縁膜１５で外部ベース層１４および４
２を覆った後、高濃度ｎ型多結晶シリコンからなるエミ
ッタ電極１６を堆積し、アニールを行うことによって低
濃度キャップ層４１内にエミッタ領域１７を形成する。
最後に実施例１と同様に絶縁膜１９を堆積し、エミッタ
・ベースおよびコレクタ部分に開口部を形成し、電極１
９を形成すると図１０に示した構造になる。

【００５８】なお、上記バイポーラトランジスタにおい
て、低濃度キャップ層に単結晶シリコン・ゲルマニウム
を用いても良い。以下の実施例でも、この層に関しては
同様である。

【００５９】ここで、上記のように形成したバイポーラ
トランジスタのゲルマニウム組成比および不純物プロフ
ァイルを図１１に、エネルギーバンド図を図１２にそれ
ぞれ示す。図１１（ａ）から分かるように、実施例１の
図３と同様にゲルマニウムはベース層だけでなくコレク
タ領域にも含まれているため、エミッタから注入された
キャリアは、障壁の影響を受けることなくコレクタへ達
することが出来る。また、図１１（ｂ）に示すように、
真性ベースの上に低濃度キャップ層を設けているため、
エミッタ・ベース接合における不純物濃度が図３に示し
た実施例１よりも低くなっている。その結果、エミッタ
・ベース接合におけるトンネル電流を低減することが出
来る。また、エミッタ・ベース界面のベース側のバンド
ギャップがエミッタ側よりも小さくなるため、ベースか
らエミッタへ注入されるホールに対するエネルギー障壁
が、エミッタからベースへと注入される電子に対するエ
ネルギー障壁よりも大きくなる。このため、バイポーラ
トランジスタの電流増幅率が増加する。

【００６０】本実施例により、実施例１の効果に加え
て、バイポーラトランジスタの電流増幅率が向上できる
ため、トランジスタのさらなる高速動作が可能となる。
また、エミッタ・ベース接合の不純物濃度を低減できる
ことから、エミッタ・ベース間の耐圧を上げることがで
き、このトランジスタを用いた回路の特性を向上させる
ことができる。

【００６１】＜実施例３＞図１３は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第３の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は以下の通りである。実施例１と同様の方法により
エミッタ開口部，第３の低濃度ｎ型コレクタ層１２，ｐ
型真性ベース層１３およびｐ型外部ベース層１４を形成
する。外部ベース１４を覆うように第３のエミッタ・ベ
ース分離絶縁膜１５を形成した後、エピタキシャル成長
によってエミッタ層４３を形成し、その後エミッタ電極
となる高濃度ｎ型多結晶シリコン１６と絶縁膜１８を堆
積し、絶縁膜のエミッタ・ベースおよびコレクタ部分に
開口部を形成して電極１９を形成すると図１３に示した
断面構造が得られる。

【００６２】本実施例では、エミッタ層中の不純物濃度
をエミッタ・ベース界面で小さくすることにより、ベー
ス領域でのリーク電流を低減することができ、実施例２
と同様な効果が得られる。また、エミッタ層をエピタキ
シャル成長を用いて形成するため、エミッタ層中の不純
物濃度，膜厚の制御性が良くなり、トランジスタの性能
ばらつきを低減することができる。

【００６３】さらに、エミッタ・ベース界面の面積を低
減することができるため、エミッタ・ベース間容量を低
減することができ、このトランジスタを用いた回路の特
性を向上させることができる。

【００６４】＜実施例４＞図１４は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第４の実施例を示す断面構造図で
ある。本実施例の構造のバイポーラトランジスタの製造
方法は以下の通りである。実施例２と同様の方法により
エミッタ開口部，第３の低濃度ｎ型コレクタ層１２，ｐ
型真性ベース層１３およびｐ型外部ベース層１４，低濃
度ｐ型キャップ層４１，第３のエミッタ・ベース分離絶
縁膜１５を形成する。その後、実施例３と同様にエピタ
キシャル成長によってエミッタ層４３を形成することに
より、エミッタ層中の不純物濃度，膜厚の制御性が良く
なり、トランジスタの性能ばらつきを低減することがで
きる。従って実施例３と同様に、本実施例のトランジス
タを用いた回路の特性を向上させることができる。

【００６５】＜実施例５＞図１５は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第５の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１，図１０，図１
３，図１４に示したものが全て適用可能であり、本実施
例では断面構造は省略するが、以下の説明における参照
符号は、例えば図１の断面構造図を参照すればよい。な
お、後述する実施例６〜１０においても同様である。

【００６６】図１５（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの真性ベース層におけるゲルマニウム組成比
は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従って小さく
してある。このときのエネルギーバンド構造を、図１６
に示す。図１６から分かるように、ベース層において、
ゲルマニウム組成比に対応してエネルギーバンドに傾斜
をつけることができる。これにより、エミッタから注入
されたキャリアは傾斜型エネルギーバンドに起因する電
界によってベース層中で加速されるため、トランジスタ
のより一層の高速動作が可能となる。その結果、このト
ランジスタを用いることによって、実施例１，実施例
２、実施例３および実施例４で述べた効果に加えて、さ
らに回路の特性を向上させることができる。

【００６７】＜実施例６＞図１７は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第６の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１，図１０，図１
３，図１４に示したものが全て適用可能であり、実施例
５と同様に断面構造図は省略する。

【００６８】図１７（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの真性ベース層におけるゲルマニウム組成比
は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従って小さく
してあるが、エミッタ側でゲルマニウム組成比を０％ま
で下げない。このときのエネルギーバンド構造を、図１
８に示す。図１８から分かるように、ベース層のエネル
ギーバンドの傾斜に加え、エミッタ・ベース接合のエネ
ルギー障壁が小さくなっている。これにより、エミッタ
から注入されたキャリアは傾斜型エネルギーバンドに起
因する電界によってベース層中で加速されると共に、エ
ミッタからベースへのキャリアの注入も増加するため、
トランジスタのより一層の高速動作が可能となる。その
結果、このトランジスタを用いることによって、実施例
５の効果に加えて、さらに回路の特性を向上させること
ができる。

【００６９】＜実施例７＞図１９は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第７の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１，図１０，図１
３，図１４に示したものが全て適用可能であり、実施例
５と同様に断面構造図は省略する。

【００７０】図１９（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの低濃度ｎ型コレクタ層におけるゲルマニウ
ム組成比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従っ
て大きくした領域を設けてある。このときのエネルギー
バンド構造を、図２０に示す。図２０から分かるよう
に、コレクタ・ベース間の空乏層内にエネルギー障壁は
全く生じない。これにより、エミッタから注入されたキ
ャリアはエネルギー障壁の影響を全く受けずに空乏層で
加速され、コレクタ層へと到達するため、トランジスタ
のより一層の高速動作が可能となる。その結果、このト
ランジスタを用いることによって、実施例６の効果に加
えて、さらに回路の特性を向上させることができる。

【００７１】＜実施例８＞図２１は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第８の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１，図１０，図１
３，図１４に示したものが全て適用可能であり、実施例
５と同様に断面構造図は省略する。

【００７２】図２１（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの低濃度ｎ型コレクタ層におけるゲルマニウ
ム組成比は、コレクタ側からエミッタ側に向かうに従っ
て大きくしてある。このときのエネルギーバンド構造
を、図２２に示す。図２２から分かるように、第７の実
施例と同様に、コレクタ・ベース間の空乏層内にエネル
ギー障壁は全く生じないため、エミッタから注入された
キャリアはエネルギー障壁の影響を全く受けずに空乏層
で加速され、コレクタ層へと到達することができ、トラ
ンジスタのより一層の高速動作が可能となる。実施例７
と異なる点は、コレクタ側のゲルマニウム組成比を低濃
度ｎ型コレクタ層と真性ベース層の歪みに起因する欠陥
の入らない最大量以下としており、結晶欠陥によるリー
ク電流を低減できることである。その結果、このトラン
ジスタを用いることによって、実施例７の効果に加え
て、さらに回路の特性を向上させることができる。

【００７３】＜実施例９＞図２３は、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの第９の実施例を示す図であり、同
図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、同図
（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特性線
図である。トランジスタの構造は、図１，図１０，図１
３，図１４に示したものが全て適用可能であり、実施例
５と同様に断面構造図は省略する。

【００７４】図２３（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの真性ベース層および低濃度ｎ型コレクタ層
におけるゲルマニウム組成比は、コレクタ側からエミッ
タ側に向かうに従って小さくしてある。このときのエネ
ルギーバンド構造を、図２４に示す。ベース層中のエネ
ルギーバンドの傾斜に加え、コレクタ・ベース間の空乏
層においてもエネルギーバンドに傾斜をつけることがで
きるうえ、結晶欠陥によるリーク電流を低減できる。そ
の結果、このトランジスタを用いることによって、実施
例６の効果に加えて、さらに回路の特性を向上させるこ
とができる。

【００７５】＜実施例１０＞図２５は、本発明に係るバ
イポーラトランジスタの第１０の実施例を示す図であ
り、同図（ａ）はトランジスタのゲルマニウム組成比、
同図（ｂ）は不純物濃度プロファイルをそれぞれ示す特
性線図である。トランジスタの構造は、図１，図１０，
図１３，図１４に示したものが全て適用可能であり、実
施例５と同様に断面構造図は省略する。

【００７６】図２５（ａ）に示すように、本実施例のト
ランジスタの真性ベース層および低濃度ｎ型コレクタ層
におけるゲルマニウム組成比は、コレクタ側からエミッ
タ側に向かうに従って増加し、途中から減少した後に、
真性ベース中でも減少するプロファイルである。このと
きのエネルギーバンド構造を、図２６に示す。図２６か
ら分かるように、エミッタから注入されたキャリアは、
真性ベース中で加速されると共に、コレクタ・ベース間
空乏層内でもバンドギャップの変化分だけ余計に加速さ
れ、さらにエネルギー障壁も存在しない。その結果、こ
のトランジスタを用いることによって、実施例９の効果
に加えて、さらに回路の特性を向上させることができ
る。

【００７７】＜実施例１１＞図２７は本発明に係る第１
１の実施例を示す図であり、光伝送システムに用いられ
る前置増幅回路の回路図である。周知のとおり、光伝送
システムは数十Gbpsの高速伝送が必要であり、その前置
増幅回路は特に高速動作が要求される。従って、この増
幅回路を構成するトランジスタとして本発明によるトラ
ンジスタを採用することにより、増幅回路全体での性能
を著しく向上することができる。

【００７８】図２７において、符号３００は単一の半導
体基板上に形成された前置増幅回路を構成する半導体集
積回路を示し、この半導体集積回路３００の入力端子Ｉ
ＮにはフォトダイオードＰＤが外付けされ、電源端子３
０１と接地端子３０２間にはデカップリング容量３０３
が外付けされている。フォトダイオードＰＤは光伝送ケ
ーブルを通して送信されてくる光信号を受ける受光素子
であり、デカップリング容量３０３は電源ラインと接地
ラインとの間の交流成分をショートするための容量であ
る。

【００７９】バイポーラトランジスタＱ１及びＱ２は、
増幅回路を構成するバイポーラトランジスタであり、実
施例１〜１０で説明した構造を有する本発明に係るバイ
ポーラトランジスタのいずれでも好適に用いることがで
きる。ダイオードＤ１はレベルシフト用ダイオードであ
り、本発明に係るバイポーラトランジスタのベース・コ
レクタ間を短絡して形成してもよく、また、必要に応じ
て複数個のダイオードを直接接続して適用することも可
能である。また、必要に応じて出力端子ＯＵＴとトラン
ジスタＱ２のエミッタとの間に出力用バッファ回路が挿
入される。

【００８０】本実施例の光伝送システム用前置増幅回路
を構成する半導体集積回路３００は、光伝送ケーブルを
介して伝送されてきた光信号がフォトダイオードＰＤに
より変換された電気信号を入力端子ＩＮの入力として、
この入力された電気信号を増幅用トランジスタＱ１及び
Ｑ２により増幅して出力端子ＯＵＴから出力するように
動作する。実施例１〜１０で説明した本発明に係るいず
れかのバイポーラトランジスタを用いることにより、本
実施例の前置増幅回路は４０ＧＨｚ以上の帯域特性を実
現することができる。

【００８１】ここで、フォトダイオードＰＤ及び前置増
幅回路が実装基板に集積された光伝送システムのフロン
トエンドモジュールの断面図を、図２８に示す。図２８
において、符号４０１は光ファイバー、４０２はレン
ズ、４０３はフォトダイオード、４０４は前置増幅器が
形成された半導体集積回路を示し、フォトダイオード４
０３及び前置増幅器ＩＣ４０４が基板４０７に実装さ
れ、フォトダイオード４０３及び前置増幅器ＩＣ４０４
はダイオード及び増幅器等を接続する配線405を介して
出力端子４０６に接続されている。また、基板４０７は
金属ケースなどの気密封止パッケージ４０８内に収納さ
れている。図示していないが、基板407上には図２７に
示すコンデンサ３０３も実装されている。このように、
フロントエンドを構成するフォトダイオード及び前置増
幅器を同一のモジュールに構成することにより、信号経
路を短くすることができノイズが乗りにくく寄生のＬ成
分（インダクタ成分）やＣ成分（容量成分）も小さく抑
えることができる。

【００８２】図２８に示したフロントモジュールにおい
て、光ファイバー４０１から入力した光信号はレンズ４
０２により集光され、フォトダイオード４０３で電気信
号に変換される。この電気信号は、基板４０７上の配線
４０５を通して前置増幅器ＩＣ４０４で増幅され出力端
子４０６から出力される。

【００８３】図２９及び図３０には、図２８及び図２９
に示した前置増幅器及びフロントエンドモジュールを利
用した光伝送システムのシステム構成図を示す。

【００８４】図２９は、光伝送システムの送信モジュー
ル５００を示している。伝送すべき電気信号５０１はマ
ルチプレクサＭＵＸに入力され、例えば４：１などに多
重化され、その出力信号がドライバ５０２に伝達され
る。半導体レーザーＬＤは常時一定の強度の光を出力し
ており、ドライバ５０２により駆動される外部変調器５
０３がドライバ５０２の出力に応じて光を吸収あるいは
非吸収して光ファイバー５０４に伝送するよう構成され
ている。図２９に示した送信モジュールは、いわゆる外
部変調型と呼ばれるものである。これに変えて、半導体
レーザーＬＤの発光を直接制御する直接変調型を採用す
ることも可能であるが、一般的に外部変調型での送信の
ほうがチャープによるスペクトル発振の広がりがなく、
高速，長距離の伝送に適する。

【００８５】図３０は、光伝送システムの光受信型モジ
ュール５１０を示している。図３０において、符号５２
０はフロントエンドモジュール部を示し、このフロント
エンドモジュール部５２０は、光ファイバー５４４を介
して伝送されて来る光信号を受光して電気信号に変換出
力する受光器５２１と、受光器出力を増幅するプリアン
プ５２２とから構成される。プリアンプ５２２により増
幅された電気信号は、メインアンプ部５３０に入力され
増幅される。メインアンプ部５３０は、光伝送の距離や
製造偏差によるばらつきを避け、出力を一定に保つた
め、メインアンプ５３２の出力が帰還される自動利得調
整器(ＡＧＣ)５３１に入力されるよう構成されている。
なお、メインアンプ部５３０は利得を調整する構成の
他、出力振幅を制限するリミットアンプを採用すること
もできる。識別器５４０は所定のクロックに同期して１
ビットのアナログ／ディジタル変換を行うよう構成さ
れ、メインアンプ部５３０の出力をディジタル化し、分
離器(ＤＭＵＸ)５７０により例えば１：４に分離されて
後段のディジタル信号処理回路５６０に入力され、所定
の処理が行われる。

【００８６】クロック抽出部５５０は、識別器５４０及
び分離器(ＤＭＵＸ)５７０の動作タイミングを制御する
ためのクロックを、変換した電気信号から形成するため
のものであり、メインアンプ部５３０の出力を全波整流
器５５１により整流し、帯域の狭いフィルタ５５２によ
りフィルタリングしてクロック信号となる信号を抽出す
る。フィルタ５５２の出力は、位相器５５３に入力され
る。この位相器５５３は、フィルタ出力とアナログ信号
の位相を合わせるための位相器であり、予め定められた
遅延量に基づきフィルタ出力を遅延させるものである。
位相器５５３の出力は、リミットアンプ５５４を介して
識別器５４０と分離器(ＤＭＵＸ)５７０へ入力される。

【００８７】ここで述べた光通信システムにおいては、
その各所に先の実施例１〜１０に述べた構成の本発明に
係るバイポーラトランジスタを用いて回路を構成するこ
とができる。また、同様にメインアンプ５３２を構成す
る回路も、図２７に示した回路により構成することが可
能である。

【００８８】前記実施例に従って製造した本発明に係る
バイポーラトランジスタは、遮断周波数ｆＴ、及び最大
遮断周波数ｆｍａｘが１００ＧＨｚと高速動作が可能な
ため、１秒当たり４０Ｇビットと大容量の信号を高速で
送受信することができる。また、従来このような高速動
作が必要な回路については、シリコンバイポーラトラン
ジスタに比べ動作速度が速いＧａＡｓトランジスタを用
いる必要があった。しかし、このような回路に対して、
本発明に係る安価なシリコンバイポーラトランジスタを
用いることができるため、光伝送システム全体のコスト
を低減することが可能となる。

【００８９】＜実施例１２＞図３１は本発明に係る第１
２の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタを適用する移動体無線携帯機のブロック構成
図である。本実施例は、前記１〜１０で説明した本発明
に係るバイポーラトランジスタを、低雑音増幅器６０
３，シンセサイザー６０６,フェーズ・ロックド・ルー
プ(Phase LockedLoop：ＰＬＬ）６１１等の移動体無線
携帯機の各ブロックを構成する回路に適用した例であ
る。

【００９０】図３１に示した本実施例の移動体無線携帯
機は、次のように動作する。アンテナ６０１からの入力
を低雑音増幅器６０３で増幅し、シンセサイザー６０６
から発した周波数を発振器６０５から発振させ、低雑音
増幅器６０３からの信号を発振器６０５から発振した信
号を用いて、ダウンミキサ６０４でより低い周波数へダ
ウンコンバージョンする。さらに、ＰＬＬ６１１から発
した周波数を発振器６１０から発振させ、ダウンミキサ
６０４からの信号を発振器６１０から発振した信号を用
いて、復調器６０９で復調し、より低周波を扱うベース
バンドユニット６１３で信号処理を行う。また、ベース
バンドユニット６１３から発せられた信号は、変調器６
１２でＰＬＬ６１１からの信号を用いて変調され、さら
に、アップミキサ６０８においてシンセサイザー６０６
からの信号を基に高周波へアップコンバートされた後、
電力増幅器６０７により増幅されてアンテナ６０１より
送信される。ここで、スイッチ６０２は信号の送信・受
信を切り換えるスイッチであり、ベースバンドユニット
６１３から図示しない制御信号を受けて、その送信・受
信が制御される。さらに、ベースバンドユニット６１３
には図示しないスピーカ，マイク等が接続され音声信号
の入出力が可能とされている。

【００９１】本実施例の移動体無線携帯機を構成する図
３１に示した各ブロック、特に低雑音増幅器６０３，シ
ンセサイザー６０６およびＰＬＬ６１１のブロックに、
前記実施例１〜１０で説明した本発明に係るいずれかの
バイポーラトランジスタを適用して、それぞれの回路を
構成することができる。本発明によるトランジスタは、
ベース抵抗及びコレクタ・ベース間容量の低減が可能で
あるため、低雑音増幅器６０３，シンセサイザー６０６
およびＰＬＬ６１１において、低雑音化と低消費電力化
が図れる。これにより、システム全体として低雑音かつ
長時間使用可能な移動体無線携帯機を実現することがで
きる。

【００９２】＜実施例１３＞図３２は本発明に係る第１
３の実施例を示す図であり、本発明に係るバイポーラト
ランジスタに適用する移動体無線携帯機のＰＬＬのプリ
スケーラ用Ｄフリップフロップの回路図である。

【００９３】本実施例は、前述の実施例１〜１０で説明
した本発明に係るバイポーラトランジスタを図３２に示
した回路上のトランジスタ７０１から７１２に用いた例
である。

【００９４】このＤフリップフロップ回路の入力信号と
クロック信号及び出力信号は、高電位と低電位の２状態
のみを有する。入力信号と反転入力信号をそれぞれ端子
719と端子７２０に、また、クロック信号と反転クロッ
ク信号をそれぞれ端子７２１と端子７２２に入力し、端
子７２３と端子７２４より出力信号と反転出力信号を得
る。電流源７１８と７１９を流れる電流経路は、クロッ
ク信号によりそれぞれトランジスタ７０９か７１０，７
１１か７１２のいずれかに切り換わる。さらに、トラン
ジスタ７０１から７０６のオンオフは入力信号とクロッ
ク信号及び抵抗７１３と７１４を流れる電流によって生
じる抵抗下端の電位により決定される。本回路において
は出力信号は、クロック信号が低電位から高電位に変化
した場合に入力値を出力し、それ以外の場合、前入力値
を保持する。

【００９５】前記実施例１〜１０で説明した本発明に係
るいずれかのバイポーラトランジスタを適用して、それ
ぞれの回路を構成することができる。本発明によるトラ
ンジスタは、ベース抵抗及びコレクタ・ベース間容量の
低減が可能であるため、移動体無線携帯機のＰＬＬの低
消費電力化が図れる。

【００９６】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることはもちろんである。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
性ベースと外部ベースが外部ベースの表面の凹凸に関係
なく接続されることから、ベース抵抗が低減でき、外部
ベースの面積を縮小できることから、コレクタ・ベース
間容量が低減できる。これによりバイポーラトランジス
タを用いた回路の高速動作が可能となる。また、ベース
抵抗のばらつきが低減できるため、回路動作の高性能化
が可能となる。更に、エミッタ・ベース・コレクタを自
己整合的に形成するため、エミッタ・ベース及びコレク
タ・ベース間容量を低減でき、バイポーラトランジスタ
を用いた回路の高速動作が可能となる。

【００９８】すなわち、本発明に係るバイポーラトラン
ジスタ及びその製造方法によれば、エミッタ・ベース間
容量の低減，コレクタ・ベース間容量の低減，ベース抵
抗の低減、さらにはベース抵抗のばらつきの低減が可能
となり、高速かつ高周波で動作可能なバイポーラトラン
ジスタを構成することが可能となる。従って、特に高速
動作が必要とされる回路やシステムに本発明によるバイ
ポーラトランジスタを用いることで、回路及びシステム
全体での性能の向上を図かることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るバイポーラトラン
ジスタの断面図。

【図２】従来例のバイポーラトランジスタの断面図。

【図３】図１のトランジスタのゲルマニウム組成比及び
不純物濃度プロファイルを示す特性線図。

【図４】図３に示したプロファイルのトランジスタのエ
ネルギーバンド図。

【図５】図１に示したトランジスタの活性領域の製造方
法を工程順に示す断面図。

【図６】図５の次の工程以降を順に示す断面図。

【図７】シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜上に選択
的に成長できる単結晶シリコン・ゲルマニウムの最大膜
厚とゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図。

【図８】シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜上に選択
的に単結晶シリコン・ゲルマニウムを成長できるＨＣｌ
流量の割合とゲルマニウム組成比との関係を示す特性線
図。

【図９】シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜上に選択
的に成長できる単結晶シリコン・ゲルマニウムの最大膜
厚とゲルマニウム組成比との関係を示す特性線図。

【図１０】本発明の第２の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの断面図。

【図１１】図１０のトランジスタのゲルマニウム組成比
及び不純物濃度プロファイルを示す特性線図。

【図１２】図１１に示したプロファイルのトランジスタ
のエネルギーバンド図。

【図１３】本発明の第３の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの断面図。

【図１４】本発明の第４の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの断面図。

【図１５】本発明の５の実施例に係るバイポーラトラン
ジスタの示すゲルマニウム組成比及び不純物濃度プロフ
ァイルを示す特性線図。

【図１６】図１５に示したプロファイルを有するトラン
ジスタのエネルギーバンド図。

【図１７】本発明の第６の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの示すゲルマニウム組成比及び不純物濃度プロ
ファイルを示す特性線図。

【図１８】図１７に示したプロファイルを有するトラン
ジスタのエネルギーバンド図。

【図１９】本発明の第７の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの示すゲルマニウム組成比及び不純物濃度プロ
ファイルを示す特性線図。

【図２０】図１９に示したプロファイルを有するトラン
ジスタのエネルギーバンド図。

【図２１】本発明の第８の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの示すゲルマニウム組成比及び不純物濃度プロ
ファイルを示す特性線図。

【図２２】図２１に示したプロファイルを有するトラン
ジスタのエネルギーバンド図。

【図２３】本発明の第９の実施例に係るバイポーラトラ
ンジスタの示すゲルマニウム組成比及び不純物濃度プロ
ファイルを示す特性線図。

【図２４】図２３に示したプロファイルを有するトラン
ジスタのエネルギーバンド図。

【図２５】本発明の第１０の実施例に係るバイポーラト
ランジスタの示すゲルマニウム組成比及び不純物濃度プ
ロファイルを示す特性線図。

【図２６】図２５に示したプロファイルを有するトラン
ジスタのエネルギーバンド図。

【図２７】本発明の第１１の実施例に係る光伝送システ
ムに用いる前置増幅回路の回路図。

【図２８】図２７に示した前置増幅回路を実装した光伝
送システムのフロントエンドモジュールの断面図。

【図２９】図２７及び図２８に示した回路及びモジュー
ルを利用した光伝送システムの送信側モジュールのブロ
ック図。

【図３０】図２７及び図２８に示した回路及びモジュー
ルを利用した光伝送システムの受信側モジュールのブロ
ック図。

【図３１】本発明の第１２の実施例に係る移動体無線携
帯機のブロック構成図。

【図３２】本発明の第１３の実施例に係る移動体無線携
帯機のＰＬＬのプリスケーラ用Ｄフリップフロップの回
路図。

【符号の説明】

１，２１…シリコン基板、２，２２…高濃度ｎ型埋込
層、３，１１，２３，３０…低濃度ｎ型コレクタ層（単
結晶シリコン）、４，５，５ａ，２４…コレクタ・ベー
ス分離絶縁膜、６，２５…コレクタ引き出し層（高濃度
ｎ型単結晶シリコン）、７，７ａ，２６…ベース引き出
し層（ｐ型多結晶シリコンもしくは多結晶シリコン・ゲ
ルマニウム）、８，２７…コレクタ引き出し層（高濃度
ｎ型多結晶シリコン）、９，１０，１５，２８，２９，
３３…エミッタ・ベース分離絶縁膜、１２…低濃度ｎ型
コレクタ層（単結晶シリコン・ゲルマニウム）、１３，
３１…真性ベース層（ｐ型単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム）、１４，３２，４２…ｐ型外部ベース層(多結晶シ
リコンもしくは多結晶シリコン・ゲルマニウム)、１
６，３４…エミッタ引き出し層（高濃度ｎ型多結晶シリ
コン）、１７，３５…エミッタ領域、１８，３６…絶縁
膜、１９，３７…電極、４１…低濃度ｐ型キャップ層
（単結晶シリコンもしくは単結晶シリコン・ゲルマニウ
ム）、４３…エミッタ層（単結晶シリコンもしくは単結
晶シリコン・ゲルマニウム）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/165 Ｈ０３Ｆ 3/08

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型単結晶シリコン層と、上記第１
   導電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口部を有
   する第１の絶縁膜と第２の絶縁膜と前記第１導電型と反
   対導電型の第２導電型多結晶層と第３の絶縁層とからな
   る多層膜と、前記開口部に設けられた第１導電型単結晶
   シリコン・ゲルマニウム層と、上記第１導電型単結晶シ
   リコン・ゲルマニウム層上に設けられた第２導電型単結
   晶シリコン・ゲルマニウム層と、上記第２導電型単結晶
   シリコン・ゲルマニウム層と第２の絶縁膜と第２導電型
   多結晶層とのいずれとも接して設けられた第２導電型多
   結晶シリコン・ゲルマニウム層とを少なくとも有し、前
   記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層が第２の
   絶縁膜と第２導電型結晶シリコン・ゲルマニウム層のみ
   を介して接触することを特徴とするバイポーラトランジ
   スタ。
2. 【請求項２】前記第２導電型多結晶層は、多結晶シリコ
   ン層又は多結晶シリコン・ゲルマニウム層である請求項
   １記載のバイポーラトランジスタ。
3. 【請求項３】前記第２導電型多結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層の最も厚い部分の厚さが少なくとも５ｎｍである
   請求項１または請求項２に記載のバイポーラトランジス
   タ。
4. 【請求項４】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層上に設けられ、かつ第２導電型単結晶シリコン・
   ゲルマニウム層よりも不純物濃度の低い第２の第２導電
   型単結晶層を更に設けてなる請求項１〜３のいずれか１
   項に記載のバイポーラトランジスタ。
5. 【請求項５】前記第２の第２導電型単結晶層は、単結晶
   シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層であ
   る請求項４記載のバイポーラトランジスタ。
6. 【請求項６】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニ
   ウム層上に設けられた第２の第１導電型単結晶層を更に
   設けてなる請求項１〜５のいずれか１項に記載のバイポ
   ーラトランジスタ。
7. 【請求項７】前記第２の第１導電型単結晶層は、単結晶
   シリコン層または単結晶シリコン・ゲルマニウム層であ
   る請求項６記載のバイポーラトランジスタ。
8. 【請求項８】前記第２の絶縁膜はシリコン窒化膜である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のバイポーラトラン
   ジスタ。
9. 【請求項９】前記第３の絶縁膜はシリコン酸化膜である
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のバイポーラトラン
   ジスタ。
10. 【請求項１０】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少してな
    る請求項１〜９のいずれか１項に記載のバイポーラトラ
    ンジスタ。
11. 【請求項１１】前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加してな
    る請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバイポーラト
    ランジスタ。
12. 【請求項１２】前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が、前記第１導電型
    単結晶シリコン層側から表面に向かうに従い増加し、表
    面側でゲルマニウム組成比が一定となる領域を有する請
    求項１〜１０のいずれか１項に記載のバイポーラトラン
    ジスタ。
13. 【請求項１３】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第１導電型単
    結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、その
    傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム中
    と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中と
    で異なる請求項１〜９のいずれか１項に記載のバイポー
    ラトランジスタ。
14. 【請求項１４】前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層および前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマ
    ニウム層中のゲルマニウムの組成比が前記第１導電型単
    結晶シリコン層側から表面に向かうに従い減少し、その
    傾きが前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム中
    と前記第１導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層中と
    で異なり、さらに前記第１導電型単結晶シリコン側で上
    記第１導電型単結晶シリコン側から表面に向かうに従っ
    てゲルマニウム組成比が増加する領域を有する請求項１
    〜９のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
15. 【請求項１５】第１導電型単結晶シリコン層と、上記第
    １導電型単結晶シリコン層表面上に設けられた開口部を
    有する第１の絶縁膜と第２の絶縁膜と前記第１導電型と
    反対導電型の第２導電型多結晶層と第３の絶縁層とから
    なる多層膜と、前記開口部に設けられた第１導電型単結
    晶シリコン・ゲルマニウム層と、上記第１導電型単結晶
    シリコン・ゲルマニウム層上に設けられた第２導電型単
    結晶シリコン・ゲルマニウム層と、上記第２導電型単結
    晶シリコン・ゲルマニウム層と第２の絶縁膜と第２導電
    型多結晶層とのいずれとも接して設けられた第２導電型
    多結晶シリコン・ゲルマニウム層と、を少なくとも有
    し、前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層が
    第２の絶縁膜と第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウ
    ム層のみを介して接触することを特徴とするバイポーラ
    トランジスタの製造方法であって、 前記第２導電型単結晶シリコン・ゲルマニウム層を形成
    する工程が、エピタキシャル成長によって形成する工程
    であって、前記エピタキシャル成長を、成長時の温度が
    ５００℃〜７００℃で、かつ、成長時の圧力が１００Ｐ
    ａを超えない条件で行うことを特徴とするバイポーラト
    ランジスタの製造方法。
16. 【請求項１６】光信号を受け電気信号を出力する受光素
    子と、上記受光素子からの電気信号を受ける第１の増幅
    回路と、上記第１の増幅回路の出力を受ける第２の増幅
    回路と、所定のクロック信号に同期して前記第２の増幅
    回路の出力をディジタル信号に変換する識別器とを有す
    る光受信システムであって、 前記第１の増幅回路は、前記受光素子にそのベースが接
    続された第１のバイポーラトランジスタと、上記第１の
    バイポーラトランジスタのコレクタにベースが接続され
    ると共にコレクタが前記第２の増幅回路の入力に接続さ
    れた第２のバイポーラトランジスタを有し、前記第１又
    は第２のバイポーラトランジスタの少なくとも一つが請
    求項１〜１４のいずれか１項に記載のバイポーラトラン
    ジスタにより構成されたことを特徴とする光受信システ
    ム。
17. 【請求項１７】前記第１および第２のバイポーラトラン
    ジスタのいずれもが、請求項１〜１４のいずれか１項に
    記載のバイポーラトランジスタにより構成されてなる請
    求項１６記載の光受信システム。
18. 【請求項１８】前記第１および第２のバイポーラトラン
    ジスタが単一の半導体チップ上に形成されると共に、上
    記半導体チップと前記受光素子とが単一の基板上に実装
    されてなる請求項１６又は請求項１７記載の光受信シス
    テム。