JPH11354531A - Bi-polar transistor - Google Patents

Bi-polar transistor

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JPH11354531A
JPH11354531A JP15468998A JP15468998A JPH11354531A JP H11354531 A JPH11354531 A JP H11354531A JP 15468998 A JP15468998 A JP 15468998A JP 15468998 A JP15468998 A JP 15468998A JP H11354531 A JPH11354531 A JP H11354531A
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layer
base
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bipolar transistor
base layer
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剛 高木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bi-polar transistor in which a current amplification ratio, current gain cut-off frequencies, and maximum oscillation frequencies in a microwave band or the like can be made excellent. SOLUTION: A σ dope Si layer 10 whose carrier connection is locally high is provided at an Si emitter layer 5 side in the neighborhood of the base and emitter junction of a hetero bi-polar transistor. Thus, barrier height is validly increased so that the inverse injection of a carrier from an SiGe base layer 4 to an Si emitter layer 5 can be suppressed. As a result, even when a base doping concentration is increased, the inverse injection of the carrier can be suppressed by the σ dope Si layer 10, and a sufficient current amplification ratio β can be obtained, and maximum oscillation frequencies fmax can be improved. Also, even when the band discontinuous values of the emitter and band junction are decreased by integrating an inclined composition into a base, high maximum oscillation frequencies can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタに関し、特に、ヘテロバイポーラトランジスタの
エミッタ・ベース接合付近におけるベースからのキャリ
アの逆注入を抑制するための対策に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar transistor and, more particularly, to a countermeasure for suppressing back injection of carriers from a base near an emitter-base junction of a hetero bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、バイポーラトランジスタは、
優れた高周波特性を有することから、マイクロ波・ミリ
波帯域での能動デバイスとして用いられつつある。特
に、GaAsなどのIII−V族化合物半導体を用いたヘテ
ロバイポーラトランジスタ(HBT)が最も精力的に研
究開発がなされているが、近年、安価なシリコン基板上
に作製可能なIV−IV族化合物であるSiGe系の材料を
用いたHBTが注目を集めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, bipolar transistors have
Due to its excellent high frequency characteristics, it is being used as an active device in the microwave and millimeter wave bands. In particular, hetero-bipolar transistors (HBTs) using III-V compound semiconductors such as GaAs have been most actively researched and developed, but recently, IV-IV compounds that can be formed on inexpensive silicon substrates have been developed. HBTs using certain SiGe-based materials have attracted attention.

【0003】SiGe系HBTの高速化に関しては、S
iからなるコレクタ層,SiGeからなるベース層及び
Siからなるエミッタ層を備え、SiGeベース層内に
おけるGe組成をエミッタ側からコレクタ側に向けて徐
々に増加させた傾斜組成ベース層を有するHBT(L. H
arame et al., "Optimization of SiGe HBT Technology
for High Speed Analog and Mixed-Signal Applicatio
ns," IEDM Tech. Dig.1993, p.71.)と、Siからなる
コレクタ層,SiGeからなるベース層及びSiからな
るエミッタ層を備え、SiGeベース層内におけるGe
組成およびドーピング濃度を高くし、かつ非常に薄くし
た均一組成ベース層を有するHBT(A.Schuppen et a
l., "Enhanced SiGe Heterojunction Bipolar Transist
ors with160 GHz-fmax," IEDM Tech. Dig. 1995, p.74
3.)の2つのタイプが代表的な構造である。
[0003] Regarding the speeding up of SiGe-based HBTs,
HBT (L) comprising a collector layer made of i, a base layer made of SiGe, and an emitter layer made of Si, and having a gradient composition base layer in which the Ge composition in the SiGe base layer is gradually increased from the emitter side toward the collector side. . H
arame et al., "Optimization of SiGe HBT Technology
for High Speed Analog and Mixed-Signal Applicatio
ns, "IEDM Tech. Dig. 1993, p. 71.), a collector layer made of Si, a base layer made of SiGe, and an emitter layer made of Si, and Ge in the SiGe base layer.
HBT (A. Schuppen et a) having a uniform composition base layer with a high composition and doping concentration and a very thin thickness
l., "Enhanced SiGe Heterojunction Bipolar Transist
ors with160 GHz-fmax, "IEDM Tech. Dig. 1995, p.74
The three types are typical structures.

【0004】図8は、上記2つのタイプのうち傾斜組成
ベース層を有するヘテロバイポーラトランジスタのバン
ド図である。同図に示すように、傾斜組成ベース層を有
するヘテロバイポーラトランジスタにおいては、SiG
eベース層に注入されたキャリアは、傾斜組成による電
界によりSiGeベース層内をコレクタ層に向かってド
リフト走行する。ドリフト電界によるキャリアの走行
は、拡散による走行に比べて高速であるため、ベース走
行時間の短縮が図られ、良好な高周波特性が得られてい
る。
FIG. 8 is a band diagram of a hetero bipolar transistor having a gradient composition base layer of the above two types. As shown in the figure, in a hetero bipolar transistor having a gradient composition base layer, SiG
The carriers injected into the e-base layer drift drift in the SiGe base layer toward the collector layer by the electric field due to the gradient composition. Since the traveling of the carrier by the drift electric field is faster than the traveling by the diffusion, the base traveling time is reduced, and good high-frequency characteristics are obtained.

【0005】一方、図9は、上記2つのタイプのうち均
一組成ベース構造を有するヘテロバイポーラトランジス
タのバンド図である。同図に示すように、均一組成ベー
ス層を有するヘテロバイポーラトランジスタは、ベース
層を非常に薄くすることでベース走行時間を短縮し、良
好な高周波特性を得ようとするものである。この場合、
ベース層を薄くすることに伴いベース抵抗の上昇が懸念
されるが、ベース層に高濃度で不純物をドーピングする
ことで低抵抗化している。さらに、高濃度ドープされた
ベース層からエミッタ側にキャリアが逆注入されないよ
うに、ベース層にはGe組成の高いSiGeを用い、エ
ミッタSi層とのヘテロ障壁を大きくしている。この構
造においても、良好な高周波特性が得られている。特
に、ベースのキャリア濃度を高くすることで、ベース抵
抗の低減による最大発振周波数の向上を図っている。
On the other hand, FIG. 9 is a band diagram of a hetero bipolar transistor having a uniform composition base structure among the above two types. As shown in the figure, a hetero bipolar transistor having a uniform composition base layer is intended to shorten the base transit time by obtaining a very thin base layer and to obtain good high frequency characteristics. in this case,
Although there is a concern that the base resistance may increase as the thickness of the base layer is reduced, the resistance is reduced by doping the base layer with a high concentration of impurities. Further, in order to prevent carriers from being reversely injected from the heavily doped base layer to the emitter side, SiGe having a high Ge composition is used for the base layer, and the hetero barrier with the emitter Si layer is increased. Also in this structure, good high-frequency characteristics are obtained. In particular, by increasing the carrier concentration of the base, the maximum oscillation frequency is improved by reducing the base resistance.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
8に示す従来の傾斜組成ベース層を有する構造において
は、傾斜組成によるドリフト電界を大きくするために、
組成の傾斜を大きくする必要がある。すなわち、ベース
層のエミッタ側でGe組成を小さく、コレクタ側でGe
組成を大きくする必要がある。このため、通常エミッタ
側ではGeを含まずSiとしていることが多い。この
時、ベース・エミッタ間のPN接合はシリコンとシリコ
ンのホモ接合となっている。そこで、HBTの最大発振
周波数fmaxを向上させるためには、下記式(1)に示
すように、ベース抵抗を低減することが有効である。
However, in the structure having the conventional gradient composition base layer shown in FIG. 8, the drift electric field due to the gradient composition is increased.
It is necessary to increase the composition gradient. That is, the Ge composition is small on the emitter side of the base layer, and Ge composition is small on the collector side.
It is necessary to increase the composition. For this reason, the emitter side is usually Si without Ge. At this time, the PN junction between the base and the emitter is a homo junction of silicon and silicon. Therefore, in order to improve the maximum oscillation frequency fmax of the HBT, it is effective to reduce the base resistance as shown in the following equation (1).

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】fT :電流利得遮断周波数 RB :ベース抵抗 CBC::ベース・コレクタ接合容量 しかし、ベース抵抗を下げるためにベースドーピング濃
度を上げると、当然にベース層からエミッタ層に注入さ
れるホール量が増大する。
F T : current gain cut-off frequency R B : base resistance C BC:: base-collector junction capacitance However, if the base doping concentration is increased to lower the base resistance, it is naturally injected from the base layer to the emitter layer. The amount of holes increases.

【0009】すなわち、エミッタ・ベース接合がホモ接
合となっている場合,あるいはヘテロ接合であってもベ
ース端の組成がSiに近い場合には、ベース層のヘテロ
障壁がないか,あっても極めてわずかであるために、キ
ャリアのエミッタ側への逆注入量が増大し、電流増幅率
βが稼げなくなる。
That is, if the emitter-base junction is a homojunction, or if the composition of the base end is close to Si even if it is a heterojunction, there is no heterobarrier in the base layer, and it is extremely high Since the amount is small, the amount of reverse injection of carriers into the emitter side increases, and the current amplification factor β cannot be obtained.

【0010】これは、電流増幅率βとエミッタ・ベース
接合の価電子帯のバンド不連続値ΔEv及びベース層ド
ーピング濃度NB との間に、下記式(2)の関係がある
ことから導かれる。
[0010] It is derived from the between the band discontinuity value ΔEv and base layer doping concentration N B of the valence band of the current amplification factor β and the emitter-base junction, there is a relationship of the following formula (2) .

【0011】[0011]

【数2】 (Equation 2)

【0012】NE :エミッタ層ドーピング濃度 NB :ベース層ドーピング濃度 vn :ベース層内での電子の拡散速度 vp :エミッタ層内でのホールの拡散速度 k:ボルツマン定数 T:絶対温度 その結果、このような傾斜組成ベースを用いた場合に
は、ベース走行時間を短縮し、電流利得遮断周波数fT
を向上させることができるが、ベース層のキャリア濃度
を上げることはできないために、結果として、最大発振
周波数fmax の向上は期待できないという問題がある。
N E : Doping concentration of emitter layer N B : Doping concentration of base layer v n : Diffusion speed of electrons in base layer v p : Diffusion speed of holes in emitter layer k: Boltzmann constant T: Absolute temperature As a result, when such a gradient composition base is used, the base traveling time is reduced, and the current gain cutoff frequency f T is reduced.
However, since the carrier concentration of the base layer cannot be increased, there is a problem that an increase in the maximum oscillation frequency fmax cannot be expected as a result.

【0013】一方、図9に示す従来の均一組成ベースを
用いた構造では、ベース層の高いGe組成率によるヘテ
ロ障壁により、ベース層のキャリアの逆注入を抑制して
いるが、ベース走行時間を短縮するためには、非常に薄
いベース層が必要となる。ところが、ベース層を薄くす
るとベース抵抗が上がるというトレードオフの関係があ
り、最大発振周波数fmax を向上させるためにはさらに
ベースドーピング濃度を上げることが必要となる。この
際にはさらに高いGe組成率が必要となり、エミッタ層
とベース層との格子定数差による転位が発生する臨界膜
厚が問題となる。
On the other hand, in the conventional structure using a uniform composition base shown in FIG. 9, the back injection of carriers in the base layer is suppressed by the hetero barrier due to the high Ge composition ratio of the base layer. For shortening, a very thin base layer is required. However, there is a trade-off relationship that the base resistance increases when the base layer is thinned, and it is necessary to further increase the base doping concentration in order to improve the maximum oscillation frequency fmax. In this case, a higher Ge composition ratio is required, and a critical film thickness at which dislocation occurs due to a difference in lattice constant between the emitter layer and the base layer becomes a problem.

【0014】すなわち、エミッタ・ベース接合をヘテロ
接合として、ヘテロ障壁によりベースからエミッタへの
キャリアの逆注入の抑制機能を高めることはある程度可
能であるが、これによってバイポーラトランジスタの高
周波特性を改善するには限界がある。
That is, it is possible to increase the function of suppressing the reverse injection of carriers from the base to the emitter by means of a hetero barrier by using the emitter-base junction as a heterojunction to a certain extent, but to improve the high frequency characteristics of the bipolar transistor. Has limitations.

【0015】本発明の目的は、エミッタ・ベース接合に
おけるヘテロ障壁とは別にエミッタ層にベース層からの
キャリアの逆注入を抑制する機能を有する領域を設ける
ことにより、ベースドーピング濃度の増大に対する制限
を緩和し、もって、最大発振周波数fmax の向上のため
にベースドーピング濃度をあげても、電流増幅率の増大
を実現できるバイポーラトランジスタを提供することに
ある。
An object of the present invention is to limit the increase in base doping concentration by providing a region having a function of suppressing back injection of carriers from the base layer in the emitter layer separately from the hetero barrier at the emitter-base junction. It is an object of the present invention to provide a bipolar transistor which can relax and thereby increase the current amplification factor even if the base doping concentration is increased in order to improve the maximum oscillation frequency fmax.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、バイポーラトランジスタのエ
ミッタ層内にベース層からのキャリアの逆注入を抑制す
る機能を実効的に高める高濃度ドープ層を向けることに
ある。具体的には、以下のようなバイポーラトランジス
タに関する手段を設けている。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a high-concentration bipolar transistor having a high-concentration element which effectively enhances the function of suppressing back injection of carriers from the base layer into the emitter layer. The purpose is to direct the doped layer. Specifically, the following means for a bipolar transistor are provided.

【0017】本発明のバイポーラトランジスタは、第1
導電型不純物が導入されたエミッタ層と、第2導電型不
純物が導入されたベース層と、第1導電型不純物が導入
されたコレクタ層とを有するバイポーラトランジスタで
あって、上記エミッタ層内の上記ベース層に近接した領
域に設けられ、上記エミッタ層内よりも高濃度の第1導
電型不純物がドープされた高濃度ドープ層を備えてい
る。
According to the bipolar transistor of the present invention, the first
A bipolar transistor having an emitter layer into which a conductivity type impurity is introduced, a base layer into which a second conductivity type impurity is introduced, and a collector layer into which a first conductivity type impurity is introduced. A heavily doped layer provided in a region close to the base layer and doped with a first conductivity type impurity at a higher concentration than in the emitter layer;

【0018】これにより、エミッタ・ベース接合の価電
子帯のバンド不連続によるバリアだけでなく、高濃度ド
ープ層によっても、バンドの変調によりベース層のキャ
リアがベース層に逆注入しようとするのが阻止される。
したがって、ベース層のキャリアドーピング濃度を高く
しても、キャリアの逆注入が抑制されることにより、最
大発振周波数fmax などの高周波特性の向上を図りつ
つ、電流増幅率を増大させることが可能となる。
Thus, not only the barrier due to the band discontinuity of the valence band at the emitter-base junction, but also the high-concentration doped layer causes the carrier of the base layer to try to be injected back into the base layer by the band modulation. Will be blocked.
Therefore, even if the carrier doping concentration of the base layer is increased, the reverse injection of carriers is suppressed, so that it is possible to increase the current amplification factor while improving high-frequency characteristics such as the maximum oscillation frequency fmax. .

【0019】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層を、厚みが10nm以下のδドープ層
とすることが好ましい。
In the above bipolar transistor, the highly doped layer is preferably a δ doped layer having a thickness of 10 nm or less.

【0020】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層の第1導電型キャリアの濃度は1×1
19cm3 以上であることが好ましい。
In the above bipolar transistor, the concentration of the first conductivity type carrier in the highly doped layer is 1 × 1.
It is preferably at least 0 19 cm 3 .

【0021】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層の第1導電型キャリアの濃度は、上記
エミッタ層内の第1導電型キャリアの濃度よりも10倍
以上高いことが好ましい。
In the above bipolar transistor, the concentration of the first conductivity type carrier in the highly doped layer is preferably 10 times or more higher than the concentration of the first conductivity type carrier in the emitter layer.

【0022】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記高濃度ドープ層が、エミッタ・ベース接合部に形成さ
れる空乏化領域に隣接していることが好ましい。
In the bipolar transistor, it is preferable that the heavily doped layer is adjacent to a depletion region formed at an emitter-base junction.

【0023】これにより、ベースからエミッタへのキャ
リアの逆注入抑制機能を最大限発揮することができる。
As a result, the function of suppressing the reverse injection of carriers from the base to the emitter can be maximized.

【0024】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記ベース層の第2導電型キャリアの濃度は、上記エミッ
タ層の第1導電型キャリアの濃度よりも高いことが好ま
しい。
In the bipolar transistor, it is preferable that the concentration of the second conductivity type carrier in the base layer is higher than the concentration of the first conductivity type carrier in the emitter layer.

【0025】上記バイポーラトランジスタにおいて、上
記エミッタ層とベース層とを、互いにバンドギャップが
異なる2種類の半導体材料により構成し、かつエミッタ
層を構成する半導体材料の方に大きなバンドギャップを
もたせておいて、上記エミッタ層とベース層との間にヘ
テロ接合部を設けることが好ましい。
In the above-mentioned bipolar transistor, the emitter layer and the base layer are made of two kinds of semiconductor materials having different band gaps, and the semiconductor material forming the emitter layer has a larger band gap. Preferably, a heterojunction is provided between the emitter layer and the base layer.

【0026】これにより、ヘテロ接合部の高いバリアを
利用して、ベース層からのキャリアの逆注入を抑制する
機能がさらに高くなる。
Thus, the function of suppressing the reverse injection of carriers from the base layer using the high barrier at the hetero junction is further enhanced.

【0027】上記ヘテロ接合部を有するバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記ベース層が歪を受けていること
が好ましい。
In the bipolar transistor having the hetero junction, it is preferable that the base layer is strained.

【0028】これにより、エミッタ層とベース層との格
子定数の差が大きい場合に特に大きな効果を発揮するこ
とができる。
[0028] Thereby, a particularly large effect can be exhibited when the difference between the lattice constants of the emitter layer and the base layer is large.

【0029】その場合には、さらに、上記ベース層がエ
ミッタ側からコレクタ側に向かってバンドギャップが減
少する方向に傾斜していることが好ましい。
In this case, it is preferable that the base layer is inclined in a direction in which the band gap decreases from the emitter side to the collector side.

【0030】これにより、ベース層におけるキャリアの
走行速度が拡散速度ではなくドリフト速度によって律速
され、ベース走行時間が短縮されるので、電流利得遮断
周波数fT が向上する。しかも、傾斜組成ベース化によ
るバンド不連続値の減少にもかかわらず高濃度ドープ層
によりベース層からエミッタ層へのキャリアの逆注入は
抑制される。また、ベースドーピングの高濃度化による
ベース抵抗の低減、あるいはベース層の厚みの増大も可
能となるので、最大発振周波数fmax の向上が可能とな
る。
As a result, the traveling speed of carriers in the base layer is determined not by the diffusion speed but by the drift speed, and the base traveling time is shortened, so that the current gain cutoff frequency f T is improved. In addition, despite the reduction of the band discontinuity due to the gradient composition base, the back-injection of carriers from the base layer to the emitter layer is suppressed by the highly doped layer. Further, since the base resistance can be reduced by increasing the concentration of the base doping or the thickness of the base layer can be increased, the maximum oscillation frequency fmax can be improved.

【0031】上記ヘテロ接合部を有するバイポーラトラ
ンジスタにおいて、上記エミッタ層がシリコンを含む半
導体により構成されており、上記ベース層が少なくとも
シリコンおよびゲルマニウムを含む半導体により構成さ
れていることが好ましい。
In the bipolar transistor having the hetero junction, it is preferable that the emitter layer is made of a semiconductor containing silicon and the base layer is made of a semiconductor containing at least silicon and germanium.

【0032】これにより、安価な半導体材料を使用しな
がら高周波特性の良好なヘテロバイポーラトランジスタ
を得ることができる。
Thus, a hetero-bipolar transistor having good high-frequency characteristics can be obtained while using an inexpensive semiconductor material.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】本実施形態は、エミッタ・ベース
接合付近のエミッタ側に、不純物濃度が極めて高いδド
ープ層を設け、実効的にヘテロ障壁高さ(バリア高さ)
を増大させることにより、ベース層からのキャリアの逆
注入を抑制していることを特長とし、電流利得の向上、
高周波特性の向上を図ったヘテロバイポーラトランジス
タに関するものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present embodiment, a δ-doped layer having an extremely high impurity concentration is provided on the emitter side near the emitter-base junction, and the heterobarrier height (barrier height) is effectively increased.
Is characterized by suppressing back injection of carriers from the base layer by increasing the current gain, improving the current gain,
The present invention relates to a hetero-bipolar transistor with improved high-frequency characteristics.

【0034】図1は、本実施形態に係るδドープ層をエ
ミッタ層に導入した NPN ヘテロバイポーラトランジ
スタの構造を示す。同図に示すように、Si基板1上
に、高濃度n型のSiサブコレクタ層2、n型のSiコ
レクタ層3、高濃度p型のSiGeベース層4、n型の
Siエミッタ層5、及び高濃度n型のSiエミッタコン
タクト層6が、MBE法により順次積層されている。な
お、Siサブコレクタ層2の上にはコレクタ電極20
が、SiGeベース層4の上にはベース電極21が、S
iエミッタコンタクト層6の上にはエミッタ電極22が
それぞれ設けられている。
FIG. 1 shows the structure of an NPN heterobipolar transistor according to the present embodiment in which a δ-doped layer is introduced into an emitter layer. As shown in FIG. 1, on a Si substrate 1, a high-concentration n-type Si subcollector layer 2, an n-type Si collector layer 3, a high-concentration p-type SiGe base layer 4, an n-type Si emitter layer 5, And a high concentration n-type Si emitter contact layer 6 is sequentially laminated by the MBE method. The collector electrode 20 is formed on the Si sub-collector layer 2.
However, on the SiGe base layer 4, a base electrode 21
An emitter electrode 22 is provided on each of the i-emitter contact layers 6.

【0035】ただし、高濃度n型のSiサブコレクタ層
2の厚みは約500nmで不純物濃度は約2×1019
-3であり、n型Siコレクタ層3の厚みは約650n
mで不純物濃度が約1×1017cm-3であり、高濃度p
型のSiGeベース層4の厚みは約50nmで不純物濃
度が約1×1019cm-3であり、n型Siエミッタ層5
の厚みは約100nmで不純物濃度が約2×1018cm
-3であり、高濃度n型のSiエミッタコンタクト層6の
厚みは約50nmで不純物濃度が約2×1019cm-3
あって、いずれもMBE法により順次積層されている。
However, the thickness of the high concentration n-type Si subcollector layer 2 is about 500 nm and the impurity concentration is about 2 × 10 19 c
m −3 and the thickness of the n-type Si collector layer 3 is about 650 n
m, the impurity concentration is about 1 × 10 17 cm −3 ,
The type SiGe base layer 4 has a thickness of about 50 nm, an impurity concentration of about 1 × 10 19 cm −3 , and an n-type Si emitter layer 5.
Has a thickness of about 100 nm and an impurity concentration of about 2 × 10 18 cm.
-3 , the high-concentration n-type Si emitter contact layer 6 has a thickness of about 50 nm and an impurity concentration of about 2 × 10 19 cm −3 , all of which are sequentially laminated by the MBE method.

【0036】ここで、n型Siエミッタ層5中のエミッ
タ・ベース接合部付近には、n型に高濃度ドープされた
δドープSi層10が設けられている。δドープSi層
10の厚みは約5nmで不純物濃度が約1×1020cm
-3であって、δドープSi層10はエミッタ・ベース接
合部から約40nmだけエミッタ側に入り込んだ位置に
設けられている。また、SiGeベース層4は、Siエ
ミッタ層5側からSiコレクタ層3側に向かってGe組
成が0%から30%までほぼ連続的に増加した傾斜組成
ベース構造となっている。なお、p型ドーパントとして
はボロンを、n型ドーパントとしてはアンチモンをそれ
ぞれ用いている。
Here, near the emitter-base junction in the n-type Si emitter layer 5, an n-type highly doped δ-doped Si layer 10 is provided. The δ-doped Si layer 10 has a thickness of about 5 nm and an impurity concentration of about 1 × 10 20 cm.
−3 , and the δ-doped Si layer 10 is provided at a position where it enters the emitter side by about 40 nm from the emitter-base junction. The SiGe base layer 4 has a gradient composition base structure in which the Ge composition increases almost continuously from 0% to 30% from the Si emitter layer 5 side to the Si collector layer 3 side. Note that boron is used as the p-type dopant and antimony is used as the n-type dopant.

【0037】図2は、エミッタ層内にδドープSi層を
設けた本実施形態に係るNPN ヘテロバイポーラトラ
ンジスタのバンド図である。また、図3は、Siエミッ
タ層内にδドープSi層を設けていない従来のNPN
ヘテロバイポーラトランジスタのバンド図である。
FIG. 2 is a band diagram of the NPN hetero bipolar transistor according to the present embodiment in which a δ-doped Si layer is provided in the emitter layer. FIG. 3 shows a conventional NPN without a δ-doped Si layer in a Si emitter layer.
FIG. 3 is a band diagram of a hetero bipolar transistor.

【0038】図2及び図3からわかるように、エミッタ
・ベース接合付近のエミッタ側に、n型に高濃度ドープ
されたδドープSi層10が設けられている場合には、
このδドープSi層10によりバンドは変調され、ホー
ルに対するポテンシャルバリアが形成される。つまり、
SiGeベース層4のホールから見れば、δドープSi
層10を設けることにより実効的にバリア高さが増大し
たことになる。その結果、SiGeベース層4のホール
濃度を上げてもホールのエミッタへの逆注入が抑制さ
れ、十分な電流利得が確保できる。したがって、ベース
抵抗の小さい,最大発振周波数fmax の非常に高いHB
Tを実現することができる。
As can be seen from FIGS. 2 and 3, when the n-type heavily doped δ-doped Si layer 10 is provided on the emitter side near the emitter-base junction,
The band is modulated by the δ-doped Si layer 10 to form a potential barrier for holes. That is,
When viewed from the holes of the SiGe base layer 4, δ-doped Si
The provision of the layer 10 effectively increases the barrier height. As a result, even if the hole concentration of the SiGe base layer 4 is increased, back injection of holes into the emitter is suppressed, and a sufficient current gain can be secured. Therefore, HB having a small base resistance and a very high maximum oscillation frequency fmax
T can be realized.

【0039】ここで、δドープSi層10により増大す
るポテンシャルバリア高さは、δドープSi層10のド
ーピング濃度、δドープSi層10周辺部のSiエミッ
タ層5のドーピング濃度、δドープSi層10の不純物
プロファイルなどにより変化する。
Here, the potential barrier height increased by the δ-doped Si layer 10 includes the doping concentration of the δ-doped Si layer 10, the doping concentration of the Si emitter layer 5 around the δ-doped Si layer 10, and the δ-doped Si layer 10. Changes depending on the impurity profile or the like.

【0040】図4は、δドープSi層のキャリア濃度に
対するバリア高さの変化を示す特性図である。ただし、
図4は、Siエミッタ層のキャリア濃度が1×1018
-3の場合の特性図である。本実施形態ではSiエミッ
タ層5のキャリア濃度が2×1018cm-3であるのに対
し、δドープSi層10のキャリア濃度は1×1020
-3であって、両者のキャリア濃度比は1:50であ
る。すなわち、本実施形態のδドープSi層10によ
り、図4におけるδドープSi層のキャリア濃度が5×
1019cm-3のとき(つまり両者の濃度比が1:50の
とき)のバリア高さに相当するバリア高さ、つまり、1
00meV程度のバリア高さの増大が図られている。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in the barrier height with respect to the carrier concentration of the δ-doped Si layer. However,
FIG. 4 shows that the carrier concentration of the Si emitter layer is 1 × 10 18 c
It is a characteristic diagram in case of m- 3 . In the present embodiment, the carrier concentration of the Si emitter layer 5 is 2 × 10 18 cm −3 , whereas the carrier concentration of the δ-doped Si layer 10 is 1 × 10 20 c.
m −3 , and the carrier concentration ratio between the two is 1:50. That is, the carrier concentration of the δ-doped Si layer in FIG.
The barrier height corresponding to the barrier height at 10 19 cm −3 (that is, when the concentration ratio of both is 1:50), that is, 1
The barrier height is increased by about 00 meV.

【0041】本発明の効果をより効果的に発揮するため
には、上記δドープSi層10のキャリア濃度は、1×
1019cm3 以上であることが好ましい。また、δドー
プSi層10によるバリアの増大量は10倍程度以上で
あることが好ましいが、δドープSi層10のキャリア
濃度がSiエミッタ層5のキャリア濃度の10倍のとき
に、バリアの高さが50meV高いことがわかる。した
がって、δドープSi層10のキャリア濃度がSiエミ
ッタ層5のキャリア濃度の10倍以上高いことが好まし
い。
In order to exhibit the effect of the present invention more effectively, the carrier concentration of the δ-doped Si layer 10 should be 1 ×
It is preferably at least 10 19 cm 3 . The amount of increase in the barrier by the δ-doped Si layer 10 is preferably about 10 times or more. However, when the carrier concentration of the δ-doped Si layer 10 is 10 times the carrier concentration of the Si emitter layer 5, the barrier Is higher by 50 meV. Therefore, it is preferable that the carrier concentration of the δ-doped Si layer 10 be higher than the carrier concentration of the Si emitter layer 5 by 10 times or more.

【0042】さらに、図2からわかるように、SiGe
ベース層4のキャリア濃度がSiエミッタ層5のキャリ
ア濃度よりも高い方がホールの逆注入に対するバリアが
高くなり、好ましいといえる。
Further, as can be seen from FIG.
It is preferable that the carrier concentration of the base layer 4 is higher than the carrier concentration of the Si emitter layer 5 because the barrier against reverse injection of holes is higher.

【0043】次に、図5は、本実施形態に係るδドープ
Si層10をエミッタ層に設けたNPNヘテロバイポー
ラトランジスタのコレクタ電流と電流増幅率βとの関係
(実線参照)と、エミッタ層内にδドープSi層を有し
ていない従来のNPNヘテロバイポーラトランジスタと
のコレクタ電流に対する電流増幅率βの関係(破線参
照)とをそれぞれ示す図である。同図に示すように、本
実施形態においては、Siエミッタ層5内にδドープS
i層10を設けたことにより、電流増幅率βが向上して
いることがわかる。特に、コレクタ電流が大きい領域に
おいて両者の電流増幅率βの差が顕著である。そして、
本実施形態に係るヘテロバイポーラトランジスタにおい
ては、このようにコレクタ電流が大きい状態においても
高い電流増幅率βが得られることから、電流遮断周波数
の最大値fTmaxも向上し、δドープSi層のないヘテロ
バイポーラトランジスタに比べて25%程度向上してい
る。
Next, FIG. 5 shows the relationship between the collector current and the current amplification factor β (see the solid line) of the NPN heterobipolar transistor provided with the δ-doped Si layer 10 in the emitter layer according to the present embodiment (see the solid line). FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a collector current and a current amplification factor β (see a broken line) with a conventional NPN hetero-bipolar transistor having no δ-doped Si layer. As shown in the figure, in the present embodiment, the δ-doped S
It can be understood that the provision of the i-layer 10 improves the current amplification factor β. In particular, in a region where the collector current is large, the difference between the two current amplification factors β is remarkable. And
In the heterobipolar transistor according to the present embodiment, the high current amplification factor β is obtained even in the state where the collector current is large as described above, so that the maximum value f Tmax of the current cutoff frequency is also improved, and there is no δ-doped Si layer. This is about 25% higher than that of the hetero bipolar transistor.

【0044】ところで、SiGeベース層4におけるG
e組成を高くするとSiGeの臨界膜厚の関係上転位が
発生してしまうおそれがある。ちなみに、下地がSiの
場合におけるSi0.2 Ge0.8 ,Si0.3 Ge0.7 、S
0.4 Ge0.6 についての臨界膜厚は180nm,56
nm,25nm程度である。
The G in the SiGe base layer 4
If the e composition is increased, dislocation may occur due to the critical thickness of SiGe. By the way, when the underlayer is Si, Si 0.2 Ge 0.8 , Si 0.3 Ge 0.7 , S
The critical film thickness for i 0.4 Ge 0.6 is 180 nm, 56
nm and 25 nm.

【0045】そこで、臨界膜厚を高くするには、ベース
層をSi1-x-y Gexy により構成することが有効で
ある。Geの組成を40%以上とし、そこにCを若干
(数%程度)添加することにより、エミッタ・ベース接
合のバンド不連続値ΔEvの大きさをあまり変化させる
ことなく、格子歪を低減することができる結果、ベース
層の臨界膜厚が向上するからである。したがって、ベー
ス層をSi1-x-y Gexy /Siにより構成すること
で、臨界膜厚を越えることなくより大きなバンド不連続
値ΔEvを得ることができる。
[0045] Therefore, in order to increase the critical film thickness, it is effective to the base layer is composed of Si 1-xy Ge x C y . By reducing the composition of Ge to 40% or more and adding a little (about several%) of C to the composition, the lattice distortion can be reduced without significantly changing the magnitude of the band discontinuity value ΔEv of the emitter-base junction. As a result, the critical thickness of the base layer is improved. Therefore, by forming the base layer by Si 1-xy Ge x C y / Si, it is possible to obtain a larger band discontinuity value ΔEv without exceeding the critical film thickness.

【0046】次に、Siエミッタ層5内にδドープSi
層10を設けて実効的なバリア高さを高くするととも
に、SiGeベース層4を傾斜組成としたHBTにおけ
る高周波特性の改善効果について説明する。
Next, δ-doped Si is
The effect of improving the high-frequency characteristics of an HBT having the SiGe base layer 4 as a gradient composition while increasing the effective barrier height by providing the layer 10 will be described.

【0047】図6は、δドープSi層10によりバリア
高さを増大させながら、SiGeベース層4内のGe組
成を図8に示すような傾斜組成ベース化した場合に、従
来の均一組成のベース層を用いたHBTに対してキャリ
アのベース走行時間が短縮される度合い(ベース走行時
間短縮ファクタ)を計算した結果を示す図である。
FIG. 6 shows a conventional base having a uniform composition when the Ge composition in the SiGe base layer 4 is made to be a gradient composition base as shown in FIG. 8 while increasing the barrier height by the δ-doped Si layer 10. FIG. 10 is a diagram illustrating a result of calculating a degree of reduction in base transit time of a carrier (base transit time reduction factor) with respect to an HBT using a layer.

【0048】図6を参照するとわかるように、従来の均
一組成ベース層と同じベース層膜厚でベース層を傾斜組
成化すると、ベース走行時間が傾斜の度合いに応じて短
縮される。傾斜組成によるバンドギャップの傾斜が30
0meVのとき、均一組成ベースに比べて約2割程度に
まで短縮される。
As can be seen from FIG. 6, when the base layer is formed into a graded composition with the same base layer thickness as the conventional uniform composition base layer, the base traveling time is shortened according to the degree of the slope. The bandgap gradient due to the gradient composition is 30
At 0 meV, it is reduced to about 20% compared to the uniform composition base.

【0049】また、図7は、δドープSi層10を設け
てバリア高さを増大させるとともに、ベース層を傾斜組
成ベース化し、かつベース抵抗RB を下げるためにベー
ス層の厚みを大きくしたHBTについて、その最大発振
周波数fmax が高濃度ドープ均一組成ベース層を有する
上記従来のHBTよりも向上した度合い(fmax 増大フ
ァクタ)を計算した結果を示す図である。ただし、Si
Geベース層4の膜厚は、従来のHBTにおける高濃度
ドープ均一組成ベース層とベース走行時間が等しくなる
膜厚としている。同図に示すように、ベース層を傾斜組
成化することで、ベース走行時間が短縮されるために、
傾斜組成によるバンドギャップの傾斜が大きくなるほど
ベース層を厚くすることができる。その結果、ベース抵
抗RB が低減されて最大発振周波数fmax が向上する。
同図に示されるように、傾斜組成によるバンドギャップ
の傾斜が300meVのとき、最大発振周波数fmax は
均一組成ベースに比べて1.5倍以上向上する。
[0049] Further, FIG. 7, [delta] doped Si layer 10 is provided with increasing barrier height, the base layer and the graded composition base of, and base resistance R increases the HBT of the thickness of the base layer to lower the B FIG. 9 is a graph showing the results of calculating the degree of increase (fmax increase factor) of the maximum oscillation frequency fmax of the conventional HBT having a highly doped base layer having a uniform composition with a high concentration. Where Si
The thickness of the Ge base layer 4 is set to a thickness that makes the base transit time equal to the high-concentration doped uniform composition base layer in the conventional HBT. As shown in the figure, the base traveling time is reduced by forming the base layer with a gradient composition.
The larger the gradient of the band gap due to the gradient composition, the thicker the base layer can be. As a result, the base resistance R B is reduced to improve the maximum oscillation frequency fmax.
As shown in the figure, when the gradient of the band gap due to the gradient composition is 300 meV, the maximum oscillation frequency fmax is improved by 1.5 times or more as compared with the uniform composition base.

【0050】以上のことから、本実施形態に係るヘテロ
バイポーラトランジスタ(HBT)は、以下のような効
果を発揮することができる。
From the above, the heterobipolar transistor (HBT) according to the present embodiment can exhibit the following effects.

【0051】第1に、Siエミッタ層5内にバリア高さ
を実効的に増大させるδドープSi層10を設けている
ことにより、エミッタ・ベース接合の価電子帯における
バンド不連続値ΔEvを実質的に増大させたのと同じ効
果を発揮することができ(式(2)参照)、電流増幅率
βの向上を図ることができる。つまり、SiGeベース
層4からSiエミッタ層5内へのホールの逆注入を抑制
するためのδドープSi層10を設けていることで、式
(2)で示されるベースからエミッタに流れる電流Jp
が小さくなり、電流増幅率βが向上するともいえる。こ
の効果は、エミッタ・ベース接合がヘテロ接合か否かに
かかわらず得られる効果である。したがって、HBTで
ない一般的なバイポーラトランジスタについても同様の
効果を発揮することができる。
First, the provision of the δ-doped Si layer 10 in the Si emitter layer 5 for effectively increasing the barrier height substantially reduces the band discontinuity ΔEv in the valence band of the emitter-base junction. Thus, the same effect as that of the current amplification can be exerted (see equation (2)), and the current amplification factor β can be improved. That is, by providing the δ-doped Si layer 10 for suppressing the reverse injection of holes from the SiGe base layer 4 into the Si emitter layer 5, the current Jp flowing from the base to the emitter represented by the formula (2) is obtained.
Is reduced, and the current amplification factor β is improved. This effect is obtained regardless of whether the emitter-base junction is a hetero junction or not. Therefore, the same effect can be exerted on a general bipolar transistor other than the HBT.

【0052】第2に、Siエミッタ層5内にδドープS
i層10を設けるとともに、SiGeベース層4を傾斜
組成ベース化して、Siエミッタ層5側からSiコレク
タ層3側に向かってSiGeベース層4におけるバンド
ギャップが減少するように、SiGeベース層4におけ
るGe組成を変化させているので、電流利得遮断周波数
T の向上を図ることができる。上述のように、従来の
均一組成のベース層を用いたHBTにおいては、ベース
層の低抵抗化のためにベースドーピング濃度を高くする
と、ホールの逆注入量が増大することで十分な電流利得
が確保できなくなっていた。それに対し、本発明のHB
Tにおいては、δドープSi層10を設けることによ
り、ヘテロ接合部の実効的なバリア高さが増大する。し
たがって、SiGeベース層4を傾斜組成化してエミッ
タ・ベース接合におけるヘテロ接合のバンド不連続値を
小さくし、かつベースドーピング濃度を高くしても、実
効的なバリア高さが十分確保されるため、ホールの逆注
入を抑制することができる。すなわち、従来不可能であ
った高濃度ドーピングしたベース層を傾斜組成ベース化
することができる。その結果、電子のベース走行時間が
短縮され、高周波特性が向上する。
Second, the δ-doped S
In addition to providing the i-layer 10, the SiGe base layer 4 is made to have a gradient composition base, and the SiGe base layer 4 is formed so that the band gap in the SiGe base layer 4 decreases from the Si emitter layer 5 side to the Si collector layer 3 side. since changing the Ge composition, it is possible to improve the current gain cutoff frequency f T. As described above, in the conventional HBT using a base layer having a uniform composition, when the base doping concentration is increased to reduce the resistance of the base layer, a sufficient current gain is obtained due to an increase in the amount of reverse injection of holes. Could not be secured. In contrast, the HB of the present invention
At T, the provision of the δ-doped Si layer 10 increases the effective barrier height at the heterojunction. Therefore, even if the SiGe base layer 4 is formed into a graded composition to reduce the band discontinuity of the hetero junction at the emitter-base junction and to increase the base doping concentration, the effective barrier height is sufficiently ensured. Reverse injection of holes can be suppressed. That is, a base layer doped at a high concentration, which has been impossible in the past, can be made into a gradient composition base. As a result, the base traveling time of the electrons is reduced, and the high-frequency characteristics are improved.

【0053】第3に、ベース層を傾斜組成化すること
で、ベース走行時間が短縮されるために、ベース層を厚
くすることができる。その結果、ベース抵抗が下がり最
大発振周波数fmax の向上を図ることができる。
Third, since the base traveling time is reduced by forming the base layer with a gradient composition, the thickness of the base layer can be increased. As a result, the base resistance decreases, and the maximum oscillation frequency fmax can be improved.

【0054】第4に、Ge組成率が低くても十分な電流
利得が確保できるということは、高いGe組成率を採用
したときに問題となる後工程での熱履歴による転位の発
生を抑制できる、すなわち、従来の均一組成ベースを用
いたHBTでは、SiGeベース層に高濃度の不純物を
ドープする際には、SiGeベース層のGe組成率を高
くする必要があり、その結果、Siベース層との格子定
数差が大きくなって格子定数差による転位が発生する臨
界膜厚が小さくなるという問題があるが、本実施形態の
ようにδドープSi層10を設けることで実効的なバリ
ア高さが増大することにより、SiGeベース層4のG
e組成率を大きくしなくても、十分な高周波特性が得ら
れる。また、低いGe組成率で十分な電流利得が確保で
きるということは、高いGe組成率を用いた時に問題と
なる後工程での熱履歴による転位の発生を抑制できる、
言い換えるとサーマルバジェットを高くできるという効
果も得られる。すなわち、デバイスの作製プロセスマー
ジンの向上、デバイスの信頼性の向上に対しても効果が
ある。
Fourth, the fact that a sufficient current gain can be ensured even when the Ge composition ratio is low means that the occurrence of dislocation due to heat history in a post-process which becomes a problem when a high Ge composition ratio is adopted can be suppressed. That is, in the conventional HBT using the uniform composition base, when doping the SiGe base layer with a high concentration of impurities, it is necessary to increase the Ge composition ratio of the SiGe base layer. However, there is a problem that the critical film thickness at which dislocation occurs due to the lattice constant difference becomes small, and the effective barrier height is reduced by providing the δ-doped Si layer 10 as in the present embodiment. By increasing, the G of the SiGe base layer 4 is increased.
e Sufficient high-frequency characteristics can be obtained without increasing the composition ratio. Further, the fact that a sufficient current gain can be secured at a low Ge composition ratio means that the occurrence of dislocation due to heat history in a post-process, which becomes a problem when a high Ge composition ratio is used, can be suppressed.
In other words, the effect that the thermal budget can be increased can be obtained. In other words, the present invention is also effective for improving the device manufacturing process margin and improving the reliability of the device.

【0055】第5に、バイポーラトランジスタにおける
温度特性も向上する。すなわち、SiGeベース層4の
価電子帯におけるホールの濃度分布は高温になると下方
にずれるので、バイポーラトランジスタの電流増幅率β
は温度Tが高くなると低下する特性を示す。この傾向
は、バンドの不連続値ΔEvが小さい場合には特に著し
い。それに対し、本発明のバイポーラトランジスタの場
合には、δドープSi層10のホールの逆注入抑制機能
によって、高温においても高い電流増幅率βを発揮する
ことができる。
Fifth, the temperature characteristics of the bipolar transistor are improved. That is, the concentration distribution of holes in the valence band of the SiGe base layer 4 shifts downward at high temperatures, so that the current amplification factor β of the bipolar transistor
Indicates a characteristic that decreases as the temperature T increases. This tendency is particularly remarkable when the band discontinuity value ΔEv is small. On the other hand, in the case of the bipolar transistor of the present invention, a high current amplification factor β can be exhibited even at a high temperature due to the function of suppressing the reverse injection of holes in the δ-doped Si layer 10.

【0056】以上のように、ヘテロバイポーラトランジ
スタのエミッタ層5内のエミッタ・ベース接合付近の領
域にδドープSi層10を設けることにより、電流利得
の向上と、高周波特性の向上が図られる。
As described above, by providing the δ-doped Si layer 10 in the region near the emitter-base junction in the emitter layer 5 of the hetero-bipolar transistor, the current gain and the high-frequency characteristics can be improved.

【0057】なお、上記δドープSi層10のバリア機
能を確保するためには、δドープSi層10全体がエミ
ッタ・ベース間の設計最大電圧における空乏化領域(エ
ミッタ・ベース間に最大設計電圧が印加された場合に空
乏化する領域)よりも外方に設けられていることが好ま
しく、δドープSi層10は空乏化領域に隣接している
ことがより好ましい。δドープSi層10の一部が空乏
化領域内にあると、バリア高さが小さくなってホールの
逆注入を抑制する機能が減少するおそれがあるからであ
る。ただし、δドープSi層10は、Siエミッタ層5
内においてSiGeベース層4からホールの拡散長以上
の距離を隔てるものではないことが好ましい。
In order to ensure the barrier function of the δ-doped Si layer 10, the entire δ-doped Si layer 10 must have a depletion region at the designed maximum voltage between the emitter and the base (the maximum designed voltage between the emitter and the base must be lower). It is preferable that the δ-doped Si layer 10 is provided outside of the depletion region (i.e., a region that is depleted when applied). This is because, if a part of the δ-doped Si layer 10 is in the depletion region, the barrier height may be reduced and the function of suppressing back injection of holes may be reduced. However, the δ-doped Si layer 10 is
It is preferable that the distance from the SiGe base layer 4 is not more than the diffusion length of holes.

【0058】本実施形態では、ヘテロバイポーラトラン
ジスタ単体の特性向上について説明してきたが、当然の
ことながら、バイポーラトランジスタとCMOSを集積
化したBiCMOSデバイスのバイポーラ部分に本発明
によるHBTを用いてもかまわない。
In the present embodiment, the improvement of the characteristics of the hetero bipolar transistor alone has been described. However, it goes without saying that the HBT according to the present invention may be used for the bipolar portion of the BiCMOS device in which the bipolar transistor and the CMOS are integrated. .

【0059】また、本実施形態では、NPN型SiGe
HBTを例にとって説明したが、PNP型バイポーラト
ランジスタにも適用できることは言うまでもない。ま
た、既に説明したように、HBTでない一般的なホモ接
合タイプのバイポーラトランジスタや、III−V族化合物
半導体によるヘテロバイポーラトランジスタであっても
かまわない。
In this embodiment, the NPN type SiGe
Although the HBT has been described as an example, it is needless to say that the present invention can be applied to a PNP-type bipolar transistor. Further, as already described, a general homojunction type bipolar transistor other than the HBT or a hetero bipolar transistor using a III-V group compound semiconductor may be used.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、バイポーラトランジス
タのエミッタ・ベース接合付近のエミッタ側に、エミッ
タ層よりも高濃度のキャリアがドープされた高濃度ドー
プ層を設けてバンドを変調し、ポテンシャルバリアを形
成することにより、実効的にバリア高さを増大させるよ
うにしたので、ベース層からのキャリアの逆注入の抑制
により、電流増幅率βの向上を図ることができるととも
に、ベース層の構造の制限の緩和によって、電流利得遮
断周波数fT 及び最大発振周波数fmax の向上をも図る
ことができる。
According to the present invention, a high-concentration doped layer doped with a carrier having a higher concentration than the emitter layer is provided on the emitter side near the emitter-base junction of the bipolar transistor to modulate the band and provide a potential barrier. Is formed, the barrier height is effectively increased, so that the current amplification factor β can be improved by suppressing the reverse injection of carriers from the base layer, and the structure of the base layer can be improved. by restriction mitigation it can also be achieved an improvement of current gain cut-off frequency f T and maximum oscillation frequency fmax.

【0061】また、従来の均一組成ベースを用いたHB
Tに比べ、高濃度ドープ層による実効的なバリア高さの
増大により、高いGe組成率を用いることなく、十分な
高周波特性が得られ、高いGe組成率を用いた時に問題
となる後工程での熱履歴による転位の発生を抑制でき、
デバイスの作製プロセスマージンの向上、デバイスの信
頼性の向上を図ることができる。
In addition, HB using a conventional uniform composition base
As compared with T, the high-concentration doped layer increases the effective barrier height, so that a sufficient high-frequency characteristic can be obtained without using a high Ge composition ratio, and in a later process which becomes a problem when a high Ge composition ratio is used. Generation of dislocations due to the thermal history of
It is possible to improve the manufacturing process margin of the device and the reliability of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態に係るδドープSi層をエミッタ層に
設けたNPNヘテロバイポーラトランジスタの断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an NPN heterobipolar transistor according to an embodiment in which a δ-doped Si layer is provided on an emitter layer.

【図2】δドープSi層をエミッタ層に設けたNPNヘ
テロバイポーラトランジスタのバンド図である。
FIG. 2 is a band diagram of an NPN heterobipolar transistor in which a δ-doped Si layer is provided on an emitter layer.

【図3】δドープSi層をエミッタ層に設けていないN
PNヘテロバイポーラトランジスタのバンド図である。
FIG. 3 shows an N-type in which a δ-doped Si layer is not provided in an emitter layer.
FIG. 3 is a band diagram of a PN hetero bipolar transistor.

【図4】δドープSi層におけるキャリア濃度と実効的
なバリア高さの増大量との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a carrier concentration in a δ-doped Si layer and an effective increase in barrier height.

【図5】δドープSi層をエミッタ層に設けた場合と設
けていない場合におけるNPNヘテロバイポーラトラン
ジスタのコレクタ電流に対する電流増幅率βの関係を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the current amplification factor β and the collector current of an NPN heterobipolar transistor when a δ-doped Si layer is provided in an emitter layer and when it is not provided.

【図6】δドープSi層によりバリア高さを増加させる
とともに、ベース層を傾斜組成ベース化した本発明のH
BTによる従来の均一組成ベース層を有するHBTに対
するベース走行時間の短縮度合いの計算結果を示す図で
ある。
FIG. 6 shows the H of the present invention in which the barrier height is increased by the δ-doped Si layer and the base layer is made to have a gradient composition.
FIG. 11 is a diagram illustrating a calculation result of a reduction degree of a base transit time for a conventional HBT having a uniform composition base layer by BT.

【図7】δドープSi層によりバリア高さを増加させる
とともに、ベース層を傾斜組成ベース化し、かつベース
層膜厚を大きくした本発明のHBTによる従来の傾斜組
成ベース化されたHBTに対する最大発振周波数fmax
の向上度合いの計算結果を示す図である。
FIG. 7 shows the maximum oscillation with respect to the conventional gradient composition-based HBT according to the HBT of the present invention in which the barrier height is increased by the δ-doped Si layer, the base layer is made into a gradient composition base, and the base layer thickness is increased. Frequency fmax
FIG. 9 is a diagram showing a calculation result of a degree of improvement of the graph.

【図8】従来の傾斜組成ベース層を用いたSiGe系N
PNヘテロバイポーラトランジスタの断面図である。
FIG. 8 shows a SiGe-based N using a conventional gradient composition base layer.
FIG. 3 is a sectional view of a PN hetero bipolar transistor.

【図9】従来の均一組成ベース層を用いたSiGe系N
PNヘテロバイポーラトランジスタのバンド図である。
FIG. 9 shows a conventional SiGe-based N using a uniform composition base layer.
FIG. 3 is a band diagram of a PN hetero bipolar transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 Siサブコレクタ層 3 Siコレクタ層 4 SiGeベース層 5 Siエミッタ層 6 Siエミッタコンタクト層 10 δドープSi層 20 コレクタ電極 21 ベース電極 22 エミッタ電極 Reference Signs List 1 Si substrate 2 Si sub-collector layer 3 Si collector layer 4 SiGe base layer 5 Si emitter layer 6 Si emitter contact layer 10 δ-doped Si layer 20 Collector electrode 21 Base electrode 22 Emitter electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型不純物が導入されたエミッタ
層と、第2導電型不純物が導入されたベース層と、第1
導電型不純物が導入されたコレクタ層とを有するバイポ
ーラトランジスタにおいて、 上記エミッタ層内の上記ベース層に近接した領域に設け
られ、上記エミッタ層内よりも高濃度の第1導電型不純
物がドープされた高濃度ドープ層を備えていることを特
徴とするバイポーラトランジスタ。
An emitter layer into which an impurity of a first conductivity type is introduced; a base layer into which an impurity of a second conductivity type is introduced;
A bipolar transistor having a collector layer into which a conductive impurity is introduced, wherein the bipolar transistor is provided in a region of the emitter layer adjacent to the base layer, and is doped with a higher concentration of the first conductive impurity than in the emitter layer. A bipolar transistor comprising a highly doped layer.
【請求項2】 請求項1記載のバイポーラトランジスタ
において、 上記高濃度ドープ層は、厚みが10nm以下のδドープ
層であることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. The bipolar transistor according to claim 1, wherein said highly doped layer is a δ-doped layer having a thickness of 10 nm or less.
【請求項3】 請求項1又は2記載のバイポーラトラン
ジスタにおいて、 上記高濃度ドープ層の第1導電型キャリアの濃度は1×
1019cm3 以上であることを特徴とするバイポーラト
ランジスタ。
3. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the concentration of the first conductivity type carrier in the highly doped layer is 1 ×.
A bipolar transistor having a size of 10 19 cm 3 or more.
【請求項4】 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載
のバイポーラトランジスタにおいて、 上記高濃度ドープ層の第1導電型キャリアの濃度は、上
記エミッタ層内の第1導電型キャリアの濃度よりも10
倍以上高いことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
4. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the concentration of the first conductivity type carrier in the highly doped layer is the concentration of the first conductivity type carrier in the emitter layer. 10 than
A bipolar transistor characterized by being twice as high.
【請求項5】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
のバイポーラトランジスタにおいて、 上記高濃度ドープ層は、エミッタ・ベース接合部に形成
される空乏化領域に隣接していることを特徴とするバイ
ポーラトランジスタ。
5. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the heavily doped layer is adjacent to a depletion region formed at an emitter-base junction. And a bipolar transistor.
【請求項6】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
のバイポーラトランジスタにおいて、 上記ベース層の第2導電型キャリアの濃度は、上記エミ
ッタ層の第1導電型キャリアの濃度よりも高いことを特
徴とするバイポーラトランジスタ。
6. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the concentration of the second conductivity type carrier in the base layer is higher than the concentration of the first conductivity type carrier in the emitter layer. A bipolar transistor, characterized in that:
【請求項7】 請求項1〜6のうちいずれか1つに記載
のバイポーラトランジスタにおいて、 上記エミッタ層とベース層とは、互いにバンドギャップ
が異なる2種類の半導体材料により構成され、かつエミ
ッタ層を構成する半導体材料の方が大きなバンドギャッ
プを有しており、 上記エミッタ層とベース層との間にヘテロ接合部を有す
ることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
7. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the emitter layer and the base layer are made of two kinds of semiconductor materials having different band gaps from each other. A bipolar transistor, wherein a constituent semiconductor material has a larger band gap, and a heterojunction is provided between the emitter layer and the base layer.
【請求項8】 請求項7記載のバイポーラトランジスタ
において、 上記ベース層が歪を受けていることを特徴とするバイポ
ーラトランジスタ。
8. The bipolar transistor according to claim 7, wherein said base layer is strained.
【請求項9】 請求項7又は8記載のバイポーラトラン
ジスタにおいて、 上記ベース層がエミッタ側からコレクタ側に向かってバ
ンドギャップが減少する方向に傾斜していることを特徴
とするバイポーラトランジスタ。
9. The bipolar transistor according to claim 7, wherein the base layer is inclined in a direction in which a band gap decreases from an emitter side to a collector side.
【請求項10】 請求項7〜9のうちいずれか1つに記
載のバイポーラトランジスタにおいて、 上記ベース層が少なくともシリコンおよびゲルマニウム
を含む半導体により構成されていることを特徴とするバ
イポーラトランジスタ。
10. The bipolar transistor according to claim 7, wherein the base layer is made of a semiconductor containing at least silicon and germanium.
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