JPS6124275A - Bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
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の構造、特に、ペテ
ロ接合から成るバイポーラトランジスタに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to the structure of a bipolar transistor, and in particular to a bipolar transistor consisting of a peterojunction.
（従来技術）
従来、接合形バイポーラトランジスタの応答速度を高め
るためには、エミッタの不純物濃度をベースに比べて十
分に高めることが必要であったが、エミッタ領域の結晶
性をＮ保する必要性から、これには限界があった。(Prior art) Conventionally, in order to increase the response speed of a junction bipolar transistor, it was necessary to sufficiently increase the impurity concentration of the emitter compared to the base, but it was necessary to maintain the crystallinity of the emitter region N. Therefore, there was a limit to this.
（発明の目的）
本発明は、バイポーラトランジスタＱエミッタの不純物
濃度をあまシ高めないで、その応答速度を高めることが
でき、がっ、容易に製作することができる構造のヘテｐ
ｗｋ合から取るバイポーラトランジスタを提供すること
である。(Objective of the Invention) The present invention provides a bipolar transistor Q emitter with a structure that can increase its response speed without significantly increasing its impurity concentration, and that can be easily manufactured.
The object of the present invention is to provide a bipolar transistor that takes the wk combination.
（発明の構成）
本発明によるバイポーラトランジスタは、この目的を達
成するために、結晶の格子定数が相互に近い直を有する
化合物半導体と元素半導体とのヘテロ接合から瓜ってお
シ、特に、ベースを元素半導体で構成し、この元素半導
体より大きなバンドギャップを持つ化合物半導体でエミ
ッタおよびコレクタを構成したものである。(Structure of the Invention) In order to achieve this object, the bipolar transistor according to the present invention is based on a heterojunction between a compound semiconductor and an elemental semiconductor whose crystal lattice constants are close to each other. is composed of an elemental semiconductor, and the emitter and collector are composed of a compound semiconductor with a larger band gap than the elemental semiconductor.
また、エミッタとなる大きなバンドギャップを持つ化合
物半導体とエミッタ用金属ｘｉとの間に、より小さいバ
ンドギャップを持つ元素半導体を挿入し、エミッタと金
椙電極とＱ間■オーム性接続を容易にすることが望まし
い。In addition, an elemental semiconductor with a smaller bandgap is inserted between the compound semiconductor with a large bandgap serving as the emitter and the metal xi for the emitter to facilitate the ohmic connection between the emitter, Kanasu electrode, and Q. This is desirable.
さらに、ｎ＋形Ｇ＆Ｐをエミッタとし 、＋形Ｓｉをベ
ースとし、ｎ−形ＧａＰまたはｎ″″形Ｓｉをコレクタ
とすることが望ましく、この場合、エミッタと金１！４
ｗＬｆＩＬとの間に挿入する元素半導体をｎ１形Ｓｉと
することが望ましい。Furthermore, it is desirable to use n+ type G&P as the emitter, + type Si as the base, and n- type GaP or n'''' type Si as the collector; in this case, the emitter and gold 1!4
It is desirable that the elemental semiconductor inserted between wLfIL and wLfIL is n1 type Si.
また、ｎ十形ＧａＡ３をエミッタとし、ｐ＋形Ｇｅをベ
ースとし、ｎ−形ＧａＡｓをコレクタとしても良い。Alternatively, n+ type GaA3 may be used as the emitter, p+ type Ge may be used as the base, and n− type GaAs may be used as the collector.
（実施列）
接合形バイポーラトランジスタの応答速度を向上するに
は、基本的に次のような対策が考えられる。すなわち、
第１は、―子および正孔の移動匿が大きな十都体材ｌＦ
＋を利用し、ｎｐｎ構造とすることであシ、第２は、ト
ランジスタとして動作する実効ベース幅、すなわち、＾
性ベース領域の厚さを薄く設計して、エミッタから注入
されるキャリアの通過時間を短縮することであるが、こ
の池にも、ベース接合抵抗ならびに寄生容緻を低減する
ことが必要である。(Implementation column) In order to improve the response speed of a junction bipolar transistor, the following measures can basically be considered. That is,
The first is the ten-body material IF, which has large electron and hole transfer.
The second is the effective base width that operates as a transistor, that is, ^
The purpose is to design the thickness of the active base region to be thin to shorten the transit time of carriers injected from the emitter, but it is also necessary to reduce the base junction resistance and parasitic density in this region.
ベース幅を例えば５ Ｑ ｎｍ 以下に設計したとする
と、ベースシート抵抗の増加を避けるためには、通常の
トランジスタで用いられている１ｏ１７〜１ｏ１８／ｃ
ｒｎ５という不純物ｓｉを少なくとも１桁増加する必要
が生じる。一方、同様の半導体から成るエミッタ接合の
場合には、その電子注入効率を維持するために、エミッ
タのドナーｌｕｌ＆ （以下場とする）をベースの７ク
セブタａ度（以下ＮＡとする）に対して２桁程度高くと
ることが要求される。しかし、ベースのＮＡを１０１９
／Ｃ−以上とした場合、エミッタのへをこの値より２桁
近く高くすることは、結晶性の低下を招く結果となるの
で好ましくない。For example, if the base width is designed to be 5 Q nm or less, in order to avoid an increase in base sheet resistance, it is necessary to
It becomes necessary to increase the impurity si called rn5 by at least one order of magnitude. On the other hand, in the case of an emitter junction made of a similar semiconductor, in order to maintain its electron injection efficiency, the emitter donor lul It is required to be about two digits higher. However, the base NA is 1019
/C- or more, it is not preferable to make the emitter's temperature nearly two orders of magnitude higher than this value because this results in a decrease in crystallinity.
そのような問題を解決する方法として、ヘテロ接合の利
用が考えられる。One possible way to solve such problems is to use heterojunctions.
ヘテロ接合ｎｐｎ ）ランジスタのエネルギーバンド構
造を第１図に示す。この図は、エミッタおよびコレクタ
にｎ形Ｇ＆Ｐを用い、ベースにｐ形Ｓｉを用いた場合の
例である。また、第１図の熱干衡状組におけるエネルギ
ーバンドに対して、第２図は、エミッタ電圧Ｖ、および
コレクタ電圧■。をそれぞれベースに対して印加した場
合のエネルギー構造を示している。まず、第１図より明
らか々ように、エミッタからベースに向５ＩＥ子流Ｊｎ
Ｋ対する電位障壁４は、ベースからエミッタに向う正孔
流Ｊ、に対する電位障壁ちより十分に低い。ｎｐｎ ）
ランジスタを動作させるには、血常第２図に示すように
Ｖ、とＶ。をベースに対して印加するので、４は８話な
シ、樫は杉となる。The energy band structure of a heterojunction npn) transistor is shown in FIG. This figure shows an example in which n-type G&P is used for the emitter and collector, and p-type Si is used for the base. Furthermore, for the energy band in the thermal equilibrium set of FIG. 1, FIG. 2 shows the emitter voltage V and the collector voltage ■. The energy structure is shown when each is applied to the base. First, as is clear from Fig. 1, the 5IE condensate flow Jn flows from the emitter to the base.
The potential barrier 4 to K is much lower than the potential barrier to hole flow J from the base to the emitter. npn)
To operate the transistor, connect the blood to V and V as shown in Figure 2. is applied to the base, so 4 becomes 8 stories, and oak becomes cedar.
したがって、ＮＬＪ”； ＮＡとしても、この接合を流
れる電子ωＬＪ′ｎと正孔 Ｊ′ｐとの比は、はぼＭｅ
ｘｐ（杉−絋）／ ｋＴ） １０’ （Ｍはそれぞれベ
ースおよびエミッタ中の電子および正孔の拡散距離、拡
散係数等Ｑ比で決まる係数で、この場＠ｒ１σ３程ｋＱ
値をとる）となシ、十分なエミッタの電子注入効率が得
られることが分かる。また、コレクタ半導体のバンドギ
ャップはベースより大きいので、逆方向バイアス電圧Ｖ
０が印加されているコレクタ接合の正孔ｗＬ流が十分に
少なくなシ、電子ｗＬ流と正孔電流の比としてのコレク
タ効率が増すことになる。Therefore, even if NLJ''; NA, the ratio of the electron ωLJ'n flowing through this junction and the hole J'p is approximately Me
xp (Sugi-Ki) / kT) 10' (M is a coefficient determined by the Q ratio such as the diffusion distance and diffusion coefficient of electrons and holes in the base and emitter, respectively; in this case, @r1σ3 is approximately kQ
It can be seen that sufficient electron injection efficiency of the emitter can be obtained. Also, since the bandgap of the collector semiconductor is larger than that of the base, the reverse bias voltage V
If the hole wL flow at the collector junction to which 0 is applied is sufficiently small, the collector efficiency as a ratio of the electron wL flow to the hole current will increase.
以上述べたように、第１図のようなヘテロ接合を用いる
ことによって、ベースとエミッタの不純物濃度を岡じレ
ベルとしたバイポーラトランジスタを実現することがで
きる。また、ＧａＰとＳｉの格子定数は、それぞれ５．
４５ Ｘと５．４３Ａであシ、容易に良好なエピタキシ
ャル成長層を分子線エピタキシャル装置を用いて形成す
ることができる。As described above, by using a heterojunction as shown in FIG. 1, it is possible to realize a bipolar transistor in which the base and emitter impurity concentrations are at the same level. Furthermore, the lattice constants of GaP and Si are 5.
45X and 5.43A, a good epitaxial growth layer can be easily formed using a molecular beam epitaxial apparatus.
次に、このような構造のトランジスタの製作工程の具体
例を第３図を診照にして説明する。Next, a specific example of the manufacturing process of a transistor having such a structure will be explained with reference to FIG.
この図により、”形ＧａＰをエミッタとコレクターに用
い、Ｐ＃Ｓｉをベースに用いてヘドロ接合形トランジス
タを製と［する場合の製作工程を順を追って示す。This figure shows step by step the manufacturing process for manufacturing a sludge junction transistor using GaP as the emitter and collector and P#Si as the base.
■ コレクタとして必要な数μｍのｎ−ＧａＰ ＠ ｉ
を上向に形成しｆｃｎ＋Ｇａｐ基板２を用い、下面にコ
レクタ電極を被着し易ぐするためのｎ＄ｉ膜３を雇成し
、表面に５ｉ０２膜４を形成する。■ Several micrometers of n-GaP @i required as a collector
An fcn+Gap substrate 2 is used, an n$i film 3 is formed on the bottom surface to facilitate attachment of the collector electrode, and a 5i02 film 4 is formed on the surface.
５ｉ０２膜４の一部をペース領域５とするため、図に示
すように除去しておく。A portion of the 5i02 film 4 is removed as shown in the figure in order to serve as a pace region 5.
■ この基板表面に、ｐ＋Ｓｉ６、ｎ”Ｇ、Ｐ ７、ｎ
＋ｓｉ８の順で、分子線エピタキシャル法を利用して、
必要な膜厚をエピタキシャル成長を行う。■ On the surface of this substrate, p+Si6, n”G, P7, n
+si8 using molecular beam epitaxial method,
Perform epitaxial growth to the required thickness.
例えば、各層Ｑ膜厚は、それぞれ、５Ｑｎｍ以下、３０
０ ｎｍ以下、１１００ｎ以下とする。ｎ＋ＧａＰ ７
（７）上ノｎ＋Ｓｉ 膜８は、多層構造とすること
によってペテロＬ 台によって生じるひず与を緩和する
こと、ならびに鴫Ｐに比べてエネルギー・ギャップ−の
小さいｓｉを介して、Ａｔ尋の虻属電極とオーミック接
触を容易にすることを目的としている。For example, the thickness of each layer Q is 5Q nm or less, 30 nm or less, respectively.
0 nm or less and 1100 nm or less. n+GaP 7
(7) The upper n+Si film 8 has a multilayer structure to alleviate the strain caused by the Peter L base, and also to reduce the energy gap of At The purpose is to facilitate ohmic contact with metal electrodes.
■ フォトレジストをマスクとして、エミッタとなる部
分以外のｎ”Ｓｉ膜８をエツチングによって除去する。(2) Using the photoresist as a mask, the n''Si film 8 other than the portion that will become the emitter is removed by etching.
■ 幌いて、ｎ”ＧａＰ膜７をエツチングによって除去
し、エミッタ領域を形成する。(2) Go back and remove the n'' GaP film 7 by etching to form an emitter region.
■ 表面全域に、絶縁用のＳｉＯ２膜９をＣＶＤ法を利
用して１〜２μｍの厚さに形成する。(2) An insulating SiO2 film 9 is formed over the entire surface using the CVD method to a thickness of 1 to 2 μm.
■ エミッタおよびベースに電極を形成するためのコン
タクト・ホールをあけ、両面にＡｔ層１０．１１を被着
した後、フォト・リンタグラフ法によって亀甑を整形す
る。(2) Contact holes for forming electrodes are made in the emitter and base, and after At layers 10 and 11 are deposited on both sides, the turtle shell is shaped by the photo-lintagraph method.
以上は、本発明のへトロ接合から成るバイポーラトラン
ジスタの構造と製作方法の１例を示すものであるが、本
発明はこれに駆足されるものではない。Although the above describes one example of the structure and manufacturing method of a bipolar transistor comprising a heterojunction according to the present invention, the present invention is not limited to this.
なお、ｎ＋ＧａＡｓをエミッタとし、ｐ＋Ｇさベースと
し、ｎ−ＧａＡ、をコレクタとすることによって、同様
なヘテロ接合のバイポーラトランジスタを構成すること
もできる。Note that a similar heterojunction bipolar transistor can be constructed by using n+GaAs as the emitter, p+G as the base, and n-GaA as the collector.
以上説明したヘテロバイポーラトランジスタは、次のよ
うな簡易な構造とすることが可能である。すなわち、＠
３図において説明したＧａＰ基をＳｉ４板によって置き
かえるものでおるＯｎ＋３１ 基板上にｎ−Ｓｉ層を
エピタキシャル成長した基板を用い、第３図２以下は全
く同一のプロセスにより、ＧａＰをエミッタとするバイ
ポーラトランジスタを構成するものである。この場合に
は、ベースとエミッタのバンドギャップが等しくなるた
め、コレクタ効率がやや低下するが、代って、コレクタ
抵抗がＧａＰ ＝ｉコレクタに用いる場合に比べて低減
するばかシでなく、ＧａＰに比べて結晶性の優れたＳｉ
を用いることが出来るため、コレクタ接合の特性低下を
十分に補１ＸすることがｐＪ’能である。The hetero bipolar transistor described above can have the following simple structure. In other words, @
Using an On+31 substrate in which the GaP base explained in Fig. 3 is replaced by a Si4 plate and an n-Si layer epitaxially grown on the substrate, a bipolar transistor with GaP as an emitter is fabricated using the same process as shown in Fig. 2 and below. It consists of In this case, the bandgap of the base and emitter are equal, so the collector efficiency decreases a little, but in return, the collector resistance is not reduced compared to the case where GaP = i is used for the collector, but it is Si has superior crystallinity compared to
Since it is possible to use pJ', it is possible to sufficiently compensate for the deterioration in characteristics of the collector junction by 1X.
（発明の効果）
以上に説明したような本発明のヘテロ扱きを応用したバ
イポーラトランジスタにより、下記の効果が１１ｊられ
る。(Effects of the Invention) The bipolar transistor to which the hetero treatment of the present invention is applied as explained above provides the following effects.
（１） エミッタの不純物濃ｋをベースに比べて十分
に茜くすることなく、エミッタの電子圧入効率を縄くす
ることができる。このことは、エピタキシャルＪｍでる
るエミッタ領域の結晶性を確保するために有効に作用す
る。(1) The electron injection efficiency of the emitter can be improved without making the impurity concentration of the emitter sufficiently darker than that of the base. This effectively works to ensure the crystallinity of the emitter region in the epitaxial Jm.
（２） コレクタ千導体のバンドキャンプをベースよ
り大きくとっであるので、逆方同バイアス電圧が印加さ
れあいろコレクタ接合の正孔電流が十分に少なくなシ、
電子電流の比としてのコレクタ効率が増す。(2) Since the band camp of the collector conductor is set larger than the base, the same reverse bias voltage is applied and the hole current in the black collector junction is sufficiently small.
Collector efficiency as a ratio of electron current increases.
（３） エミッタをバンドギャップの大きな半導体と
小さな半導体から成る２層構造とすることにより、エミ
ッタと金＠電極とＱオーム性接続を容易にすることがで
きると同時に、ペース・コレクタ半導体と同様な材料か
ら成る多層構造となル、機械的ひずみを稜和できる。(3) By making the emitter a two-layer structure consisting of a semiconductor with a large band gap and a semiconductor with a small band gap, it is possible to easily connect the emitter to the gold@electrode in a Q-ohm manner, and at the same time, it is possible to make a Q-ohm connection between the emitter and the gold@electrode. The multi-layered structure made of materials can compensate for mechanical strain.
（４）ベース材料に８１を用いることにより、電子およ
び正孔移動度が共に低いＧａＰを用いて、Ｓｉ）ランジ
スタと同等の応答速度を実現することができる０同様に
、Ｇ６をペースに用いてＧａＡ、ｌエミッタとコレクタ
に用いて、Ｇｅトランジスタと同等のものを実現するこ
とができる。(4) By using 81 as the base material, it is possible to achieve a response speed equivalent to that of a Si) transistor using GaP, which has low electron and hole mobility. Similarly to 0, using G6 as the pace. By using GaA for the emitter and collector, it is possible to realize something equivalent to a Ge transistor.
（５）放射線耐性の強いＧ＆Ｐを実用性のある応答速度
を持つトランジスタに利用することができる。(5) G&P, which has strong radiation resistance, can be used for transistors with a practical response speed.
第１図は本発明のバイポーラトランジスタの熱〒衡状態
におけるエネルギー構造を説明するための説明図、第２
図は本発明のバイポーラトランジスタにエミッタ電圧、
コレクタ電圧を印加し状態におけるエネルギー構造を説
明するための説明図、第３図は本発明のバイポーラトラ
ンジスタの製作工程の１実施向を説明するための工程図
である。
１ ： ｎ−ＧａＰ層、２ ： ｎ”ＧａＰ基板 ３
： ｎ＋３ 。
膜 ４ ： Ｓ、０２膜 ５：ベース領域 ６：ｐ＋Ｓ
ｉ層 ７ ： ｎ＋ＧａＰ層 ８ ： ｎ＋Ｓｉ膜
９ ： ＳｉＯ□膜１０．１１：ＡｔＪｍ
特許出願人 新技術開発事業団
出願人代理人 弁理士 佐 藤 文 男＋
→荘FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the energy structure in the thermal equilibrium state of the bipolar transistor of the present invention, and FIG.
The figure shows the emitter voltage and
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the energy structure in a state where a collector voltage is applied, and FIG. 3 is a process diagram for explaining one implementation of the manufacturing process of the bipolar transistor of the present invention. 1: n-GaP layer, 2: n”GaP substrate 3
: n+3. Film 4: S, 02 film 5: Base region 6: p+S
I layer 7: n+GaP layer 8: n+Si film 9: SiO□ film 10.11: AtJm Patent applicant New Technology Development Corporation Applicant's agent Patent attorney Fumi Sato Male+
→ Sou
Claims (6)
導体と元素半導体とのヘテロ接合から成ることを特徴と
するバイポーラトランジスタ。(1) A bipolar transistor comprising a heterojunction of a compound semiconductor and an elemental semiconductor whose crystal lattice constants have values close to each other.
導体で構成し、この元素半導体より大きなバンドギャッ
プを持つ化合物半導体でエミッタを構成し、コレクタを
バンドギャップの大きいかまたは同一の半導体で構成し
たことを特徴とするバイポーラシスタ。(2) In claim 1, the base is made of an elemental semiconductor, the emitter is made of a compound semiconductor with a larger band gap than the elemental semiconductor, and the collector is made of a semiconductor with a larger band gap or the same semiconductor. Bipolar sister is characterized by the following.
大きなバンドギャップを持つ化合物半導体とエミッタ用
金属電極との間に、より小さいバンドギャップを持つ元
素半導体を挿入し、エミッタと金属電極との間のオーム
性接続を容易にしたことを特徴とするバイポーラトラン
ジスタ。(3) In claim 2, an elemental semiconductor having a smaller bandgap is inserted between a compound semiconductor having a large bandgap serving as an emitter and a metal electrode for emitter, and the emitter and metal electrode are connected together. A bipolar transistor characterized by easy ohmic connection between the two.
をエミッタとし、ｐ＾＋形Ｓｉをベースとし、ｎ＾−形
ＧａＰまたはｎ＾−形Ｓｉをコレクタとしたことを特徴
とするバイポーラトランジスタ。(4) In claim 2, n^+ type GaP
A bipolar transistor characterized in that it has an emitter, p^+ type Si as a base, and n^- type GaP or n^- type Si as a collector.
をエミッタとし、ｐ＾＋形Ｓｉをベースとし、ｎ＾−形
ＧａＰまたはｎ＾−形Ｓｉをコレクタとし、エミッタと
金属電極との間に挿入する元素半導体をｎ＾＋形Ｓｉと
したことを特徴とするバイポーラトランジスタ。(5) In claim 3, n^+ type GaP
is used as the emitter, p^+ type Si is used as the base, n^- type GaP or n^- type Si is used as the collector, and the elemental semiconductor inserted between the emitter and the metal electrode is n^+ type Si. Characteristic bipolar transistor.
ｓをエミッタとし、ｐ＾＋形Ｇｅをベースとし、ｎ＾−
形ＧａＡｓをコレクタとしたことを特徴とするバイポー
ラトランジスタ。(6) In claim 4, paragraph 2, n^+ type GaA
s as the emitter, p^+ type Ge as the base, n^-
A bipolar transistor characterized by having a collector made of GaAs.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14447784A JPS6124275A (en) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | Bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14447784A JPS6124275A (en) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | Bipolar transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6124275A true JPS6124275A (en) | 1986-02-01 |
Family
ID=15363211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14447784A Pending JPS6124275A (en) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | Bipolar transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6124275A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023011A (en) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Bipolar transistor device and manufacturing method therefor |
| JP2015015411A (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 日本電信電話株式会社 | Heterojunction bipolar transistor and method of manufacturing the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51128268A (en) * | 1975-04-30 | 1976-11-09 | Sony Corp | Semiconductor unit |
| JPS5735365A (en) * | 1980-08-13 | 1982-02-25 | Nec Corp | Semiconductor device |
-
1984
- 1984-07-13 JP JP14447784A patent/JPS6124275A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS51128268A (en) * | 1975-04-30 | 1976-11-09 | Sony Corp | Semiconductor unit |
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| JP2015015411A (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 日本電信電話株式会社 | Heterojunction bipolar transistor and method of manufacturing the same |
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