JPS61292365A - ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、エミッタ領域を、ベース領域を構成する半導
体物質よりバンドギャップの大きい半導体物質で構成し
たヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、分子線エピタキシー法（ＭＢｆｆｌ）や、有機金
属気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）等の発展（；より、異種の
半導体物質を接合させた、いわゆるヘテロ接合を利用し
た半導体素子の開発が盛んに行なわれるようになった。

バイポーラトランジスタのエミッタ・ベース間にヘテ「
１接合を採用したヘテロ接合バイポーラトランジスタは
、従来の単一半導体物質で作られるホモ接合トランジス
タに比べ多くの利点を持つ事が知られている。それらの
利点とは、 （１）　　エミッタ領域を構成する半導体物質をベース
領域を構成する半導体物質よりバンドギャップの大きい
ものとする事で、エミッタ領域の不純物濃度とベース領
域の不純物濃度の比が小さくとも高いエミッタ注入効率
が得られる。

（２）　　（１）の結果、ベース領域の不純物濃度を高
くできるため、ベース抵抗が低減できる。

（３）同様に、エミッタ領域の不純物濃度を低くできる
ためエミッタ容量を小さくできる。

等である。これらの利点により、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタは従来のホモ接合バイポーラトランジスタ
に比べ、高周波特性、スイッチング特性で、はるかに秀
れたものとなる可能性を持っている。

しかしながら、このようなヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを実際（二製造し得る半導体物質の組合せを、考
えると、広バンドギャップを有する材料は一般に電子親
和力が小さい事が多い。この結果、広バンドギヤツプ物
質からなるエミッタと狭バンドギヤツプ物質からなるベ
ースを直接階段状に接合させたｎｐｎ　）ランジスタを
作製すると以下に述べるよう；：注入効率が低下してし
まい、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの利点を活か
せないという問題が生じる。第５図はエミッタ領域を構
成する半導体物質の電子親和力が、ベース領域を構成す
る半導体物質のそれよりよりΔＢｅだけ小さい場合の階
段型へテロ接合バイポーラトランジスタのベース・エミ
ッタ接合近傍の伝導帯の様子を示したものである。この
図から明らかなようＥ、伝導帯には電子親和力の差に起
因する高さΔＥｃのスパイク状の障壁が形成され、この
＋１１１によりエミッタからベースへの電子の注入が阻
害されてしまう。どの事はエミッタ注入効率の低下を招
きトランジスタ特性を損うものである。

この問題は、エミッタ・ベース間のへテロ接合を階段型
とせずに、エミッタからベースに向って滑らかにバンド
ギャップが変化している、いわゆる傾斜型とする事で避
ける事ができる。第６図はエミッタ自ベース間にバンド
ギャップが線形に変化している領域を設けた場合の伝導
帯の様子を示している。この図から分るように、伝導帯
に生じる障壁は傾斜型へテロ接合を用いる事で除去する
事が可能である。エミッタ領域とベース領域の間でバン
ドギャップの変化する領域（以下では遷移領域と呼ぶ）
は、その領域を構成する物質の組成をベース領域を構成
する半導体物質とエミッタ領域を構成する半導体物質と
の中間的組成にする事で実現される。従来遷移領域内で
はバンドギャップが滑らかに変化する様物質組成を徐々
に変化させる事が行なわれてきた。しかしこの様な遷移
領域を実現する菟；は、ＭＢＥ法においては分子線のフ
ラツクスな、ＭＯＣＶＤ法ではガス流量を精密に連続的
に変化させるという制御を行なうことが必要である。こ
のような制御は現在の技術では難しいため、制御装置の
コストが増すと共に、遷移領域を成長する際の成長速度
を十分遅くする必要があるという問題が生じる。また、
遷移領域内でバンドギャップを滑らかに変化させた場合
、この領域内（二はベースから正孔が注入されやすく、
特（：キャリアライフタイムが小さい場合キャリア再結
合が大きくなる。このことは直流増幅率の低下を生じる
とともに、蓄積キャリアの増加による高周波特性、スイ
ッチング特性の劣化を生じ得るという問題があった。

〔発明の目的〕

不発明は上記の点（＝鑑みなされたもので、バンドギャ
ップの大きい物質からなるエミッタ領域と。

バンドギャップの小さい物質からなるベース領域の間に
遷移領域を有し、且つその製造プロセス制御が容易で、
優れた直流特性、高周波特性が得られるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを提供する事を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、第１種半導体物質からなるｐ型ベース領域と
、これよりバンドギャップが大きく電子親和力の小さい
第２種半導体物質からなるｎ型エミッタ領域を有するヘ
テロ接合バイボー２トランジスタにおいて、エミッタ・
ベース間に、ベースからエミッタに向かってバンドギャ
ップが階段状に順次大きくなり、かつ、隣接する層間の
バンドギャップの差がベースからエミッタζ二向かって
順次大きくなる複数の半導体層からなる遷移領域を設け
た事を特徴とする。

本発明は以下のような知見並びに考察に基づく。

既に述べたように、バンドギャップの大きいエミッタ領
域をバンドギャップの小さいベース領域に直接階段状に
接合させた、いわゆる階段型へテロ接合バイポーラトラ
ンジスタにおいても、また、ベース領域からエミッタ領
域に向ってバンドギャップが滑らかに変化する遷移領域
を導入した傾斜型へテロ接合バイポーラトランジスタ（
＝おいても、それぞれ（＝難点がある。これらの難点を
共に解決するためには、伝導帯に生じる障壁を完全に除
去するのではなく、ある妥当な値以下にしつつ、ベース
領域からエミッタ領域への正孔の注入を抑制する障壁を
価電子帯（二形成できる構造とすることが望ましい。こ
の様な構造はエミッタ・ベース間に物質組成がステップ
状に変化する複数の半導体層からなる遷移領域を形成す
る事で実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれは、エミッタ・ベース間（二組成が異なる
複数の半導体層からなる遷移領域を設けることにより、
エミッタからベースへの電子に対する障壁を十分小さく
シ、シかもベースからエミッタへの正孔に対する障壁を
ある程度残して、広バンドギャップのエミッタを用いた
利点を活かしたへテロ接合バイポーラトランジスタを得
ることができる。また本発明（＝おいては、遷移領域に
滑らかな組成変化を与えないので、製造プロセス制御が
容易である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を、広バンドギヤツプエミッタを
構成する材料としてＧａ６４人沼。、、Ａｓ、狭バンド
ギャップのベースを構成する材料としてＧａＡｓを用い
た場合について第１図を参照しながら述べる。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造するには導電
性、或いは半絶縁基盤上にコレクタ、ベース、エミッタ
の各層なエピタキシアル成長させる事が必要である。Ｍ
ＢＥ法、或いはＭＯＣＶＤ法を用いればこれら各層の厚
さ、ドーピング濃度。

物質組成を制御し、不発明の構造を作成する事は容易で
ある。

第１因はｎ＋型Ｇり入Ｓ基板２を用い、この基板２上に
不純物として例えばＳｉを含有するｎ　Ｂｉ　Ｇａ人３
コレクタ領域３、不純物として例えばａｅを含有するｐ
型ＧａＡｓベース領域４、不純物として例えばＳｉを含
有する、組成がステップ状に変化する複数個の層からな
る遷移領域６、不純物として例えばＳｉを含有する広バ
ンドギャップの１゜、、　ＡＡｏ、、人Ｓエミッタ・法
域７を順次成長した場合を示している。

トランジスタはこの様に作成されたエミッタ、ベース、
コレクタの各領域に電気的に接触する電極を形成する琴
で作成される。第１図ではエミッタ電極８．コレクタ電
極１はウェハの両面に直接形成し、ベース電極５はウェ
ハ表面よりベース領域４までエツチングを行った後に形
成している。

第２図は、遷移領域６として、エミッタ領域７とベース
領域４の中間的組成をもつ二つの層から構成した場合の
エミッタ・ベース近傍のバンド形状を模式的に示したも
のである。各層の界面では伝導帯に障壁が形成されるが
、その高さは単にエミッタ・ベース間に直接へテロ接合
を形成した場合より十分小さくなっている。一方、価電
子帯に生じる障壁によりベースから正孔が遷移領域内深
く注入されてしまう事を抑制する効果がある事が期待さ
れる。この効果を十分生かすには、本発明による通り、
隣接する半導体層間のバンドギャップの差が遷移領域内
で等間隔に変化するのではなく、ベースに隣接する部分
でバンドギャップの差が大きく、エミッタ側（二近い部
分ではバンドギャップ差が小さくなる様遷移領域を形成
する事が有効である。

また、遷移領域をステップ状に形成する事は、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ用のウェハなＭＢＫ法、或い
はＭＯＣＶＤ法で形成する際大きなメリットを与える。

即ち、物質組成を滑らかに変化させようとすると成長条
件を精密に制御する事が必要である上、成長速度を十分
小さくする必要があるのに対し、ステップ状に組成を変
化させる場合には、はるか（：簡便な制御でよく、この
結果ウェハ成長効率を大幅に向上させる事が可能である
。ここで注意すべき事は、エミッタ・ベース間に挿入さ
れる遷移領域をエミッタ・ベースそれぞれを構成する半
導体物質の中間組成をもつ単一層で形成しようとすると
、この層の組成を十分正確に制卸しない限りベース領域
側、或いはエミッタ領域側に生じる伝導帯止の障壁の高
さを遷移領域を有しない場合の１／２にはできず、遷移
領域を導入する効果を十分には活かせない事である。こ
の問題を回避するには遷移領域を異なる物質組成を持つ
複数個の層で構成し、それらの層の組成をベース領域か
らエミッタ領域（＝向って、ベース領域の組成に近いも
のからエミッタ領域の組成に近いものに順次変化させる
事が必要である。また、この様にする事で遷移領域とし
て挿入される半導体層（：対する組成制御の厳密性を緩
和する事ができる。

以下に具体的なデータに基づいて本発明の効果を明らか
（ニする。エミッタ及び遷移領域のドーピング濃度が３
Ｘ１σ？α　、ベースのドーピング濃度が３×１０　Ｃ
ｒｎ　の場合につき１本発明による構造と、従来の線形
Ｃ二滑らか（＝バンドギャップの変化する遷移領域を有
する構造のトランジスタ特性を比較して第３図及び第４
図Ｃ二示した。これらの図中人は本発明の構造のトラン
ジスタでベースからエミッタ（二向ってλ石モル比１層
厚が０．０６．４０ｋ。

０．１２．４０人、０．１ｇ、４０Ａ、０．２２，４０
１．０゜２６．４０＾である５層からなる遷移領域を有
する場合の特性である。一方、Ｂは２００　ｉの厚さで
Ａ２モル比が０．０から０．３に線形に変化している遷
移領域を有する場合の特性である。第３図に示した直流
増巾率のコレクタ電流依存性より、本発明の構造は通常
トランジスタが使用されるコレクタ電流密度５Ｘ１０’
人１（、ｒ／を以下の領域で従来構造より優れた特性を
示している。また、＄４［ｇｌ二示した遮断周波数特性
では直流増巾率の場合はど顕著ではないが、やはり通常
のトランジスタの使用範囲のコレクタ電流値で本発明の
構造が優れた特性を示している事が分かる。

以上述べた実施例では、ベースなＧａＡｓで、エミッタ
をＧａ００７人！。、８人１で形成した場合を示したが
、エミッタのＡ１モル比が０．３以外の場合はもちろん
、エミッタ、ベースを構成する物質として他の組合わせ
を用いた場合、例えばＩｎＰとＩｎＧａＡｓ。

ＧａＡｓ　とＧｅ、ＧａＰとＳｉなどの場合にも不発明
を同様に通用することができることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明の一実施例のトランジスタ構成を示す模式
図、第２図はそのエミッタ・ベース近傍のバンド構造を
示す図、第３図、第４図は実施例のバイポーラトランジ
スタ特性を従来例と比較して示す図、第５因は階段型へ
テロ接合バイポーラトランジスタのエミッタ・ベース近
傍の伝導帯形状を示す因、第６図は傾斜型へテロ接合バ
イポーラトランジスタのエミッタ・ベース接合近傍の伝
導帯形状を示す図である、 ｌ・・・コレツ・り電極、２・・・ｎ−型Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ基板、３・・・ｎ型ＧＢＡｓコレクタ領域、４・・・
ｐｆｉＧａＡｓベース領域。 ５・・・ベース成極、６・・・複数個の異なった物質組
成を持つ層より構成される遷移領域、７・・・ｎ型Ｇ　
ａ　ｏ、？　Ｌ−（３ｏ、３人Ｓエミッタ領域、８・・
・エミッタな極。 第１図 エミッタ　　　　　　　　１　　　　　ベース第２図 ｔ″？−増＋キ叫。 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　第１種半導体物質からなるｐ型ベース領域と、第１種
   半導体物質よりバンドギャップが大きく、かつ電子親和
   力の小さい第２種半導体物質からなるｎ型エミッタ領域
   を有し、かつ前記ベース領域とエミッタ領域の間に第１
   種半導体物質と第２種半導体物質の中間的組成を持つ半
   導体物質からなる遷移領域を有するヘテロ接合バイポー
   ラトランジスタにおいて、前記遷移領域は、ベース領域
   に隣接するものからエミッタ領域に隣接するものに向か
   つてバンドギャップが順次階段状に大きくなる複数の半
   導体物質層からなり、かつ、ベース層とそれに隣接する
   遷移領域半導体層間のバンドギャップの差が、遷移領域
   内の他の互いに隣接する半導体層間のバンドギャップの
   差より大きいか、或いは少なくとも等しくなるよう構成
   されている事を特徴とするヘテロ接合バイポーラトラン
   ジスタ。