JPS63318777A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はへテロ接合バイポーラトランジスタに関する。

（従来技術） ベース層とベース層よシ禁制帯幅の広いエミッタ層との
へテロ接層を備え九へテロ接合バイポーラトランジスタ
（以降ＨＢＴと称す）は、ベース層の不純物濃度を高く
してベース抵抗を低減しても、エミヅタ注入効果が低下
しないので二超高速・超高周波素子として有望視されて
いる。特に、近年の分子線エピタキシャル（ＭＢｇ）法
あるりは。

有機金属ＣＶ　Ｄ　（ＭＯＣＶＤ）法等の技術の進展に
よシ、化合物半導体のＨＢＴの研究開発活動は、急速に
拡大して―る。

第７図は従来のＨＢＴの第１の例のバンド構造図である
。

この例は、Ｎ−ＧａＡｓ層からなるコレクタ層３′上に
Ｐ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層からなるベース層４及びＮ→す０
．３０ａＯ＝？Ａ８層からなるエミッタ層５′を順次設
けたシングルＨＢＴであ〕、エミッタ層とベース層との
へテロ接合部に伝導帯の不連続ΔＥｃ及び価電子帯の不
淳続ΔＢｖが生ずる。それらの大きさは、ａ　Ｊｏ　、
ｓ　（ｈｏ　、ｔ　ＭとＧａＡｓの電子親和力差がほぼ
α２ｅＶであるため、ΔＥｃ＝α２ｅＶで、　Ａｇ３．
３０　！　６．７ＡｓとＧａＡｓの禁制帯幅の差ΔＥｇ
は約０，３ｅＶでるるため、Δｇｇ＝ΔＥｃ＋ΔＥｖか
らΔＥｖ＝０．１ｅＶとなる。なお１通常、ベース層４
の不純物濃度は５Ｘ　１０”　〜ＩＸｌ　Ｏ”　ａ　ｔ
　ｏｍ／ｃｍ”程［で６り、エミッタ層５′の不純物濃
度（３Ｘ　ｌｏ’Ｔ　ｃｍ１程度）よシも高濃度でめる
九めノツチの部分δＥＮが非常に小ざくな）ΔＥＣ＝ａ
Ｅｃとなる。従って、このδＥｃによ）、エミッタ層５
′からベース層４にホットエレクトロンを注入すること
ができるが、２８０分だけ電子にとっての障壁が高くな
るので、ベース層４からエミッタ層５′にキャリヤを注
入するときのいわゆるオン電圧が大きくなってしまうと
いう欠点がある。更に、又、ΔＶｐ／Δｖｆ１も、δＥ
ｃが存在する分だけ小さくなシ、ベース層４からエミッ
タ層５′へ逆注入されるホール電流を抑止する効果が薄
れるという欠点もめる。実用的にはΔＥｃが０．１ｅＶ
を越えるとこれらの欠点が顕著になってくる。

第８図は従来の）ＩＢＴの第２の例のバンド構造図でる
る。

この例はｓ−Ｎ　−Ａ　ｌ　ｏ、　ｓ　Ｇ　ａ　ｏ　、
　ｙ　Ａ　７１層からなるコレツタＭ３上にＰ−ＧａＡ
ｓ層からなるベース層４及びＮ−”ＡＩＱ、３　Ｇａ　
ｏ、７Ａｓ層からなるエミッタ層５′を順次設は九ダブ
ルＨＢＴであり、ベースのホールがコレクタ側に進出し
てしまういわゆるカーク効果を防止することができる。

しかしながら、この例ではベース、コレクタ接合界面に
も、エミッタ、ベース接合界面と同様に、伝導帯の不連
続ΔＥｃが生じベース層を通過しｔ電子をコレクタ層に
回収する効果が低下してしまうと−う欠点がある。この
場合も実用的にはΔＥｃが０．１ｅＶを越えると、この
欠点が顕著になってくる。

第９図は従来のＨＢＴの第３の例のバンド構造図である
。

この例は、第１の例の欠点を改良し友ものでおり、Ｎ−
ＧａＡｓ層からなるコレクタＩ＠　３　’上のＰ−Ｇａ
Ａｓ層からなるベース層４とＮ−Ａｔ　Ｑ、３Ｇａ　０
．７Ａｓ層からなるエミッタ層５′との間にＮ−ｈｌｘ
Ｇａ、−８Ａｓ層（ｘ：０→０．３）からなるグレーダ
ｒｙ）シ（ンドギャップ構造のエミッタ層５　ａ　Ｉを
設けてｉるので、このエミッタ層５　ａ　Ｉによシ伝導
生の不連続ΔＥｃｔ除去することができる。リドしなが
ら、このエミッタ、′・１ 層５　ａ　Ｉとしては厚さが３００１〜５００４度必要
で６９、従って、この部分での電子の再結合によって電
流利得が大きく低下してしまうという断念な欠点が生ず
る。

第１θ図は従来のＨＢＴの第４の例のバンド構造図でる
る。

この例は、第２の例を改良し友ものであり、ＮＡｌ６．
３　Ｇａ　０．、Ａｓ層からなるコレクタ層３′と、Ｐ
−ＧａＡｓ層からなるベース層４との間にＮ　−ＡＪｘ
Ｇａｓ　　ｘＡｓ層（ｘ：α３→０）からなるグレーデ
ッドバンドギャップ構造のコレクタ層３ａ＃並びにベー
ス層４とＮ−Ａｊ□、５Ｇａｏ、７Ａ８層からなるエミ
ッタ層５′との間にＮ−ＡＪｘＧａ、−ｘＡｓ層（ｘ：
０→０．３）からなるエミッタ層５　ａ　Ｉを設け、コ
レクタ層３ａ＃及びエミッタ層５　ａ　Ｉによって両刃
の伝導帯の不連続ΔＥｃＪ−除去して−る。しかし、こ
の例も、第３の例と同様の理由で、電子の再結合確率が
増加して電流利得が低下するとｉう新たな欠点が生じて
しまう。

（発明が解決しようとする問題点） 上述し九へテロ接合パイポー２トランジスタの第１及び
第２の例では、ベース・エミッタ接合めるいはコレクタ
・ベース接合のへテロ接合部に比較的大きな伝導帯の不
連続δＥｃが生じるので、ベース・エミッタ間のオン電
圧が増大した）、ベース層からエミッタ層へのホール電
流増加によるエミッタ注入効ｙ４が低下し究シあるいは
ベース層を通過し良電子のコレクタ層への回収効率が低
下するという欠点がるる。

又、第３及び第４の例では、ベース・エミッタ接合ある
いはコレクタ・ベース接合にグレーデッドバンドギャッ
プ構造のエイツタ層あるいはコレクタ層を設けて―るの
で、第１及び第２の例の欠点を防止できるがしかし電子
の再結合ｍ＊が増加して電流利得が低下すると―う欠点
が断念に生じてしまり。

（問題を解決するための手段） 本発明のへテロ接合バイポーラトランジスタは、順次積
層したー導電型返コレクター−１反対導電型のベース層
及び一導電型のエミッタ層を含み、前記エミッタ層又は
前記コレクタ層が前記ベース層よ〕禁制帯幅が広くかつ
前記ベース層との電子親和力の差がａＩＣｖ以内の半導
体層からなる。

（作用） このような本発明のへテロ接合バイポーラトランジスタ
によると、ヘテロ接合を形成する２種の化合働手導体の
電子親和力はほぼ等しく、かつ禁制帯幅が異なっている
ので、伝導帯には接合界面にろま）大きな不連続が発生
せず、価電子帯のみに不連続が生ずる。従って電子を効
率よく伝導する一万でホール上ベース層にとじ込めるこ
とが可能になシ、シかも余分なグレーデッドバンドギャ
ップ構造のエミッタあるいはコレクタ鳴が不要になシ再
結合蓚率が低下して、電流利得が上昇する。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面を参照して説明するＯ 第１図は本発明の第１の実施例の断面図である。

この実施例は、半絶縁性基板ｌ載面にプロトンをイオン
注入して形成した絶縁領域１ａによって仕切られた部分
に不純物鑓度が５Ｘ１０”ａｔｏｒｎ／Ｘ　Ｉ　Ｏ”　
ａ　ｔ　ｏｍ／ｃｍ”で厚さが４０００＾のＮ−ＧａＡ
ｓ層からなるコレクタ層３′　、不純物濃度がｌＸｌ０
””ａ　ｔ　ｏｎ／ｃｍ”で厚さが１５０ＯＡのＰ−Ｇ
ａＡｓ層からなるベース層４．不純物製置が３ＸＩＯａ
ｔｏｍ／ｃｍ”で厚さが１５００ＡのＮ　−ＧａＰ層か
らなるエミッタ層５及び不純物濃度が３　Ｘ　Ｉ　Ｏｌ
”　ａ　ｔ　ｏ　ｍ７ｃｍ”で厚さが５００＾のＮ”−
ＧａＰ層からなる高ａ度層６を順次設け、ベース１ｇ４
．高濃度層２及び６上にそれぞれＡｕＺｎ　Ｎｊからな
るベース電極４３　ｂ　、　ＡｕＧｅ−犯層からなるコ
レクタ及びエミッタ電極８Ｃ及び８ｅ設けた構造をして
いる。

第２図は本発明の第１の実施例のバンド構造図である。

この実施例では、ベース層４を構成するＧａＡｓの電子
親和力及び禁制帯幅はそれぞれ４０５ｃＶ及びＬ４２ｅ
Ｖであシ、エミッタ層５ｔ−構成するＧａＰの電子親和
力及び禁制帯幅はそれぞれ４０ｅＶ及びＺ２６ｅＶであ
るので、電子親和力の差による伝導帯の不連続ΔＥｃは
ほとんどなく、従って、価電子帯の不連続ΔＥｖは禁制
帯幅の差Δｇｇにほぼ等しく　ΔＥｖ：　ΔＥｇ＝＝ｏ
、５４ｅＶとなる◎即ち、この実施例では、ベース層４
からエンツタ層５へのホールの注入を低減してエミッタ
注入効率を高めると共にΔｇｃが非常に小さｉのでベー
ス・エミッタ間のオン電圧の増大を抑止するという効果
がある。

この実施例では、ＧａＡｓの格子定数が＆６５ＡＫ対し
ＧａＰの格子定数は＆４５λとな〕格子不整合系となる
が、不整合層の厚嘔がＨＢＴで実際に用いられて−る層
構造（Ｉ０００Ａ〜１００ＯＯＡ）の範囲では転移等の
不具合は発生せず実用上問題はない。

第３図は本発明の第２の実施例の断面図である。

この実施例は、＃−絶縁性基板１表面にプロトンをイオ
ン注入して形成した絶縁領域１１によって２を設け、高
濃度層ｚ上に不′鈍物濃度が５Ｘｌσ・ａｔｏｍ／ｃｍ
”で厚さが４００ＯＡのＮ−ＧａＩｍか６なる＝レクタ
層３．不鈍物？Ａ度がｌＸｌ０’　ａｔｏｍ７ｃ　ｍ”
で厚さが１５００ＡのＰ−ＧａＡｓ層からなるベース層
４．不純物濃度が３ＸＩ　Ｏ訂ａｔｏｍ／ｃｍ”セ厚さ
が１５００Ａｙ＞　Ｎ＝ＡＩ０．３Ｇａ、　、、Ａｓ層
カ＆　ｅ　、６工ミプタ層５′及び不純物濃度が５Ｘｌ
Ｏ”ａｔｏｍ高濃度）４６’を順次設け、ベース層、高
濃度層２及び６′上にそれぞれＡｕＺｎ層からなるベー
ス電極８ｂ　、ＡｕＧｅ−Ｎｉ層からなるコレクタ及び
エミッタ電極８Ｃ及び８ｅ設けた構造をしてｉる。

第４図は本発明の第２の実施例のバンド構造図である。

この実施例では、エミッタ層５′からベース層４へは伝
導帯の不連続δＥｃを用−てホットエレクトロンを注入
し、ベース層４から＝レクタ層３ヘノホール注入はＰ−
ＧａＡＳ／Ｎ−ＧａＰのヘテｎ界面によシ阻止しカーク
効果を除去している。このときコレクタ・べ−２界面に
おいてΔＥ０＝ｏであるから電子は効率よくコレクタ電
極に回収される。

第５図は本発明の第３の実施例の断面図で６る。

この実施例は、半絶縁性基板１表面にプロトンをイオン
注入して形成し友絶縁領域１ａによって仕切られ九部分
に不純物濃度が５ＸＩＯ”・ａｔｏｍ／・　　　　　　
◆ ｃｒｎ”で厚さが４００ＯＡのＮ　−ＧａＰ層カ６７！
　ル高濃度層２を設け、高濃度層２上に不純物一度が５
ＸＩＯ”ａｔｏｍ／ｃｍ”　で厚さが４００ＯＡのＮ　
−Ｇ　ａ　Ｐ層からなるコレクタ層３．不純物濃度がｌ
Ｘｌ０”ａ　ｔ　ｏｍ／ｃｍ”で厚さが１５０ＯＡ＋７
３Ｐ−ＧａＡｓ　層カラなるベース層４．不純物濃度が
３ＸＩＯ１１ａｔｏｍ／Ｃ−で厚さが１５０ＯＡのＮ−
ＧａＰ層からなるエミッタ層５及び不純物濃度が３　Ｘ
　１０”　ａ　ｔ　ｏｍ／ｃｍ”６を順次設け、ベース
層４．高濃度層２及び６上にそれぞれＡｕＺｎ層からな
るベース電極８ｂ、ＡｕＧ　ｅ　−Ｎ　ｉ層からなるコ
レクタ及びエミッタ電極８Ｃ及び８ｅ設けた構造をして
いる。

第６図は本発明の第３の実施例のバンド構造図である。

この実施例では、ベース層４ｔ″Ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ａ
　層で構成し、コレクタ及びエミッタ層２及び５を共に
Ｎ−ＧａＰ層で構成することによって、コレクタ・ベー
ス並びにベース・エミッタのへテロ界面ニおける伝導帯
の不連成ΔＥＣがほとんどＯになると共に価電子帯の不
連続ΔＥｖが禁制帯幅の差ΔＥｇにほぼ等しくΔＥｖユ
ΔＢｇ＝＝αＢ４ｅＶとなる。

従って、この実施例では、ベース・エミッタ間のオン電
圧の増大韮びにベース層からエミッタ層へのホール電流
増加に伴うエミッタ注入効率の低下を防止すると同時に
カーク効果ｔ−ｍ止ししかもベース層を通過した電子の
コレクタ層への回収効率の低下も抑止することができる
と共に再結合確率の増加による電流利得の低下をもおさ
えることができる。

こ仁で、上記実施例では、第１及び第３の実施列のエミ
ッタ層及び第２及び第３の実施例のコレクタ層ｆ：Ｎ−
ＧａＰで構成しかつベース層をＰ　−Ｇ　ａＡｓで構成
して・いるが１本発明はこれに限るものではなく１例え
ばＮ−ＧａＰの代シにＮ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓとしかりＰ　
−Ｇ　ａ　Ａ　ｓの代Ｊ）Ｐ−ＧａＳｂ　としてもｊ、
ＩＡ６ｅの場合、勿論伝導歪の不連続ΔＥＣゆ１ぼ０で
あるが、価電子帯の不連続ΔＥマはΔＥｖ二ΔＥｇ＝α
６９造上問題はない。

（発明の効果） 以上説明し友ように本発明では、ベース・エミッタ間又
ハコレクタ・ベース間のへテロｍ合界ｍにおける伝導帯
の不達θをαｘｅＶ以内にすることによって、ホール再
結合電流を低くおさえてエミッタ注入効率を向上し、か
つベース・エミッタ間のオン電圧の増大を抑止すると共
にカーク効果を阻止しかつコレクタ層へのベース層を通
過した電子の回収効率も改善されしかもグレーデッドバ
ンドギャップ構造を不要にして電子の再結合確率の増加
による電流利得の減少を防止することができて、超高速
・超高周波性能の非常に優れたヘテ日接合バイポーラト
ランジスタが実現できるという効果がめる。

接合バイポーラトランジスタの第１．第２．第３盃びに
第４の例のバンド構造図でるる。

ｌ・・・・・・半絶縁性基板、１ａ−・・・・絶縁領域
、２′。

２′・・・・・・高濃度層、３．３’、３“、３ａ′・
・・・・・コレクタ層、４・・・・・・ベース層、ｓ、
ｓ’、ｓａ・・・・・・ニオツタ層、６・・・・・・高
濃度層、８ｂ・・・・・・ベース電極、８Ｃ・・・・・
・コレクタ電極、８ｅ・・・・・・エミッタ電極、９．
９’、９“、１０．１０’　　、１０“。

ｆＩｌ　図 第３　図 治Ｓ図 １図 箭８　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 順次積層した一導電型のコレクタ層、反対導電型のベー
   ス層及び一導電型のエミッタ層を含み、前記エミッタ層
   又は前記コレクタ層が前記ベース層より禁制帯幅が広く
   かつ前記ベース層との電子親和力の差が０．１ｅＶ以内
   の半導体層からなることを特徴とするヘテロ接合バイポ
   ーラトランジスタ。