JP3228327B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP3228327B2 JP3228327B2 JP35312597A JP35312597A JP3228327B2 JP 3228327 B2 JP3228327 B2 JP 3228327B2 JP 35312597 A JP35312597 A JP 35312597A JP 35312597 A JP35312597 A JP 35312597A JP 3228327 B2 JP3228327 B2 JP 3228327B2
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- emitter layer
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に半導体装置の寄生抵抗の低減に関する。より具
体的には、ヘテロ接合型パイポーラトランジスタに関す
る。
し、特に半導体装置の寄生抵抗の低減に関する。より具
体的には、ヘテロ接合型パイポーラトランジスタに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開平６−２４４１９５号公報に
は、Ａｌの組成がｎ型ＡｌＧａＡｓ層側から０．３→０
になるように積層した層厚１００〜４００オングストロ
ームのｎ型傾斜組成ＡｌＧａＡｓ層をこの順で積層した
ものが使用できると記載されている。そして、図１には
ｎ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成エミッタ層７が示されてい
る。
は、Ａｌの組成がｎ型ＡｌＧａＡｓ層側から０．３→０
になるように積層した層厚１００〜４００オングストロ
ームのｎ型傾斜組成ＡｌＧａＡｓ層をこの順で積層した
ものが使用できると記載されている。そして、図１には
ｎ型ＡｌＧａＡｓ傾斜組成エミッタ層７が示されてい
る。
【０００３】従来、この種のヘテロ接合型バイポーラト
ランジスタ（ＨＢＴ）のエミッタ抵抗の低減には、例え
ば特開平６−２４４１９５に示されるように、エミッタ
キャップ層とエミッタ層およびエミッタ層とベース層の
間に組成傾斜層を挿入することで伝導帯不連続によるエ
ミッタ抵抗の増加を抑制する方法が一般的に採用されて
いる。
ランジスタ（ＨＢＴ）のエミッタ抵抗の低減には、例え
ば特開平６−２４４１９５に示されるように、エミッタ
キャップ層とエミッタ層およびエミッタ層とベース層の
間に組成傾斜層を挿入することで伝導帯不連続によるエ
ミッタ抵抗の増加を抑制する方法が一般的に採用されて
いる。
【０００４】はじめに、従来技術の構成について具体的
に説明する。図８は、従来のＨＢＴの一例を示すエピタ
キシャル層構造図である。半導体基板である半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板１上には、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２、
ｎ型ＧａＡｓコレクタ層３、ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜
ベース層４が順に積層されている。ｎ型ＧａＡｓサブコ
レクタ層２およびｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４
の一部にはコレクタ電極１０およびベース電極１１が蒸
着されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４の
上には、Ａｌ組成を傾斜したｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜
エミッタ層５がある。この層は、この上に積層されるｎ
型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６と、Ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成
傾斜ベース層４との間で、バンド不連続が生じるのを防
ぐために採用されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層
６の上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層７が
積層されている。この層は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜
エミッタ層５と同じく、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミ
ッタ層７の上に積層されるｎ型ＧａＡｓキャップ層８と
ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６との間で、バンド不連続
が生じるのを防ぐために採用されている。
に説明する。図８は、従来のＨＢＴの一例を示すエピタ
キシャル層構造図である。半導体基板である半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板１上には、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２、
ｎ型ＧａＡｓコレクタ層３、ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜
ベース層４が順に積層されている。ｎ型ＧａＡｓサブコ
レクタ層２およびｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４
の一部にはコレクタ電極１０およびベース電極１１が蒸
着されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４の
上には、Ａｌ組成を傾斜したｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜
エミッタ層５がある。この層は、この上に積層されるｎ
型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６と、Ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成
傾斜ベース層４との間で、バンド不連続が生じるのを防
ぐために採用されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層
６の上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層７が
積層されている。この層は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜
エミッタ層５と同じく、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミ
ッタ層７の上に積層されるｎ型ＧａＡｓキャップ層８と
ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６との間で、バンド不連続
が生じるのを防ぐために採用されている。
【０００５】図９は、従来のＨＢＴにおける不純物濃度
分布とＡｌ組成分布を示している。ｎ型ＡｌＧａＡｓ組
成傾斜エミッタ層５およびｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エ
ミッタ層７のドナー濃度は、ともにｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６と同じ１×１０17ｃｍ-3から１×１０18ｃｍ
-3の間の値に設定されている。ｎ型ＧａＡｓキャップ層
８とｎ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層９はともに１×１０
18ｃｍ-3以上の不純物濃度に設定されている。ｎ型Ｇａ
Ａｓキャップ層８はデバイスプロセス中にｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６の保護層として機能する。また、ｎ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層９は、エミッタ電極との接触
抵抗を低減するために用いられている。
分布とＡｌ組成分布を示している。ｎ型ＡｌＧａＡｓ組
成傾斜エミッタ層５およびｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エ
ミッタ層７のドナー濃度は、ともにｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６と同じ１×１０17ｃｍ-3から１×１０18ｃｍ
-3の間の値に設定されている。ｎ型ＧａＡｓキャップ層
８とｎ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層９はともに１×１０
18ｃｍ-3以上の不純物濃度に設定されている。ｎ型Ｇａ
Ａｓキャップ層８はデバイスプロセス中にｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６の保護層として機能する。また、ｎ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層９は、エミッタ電極との接触
抵抗を低減するために用いられている。
【０００６】次に、従来技術でエミッタ抵抗が高い理由
について説明する、図１０は、従来のＨＢＴにおける伝
導帯のエネルギー図である。ベース電圧を１．５Ｖから
１．８Ｖま変化させると、Ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜べ
ース層４のポテンシャルが下がるにつれて、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ組成傾斜エミッタ層５およびｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６もポテンシャルが下がるのがわかる。しか
し、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層７の一部は、
Ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４のポテンシャルを
下げても、ポテンシャルがほとんど変化せず、三角形状
のポテンシャル障壁が形成されている。この三角ポテン
シャルは、ベース電位によりポテンシャルの高さがほと
んど変化しないために、ベース−エミッタ間の電流を制
御しエミッタ抵抗を大幅に増加させる原因となってい
る。
について説明する、図１０は、従来のＨＢＴにおける伝
導帯のエネルギー図である。ベース電圧を１．５Ｖから
１．８Ｖま変化させると、Ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜べ
ース層４のポテンシャルが下がるにつれて、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ組成傾斜エミッタ層５およびｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６もポテンシャルが下がるのがわかる。しか
し、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層７の一部は、
Ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４のポテンシャルを
下げても、ポテンシャルがほとんど変化せず、三角形状
のポテンシャル障壁が形成されている。この三角ポテン
シャルは、ベース電位によりポテンシャルの高さがほと
んど変化しないために、ベース−エミッタ間の電流を制
御しエミッタ抵抗を大幅に増加させる原因となってい
る。
【０００７】図１１は、従来のＨＢＴにおける、エミッ
タ層内での微分抵抗率の分布を示している。微分抵抗率
ｒ（ｘ）は、下記式１に示すように、面積がエミッタ抵
抗となる。図１１における点線は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６のシート抵抗から計算されるバルクの抵抗率
である。図からわかるように２つの組成傾斜層５と７、
すなわちｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層５とｎ型
ＡｌＧａＡｓ傾斜エミッタ層７（以下、場合により省略
して記載する）、によりエミッタ抵抗がバルクの抵抗よ
りも高くなっているのがわかる。特に層７から層６に向
かって抵抗率が高くなっているのは、層７における三角
ポテンシャルがエミッタ−ベース間の電流を抑制してい
るためである。
タ層内での微分抵抗率の分布を示している。微分抵抗率
ｒ（ｘ）は、下記式１に示すように、面積がエミッタ抵
抗となる。図１１における点線は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６のシート抵抗から計算されるバルクの抵抗率
である。図からわかるように２つの組成傾斜層５と７、
すなわちｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層５とｎ型
ＡｌＧａＡｓ傾斜エミッタ層７（以下、場合により省略
して記載する）、によりエミッタ抵抗がバルクの抵抗よ
りも高くなっているのがわかる。特に層７から層６に向
かって抵抗率が高くなっているのは、層７における三角
ポテンシャルがエミッタ−ベース間の電流を抑制してい
るためである。
【０００８】
【式１】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、図８
に示す従来構造では、エミッタを構成する層５から層９
までのバルクの抵抗とエミッタ電極１２と層９間の接触
抵抗の和よりも、エミッタ抵抗（層５とベース層４の界
面からエミッタ電極１２までの抵抗）はかなり高くなっ
てしまう。その理由は、層７中ではバンドギャップがエ
ミッタ側に向かって増加しているため、層７内に三角ポ
テンシャルが生じ、これがエミッタ抵抗を増大させてい
るためである。
に示す従来構造では、エミッタを構成する層５から層９
までのバルクの抵抗とエミッタ電極１２と層９間の接触
抵抗の和よりも、エミッタ抵抗（層５とベース層４の界
面からエミッタ電極１２までの抵抗）はかなり高くなっ
てしまう。その理由は、層７中ではバンドギャップがエ
ミッタ側に向かって増加しているため、層７内に三角ポ
テンシャルが生じ、これがエミッタ抵抗を増大させてい
るためである。
【００１０】本発明の目的は上記した特性および性能を
向上させることにあり、具体的にはエミッタ抵抗の低い
エミッタ層構造を有するＨＢＴを提供することにある。
向上させることにあり、具体的にはエミッタ抵抗の低い
エミッタ層構造を有するＨＢＴを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によるエミッタ抵
抗低減の構造は、組成傾斜層近傍で生じる抵抗を低減す
ることであり、より具体的には不純物濃度の高い組成傾
斜層（図１のｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１
３）により、組成傾斜層近傍に生じる高抵抗の原因とな
る三角ポテンシャルの生成を抑制することにある。
抗低減の構造は、組成傾斜層近傍で生じる抵抗を低減す
ることであり、より具体的には不純物濃度の高い組成傾
斜層（図１のｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１
３）により、組成傾斜層近傍に生じる高抵抗の原因とな
る三角ポテンシャルの生成を抑制することにある。
【００１２】
【００１３】
【００１４】本発明は、ベース層からエミッタ電極に向
かって、第１の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャ
ップの広い第１のエミッタ層、第１のエミッタ層とバン
ドギャップが同じ第２のエミッタ層、第２の組成傾斜
層、エミッタ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層
よりも高い不純物濃度の半導体層が順次形成され、第２
のエミッタ層の不純物濃度が第１のエミッタ層よりも高
いことを特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジス
タを提供するものである。また本発明は、ベース層から
エミッタ電極に向かって、第１の組成傾斜層、ベース層
よりもバンドギャップの広い第１のエミッタ層、第１の
エミッタ層とバンドギャップが同じ第２のエミッタ層、
第２の組成傾斜層、エミッタ層よりもバンドギャップが
狭くエミッタ層よりも高い不純物濃度の半導体層が順次
形成され、第２のエミッタ層は、その不純物濃度がエミ
ッタ電極側に向かって高くなる傾斜濃度層であることを
特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタを提供
するものである。
かって、第１の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャ
ップの広い第１のエミッタ層、第１のエミッタ層とバン
ドギャップが同じ第２のエミッタ層、第２の組成傾斜
層、エミッタ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層
よりも高い不純物濃度の半導体層が順次形成され、第２
のエミッタ層の不純物濃度が第１のエミッタ層よりも高
いことを特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジス
タを提供するものである。また本発明は、ベース層から
エミッタ電極に向かって、第１の組成傾斜層、ベース層
よりもバンドギャップの広い第１のエミッタ層、第１の
エミッタ層とバンドギャップが同じ第２のエミッタ層、
第２の組成傾斜層、エミッタ層よりもバンドギャップが
狭くエミッタ層よりも高い不純物濃度の半導体層が順次
形成され、第２のエミッタ層は、その不純物濃度がエミ
ッタ電極側に向かって高くなる傾斜濃度層であることを
特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタを提供
するものである。
【００１５】
【００１６】上記した本発明による場合は、組成傾斜層
自体を高濃度化することで、組成傾斜層近傍で生じる三
角ポテンシャルの生成を抑制し、高抵抗部位が生成され
るのを抑制している。これによりエミッタ抵抗を低減で
きる。
自体を高濃度化することで、組成傾斜層近傍で生じる三
角ポテンシャルの生成を抑制し、高抵抗部位が生成され
るのを抑制している。これによりエミッタ抵抗を低減で
きる。
【００１７】
【発明の実施の形態】最初に構成について説明する。
【００１８】先ず、本発明の実施の形態について図面を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
【００１９】図１を参照すると、本発明のトランジスタ
構造は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４の上にバ
ンドを緩やかに接続するためのｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６、ｎ型
ＡｌＧａＡｓエミッタ層６よりも高い不純物濃度を有す
るｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３が積層さ
れていることを特徴としている。図１において、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ層６よりも高い不純物濃度を有する
エミッタと同じ物質の高ドナー濃度エミッタ層１４は、
エミッタ抵抗をさらに低減するために用いられる。
構造は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４の上にバ
ンドを緩やかに接続するためのｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６、ｎ型
ＡｌＧａＡｓエミッタ層６よりも高い不純物濃度を有す
るｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３が積層さ
れていることを特徴としている。図１において、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ層６よりも高い不純物濃度を有する
エミッタと同じ物質の高ドナー濃度エミッタ層１４は、
エミッタ抵抗をさらに低減するために用いられる。
【００２０】次にｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６近傍で
の不純物濃度分布について説明する。図２は、本発明の
ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６近傍における不純物濃度
分布と組成分布を示している。高ドナー濃度エミッタ層
１４は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６に対して、不純
物濃度のみを高くしている。この層は、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓエミッタ層６によりｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミ
ッタ層１３のポテンシャルの一部が引き上げられるのを
防ぐために導入されている。高ドナー濃度エミッタ層１
４がない場合、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６の不純物
濃度はｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３より
も低いために、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
１３のポテンシャルを一部引き上げてしまう。
の不純物濃度分布について説明する。図２は、本発明の
ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６近傍における不純物濃度
分布と組成分布を示している。高ドナー濃度エミッタ層
１４は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６に対して、不純
物濃度のみを高くしている。この層は、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓエミッタ層６によりｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミ
ッタ層１３のポテンシャルの一部が引き上げられるのを
防ぐために導入されている。高ドナー濃度エミッタ層１
４がない場合、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６の不純物
濃度はｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３より
も低いために、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
１３のポテンシャルを一部引き上げてしまう。
【００２１】高ドナー濃度エミッタ層１４の上には、ｎ
型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６よりも高い不純物濃度でか
つ組成を緩やかに変化させたｎ+型ＡｌＧａＡｓ高濃度
組成傾斜エミッタ層１３が積層してある。この層は、従
来のｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層７とは異な
り、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６の不純物濃度よりも
高くしてある。これにより全体的にｎ+型ＡｌＧａＡｓ
組成傾斜エミッタ層１３のポテンシャル位置を下げるこ
とができる。
型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６よりも高い不純物濃度でか
つ組成を緩やかに変化させたｎ+型ＡｌＧａＡｓ高濃度
組成傾斜エミッタ層１３が積層してある。この層は、従
来のｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層７とは異な
り、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６の不純物濃度よりも
高くしてある。これにより全体的にｎ+型ＡｌＧａＡｓ
組成傾斜エミッタ層１３のポテンシャル位置を下げるこ
とができる。
【００２２】次に、動作について説明する。
【００２３】図３は本発明の構造におけるｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６近傍のバンド図を示している。ベース
電位を増加するにしたがいベース層４のポテンシャルは
引き下げられ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６のポテンシャルも下
がっているのがわかる。さらに、高ドナー濃度エミッタ
層１４および高不純物濃度であるｎ+型ＡｌＧａＡｓ組
成傾斜エミッタ層１３のポテンシャルも、ベ−ス電位に
応じて低下しているのがわかる。ここで、図３におい
て、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６と高ドナー濃度エミ
ッタ層１４の間にバンド不連続が生じているように見え
るが、これは両方の層の間の不純物濃度が大きく異なっ
ているために生じている。この界面近傍のポテンシャル
の山は、従来のＨＢＴにおける三角ポテンシャルと異な
り、ベース電位によりポテンシャルの位置も変動するた
め電流を常に律速することはなく抵抗の原因とはならな
い。
Ａｓエミッタ層６近傍のバンド図を示している。ベース
電位を増加するにしたがいベース層４のポテンシャルは
引き下げられ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６のポテンシャルも下
がっているのがわかる。さらに、高ドナー濃度エミッタ
層１４および高不純物濃度であるｎ+型ＡｌＧａＡｓ組
成傾斜エミッタ層１３のポテンシャルも、ベ−ス電位に
応じて低下しているのがわかる。ここで、図３におい
て、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６と高ドナー濃度エミ
ッタ層１４の間にバンド不連続が生じているように見え
るが、これは両方の層の間の不純物濃度が大きく異なっ
ているために生じている。この界面近傍のポテンシャル
の山は、従来のＨＢＴにおける三角ポテンシャルと異な
り、ベース電位によりポテンシャルの位置も変動するた
め電流を常に律速することはなく抵抗の原因とはならな
い。
【００２４】図４は本発明におけるｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６近傍での微分抵抗率を示している。図から、
組成傾斜のあるｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
１３および高ドナー濃度エミッタ層１４の微分抵抗率が
大きく低減されているのがわかる。さらに、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓエミッタ層５での微分抵抗率も低減されている。
これは、電界、すなわち図３におけるバンドの傾きが従
来構造ではｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層５に集
中していたのが、本発明構造ではｎ型ＡｌＧａＡｓエミ
ッタ層６中にも広がる結果、電界の集中が弱くなってい
るためである。その結果、従来構造では強電界のために
電子速度が飽和して電流を律速して抵抗が高くなってい
たのを、本発明構造では抑制することが可能となってい
る。
ミッタ層６近傍での微分抵抗率を示している。図から、
組成傾斜のあるｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
１３および高ドナー濃度エミッタ層１４の微分抵抗率が
大きく低減されているのがわかる。さらに、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓエミッタ層５での微分抵抗率も低減されている。
これは、電界、すなわち図３におけるバンドの傾きが従
来構造ではｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層５に集
中していたのが、本発明構造ではｎ型ＡｌＧａＡｓエミ
ッタ層６中にも広がる結果、電界の集中が弱くなってい
るためである。その結果、従来構造では強電界のために
電子速度が飽和して電流を律速して抵抗が高くなってい
たのを、本発明構造では抑制することが可能となってい
る。
【００２５】
【実施例】次に実施例により具体的に説明する。
【００２６】実施例１ 構成の説明 図１は、第１の実施例の構成を示す総構造図である。本
発明のトランジスタ構造は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜
ベース層４の上に、バンドを緩やかに接続するための２
０オングストロームｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層５、１０００オングストロームｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75
Ａｓエミッタ層６、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６より
も高い不純物濃度を有する５００オングストロームｎ+
型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３が積層している
ことを特徴としている。Ａｌ組成は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
組成傾斜エミッタ層５ではｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベ
ース層４からｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６に向かって
０から０．２５まで増加し、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層１３では、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６
からｎ型ＧａＡｓキャップ層８に向かって０．２５から
０まで減少させている。さらに、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組
成傾斜エミッタ層１３とｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６
の間に５００オングストローム高ドナー濃度エミッタ層
１４を挿入するとさらにエミッタ抵抗が低減される。
発明のトランジスタ構造は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜
ベース層４の上に、バンドを緩やかに接続するための２
０オングストロームｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層５、１０００オングストロームｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75
Ａｓエミッタ層６、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６より
も高い不純物濃度を有する５００オングストロームｎ+
型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３が積層している
ことを特徴としている。Ａｌ組成は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
組成傾斜エミッタ層５ではｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベ
ース層４からｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６に向かって
０から０．２５まで増加し、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層１３では、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６
からｎ型ＧａＡｓキャップ層８に向かって０．２５から
０まで減少させている。さらに、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組
成傾斜エミッタ層１３とｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６
の間に５００オングストローム高ドナー濃度エミッタ層
１４を挿入するとさらにエミッタ抵抗が低減される。
【００２７】次に、図２を用いて、本発明の特徴となる
高ドナー濃度エミッタ層１４および高濃度ｎ+型ＡｌＧ
ａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３の不純物濃度について具
体的に説明する。ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
５とｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６の不純物濃度はとも
に３×１０17ｃｍ-3に設定してある。高ドナー濃度エミ
ッタ層１４は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６以上の不
純物濃度で、かつｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層１３と同程度までの不純物濃度に設定する。図２で
は、高ドナー濃度エミッタ層１４の不純物濃度は４×１
０18ｃｍ-3に設定してある。ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層１３の不純物濃度は、従来構造にみられる
三角ポテンシャルをなくすためにできる限り高い方が望
ましい。図２では、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッ
タ層１３がＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓであるため、Ａｌ0.25
Ｇａ0.75Ａｓで最大のキャリア濃度である４×１０18ｃ
ｍ-3に設定した。三角ポテンシャルを抑制するには少な
くとも、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３の
不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以上に設定することが望
ましい。
高ドナー濃度エミッタ層１４および高濃度ｎ+型ＡｌＧ
ａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３の不純物濃度について具
体的に説明する。ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
５とｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６の不純物濃度はとも
に３×１０17ｃｍ-3に設定してある。高ドナー濃度エミ
ッタ層１４は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６以上の不
純物濃度で、かつｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層１３と同程度までの不純物濃度に設定する。図２で
は、高ドナー濃度エミッタ層１４の不純物濃度は４×１
０18ｃｍ-3に設定してある。ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層１３の不純物濃度は、従来構造にみられる
三角ポテンシャルをなくすためにできる限り高い方が望
ましい。図２では、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッ
タ層１３がＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓであるため、Ａｌ0.25
Ｇａ0.75Ａｓで最大のキャリア濃度である４×１０18ｃ
ｍ-3に設定した。三角ポテンシャルを抑制するには少な
くとも、ｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３の
不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以上に設定することが望
ましい。
【００２８】図３は本発明構造におけるｎ型ＡｌＧａＡ
ｓエミッタ層６近傍のバンド図を示している。ベース電
位を１．５Ｖから１．８Ｖまで増加させると、それにし
たがいｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４のポテンシ
ャルは引き下げられ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッ
タ層５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６のポテンシャル
も下がっているのがわかる。さらに、高ドナー濃度エミ
ッタ層１４およびｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層１３のポテンシャルも、ベース電位に応じて低下して
いるのがわかる。ここで、図３において、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６の高ドナー濃度エミッタ層１４の間に
バンド不連続が生じているように見える。これは、不純
物濃度が高ドナー濃度エミッタ層１４では４×１０18ｃ
ｍ-3なのに対し、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６では３
×１０17ｃｍ-3とかなり濃度差があるため、フェルミレ
ベルの位置がずれていることが原因で生じている。この
界面近傍に見られるポテンシャルの山は、従来のＨＢＴ
における三角ポテンシャルと異なり、ベース電位により
ポテンシャル位置も移動している。ところで、オープン
コレクタ法で測定時、エミッタ抵抗ｒE はベース層４の
電位ＶB とＩBEを用いてｒE ＝ｄＶB ／ｄＩBEとかける
ので、エミッタ抵抗はベース層のポテンシャルを変化さ
せたときに電流が大きく変化するほど低いことになる。
図３に見られるポテンシャルの山の高さはベース電位に
追随して変化しておりＩBEも大きく変化するため、従来
例の三角ポテンシャルのような高抵抗部位とはならな
い。
ｓエミッタ層６近傍のバンド図を示している。ベース電
位を１．５Ｖから１．８Ｖまで増加させると、それにし
たがいｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層４のポテンシ
ャルは引き下げられ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッ
タ層５、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６のポテンシャル
も下がっているのがわかる。さらに、高ドナー濃度エミ
ッタ層１４およびｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層１３のポテンシャルも、ベース電位に応じて低下して
いるのがわかる。ここで、図３において、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６の高ドナー濃度エミッタ層１４の間に
バンド不連続が生じているように見える。これは、不純
物濃度が高ドナー濃度エミッタ層１４では４×１０18ｃ
ｍ-3なのに対し、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６では３
×１０17ｃｍ-3とかなり濃度差があるため、フェルミレ
ベルの位置がずれていることが原因で生じている。この
界面近傍に見られるポテンシャルの山は、従来のＨＢＴ
における三角ポテンシャルと異なり、ベース電位により
ポテンシャル位置も移動している。ところで、オープン
コレクタ法で測定時、エミッタ抵抗ｒE はベース層４の
電位ＶB とＩBEを用いてｒE ＝ｄＶB ／ｄＩBEとかける
ので、エミッタ抵抗はベース層のポテンシャルを変化さ
せたときに電流が大きく変化するほど低いことになる。
図３に見られるポテンシャルの山の高さはベース電位に
追随して変化しておりＩBEも大きく変化するため、従来
例の三角ポテンシャルのような高抵抗部位とはならな
い。
【００２９】以上の理由によりエミッタ面積が１．６μ
ｍ×４．６μｍの場合、エミッタ抵抗は、従来構造では
１５Ωなのが、本発明構造では７Ωまで低減される。
ｍ×４．６μｍの場合、エミッタ抵抗は、従来構造では
１５Ωなのが、本発明構造では７Ωまで低減される。
【００３０】図４は本発明におけるｎ型ＡｌＧａＡｓエ
ミッタ層６近傍での微分抵抗率を示している。図から、
組成傾斜のあるｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
１３および高ドナー濃度エミッタ層１４の微分抵抗率が
大きく低減されているのがわかる。図１１と図４を比較
すると、位置１．２から１．３μｍまでの間の抵抗は、
エミッタ面積が１．６μｍ×４．６μｍの場合、５Ω低
減されている。
ミッタ層６近傍での微分抵抗率を示している。図から、
組成傾斜のあるｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層
１３および高ドナー濃度エミッタ層１４の微分抵抗率が
大きく低減されているのがわかる。図１１と図４を比較
すると、位置１．２から１．３μｍまでの間の抵抗は、
エミッタ面積が１．６μｍ×４．６μｍの場合、５Ω低
減されている。
【００３１】さらに、層５での微分抵抗率も低減されて
いる。位置１．０８から１．１２μｍまでの抵抗は、エ
ミッタ面積が１．６μｍ×４．６μｍの場合、３Ω低減
される。これは、電界、すなわち図３におけるバンドの
傾きが従来構造ではｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層５に集中していたのが、本発明構造ではｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６中にも広がる結果、電界の集中が弱く
なっているためである。その結果、従来構造では強電界
のために電子速度が飽和し電流を律速して抵抗が高くな
っていたのを、本発明構造では抑制することが可能とな
っている。
いる。位置１．０８から１．１２μｍまでの抵抗は、エ
ミッタ面積が１．６μｍ×４．６μｍの場合、３Ω低減
される。これは、電界、すなわち図３におけるバンドの
傾きが従来構造ではｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ
層５に集中していたのが、本発明構造ではｎ型ＡｌＧａ
Ａｓエミッタ層６中にも広がる結果、電界の集中が弱く
なっているためである。その結果、従来構造では強電界
のために電子速度が飽和し電流を律速して抵抗が高くな
っていたのを、本発明構造では抑制することが可能とな
っている。
【００３２】実施例２ 次に第２の実施形態について説明する。図５は第２の実
施の形態を示すエミッタ層６近傍での組成分布と不純物
濃度分布を示している。第１の実施の形態と異なるの
は、高ドナー濃度エミッタ層１４のかわりに濃度分布を
緩やかに変化させたドナー濃度傾斜エミッタ層１５を採
用したことである。この濃度傾斜は図２においてｎ+型
ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３の中程からｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ層６とドナー濃度傾斜エミッタ層１
５の界面までの間で行われているが、ドナー濃度傾斜エ
ミッタ層１５のみで行われていても構わない。ドナー濃
度傾斜エミッタ層１５の不純物濃度傾斜としては、ｎ型
ＡｌＧａＡｓエミッタ層６とｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層１３の不純物濃度の間で行われることが好
適である。
施の形態を示すエミッタ層６近傍での組成分布と不純物
濃度分布を示している。第１の実施の形態と異なるの
は、高ドナー濃度エミッタ層１４のかわりに濃度分布を
緩やかに変化させたドナー濃度傾斜エミッタ層１５を採
用したことである。この濃度傾斜は図２においてｎ+型
ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３の中程からｎ型Ａ
ｌＧａＡｓエミッタ層６とドナー濃度傾斜エミッタ層１
５の界面までの間で行われているが、ドナー濃度傾斜エ
ミッタ層１５のみで行われていても構わない。ドナー濃
度傾斜エミッタ層１５の不純物濃度傾斜としては、ｎ型
ＡｌＧａＡｓエミッタ層６とｎ+型ＡｌＧａＡｓ組成傾
斜エミッタ層１３の不純物濃度の間で行われることが好
適である。
【００３３】図６は、第２の実施の形態におけるバンド
図を示している。図からもわかるように、第１の実施の
形態で見られたｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６とドナー
濃度傾斜エミッタ層１５の間の不連続部が完全になくな
り、ポテンシャルの山もかなり小さくなっている。
図を示している。図からもわかるように、第１の実施の
形態で見られたｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層６とドナー
濃度傾斜エミッタ層１５の間の不連続部が完全になくな
り、ポテンシャルの山もかなり小さくなっている。
【００３４】図７は、第２の実施例の形態における微分
抵抗率を示している。従来構造と比較し、組成傾斜層近
傍での抵抗がかなり低減されているのがわかる。
抵抗率を示している。従来構造と比較し、組成傾斜層近
傍での抵抗がかなり低減されているのがわかる。
【００３５】実施例３ 次に第３の実施の形態について説明する。第３の実施の
形態は、第１の実施の形態における高濃度ｎ+型ＡｌＧ
ａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３をプレーナードープした
組成傾斜層に変えたものである。プレーナードープ位置
は、従来構造における三角ポテンシャルの頂点とする。
形態は、第１の実施の形態における高濃度ｎ+型ＡｌＧ
ａＡｓ組成傾斜エミッタ層１３をプレーナードープした
組成傾斜層に変えたものである。プレーナードープ位置
は、従来構造における三角ポテンシャルの頂点とする。
【００３６】実施例４ 次に第４の実施の形態について説明する。第４の実施の
形態は、第３の実施の形態における層１３を第２の実施
の形態に適用したものである。
形態は、第３の実施の形態における層１３を第２の実施
の形態に適用したものである。
【００３７】なお、本発明は、ＨＢＴのエミッタ抵抗に
限らず、組成傾斜を有する部位の抵抗を低減するために
用いることができる。
限らず、組成傾斜を有する部位の抵抗を低減するために
用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】第１の効果はＨＢＴのエミッタ抵抗を低
減することができる。
減することができる。
【００３９】その理由は、高い不純物濃度層を用いて、
組成傾斜により引き起こされる三角ポテンシャルを抑制
しているためである。
組成傾斜により引き起こされる三角ポテンシャルを抑制
しているためである。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す層構造図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す不純物濃度分
布および組成分布図である。
布および組成分布図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の動作を説明するた
めのバンド図である。
めのバンド図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の効果を示す抵抗率
の分布図である。
の分布図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す不純物濃度分
布および組成分布図である。
布および組成分布図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の動作を説明するた
めのバンド図である。
めのバンド図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の効果を示す抵抗率
の分布図である。
の分布図である。
【図８】従来のＨＢＴの層構造図である。
【図９】従来のＨＢＴの不純物濃度分布および組成分布
図である。
図である。
【図１０】従来のＨＢＴの動作を説明するためのバンド
図である。
図である。
【図１１】従来のＨＢＴ構造における抵抗率の分布図で
ある。
ある。
１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層 ３ ｎ型ＧａＡｓコレクタ層 ４ ｐ型ＩｎＧａＡｓ組成傾斜ベース層 ５ ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層 ６ ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層 ７ ｎ型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層 ８ ｎ型ＧａＡｓキャップ層 ９ ｎ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １０ コレクタ電極 １１ ベース電極 １２ エミッタ電極 １３ ｎ+ 型ＡｌＧａＡｓ組成傾斜エミッタ層 １４ 高ドナー濃度エミッタ層 １５ ドナー濃度傾斜エミッタ層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−244195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−244679（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−293505（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13315（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−103869（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−192727（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−250509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−12165（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/00 - 29/267 H01L 29/30 - 29/38 H01L 29/68 - 29/737
Claims (2)
- 【請求項１】 ベース層からエミッタ電極に向かって、
第１の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャップの広
い第１のエミッタ層、第１のエミッタ層とバンドギャッ
プが同じ第２のエミッタ層、第２の組成傾斜層、エミッ
タ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層よりも高い
不純物濃度の半導体層が順次形成され、第２のエミッタ
層の不純物濃度が第１のエミッタ層よりも高いことを特
徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】 ベース層からエミッタ電極に向かって、
第１の組成傾斜層、ベース層よりもバンドギャップの広
い第１のエミッタ層、第１のエミッタ層とバンドギャッ
プが同じ第２のエミッタ層、第２の組成傾斜層、エミッ
タ層よりもバンドギャップが狭くエミッタ層よりも高い
不純物濃度の半導体層が順次形成され、第２のエミッタ
層は、その不純物濃度がエミッタ電極側に向かって高く
なる傾斜濃度層であることを特徴とするヘテロ接合型バ
イポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35312597A JP3228327B2 (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35312597A JP3228327B2 (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186281A JPH11186281A (ja) | 1999-07-09 |
| JP3228327B2 true JP3228327B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=18428743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35312597A Expired - Fee Related JP3228327B2 (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228327B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3252805B2 (ja) | 1998-08-20 | 2002-02-04 | 日本電気株式会社 | バイポーラトランジスタ |
-
1997
- 1997-12-22 JP JP35312597A patent/JP3228327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11186281A (ja) | 1999-07-09 |
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