[go: up one dir, main page]

JP2001176881A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Info

Publication number
JP2001176881A
JP2001176881A JP35885499A JP35885499A JP2001176881A JP 2001176881 A JP2001176881 A JP 2001176881A JP 35885499 A JP35885499 A JP 35885499A JP 35885499 A JP35885499 A JP 35885499A JP 2001176881 A JP2001176881 A JP 2001176881A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
base layer
collector
bipolar transistor
heterojunction bipolar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP35885499A
Other languages
English (en)
Inventor
Minoru Ida
実 井田
Shiyouji Yamahata
章司 山幡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP35885499A priority Critical patent/JP2001176881A/ja
Publication of JP2001176881A publication Critical patent/JP2001176881A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電流密度での動作時でも電流がブロックさ
れずに高速で動作するコレクタ耐圧の高いヘテロ接合バ
イポーラトランジスタを提供すること。 【解決手段】半導体からなるベース層6と、ベース層6
よりバンドギャップが大きい半導体からなるコレクタ層
4の間に、ベース層6と同じ半導体のスペーサ層5が挿
入されたへテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記スペーサ層5はベース層6のドーピング濃度より低
濃度にドープされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、へテロ接合バイポ
ーラトランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】へテロ接合バイポーラトランジスタ(以
下、HBTと略記する)は、そのエミッタ層にベース層
よりもバンドギャップの大きな半導体をもちいることに
より、ベース層に高濃度にドーピングしてもベース層か
らエミッタ層への正孔あるいは電子の漏れを抑制でき、
いわゆるホモ接合バイポーラトランジスタに比べて高速
動作が可能になるという効果を有する。
【0003】HBTは、その高速性により様々な集積回
路に応用されているが、エミッタ層にバンドギャップが
大きい半導体を用い、ベース層とコレクタ層にはエミッ
タ層とは異なるバンドギャップが小さい同じ半導体から
成るシングルへテロ接合バイポーラトランジスタ(以
下、SHBTと略記する)が最も一般に用いられてい
る。
【0004】しかし、HBTのコレクタ耐圧はコレクタ
層のバンドギャップに大きく依存し、バンドギャップが
小さい半導体をコレクタ層に用いるとコレクタ耐圧が低
くなってしまう。コレクタ耐圧が低いと、そのトランジ
スタの応用範囲が大幅に制限を受け、また信頼性を低下
させる要因ともなる。
【0005】そのため、コレクタ耐圧を改善する目的
で、コレクタ層にはベース層と異なり、ベース層よりバ
ンドギャップの大きな半導体を用いたダブルへテロ接合
バイポーラトランジスタ(以下、DHBTと略記する)
の開発も行われている。DHBTでは、コレクタ層のバ
ンドギャップが大きいため、SHBTと比べてコレクタ
耐圧は高くなるが、反面、ベース層とコレクタ層の半導
体のバンドギャップが異なるため、ベース層の伝導帯底
とコレクタの伝導帯底が不連続になるという問題を生じ
る。
【0006】通常用いられる半導体の組み合わせでは、
コレクタ層の伝導帯底がベース層の伝導帯底より高くな
るため、エミッタ層から注入されてきた電子がそのベー
ス層、コレクタ層間の伝導帯底の不連続面でブロックさ
れてしまう、いわゆる電流ブロッキング効果が起きてし
まう。よって、DHBTにおいて良好な高周波特性を得
るためには、この電流ブロッキング効果を抑制し、エミ
ッタからの注入電子がコレクタ側にスムーズに流れるよ
うにするための工夫が必要である。
【0007】電流ブロッキング効果を抑制する方法とし
ては、バンドギャップが小さいベース層とバンドギャッ
プが大きいコレクタ層との間に、ベース層と同じ半導体
による薄いスペーサ層を挿入する方法が一般的に用いら
れている。
【0008】従来構造のエネルギーバンド構造を図3に
示す。このスペーサ層にはドーピングしないことにより
バンドを急峻に傾けて、べース層とコレクタ層の伝導帯
底15の段差を実質的に小さくする。スペーサ層は量子
準位が形成される程度まで十分薄く設計することによ
り、スペーサ層に電子がたまらずに、スムーズに流れる
ようにすることができる。
【0009】更にコレクタ層のうち、スペーサ層と接す
る近傍の薄い範囲に高濃度にドーピングすることによ
り、伝導帯不連続の影響を更に弱める構造も報告されて
いる(例えば、文献:J.−I.Song,W.−P.
Hong,R.Bhat,K.B.Chough,J.
R.Hayes,B.Sugeng,C.J.Weia
nd J.C.M.Hwang,”Microwave
PowerInP/InGaAs/InP Doub
le−Heterojunction Bipolar
Transistors,”Electronics
Letters, Vol.29,No.8,199
3,pp.724.−725)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法は低電流密
度のときは非常に効果的であるが、HBTを高電流密度
で動作させようとすると、注入された電子によりスペー
サ層が負に帯電してしまうため、図3に破線で示すよう
にスペーサ層のコレクタ側のエネルギーバンドがもち上
がってしまう。スペーサ層のコレクタ側のエネルギーバ
ンドがもち上がると、伝導帯底15の不連続の影響が低
減される効果は薄れ、電子が不連続面を越えられずにブ
ロックされてしまう。HBTは電流密度を高くすること
により高速性能を発揮できるため、電流密度をあまり大
きくとれないのは、特性的に非常に不利である。
【0011】一方、スペーサ層を厚くしエネルギーバン
ド不連続面をベース層から遠ざけることにより、バンド
のもち上がりによる電流ブロックの効果を少なくする方
法も報告されているが、この方法ではスペーサ層が薄い
場合と比較してコレクタ耐圧が低下してしまう。
【0012】本発明の目的は、高電流密度での動作時で
も電流がブロックされずに高速で動作するコレクタ耐圧
の高いヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供するこ
とにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のへテロ接合バイポーラトランジスタ
は、半導体からなるベース層と、ベース層よりバンドギ
ャップが大きい半導体からなるコレクタ層の間に、ベー
ス層と同じ半導体のスペーサ層が挿入されたへテロ接合
バイポーラトランジスタにおいて、前記スペーサ層はベ
ース層のドーピング濃度より低濃度にドープされている
ことを特徴とする。
【0014】
【作用】スペーサ層にアンドープ層を含むと、そのアン
ドープ層は注入電子の空間電荷により負に帯電しやす
く、電流が高注入されるとバンドがもち上がってしまう
が、n型に高濃度にドーピングしておくと、そのドーピ
ングによる正の固定空間電荷以上に電子による負の電荷
が増えない限り負に帯電することはなく、高注入状態で
もスペーサ層のコレクタ側のエネルギーバンドがもち上
がることはない。
【0015】また、スペーサ層のドーピング濃度をベー
ス層のドーピング濃度より低くしておけば、アンドープ
層を用いた従来構造と同様な電流ブロッキング効果の抑
制効果が得られる。
【0016】特に、スペーサ層のドーピング濃度は、ベ
ース層のドーピング濃度より低く、ベース層のドーピン
グ濃度の1/10以上とすることが好ましい。例えば、
高速用HBTのベース層は、ベース抵抗を下げるために
3×1019cm-3を超える非常に高いドーピング濃度が
通常用いられるので、スペーサ層には3×1018cm -3
あるいはそれ以上といった高濃度にドーピングしても、
ベース層より十分に濃度が低く、電流ブロッキング効果
の抑制が可能である。
【0017】よって、本発明は従来のスペーサ層にアン
ドープ層を用いる方法とは異なり、高いコレクタ耐圧を
維持しつつ、電流を高注入しても良好な特性が得られる
という特徴を持っている。
【0018】なお、スペーサ層の厚さは20nm以下が
好ましい。20nm以下とした場合、スペーサ層に電子
がたまらずに電子はスムーズに流れる。また、コレクタ
耐圧を向上させることができる。なお、スペーサ層の厚
みの下限としては製造上の観点から5nmが好ましい。
【0019】
【実施例】本発明の一実施例のHBTのベース、コレク
タ層のエネルギーバンド構造を図1に示す。本実施例に
おいて、べース層はp+−InGaAs層、スペーサ層
はn+―InGaAs層、コレクタ層は薄いn+−InP
層と厚いn-−InP層からなり、サブコレクタ層はn+
−InGaAs層である。
【0020】図2に図1のエネルギーバンド図を実現す
るためのHBTの断面図を示す。半絶縁性InP基板1
上に、400nm厚のn+InGaAsサブコレクタ層
2、300nm厚のn-−InPコレクタ層3、5nm
厚のn+−InPコレクタ層4、5nm厚のn+−InG
aAsスペーサ層5、50nm厚のp+−InGaAs
ベース層6、50nm厚のn−InPエミッタ層7、2
0nm厚のn+−InPエミッタキャップ層8、100
nm厚のn+−InGaAsエミッタキャップ層9をI
nPに格子整合するように、MOCVD装置によりエピ
タキシャル成長する。
【0021】上記基板を選択的にウェットエッチングす
ることにより、p+−InGaAsベース層6、n+−I
nGaAsサブコレクタ層2の表面をそれぞれ露出する
ことが可能であり、n+−InGaAsエミッタキャッ
プ層9、p+−InGaAsベース層6、n+−InGa
Asサブコレクタ層2上に、それぞれ、エミッタ電極1
2、ベース電極11、コレクタ電極10を形成すること
により作製される。
【0022】電極は、例えばTi/Pt/Auにより構
成されている。ここでは、InP/InGaAsDHB
Tの例を示したが、InPの部分を全てInAlAsに
変えることにより、InAlAs/InGaAsDHB
Tとしても良い。
【0023】なお、サブコレクタ層をn+−InP層に
したり、ベース層を傾斜バンド構造にするなど、本発明
の趣旨を損なわない範囲で層の構成を変更しても良いこ
とはいうまでもない。
【0024】また、InP基板に格子整合するHBTを
例に示したが、InGaP/GaAsやAlGaAs/
GaAsといったGaAs基板に格子整合するHBTに
も適用できるし、GaNに格子整合するAlGaN/G
aNのDHBTにも適用できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によるへテロ接合バイポーラトランジスタは、コ
レクタ耐圧が高く、かつ高電流密度でも動作可能であ
る。したがって、超高速・高周波集積回路用トランジス
タ、あるいは高周波電力増幅用トランジスタとして様々
な応用が可能であり、かつ信頼性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるHBTのベース・コレクタ層のエ
ネルギーバンド構造を示す図である。
【図2】図1のエネルギーバンド構造を実現するための
エピ構造および素子構造を示す断面図である。
【図3】従来のHBTのベース・コレクタ層のエネルギ
ーバンド構造を示す図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性InP基板 2 n+−InGaAsサブコレクタ層 3 n-−InPコレクタ層 4 n+−InPコレクタ層 5 n+−InGaAsスペーサ層 6 p+−InGaAsベース層 7 n−InPエミッタ層 8 n+−InPエミッタキャップ層 9 n+−InGaAsエミッタキャップ層 10 コレクタ電極 11 ベース電極 12 エミッタ電極 13 電子 14 アンドープInGaAsスペーサ層 15 伝導帯底 16 価電子帯上限 17 高電流密度時の伝導帯底

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体からなるベース層と、ベース層よ
    りバンドギャップが大きい半導体からなるコレクタ層の
    間に、ベース層と同じ半導体のスペーサ層が挿入された
    へテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記スペ
    ーサ層はベース層のドーピング濃度より低濃度にドープ
    されていることを特徴とするへテロ接合バイポーラトラ
    ンジスタ。
  2. 【請求項2】 前記スペーサ層のドーピング濃度は、ベ
    ース層のドーピング濃度より低く、ベース層のドーピン
    グ濃度の1/10以上であることを特徴とする請求項1
    記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記スペーサ層の厚さが20nm以下
    であり、スペーサ層の全ての領域でn型にドーピングさ
    れ、そのドーピング濃度は、1×1018cm -3以上であ
    り、前記ベース層はP型である請求項1又は2記載のへ
    テロ接合バイボーラトランジスタ。
  4. 【請求項4】 前記べース層の材料がInGaAsであ
    り、前記コレクタ層の材料がInPかInAlGaAs
    である、請求項3記載のへテロ接合バイポーラトランジ
    スタ。
JP35885499A 1999-12-17 1999-12-17 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ Pending JP2001176881A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35885499A JP2001176881A (ja) 1999-12-17 1999-12-17 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35885499A JP2001176881A (ja) 1999-12-17 1999-12-17 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001176881A true JP2001176881A (ja) 2001-06-29

Family

ID=18461450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35885499A Pending JP2001176881A (ja) 1999-12-17 1999-12-17 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001176881A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6756615B2 (en) 2002-04-05 2004-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Heterojunction bipolar transistor and its manufacturing method
KR100508894B1 (ko) * 2002-01-18 2005-08-18 엔이씨 가꼬오부쯔 디바이스 가부시끼가이샤 헤테로접합 바이폴라트랜지스터 및 이를 이용한반도체집적회로장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100508894B1 (ko) * 2002-01-18 2005-08-18 엔이씨 가꼬오부쯔 디바이스 가부시끼가이샤 헤테로접합 바이폴라트랜지스터 및 이를 이용한반도체집적회로장치
US6756615B2 (en) 2002-04-05 2004-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Heterojunction bipolar transistor and its manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10636897B2 (en) Semiconductor device having a collector layer including first-conductivity-type semiconductor layers
CN109671769B (zh) 异质结双极晶体管
US6936871B2 (en) Heterojunction bipolar transistor with a base layer that contains bismuth
CN100565913C (zh) 半导体装置
US7821037B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
US6806513B2 (en) Heterojunction bipolar transistor having wide bandgap material in collector
US6873029B2 (en) Self-aligned bipolar transistor
JP5329315B2 (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP2001176881A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
CN113903799A (zh) 垂直的高阻断的iii-v族双极晶体管
JPH08288300A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP2010287603A (ja) 化合物半導体素子及びその製造方法
Ohkubo et al. High-reliability InGaP/GaAs HBTs with 153 GHz f T and 170 GHz f max
JP2003347307A (ja) 半導体装置
JP5946136B2 (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法
JP2005123278A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP5519542B2 (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP5290909B2 (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製法
TWI269440B (en) Bipolar transistor with a vertical geometry, and method of reducing the tendency to thermal runaway in bipolar transistor with a vertical geometry
JP2014183145A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
Ohkubo et al. High-reliability InGaP/GaAs HBTs with 153 GHz f^ sub T^ and 170 GHz f^ sub max^
JPH06140416A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP2004247362A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法
JP2004335701A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2004319826A (ja) 半導体装置およびその製造方法