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Die Erfindung betrifft einen bipolaren
Heteroübergangs-Transistor mit ballistischem Betrieb, und insbesondere einen
bipolaren Heteroübergangs-Transistor init einein Basisbereich, oder
einein Kollektorbereich, init einer Anzahl von
Potentialdiskontinuitäten, die jeweils injizierte Träger beschleunigen.
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Wachsender Forschungs- und Entwicklungsaufwand wurde für
schnellere Vorrichtungen zum Gebrauch in elektronischen
Systemen betrieben, wobei eine besondere Betonung auf bipolaren
Heteroübergangs-Transistoren lag, die im Vergleich mit einem
Feldeffekttransistor höhere Stromtreiberkapazitäten aufweisen.
Einer dieser bipolaren Heteroübergangs-Transistoren der Bauart
mit einem kompositorisch veränderlichen Basisbereich, ist von
J.R. Hayes et al. in "Bipolar Transistor with grades Band-Gap
Base", Electronic Letters, 26. Mai 1983, Vol.19, Nr. 11, Seiten
410-411 beschrieben. Der von Hayes et al beschriebene bipolare
Heteroübergangs-Transistor besitzt einen Basisbereich, der
kompositorisch von Al0,15 Ga0,85 As zu GaAs abgestuft ist, was zu
einem Energiebanddiagramm ähnlich der Figur 1 der Zeichnungen
führt. Das in Figur 1 dargestellte Energieband kann in drei
Abschnitte unterteilt werden, die dem Emitter-Bereich, dem
Basisbereich veränderlicher Zusammensetzung und dem Kollektorbereich
entsprechen. Der erste Abschnitt, der dem Emitterbereich
entspricht, hat eine relativ große Bandlücke, und der zweite
Bereich, der dem Basisbereich veränderlicher Zusammensetzung
entspricht, hat eine veränderliche Bandlücke. Insbesondere hat die
veränderliche Bandlücke an ihrem einen Ende eine relativ weite
Bandlücke, was es dem zweiten Abschnitt erlaubt, in den ersten
Abschnitt überzugehen, und an seinem anderen Ende eine relativ
kleine Bandlücke, was es dem zweiten Abschnitt erlaubt, in den
dritten Abschnitt überzugehen, wie aus Figur 1 ersichtlich ist.
Der Basisbereich veränderlicher Zusammensetzung erzeugt ein
quasi-elektrisches Feld, das Minoritätsträger 1 beschleunigt,
die vom Emitterbereich in den Basisbereich veränderlicher
Zusammensetzung injiziert werden, und, aus diesem Grunde, wird
erwartet, daß die Minoritätsträger 1 den veränderlich
zusammengesetzten Basisbereich mit einer ultrahohen Geschwindigkeit
passieren. Im Energieband der Figur 1 bezeichnen die
Bezugsziffern 2 und 3 die Unterkante des Leitungsbandes bzw. die
Oberkante des Valenzbandes, und die Fermi-Niveaus des
Emitterbereichs, des veränderlich zusammengesetzte Basisbereichs und des
Kollektorbereichs sind durch die Bezugsziffern 4, 5 bzw. 6
bezeichnet.
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Ein Problem ergibt sich jedoch bei dem vorbekannten bipolaren
Heteroübergangstransistor mit veränderlich zusammengesetztem
Basisbereich aufgrund von Zwischentalstreuung (Inter-Valley
Scattering). Genauer gesagt, wenn der Basisbereich
kompositorisch veränderlich ist von Al0,15Ga0,85 As zu GaAs, entspricht
diese geänderte Zusammensetzung einem elektrischen Feld von
etwa 10kV/cm unter der Annahme, daß der veränderliche
Basisbereich eine Dicke von etwa 150 nm aufweist. Dieses elektrische
Feld führt zu einem großen Anteil von Inter-Tal-Streuung, die
im Leitungsband auftritt. Im Ergebnis werden die
Minoritätsträger nicht ausreichend beschleunigt.
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Eine der möglichen Näherungen zum Lösen des Problems der Inter-
Valley-Streuung, ist die Anwendung eines abrupten
Emitter-Basis-Heteroübergangs, der es den injizierten Minoritätsträgern
erlaubt, sich in einer ballistischen oder nahezu ballistischen
Weise zu bewegen. Ein typisches Beispiel eines bipolaren
Heteroübergangs-Transistors mit einem nahezu ballistischen Betrieb
ist durch D. Ankri et al in "High-Speed GaAlAs-GaAs
Heterojunction
bipolar Transistors with near-ballistic Operation",
Electronic Letters, 17. Februar 1983, Vol. 19, Nr.4, Seiten 157
- 149 bekannt. Der bipolare Hetero-Übergangstransistor dieser
Bauart mit ballistischer oder nahezu ballistischem Betrieb hat
das in Figur 2 der Zeichnungen dargestellte Energieband. In dem
Energiebanddiagramm bezeichnen die Bezugsziffern 11 und 12 den
Boden des Leitungsbandes bzw. die Oberkante des Valenzbandes,
und die Fermi-Niveaus des Emitterbereichs, des Basisbereichs
und des Kollektorbereichs sind durch die Bezugsziffern 13, 14
bzw. 15 dargestellt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, hat der
Emitterbereich eine geringere Elektronenaffinität als der
Basisbereich, aber eine größere Bandlücke als der Basisberech.
Diese Emitter- und Basisbereiche führen zu einem Heteroübergang
mit einer abrupten Potentialdiskontinuität 16, und die abrupte
Potentialdiskontinuität 16 schafft eine kinetische Energie, die
der Bandlücke entspricht, für die Minoritätsträger oder
Elektronen, die vom Emitterbereich in den Basisbereich injiziert
werden, so daß die Elektronen beschleunigt werden, um sich in
ballistischer Weise zu bewegen.
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Ein weiteres Problem tritt jedoch bei bekannten bipolaren
Heteroübergangs-Transistoren mit ballistischem Betrieb dadurch auf,
daß jedes der Elektronen die ballistische Bewegung in der
Anfangsstufe des Passierens des Basisbereichs beendet. Dies
ergibt sich aus der Tatsache, daß jedes der Elektronen die
kinetische Energie bei etwa der mittleren freien Weglänge verliert,
die in der Größenordnung von 40 nm in einem p&spplus; Galliumarsenid
ist. Ein Bipolar-Heteroübergangstransistor besitzt jedoch einen
Basisbereich mit einer Dicke von mehr als 100 nm, so daß jeder
der injizierten Minoritätsträger nach Beendigung der
ballistischen Bewegung in den verbleibenden Basisbereich diffundiert.
Um dieses Problem zu lösen könnte vorgeschlagen werden, die
Dicke des Basisbereichs auf die mittlere freie Weglänge zu
vermindern, jedoch zeigt ein Basisbereich mit einer Dicke von etwa
40 - 50 nm einen extrem großen Basiswiderstand, was Grund zu
einer Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften gibt.
Aufgrunddessen geben bipolare Heteroübergangs-Transistoren mit
ballistischem Betrieb momentan keine perfekte Lösung für höhere
Geschwindigkeiten.
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Bipolare Heteroübergangs-Transistoren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 sind aus der DE-A-2 847 451 und dem Japanese
Journal of Applied Physics, Vol. 23, No.4, April 1984, Seiten
L201-202, bekannt. Gemäß der DE-A-2 847 451 ist die Basis des
Transistors veränderlich, oder kann in eine Anzahl von Stufen
unterteilt sein, was zu den oben angegebenen Problemen führt.
In dem aus dem Japanese Journal of Applied physics bekannten
Transistor ist der Kollektor abgestuft, wobei jedoch die Stufen
eine sehr große Dicke aufweisen, so daß dessen Geschwindigkeit,
ebenso wie oben beschrieben, begrenzt ist.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen
bipolaren Heteroübergangs-Transistor mit ballistischem Betrieb zu
schaffen, der mit Höchstgeschwindigkeit arbeitet.
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Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung, einen
bipolaren Heteroübergangs-Transistor zu schaffen, der es
Minoritätsträgern erlaubt, über eine Distanz größer als die mittlere
freie Weglänge sich in ballistischer Weise zu bewegen.
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Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung, einen
bipolaren Heteroübergangs-Transistor mit ballistischer Operation zu
schaffen, der mit Höchstgeschwindigkeit arbeitet, ohne den
Basiswiderstand zu verschlechtern.
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Diese Aufgaben werden durch einen in Patentanspruch 1
definierten bipolaren Heteroübergangs-Transistor gelöst.
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In einer ersten Ausführungsform kann der bipolare
Heteroübergangs-Transistor einen Emitterbereich aus einem ersten
Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps, einen
Basisbereich mit einer Anzahl von Basisarealen einschließlich einem
ersten und einem zweiten Basisareal aufweisen, die aus einem
zweiten bzw. einen dritten Halbleitermaterial eines zweiten
Leitfähigkeitstyps, entgegengesetzt zum ersten Leitungstyp
bestehen, und einen Kollektorbereich aus einem vierten
Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps, der einen Übergang
zusammen mit dem Basisbereich bildet, wobei das erste und das zweite
Halbleitermaterial einen ersten Heteroübergang mit einer ersten
abrupten Potentialdiskontinuität bilden, die vom Emitterbereich
injizierten Ladungsträgern eine kinetische Energie vermittelt,
wobei das zweite und das dritte Halbleitermaterial einen
zweiten Heteroübergang mit einer zweiten abrupten
Potentialdiskontinuität bilden, die den Basisbereich
passierenden Trägern kinetische Energie vermittelt. In der ersten
Ausführungsform ist der bipolare Heteroübergangs-Transistor vom
n-p-n-Typ oder vom p-n-p-Typ. Zur Ausbildung der ersten und der
zweiten abrupten Potentialdiskontinuität können der
Emitter-Bereich, das erste Basisareal und das zweite Basisareal aus einem
n-Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,3Ga0,7As), dotiert mit
Silizium-Atomen von etwa 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³, einem p-Aluminium-Gallium-
Arsenid (Al0,15Ga0,85As), dotiert mit Beryllium-Atomen von etwa
1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³, bzw. aus einem p-Gallium-Arsenid (GaAs), dotiert
mit Beryllium-Atomen von etwa 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³, gebildet sein, und
das erste Basisareal kann eine Dicke von etwa 50 nm aufweisen,
was etwa gleich der mittleren freien Weglänge von Elektronen in
p-Aluminium-Gallium-Arsenid ist.
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In einer zweiten Ausführungsform kann der bipolare
Heteroübergangs-Transistor aufweisen einen Emitterbereich aus einem
ersten Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps, einen
Basisbereich mit einer Anzahl von Basisarealen, einschließlich
eines ersten, eines zweiten und eines dritten Basisareals, die
jeweils aus einem zweiten, einem dritten und einem vierten
Halbleitermaterial eines zweiten Leitungstyps bestehen, und
einen Kollektorbereich aus einem fünften Halbleitermaterial des
ersten Leitungstyps, der zusammen mit dem Basisbereich einen
Übergang bildet, wobei das erste und das zweite
Halbleitermaterial einen ersten Heteroübergang bilden mit einer ersten
Potentialdiskontinuität, die jeweils von dem Emitterbereich
injizierten Ladungsträgern kinetische Energie vermittelt, das
zweite und das dritte Halbleitermaterial eine erste
Potentialbarriere bilden, die Teile von Ladungsträgern mit geringer
kinetischer Energie abschirmt, und das dritte und das vierte
Halbleitermaterial einen zweiten Heteroübergang mit einer
zweiten abrupten Potentialdiskontinuität bilden, die
Ladungsträgern, die die erste Potentialbarriere überschreiten,
eine kinetische Energie vermittelt, so daß Ladungsträger, die
nicht zum Hochfreguenz-Antwortbetrieb beitragen, abgeschnitten
werden. Eine zweite Potentialbarriere kann am Übergang zwischen
dein dritten Basisareal und dem Kollektorbereich mittels eines
abrupten Heteroübergangs gebildet sein, und jede dieser
Potentialbarrieren wird so ausgewählt, daß die niedriger im
Potentialpegel ist, als die Träger, die mit der Maximalenergie dort
ankommen. Der bipolare Heteroübergangs-Transistor mit der
ersten und der zweiten Potentialbarriere kann aus n-Alluminium-
Gallium-Arsenid (Al0,25Ga0,75As), dotiert mit Siliziumatomen
von etwa 3 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ für den Emitterbereich, einem
p-Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,1Ga0,9As), dotiert mit
Beryllium-Atomen von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³, für das erste Basisareal, einem p-
Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), dotiert mit
Berylliumatomen von 2 x 10¹&sup9; cm für das zweite Basisareal, einem
p-Gallium-Arsenid (GaAs), dotiert mit Berylliumatomen von 2 x
10¹&sup9; cm&supmin;³ für das dritte Basisareal bzw. einem
n-Aluminium-Gallium-Arsenid (A10,1Ga0,9As) dotiert mit Siliziumatomen von etwa
2 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ für den Kollektorbereich gebildet sein, und das
erste, das zweite und das dritte Basisareal kann eine Dicke von
etwa 70 nm (700 Å), 10 nm (100 Å) bzw. 70 nm (700 Å) aufweisen.
Das zweite Basisareal kann eine kompositorische Abstufung
aufweisen, so daß die Elektronenaffinität von einem Übergang
zwischen dem ersten Basisareal und dem zweiten Basisareal zum
zweiten Heteroübergang abnimmt.
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In einer dritten Ausführungsform kann der bipolare
Heteroübergangs-Transistor einen Emitterbereich aus einem ersten
Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps aufweisen, einen
Basisbereich mit einer Anzahl von Basisarealen einschließlich
eines ersten und eines zweiten Basisareals, die aus einem
zweiten bzw. einem dritten Halbleitermaterial eines zweiten
Leitungstyps, entgegengesetzt zum ersten Leitungstyp, gebildet
sind, wobei jeder des ersten und des zweiten Basisareals einen
Abschnitt hoher Fremdstoffdichte und einen Abschnitt niedriger
Fremdstoffdichte aufweist, und einen Kollektorbereich aus einem
vierten Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps, der einen
Übergang zusammen mit dem Basisbereich bildet, wobei das erste
Halbleitermaterial und der Abschnitt hoher Fremdstoffdichte des
zweiten Halbleitermaterials einen ersten Heteroübergang mit
einer ersten abrupten Potentialdiskontinuität bilden, die vom
Emitterbereich injizierten Trägern eine kinetische Energie
vermittelt, und wobei der Abschnitt niedriger Fremdstoffdichte des
zweiten Halbleitermaterials und der Abschnitt hoher
Fremdstoffdichte des dritten Halbleitermaterials einen zweiten
Heteroübergang mit einer zweiten abrupten Potentialdiskontinuität
bilden, die den Basisbereich passierenden Trägern eine
kinetische Energie vermitteln. Zur Bildung des ersten und des zweiten
Heteroübergangs, sind der Emitterbereich, das erste Basisareal
und das zweite Basisareal aus einem n-Aluminium-Gallium-Arsenid
(Al0,3Ga0,7As) dotiert mit Siliziumatomen von 3 x 10¹&sup7; cm&supmin;³,
einem p-Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), teilweise
dotiert mit Berylliumatomen von 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ und teilweise
dotiert mit Berylliumatomen von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³, bzw. einem
p-Gallium-Arsenid (GaAs), teilweise dotiert mit Berylliumatomen von
1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ und teilweise dotiert mit Berylliumatomen von 1 x
10¹&sup8; cm&supmin;³, gebildet. Es ist vorzuziehen, die Abschnitte hoher
Fremdstoffdichte des ersten und des zweiten Basisareals so
auszuwählen, daß sie eine Dicke von etwa 40 nm (400 Å) aufweisen,
was etwa gleich der mittleren freien Weglänge eines Elektrons
ist.
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In einer vierten Ausführungsform kann der bipolare
Heteroübergangstransistor einen Emitterbereich aus einem ersten
Halbleiterinaterial mit einem ersten Leitungstyp aufweisen, einen
Basisbereich aus einem zweiten Halbleitermaterial eines zweiten
Leitungstyps, entgegengesetzt zum ersten Leitungstyp, und einen
Kollektorbereich mit einer Vielzahl von Kollektorarealen,
einschließlich eines ersten und eines zweiten Kollektorareals aus
einem dritten und einem vierten Halbleitermaterial des ersten
Leitungstyps, wobei das zweite und das dritte
Halbleitermaterial einen ersten Heteroübergang mit einer ersten abrupten
Potentialdiskontinuität bilden, die vom Basisbereich
zugeführten Trägern eine kinetische Energie vermittelt, und wobei das
dritte und das vierte Halbleitermaterial einen zweiten
Heteroübergang mit einer zweiten abrupten Potentialdiskontinuität
bilden, die den Kollektorbereich passierende Träger eine
kinetische Energie vermittelt. Zur Bildung der ersten und der
zweiten abrupten Diskontinuität sind der Basisbereich, das erste
Kollektorareal und das zweite Kollektorareal aus p-Aluminium-
Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), einem
n-Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,075Ga0,925As), dotiert mit Siliziumatomen von etwa 5
x 10¹&sup6; cm&supmin;³, einem n-Galliuin-Arsenid (GaAs) dotiert mit
Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup6; cm&supmin;³, ausgebildet, und der erste
Kollektorbereich kann eine Dicke von etwa 50 nm (500 Å) für
vollständig ballistischen Betrieb aufweisen.
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Die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen bipolaren
Heteroübergangstransistors werden aus der folgenden Beschreibung
zusammen mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:
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Figur 1 ein Diagramm eines typischen Beispiels eines
Energiebandes ist, das in einem bekannten bipolaren
Heteroübergangstransistor mit einem kompositionsveränderlichen
Basisbereich erzeugt wird,
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Figur 2 ein Diagramm eines typischen Beispieles eines
Energiebandes ist, das in einem bekannten bipolaren
Heteroübergangstransistor mit ballistischem Betrieb erzeugt wird.
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Figur 3 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen bipolaren
Heteroübergangstransistors ist,
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Figur 4 ein Diagramm eines Energiebandes des bipolaren
Heteroübergangstransistors gemäß Figur 3 ist,
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Figur 5 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heteroübergangstransistors
ist,
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Figur 6 ein Diagramm eines Energiebandes des in Figur 5
dargestellten bipolaren Heteroübergangstransistors ist,
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Figur 7 ein Diagramm eines Energiebandes ist, das in einer
Modifikation des in Figur 5 dargestellten bipolaren
Heteroübergangstransistors erzeugt wird,
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Figur 8 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer dritten
Ausführungsform eines bipolaren Heteroübergangstransistors
außerhalb des Bereichs der Erfindung ist,
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Figur 9 ein Diagramm eines Energiebandes des bipolaren
Heteroübergangstransistors gemäß Figur 8 ist,
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Figur 10 eine Schnittdarstellung des Aufbaus einer vierten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bipolaren
Heteroübergangstransistors ist, und
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Figur 11 eine Diagramm eines Energiebandes des in Figur 10
dargestellten bipolaren Heteroübergangstransistors ist.
Erste Ausführungsform
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Zunächst bezugnehmend auf Figur 3 der Zeichnungen ist der
Aufbau eines bipolaren Heteroübergangstransistors gemäß der
Erfindung dargestellt und in einem aktiven Vorrichtungsbereich auf
einem halbisolierenden Gallium-Arsenid-Substrat hergestellt,
das durch einen isolierenden Bereich 21, der durch Implantation
von Protonen gebildet wird, definiert ist. Der in Figur 3
dargestellte bipolare Heteroübergangstransistor umfaßt im
wesentlichen eine Kollektorkontaktschicht mit hoher
n-Fremdstoffdichte 22 von etwa 500 nm, eine Kollektorschicht 23 mit
niedriger n-Fremdstoffdichte von etwa 500 nm, eine p-Basisstruktur 24
aus einem ersten p-Basisareal 25 von etwa 50 nm und einem
zweiten p-Basisareal 26 von etwa 50 nm, eine n-Emitterschicht 27
von etwa 200 nm, eine n-Emitter-Deckschicht 28 von etwa 200 nm,
einen Kollektorkontakt 29, einen Basiskontakt 30 und einen
Emitterkontakt 31. Der Herstellungsprozeß beginnt mit der
Vorbereitung des halbisolierenden Substrats 20. Auf dem
halbisolierenden Substrat werden nacheinander aufgewachsen ein
Galliuim-Arsenid (GaAs), das mit Siliziumatomen von etwa 5 x
10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert ist, für die Kollektorkontaktschicht 22, ein
Gallium-Arsenid (GaAs), das mit Siliziumatomen von etwa 3 x
10¹&sup6; cm&supmin;³ dotiert ist, für die Kollektorschicht 23, ein
Gallium-Arsenid (GaAs), das mit Berylliumatomen von etwa 1 x 10¹&sup9;
cm&supmin;³ dotiert ist, für das zweite Basisareal 26, ein Aluminium-
Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), das mit Berylliumatomen von
etwa 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ dotiert ist, für das erste Basisareal 25,
ein Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,3Ga0,7As), das mit
Siliziumatomen von etwa 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ dotiert ist, für die
Emitterschicht 27, und ein Gallium-Arsenid (GaAs), das mit
Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert ist, für die
Emitterdeckschicht 28, unter Verwendung von Molekularstrahlepitaxie.
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In dem bipolaren Heteroübergangstransistor wird ein in Figur 4
dargestelltes Energieband erzeugt, bei dem die Unterkante des
Leitungsbandes und die Oberkante des Valenzbandes durch die
Bezugsziffern
33 bzw. 24 bezeichnet sind, und die Bezugsziffern
35, 36 und 37 bezeichnen die Fermi-Niveaus der Emitterschicht
27, der Basisstruktur 24 bzw. der Kollektorschicht 23. Wie aus
Figur 4 ersichtlich ist, tritt eine erste abrupte
Potentialdiskontinuität 38 an einem ersten Heteroübergang
zwischen der Emitterschicht 27 und dem ersten Basisareal 25
aufgrund der zwischen ihnen auftretenden Elektronenaffinität auf,
und eine zweite abrupte Potentialdiskontinuität 39 wird an
einem zweiten Heteroübergang zwischen dem ersten Basisareal 25
und dem zweiten Basisareal 26 aufgrund der unterschiedlichen
Elektronenaffinität erzeugt. Für diesen Fall hat jede der
ersten und zweiten abrupten Potentialdiskontinuitäten 38 und 39
einen Wert von etwa 0,1 eV und ist operativ zur Erzeugung einer
kinetischen Energie, die einer Energielücke von etwa 0,1 eV
entspricht, für einen Minoritätsträger oder Elektron. Aus
diesein Grund wird jedes der Elektronen, die den ersten
Heteroübergang passieren, mit der kinetischen Energie beschleunigt,
so daß sich die Elektronen über eine Distanz, die etwa gleich
der mittleren freien Weglänge von Elektronen ist, in
ballistischer Weise bewegen. Der in Figur 3 dargestellte, bipolare
Heteroübergangstransistor hat ein erstes Basisareal 25 von etwa
50 nm, was etwa gleich der mittleren freien Weglänge von
Elektronen darin ist, so daß das Elektron die ballistische Bewegung
etwa beim zweiten Heteroübergang beendet. In dem in Figur 3
dargestellten bipolaren Heteroübergangstransistor ist die
zweite abrupte Potentialdiskontinuität 39 gebildet, die
ebenfalls zur Beschleunigung jedes der Elektronen wirkt. Wenn jedes
der Elektronen mit der kinetischen Energie erneut beschleunigt
wird, bewegt sich das Elektron über eine Distanz, die etwa
gleich der mittleren freien Weglänge für Elektronen ist, in
ballistischer Weise. Da das zweite Basisareal 26 eine Dicke von
etwa 50 nm aufweist, was etwa gleich der mittleren freien
Weglänge von Elektronen ist, beendet das Elektron die
ballistische Bewegung am Übergang zwischen dem zweiten Basisareal 26
und der Kollektorschicht 23, wobei es durch die gesamte
Basisstruktur 24 in ballistischer Weise gelangt. Das bedeutet, daß
jedes Elektron sich über die Basisstruktur 24 ohne Diffusion
bewegt, so daß das Elektron die gesamte Basisstruktur mit
Höchstgeschwindigkeit passieren kann. Desweiteren hat der in
Figur 3 dargestellte bipolare Heteroübergangstransistor eine
Basisstruktur 24 mit ausreichender Dicke, so daß die
Basisstruktur einen relativ geringen Widerstand aufweist. Mit
anderen Worten, der bipolare Heteroübergangstransistor gemäß der
Erfindung kann auf ein der Basiselektrode 30 zugeführtes
Eingangssignal mit extrem hoher Frequenz reagieren, ohne den
Basiswiderstand zu verschlechtern.
Zweite Ausführungsform
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In Figur 5 der Zeichnungen ist der Aufbau eines weiteren
bipolaren Heteroübergangstransistors gemäß der Erfindung
dargestellt. Der in Figur 5 dargestellte bipolare
Heteroübergangstransistor wird hergestellt in einem aktiven
Vorrichtungsbereich eines halbisolierenden Galliumarsenid-Substrats 50, das
durch einen isolierenden Bereich 51 definiert ist, der durch
Implantation von Protonen gebildet wird. Der in Figur 5
dargestellte bipolare Heteroübergangstransistor umfaßt im
wesentlichen eine Kollektorkontaktschicht 25 mit hoher
n-Verunreinigungsdichte mit etwa 400 nm (4000 Å), eine Kollektorschicht mit
niedriger n-Verunreinigungdichte von etwa 500 nm (5000 Å), eine
p-Basisstruktur 24 aus einem ersten p-Basisareal 55 von etwa 70
nm (700 Å), einem zweiten p-Basisareal 56 von etwa 10 nm (100
Å) bzw. einem dritten p-Basisareal 57 von etwa 70 nm (700 Å),
einer n-Emitterschicht 58 von etwa 200 nm (2000 Å), einer n-
Emitterdeckschicht 59, einem Kollektorkontakt 60, einem
Basiskontakt 61 und einem Emitterkontakt 62.
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Der Herstellungsprozeß beginnt mit der Vorbereitung des
halbisolierenden Substrats 50. Auf dem halbisolierenden Substrat 50
werden nacheinander aufgewachsen ein Gallium-Arsenid (GaAs),
das mit Siliziumatomen von etwa 3 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert ist, für
die Kollektorkontaktschicht 52, einem Aluminium-Gallium-Arsenid
(Al0,1Ga0,9AS),
das mit Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup6; cm&supmin;³
dotiert ist, für die Kollektorschicht 53, einem Gallium-Arsenid
(GaAs), das dotiert ist mit Berylliumatomen von etwa 2 x 10¹&sup9;
cm&supmin;³, für das dritte Basisareal 57, einem
Aluminium-Gallium-Arsenid (A10,15Ga0,85As), das mit Berylliumatomen von etwa 2 x
10¹&sup9; cm&supmin;³ dotiert ist, für das zweite Basisareal 56, einem
Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,1Ga0,9As), das mit Berylliumatomen
von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ dotiert ist, für das erste Basisareal
55, einem Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,25Ga0,57As), das mit
Siliziumatomen von etwa 3 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ dotiert ist, für die
Emitterschicht 58 und einem Gallium-Arsenid (GaAs), das dotiert
ist mit Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ für die
Emitterdeckschicht 59, durch Verwendung einer Molekularstrahlepitaxie.
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In dem bipolaren Heteroübergangstransistor wird das in Figur 6
dargestellte Energieband geschaffen, bei dem die Unterkante des
Leitungsbandes und die Oberkante des Valenzbandes durch die
Bezugsziffern 64 bzw. 65 bezeichnet sind, und die Bezugsziffern
66, 67 und 68 bezeichnen die Ferminiveaus der Emitterschicht
58, der Basisstruktur 54 bzw. der Kollektorschicht 53. Wie aus
Figur 6 ersichtlich ist, tritt eine erste abrupte
Potentialdiskontinuität 69 an einem ersten Heteroübergang
zwischen der Emitterschicht 58 und dem ersten Basisareal 55
aufgrund der Differenz in Elektronenaffinität zwischen ihnen auf,
und die erste abrupte Potentialdiskontinuität 69 ist operativ
um eine kinetische Energie entsprechend der ersten abrupten
Potentialdiskontinuität einem sie passierenden Elektron zu
vermitteln. Diese kinetische Energie erlaubt es dem Elektron,
über eine Distanz in ballistischer oder nahezu ballistischer
Weise sich zu bewegen, die etwa gleich der mittleren freien
Weglänge eines Elektrons ist. Desweiteren bilden das erste und
das zweite Basisareal 55 und 56 eine erste Potentialbarriere
70, die so ausgewählt ist, daß sie um einen vorgegebenen Wert
im Potentialwert niedriger ist als Elektronen mit der
maximalkinetischen Energie am Übergang zwischen ihnen, so daß die
Potentialbarriere 70 der Abschirmung von Elektronen mit niedriger
Energie aufgrund von Streuung in einem polar-optischen Phonon-
Mode dient während der Bewegung im ersten Basisareal 55.
Zusätzlich zur ersten abrupten Potentialdiskontinuität 69 umfaßt
der bipolare Heteroübergangstransistor, der in Figur 5
dargestellt ist, ferner eine zweite abrupte Potentialdiskontinuität
71 an einem zweiten Heteroübergang zwischen dem zweiten und dem
dritten Basisareal 56 und 57 aufgrund der Differenz in
Elektronenaffinität. Die zweite abrupte Potentialdiskontinuität 71 ist
operativ zum erneuten Beschleunigen der Elektronen, die die
Potentialbarriere 70 überschreiten, für ballistische Bewegungen
über den dritten Basisbereich 57. Bei Beendigung der
ballistischen Bewegung über den dritten Basisbereich 57 werden die
Elektronen einer Abschirmung durch eine zweite
Potentialbarriere 72 ausgesetzt, die an einem Übergang zwischen dein dritten
Basisareal 57 und der Kollektorschicht 53 gebildet ist.
Anschließend werden nur Elektronen mit ausreichenden Energien die
zweite Potentialbarriere 72 überwinden und die
Kollektorelektrode 60 erreichen. Wie im Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform beschrieben wurde, bewegt sich ein durch eine
abrupte Potentialdiskontinäität beschleunigtes Elektron über
eine Distanz, die etwa gleich der mittleren freien Weglänge von
Elektronen ist, in ballistischer Weise, so daß jedes der
Elektronen, die von der Emitterschicht 58 injiziert wurden, die
ballistische Bewegung bei dem Übergang zwischen dem ersten und
dem zweiten Basisareal 55 und 56 beendet, dann die
potentialbarriere 70 nach der Abschirmung überschreitet, dann sich
erneut über eine Distanz in ballistischer Weise bewegt, die etwa
gleich der mittleren freien Weglänge von Elektronen ist. In
dieser Weise können die Elektronen über die gesamte
Basisstruktur 54 in ballistischer Weise gelangen, da die
entsprechenden Dicken des ersten und des dritten Basisareals 55 bzw.
57 jeweils im wesentlichen gleich der mittleren freien Weglänge
von Elektronen sind. Das bedeutet, daß sich jedes Elektron über
die gesamte Basisstruktur 54 ohne Diffusion bewegt, so daß das
Elektron die gesamte Basisstruktur 54 mit Höchstgeschwindigkeit
passieren kann, in gleicher Weise wie im ersten
Ausführungsbeispiel
der Figur 3. Desweiteren ist der bipolare
Heteroübergangstransistor, der in Figur 5 dargestellt ist, hinsichtlich
der Signaltreue verbessert, aufgrund des Abschirmens der
Elektronen mit niedrigen Energien. Die injizierten Elektronen
werden nämlich im polar-optischen Phonon-Mode während der
ballistischen Bewegung über das erste und den zweite Basisareal 55
und 57 gestreut, und dies führt zu einer Unregelmäßigkeit der
Beendigung der ballistischen Bewegung. In dieser Sitution,
falls alle injizierten Elektronen in die Kollektorschicht 53
übertragen wurden, hat ein an der Kollektorelektrode 60
erscheinendes Ausgangssignal eine Signalform, die von der eines
Eingangssignals, das der Basiselektrode 61 zugeführt wird,
abweicht. Der bipolare Heteroübergangstransistor, der in Figur 5
dargestellt ist, hat jedoch die erste und die zweite
Potentialbarriere 70 und 72 zum Abschirmen der Elektronen niedriger
Energie. Das an der Kollektorelektrode 60 erscheinende
Ausgangssignal ist hinsichtlich der Signalform dem des der
Basiselektrode 61 zugeführten Eingangssignals konform.
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In Figur 7 der Zeichnungen ist das Energiebanddiagramm einer
Modifikation des bipolaren Heteroübergangstransistors
dargestellt. Die Modifikation entspricht vom Aufbau dem bipolaren
Heteroübergangstransistor, der in Figur 5 dargestellt ist, mit
Ausnahme des zweiten Basisareals, so daß die Schichten und
Areale, die denen des Heteroübergangstransistors der Figur 5
entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und ihre
detaillierte Beschreibung aus Übersichtlichkeitsgründen
unterlassen wird. Die Modifikation hat ein zweites Basisareal, das
hinsichtlich der Zusammensetzung sich ändert von einem
p-Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,1Ga0,9As) zu einem
p-Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), so daß die Unterkante des
Leitungsbandes 64 einen abgestuften Bereich 73 anstatt der
abrupten Potentiallücke 70 aufweist. Dieser abgestufte Bereich 73
ist wirksam zur Reduktion von quantenmechanischen Reflektionen.
Dritte Ausführungsform
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Figur 8 der Zeichnungen zeigt den Aufbau eines bipolaren
Heteroübergangstransistors außerhalb des Bereichs der Erfindung,
und er wird hergestellt in einem aktiven Vorrichtungsbereich
auf einem halbisolierenden Gallium-Arsenid-Substrat 81, das
durch eine isolierende Region 82 definiert ist, die durch
Implantation von Protonen gebildet wird. Der in Figur 8
dargestellte bipolare Heteroübergangstransistor umfaßt im
wesentlichen eine Kollektorkontaktschicht 83 mit hoher
n-Fremdstoffdotierung mit etwa 400 nm (4000 Å), eine Kollektorschicht 84 mit
niedriger n-Störstoffdichte von etwa 500 nm (5000 Å), eine p-
Basisstruktur 85 aus einem ersten p-Basisareal mit einem
Abschnitt 86 hoher Störstoffdichte von etwa 50 nm (400 Å) und
einem Abschnitt 87 geringer Störstoffdichte von etwa 10 nm (100
Å) und einem zweiten p-Basisareal mit einem Abschnitt 88 mit
hoher Störstoffdichte und etwa 40 nm (4000 Å) und einem
Abschnitt 89 mit niedriger Störstoffdichte und etwa 10 nm (100 Å)
einer n-Emitterschicht 90, einer n-Emitterdeckschicht 91, einem
Kollektorkontakt 92, einem Basiskontakt 93 und einem
Emitterkontakt 94. Der Herstellungsprozeß beginnt mit der Vorbereitung
eines halbisolierenden Substrats 81. Auf dem halbisolierenden
Substrat 81 werden nacheinander aufgewachsen ein
Gallium-Arsenid (GaAs), das mit Siliziumatomen von etwa 3 x 10¹&sup8; cm&supmin;³
dotiert ist, für die Kollektorkontakschicht 83, einem
Gallium-Arsenid (GaAs), das mit Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup6; cm&supmin;³
dotiert ist, für die Kollektorschicht 84, einem Galliumarsenid
(GaAs), das mit Berylliumatomen von etwa 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert
ist, für den Abschnitt 89 niedriger Störstoffdichte des zweiten
Basisareals, einem Gallium-Arsenid (GaAs), das mit
Berylliumatomen von etwa 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ dotiert ist, für den Abschnitt 88
hoher Störstoffdichte des zweiten Basisabschnitts, einem
Aluminium-Gallium-Arsenid (A10,15Ga0,85As), das mit Berylliumatomen
von etwa 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert ist, für den Abschnitt 87
niedriger
Störstoffkonzentration des ersten Basisareals, einem
Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), das mit
Berylliumatomen von etwa 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ dotiert ist, für den Abschnitt 86
hoher Störstoffkonzentration für das erste Basisareal, einem
Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,3Ga0,7As), das mit
Siliziumatomen von etwa 3 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ dotiert ist, für die Emitterschicht
90 und einem Gallium-Arsenid (GaAs), das mit Siliziumatomen von
etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert ist, für die Emitterdeckschicht 91
unter Verwendung einer Molekularstrahlepitaxie.
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In dem bipolaren Heteroübergangstransistor wird die in Figur 9
dargestellte Energiebandstruktur geschaffen, bei der die
Unterkante des Leitungsbandes und die Oberkante des Valenzbandes
durch die Bezugsziffern 95 und 96 bezeichnet sind, und die
Bezugsziffern 97, 98 und 99 bezeichnen die Fermi-Niveaus der
Emitterschicht 90, der Basisstruktur 85 bzw. der
Kollektorschicht 84. Wie aus Figur 9 ersichtlich ist, tritt eine erste
abrupte Potentialdiskontinuität 100 an einem ersten
Heteroübergang zwischen der Emitterschicht 90 und dem Abschnitt
86 hoher Störstoffdichte des ersten Basisareals aufgrund der
Differenz in Elektronenaffinität zwischen ihnen auf, und eine
zweite abrupte Potentialdiskontinuität 101 tritt an einem
zweiten Heteroübergang zwischen dem Abschnitt 87 niedriger
Störstoffdichte des ersten Basisareals und dem Abschnitt 88
hoher Störstoffdichte des zweiten Basisareals aufgrund der
Differenz in Elektronenaffinität auf. Jede der ersten und zweiten
abrupten Potentialdiskontinuitäten 100 und 101 ist operativ zur
Vermittlung einer kinetischen Energie, die einer Potentiallücke
entspricht, an Minoritätsträger oder ein Elektron. Aus diesem
Grund wird jedes Elektron, das durch den ersten Heteroübergang
passiert, mit der kinetischen Energie beschleunigt, so daß sich
das Elektron über eine Distanz, die etwa gleich der mittleren
freien Weglänge eines Elektrons ist, in ballistischer Weise
bewegt. Der in Figur 8 dargestellte bipolare Heteroübergangs-
Transistor weist in Abschnitt 86 hoher Störstoffdichte des
ersten Basisareals mit etwa 40 nm (400 Å) auf, was etwa der
mittleren
freien Weglänge von Elektronen darin entspricht, so daß
das Elektron ballistische Bewegung etwa am Übergang zwischen
dem Abschnitt 86 mit hoher Störstoffdichte und dem Abschnitt 87
mit niedriger Störstoffdichte beendet. Wenn die Elektronen
durch den Übergang zwischen den zwei Abschnitten 86 und 87 des
ersten Basisareals durchtreten, werden die Elektronen über den
Abschnitt 87 niedriger Störstoffdichte des ersten Basisareals
diffundiert. Der Abschnitt 87 ist jedoch in seiner
Störstoffdichte im Vergleich mit dem Abschnitt 86 reduziert, so daß die
meisten der Elektronen den zweiten Heteroübergang ohne
Rekombination erreichen. Bei Beendigung der Diffusion über den
Abschnitt 87 mit niedriger Störstoffdichte wird jedes Elektron
durch die zweite abrupte Potentialdiskontinuität 101
beschleunigt und aus diesem Grund bewegt es sich über eine Distanz, die
etwa der mittleren freien Weglänge von Elektronen entspricht,
wieder in ballistischer Weise. Da der Abschnitt 88 mit hoher
Störstoffdichte des zweiten Basisareals eine Dicke von etwa 40
nm (4000 Å) aufweist, was etwa der mittleren freien Weglänge
von Elektronen entspricht, beendet das Elektron die
ballistische Bewegung etwa bei einem Übergang zwischen dem Abschnitt 88
mit hoher Störstoffdichte und dem Abschnitt 89 mit niedriger
Störstoffdichte. Wenn die Elektronen durch den Übergang
zwischen den Abschnitten 88 und 89 des zweiten Basisareals
passieren, werden die Elektronen über den Abschnitt 88 mit niedriger
Störstoffdichte diffundiert, rekombinieren aber aufgrund der
geringen Störstoffdichte kaum. 0bwohl der bipolare
Heteroübergangstransistor, der in Figur 8 dargestellt ist, die
Abschnitte 87 und 89 aufweist, in denen die Elektronen
diffundiert werden, ist der Transportfaktor aufgrund ihrer geringen
Störstoffdichten relativ hoch.
Vierte Ausführungsform
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In Figur 10 der Zeichnungen ist der Aufbau eines weiteren
bipolaren Heteroübergangstransistors gemäß der Erfindung
dargestellt und er wird in einem aktiven Vorrichtungsbereich eines
halbisolierenden Gallium-Arsenid-Substrats 110, das durch einen
isolierenden Bereich 111, der durch Protonenimplantation
gebildet wird, definiert ist, hergestellt. Der in Figur 10
dargestellte, bipolare Heteroübergangstransistor umfaßt im
wesentlichen eine Kollektorkontaktschicht 112 mit hoher
n-Störstoffdichte und etwa 500 nm (5000 Å), ein erstes Kollektorareal 113
mit niedriger n-Störstoffdichte, und etwa 50 nm (500 Å), ein
zweites Kollektorareal 114 mit niedriger n-Störstoffdichte und
etwa 300 nm (3000 Å), eine p-Basisschicht 115 mit etwa 150 nm
(1500 Å), ein erstes n-Emitterareal 116 von etwa 20 nm (200 Å),
ein zweites n-Emitterareal 117 von etwa 50 nm (500 Å), eine n-
Emitter-Deckschicht 118 mit etwa 100 nm (1000 Å), einen
Kollektorkontakt 119, einen Basiskontakt 120 und einen Emitterkontakt
121. Das erste und das zweite Kollektorareal 113 und 114 formen
in Kombination eine Kollektorschicht 122, und das erste und das
zweite Emitterareal 116 und 117 bilden in Kombination eine
Emitterschicht 123.
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Der Herstellungsprozeß beginnt mit der Vorbereitung des
halbisolierenden Substrats 110. Auf dem halbisolierenden Substrat
110 werden nacheinander aufgewachsen ein Gallium-Arsenid
(GaAs), das mit Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert
ist, für die Kollektorkontaktschicht 112, ein Gallium-Arsenid
(GaAs), das mit Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ dotiert
ist, für den zweiten Kollektorbereich 114, ein
n-Aluminiuin-Gallium-Arsenid (Al0,075Ga0,925As), das mit Siliziumatomen mit 5 x
10¹&sup6; cm&supmin;³ dotiert ist, für den ersten Kollektorbereich 113, ein
Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,15Ga0,85As), das mit
Berylliumatomen von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ dotiert ist, für die Basisschicht
115, einem Aluminium-Gallium-Arsenid (AlxGa1-xAs, wobei sich x
0,15 bis 0,30 ändert), das mit Siliziumatomen mit etwa 3 x 10¹&sup7;
cm&supmin;³ dotiert ist, für den zweiten Emitterbereich 117, einem
Aluminium-Gallium-Arsenid (Al0,3Ga0,7As), das mit
Siliziumatomen mit 3 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ dotiert ist, für den ersten
Emitterbereich 116 und einem Gallium-Arsenid (GaAs), das mit
Siliziumatomen von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ dotiert ist, für die
Emitterdeckschicht 118 durch Molekularstrahlepitaxie oder durch
metallorganische chemische Dampfabscheidung.
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In dem bipolaren Heteroübergangstransistor wird ein in Figur 11
dargestelltes Energieband erzeugt, in dem die Unterkante des
Leitungsbandes und die Oberkante des Valenzbandes durch die
Bezugsziffern 124 bzw. 125 bezeichnet sind, und die Bezugsziffern
126, 127 und 128 bezeichnen die Fermi-Niveaus der
Emitterschicht 123, der Basisschicht 115 bzw. der Kollektorschicht
122. Wie aus Figur 11 ersichtlich ist, tritt eine erste abrupte
Potentialdiskontinuität 129 am Heteroübergang zwischen der
Basisschicht 115 und dem ersten Kollektorareal 113 aufgrund der
Differenz in den Elektronenaffinitäten zwischen ihnen auf, und
eine zweite abrupte Potentialdiskontinuität 130 wird an einem
Übergang zwischen dem ersten Kollektorareal 113 und dem zweiten
Kollektorareal 114 aufgrund der Differenz in
Elektronenaffinität erzeugt. In diesem Fall haben jede der ersten und zweiten
Potentialdiskontinuitäten 129 und 130 einen Wert von etwa 0,05
eV, und sie sind operativ zur Vermittlung einer kinetischen
Energie entsprechend der Energielücke von etwa 0,05 eV an
Minoritätsträger oder an ein Elektron. Aus diesem Grunde wird jedes
Elektron, das durch den Basis-Kollektor-Übergang passiert, mit
der kinetischen Energie beschleunigt, so daß sich die
Elektronen über eine Distanz in ballistischer Weise bewegen, die etwa
gleich der mittleren freien Weglänge von Elektronen ist. Der in
Figur 10 dargestellte bipolare Heteroübergangs-Transistor
besitzt den ersten Kollektorbereich 113 mit etwa 50 nm (500 Å),
was etwa der mittleren freien Weglänge von Elektronen darin
entspricht, so daß die Elektronen ihre ballistische Bewegung
etwa beim zweiten Heteroübergang beenden. Im bipolaren
Heteroübergangstransistor, der in Figur 10 dargestellt ist, ist die
zweite abrupte Potentialdiskontinuität 130 ausgebildet, die
ferner operativ ist zur Beschleunigung jedes der Elektronen.
Wenn das Elektron mit der kinetischen Energie erneut
beschleunigt wird, bewegt sich das Elektron über eine Distanz, die etwa
der mittleren freien Weglänge von Elektronen entspricht, in
ballistischer Weise. Da der bipolare Heteroübergangs-Transistor
eine Verarmungsschicht aufweist, die sich vom Basis-Kollektor-
Übergang über das erste Kollektorareal 113 in das zweite
Kollektorareal 114 erstreckt, bewegen sich Elektronen, die durch
die Basisschicht 115 gelangen, über die gesamte
Verarmungsschicht, die sich in die Kollektorschicht 122 erstreckt, in
ballistischer Weise. Im allgemeinen benötigt ein Elektron eine
Zeitspanne von typischerweise 0,7 bis 1,0 Pico-Sekunden, um
durch die Verarmungsschicht, die sich vom Basis-/Kollektor-
Übergang erstreckt, zu driften und diese Zeitspanne, die
benötigt wird, um über die Verarmungsschicht zu gelangen, ist etwa
gleich der, die Basisschicht zu passieren. Der in Figur 10
dargestellte bipolare Transistor umfaßt jedoch die ersten und
zweiten abrupten Potentialdiskontinuitäten 129 und 130, so daß
die Zeitspanne zum passieren der Verarmungsschicht durch
ballistische Bewegungen reduziert wird. Dies bedeutet, daß die
Elektronen die Verarmungsschicht mit Höchstgeschwindigkeit
passieren können.
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Alle hier beschriebenen Ausführungsformen sind vom n-p-n-Typ,
jedoch kann ein bipolarer p-n-p-Transistor mit Löchern als
Minoritätsträgern ausgebildet werden. Desweiteren können andere
Halbleitermaterialien, insbesondere
Verbindungshalbleitermaterialien, sowohl des Gitter-Anpassungstyps (lattice match), als
auch des Gitter-Mißanpassungstyps (lattice mismatch) zur
Ausbildung der Heteroübergänge verwendet werden, anstatt des
Gallium-Arsenids und des Aluminium-Gallium-Arsenids. Zusätzlich
dazu besitzt jede der Ausführungsformen nur zwei abrupte
Potentialdiskontinuitäten, es ist jedoch möglich, mehr als zwei
abrupte Potentialdiskontinuitäten vorzusehen, falls die Schicht
eine Dicke von mehr als zwei mal der mittleren freien Weglänge
von Elektronen hat.
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Jedes Basisareal oder jeder hochdotierte Abschnitt jeder
Ausführungsform kann eine Dicke von zwischen 10 nm (100 Å) und 100
nm (1000 Å) aufweisen. Dies aufgrund der Tatsache, daß keine
abrupte Potentialdiskontinuität gebildet wird, falls die Dicke
geringer ist als 10 nm (100 Å) und daß die Diffusionslänge zu
lang ist, um den Vorteil der ballistischen Bewegung
auszunutzen.