JP2522358B2 - ゲルマニウムを用いたヘテロ構造バイポ―ラ・トランジスタ - Google Patents
ゲルマニウムを用いたヘテロ構造バイポ―ラ・トランジスタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はベース層を構成する半導体のエネルギー・ギ
ャップよりも広いエネルギー・ギャップを持った半導体
でエミッタ層を構成したヘテロ構造バイポーラ・トラン
ジスタ（HBT）、特に液体窒素温度で動作するHBTに関す
る。
ャップよりも広いエネルギー・ギャップを持った半導体
でエミッタ層を構成したヘテロ構造バイポーラ・トラン
ジスタ（HBT）、特に液体窒素温度で動作するHBTに関す
る。
（従来の技術） 文献アイイーイーイー、トランザクションズオンエレ
クトロンデバイスィズ（IEEE Transaction on Electron
Devices）誌34巻１号１頁〜３頁に述べられる如く、微
細化したトランジスタを高度に集積化したディジタル回
路では、配線の微細化に伴い、配線抵抗が増大し、集積
回路を高速化する上で障害となる問題点が、また配線に
流す電流密度の増大に伴い、エレクトロマイグレーショ
ン等の問題が生じ、信頼性の問題点が、各々顕在化して
くる。これを解決する方法として半導体素子を液体窒素
温度で動作させることが考えられる。ところが室温で高
速動作素子として、広く使用されているシリコンバイポ
ーラ・トランジスタは、液体窒素温度で動作させた場
合、文献アイイーイーイートランザクションズオンエレ
クトロンデバイスィズ（IEEE Transactions on Electro
n Devices）誌28巻５号494頁〜500頁に述べられている
ようにベース層でキャリア凍結を起こすためにベース抵
抗が増大し、高速動作に障害を生じる、あるいは不純物
補償されたベース層でエミッタ層より注入されたキャリ
アが不純物によりトラップされ、電流利得が低下する、
あるいは高濃度にドープされたエミッタ層でバンド・ギ
ャップナローイングが起き、このため低温での動作に伴
い、電流利得が著しく低下する等の問題点がある。また
低温動作に伴い、集積回路の発熱量を抑えるため、トラ
ンジスタの消費電力を下げる必要があるが、バイポーラ
・トランジスタの電源電圧は用いている半導体材料のバ
ンド・ギャップによって決まってしまうため、シリコン
を使う限り、電源電圧を室温動作に比べ下げることは不
可能であり、また動作電流を下げることはトランジスタ
の動作速度が遅くなるため、高速性を維持したまま消費
電力を下げることは不可能である。
クトロンデバイスィズ（IEEE Transaction on Electron
Devices）誌34巻１号１頁〜３頁に述べられる如く、微
細化したトランジスタを高度に集積化したディジタル回
路では、配線の微細化に伴い、配線抵抗が増大し、集積
回路を高速化する上で障害となる問題点が、また配線に
流す電流密度の増大に伴い、エレクトロマイグレーショ
ン等の問題が生じ、信頼性の問題点が、各々顕在化して
くる。これを解決する方法として半導体素子を液体窒素
温度で動作させることが考えられる。ところが室温で高
速動作素子として、広く使用されているシリコンバイポ
ーラ・トランジスタは、液体窒素温度で動作させた場
合、文献アイイーイーイートランザクションズオンエレ
クトロンデバイスィズ（IEEE Transactions on Electro
n Devices）誌28巻５号494頁〜500頁に述べられている
ようにベース層でキャリア凍結を起こすためにベース抵
抗が増大し、高速動作に障害を生じる、あるいは不純物
補償されたベース層でエミッタ層より注入されたキャリ
アが不純物によりトラップされ、電流利得が低下する、
あるいは高濃度にドープされたエミッタ層でバンド・ギ
ャップナローイングが起き、このため低温での動作に伴
い、電流利得が著しく低下する等の問題点がある。また
低温動作に伴い、集積回路の発熱量を抑えるため、トラ
ンジスタの消費電力を下げる必要があるが、バイポーラ
・トランジスタの電源電圧は用いている半導体材料のバ
ンド・ギャップによって決まってしまうため、シリコン
を使う限り、電源電圧を室温動作に比べ下げることは不
可能であり、また動作電流を下げることはトランジスタ
の動作速度が遅くなるため、高速性を維持したまま消費
電力を下げることは不可能である。
一方、文献プロスィーディング・オブ・ジ・アイイー
イーイー（Proceeding of the IEEE）誌70巻13頁〜25頁
に述べられる如く、砒化ガリウムをベース層とコレクタ
層、砒化アルミニウムガリウムをエミッタ層とするヘテ
ロ構造バイポーラ・トランジスタ（HBT）は第９図のト
ランジスタ断面模式図に示される如く、広いバンド・ギ
ャップを持つエミッタ層を有するため、前述したエミッ
タ層のバンド・ギャップ・ナローイングによる電流利得
の低下という問題点は避けられるが、砒化ガリウムのバ
ンド・ギャップがシリコンのバンド・ギャップに比べ大
きいのでトランジスタの消費電力はより大きく、液体窒
素温度での動作には適していない。
イーイー（Proceeding of the IEEE）誌70巻13頁〜25頁
に述べられる如く、砒化ガリウムをベース層とコレクタ
層、砒化アルミニウムガリウムをエミッタ層とするヘテ
ロ構造バイポーラ・トランジスタ（HBT）は第９図のト
ランジスタ断面模式図に示される如く、広いバンド・ギ
ャップを持つエミッタ層を有するため、前述したエミッ
タ層のバンド・ギャップ・ナローイングによる電流利得
の低下という問題点は避けられるが、砒化ガリウムのバ
ンド・ギャップがシリコンのバンド・ギャップに比べ大
きいのでトランジスタの消費電力はより大きく、液体窒
素温度での動作には適していない。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように、シリコンを用いたバイポーラ・トラン
ジスタは液体窒素温度等の低温で使用した場合、エミッ
タ層でのバンド・ギャップ・ナローイングおよび不純物
補償されたベース層での不純物による、少数キャリアの
トラップにより著しく電流利得が下がる、またベース層
でキャリア凍結を起こし、ベース抵抗の増大を招き、高
速動作特性を劣化させる等の問題点がある。また砒化ア
ルミニウムガリウムと砒化ガリウムのヘテロ接合よりな
るHBTは消費電力が大きいため、集積回路チップからの
発熱量を小さく抑える必要のある液体窒素温度等の低温
動作には適さないという欠点がある。
ジスタは液体窒素温度等の低温で使用した場合、エミッ
タ層でのバンド・ギャップ・ナローイングおよび不純物
補償されたベース層での不純物による、少数キャリアの
トラップにより著しく電流利得が下がる、またベース層
でキャリア凍結を起こし、ベース抵抗の増大を招き、高
速動作特性を劣化させる等の問題点がある。また砒化ア
ルミニウムガリウムと砒化ガリウムのヘテロ接合よりな
るHBTは消費電力が大きいため、集積回路チップからの
発熱量を小さく抑える必要のある液体窒素温度等の低温
動作には適さないという欠点がある。
本発明の目的はこれら従来のバイポーラ・トランジス
タの持つ欠点を除去し、新規なヘテロ構造バイポーラ・
トランジスタを提供することにある。
タの持つ欠点を除去し、新規なヘテロ構造バイポーラ・
トランジスタを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明はゲルマニウム基板上にゲルマニウムからなる
コレクタ層、ベース層、ゲルマニウムとシリコンの混晶
からなるエミッタ層を設けたヘテロ構造バイポーラ・ト
ランジスタにおいて、前記エミッタ層を構成するシリコ
ンとゲルマニウムの混晶の混晶比をベース側からエミッ
タ層の内部に向かって零から有限の値まで空間的に変化
させたことを特徴とする。またゲルマニウム基板上にゲ
ルマニウムからなるコレクタ層、ゲルマニウムとシリコ
ンの混晶からなるベース層、エミッタ層を設け、ベース
層を構成するシリコンとゲルマニウムの混晶の混晶比を
コレクタ側からエミッタ側に向かって零から有限の値ま
で空間的に連続的に変化させたことを特徴とする。
コレクタ層、ベース層、ゲルマニウムとシリコンの混晶
からなるエミッタ層を設けたヘテロ構造バイポーラ・ト
ランジスタにおいて、前記エミッタ層を構成するシリコ
ンとゲルマニウムの混晶の混晶比をベース側からエミッ
タ層の内部に向かって零から有限の値まで空間的に変化
させたことを特徴とする。またゲルマニウム基板上にゲ
ルマニウムからなるコレクタ層、ゲルマニウムとシリコ
ンの混晶からなるベース層、エミッタ層を設け、ベース
層を構成するシリコンとゲルマニウムの混晶の混晶比を
コレクタ側からエミッタ側に向かって零から有限の値ま
で空間的に連続的に変化させたことを特徴とする。
（作用） ゲルマニウムのバンド・ギャップは0.66eVとシリコン
のバンド・ギャップ1.12eVに比べ小さいうえ、アンチモ
ン（Sb）、砒素（As）、リン（Ｐ）のＮ型ドーパントお
よびガリウム（Ga）、ボロン（Ｂ）等のＰ型ドーパント
の不純物結合エネルギーが10meVと小さく、液体窒素温
度等の低温でもキャリアの凍結は起きない。さらにシリ
コンに比べ、ゲルマニウム中では電子移動度、正孔移動
度が大きく高速動作をする上で有利な材料である。
のバンド・ギャップ1.12eVに比べ小さいうえ、アンチモ
ン（Sb）、砒素（As）、リン（Ｐ）のＮ型ドーパントお
よびガリウム（Ga）、ボロン（Ｂ）等のＰ型ドーパント
の不純物結合エネルギーが10meVと小さく、液体窒素温
度等の低温でもキャリアの凍結は起きない。さらにシリ
コンに比べ、ゲルマニウム中では電子移動度、正孔移動
度が大きく高速動作をする上で有利な材料である。
シリコンとゲルマニウムは格子間隔のずれが４％あ
り、そのままでは界面欠陥のないエピタキシャル成長は
困難であるが、文献「モデュレティド・セミコンダクタ
・ストラクチャ」（Modulated Semiconductor Structur
e）1985年第２回国際会議のコレクティド・ペーパーズ
（Collected Papers）717頁〜723頁に記述される如くゲ
ルマニウムとシリコンの薄膜混晶が分子線エピタキシャ
ル法により、シリコン基板上、あるいはゲルマニウム基
板上にエピタキシャル成長できることが報告されてい
る。
り、そのままでは界面欠陥のないエピタキシャル成長は
困難であるが、文献「モデュレティド・セミコンダクタ
・ストラクチャ」（Modulated Semiconductor Structur
e）1985年第２回国際会議のコレクティド・ペーパーズ
（Collected Papers）717頁〜723頁に記述される如くゲ
ルマニウムとシリコンの薄膜混晶が分子線エピタキシャ
ル法により、シリコン基板上、あるいはゲルマニウム基
板上にエピタキシャル成長できることが報告されてい
る。
以上により、ゲルマニウム基板上に、ゲルマニウムお
よびゲルマニウム・シリコン混晶を組み合せることによ
り、液体窒素温度等の低温で動作可能なゲルマニウムHB
Tを構成することができる。
よびゲルマニウム・シリコン混晶を組み合せることによ
り、液体窒素温度等の低温で動作可能なゲルマニウムHB
Tを構成することができる。
（実施例） 第１図は請求項１に記載の発明のゲルマニウムHBTの
一実施例を示した断面模式図である。Ｐ型ゲルマニウム
基板１の上に高濃度Ｎ型ゲルマニウム２、コレクタ層を
形成するＮ型ゲルマニウム３、ベース層を形成する高濃
度Ｐ型ゲルマニウム４、エミッタ層を形成するシリコン
の混晶比20％のＮ型ゲルマニウムとシリコンの混晶５、
高濃度Ｎ型ゲルマニウム６を連続してエピタキシャル成
長させる。エピタキシャル成長の方法として分子線エピ
タキシャル成長法が採用できる。図中７はコレクタ電
極、図中８はベース電極、図中９はエミッタ電極であ
る。Ｎ型ドーパントとしては砒素、Ｐ型ドーパントとし
てはガリウムを使う。電極用材料としてはアルミニウム
を使う。
一実施例を示した断面模式図である。Ｐ型ゲルマニウム
基板１の上に高濃度Ｎ型ゲルマニウム２、コレクタ層を
形成するＮ型ゲルマニウム３、ベース層を形成する高濃
度Ｐ型ゲルマニウム４、エミッタ層を形成するシリコン
の混晶比20％のＮ型ゲルマニウムとシリコンの混晶５、
高濃度Ｎ型ゲルマニウム６を連続してエピタキシャル成
長させる。エピタキシャル成長の方法として分子線エピ
タキシャル成長法が採用できる。図中７はコレクタ電
極、図中８はベース電極、図中９はエミッタ電極であ
る。Ｎ型ドーパントとしては砒素、Ｐ型ドーパントとし
てはガリウムを使う。電極用材料としてはアルミニウム
を使う。
第２図はこのトランジスタの動作時のエネルギーダイ
アグラムを示す。図中10は伝導帯エッヂ部、11は充満帯
エッヂ部、12,13はそれぞれヘテロ接合部に生ずる伝導
帯エッヂ部の不連続ΔＥＣと充満帯エッヂ部に生ずる不
連続ΔＥＶを各々示す。エミッタ層を構成するシリコン
・ゲルマニウム混晶Si0.2Ge0.8のバンド・ギャップは0.
86eVとなり、ベース層を構成するゲルマニウムのバンド
ギャップ0.66eVに比べ、大きくなり、注入効率が改善さ
れる。このためエミッタ層の不純物濃度を下げても大き
な電流利得が得られ、低温下でも高電流利得特性が期待
できる。またベース中にドナー型の不純物14例えば砒素
等が存在しても、不純物結合エネルギーが小さく、エミ
ッタ層より注入された電子をトラップすることはない。
またベース層の主要な不純物であるガリウムの不純物結
合エネルギーは小さく、液体窒素温度でもキャリアが凍
結することがなく、従ってベース抵抗も低く保てる。
アグラムを示す。図中10は伝導帯エッヂ部、11は充満帯
エッヂ部、12,13はそれぞれヘテロ接合部に生ずる伝導
帯エッヂ部の不連続ΔＥＣと充満帯エッヂ部に生ずる不
連続ΔＥＶを各々示す。エミッタ層を構成するシリコン
・ゲルマニウム混晶Si0.2Ge0.8のバンド・ギャップは0.
86eVとなり、ベース層を構成するゲルマニウムのバンド
ギャップ0.66eVに比べ、大きくなり、注入効率が改善さ
れる。このためエミッタ層の不純物濃度を下げても大き
な電流利得が得られ、低温下でも高電流利得特性が期待
できる。またベース中にドナー型の不純物14例えば砒素
等が存在しても、不純物結合エネルギーが小さく、エミ
ッタ層より注入された電子をトラップすることはない。
またベース層の主要な不純物であるガリウムの不純物結
合エネルギーは小さく、液体窒素温度でもキャリアが凍
結することがなく、従ってベース抵抗も低く保てる。
第３図は請求項２に記載の発明のゲルマニウムHBTの
一実施例を示した断面模式図である。エミッタ層を構成
するシリコンゲルマニウムの混晶15の混晶比がベース層
４側からＮ型高濃度層６に向かい、零から20％まで連続
的に増加し、その後、20％から零まで単調に減少する構
造を持つ。他は第１図の実施例と同様である。第４図は
このトランジスタの動作時のエネルギーダイアグラムで
ある。エミッタ層の混晶比が空間的に連続的に変化して
いることに対応して、伝導帯エッヂ10、充満帯エッヂ11
が連続的にエミッタ層からベース層にかけつながってい
る。このため、このトランジスタをオンさせるに必要な
しきい値電圧が第１図実施例に比べ、伝導帯エッヂ部不
連続のエネルギー差ΔＥＣだけ小さくなり、より低電圧
での動作、従ってより低消費電力特性が期待できる。こ
の例ではしきい値は0.1V程度低下する。
一実施例を示した断面模式図である。エミッタ層を構成
するシリコンゲルマニウムの混晶15の混晶比がベース層
４側からＮ型高濃度層６に向かい、零から20％まで連続
的に増加し、その後、20％から零まで単調に減少する構
造を持つ。他は第１図の実施例と同様である。第４図は
このトランジスタの動作時のエネルギーダイアグラムで
ある。エミッタ層の混晶比が空間的に連続的に変化して
いることに対応して、伝導帯エッヂ10、充満帯エッヂ11
が連続的にエミッタ層からベース層にかけつながってい
る。このため、このトランジスタをオンさせるに必要な
しきい値電圧が第１図実施例に比べ、伝導帯エッヂ部不
連続のエネルギー差ΔＥＣだけ小さくなり、より低電圧
での動作、従ってより低消費電力特性が期待できる。こ
の例ではしきい値は0.1V程度低下する。
第５図は請求項３に記載の発明のゲルマニウムHBTの
一実施例を示した断面模式図である。Ｐ型ゲルマニウム
基板20の上に高濃度Ｎ型ゲルマニウム21、コレクタ層を
形成するＮ型ゲルマニウム22、ベース層を構成するＰ型
ゲルマニウムとシリコンの混晶24、高濃度Ｎ型ゲルマニ
ウム25を連続してエピタキシャル成長させる。エピタキ
シャル成長の方法としては分子線エピタキシャル成長法
が採用できる。図中26,27,28はそれぞれアルミニウムよ
りなるコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極であ
る。Ｎ型ドーパントには砒素を、Ｐ型ドーパントにはガ
リウムを使用する。ベース層を構成するシリコンとゲル
マニウムの混晶23の混晶比はコレクタ22側からエミッタ
24側に向かい零から10％まで空間的に連続的に変化す
る。エミッタ層を構成するシリコンとゲルマニウムの混
晶24の混晶比はベース23側から高濃度Ｎ型ゲルマニウム
層25に向かって10％から一度20％まで連続的に増加し、
その後20％から零まで単調に減少する。
一実施例を示した断面模式図である。Ｐ型ゲルマニウム
基板20の上に高濃度Ｎ型ゲルマニウム21、コレクタ層を
形成するＮ型ゲルマニウム22、ベース層を構成するＰ型
ゲルマニウムとシリコンの混晶24、高濃度Ｎ型ゲルマニ
ウム25を連続してエピタキシャル成長させる。エピタキ
シャル成長の方法としては分子線エピタキシャル成長法
が採用できる。図中26,27,28はそれぞれアルミニウムよ
りなるコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極であ
る。Ｎ型ドーパントには砒素を、Ｐ型ドーパントにはガ
リウムを使用する。ベース層を構成するシリコンとゲル
マニウムの混晶23の混晶比はコレクタ22側からエミッタ
24側に向かい零から10％まで空間的に連続的に変化す
る。エミッタ層を構成するシリコンとゲルマニウムの混
晶24の混晶比はベース23側から高濃度Ｎ型ゲルマニウム
層25に向かって10％から一度20％まで連続的に増加し、
その後20％から零まで単調に減少する。
第６図はこのトランジスタの動作時のエネルギー・ダ
イグラムを示す。図中29,30は伝導帯エッヂ部、充満帯
エッヂ部を各々示す。エミッタ層を構成するシリコン・
ゲルマニウム混晶24の混晶比は最大20％となり、ベース
側のシリコン・ゲルマニウム混晶23の混晶比の最大値10
％に比べ大きく、注入効率が改善される。このためエミ
ッタ層の不純物濃度を下げても大きな電流利得が得ら
れ、低温下でも高電流利得特性が期待できる。またベー
ス中にドナー型の不純物31、例えば砒素等が存在しても
不純物結合エネルギーが小さく、エミッタ層より注入さ
れた電子をトラップすることはない。またベース層の主
要な不純物であるガリウムの不純物結合エネルギーは小
さく、液体窒素温度でもキャリアが凍結することがな
く、従ってベース抵抗も低く保てる。
イグラムを示す。図中29,30は伝導帯エッヂ部、充満帯
エッヂ部を各々示す。エミッタ層を構成するシリコン・
ゲルマニウム混晶24の混晶比は最大20％となり、ベース
側のシリコン・ゲルマニウム混晶23の混晶比の最大値10
％に比べ大きく、注入効率が改善される。このためエミ
ッタ層の不純物濃度を下げても大きな電流利得が得ら
れ、低温下でも高電流利得特性が期待できる。またベー
ス中にドナー型の不純物31、例えば砒素等が存在しても
不純物結合エネルギーが小さく、エミッタ層より注入さ
れた電子をトラップすることはない。またベース層の主
要な不純物であるガリウムの不純物結合エネルギーは小
さく、液体窒素温度でもキャリアが凍結することがな
く、従ってベース抵抗も低く保てる。
さらに本実施例においては、ベース中で混晶比が連続
的に変化しているため、内部電界が生じる。ベース層の
エミッタ端とコレクタ端のバンド・ギャップ差は0.1eV
存在するため、ベース層の厚さとして100nmを想定する
と内部電界は104V/cmにも達する。このためベース中に
注入された電子は上記内部電界で加速され、ベース中を
高速で走行する。このためベース走行時間が短くなり、
高速動作が期待される。
的に変化しているため、内部電界が生じる。ベース層の
エミッタ端とコレクタ端のバンド・ギャップ差は0.1eV
存在するため、ベース層の厚さとして100nmを想定する
と内部電界は104V/cmにも達する。このためベース中に
注入された電子は上記内部電界で加速され、ベース中を
高速で走行する。このためベース走行時間が短くなり、
高速動作が期待される。
第７図は請求項３に記載の発明のゲルマニウムHBTの
他の実施例を示した断面模式図である。エミッタ層を構
成するシリコンとゲルマニウムの混晶24の混晶比はシリ
コン20％で、空間的に一様となっている。他は第５図の
実施例と同様である。
他の実施例を示した断面模式図である。エミッタ層を構
成するシリコンとゲルマニウムの混晶24の混晶比はシリ
コン20％で、空間的に一様となっている。他は第５図の
実施例と同様である。
第８図はこのトランジスタの動作時のエネルギーダイ
アグラムを示す。図中29,30は伝導帯エッヂ部、充満帯
エッヂ部を各々示す。エミッタ層を構成するシリコン・
ゲルマニウム混晶32のシリコン混晶比は20％であり、ベ
ース側のシリコン・ゲルマニウム混晶23のシリコン混晶
比の最大値10％に比べ、大きく、注入効率が改善され
る。このためエミッタ層の不純物濃度を下げても大きな
電流利得が得られ、低温下でも高電流利得特性が期待で
きる。また第５図の実施例と同様、ベース中の不純物補
償されるドナー型の不純物31による注入電子のトラップ
は起きず、またベース中での多数キャリアであるホール
の凍結も起きない。さらに第５図の実施例と同様、ベー
ス中に104V/cm程度の内部電界が生じており、ベース中
に注入された電子が電界で加速され、短いベース走行時
間、従って高速動作等が実現できる。
アグラムを示す。図中29,30は伝導帯エッヂ部、充満帯
エッヂ部を各々示す。エミッタ層を構成するシリコン・
ゲルマニウム混晶32のシリコン混晶比は20％であり、ベ
ース側のシリコン・ゲルマニウム混晶23のシリコン混晶
比の最大値10％に比べ、大きく、注入効率が改善され
る。このためエミッタ層の不純物濃度を下げても大きな
電流利得が得られ、低温下でも高電流利得特性が期待で
きる。また第５図の実施例と同様、ベース中の不純物補
償されるドナー型の不純物31による注入電子のトラップ
は起きず、またベース中での多数キャリアであるホール
の凍結も起きない。さらに第５図の実施例と同様、ベー
ス中に104V/cm程度の内部電界が生じており、ベース中
に注入された電子が電界で加速され、短いベース走行時
間、従って高速動作等が実現できる。
以上述べた実施例ではすべてnpn型トランジスタにつ
いて述べたがpnp型でもよいことは明らかである。また
動作温度も液体窒素温度（77k）に限らず他の温度（例
えば100k）でもよい。また実施例ではｎ型不純物として
砒素、Ｐ型不純物としてガリウムを使ったがアンチモ
ン、リン、ボロン等も使うことができる。さらに実施例
ではすべてエミッタトップ型であるがコレクタトップ型
でもよい。
いて述べたがpnp型でもよいことは明らかである。また
動作温度も液体窒素温度（77k）に限らず他の温度（例
えば100k）でもよい。また実施例ではｎ型不純物として
砒素、Ｐ型不純物としてガリウムを使ったがアンチモ
ン、リン、ボロン等も使うことができる。さらに実施例
ではすべてエミッタトップ型であるがコレクタトップ型
でもよい。
（発明の効果） 以上、本発明によれば、半導体材料にゲルマニウムを
使用するため、不純物結合エネルギーが小さく、液体窒
素温度等の低温下でもキャリアの凍結が起きず、ベース
抵抗の増大を招かない。また液体窒素温度でもベース中
の不純物が注入されたキャリアのトラップとして働かな
いため、利得の低下を招かない。またバンド・ギャップ
・エネルギーもシリコンに比べ小さく、低電圧動作が可
能で、低消費電力特性が期待できる。
使用するため、不純物結合エネルギーが小さく、液体窒
素温度等の低温下でもキャリアの凍結が起きず、ベース
抵抗の増大を招かない。また液体窒素温度でもベース中
の不純物が注入されたキャリアのトラップとして働かな
いため、利得の低下を招かない。またバンド・ギャップ
・エネルギーもシリコンに比べ小さく、低電圧動作が可
能で、低消費電力特性が期待できる。
またバンド・ギャップ・エネルギーの大きなシリコン
とゲルマニウムの混晶をエミッタ層として使用している
ため、注入効率が大きく、エミッタ層の不純物密度を下
げても高電流利得特性が実現できる。
とゲルマニウムの混晶をエミッタ層として使用している
ため、注入効率が大きく、エミッタ層の不純物密度を下
げても高電流利得特性が実現できる。
さらに第５図および第７図の実施例に示される如く、
ベース層にもシリコンとゲルマニウムの混晶を使用する
ことによりベース層内部に電界を生じさせ、エミッタ層
よりベース層に注入された電子を加速し、ベース走行時
間を短縮させ、高速動作を実現できる。特に、低温下で
はキャリアの拡散定数が小さくなるため、ベース層の走
行を拡散だけで行なうと、ベース走行時間が長くなるた
め、上記効果は低温下で高速動作を保つうえで重要であ
る。
ベース層にもシリコンとゲルマニウムの混晶を使用する
ことによりベース層内部に電界を生じさせ、エミッタ層
よりベース層に注入された電子を加速し、ベース走行時
間を短縮させ、高速動作を実現できる。特に、低温下で
はキャリアの拡散定数が小さくなるため、ベース層の走
行を拡散だけで行なうと、ベース走行時間が長くなるた
め、上記効果は低温下で高速動作を保つうえで重要であ
る。
【図面の簡単な説明】 第１図は請求項１に記載のゲルマニウムHBTの一実施例
を示した断面模式図、第２図はそのトランジスタの動作
時のエネルギー・ダイアグラム、第３図は請求項２に記
載のゲルマニウムHBTの一実施例を示した断面模式図、
第４図は該トランジスタの動作時のエネルギーダイアグ
ラム、第５図は請求項３に記載のゲルマニウムHBTの一
実施例を示した断面模式図、第６図は該トランジスタの
動作時のエネルギーダイアグラム、第７図は請求の項３
に記載のゲルマニウムHBTの他の実施例を示した断面模
式図、第８図は該トランジスタの動作時のエネルギーダ
イアグラム、第９図は砒化ガリウムと砒化アルミニウム
ガリウムのヘテロ接合により構成されるヘテロ・バイポ
ーラ・トランジスタの断面模式図。 1,20…Ｐ型ゲルマニウム基板、2,21…高濃度Ｎ型ゲルマ
ニウム、3,22…Ｎ型ゲルマニウム、４…高濃度Ｐ型ゲル
マニウム、5,15,24…Ｎ型ゲルマニウムとシリコンの混
晶、6,25…高濃度Ｎ型ゲルマニウム、7,26…コレクタ電
極、8,27…ベース電極、9,28…エミッタ電極、10,29…
伝導帯エッヂ部、11,30…充満帯エッヂ部、12…伝導帯
エッヂ部の不連続、13…充満帯エッヂ部の不連続、14,3
1…ドナー型不純物、23…高濃度Ｐ型シリコンとゲルマ
ニウムの混晶
を示した断面模式図、第２図はそのトランジスタの動作
時のエネルギー・ダイアグラム、第３図は請求項２に記
載のゲルマニウムHBTの一実施例を示した断面模式図、
第４図は該トランジスタの動作時のエネルギーダイアグ
ラム、第５図は請求項３に記載のゲルマニウムHBTの一
実施例を示した断面模式図、第６図は該トランジスタの
動作時のエネルギーダイアグラム、第７図は請求の項３
に記載のゲルマニウムHBTの他の実施例を示した断面模
式図、第８図は該トランジスタの動作時のエネルギーダ
イアグラム、第９図は砒化ガリウムと砒化アルミニウム
ガリウムのヘテロ接合により構成されるヘテロ・バイポ
ーラ・トランジスタの断面模式図。 1,20…Ｐ型ゲルマニウム基板、2,21…高濃度Ｎ型ゲルマ
ニウム、3,22…Ｎ型ゲルマニウム、４…高濃度Ｐ型ゲル
マニウム、5,15,24…Ｎ型ゲルマニウムとシリコンの混
晶、6,25…高濃度Ｎ型ゲルマニウム、7,26…コレクタ電
極、8,27…ベース電極、9,28…エミッタ電極、10,29…
伝導帯エッヂ部、11,30…充満帯エッヂ部、12…伝導帯
エッヂ部の不連続、13…充満帯エッヂ部の不連続、14,3
1…ドナー型不純物、23…高濃度Ｐ型シリコンとゲルマ
ニウムの混晶
Claims (2)
- 【請求項１】ゲルマニウム基板上にゲルマニウムからな
るコレクタ層、ベース層、ゲルマニウムとシリコンの混
晶からなるエミッタ層を設けたヘテロ構造バイポーラ・
トランジスタにおいて、前記エミッタ層を構成するシリ
コンとゲルマニウムの混晶の混晶比をベース側からエミ
ッタ層の内部に向かって零から有限の値まで空間的に変
化させたことを特徴とするヘテロ構造バイポーラ・トラ
ンジスタ。 - 【請求項２】ゲルマニウム基板上にゲルマニウムからな
るコレクタ層、ゲルマニウムとシリコンの混晶からなる
ベース層、エミッタ層を設け、ベース層を構成するシリ
コンとゲルマニウムの混晶の混晶比をコレクタ側からエ
ミッタ側に向かって零から有限の値まで空間的に連続的
に変化させたことを特徴とするヘテロ構造バイポーラ・
トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63237058A JP2522358B2 (ja) | 1988-09-20 | 1988-09-20 | ゲルマニウムを用いたヘテロ構造バイポ―ラ・トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63237058A JP2522358B2 (ja) | 1988-09-20 | 1988-09-20 | ゲルマニウムを用いたヘテロ構造バイポ―ラ・トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0283932A JPH0283932A (ja) | 1990-03-26 |
| JP2522358B2 true JP2522358B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=17009795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63237058A Expired - Lifetime JP2522358B2 (ja) | 1988-09-20 | 1988-09-20 | ゲルマニウムを用いたヘテロ構造バイポ―ラ・トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2522358B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5177025A (en) * | 1992-01-24 | 1993-01-05 | Hewlett-Packard Company | Method of fabricating an ultra-thin active region for high speed semiconductor devices |
-
1988
- 1988-09-20 JP JP63237058A patent/JP2522358B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0283932A (ja) | 1990-03-26 |
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