JP3515944B2 - ヘテロバイポーラトランジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、格子歪みが小さい
範囲内でＳｉＧｅＣ層を含むベース層を備えたヘテロバ
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】従来より、エミッタ−ベース−コレクタ
間のいずれかの接合部において、バンドギャップが互い
に異なる２つの半導体材料のエネルギーバンドの境界に
形成されるヘテロ障壁を設け、このヘテロ障壁を利用し
てキャリアの蓄積や電流増幅率の改良などを図ろうとす
るヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は、優れた
高周波特性を生かして、マイクロ波・ミリ波帯域での能
動デバイスとして用いられつつある。例えばＧａＡｓな
どのIII-V 族化合物半導体を用いたＨＢＴが最も精力的
に研究開発がなされているが、近年、シリコン基板上に
作製可能なIV−IV族化合物であるＳｉＧｅ系の材料を用
いたＨＢＴ（ＳｉＧｅ−ＨＢＴ）が注目を集めている。
また、ＳｉＧｅ−ＨＢＴは、Ｓｉ−ＢＪＴに比べて、Ｓ
ｉＧｅ層からなるベース層のバンドギャップが小さいこ
とにより、低電圧で動作可能となることについても注目
を集めている。

【０００３】従来、提案されている高速化を図るための
ＳｉＧｅ−ＨＢＴとしては、ＳｉＧｅベース層における
Ｇｅ含有率をエミッタ層側からコレクタ層側に向かう方
向に徐々に増加させた傾斜組成ベース層を備えたものと
（参考文献１）（L. Harameet al., "Optimiｚation of
SiGe HBT Technology for High Speed Analog andMixe
d-Signal Applications," IEDM Tech. Dig. 1993, p.7
1.)、ベース層のＧｅ含有率及びベース層の不純物のド
ーピング濃度を高くし、ベース層の厚みを非常に薄くし
た構造のもの（参考文献２）（A. Schuppen et al.,"En
hanced SiGe Heterojunction Bipolar Transistors wit
h 160 GHz-fmax," IEDM Tech. Dig. 1995, p.743. ）の
２つのタイプが代表的である。

【０００４】前者の傾斜組成ベース層を備えたトランジ
スタにおいては、ベース層に注入されたキャリアが、傾
斜組成によって生じる電界によって加速されてベース層
をドリフト走行する。ドリフト電界によるキャリアの走
行は、キャリアの拡散による走行に比べて高速であるた
め、傾斜組成ベース構造を有するトランジスタにより、
ベース層を走行するのに要する時間（ベース走行時間）
の短縮が図られ、良好な高周波特性が得られている。

【０００５】一方、後者のヘテロバイポーラトランジス
タは、Ｇｅ含有率が高い均一組成のＳｉＧｅによって構
成されたナローバンドギャップを有するベース層を備え
ている。そして、ベース層に高濃度のキャリア用不純物
をドーピングすることにより、エミッタ・コレクタ間の
パンチスルーを抑制しつつベース層の薄層化を図り、ベ
ース走行時間の短縮を図っている。この場合は、ベース
層のバンドギャップがエミッタ層のバンドギャップより
も小さいことから、エミッタ・ベース間のＰＮ接合のビ
ルトインポテンシャルが小さくなるため、低電圧で大き
なコレクタ電流や十分な高周波特性を得ることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の各ヘテロバイポーラトランジスタにおいては、それ
ぞれ以下のような不具合があった。

【０００７】まず、上記傾斜組成ベース構造を有するヘ
テロバイポーラトランジスタにおいては、傾斜組成によ
るドリフト電界を大きくするために、組成の傾斜を大き
くする必要がある。すなわち、ベース層内のエミッタ層
に接する領域におけるＧｅ含有率を小さく、コレクタ層
に接する領域におけるＧｅ含有率を大きくする必要があ
る。このため、通常、ベース層内のエミッタ層に接する
領域においてはＧｅを含まずＳｉのみの組成としている
ことが多い。この時、ベース・エミッタ間のＰＮ接合は
シリコンとシリコンのホモ接合となっているので、低電
圧動作は期待できない。また、ベース走行時間をさらに
短縮し、高周波特性を改善するためには、ベース層内の
コレクタ層に接する領域におけるＧｅ含有率をさらに高
くする必要がある。しかしながら、Ｓｉ基板上に形成さ
れたＳｉＧｅ層においては、ＳｉとＧｅの格子定数の相
違（格子不整合）により、Ｇｅ含有率を大きくしすぎる
とベース層内に転位が発生して信頼性の悪化等を招くた
め、Ｇｅ含有率の増大には限界がある。参考文献３
（S．R．Stiffler et.al.,"The thermal stability ofS
iGe films deposited by ultrahigh-vacuum chemical v
apor deposition," J.Appl.Phys.,70(3), pp.1416-142
0,1991. ）によると、ヘテロバイポーラトランジスタの
ベース層に用いられる実用的なＧｅ含有率の上限は１０
％程度である。したがって、ベース層における組成の傾
斜を強めてさらなる高周波化や低電圧化は現状では困難
である。

【０００８】一方、上記従来のヘテロバイポーラのうち
後者の均一組成ベースを用いた構造においても、上述の
ように、格子定数差による転位が発生する臨界膜厚が問
題となる。実際、参考文献２に記載されているＳｉＧｅ
ＨＢＴでは、高いＧｅ含有率を用いているため、高温で
の処理を必要とするプロセスを用いずに作製し、転位の
発生を抑制している。したがって、高温のプロセスを必
要とするシリコンプロセスには適用できず、ＢｉＣＭＯ
Ｓデバイスなどの混載デバイスや集積回路を実現するこ
とは不可能である。したがって、ビルトインポテンシャ
ルのさらなる低減によるさらなる低電圧動作化には限界
がある。

【０００９】本発明の目的は、コレクタ層のバンドギャ
ップやエミッタ層の平均的なバンドギャップと、ベース
層のバンドギャップとの差を大きくしてもベース層にお
ける格子歪み量を小さくしうる手段を講ずることによ
り、信頼性を高く維持しつつ、より低電圧動作、高速動
作が可能なヘテロバイポーラトランジスタを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のヘテロバイポー
ラトランジスタは、基板上に、Ｓｉを成分として有する
半導体材料により構成される第１の半導体層と、Ｓｉ，
Ｇｅ及びＣを成分として有し上記第１の半導体層よりも
バンドギャップの小さい半導体材料により構成される上
層，中央層及び下層からなる第２の半導体層と、Ｓｉを
成分として有し上記第２の半導体層よりもバンドギャッ
プが大きい半導体材料により構成される第３の半導体層
とを順次積層して構成され、上記第１の半導体層と上記
第２の半導体層との間にヘテロ障壁が形成されていると
ともに、上記第１の半導体層に形成され、第１導電型不
純物を含むコレクタ層と、上記第２の半導体層に形成さ
れ、第２導電型不純物を含むベース層と、上記第３の半
導体層に形成され、第１導電型不純物を含むエミッタ層
とを備え、上記第２の半導体層の平均格子歪みが１．０
％以下であって、上記ヘテロバイポーラトランジスタの
基本構造において、上記第２の半導体層の中央層におい
て、第３の半導体層から第１の半導体層に向かう方向に
バンドギャップが減小している場合には、ベース層にお
いてキャリアを電界によって加速する機能が得られるの
で、ベース走行時間が短縮され、高速動作するヘテロバ
イポーラトランジスタを得ることができる。

【００１１】これにより、例えばＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y
（Ｇｅの含有率をｘ、Ｃの含有率をｙ）として表される
第２の半導体層のＧｅ及びＣの含有率の調整によって、
エミッタ・ベース間のＰＮ接合のビルトインポテンシャ
ルの低減による低電圧動作化や、傾斜組成ベース構造に
よる動作速度の向上などを実現できる。その際、Ｓｉ層
上にエピタキシャル成長されたＳｉＧｅ層のように、格
子不整合による格子欠陥の発生防止のためにＧｅ含有率
の厳しい上限を招くことがない。すなわち、Ｓｉ，Ｇｅ
及びＣを成分として有する第２の半導体層の場合には、
Ｓｉなどからなる第１，第３の半導体層との格子不整合
に起因する平均格子歪みを１．０％以下に抑制しつつ、
第１，第３の半導体層とのバンドギャップ差を拡大する
ことが可能である。したがって、信頼性の高いかつ機能
の優れたヘテロバイポーラトランジスタを得ることがで
きる。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】この第２の半導体層において第３の半導体
層から第１の半導体層に向かう方向にバンドギャップを
減小させるための構造としては、以下の構造がある。

【００２２】上記第３の半導体層は、Ｓｉのみによって
構成され、上記第２の半導体層の上層の組成は上記中央
層と連続的に変化して、その第３の半導体層に接する部
分はＳｉのみによって構成され、上記第２の半導体層の
上記中央層及び上層が、Ｇｅ及びＣのうち少なくとも一
方の含有率が上記第３の半導体層から上記第１の半導体
層に向かう方向に増大するように傾斜する組成を有する
ようにすればよい。

【００２３】その場合、上記第２の半導体層の上記中央
層及び上層において、ＧｅとＣとの含有率比を一定に保
ちながら両者の含有率を増大させることにより、電界に
よるキャリアの加速機能をより強化することができる。

【００２４】また、第２の半導体層が傾斜組成を有する
ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、上記第２の半
導体層の下層において、Ｃの含有率，あるいはＣ及びＧ
ｅの含有率が上記中央層から上記第１の半導体層に向か
う方向に減小している場合には、上述のように、ベース
・コレクタ接合部においてノッチなどのバンドオフセッ
トのないなめらかに変化するバンド構造を得ることがで
きる。

【００２５】上記第２の半導体層が傾斜組成を有するヘ
テロバイポーラトランジスタにおいて、上記第２の半導
体層の上層がＧｅ及びＣのうち少なくともいずれか一方
を含むＳｉにより構成されている場合には、Ｇｅ又はＣ
の含有率を上記第３の半導体層から上記第１の半導体層
に向かう方向に変化させればよい。

【００２６】このような傾斜組成を有する構造の例とし
て、以下のものがある。

【００２７】上記第２の半導体層の中央層が圧縮歪みを
受ける組成を持たせる場合には、Ｃの含有率が一定でＧ
ｅの含有率が第３の半導体層から第１の半導体層に向か
う方向に増大する傾斜組成を有しているもの、Ｇｅの含
有率が一定でＣの含有率が第３の半導体層から第１の半
導体層に向かう方向に減小する傾斜組成を有しているも
の、第３の半導体層から第１の半導体層に向かう方向
に、Ｇｅの含有率が増大しＣの含有率が減小する傾斜組
成を有しているもの、第３の半導体層から第１の半導体
層に向かう方向にＧｅ及びＣの含有率が増大する傾斜組
成を有しているもの、などがある。

【００２８】また、上記第２の半導体層の中央層が引っ
張り歪みを受ける組成を持たせる場合には、Ｃの含有率
が一定でＧｅの含有率が第３の半導体層から第１の半導
体層に向かう方向に減小する傾斜組成を有しているも
の、Ｇｅの含有率が一定でＣの含有率が第３の半導体層
から第１の半導体層に向かう方向に増大する傾斜組成を
有しているもの、第３の半導体層から第１の半導体層に
向かう方向にＧｅの含有率が減小しＣの含有率が増大す
る傾斜組成を有しているもの、第３の半導体層から第１
の半導体層に向かう方向にＧｅの含有率が増大しＣの含
有率が増大する傾斜組成を有しているもの、などがあ
る。

【００２９】このように、圧縮歪み又は引っ張り歪みの
いずれか一方のみを有する領域内で第２の半導体層の中
央層に傾斜組成を持たせることにより、ＳｉＧｅＣによ
って構成される中央層が格子整合するような領域を通ら
ずにＳｉＧｅＣ含有率が変化するので、第２の半導体層
の中央層において逆のバンドギャップ勾配が発生するな
どの不具合を回避することができる。

【００３０】なお、第２の半導体層の中央層が傾斜組成
を有しているヘテロバイポーラトランジスタにおいて
も、上記第２の半導体層の上層において、Ｃの含有率，
あるいはＣ及びＧｅの含有率が第３の半導体層から上記
中央層に向かう方向に増大していることが好ましい。

【００３１】また、上記第２の半導体層の下層におい
て、Ｃの含有率，あるいはＣ及びＧｅの含有率が上記中
央層から第１の半導体層に向かう方向に減小しているこ
とが好ましい。

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【発明の実施の形態】−ベース層をＳｉＧｅＣ層によっ
て構成することの利点− 各実施形態について説明する前に、Ｓｉ，Ｇｅ及びＣを
含む三元混晶半導体であるＳｉＧｅＣ層によってヘテロ
バイポーラトランジスタのベース層を構成することの利
点について説明する。

【００３８】図１８は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴなどに
おけるＳｉ層の上に形成されたＳｉＧｅ膜のＧｅ含有率
と格子歪み，臨界膜厚との関係を示す特性図である。Ｈ
ＢＴとして実用的な最小ベース層の膜厚は２５ｎｍ程度
であることを考慮すると、ＳｉＧｅ膜においては、格子
歪みが０．５％以内となる組成を選ぶ必要があることが
わかる。

【００３９】一方、ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体のバンド
ギャップについては、参考文献４（K．Brunner et.a
l.,"SiGeC :Band gaps, band offsets, optical proper
ties, and potential applications," J.Vac.Sci.Techn
ol.B 13(3), pp.1701-1706,1998）に一部が記載されて
いる。それによると、ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体はＳｉ
単結晶よりもバンドギャップが小さく、かつ、Ｓｉ単結
晶の上にＳｉＧｅＣ層を形成することにより格子歪みが
小さい半導体層を形成できることがわかる。

【００４０】ここで、図１９は、本発明者達の実験によ
って得られたデータであって、一般式Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x
Ｃ_y で表されるＳｉＧｅＣ結晶層について、９５０℃下
で１５ｓｅｃ間の熱処理（ＲＴＡ）を行なったときの結
晶性の変化を示すデータである。同図において、横軸は
Ｇｅ含有率を表し、縦軸はＣ含有率を表し、かつ、歪み
量（圧縮歪み及び引っ張り歪みを含む），バンドギャッ
プがそれぞれ一定となる組成条件を直線によって示して
いる。同図の○印は、結晶性が良好に保持されたＧｅ，
Ｃ含有率の値を示し、同図の×印は結晶性が劣化したＧ
ｅ，Ｃ含有率の値を示している。同図からわかるよう
に、Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層の場合には、ひずみが
０．５％を越えても、１．０％以内であれば結晶性が崩
れずに良好に保たれていることがわかる。図１９には、
圧縮ひずみを生じる場合のデータしか示されていない
が、原理的に、引っ張りひずみについても同様のひずみ
量が臨界値と考えられる。

【００４１】図２０（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x
結晶層及びＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層の各組成におけ
る熱処理によるＸ線回折スペクトルの変化を示す図であ
る。そのうち、図２０（ａ），（ｄ）は、それぞれＧｅ
含有率が１３．２％，３０．５のＳｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層
のＸ線回折スペクトルのみを示し、図２０（ｂ），
（ｃ）は、Ｇｅ含有率が２１．５％，２６．８％におけ
るＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層とＳｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層
とにおける熱処理によるＸ線回折スペクトルの変化を示
す図である。図２０（ｂ），（ｃ）に示すＳｉ_1-x-y Ｇ
ｅ_x Ｃ_y 結晶層の組成は、図１９中の測定点に含まれて
いる。

【００４２】例えば、図２０（ａ）を参照すると、０次
の回折ピークの両側における二次，三次，…の回折ピー
クは、熱処理を行なった後もそれほど変化していない
（崩れていない）ことから、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層の結
晶性は比較的良好に保たれていると考えられる。この組
成は、図１８に示すひずみが０．５％付近であるＳｉ_1-
x Ｇｅ_x 結晶層の組成に相当する。また、図２０（ｄ）
に示すように、Ｇｅ含有率が３０．５％になると、熱処
理を行なった後では、０次の回折ピークの両側における
二次，三次，…の回折ピークパターンがほとんどわから
なくなっていることから、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層の結晶
性は悪化していると考えられる。この組成は、図１８に
示すひずみが１．０％以上の範囲にあるＳｉ_1-x Ｇｅ_x
結晶層の組成に相当する。

【００４３】一方、図２０（ｂ）を参照すると、Ｃの含
有率が０．３３％であるＳｉ_1-x-yＧｅ_x Ｃ_y 結晶層に
おいては、０次の回折ピークの両側における二次，三
次，…の回折ピークは、熱処理を行なった後もそれほど
変化していない（崩れていない）ことから、Ｓｉ_1-x-y
Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層の結晶性は比較的良好に保たれてい
る。ところが、Ｃの含有率が０つまりＳｉ_1-x Ｇｅ_x 結
晶層の場合、熱処理を行なった後では、０次の回折ピー
クの両側における二次，三次，…の回折ピークパターン
が不明瞭になっていることから、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層
の結晶性が悪化していることがわかる。図２０（ｃ）に
ついても同様である。

【００４４】図１は、ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体におけ
るＧｅ及びＣの含有率とバンドギャップ，格子歪みの関
係を示す状態図である。同図において、横軸はＧｅ含有
率を表し縦軸はＣ含有率を表し、かつ、歪み量（圧縮歪
み及び引っ張り歪みを含む），バンドギャップがそれぞ
れ一定となる組成条件を直線によって示している。図１
９，図２０（ａ）〜（ｄ）に示すデータから裏付けられ
るように、図１中、ドットハッチングを施した領域は、
Ｓｉ層上のＳｉＧｅＣ層における格子歪み量が１．０％
以内で、かつバンドギャップが従来の実用的なＳｉＧｅ
（Ｇｅ含有率が約１０％）のバンドギャップよりも小さ
くできる領域である。この領域は、Ｓｉ _1-x-y Ｇｅ_x Ｃ
_y とあらわされるＳｉＧｅＣにおいて、Ｇｅの含有率を
ｘ、Ｃの含有率をｙとした場合、次の４つの直線 直線 ：ｙ＝０．１２２ｘ−０．０３２ 直線 ：ｙ＝０．１２４５ｘ＋０．０２８ 直線 ：ｙ＝０．２３３２ｘ−０．０２３３（Ｇｅ含
有率が２２％以下） 直線 ：ｙ＝０．０６２２ｘ＋０．０１２７（Ｇｅ含
有率が２２％以下） によって囲まれる領域である。なお、図中、格子歪みが
０％と記された直線上の組成を有するＳｉＧｅＣ層は、
下地のＳｉ層と格子整合している。

【００４５】したがって、エミッタ層、ベース層、コレ
クタ層からなるヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、ベース層を図１のドットハッチングで示された領域
の組成からなるＳｉＧｅＣによって構成することで、従
来のＳｉＧｅでは、格子歪みにより実用上問題であった
ナローバンドギャップベースを実現することができる。

【００４６】したがって、本発明によれば、ベース層に
バンドギャップが小さく、かつ格子歪み量が小さくなる
材料としてＳｉＧｅＣ三元混晶半導体材料を選択するこ
とにより、信頼性が高く、低電圧動作、高速動作が可能
なヘテロバイポーラトランジスタを実現することができ
る。

【００４７】なお、図１は、ＳｉＧｅＣ層の下地層がＳ
ｉ単一組成を有する場合の状態図であるが、下地層がＳ
ｉにＧｅやＣを多少含む場合であっても、ＳｉＧｅＣ層
の格子歪みが１．０％以下で、かつ、下地層とＳｉＧｅ
Ｃ層とバンドギャップの差を大きく確保できる限り、同
様の効果を発揮することができる。

【００４８】−ヘテロバイポーラトランジスタの全体構
造及び製造工程の例− 図２は、本発明を適用しうる１つの例である，Ｓｉ結晶
からなるコレクタ層と、ＳｉＧｅＣ結晶からなるベース
層とを有するヘテロバイポーラトランジスタの断面図で
ある。

【００４９】図２に示すように、Ｓｉ基板１の上には、
ＬＯＣＯＳ膜２によって囲まれる第１の活性領域Ｒe1と
第２の活性領域Ｒe2とが設けられている。Ｓｉ基板１内
には、ｎ型不純物を含むサブコレクタ層３ａが形成され
ており、このサブコレクタ層３ａはＳｉ基板１内におい
て第１の活性領域Ｒe1と第２の活性領域Ｒe2との間に亘
っている。また、Ｓｉ基板１においてサブコレクタ層３
ａの上にはエピタキシャル成長によって形成された第１
の半導体層であるＳｉエピタキシャル層２０が設けられ
ており、このＳｉエピタキシャル層２０のうち第１の活
性領域Ｒe1にはコレクタ層３ｂが、第２の活性領域Ｒe2
にはコレクタウォール層３ｃがそれぞれ設けられてい
る。さらに、Ｓｉエピタキシャル層２０の第１の活性領
域Ｒe1の上には、エピタキシャル成長によって順次形成
された第２の半導体層であるＳｉＧｅＣ層４と、第３の
半導体層であるＳｉ層５とが形成されている。ただし、
ＳｉＧｅＣ層４及びＳｉ層５は、基板のＳｉエピタキシ
ャル層２０が露出している部分の上では単結晶膜となる
が、ＬＯＣＯＳ膜２の上では多結晶膜となっている。Ｓ
ｉＧｅＣ層４におけるコレクタ層３ｂの上方に位置する
領域はｐ型不純物を含む真性ベース層８ａとなってお
り、真性ベース層８ａの側方の領域には、ＳｉＧｅＣ層
４，Ｓｉ層５及びＳｉ基板１内の各部分８ｘ，８ｙ及び
８ｚに亘る外部ベース層８ｂが形成されている。さら
に、Ｓｉ層５における真性ベース層８ａの上方に位置す
る領域には、ｎ型不純物を含むエミッタ層９が形成され
ている。

【００５０】ここで、真性ベース層８ａとコレクタ層３
ｂとの境界は、図２においては単一の線によって示され
ているが、実際には不純物が導入された状態に応じてベ
ース・コレクタ間の境界となるＰＮ接合部が変化する。
したがって、真性ベース８ａ−コレクタ層３ｂ間の境界
と、Ｓｉエピタキシャル層２０−ＳｉＧｅＣ層４間の境
界とは、ほとんど一致することがない。真性ベース層８
ａ−エミッタ層９間の境界と、ＳｉＧｅＣ層４−Ｓｉ層
５間の境界との位置関係についても同様である。Ｓｉエ
ピタキシャル層２０，ＳｉＧｅＣ層４及びＳｉ層５同士
の境界と、コレクタ層３ｂ，真性ベース層８ａ及びエミ
ッタ層９同士の境界との位置関係については、後に詳し
く説明する。

【００５１】さらに、Ｓｉ層５の上には高濃度のｐ型不
純物を含むＢＳＧ（Boron SilicateGlass）膜６が設け
られていて、上述の外部ベース層８ｂには、このＢＳＧ
膜６から拡散したｐ型不純物であるボロンがドープされ
ている。そして、ＢＳＧ膜６の開口の側面には絶縁体サ
イドウォール１０が形成されており、開口内には高濃度
のｎ型不純物（例えばリン）を含むポリシリコンからな
るエミッタ電極１１が形成されている。そして、このエ
ミッタ電極１１からエミッタ層９内にｎ型不純物（例え
ばリン）を拡散させてなる高濃度エミッタ層９ａが形成
されている。なお、エミッタ層９内には、あらかじめｎ
型不純物（リン又は砒素）がエピタキシャル成長時にin
-situ ドープによって導入されていてもよい。

【００５２】また、Ｓｉ基板１内の第２の活性領域Ｒe2
の上には、ｎ型不純物（例えばリン）を含むコレクタ電
極１２が形成されている。そして、コレクタウォール層
３ｃの上には、コレクタ電極１２から拡散されたｎ型不
純物を含むコレクタコンタクト層１４が形成されてい
る。

【００５３】さらに、基板の主面上には、酸化シリコン
からなる層間絶縁膜１３が形成されていて、この層間絶
縁膜１３に形成されたコンタクトホールを介して上述の
エミッタ電極１１，Ｓｉ層５，コレクタ電極１２にそれ
ぞれ接続されるＡｌ配線２１，２２，２３が設けられて
いる。ここで、上述のＳｉ層５及びＳｉＧｅＣ層４の多
結晶膜となっている部分は、結晶膜となっている部分に
形成された外部ベース層８ｂにつながるものであり、い
わばベース電極として機能している。

【００５４】この例におけるヘテロバイポーラトランジ
スタは、エピタキシャル成長されたＳｉＧｅＣ層４及び
Ｓｉ層５の上に、開口を有する不純物ドープ用のＢＳＧ
膜６を形成し、このＢＳＧ膜６からｐ型不純物であるボ
ロンを拡散させて外部ベース層８ｂを形成する一方、Ｂ
ＳＧ膜６の開口に形成されたエミッタ電極１１からエミ
ッタ層９内にｎ型不純物を拡散させて高濃度エミッタ層
９ａを形成したものである。つまり、外部ベース層８ｂ
と高濃度エミッタ層９ａとはいずれもＢＳＧ膜６の開口
に自己整合的に形成されている。ただし、必ずしも外部
ベース層８ｂと高濃度エミッタ層９ａとをいずれもＢＳ
Ｇ膜６の開口に自己整合的に形成する必要はない。

【００５５】次に、図３（ａ）〜（ｋ）を参照しなが
ら、本実施形態に係るヘテロバイポーラトランジスタの
製造方法について説明する。

【００５６】まず、図３（ａ）に示す工程で、Ｓｉ基板
１内に高濃度のｎ型不純物が注入されたサブコレクタ層
３ａを形成した後、ＬＰ−ＣＶＤ法により、低濃度のｎ
型不純物を含むＳｉエピタキシャル層２０をエピタキシ
ャル成長させて、このＳｉエピタキシャル層２０の上に
第１，第２活性領域Ｒe1，Ｒe2を囲むＬＯＣＯＳ膜２を
形成する。エピタキシャル成長されたＳｉエピタキシャ
ル層２０は、第１の活性領域Ｒe1ではコレクタ層３ｂと
なり、第２の活性領域Ｒe2ではコレクタウォール層３ｃ
となっている。

【００５７】次に、図３（ｂ）に示す工程で、基板の全
面上に、ＵＨＶ−ＣＶＤ法により、上端部及び下端部を
除く部分にボロンをドープした厚み約５０ｎｍのｐ型Ｓ
ｉＧｅＣ層４と、ノンドープの厚み約２０ｎｍのＳｉ層
５とを順次エピタキシャル成長により形成する。この
時、ＳｉＧｅＣ層４及びＳｉ層５は、シリコン表面が露
出した部分の上では単結晶膜であり、ＬＯＣＯＳ膜２の
上には多結晶膜である。このとき、ＳｉＧｅＣ層４を成
長させる際には、ＵＨＶ−ＣＶＤ装置内で、ジシラン
（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）の流量を７．５ｍｌ／ｍｉｎ．、ゲルマ
ン（ＧｅＨ₄ ）の流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ．、メチルシ
ラン（１０％ＳｉＨ₃ ＣＨ₃ ／Ｈ₂ ）の流量を１０ｍｌ
／ｍｉｎ．とし、成長温度を５００℃とし、成長圧力を
約０．５３Ｐａ（４×１０^-3Ｔｏｒｒ）とする。また、
Ｓｉ層５を成長させる際には、ＵＨＶ−ＣＶＤ装置内
で、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）の流量を７．５ｍｌ／ｍｉ
ｎ．とし、成長温度を５５０℃とし、成長圧力を約０．
２７（２×１０^-3Ｔｏｒｒ）とする。そして、ＳｉＧｅ
Ｃ層４をエピタキシャル成長させる際のボロンを導入す
るタイミングを制御することで、後述するように、コレ
クタ・ベース接合部とＳｉ層５−ＳｉＧｅＣ層４間の境
界との位置関係を適宜調整することができる。

【００５８】また、Ｓｉ層５（Ｓｉ単結晶膜及びＳｉ多
結晶膜）をエピタキシャル成長させるときに、比較的高
濃度のｎ型不純物（リン又は砒素）をin-situ ドープに
より導入しておいてもよい。

【００５９】次に、図３（ｃ）に示す工程で、ＳｉＧｅ
Ｃ層４及びＳｉ層５のうち活性ベース層と引き出しベー
ス電極として機能する部分を残して、他の部分はドライ
エッチングによって除去する。

【００６０】次に、図３（ｄ）に示す工程で、基板の全
面上に８％程度のボロンを含む厚み約２００ｎｍのＢＳ
Ｇ（Boron Silicate Glass）膜６を常圧ＣＶＤ法により
堆積した後、フォトリソグラフィー工程及びドライエッ
チング工程により、ＢＳＧ膜６をパターニングして、Ｂ
ＳＧ膜６のうち第２の活性領域Ｒe2の部分は全面的に除
去する一方、ＢＳＧ膜６のうち第１の活性領域Ｒe1の上
にエミッタ電極形成用の開口６ａを形成する。

【００６１】次に、図３（ｅ）に示す工程で、ＣＶＤ法
により、基板の全面上に厚み約１００ｎｍの保護窒化膜
７を堆積する。この保護窒化膜７は次工程でのＢＳＧ膜
６からのボロン拡散の際に、ＢＳＧ膜６から気相中にボ
ロンが抜け出し、シリコン表面が露出した部分に付着し
て、基板内に拡散することを防止する働きをする。

【００６２】次に、図３（ｆ）に示す工程で、ＲＴＡ
（Rapid Thermal Anneal）法により、９５０℃で１０秒
間の熱処理を行い、ＢＳＧ膜６中のボロンを、Ｓｉ層５
のうちＢＳＧ膜６の下方に位置する部分（つまり開口６
ａの周囲に位置する部分），ＳｉＧｅＣ層４のうちＢＳ
Ｇ膜６の下方に位置する部分，及びコレクタ層３ｂのう
ちＢＳＧ膜６の下方に位置する部分に拡散させる。この
工程により、Ｓｉ層５及びコレクタ層３ｂのうちＢＳＧ
膜６の下方に位置する部分８ｘ，８ｚ（つまり開口６ａ
の周囲に位置する部分）はｐ型になり、ＳｉＧｅＣ層４
のうちＢＳＧ膜６の下方に位置する部分８ｙはｐ型不純
物濃度がさらに濃くなって低抵抗化する。その結果、開
口６ａの周囲に位置する部分においては、Ｓｉ層５，Ｓ
ｉＧｅＣ層４及びコレクタ層３ｂ内の各部分８ｘ，８
ｙ，８ｚに亘る外部ベース層８ｂが形成される。このと
き、上述の図１９，図２０（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、本発明のＳｉＧｅＣ層の結晶性は悪化することな
く、良好に保たれる。

【００６３】次に、図３（ｇ）に示す工程で、異方性ド
ライエッチングにより、保護窒化膜７をエッチバックし
て、ＢＳＧ膜６の側面にサイドウォール１０を形成す
る。このサイドウォール１０は、後に形成される高濃度
エミッタ層と外部ベース層との耐圧を十分に確保するた
めのものである。

【００６４】次に、図３（ｈ）に示す工程で、エミッタ
電極およびコレクタ電極となる高濃度にリンがドープさ
れたポリシリコン膜をＬＰＣＶＤ法により堆積した後、
ドライエッチングにより、このポリシリコン膜をパター
ニングして、第１の活性領域Ｒe1上にはエミッタ電極１
１を、第２の活性領域Ｒe2上にはコレクタ電極１２をそ
れぞれ形成する。

【００６５】次に、図３（ｉ）に示す工程で、ＣＶＤ法
により、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１３を堆積す
る。

【００６６】次に、図３（ｊ）に示す工程で、９５０
℃，１５ｓｅｃの熱処理（ＲＴＡ）により、エミッタ電
極１１からエミッタ層９及びＳｉＧｅＣ層４の上端部に
リンを拡散させて高濃度エミッタ層９ａを形成するとと
もに、コレクタ電極１２からコレクタウォール層３ｃ内
にリンを拡散させてコレクタコンタクト層１４を形成す
る。このときにも、上述の図１９，図２０（ａ）〜
（ｄ）に示すように、本発明のＳｉＧｅＣ層の結晶性は
悪化することなく、良好に保たれる。

【００６７】次に、図３（ｋ）に示す工程で、ドライエ
ッチングにより、層間絶縁膜１３にエミッタ電極１１，
Ｓｉ層５及びコレクタ電極１２にそれぞれ到達するコン
タクトホールを形成した後、各コンタクトホール内及び
層間絶縁膜１３の上に亘って、Ａｌ配線２１，２２，２
３を形成する。

【００６８】以下の各実施形態においては、図１に示す
組成，引っ張り歪み，バンドギャップ等の特性を参照し
ながら、図２に示す構造を有し図３（ａ）〜（ｋ）に示
す工程で形成されるヘテロバイポーラトランジスタを例
として、エミッタ，ベース及びコレクタの構造について
説明する。ただし、本発明のヘテロバイポーラトランジ
スタの構造や製造工程は、図２に示す構造や図３（ａ）
〜（ｋ）に示す製造工程に限定されるものではない。

【００６９】（第１の実施形態）まず、真性ベース層８
ａが均一組成のＳｉＧｅＣ層４により構成されたＳｉＧ
ｅＣ−ＨＢＴに関する第１の実施形態について説明す
る。

【００７０】図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、従
来のＮＰＮ型Ｓｉ−ＢＪＴのエネルギーバンド構造、従
来の均一組成ベース層を有するＮＰＮ型ＳｉＧｅ−ＨＢ
Ｔのエネルギーバンド構造、本発明による均一組成Ｓｉ
ＧｅＣベース層を有するＮＰＮ型ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴの
エネルギーバンド構造をそれぞれ示すバンド図である。

【００７１】図４（ａ）に示すように、従来のＮＰＮ型
Ｓｉ−ＢＪＴにおいては、エミッタ−ベース間における
伝導帯同士のポテンシャル差Ａ１と価電子帯同士のポテ
ンシャル差Ｂ１とは互いに等しい。また、ベース−コレ
クタ間における伝導帯同士のポテンシャル差Ａ２と価電
子帯同士のポテンシャル差Ｂ２とは互いに等しい。

【００７２】それに対し、図４（ｂ）に示すように、従
来のＮＰＮ型ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、価電子帯同
士のポテンシャル差Ｂ１がエミッタ−ベース間における
伝導帯同士のポテンシャル差Ａ１よりも大きい。言い換
えると、ビルトインポテンシャルを低減することができ
る。したがって、エミッタからベースに流れるキャリア
（ここでは電子）の流量を一定に確保するために必要な
電圧を低くでき、低電圧動作化を実現することができ
る。

【００７３】ただし、上述のように、ＳｉＧｅベース層
のＧｅ含有率は、格子不整合に起因する転位の発生を抑
制するために、一般的には１０％以下である。したがっ
て、ＳｉＧｅ層とＳｉ層とのバンドギャップ差をそれほ
ど大きくすることができず、価電子帯同士のポテンシャ
ル差Ｂ１，Ｂ２と伝導帯同士のポテンシャル差Ａ１，Ａ
２との差（Ｂ１−Ａ１）や（Ｂ２−Ａ２）もそれほど大
きくすることはできない。したがって、低電圧動作化に
も限界がある。

【００７４】一方、図４（ｃ）に示すように、本発明の
ＮＰＮ型ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおいては、エミッタ層９
−真性ベース層８ａ間における価電子帯同士のポテンシ
ャル差Ｂ１と伝導帯同士のポテンシャル差Ａ１との差
（Ｂ１−Ａ１）や、真性ベース層８ａ−コレクタ層３ｂ
間における価電子帯同士のポテンシャル差Ｂ２と伝導帯
同士のポテンシャル差Ａ２との差（Ｂ２−Ａ２）を、従
来のＮＰＮ型ＳｉＧｅ−ＨＢＴよりも大きくすることが
できる。すなわち、本実施形態においては、真性ベース
層８ａが包含されるＳｉＧｅＣ層４の組成を、図１中の
ドットハッチングを施した領域内の組成とすることによ
り、真性ベース層８ａ内の格子歪みを１．０％以内に抑
制し、かつ、真性ベース層８ａのバンドギャップが従来
の実用的なＳｉＧｅ層（Ｇｅの含有率が約１０％）より
小さくすることができる。したがって、上述の低電圧動
作化をより顕著に進めることができる。

【００７５】ここで、従来のＳｉ−ＢＪＴ，従来のＳｉ
Ｇｅ−ＨＢＴ及び本発明のＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおける
ベース層を構成するＳｉ，ＳｉＧｅ及びＳｉＧｅＣのバ
ンドギャップの相違について説明する。

【００７６】例えば、本実施形態では、ベース層を構成
するＳｉＧｅＣの組成をＧｅ含有率が３０％でＣ含有率
が２．１％としている。図１に示すように、この組成に
おいては、格子歪みが１．０％以下であり、Ｓｉ，実用
的なＳｉＧｅ，本実施形態におけるＳｉＧｅＣのバンド
ギャップを比較すると、 Ｓｉ ：１．１２ｅＶ ＳｉＧｅ（Ｇｅ含有率１０％） ：１．０４ｅＶ ＳｉＧｅＣ（Ｇｅ含有率３０％，Ｃ含有率２．１％）：０．９５ｅＶ となる。したがって、このような組成を有するＳｉＧｅ
Ｃ層によって構成される真性ベース層を有するヘテロバ
イポーラトランジスタは、ＳｉはもとよりＳｉＧｅによ
って構成されるベース層を有するバイポーラトランジス
タに比べて、バンドギャップが小さいベース層を実現す
ることができる。そして、このことにより、図４（ｃ）
に示すように、エミッタ層９−真性ベース層８ａ間にお
ける価電子帯同士のポテンシャル差Ｂ１と伝導帯同士の
ポテンシャル差Ａ１との差（Ｂ１−Ａ１）や、真性ベー
ス層８ａ−コレクタ層３ｂ間における価電子帯同士のポ
テンシャル差Ｂ２と伝導帯同士のポテンシャル差Ａ２と
の差（Ｂ２−Ａ２）が極めて大きい，低電圧動作化され
たヘテロバイポーラトランジスタを得ることができるの
である。

【００７７】図５は、本実施形態に係るヘテロバイポー
ラトランジスタのベース・コレクタ電流のベース電圧依
存特性（ガンメルプロット）を従来のＳｉ−ＢＪＴ，Ｓ
ｉＧｅ−ＨＢＴと比較して示す図である。本実施形態の
ごとく、バンドギャップが小さいＳｉＧｅＣにより構成
されるベース層をヘテロバイポーラトランジスタに設け
ることにより、エミッタ・ベース間のＰＮ接合における
ビルトインポテンシャルが小さくなり、従来の均一組成
ＳｉＧｅＨＢＴと比べて、低電圧で大きなコレクタ電流
が得られる。つまり、本実施形態のＳｉＧｅＣ−ＨＢＴ
においては、従来にない低電圧動作が実現されている。

【００７８】また、図２１，図２２は、Ｇｅ含有率が２
１．５％，２６．８％のときのＳｉ _1-x Ｇｅ_x 結晶層及
びＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層をベース層として有する
バイポーラトランジスタのエミッタ接地におけるＶ_CE
−Ｉ_C 特性（コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流
との関係）を示す図である。図２１，２２からわかるよ
うに、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層を用いたバイポーラトラン
ジスタにおいては、コレクタ電流ＩＣ がほぼフラット
になる領域がほとんど存在せず、コレクタ電流のＶ_CE依
存性が非常に大きい。すなわち、このバイポーラトラン
ジスタは正常な増幅作用を行なうことが困難であること
がわかる。すなわち、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層を用いたバ
イポーラトランジスタにおいては、Ｇｅ含有率が１０％
までが実用的な限界であることが裏付けられている。

【００７９】それに対して、Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶
層を用いたバイポーラトランジスタにおいては、コレク
タ電流Ｉ_C がほぼフラットになる領域が存在し、コレク
タ電流のＶ_CE依存性はそれほど大きくない。したがっ
て、本実施形態のＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層をベース
層として用いたバイポーラトランジスタは、Ｇｅ含有率
が２１．５％，２６．８％という極めて高い値であって
も、安定したバイポーラ動作を行なうことができること
が示されている。

【００８０】−Ｓｉ層・ＳｉＧｅＣ層の境界付近の構造
− ここでは、本実施形態におけるＮＰＮヘテロバイポーラ
トランジスタのリンを含むエミッタ層９，ボロン（Ｂ）
を含む真性ベース層８ａ及びリンを含むコレクタ層３ｂ
の形成位置と、Ｓｉエピタキシャル層２０，ＳｉＧｅＣ
層４及びＳｉ層５の形成位置との関係について、図６
（ａ），（ｂ）〜図９（ａ），（ｂ）を参照しながら説
明する。図６（ａ），（ｂ）〜図９（ａ），（ｂ）にお
いては、Ｓｉエピタキシャル層２０，ＳｉＧｅＣ層４及
びＳｉ層５の形成位置をＧｅ及びＣの有無によって区別
し、エミッタ層９，真性ベース層８ａ及びコレクタ層３
ｂの形成位置をボロンの有無によって区別している。つ
まり、Ｓｉエピタキシャル層２０及びＳｉ層５にはＧ
ｅ，Ｃはいずれも導入されていないことから、Ｇｅ含有
率とＣ含有率とが記載されているＳｉＧｅＣ層４層と、
Ｓｉエピタキシャル層２０及びＳｉ層５との境界が明示
されている。また、エミッタ層９及びコレクタ層３ｂに
はボロンが導入されていないことから、ボロンの濃度プ
ロファイルが記載されている真性ベース層８ａと、エミ
ッタ層９及びコレクタ層３ｂとの境界が明示されてい
る。なお、図６（ａ），図７（ａ），図８（ａ）及び図
９（ａ）において、エミッタ層９及びコレクタ層３ｂに
導入されたリンの濃度は記載されていない。

【００８１】また、図６（ｂ），図７（ｂ），図８
（ｂ）及び図９（ｂ）においては、エミッタ層，真性ベ
ース層及びコレクタ層に亘る伝導帯端と価電子帯端との
形状のみを表している。

【００８２】図６（ａ）は、全体的に均一組成のＳｉＧ
ｅＣ層４を備え、ベース層８ａを構成するためのボロン
がＳｉＧｅＣ層４よりも広い範囲，つまりＳｉエピタキ
シャル層２０及びＳｉ層５内にドープされたヘテロバイ
ポーラトランジスタのＳｉエピタキシャル層２０及びＳ
ｉ層５の位置と、真性ベース層８ａ，エミッタ層９及び
コレクタ層３ｂの位置との関係を示す図である。図６
（ｂ）は、図６（ａ）に示す不純物プロファイルを有す
るトランジスタのエネルギーバンド図である。図６
（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅＣ層４の外側にエミッタ
・ベース接合、ベース・コレクタ接合があり、Ｓｉ−Ｓ
ｉＧｅＣ間のヘテロ接合界面が階段状に急峻な界面で形
成された場合は、各々の接合部に図６（ａ）に示すよう
な寄生バリアが生じ、キャリアの走行を阻害し、高周波
特性を劣化させる。また、エミッタからキャリアの注入
に要する電圧が高くなり、低電圧化の妨げとなる。これ
は、バンドギャップの大きなシリコンエミッタ層、シリ
コンコレクタ層がｐ型となっているためである。したが
って、真性ベース層８ａやＳｉＧｅＣ層４からはみ出し
た広い範囲にまで形成するのは適切ではない。

【００８３】図７（ａ）は、全体的に均一組成のＳｉＧ
ｅＣ層４を備え、ベース層８ａを構成するためのボロン
がＳｉＧｅＣ層４内のみにドープされたヘテロバイポー
ラトランジスタのＳｉエピタキシャル層２０及びＳｉ層
５の位置と、真性ベース層８ａ，エミッタ層９及びコレ
クタ層３ｂの位置との関係を示す図である。図７（ｂ）
は、図７（ａ）に示す不純物プロファイルを有するトラ
ンジスタのエネルギーバンド図である。図７（ｂ）に示
すように、この場合には図７（ａ）に示すようなヘテロ
障壁に寄生バリアは形成されないが、各接合の空乏層領
域にノッチが生じる。このノッチも、また、キャリア
（ここでは電子）の走行を阻害する要因となる。これ
は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴでは見られないものであ
る。従来のＳｉ／ＳｉＧｅヘテロ接合の場合、バンドギ
ャップ差は、主に価電子帯におけるバンドオフセットΔ
Ｅv として現れ、伝導帯にはほとんどポテンシャルの段
差が生じないのに対して、Ｓｉ／ＳｉＧｅＣヘテロ接合
の場合には、伝導帯にもバンドオフセットΔＥｃが生じ
ることに起因している。また、このＳｉ／ＳｉＧｅＣヘ
テロ接合に生じる伝導帯バンドオフセットはＣ含有率が
大きくなるほど大きくなる。したがって、キャリア（こ
こでは電子）がエミッタ層９から真性ベース層８ａを経
てコレクタ層３ｂに流れること自体はそれほど阻害され
ないが、寄生ノッチにキャリアが蓄積される分だけキャ
リアの流れが遅くなる。つまり、図７（ａ）に示す構造
は、ボロンをＳｉＧｅＣ層４内のみに導入している点で
は好ましいが、ＳｉＧｅＣ層４のＣ含有率及びＧｅ含有
率を一定としてＳｉＧｅＣ層４を全体的に均一な組成に
していることは適切ではない。

【００８４】なお、ボロンなどのｐ型不純物がＳｉＧｅ
Ｃ層４から外にはみ出ていても、ｎ型不純物が導入され
ている領域とｐ型不純物が導入されている領域とがオー
バーラップしていることにより、ｐ型領域がＳｉＧｅＣ
層４内に包含されていればよい。

【００８５】図８（ａ）は、中央層４ａが均一組成で、
両側の端部領域である下層４ｂ及び上層４ｃが傾斜組成
のＳｉＧｅＣ層４を備え、ベース層８ａを構成するため
のボロンがＳｉＧｅＣ層４内のみにドープされたヘテロ
バイポーラトランジスタのＳｉエピタキシャル層２０及
びＳｉ層５の位置と、真性ベース層８ａ，エミッタ層９
及びコレクタ層３ｂの位置との関係を示す図である。Ｓ
ｉＧｅＣ層４の下層４ｂにおいて、Ｇｅ含有率及びＣ含
有率が中央層４ａからＳｉエピタキシャル層２０に向か
う方向に徐々に減小している。また、ＳｉＧｅＣ層４の
上層４ｃにおいて、Ｇｅ含有率及びＣ含有率がＳｉ層５
から中央層に向かう方向に徐々に増大している。そし
て、Ｂが導入された領域である真性ベース層８ａは、Ｇ
ｅ含有率及びＣ含有率が一定の均一組成を有する中央層
４ａ内に包含されている。

【００８６】ただし、このＧｅ含有率やＣ含有率の変化
は、連続的な変化でなくステップ状の変化であってもよ
い。後述の各実施形態においても同様である。

【００８７】図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す不純物プ
ロファイルを有するトランジスタのエネルギーバンド図
である。図８（ｂ）に示すように、この場合にはヘテロ
障壁に寄生バリアも寄生ノッチも現れない。つまり、Ｇ
ｅ含有率及びＣ含有率が徐々に変化することにより、伝
導帯端には明瞭なポテンシャル段差が発生せず、伝導帯
端がスムーズに変化するエネルギーバンド構造を示して
いる。これは、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂ，上層４ｃに
おいて、伝導帯端にバンドオフセットを生じさせる原因
となるＣが徐々に変化しているためである。その結果、
キャリア（ここでは電子）がエミッタから真性ベースを
経てコレクタに流れる作用自体が阻害されることはな
く、キャリアの流れが遅くなることもない。すなわち、
真性ベース層８ａをＳｉＧｅＣ層４の中央層４ａに包含
させるとともに、ＳｉＧｅＣ層４のうちＳｉエピタキシ
ャル層２０に隣接する下層４ｂにおいて、Ｇｅ含有率及
びＣ含有率を中央層４ａからＳｉエピタキシャル層２０
に向かう方向に徐々に減小させることにより、ヘテロバ
イポーラトランジスタの伝導帯におけるＳｉＧｅＣ層４
からＳｉエピタキシャル層２０につながる部分で寄生バ
リアやノッチが発生するのを有効に防止することができ
る。同様に、真性ベース層８ａをＳｉＧｅＣ層４の中央
層４ａに包含させるとともに、ＳｉＧｅＣ層４のうちＳ
ｉ層５に隣接する上層４ｃにおいて、Ｇｅ含有率及びＣ
含有率をＳｉ層５から中央層４ａに向かう方向に徐々に
増大させることにより、ヘテロバイポーラトランジスタ
の伝導帯におけるＳｉＧｅＣ層４からＳｉ層５につなが
る部分で寄生バリアやノッチが発生するのを有効に防止
することができる。

【００８８】なお、Ｂが導入された領域である真性ベー
ス層８ａがＳｉＧｅＣ層４の両端部４ｂ，４ｃに跨って
いても、真性ベース層８ａがＳｉＧｅＣ層４からはみ出
ていない限り、寄生バリアは発生することがなく、ノッ
チの発生も抑制することができる。

【００８９】また、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂ，上層４
ｃにおいて、Ｇｅ含有率及びＣ含有率は図８（ａ）に示
すように必ずしも直線的に増大している必要はなく、多
少の曲がりなどがあってもよい。特に、真性ベース層８
ａがＳｉＧｅＣ層４のうち中央層４ａに包含されている
場合には、ＳｉＧｅＣ層４の端部領域４ｂ，４ｃにおけ
るＧｅ含有率やＣ含有率の変化する形状において階段状
の部分があってもよい。

【００９０】図９（ａ）は、中央層４ａが均一組成で下
層４ｂ，上層４ｃが傾斜組成（Ｃのみ）のＳｉＧｅＣ層
４を備え、ベース層８ａを構成するためのボロンがＳｉ
ＧｅＣ層４内のみにドープされたヘテロバイポーラトラ
ンジスタのＳｉエピタキシャル層２０及びＳｉ層５の位
置と、真性ベース層８ａ，エミッタ層９及びコレクタ層
３ｂの位置とを示す図である。ＳｉＧｅＣ層４の下層４
ｂにおいて、Ｇｅ含有率は一定でＣ含有率がＳｉエピタ
キシャル層２０から中央層４ａに向かう方向に徐々に減
小している。また、ＳｉＧｅＣ層４の上層４ｃにおい
て、Ｇｅ含有率が一定でＣ含有率がＳｉ層５から中央層
４ａに向かう方向に徐々に増大している。そして、Ｂが
導入された領域である真性ベース層８ａは、Ｇｅ含有率
及びＣ含有率が一定の均一組成を有する中央層４ａ内に
包含されている。

【００９１】図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す不純物プ
ロファイルを有するトランジスタのエネルギーバンド図
である。図９（ｂ）に示すように、この場合にはヘテロ
障壁に寄生バリアも寄生ノッチも現れない。つまり、Ｃ
含有率が徐々に変化することにより、伝導帯端には明瞭
なポテンシャル段差が発生せず、伝導帯端がスムーズに
変化するエネルギーバンド構造を示している。これは、
ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂ，上層４ｃにおいて、伝導帯
端にバンドオフセットを生じさせる原因となるＣが徐々
に変化しているためである。その結果、キャリアがエミ
ッタから真性ベースを経てコレクタに流れる作用自体が
阻害されることはなく、キャリアの流れが遅くなること
もない。すなわち、真性ベース層８ａをＳｉＧｅＣ層４
の中央層４ａに包含させるとともに、ＳｉＧｅＣ層４の
うちＳｉエピタキシャル層２０に隣接する下層４ｂにお
いて、Ｇｅ含有率は一定であってもＣ含有率を中央層４
ａからＳｉエピタキシャル層２０に向かう方向に徐々に
減小させることにより、ヘテロバイポーラトランジスタ
の伝導帯におけるＳｉＧｅＣ層４からＳｉエピタキシャ
ル層２０につながる部分で寄生バリアやノッチが発生す
るのを有効に防止することができる。同様に、真性ベー
ス層８ａをＳｉＧｅＣ層４の中央層４ａに包含させると
ともに、ＳｉＧｅＣ層４のうちＳｉ層５に隣接する上層
４ｃにおいて、Ｇｅ含有率は一定であってもＣ含有率を
Ｓｉ層５からＳｉＧｅＣ層４の中央層４ａに向かう方向
に徐々に増大させることにより、ヘテロバイポーラトラ
ンジスタの伝導帯におけるＳｉＧｅＣ層４からＳｉ層５
につながる部分で寄生バリアやノッチが発生するのを有
効に防止することができる。

【００９２】なお、Ｂが導入された領域である真性ベー
ス層８ａがＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂ，上層４ｃに跨っ
ていても、ＳｉＧｅＣ層４からはみ出ていない限り、寄
生バリアは発生することがなく、ノッチの発生も抑制す
ることができる。

【００９３】以上のように、ＳｉＧｅＣ層４とＳｉ層５
又はＳｉ端結晶膜２０との間のヘテロ接合界面でＣ含有
率やＧｅ含有率が徐々に変化する傾斜組成とすることに
より、キャリア（電子）の走行を阻害することなく、ま
た、動作電圧の上昇を招くことなく、高周波特性に優
れ、低電圧で動作する実用的なヘテロバイポーラトラン
ジスタを形成することができる。

【００９４】また、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂ，上層４
ｃにおいて、Ｃ含有率は必ずしも直線的に増大している
必要はなく、多少の曲がりなどがあってもよい。特に、
真性ベース層８ａがＳｉＧｅＣ層４のうち中央層４ａに
包含されている場合には、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂ，
上層４ｃにおける含有率が変化するプロファイル中に階
段状の部分があってもよい。

【００９５】また、本実施形態では、真性ベース層８ａ
をＧｅ含有率が３０％、Ｃ含有率が２．１％で残部がＳ
ｉからなるＳｉＧｅＣ（Ｓｉ_0.679 Ｇｅ_0.30Ｃ_0.021）
により構成している。この組成を有するＳｉＧｅＣ層を
Ｓｉ層上にエピタキシャル成長させた場合、ＳｉＧｅＣ
層は約１．０％の圧縮歪みを受けた状態となっている。
このような、圧縮歪みを受けた状態の組成を選択した理
由は、格子整合系と比較して、圧縮歪みを受けている系
では、低いＧｅ含有率及び低いＣ含有率を有していて
も、高いＧｅ含有率又はＣ含有率を有し格子整合したＳ
ｉＧｅＣ層のバンドギャップと同程度のバンドギャップ
が得られるからである。具体的には、本実施形態におけ
る圧縮歪みを受けたＳｉ_0.679 Ｇｅ_0.30Ｃ_0.021層のバ
ンドギャップは０．９５ｅＶであるが、これと同等の小
さいバンドギャップを格子整合系で実現する場合には、
Ｇｅ含有率を４２％、Ｃ含有率を５．１％にする必要が
ある。つまり、Ｇｅ含有率もＣ含有率も大きくする必要
があり、Ｃ含有率の増大に伴う結晶性の悪化が生じる可
能性もある。また、上述のノッチもＣ含有率が大きくな
ると発生しやすい。

【００９６】図１０は、すでに説明した図１を簡略化し
て、１．０％以下の圧縮歪みを受ける領域を示す状態図
である。そして、図１０中のドットハッチングを施した
領域Ｒａは、格子整合条件を含まずに、格子歪みが１．
０％以下の圧縮歪みを受ける領域である。上述のよう
に、Ｃ含有率の増大を抑制しつつ、有効な効果を発揮し
得るほどに小さなバンドギャップを真性ベース層に持た
せるためには、図１０中のドットハッチングを施して示
す領域Ｒａの組成を有するＳｉＧｅＣ層を用いてベース
層を構成することが望ましい。

【００９７】このように、Ｓｉエピタキシャル層２０の
上にエピタキシャル成長により形成されたＳｉＧｅＣ層
４を有するヘテロバイポーラトランジスタにおいて、Ｓ
ｉＧｅＣ層４によって包含される真性ベース層８ａを設
け、かつ、ＳｉＧｅＣ層４を格子歪みが１．０％以内で
バンドギャップが小さくなるような条件でＧｅ，Ｃを含
む均一組成のＳｉＧｅＣで構成することにより、低電圧
で動作しうる動作速度の高いヘテロバイポーラトランジ
スタを実現することができる。また、このようなＳｉ／
ＳｉＧｅＣ系のヘテロバイポーラトランジスタは、現在
汎用されているシリコンプロセスを用いて容易に形成す
ることができるので、シリコン基板の上に集積化するこ
とも容易である。

【００９８】なお、本実施形態においては、コレクタ層
３ｂ及びエミッタ層９をＳｉ単一組成を有する結晶によ
り構成したが、本発明はかかる実施形態に限定されるも
のではない。たとえば、Ｓｉエピタキシャル層２０や、
Ｓｉ層５にＧｅやＣを含ませても、ＳｉＧｅＣ層４の格
子歪みが１．０％以下である限り、本実施形態と同様の
効果を発揮することは可能である。

【００９９】（第２の実施形態）次に、真性ベース層８
ａが傾斜組成ＳｉＧｅＣにより構成されたＳｉＧｅＣ−
ＨＢＴに関する第２の実施形態について説明する。

【０１００】図１１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来の
傾斜組成のベース層を有するＳｉＧｅ−ＨＢＴのエネル
ギーバンド図、本実施形態に係る傾斜組成のベース層を
有するＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのエネルギーバンド図、及び
本実施形態のＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのＧｅ含有率，Ｃ含有
率及びＢ（ボロン）濃度を示す図である。

【０１０１】図１１（ａ）に示すように、従来のＳｉＧ
ｅヘテロバイポーラトランジスタにおいては、例えばベ
ース層のうちエミッタ層に接する端部におけるＧｅ含有
率が最小（例えば０％）で、ベース層のうちコレクタ層
に接する端部におけるＧｅ含有率が最大（例えば１０
％）となるような傾斜組成ＳｉＧｅ層によってベース層
を構成することにより、ＳｉＧｅベース層におけるエミ
ッタ層に接する部分のバンドギャップが最大値Ｃ１で、
ＳｉＧｅベース層におけるコレクタ層に接する部分のバ
ンドギャップが最小値Ｃ２となるように構成できる。そ
して、このような傾斜組成を有するＳｉＧｅにより構成
されるベース層においては、伝導帯端の傾斜によってキ
ャリアをコレクタ層に向かう方向に加速する電界が生じ
る。このようなドリフト走行の場合には、キャリアの拡
散による走行よりも走行速度が高いので、ヘテロバイポ
ーラトランジスタの動作速度をさらに向上させることが
可能になる。しかし、従来の傾斜ベース構造を有するＳ
ｉＧｅ−ＨＢＴでは、平均格子歪みが０．５％であるこ
とという制限から、ベース層におけるコレクタに接する
部分のＧｅ含有率を２０％程度までしか大きくすること
ができなかったので、バンドギャップの最小値Ｃ２を
０．９７ｅＶ以下にすることは困難であった。そのた
め、ベース層における伝導帯端の傾斜の程度も、（１．
１２−０．９７）（ｅＶ）／ｔ＝０．１５ｅＶ／ｔ（ｔ
はベース層の厚み）以上に大きくすることができない。

【０１０２】一方、図１１（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、本実施形態の真性ベース層８ａを包含するＳｉＧｅ
Ｃ層４の中央層４ａは、Ｓｉ層５（エミッタ層）に接す
る部分においてはＧｅ含有率及びＣ含有率を０（つまり
Ｓｉ単独の組成）とし、Ｓｉ結晶膜２０（コレクタ層）
に接する部分においてはＧｅ含有率を４０％，Ｃ含有率
を１％としている。そして、ＳｉＧｅＣ層４において、
Ｓｉ層５からＳｉエピタキシャル層２０に向かう方向に
Ｇｅ含有率およびＣ含有率が直線的に大きく増大する構
造となっている。ただし、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ
含有率とＣ含有率との比は一定（４０：１）に保たれて
いる。また、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂにおいては、Ｇ
ｅ含有率及びＣ含有率が中央層４ａからＳｉエピタキシ
ャル層２０に向かう方向に徐々に減小している。ただ
し、本実施形態においては、ＳｉＧｅＣ層４のうちＳｉ
層５に接する部分がＳｉ単一組成であるので、中央層４
ａと上層４ｃとが連続した組成を有し、一体化されてい
る。

【０１０３】この場合、Ｇｅ含有率が４０％，Ｃ含有率
が１．０％のＳｉＧｅＣ層のバンドギャップは０．８３
ｅＶである。したがって、（１．１２−０．８３）（ｅ
Ｖ）／ｔ＝０．２９ｅＶ（２９０ｍｅＶ）／ｔ（ｔはベ
ース層の厚み）の伝導帯端の傾斜を実現することができ
る。そして、ＳｉＧｅＣ層４における伝導帯端の傾斜
は、Ｇｅ含有率，Ｃ含有率を変化させることによってさ
らに大きくすることも可能である。したがって、本発明
のＳｉＧｅＣ層によって構成される真性ベース層におい
ては、転位の発生を招かない平均格子歪み（１．０％）
（最大格子歪み２．０％）の範囲内でバンドギャップの
傾斜をさらに大きくすることが可能である。

【０１０４】すなわち、本実施形態のヘテロバイポーラ
トランジスタによると、Ｇｅ含有率及びＣ含有率の調整
により、真性ベース層８ａにおける格子歪みを抑制しつ
つ真性ベース層８ａにおけるコレクタ層に接する部分の
バンドギャップを極めて小さくすることができることか
ら、バンドギャップがエミッタ側からコレクタ側に向か
う方向に減小する傾斜の度合いの大きい，電界によるキ
ャリアの加速機能の高いＨＢＴを実現することができ
る。

【０１０５】特に、本実施形態のように、ＳｉＧｅＣ層
４を、Ｓｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル
層２０（コレクタ側）に向かう方向にＧｅ含有率及びＣ
含有率が直線的に増大していく傾斜組成構造とすること
により、バンドギャップがエミッタ側からコレクタ側に
向かう方向に直線的に減小している傾斜電界加速機能の
高いＨＢＴを実現することができる。具体的には、上述
のようなＳｉＧｅＣ層４の組成によって、ＳｉＧｅＣ層
４のうちＳｉ層５に接する部分の格子歪みが１．２％と
なる。この値は、上述の転位の発生を招かないための平
均格子歪み１．０％よりも大きい値である。しかし、真
性ベース層８ａを構成するＳｉＧｅＣ層４が傾斜組成構
造の場合は、ＳｉＧｅＣ層４全域にわたる平均的な格子
歪みが重要な値となる。本実施形態のＳｉＧｅＣ層４に
おいては、ＳｉＧｅＣ層４の平均的な格子歪みは０．６
％であり、この値は１．０％以下の値であるので、真性
ベース層８ａにおける転位の発生を招くことはなく、問
題はない。そして、真性ベース層８ａを構成するＳｉＧ
ｅＣ層４をこのような傾斜組成構造とすることにより、
ＳｉＧｅＣ層４のエミッタ側端部からコレクタ側端部に
亘って２９０ｍｅＶものバンドギャップの変化が得られ
るので、キャリア（ここでは電子）に対するより強い電
界加速機能を発揮することができ、超高速動作が可能な
ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴを得ることができる。

【０１０６】なお、ＳｉＧｅＣ層４内においてエネルギ
ーギャップがＳｉ層５からＳｉエピタキシャル層２０に
向かう方向に増大する形状が必ずしも直線的である必要
はないが、直線的に増大する場合には、ＳｉＧｅＣ層４
内において常に一定の加速度をキャリアに与えることが
でき、キャリアを加速する機能が特に大きい。

【０１０７】ここで、ＳｉＧｅＣ層４の全域にわたる平
均的な格子歪みが１．０％以下となる状態とは、以下の
ような場合をいう。例えば、図１１（ｃ）に示すごとく
真性ベース層８ａを構成するＳｉＧｅＣ層４のうちＳｉ
層５に接する部分（エミッタ側端部）の組成をＳｉ単一
組成とし、ＳｉＧｅＣ層４内においてＳｉ層５に接する
部分からＳｉ結晶膜２０に接する部分（コレクタ側端
部）に向かう方向にＧｅ含有率およびＣ含有率が直線的
に増加していく三角形のプロファイルをもつ場合には、
Ｇｅ含有率およびＣ含有率がピークとなる中央層４ａの
コレクタ側端部における組成の格子歪み量が２％以下と
なるような場合である。

【０１０８】本実施形態では、ＳｉＧｅＣ層４が圧縮歪
みを受けている領域Ｒａ（図１０参照）における組成を
有するＳｉＧｅＣ層４が傾斜組成を有する場合について
説明したが、その際、以下の事項に留意する必要があ
る。

【０１０９】図１２は、図１と同じＳｉＧｅＣ三元混晶
半導体におけるＧｅ及びＣの含有率とバンドギャップ，
格子歪みの関係を示す図であって、Ｇｅ含有率及びＣ含
有率を両者の比を一定としながら直線的に変化させる場
合の組成の変化方向を矢印によって示している。図１２
からわかるように、ＳｉＧｅＣ層４を格子整合させた状
態で（図１２における格子歪みが０％の直線上の部分）
バンドギャップを傾斜させる場合には、ＳｉＧｅＣ層４
の組成制御を十分に行わないと、その組成が仕様から若
干ずれた場合には、バンドギャップの等高線に対して垂
直に近い方向に変化するので、バンドギャップの変動が
大きく再現性に問題がある。したがって、格子整合した
状態でバンドギャップを傾斜させる構造は回避して、Ｓ
ｉＧｅＣ層４の圧縮歪みを受けた領域又は引っ張り歪み
を受けた領域のいずれかのみにおいて傾斜組成を持たせ
るほうが望ましい。また、結晶成長の観点からも、圧縮
歪みをうけた領域での傾斜組成としたほうが、ＧｅやＣ
の含有率をできるだけ少なくしつつ、より小さなバンド
ギャップを実現することができる点で望ましい。

【０１１０】以上のことから、本実施形態の真性ベース
層８ａを構成するＳｉＧｅＣ層４においては、格子整合
条件に適合する部分（図１２における格子歪みが０％の
直線上の部分）を含まずに、ＳｉＧｅＣ層４の全域に亘
る平均的な格子歪みが１．０％以下の圧縮歪みを受ける
領域内において、Ｇｅ含有率およびＣ含有率を変化させ
ておくことが望ましい。

【０１１１】また、本実施形態においては、図１１
（ｃ）に示すように、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂにおけ
るＧｅ含有率及びＣ含有率を中央部４ａからＳｉエピタ
キシャル層２０に向かう方向に徐々に減小させているの
で、第１の実施形態と同様に、ベース・コレクタ接合界
面（ＳｉＧｅＣ層４−Ｓｉエピタキシャル層２０間のヘ
テロ障壁）において、寄生バリア（図６（ａ）参照）や
ノッチ（図７（ａ）参照）の発生を抑制し、伝導帯にお
ける明瞭なポテンシャル段差の発生を抑制して、スムー
ズなバンド構造を得ることができる。

【０１１２】ただし、下層４ｂにおけるＣ含有率のみを
中央層からＳｉエピタキシャル層２０に向かう方向に徐
々に減小させてもよい。また、ノッチなどのバンドオフ
セットが深刻な不具合を招くことがない種類のバイポー
ラトランジスタにおいては、下層４ｂに傾斜組成を持た
せる必要は必ずしもない。

【０１１３】このように、本実施形態の傾斜組成を有す
るＳｉＧｅＣ層４によって構成される真性ベース層８ａ
を備えたＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおいて、さらに、Ｓｉ／
ＳｉＧｅＣヘテロ接合界面でＣ含有率やＧｅ含有率が変
化する傾斜組成とすることにより、キャリアの走行を阻
害することなく、高周波特性に優れた実用的なヘテロバ
イポーラトランジスタを形成することができる。

【０１１４】（第３の実施形態）次に、真性ベース層８
ａが傾斜組成ＳｉＧｅＣにより構成され、かつエミッタ
−ベース間のビルトインポテンシャルが低減されたＳｉ
ＧｅＣ−ＨＢＴに関する第３の実施形態について説明す
る。

【０１１５】図１３（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本実
施形態における傾斜組成ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのエネルギ
ーバンド図、及びＧｅ含有率，Ｃ含有率及びＢ（ボロ
ン）濃度を示す図である。本実施形態においては、真性
ベース層８ａを構成するＳｉＧｅＣ層４の中央層４ａの
うち，エミッタを構成するＳｉ層５に接する部分をＳｉ
単一組成ではなく、Ｓｉよりもバンドギャップの小さい
ＳｉＧｅ又はＳｉＧｅＣにより構成している。また、真
性ベース層８ａを構成するＳｉＧｅＣ層４の中央層４ａ
のうち，コレクタを構成するＳｉエピタキシャル層２０
に接する部分をＳｉよりもバンドギャップの小さいＳｉ
ＧｅＣにより構成している。そして、ＳｉＧｅＣ層４の
下層４ｂにおいては、Ｇｅ含有率及びＣ含有率が中央層
４ａからＳｉエピタキシャル層２０に向かう方向に徐々
に減小している。さらに、ＳｉＧｅＣ層４の上層４ｃに
おいても、Ｇｅ含有率及びＣ含有率がＳｉ層５から中央
層４ａに向かう方向に徐々に増大している。

【０１１６】そして、ＳｉＧｅＣ層４とＳｉ層９との伝
導帯同士のポテンシャル差Ａ１は、ＳｉＧｅＣ層４とＳ
ｉ層９との価電子帯同士のポテンシャル差Ｂ１よりも小
さくしている。すなわち、エミッタ・ベース間のＰＮ接
合のビルトインポテンシャルを小さくし、低電圧動作を
可能としている。なお、第２の実施形態と同様に、Ｓｉ
ＧｅＣ層４とＳｉエピタキシャル層２０との伝導帯同士
のポテンシャル差Ａ２は、ＳｉＧｅＣ層４とＳｉエピタ
キシャル層２０との価電子帯同士のポテンシャル差Ｂ２
よりも小さい。

【０１１７】また、ＳｉＧｅＣ層４内において、Ｓｉ層
５と接する部分のバンドギャップＣ１はＳｉエピタキシ
ャル層２０に接する部分のバンドギャップＣ２よりも大
きい。つまり、真性ベース層８ａを構成するＳｉＧｅＣ
層４のバンドギャップはＳｉ層５（エミッタ側）からＳ
ｉエピタキシャル層２０（コレクタ側）に向かう方向に
直線的に減小している。つまり、ＳｉＧｅＣ層４は傾斜
組成を有しており、これにより、真性ベース層８ａでの
傾斜電界が生じ、真性ベース層８ａを走行するキャリア
に加速度を与えて高速動作を可能としている。なお、Ｓ
ｉＧｅＣ層全域にわたる平均的な歪み量は１．０％以下
となる組成を選んでいる。以上のような構成にすること
により、低電圧動作が可能でかつ高周波特性に優れたヘ
テロバイポーラトランジスタを実現できる。

【０１１８】次に、本実施形態において採用したＳｉＧ
ｅＣ層４の具体的な組成について説明する。例えば、Ｓ
ｉＧｅＣ層４のうちＳｉ層５に接する部分（エミッタ
側）のＧｅ含有率を３０％、Ｃ含有率を３．３％とし、
Ｓｉエピタキシャル層２０（コレクタ側）に接する部分
のＧｅ含有率を４０％、Ｃ含有率を３．３％とする。つ
まり、ＳｉＧｅＣ層４の両端部におけるＣ含有率は互い
に等しい。そして、ＳｉＧｅＣ層４内において、Ｇｅ含
有率がＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル
層２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に増大して
いる。

【０１１９】なお、本実施形態においても、ＳｉＧｅＣ
層４内においてエネルギーギャップがＳｉ層５からＳｉ
エピタキシャル層２０に向かう方向に増大する形状が必
ずしも直線的である必要はないが、直線的に増大する場
合には、ＳｉＧｅＣ層４内において常に一定の加速度を
キャリアに与えることができ、キャリアを加速する機能
が特に大きい。

【０１２０】この時、ＳｉＧｅＣ層４のうちＳｉ層５に
接する部分（Ｇｅ３０％、Ｃ３．３％）において、バン
ドギャップが０．９９ｅＶで、格子歪みが０．１％であ
る。ＳｉＧｅＣ層４のうちＳｉエピタキシャル層２０に
接する部分（Ｇｅ４０％、Ｃ３．３％）において、バン
ドギャップが０．９１ｅＶで、格子歪みが０．５％であ
る。このような構造により、ＳｉＧｅＣ層４の全域にわ
たる平均的な格子歪みは０．３％程度となり、実用上も
問題がない。このような組成のＳｉＧｅＣ層４により真
性ベース層８ａを構成することによって、従来のＳｉＧ
ｅ−ＨＢＴよりエミッタ側バンドギャップが小さく、低
電圧で動作しかつ高速動作が可能なＳｉＧｅＣ−ＨＢＴ
を得ることができる。

【０１２１】また、結晶成長の観点からも歪みがないよ
りは圧縮歪みを受けた領域での傾斜組成としたほうが、
Ｃの含有率が少ない状態でより小さなバンドギャップを
実現できるため、本実施形態においても、圧縮歪みを受
けたＳｉＧｅＣを用いて真性ベース層８ａを構成してい
る。すでに説明したが、図１２からわかるように、Ｓｉ
ＧｅＣ層４内において格子整合した状態でバンドギャッ
プを傾斜させようとすると、組成制御を十分に行わない
と、組成が若干ずれた場合のバンドギャップの変動が大
きく再現性に問題がある。そこで、格子整合した状態で
の傾斜バンドギャップ構造は回避して、圧縮歪みを受け
た領域Ｒａ、または、引っ張り歪みを受けた領域Ｒｂの
いずれかにおいて、ＳｉＧｅＣ層４の組成がＳｉ層５
（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層２０（コレク
タ側）に向かう方向に変化しているような傾斜組成にす
るほうが望ましい。ただし、圧縮歪みを受けた領域Ｒａ
でバンドギャップを傾斜させる場合と、引っ張り歪みを
受けた領域Ｒｂでバンドギャップを傾斜させる場合とで
は、ＧｅおよびＣ含有率の傾斜の方向が異なるので注意
が必要である。以下、バンドギャップを傾斜させるため
の組成傾斜方法について、圧縮歪みを受けた領域Ｒａと
引っ張り歪みを受けた領域Ｒｂとに分けて説明する。

【０１２２】−圧縮歪みを受けた領域における組成傾斜
方法の例− 図１４は、ＳｉＧｅＣ層４の状態図における圧縮歪みを
受けた領域Ｒａにおいてバンドギャップを傾斜させるた
めに好ましい組成傾斜方法の例を説明するための図であ
る。バンドギャップを減小させるためには、直線Ｃo1〜
Ｃo4に示すようないく通りかの方法がある。

【０１２３】図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１４の直線Ｃ
o1〜Ｃo4にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図であ
る。

【０１２４】図１５（ａ）は、図１４に示す直線Ｃo1に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＣ含有率を一定とし、
Ｇｅ含有率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキ
シャル層２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に増
大させた場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図であ
る。

【０１２５】図１５（ｂ）は、図１４に示す直線Ｃo2に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ含有率を一定と
し、Ｃ含有率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタ
キシャル層２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に
減小させた場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図であ
る。

【０１２６】図１５（ｃ）は、図１４に示す直線Ｃo3に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ含有率をＳｉ層５
（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層２０（コレク
タ側）に向かう方向に直線的に増大させ、かつ、Ｃ含有
率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層
２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に減小させた
場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図である。

【０１２７】図１５（ｄ）は、図１４に示す直線Ｃo4に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ含有率をＳｉ層５
（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層２０（コレク
タ側）に向かう方向に直線的に増大させ、かつ、Ｃ含有
率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層
２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に増大させた
場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図である。

【０１２８】−引っ張り歪みを受けた領域における組成
傾斜方法の例− 図１６は、ＳｉＧｅＣ層４の状態図における引っ張り歪
みを受けた領域Ｒｂにおいてバンドギャップを傾斜させ
るために好ましい組成傾斜方法の例を説明するための図
である。バンドギャップを減小させるためには、直線Ｔ
e1〜Ｔe4に示すようないく通りかの方法がある。

【０１２９】図１７（ａ）〜（ｄ）は、図１６の直線Ｔ
e1〜Ｔe4にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図であ
る。

【０１３０】図１７（ａ）は、図１６に示す直線Ｔe1に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＣ含有率を一定とし、
Ｇｅ含有率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキ
シャル層２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に減
小させた場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図であ
る。

【０１３１】図１７（ｂ）は、図１６に示す直線Ｔe2に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ含有率を一定と
し、Ｃ含有率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタ
キシャル層２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に
増大させた場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図であ
る。

【０１３２】図１７（ｃ）は、図１６に示す直線Ｔe3に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ含有率をＳｉ層５
（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層２０（コレク
タ側）に向かう方向に直線的に減小させ、かつ、Ｃ含有
率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層
２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に増大させた
場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図である。

【０１３３】図１７（ｄ）は、図１６に示す直線Ｔe4に
沿って、ＳｉＧｅＣ層４におけるＧｅ含有率をＳｉ層５
（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層２０（コレク
タ側）に向かう方向に直線的に増大させ、かつ、Ｃ含有
率をＳｉ層５（エミッタ側）からＳｉエピタキシャル層
２０（コレクタ側）に向かう方向に直線的に増大させた
場合のＧｅ含有率及びＣ含有率を示す図である。

【０１３４】上述のように、ＳｉＧｅＣ層４のＳｉ層５
（エミッタ側）に接する部分の組成を格子整合条件に一
致するように（歪みが０％の直線上）にした場合には、
ＳｉＧｅＣの組成の制御を正確に行わないと、ＳｉＧｅ
Ｃの組成の傾斜方向によっては、逆のバンドギャップ勾
配（コレクタ側からエミッタ側にバンドギャップが減小
する勾配）をもつことがあるので、ＳｉＧｅＣ層４のＳ
ｉ層５に接する部分の組成を格子整合条件からずらし、
圧縮歪みを受ける領域Ｒａ内もしくは引っ張り歪みを受
ける領域Ｒｂ内のいずれか一方のみでＳｉＧｅＣ層４の
組成を傾斜させることが望ましい。

【０１３５】本実施形態によると、ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴ
の真性ベース層８ａを構成するＳｉＧｅＣ層４のうち，
エミッタ層９を構成するＳｉ層５に接する部分の組成を
Ｓｉ単独組成ではなくＧｅ及びＣのうち少なくともいず
れか一方を含む組成とし、ＳｉＧｅＣ層４のＳｉ層５と
接する部分のバンドギャップをＳｉ層５よりも小さくす
るようにしたので、上記第２の実施形態と同様の効果に
加えて、エミッタ・ベース間のＰＮ接合のビルトインポ
テンシャルを低減することにより、ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴ
の低電圧動作化を図ることができる。

【０１３６】なお、本実施形態においても、ＳｉＧｅＣ
層４の全域に亘る平均的な歪み量が１．０％以下となる
ようなＳｉＧｅＣの組成を選択している。このように構
成することにより、低電圧動作が可能でかつ高周波特性
に優れたヘテロバイポーラトランジスタを実現できる。

【０１３７】なお、本実施形態においては、ＳｉＧｅＣ
層４のうちＳｉ層５に接する部分の組成がＳｉ，Ｇｅ及
びＣを含む組成としているが、図１４，図１６からわか
るように、圧縮歪みを受けた領域Ｒａ内で傾斜組成制御
を行なう場合には、Ｃを含まずＳｉ及びＧｅを含む組成
としてもよいし、引っ張り歪みを受けた領域Ｒｂ内で傾
斜組成制御を行なう場合にはＧｅを含まずＳｉ及びＣを
含む組成としてもよい。

【０１３８】また、本実施形態においては、図１３
（ｂ）に示すように、ＳｉＧｅＣ層４の下層４ｂにおけ
るＧｅ含有率及びＣ含有率を中央部４ａからＳｉエピタ
キシャル層２０に向かう方向に徐々に減小させ、かつ、
ＳｉＧｅＣ層４の上層４ｃにおけるＧｅ含有率及びＣ含
有率をＳｉ層５から中央部４ａに向かう方向に徐々に増
大させているので、第１の実施形態と同様に、ベース・
コレクタ接合界面（ＳｉＧｅＣ層４−Ｓｉエピタキシャ
ル層２０間のヘテロ障壁）及びエミッタ・ベース接合界
面において、寄生バリア（図６（ａ）参照）やノッチ
（図７（ａ）参照）の発生を抑制し、伝導帯における明
瞭なポテンシャル段差の発生を抑制して、スムーズなバ
ンド構造を得ることができる。

【０１３９】ただし、下層４ｂ，上層４ｃにおけるＣ含
有率のみを中央層からＳｉエピタキシャル層２０又はＳ
ｉ層５に向かう方向に徐々に減小させてもよい。また、
ノッチなどのバンドオフセットが深刻な不具合を招くこ
とがない種類のバイポーラトランジスタにおいては、下
層４ｂ，上層４ｃに傾斜組成を持たせる必要は必ずしも
ない。

【０１４０】このように、本実施形態の傾斜組成を有す
るＳｉＧｅＣ層４によって構成される真性ベース層８ａ
を備えたＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにおいて、さらに、Ｓｉ／
ＳｉＧｅＣヘテロ接合界面でＣ含有率やＧｅ含有率が徐
々に変化する傾斜組成とすることにより、キャリアの走
行を阻害することなく、高周波特性に優れた実用的なヘ
テロバイポーラトランジスタを形成することができる。

【０１４１】なお、上記各実施形態では、図２に示すヘ
テロバイポーラトランジスタ単体の構造を前提としてそ
の特性の向上対策について説明したが、当然のことなが
ら、バイポーラトランジスタとＣＭＯＳを集積化したＢ
ｉＣＭＯＳデバイスのバイポーラトランジスタを本発明
によるＳｉＧｅＣ−ＨＢＴによって構成してもかまわな
い。

【０１４２】また、本発明の実施形態では、ＮＰＮ型Ｓ
ｉＧｅＣ−ＨＢＴを例にとって説明したが、本発明をＰ
ＮＰ型ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴにも適用しうることはいうま
でもない。

【０１４３】

【発明の効果】本発明のヘテロバイポーラトランジスタ
によると、基板上に、第１の半導体層を含むエミッタ層
と、第１の半導体層よりもバンドギャップの小さいＳｉ
ＧｅＣ結晶からなる第２の半導体層内に形成されたベー
ス層と、第２の半導体層よりもバンドギャップの大きい
第３の半導体層を含むコレクタ層とを備え、上記第２の
半導体層の平均格子歪みを１．０％以下としたので、格
子不整合を招くことなく第２の半導体層と第１，第３の
半導体層とのバンドギャップ差を拡大することにより、
ビルトイン電圧の低減による電流増幅率の増大や傾斜組
成ベース構造による動作速度の向上などを実現でき、よ
って、信頼性の高いかつ機能の優れたヘテロバイポーラ
トランジスタの提供を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳｉＧｅＣ三元混晶半導体におけるＧｅおよび
Ｃの含有率とバンドギャップ，格子歪みの関係を示す状
態図である。

【図２】本発明の実施形態におけるヘテロバイポーラト
ランジスタの断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｋ）は、本発明の実施形態における
ヘテロバイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図
である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ順に、従来のＮＰ
Ｎ型Ｓｉ−ＢＪＴのエネルギーバンド構造、従来の均一
組成ベース層を有するＮＰＮ型ＳｉＧｅ−ＨＢＴのエネ
ルギーバンド構造、本実施形態の均一組成ＳｉＧｅＣベ
ース層を有するＮＰＮ型ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのエネルギ
ーバンド図である。

【図５】本発明の実施形態に係るヘテロバイポーラトラ
ンジスタのベース・コレクタ電流のベース電圧依存特性
（ガンメルプロット）を従来のＳｉ−ＢＪＴ，ＳｉＧｅ
−ＨＢＴと比較して示す図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ベース層用
のボロンが全体的に均一組成を有するＳｉＧｅＣ層より
も広い範囲にドープされたヘテロバイポーラトランジス
タの各結晶層の位置とベース，エミッタ，コレクタの位
置との関係を示す図、及びトランジスタのエネルギーバ
ンド図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ベース層用
のボロンが全体に均一組成を有するＳｉＧｅＣ層内にド
ープされたヘテロバイポーラトランジスタの各結晶層の
位置とベース，エミッタ，コレクタの位置との関係を示
す図、及びトランジスタのエネルギーバンド図である。

【図８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ベース層用
のボロンが、中央層が均一組成で両側の下層，上層が傾
斜組成のＳｉＧｅＣ層内のみにドープされたヘテロバイ
ポーラトランジスタの各結晶層の位置とベース，エミッ
タ，コレクタの位置との関係を示す図、及びトランジス
タのエネルギーバンド図である。

【図９】（ａ），（ｂ）は、ベース層用のボロンが、中
央層が均一組成で両側の下層，上層が傾斜組成（Ｃの
み）のＳｉＧｅＣ層内のみにドープされたヘテロバイポ
ーラトランジスタの各結晶層の位置とベース，エミッ
タ，コレクタの位置との関係を示す図、及びトランジス
タのエネルギーバンド図である。

【図１０】図１と同様のパラメータについて、１．０％
以下の圧縮歪みを受ける領域を示す状態図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来の傾斜組成
のベース層を有するＳｉＧｅ−ＨＢＴのエネルギバンド
図、第２の実施形態に係る傾斜組成のベース層を有する
ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのエネルギーバンド図、及び第２の
実施形態のＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのＧｅ含有率，Ｃ含有率
及びＢ（ボロン）濃度を示す図である。

【図１２】図１と同様のパラメータについて、第２の実
施形態においてＧｅ及びＣ含有率を両者の比を一定とし
ながら直線的に変化させる場合の組成の変化方向を示す
状態図である。

【図１３】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、第３の実施形
態における傾斜組成ＳｉＧｅＣ−ＨＢＴのエネルギーバ
ンド図、及びＧｅ含有率，Ｃ含有率及びＢ（ボロン）濃
度を示す図である。

【図１４】ＳｉＧｅＣ層の状態図における圧縮歪みを受
けた領域においてバンドギャップを傾斜させるために好
ましい組成傾斜方法の例を説明するための図である。

【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、図１４の直線Ｃo1〜Ｃo4
にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図である。

【図１６】ＳｉＧｅＣ層の状態図における引っ張り歪み
を受けた領域においてバンドギャップを傾斜させるため
に好ましい組成傾斜方法の例を説明するための図であ
る。

【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、図１６の直線Ｔe1〜Ｔe4
にそれぞれ対応する組成傾斜方法を示す図である。

【図１８】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴなどにおけるＳｉ層
の上に形成されたＳｉＧｅ膜のＧｅ含有率と格子歪み，
臨界膜厚との関係を示す特性図である。

【図１９】一般式Ｓｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y で表されるＳｉ
ＧｅＣ結晶層について、９５０℃下で１５ｓｅｃ分間の
熱処理（ＲＴＡ）を行なったときの結晶性の変化を示す
データである。

【図２０】（ａ）〜（ｄ）は、Ｓｉ_1-x Ｇｅ_x 結晶層及
びＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ_y 結晶層の各組成における熱処理
によるＸ線回折スペクトルの変化を示す図である。

【図２１】Ｇｅ含有率が２１．５％であるＳｉ_1-x Ｇｅ
_x 結晶層及びＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ _y 結晶層をベース層と
して有するバイポーラトランジスタのエミッタ接地にお
けるＶ_CE −Ｉ_C 特性を示す図である。

【図２２】Ｇｅ含有率が２６．８％であるＳｉ_1-x Ｇｅ
_x 結晶層及びＳｉ_1-x-y Ｇｅ_x Ｃ _y 結晶層をベース層と
して有するバイポーラトランジスタのエミッタ接地にお
けるＶ_CE −Ｉ_C 特性を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ基板 ２ ＬＯＣＯＳ膜 ３ａ サブコレクタ層 ３ｂ コレクタ層 ３ｃ コレクタウォール層 ４ ＳｉＧｅＣ層（第２の半導体層） ５ Ｓｉ層（第３の半導体層） ６ ＢＳＧ膜 ７ 保護酸化膜 ８ａ 真性ベース層 ８ｂ 外部ベース層 ９ エミッタ層 ９ａ 高濃度エミッタ層 １０ サイドウォール １１ エミッタ電極 １２ コレクタ電極 １３ 層間絶縁膜 １４ コレクタコンタクト層 ２０ Ｓｉ単結晶膜（第１の半導体層） ２１ Ａｌ配線 ２２ Ａｌ配線 ２３ Ａｌ配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神澤 好彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−116794（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102177（ＪＰ，Ａ) Ｌａｎｚｅｒｏｔｔｉ，Ｌ．Ｄ． ｅ ｔ．ａｌ．，Ｓｉ／Ｓｉｌ−ｘ−ｙＧｅ ｘＣｙ／Ｓｉ Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔ ｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉ ｓｔｏｒｓ，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏ ｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ, 1996年 ７月，Ｖｏｌ．17， Ｎｏ. ７，ｐｐ．334−337 Ｏｒｎｅｒ，Ｂ．Ａ．＆ Ｋｏｌｏｄ ｚｅｙ，Ｊ． ，Ｓｉｌ−ｘ−ｙＧｅｘ Ｃｙ ａｌｌｏｙ ｂａｎｄ ｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅｓ ｂｙ ｌｉｎｅａｒ ｃ ｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｔｍｉ ｃ ｏｒｂｉｔａｌｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ ｓ，1997年 ５月15日，ｖｏｌ．81， ｎｏ．10，ｐｐ．6773−6780 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/331 H01L 29/165 H01L 29/737

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、Ｓｉを成分として有する半導
   体材料により構成される第１の半導体層と、Ｓｉ，Ｇｅ
   及びＣを成分として有し上記第１の半導体層よりもバン
   ドギャップの小さい半導体材料により構成される上層，
   中央層及び下層からなる第２の半導体層と、Ｓｉを成分
   として有し上記第２の半導体層よりもバンドギャップが
   大きい半導体材料により構成される第３の半導体層とを
   順次積層して構成され、上記第１の半導体層と上記第２
   の半導体層との間にヘテロ障壁が形成されているととも
   に、 上記第１の半導体層に形成され、第１導電型不純物を含
   むコレクタ層と、 上記第２の半導体層に形成され、第２導電型不純物を含
   むベース層と、 上記第３の半導体層に形成され、第１導電型不純物を含
   むエミッタ層とを備え、 上記第２の半導体層の平均格子歪みが１．０％以下であ
   ることを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタにお
   いて、上記第２の半導体層の中央層において、第３の半導体層
   から第１の半導体層に向かう方向にバンドギャップが減
   小していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジ
   スタ 。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第３の半導体層は、Ｓｉのみによって構成され、 上記第２の半導体層の上層の組成は上記中央層と連続的
   に変化して、その第３の半導体層に接する部分はＳｉの
   みによって構成され、 上記第２の半導体層の上記中央層及び上層は、Ｇｅ及び
   Ｃのうち少なくとも一方の含有率が上記第３の半導体層
   から上記第１の半導体層に向かう方向に増大するように
   傾斜する組成を有することを特徴とするヘテロバイポー
   ラトランジスタ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の上記中央層及び上層において、Ｇ
   ｅとＣとの含有率比を一定に保ちながら両者の含有率が
   増大していることを特徴とするヘテロバイポーラトラン
   ジスタ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の下層において、Ｃの含有率が上記
   中央層から上記第１の半導体層に向かう方向に減小して
   いることを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の下層において、Ｇｅ及びＣの含有
   率が上記中央層から上記第１の半導体層に向かう方向に
   減小していることを特徴とするヘテロバイポーラトラン
   ジスタ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の上層は、Ｇｅ及びＣのうち少なく
   ともいずれか一方を含むＳｉにより構成されており、 Ｇｅ又はＣの含有率が上記第３の半導体層から上記第１
   の半導体層に向かう方向に変化するように第２の半導体
   層の組成が傾斜していることを特徴とするヘテロバイポ
   ーラトランジスタ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
   を有しており、かつ、Ｃの含有率が一定でＧｅの含有率
   が第３の半導体層から第１の半導体層に向かう方向に増
   大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテロバ
   イポーラトランジスタ。
8. 【請求項８】 請求項６に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
   を有しており、かつ、Ｇｅの含有率が一定でＣの含有率
   が第３の半導体層から第１の半導体層に向かう方向に減
   小する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテロバ
   イポーラトランジスタ。
9. 【請求項９】 請求項６に記載のヘテロバイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
   を有しており、かつ、第３の半導体層から第１の半導体
   層に向かう方向に、Ｇｅの含有率が増大しＣの含有率が
   減小する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテロ
   バイポーラトランジスタ。
10. 【請求項１０】 請求項６に記載のヘテロバイポーラト
    ランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、圧縮歪みを受ける組成
    を有しており、かつ、第３の半導体層から第１の半導体
    層に向かう方向に、Ｇｅ及びＣの含有率が増大する傾斜
    組成を有していることを特徴とするヘテロバイポーラト
    ランジスタ。
11. 【請求項１１】 請求項６に記載のヘテロバイポーラト
    ランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
    組成を有しており、かつ、Ｃの含有率が一定でＧｅの含
    有率が第３の半導体層から第１の半導体層に向かう方向
    に減小する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
    ロバイポーラトランジスタ。
12. 【請求項１２】 請求項６に記載のヘテロバイポーラト
    ランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
    組成を有しており、かつ、Ｇｅの含有率が一定でＣの含
    有率が第３の半導体層から第１の半導体層に向かう方向
    に増大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
    ロバイポーラトランジスタ。
13. 【請求項１３】 請求項６に記載のヘテロバイポーラト
    ランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
    組成を有しており、かつ、第３の半導体層から第１の半
    導体層に向かう方向にＧｅの含有率が減小しＣの含有率
    が増大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
    ロバイポーラトランジスタ。
14. 【請求項１４】 請求項６に記載のヘテロバイポーラト
    ランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の中央層は、引っ張り歪みを受ける
    組成を有しており、かつ、第３の半導体層から第１の半
    導体層に向かう方向にＧｅの含有率が増大しＣの含有率
    が増大する傾斜組成を有していることを特徴とするヘテ
    ロバイポーラトランジスタ。
15. 【請求項１５】 請求項６〜１４のうちいずれか１つに
    記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第２の半導体層のうち上記中央層と第３の半導体層
    との間に介在する縦方向における端部領域において、Ｃ
    の含有率が第３の半導体層から上記中央層に向かう方向
    に増大していることを特徴とするヘテロバイポーラトラ
    ンジスタ。
16. 【請求項１６】 請求項６〜１４のうちいずれか１つに
    記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の上層において、Ｃ及びＧｅの含有
    率が第３の半導体層から上記中央層に向かう方向に増大
    していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジス
    タ。
17. 【請求項１７】 請求項６〜１４のうちいずれか１つに
    記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の下層において、Ｃの含有率が上記
    中央層から第１の半導体層に向かう方向に減小している
    ことを特徴とするヘテロバイポーラトランジスタ。
18. 【請求項１８】 請求項６〜１４のうちいずれか１つに
    記載のヘテロバイポーラトランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の下層において、Ｃ及びＧｅの含有
    率が上記中央層から第１の半導体層に向かう方向に減小
    していることを特徴とするヘテロバイポーラトランジス
    タ。