JPH0669220A - ヘテロ接合GaAs系バイポーラトランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合GaAs系バイポーラトランジスタ

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JPH0669220A
JPH0669220A JP29054191A JP29054191A JPH0669220A JP H0669220 A JPH0669220 A JP H0669220A JP 29054191 A JP29054191 A JP 29054191A JP 29054191 A JP29054191 A JP 29054191A JP H0669220 A JPH0669220 A JP H0669220A
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JP
Japan
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layer
base layer
bipolar transistor
gaas
base
Prior art date
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Pending
Application number
JP29054191A
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English (en)
Inventor
Norio Okubo
典雄 大久保
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流増幅率、電流利得遮断周波数を向上さ
せ、消費電力を低下させたヘテロ接合GaAs系バイポ
ーラトランジスタを提供する。 【構成】 半導体基板21上にGaAs系化合物からなる
コレクタ層24、ベース層25、26およびエミッタ層27が順
次積層され、且つベース層25、26のバンドギャップがエ
ミッタ層27側で大きくコレクタ層24側で小さくなるよう
に構成されたヘテロ接合GaAs系バイポーラトランジ
スタにおいて、コレクタ層24側のベース層25にベース層
25の格子整合を乱す半導体材料を転移を発生しない範囲
で化合させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合GaAs系
バイポーラトランジスタに関する。
【0002】
【従来技術】近年、半導体装置は高集積化、高速化に向
けて精力的に研究開発が行われている。特に、化合物半
導体のヘテロ接合を利用したヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ(以下、HBTと称す)は、エミッタ注入効率
が高く、高利得かつ高速化が期待され、次世代半導体素
子として注目されている。このHBTにおいて、電流利
得を増加させ、高周波特性を改善するために、ベース内
部の電界が大きくなるグレーデッドベース構造を採用
し、ベース層中の少数キャリアの走行時間を短縮させて
いる。従来のGaAs系ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタは、例えば図2に示すように、半絶縁性GaAs基
板1上にn+ −GaAsからなるサブコレクタ層2、n
−GaAsからなるコレクタ層3、p+ −AlX Ga
1-X As(X=コレクタ層側0→0.1グレーティング
層側)ベース層4、n−AlY Ga1-Y As(Y=ベー
ス層側0.1→0.3エミッタ層側)からなるグレーテ
ィング層5、n−Al0.3 Ga0.7 Asからなるエミッ
タ層6およびn+ −GaAsからなるキャップ層7’が
順次積層され、コレクタ電極8、絶縁膜7を介してベー
ス電極9およびエミッタ電極10が形成されたものであ
る。上記の構造では、電流利得を得るために、ベース層
4中のAl組成を変化させ、内蔵電界を作りだすグレー
デッドベース構造を採用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、Alの組成を変化させたグレーデッドベース構
造を採用すると、Alの増加とともにベース層のバンド
ギャップは増加する。従って、ベース層のバンドギャッ
プにほぼ比例するターンオン電圧の増加を招き、消費電
力が増大するという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決したヘテロ接合GaAs系バイポーラトランジスタを
提供するもので、半導体基板上にGaAs系化合物から
なるコレクタ層、ベース層およびエミッタ層が順次積層
され、且つベース層のバンドギャップがエミッタ層側で
大きくコレクタ層側で小さくなるように構成されたヘテ
ロ接合GaAs系バイポーラトランジスタにおいて、コ
レクタ層側のベース層にベース層の格子整合を乱す半導
体材料が転移を発生しない範囲で化合してなることを特
徴とするものである。
【0005】
【作用】上述のように、コレクタ層側のベース層にベー
ス層の格子整合を乱す半導体材料が転移を発生しない範
囲で化合していると、その部分に応力が加えられてバン
ドキャップが小さくなるため、ターンオン電圧が減少
し、消費電力も低下する。また、バンドキャップが小さ
くなるだけでなく、有効質量は小さくなり、高速化す
る。なお、半導体材料を転移が発生しない範囲で化合さ
せる理由は、転移が発生すると、転移を介して再結合が
増加し、その結果、ベース層中の少数キャリアのライフ
タイムが低下し、電流利得が減少するからである。
【0006】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。 実施例1.図1は、本発明にかかるヘテロ接合GaAs
系バイポーラトランジスタの一実施例の断面構造図であ
る。図1に示すように、本実施例は、半絶縁性GaAs
基板21上に、厚さ0.05μmのφ−GaAsバッフ
ァ層22、厚さ0.3μmのn+ −GaAsサブコレク
タ層23、厚さ0.3μmのn- −GaAsコレクタ層
(Eg(C) =1.42eV)24、厚さ0.015μm
のp+ −In0.1 Ga0.9 As第1ベース層(Eg(B1)
=1.2eV) 25、厚さ0.035μmのp+ −Ga
As第2ベース層(Eg(B2)=1.42eV) 26、厚
さ0.3μmのn−Al0.26Ga0.74Asエミッタ層
(Eg(E) =1.75eV)27、厚さ0.1μmのn
+ −GaAsキャップ層28を順次積層したものであ
る。29はエミッタ電極、30はベース電極、31はコ
レクタ電極である。なお、第1ベース層25は、格子整
合を乱す材料としてInが化合し、厚さを転位の発生す
る臨界膜厚以下となるように0.015μmとし、不純
物濃度を1×1019cm-3に設定した。上記構造でエミッ
タサイズを4×5μm2 にしたHBT素子は、電流増幅
率βが200、電流利得遮断周波数ft が80GHzと
いう優れた特性を示した。また、ECL(Emitter-Coup
led Logic)回路を製作したところ、ゲート当たりの消費
電力は11mWであった。一方、比較のために、ベース
層を厚さ0.05μm、p+ −AlX Ga1-X As(X
=0.1→0)(Eg(B) =1.55eV→1.42e
V)としてGaAsに格子整合させ、濃度を1×1019
cm-3としたHBT素子を製作したところ、その特性は前
記実施例より劣り、電流増幅率βは150、電流利得遮
断周波数ft は60GHzであった。さらに、ゲート当
たりの消費電力は12mWとなり、上記実施例に比較し
て10%以上消費電力が増加した。 実施例2.本実施例は、半絶縁性InP基板上に、厚さ
0.05μmのφ−InPバッファ層、厚さ0.3μm
のn+ −InPサブコレクタ層、厚さ0.3μmのn-
−In0.53Ga0.47Asコレクタ層(Eg(C) =0.7
5eV)、厚さ0.015μmのp+ −In0.6 Ga
0.4 As第1ベース層(Eg(B1)=0.65eV)、厚
さ0.035μmのp+ −In0.53Ga0.47As第2ベ
ース層(Eg(B2)=0.75eV)、厚さ0.3μmの
n−InPエミッタ層(Eg(E) =1.35eV)、厚
さ0.1μmのn+ −In0.53Ga0.47Asキャップ層
を順次積層したエピタキシャルウェハを用いた。なお、
第1ベース層は、厚さを転位の発生する臨界膜厚以下と
なるように0.015μmとし、不純物濃度を1×10
19cm-3に設定した。上記構造でエミッタサイズを4×5
μm2 にしたHBT素子は、電流増幅率βが300、電
流利得遮断周波数ft が100GHzという優れた特性
を示した。また、ECL回路を製作したところ、ゲート
当たりの消費電力は5mWであった。一方、比較のため
に、第1ベース層を厚さ0.015μmのp+ −In
0.53Ga0.47As(Eg(B1)=0.75eV)、第2ベ
ース層を厚さ0.035μmのp+ −In0.64Ga0.36
As0.800.20(Eg(B2)=0.85eV)としてIn
Pに格子整合させ、濃度を1×1019cm-3としたHBT
素子を製作したところ、その特性は前記実施例より劣
り、電流増幅率βは200、電流利得遮断周波数ft
75GHzであった。さらに、ゲート当たりの消費電力
は6mWとなり、上記実施例に比較して消費電力が増加
した。
【0007】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基板上にGaAs系化合物からなるコレクタ層、ベ
ース層およびエミッタ層が順次積層され、且つベース層
のバンドギャップEg(B)がエミッタ層側で大きくコレク
タ層側で小さくなるように構成されたヘテロ接合GaA
s系バイポーラトランジスタにおいて、コレクタ層側の
ベース層にベース層の格子整合を乱す半導体材料が転移
を発生しない範囲で化合してあるため、その部分のバン
ドギャップが小さくなり、従って、電子の有効質量が小
さくなり、電流増幅率、電流利得遮断周波数が向上し、
消費電力が低下するという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るヘテロ接合GaAs系バイポーラ
トランジスタの一実施例の断面図である。
【図2】従来のヘテロ接合GaAs系バイポーラトラン
ジスタの断面図である。
【符号の説明】
1、21 基板 2、23 サブコレクタ層 3、24 コレクタ層 4 ベース層 5 グレーティング層 6、27 エミッタ層 7 絶縁膜 7’、28 キャップ層 8、31 コレクタ電極 9、30 ベース電極 10、29 エミッタ電極 22 バッファ層 25 第1ベース層 26 第2ベース層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にGaAs系化合物からな
    るコレクタ層、ベース層およびエミッタ層が順次積層さ
    れ、且つベース層のバンドギャップがエミッタ層側で大
    きくコレクタ層側で小さくなるように構成されたヘテロ
    接合GaAs系バイポーラトランジスタにおいて、コレ
    クタ層側のベース層にベース層の格子整合を乱す半導体
    材料が転移を発生しない範囲で化合してなることを特徴
    とするヘテロ接合GaAs系バイポーラトランジスタ。
JP29054191A 1991-10-09 1991-10-09 ヘテロ接合GaAs系バイポーラトランジスタ Pending JPH0669220A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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