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DE10214076A1 - Hetero-Bipolar-Transistor - Google Patents

Hetero-Bipolar-Transistor

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Publication number
DE10214076A1
DE10214076A1 DE10214076A DE10214076A DE10214076A1 DE 10214076 A1 DE10214076 A1 DE 10214076A1 DE 10214076 A DE10214076 A DE 10214076A DE 10214076 A DE10214076 A DE 10214076A DE 10214076 A1 DE10214076 A1 DE 10214076A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
semiconductor material
band gap
gap value
emitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10214076A
Other languages
English (en)
Inventor
Axel Huelsmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FCI Deutschland GmbH
Original Assignee
MergeOptics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MergeOptics GmbH filed Critical MergeOptics GmbH
Priority to DE10214076A priority Critical patent/DE10214076A1/de
Priority to US10/502,460 priority patent/US7375386B2/en
Priority to PCT/DE2003/000257 priority patent/WO2003063253A1/de
Publication of DE10214076A1 publication Critical patent/DE10214076A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D10/00—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H10D10/80—Heterojunction BJTs
    • H10D10/821—Vertical heterojunction BJTs
    • H—ELECTRICITY
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    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/133—Emitter regions of BJTs
    • H10D62/136—Emitter regions of BJTs of heterojunction BJTs 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D62/8164—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation comprising only semiconductor materials 
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    • H10D62/824—Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions

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  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hetero-Bipolar-Transistor mit einem Emitter, welcher eine aus einem ersten Halbleitermaterial gebildete erste Halbleiterschicht (8) und einer aus einem zweiten Halbleitermaterial gebildete zweite Halbleiterschicht (9) umfaßt, wobei ein Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials kleiner als ein Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist. Zwischen der ersten Halbleiterschicht (9) und der zweiten Halbleiterschicht (8) ist eine aus einem Zwischenschicht-Halbleitermaterial gebildete Halbleiterzwischenschicht (10) angeordnet und ein Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials ist größer als der Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials und kleiner als der Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials. An der Grenzfläche zwischen zwei Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Bandlückenwerten bildet sich eine Potentialbarriere aus, die von einem Elektronenstrom zu durchtunneln ist. Die an den Grenzflächen der Halbleiterzwischenschicht (10) auftretenden Energiebarrieren sind für Elektronen gemeinsam leichter zu durchtunneln als eine an einer Grenzfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht (9) und der zweiten Halbleiterschicht (10) ohne eine dazwischen angeordnete Halbleiterzwischenschicht ausbildende Energiebarriere. Somit wird mittels der Erfindung der Widerstand der Hetero-Bipolar-Transistor-Emitteranordnung gesenkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hetero-Bipolar-Transistor mit einem Emitter, welcher eine aus einem ersten Halbleitermaterial gebildete erste Halbleiterschicht und eine aus einem zweiten Halbleitermaterial gebildete zweite Halbleiterschicht umfaßt, wobei ein Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials kleiner als ein Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist.
  • Hetero-Bipolar-Transistoren (HBT) weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Besonders das sehr gute Frequenzverhalten hat dazu geführt, daß Hetero-Bipolar-Transistoren vermehrt in Hochfrequenzschaltungen eingesetzt werden, die zum Beispiel in der Mobilfunktechnik benötigt werden. Die mit Hetero-Bipolar-Transistoren erreichbaren Schaltfrequenzen liegen oberhalb von 100 GHz.
  • Es werden häufig Hetero-Bipolar-Transistoren verwendet, die auf der III-V-Halbleitertechnologie basieren. Ein Emitter eines bekannten npn InP-Hetero-Bipolar-Transistors umfaßt eine Abfolge von aneinander grenzenden Halbleiterschichten. Eine erste n+-dotierte Emitter- Halbleiterschicht weist einen geringen Bandlückenwert auf. Ein Halbleitermaterial mit einem geringen Bandlückenwert ist zum Beispiel InGaAs. Die eine Seite der ersten Emitter- Halbleiterschicht ist metallisch kontaktiert. Als nächste Emitter-Halbleiterschicht grenzt eine n+-dotierte Halbleiterschicht an, die einen großen Bandlückenwert aufweist. Materialien mit einem großen Bandlückenwert sind zum Beispiel InP und InAlAs. Die sich anschließende ndotierte Emitter-Halbleiterschicht aus dem gleichen Halbleitermaterial mit großer Bandlücke grenzt an eine p+-dotierte Basisschicht mit geringer Bandlücke an. Als Material für die Basisschicht wird häufig InGaAs verwendet.
  • An den Emitter-Halbleiterschicht-Grenzen InP/InGaAs bzw. InAlAs/InGaAs entsteht ein Leitungsbandsprung, der eine dünne hohe Barriere für Elektronen darstellt. Diese Barriere muß von den Leitungsbandelektronen durchtunnelt werden. Eine solche Energiebarriere stellt jedoch eine Behinderung des Elektronenflusses und somit des Stromflusses dar. Die Energiebarriere erhöht den Emitterwiderstand und begrenzt dadurch den maximalen Emitterstrom.
  • In der Elektronik wird an jedem stromdurchflossenen Widerstand Wärme erzeugt. Somit führt auch die Energiebarriere, die einen parasitären Widerstand des Emitters darstellt, zu einem erhöhten Leistungsverbrauch des Hetero-Bipolar-Transistors. Insbesondere im Hinblick auf eine Miniaturisierung der Schaltungen wirkt sich eine Erwärmung der Transistoren im Betrieb nachteilig aus. Darüber hinaus wird durch den parasitären Widerstand des Emitters die maximale Schaltfrequenz des Transistors gesenkt und das Rauschen erhöht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Hetero-Bipolar-Transistor mit einer Emitterstruktur zu schaffen, die den parasitären Widerstand senkt.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Hetero-Bipolar-Transistor der eingangs genannte Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht eine aus einem Zwischenschicht-Halbleitermaterial gebildete Halbleiterzwischenschicht angeordnet ist und ein Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials größer als der Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials und kleiner als der Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist.
  • Der Emitter eines erfindungsgemäßen Hetero-Bipolar-Transistors weist mindestens zwei Bandlückenwertsprünge auf, die jeweils kleiner sind, als der Bandlückenunterschied zwischen dem Bandlückenwert der ersten Halbleiterschicht und dem Bandlückenwert der zweiten Halbleiterschicht. Die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der Halbleiterzwischenschicht sowie zwischen der Halbleiterzwischenschicht und der zweiten Halbleiterschicht auftretenden Energiebarrieren sind jeweils kleiner als die Energiebarriere zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht bei einem bekannten Hetero-Bipolar- Transistor. Da die Tunnelwahrscheinlichkeit der Elektronen durch eine Energiebarriere exponentiell von der Barrierenhöhe abhängt, ist die Wahrscheinlichkeit für das Durchtunneln zweier kleiner Energiebarrieren größer als die Wahrscheinlichkeit des Durchtunnelns einer großen Barriere, deren Barrierenhöhe gleich der Summe der Barrierenhöhen der beiden kleinen Barrieren ist. Somit weist der verbesserte Hetero-Bipolar-Transistor einen kleineren Emitterwiderstand als bekannte Hetero-Bipolar-Transistoren auf.
  • Ein verringerter Emitterwiderstand führt beim Betrieb des Hetero-Bipolar-Transistors zu einer geringeren Erwärmung und senkt die Verlustleistung. Die Rauscheigenschaften werden verbessert und zusätzlich erhöht sich die maximale Schaltfrequenz des Hetero-Bipolar- Transistors.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß das Zwischenschicht- Halbleitermaterial zu dem ersten Halbleitermaterial oder/und dem zweiten Halbleitermaterial gitterangepaßt ist. Dies bietet den Vorteil, daß sich keine Fehlstellen in der Halbleiterzwischenschicht bzw. der ersten Halbleiterschicht oder der zweiten Halbleiterschicht bilden. Fehlstellen in einem Halbleitermaterial erhöhen den parasitären Widerstand des Halbleitermaterials. Durch die Gitteranpassung wird somit der Emitterwiderstand weiter gesenkt.
  • Ferner kann es vorteilhaft sein, daß der Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials gleich der Hälfte der Summe des Bandlückenwerts des ersten Halbleitermaterials und des Bandlückenwerts des zweiten Halbleitermaterials ist. Hierdurch wird die Tunnelwahrscheinlichkeit durch die beiden an den Grenzflächen der Halbleiterzwischenschicht auftretenden Barrieren optimiert, und somit wird der durch die beiden Energiebarrieren bedingte Emitterwiderstand minimal.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung können vorsehen, daß das erste Halbleitermaterial InGaAs, das zweite Halbleitermaterial InP und das Zwischenschicht- Halbleitermaterial InGaAsP umfaßt, oder, daß das erste Halbleitermaterial InGaAs, das zweite Halbleitermaterial InAlAs und das Zwischenschicht-Halbleitermaterial AlGaInAs umfaßt. Dies bietet den Vorteil, daß der Bandlückenwert der ersten Halbleiterzwischenschicht durch eine Variation der Zusammensetzung der Elemente Indium, Gallium, Arsen und Phosphor bzw. der Elemente Aluminium, Gallium, Indium und Arsen der Bandlückenwert der ersten Halbleiterzwischenschicht variiert werden kann.
  • Eine andere vorteilhafte Fortbildung der Erfindung kann vorsehen, daß zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht eine von der Halbleiterzwischenschicht und mindestens einer weiteren aus einem weiteren Zwischenschicht-Halbleitermaterial gebildeten Halbleiterzwischenschicht gebildete Folge von n (n ≥ 2) stapelartig angeordneten Halbleiterzwischenschichten angeordnet ist, die mindestens eine weitere Halbleiterzwischenschicht zwischen der Halbleiterzwischenschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist, und ein Bandlückenwert des weiteren Zwischenschicht-Halbleitermaterials größer als der Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials und kleiner als der Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist. Dies bietet den Vorteil, daß mindestens drei Energiebarrieren im Emitter auftreten. Das Durchtunneln von mindestens drei Barrieren ist im Vergleich zum Durchtunneln von zwei Barrieren wahrscheinlicher, wenn die Barrierenhöhensumme der mindestens drei Energiebarrieren gleich der Barrierenhöhensumme der zwei Energiebarrieren ist. Ein Hetero-Bipolar-Transistor mit einem Emitter mit einer Halbleiterzwischenschicht und mindestens einer weiteren Halbleiterzwischenschicht weist somit einen geringeren Emitterwiderstand auf als ein HBT mit nur einer Halbleiterzwischenschicht.
  • Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen, daß das erste Halbleitermaterial einen Bandlückenwert Be, das zweite Halbleitermaterial einen Bandlückenwert Bz und ein Zwischenschicht-Halbleitermaterial einer j-ten der n Halbleiterzwischenschichten (2 ≤ j ≤ n) einen Bandlückenwert Bj aufweist, für den gilt: Bj = Be + j. (1/(1 + n)).(Bz - Be). Hierdurch wird die Gesamttunnelwahrscheinlichkeit eines Elektrons in einem Emitters eines Hetero-Bipolar-Transistors mit n Halbleiterzwischenschichten optimiert.
  • Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß die Anzahl n der die Folge bildenden Halbleiterzwischenschichten so gewählt ist, daß die Anzahl n der die Folge bildenden Halbleiterzwischenschichten so gewählt ist, daß mittels der Bandlückenwerten der zwischen dem ersten Halbleitermaterial und dem zweiten Halbleitermaterial angeordneten Zwischenschichten-Halbleitermaterialien einen quasi linearer Übergang zwischen dem Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials und dem Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials gebildet ist. Ein solcher Hetero-Bipolar-Transistor weist einen minimalen Emitterwiderstand auf, der auf die Bandlückenwertunterschiede zurückgeführt werden kann.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen; daß die erste Halbleiterschicht metallisch kontaktiert ist. Die metallische Kontaktierung ermöglicht es, den Emitterstrom des Hetero-Bipolar-Transistors abzuführen.
  • Eine zweckmäßige Weiterbildung kann darin bestehen, daß an die zweite Halbleiterschicht eine weitere Halbleiterschicht angrenzt und die weitere Halbleiterschicht an eine Basis angrenzt. Dies eröffnet die Möglichkeit, daß die weitere Halbleiterschicht; die an die Basis angrenzt, eine andere Dotierung als die zweite Halbleiterschicht aufweisen kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines npn Hetero-Bipolar-Transistors mit einem stufengraduierten Emitter;
  • Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer anderen Ausführungsform eines npn Hetero-Bipolar-Transistors mit einem stufengraduierten Emitter;
  • Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines npn Hetero-Bipolar-Transistors mit einem stufengraduierten Emitter;
  • Fig. 4a den schematischen Verlauf des Leitungsbands eines konventionellen Emitters;
  • Fig. 4b den schematischen Verlauf des Leitungsbands eines stufengraduierten Emitters; und
  • Fig. 4c den schematischen Verlauf des Leitungsbands eines homogen graduierten Emitters.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines npn Hetero-Bipolar-Transistors mit einem stufengraduierten Emitter. Ein Hetero-Bipolar-Transistor umfaßt mehrere epitaktisch aufeinander aufgewachsene Schichten. Auf einer semiisolierenden InP-Schicht 1 ist ein Sub- Kollektor 2 angeordnet. An den Sub-Kollektor grenzt ein Kollektor Kontakt 3 sowie ein Kollektor 4 an. An den Kollektor 4 grenzt eine p-dotierte Basisschicht 5 an. Eine dem Kollektor abgewandte Seite der Basisschicht 5 weist einen Basis-Kontakt 6 und eine Grenzfläche zu einer n-dotierten Emitter-Halbleiterschicht 7 (Emitter-HLS) auf. Die Basisschicht umfaßt in der Regel ein Halbleitermaterial mit einem geringen Bandlückenwert, wie zum Beispiel In- GaAs. Die n-dotierte Emitter-Halbleiterschicht 7 umfaßt ein Halbleitermaterial mit einem großen Bandlückenwert. Solche Materialien sind zum Beispiel InP und InAlAs. An die ndotierte Emitter-Halbleiterschicht 7 schließt sich eine n+-dotierte Emitter-Halbleiterschicht 8 an, die ein Halbleitermaterial mit einem großen Bandlückenwert umfaßt. In der Regel ist das Halbleitermaterial der n-dotierten Emitter-Halbleiterschicht 7 und der n+-dotierten Emitter- Halbleiterschicht 8 identisch. Zwischen die n+-dotierte Emitter-Halbleiterschicht 8 mit großem Bandlückenwert und eine n+-dotierte Emitter-Halbleiterschicht 9 mit einem geringeren Bandlückenwert, die den Abschluß der aufeinander angeordneten epitaktisch aufgewachsenen Emitter-Schichten darstellt, ist eine n+-dotierte Emitter-Halbleiterzwischenschichten 10 (Emitter-HLZS) angeordnet. Dabei ist der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischenschicht 10 größer als der Bandlückenwert der n+-dotierten Emitter-Halbleiterschicht 9 mit dem geringen Bandlückenwert und kleiner als der Bandlückenwert der n+-dotierten Emitter-Halbleiterschicht 8 mit dem großem Bandlückenwert. Auf einer Seite der n+- dotierten Emitter-Halbleiterschicht 9 ist ein metallischen Emitter-Kontakt 11 angeordnet.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform eines npn Hetero-Bipolar-Transistors mit einem stufengraduierten Emitter unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 dadurch, daß zwischen der Emitter-Halbleiterschicht 9 mit dem geringe Bandlückenwert und der Emitter-Halbleiterschicht 8 mit dem großen Bandlückenwert zwei Emitter-Halbleiterzwischenschichten 21, 22 angeordnet sind. Die Bandlückenwerte weisen dabei folgende Werte auf: Der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischenschicht 21 ist größer als der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht 9 und kleiner als der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischenschicht 22. Der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischenschicht 22 ist seinerseits größer als der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischensichtschicht 21 und kleiner als der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht 8. Die beiden Emitter-Halbleiterzwischenschichten können unterschiedliche Halbleitermaterialien oder das gleiche Halbleitermaterial umfassen.
  • Eine weiter Ausführungsform eines Hetero-Bipolar-Transistors ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Folge von n (n ≥ 2) Emitter-Halbleiterzwischenschichten 31, 32, 33 zwischen der n+-dotierten Emitter-Halbleiterzwischenschicht 9 mit dem geringen Bandlückenwert und der n+-dotierten Emitter-Halbleiterzwischenschicht 8 mit dem großen Bandlückenwert angeordnet. Einer j-ten Emitter-Halbleiterzwischenschicht 32 (1 ≤ j ≤ n) weist ein Bandlückenwert Bj auf, für den gilt: Bj-1 ≤ Bj ≤ Bj + 1, wobei B0 ein Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht 9 mit dem geringen Bandlückenwert und Bn + 1 ein Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht 8 mit dem großen Bandlückenwert ist. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 können die Emitter-Halbleiterzwischenschichten 31, 32, 33 unterschiedliche Halbleitermaterialien oder das gleiche Halbleitermaterial umfassen.
  • Bei einem Hetero-Bipolar-Transistor nach dem Stand der Technik tritt an einer Grenzfläche zwischen der n+-dotierten Halbleiterschicht mit großem Bandlückenwert und einer n+- dotierten Emitter-Halbleiterschicht mit einem geringerem Bandlückenwert eine Leitungsbanddiskontinuität auf. Solch ein schematischer Leitungsbandverlauf ist in Fig. 4a dargestellt. Dabei stellt InGaAs ein Halbleitermaterial mit einem geringen Bandlückenwert und InP ein Halbleitermaterial mit einem großen Bandlückenwert dar. Die dargestellte Energiebarriere muß von Elektronen im Betrieb durchtunnelt werden.
  • In Fig. 4b ist der Leitungsbandverlauf eines stufengraduierten Emitters gemäß Fig. 1 mit einer Emitter-Halbleiterzwischenschicht 10 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Emitter-Halbleiterschicht 9 mit dem geringen Bandlückenwert InGaAs, die Emitter- Halbleiterzwischenschicht 10 InGaAsP und die Emitter-Halbleiterschicht 8 mit dem großen Bandlückenwert InP. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischenschicht 10, InGaAsP, gleich der Hälfte der Summe aus dem Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht 9, InGaAs, mit dem geringem Bandlückenwert und dem Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht 8, InP, mit dem großem Bandlückenwert. An den beiden Grenzflächen der Emitter-Halbleiterzwischenschicht 10, InGaAsP, treten zwei dünne Energiebarrieren auf, deren Barrierenhöhen halb so groß sind, wie die Barrierenhöhe der in Fig. 4a dargestellten Energiebarriere. Da die Barrierenhöhe exponentiell in die Tunnelwahrscheinlichkeit eingeht, ist es für ein Elektron wahrscheinlicher, zwei halbhohe Energiebarrieren zu durchtunneln als eine Energiebarriere mit voller Höhe. Daher weist ein stufengraduierter Emitter einen geringeren Widerstandswert auf als ein Emitter eines HBTs nach dem Stand der Technik.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 1 kann vorsehen, daß der Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterzwischenschicht einen Bandlückenwert aufweist, dessen Differenz zu der n+-dotierten Emitter-Halbleiterschicht mit dem geringeren Bandlückenwert kleiner/größer als die Differenz zu dem Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht mit dem großem Bandlückenwert ist. Die an den Grenzflächen der Emitter- Halbleiterzwischenschicht entstehenden Energiebarrieren sind in dieser Ausführungsform ungleich hoch. Dadurch kann der Widerstandswert des Emitters variiert werden.
  • Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 treten im Emitter an mehr als zwei Grenzflächen Bandlückenwertdiskontinuitäten auf. Dabei wird die Energiebarrierenhöhe, die in einem Emitter eines HBTs nach dem Stand der Technik auftritt, auf die größere Anzahl kleiner Barrieren "verteilt", wobei die Gesamtsumme der kleinen Barrierenhöhen eine Gesamtbarrierenhöhe ergibt, die gleich der Energiebarrierenhöhe in einem Emitter nach dem Stand der Technik ist. Durch die "Verteilung" der Gesamtbarrierenhöhe auf eine größere Anzahl kleinerer Barrieren wird die Gesamttunnelwahrscheinlichkeit eines Elektrons durch alle Energiebarrieren weiter gesenkt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Ausführungsform der Fig. 3 kann vorsehen, daß die Differenz zwischen dem Bandlückenwerten zweier aneinander grenzender Emitter- Halbleiterzwischenschichten gleich 1/(n + 1)-tel der Differenz des Bandlückenwerts der Emitter-Halbleiterschicht mit dem großen Bandlückenwert und des Bandlückenwerts der Emitter- Halbleiterschicht mit dem geringen Bandlückenwert ist.
  • Wird die Zahl der Emitter-Halbleiterzwischenschichten n groß genug gewählt, so erhält man einen homogen graduierten Emitter. Der schematische Verlauf des Leitungsbandes für einen solchen homogen graduierten Emitter ist in Fig. 4c dargestellt. Der Widerstandsanteil des Emitterwiderstands, der auf die Änderung des Bandlückenwerts entlang des Emitters zurückzuführen ist, wird bei einem homogengraduierten Emitter minimal. In einem homogen graduierten Emitter kann man einen quasi linearen Übergang der Bandlückenwerte entlang der Emitter-Halbleiterzwischenschichten von dem Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht mit dem geringen Bandlückenwert zu dem Bandlückenwert der Emitter-Halbleiterschicht mit dem großen Bandlückenwert erhalten.
  • Für alle beschriebenen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn die Emitter- Halbleiterzwischenschichten jeweils möglichst gut an ihre angrenzenden Emitter-Halbleiterschichten bzw. Emitter-Halbleiterzwischenschichten gitterangepaßt sind. Dadurch wird das auftreten von Fehlstellen an den Grenzflächen und in den Emitter-Halbleiterzwischenschichten bzw. Emitter-Halbleiterschichten verhindert, die zu einem parasitären Widerstand der Emitter führen.
  • Die angegebenen Halbleitermaterialien in der vorstehenden Beschreibung stellen lediglich Beispiele dar. Eine mögliche Ausführungsform kann vorsehen, daß die Emitter-Halbleiterschicht mit dem geringen Bandlückenwert InGaAs, die Emitter-Halbleiterzwischenschicht AlGaInAs und die Emitter-Halbleiterschicht mit dem großen Bandlückenwert AlInAs umfaßt. Wie der Fachmann erkennt, können die Emitter-Halbleiterschichten bzw. Emitter-Halbleiterzwischenschichten auch andere Materialien wie GaAs und SiGe, usw. umfassen.
  • Wie beschrieben liefert die Erfindung einen Hetero-Bipolar-Transistor mit einem Emitter, dessen Emitterwiderstand klein gegenüber dem Emitterwiderstand von Hetero-Bipolar- Transistoren gemäß dem Stand der Technik ist. Dieses Senken des Emitterwiderstandes reduziert den Leistungsverbrauch, die Eigenerwärmung und das Rauschen in einer Schaltung, in der Hetero-Bipolar-Transistoren eingesetzt werden. Ferner führt die Verringerung des Emitterwiderstandes dazu, daß die Grenz- und Schaltfrequenz des Hetero-Bipolar-Transistors erhöht wird.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten. Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims (10)

1. Hetero-Bipolar-Transistor mit einem Emitter, welcher eine aus einem ersten Halbleitermaterial gebildete erste Halbleiterschicht (9) und eine aus einem zweiten Halbleitermaterial gebildete zweite Halbleiterschicht (8) umfaßt, wobei ein Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials kleiner als ein Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Halbleiterschicht (9) und der zweiten Halbleiterschicht (8) eine aus einem Zwischenschicht-Halbleitermaterial gebildete Halbleiterzwischenschicht (10) angeordnet ist und ein Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials größer als der Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials und kleiner als der Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist.
2. Hetero-Bipolar-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenschicht-Halbleitermaterial zu dem ersten Halbleitermaterial oder/und dem zweiten Halbleitermaterial gitterangepaßt ist.
3. Hetero-Bipolar-Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials gleich der Hälfte der Summe des Bandlückenwerts des ersten Halbleitermaterials und des Bandlückenwerts des zweiten Halbleitermaterials ist.
4. Hetero-Bipolar-Transistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleitermaterial InGaAs, das zweite Halbleitermaterial InP und das Zwischenschicht-Halbleitermaterial InGaAsP umfaßt.
5. Hetero-Bipolar-Transistor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleitermaterial InGaAs; das zweite Halbleitermaterial InAlAs und das Zwischenschicht-Halbleitermaterial AlGaInAs umfaßt.
6. Hetero-Bipolar-Transistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Halbleiterschicht (9) und der zweiten Halbleiterschicht (8) eine von der Halbleiterzwischenschicht (31) und mindestens einer weiteren aus einem weiteren Zwischenschicht-Halbleitermaterial gebildeten Halbleiterzwischenschicht (32) gebildete Folge von n (n ≥ 2) stapelartig angeordneten Halbleiterzwischenschichten (31, 32, 33) angeordnet ist, die mindestens eine weitere Halbleiterzwischenschicht (32) zwischen der Halbleiterzwischenschicht (31) und der zweiten Halbleiterschicht (8) angeordnet ist, und ein Bandlückenwert des weiteren Zwischenschicht-Halbleitermaterials größer als der Bandlückenwert des Zwischenschicht-Halbleitermaterials und kleiner als der Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials ist.
7. Hetero-Bipolar-Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleitermaterial einen Bandlückenwert Be, das zweite Halbleitermaterial einen Bandlückenwert Bz und ein Zwischenschicht-Halbleitermaterial einer j-ten der n Halbleiterzwischenschichten (2 ≤ j ≤ n) einen Bandlückenwert Bj aufweist, für den gilt:
Bj = Be + j.(1/(1 + n)).(Bz - Be).
8. Hetero-Bipolar-Transistor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der die Folge bildenden Halbleiterzwischenschichten (31, 32, 33) so gewählt ist, daß mittels der Bandlückenwerten der zwischen dem ersten Halbleitermaterial und dem zweiten Halbleitermaterial angeordneten Zwischenschichten-Halbleitermaterialien einen quasi linearer Übergang zwischen dem Bandlückenwert des ersten Halbleitermaterials und dem Bandlückenwert des zweiten Halbleitermaterials gebildet ist.
9. Hetero-Bipolar-Transistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (9) metallisch kontaktiert ist.
10. Hetero-Bipolar-Transistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite Halbleiterschicht (8) auf einer von den Halbleiterzwischenchichten (10, 21, 22, 31, 32, 33) abgewandten Seite eine weitere Halbleiterschicht (7) angrenzt und die weitere Halbleiterschicht (7) an eine Basis (5) angrenzt.
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