JPS60110159A - ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はコレクタ側にヘテロ接合を用いたバイポーラト
ランジスタに関する。

［発明の技術的背景とその１２ｔ１題森］最近、エミッ
タ・ベース閤接合、コレクタ・ベース間接合の一方また
は両方をヘテロ接合としたバイポーラトランジスタが研
究開発の対象として盛んにとりあげられつつある。この
うちコレクタ・ベース間接合をヘテロ接合とするバイポ
ーラ］・ランジスタ（以下単にヘテロコレクタトランジ
スタとよぶ）のひとつの利点は、コレクタ層をベース層
よりバンドギャップの広い半導体材料で構成することに
より、エミツタ層から注入されベース層を通過してコレ
クタ層に到達する少数キャリアに対し、その走行を妨げ
るような電位の障壁がヘテロコレクタ接合に形成される
ため、トランジスタのオン状態にてベース層中に蓄積さ
れる過剰少数キャリアがコレクタ層まではみ出す所謂ベ
ース押出し効果（３ａｓｅ　ｐｌＪｓｌｌｏｕｔ　ｅｆ
ｆｅｃｔ）を抑制することができるから、トランジスタ
のスイッチオフに要する時間が著しく短縮され、結局オ
ンオフを含めたスイ）チング時間が短縮されることであ
る。

しかし一方、上記と同じ電位障壁により、少数キャリア
の走行が過度に妨げられると直流電流利得ｂ　Ｆ、が低
下するという欠点がある。従って、スイッチングｒＲ間
が短かく、かつ直流電流和（Ｈの大きいトランジスタを
実現するためにはｌ＼テロコレクタ接合の設計条件を適
正化しなければならない。

［発明の目的１ 本発明は以上の考察に基づいてなされたもので、スイッ
チング時間の短縮と直流電流利得の増大のべ 両方を同時に実現したへテロ接合バイポーラトランジス
タを提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明に係るトランジスタは、コレクタ層をベース層よ
りバンドギャップの広い半導体材料にょ−り構成づるに
当って、そのバンドギャップが変化する領域（以下これ
をバンドギャップ遷移領域とよぶ）の全体が、ベースが
らコレクタに向って導電形がたとえばρ形からｎ形に反
転するｇｎ接合位置よりもコレクタ層側にあるようにし
たことを特徴とする。

すなわちｐ形ベース層およびｎ形コレクタ層に注目する
と従来のヘテロコレクタトランジスタはＭ１図に示すご
とく、バンドギャップ遷移領域の中にｐｎ接合点が含ま
れているのが普通と考えられていたのに対し、本発明に
よるヘテロコレクタ１〜ランジスタでは第２図に示すご
とく、バンドギャップ遷移領域がｐｎ接合点をその中に
含まず、完全にコレクタ層内に存在する。

［発明の効果］ 本発明によれば、エミッタから注入され、ベース層を通
過してコレクタ層に到達する少数キャリアはその走行を
バンドギャップ遷移領域内に生じる電位障壁によって妨
げられる程度が著るしく緩和されるため、結局十分に大
きな直流電流利得が実現できる。しかも少数キャリアの
蓄積がおこる範囲は上記のバンドギャップ遷移領域より
ベース層側に限定されるからスイッチング時間の増大が
殆んど問題にならない。かくして本発明の採用により大
きな直流電流利得と短かいスイッチング時間の両方が達
成される。

［発明の実施例］ 広バンドギヤツプ半導体材料としてＧａＡ７Ａｓ狭バン
ドギャップ半導体材料としてＧａ　ＡＳを使用した実施
例の構造を第３図に示す。これを製造工程に従って説明
すれば、まず高不純物濃度の口＋形Ｑａ　ＡＳ基板１か
ら出発し、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置を用いて
この上にＱａ。

ＡＳ　、Ａｆの流量を制御しかつ不純物としてたとえば
Ｓｉを添加しながらｎ形Ｇａ　ＡｆＡｓのコレクタ層２
を形成する。バンドギャップ遷移領域３においてはＡＪ
ｌ流聞を制御し１１形Ｑａ　ＡｆｆｉＡｓからｎ形Ｇａ
　ＡＳへ徐々に組成を変化させる。ついで所定の厚さま
で１１形（３ａ　ＡＳの成長を続けたのら、添加不純物
をＳｉから３ｅへと切りかえることによりｐ形Ｇａ　Ａ
ｓのベース層４を構成する。

この際１１形からＩＪ形ｌ＼の切りかえは瞬時に階段的
に行ってもよいし、徐々に行ってもよい。つぎにコレク
タ領域と同様に０．形不耗物を混入させつつＧａ　ｓ　
−Ｘ　ＡＪｌｘ　Ａｓのｎ形エミッタ層５を成長させ、
これを一部エッチングして、エミッタ、ベース、コレク
タの各電極６，７．８を形成する。

つぎに具体的な数値例をあけて従来形と本実施例の特性
比較を行う。まず両者とも共通に第４図の不純物濃度分
布を与える。図において、ＷＥＩは高濃度（ＮＥｌ＞エ
ミツタ層の幅、ＷＥ２は低濃度（ＮＥ２）エミツタ層の
幅、Ｗ８はベース層の幅、ＷＣＩは低濃度（Ｎｅｔ）コ
レクタ層の幅。

ＷＯ２は高濃度（ＮＣ２）コレクタ層の幅であり、ＷＥ
　ｓ　＝ＷＥ　２　＝Ｗｃ　ｔ　＝Ｗｃ　２　＝　１　
［μ　ｍ　コ　、Ｗｅ＝０．１［μ雇コとし、各濃度を
ＮＥ１＝ＮＣ２＝１０”　［ｃｍ−３］、ＮＥ２　＝１
０　五　Ｔ［ａｎ　−３コ　、　Ｎｅ＝１０　１８　［
Ｃｌｎ−”］　、ＮＣＩ　＝３ｘ１０１Ｂ　［ａＢ−３
］とする。バンドギャップの変化は従来形では、第１図
においてＷａ−１００［人］、ｗｔ　＝３００　［人］
とし、また本実施例では、第２図においてＷｂ＝１００
［入コ、Ｗｔ＝３００　［人］とする。すなわちこの両
者は、バンドギャップ遷移領域の厚みが相等しく、いず
れも３００［人Ｊであるが１周領域の存在する位置が相
異なる。従来形はコレクタｐＨ接合を境としてベース層
中に１００［人］、コレクタ層中に２００Ｅ入コの範囲
で直線的にバンドギャップを変化させるのに対し、本実
施例ではコレフタルｎ接合よりコレクタ側に１００［人
」ずれた位置から同じく４００［人］ずれた位置に至る
までの間でバンドギャップを変化させる。

ここで数値解析モデル（たとえば倉出、「バイポーラト
ランジスタの動作理論」昭和５５年１Ｍ。

Ｋｕｒａｔａ　、”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ　ｒｏｒ３ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　［）ｅｉｒ
ｃｅｓ”　、　ｉ　９８２．　Ｄ、　ｃ。

１−１　ｅａｔｂ　ａｎｄ　ＣｏｒｔＨｒａｎｙ等参照
）を用ｋＮ　Ｔ　ｊｌｊ者の特性を比較した結果を下表
に示す。

ただし、キャリアライフタイムをｉ［ｎ５ｅｃ］、接合
断面積をエミッタ・ベース間、ベース・コレクタ間とも
に１０［ｃｍ２］とした。また１１ＦＥをめる付帯条件
は、コレクタ・ベース間電圧Ｖｅｃ＝１［Ｖコ、エミッ
タ電流密度＝１０４［Ａ／′Ｃｍ２コであり、ｔ　ｐｄ
をめる付帯条件は、コレクタ負荷抵抗＝１００［Ωコ、
ベース抵抗−３，６８［Ω］、コレクタ電源電圧−３［
Ｖ］、オン状態のベース・エミッタ間電圧＝　１．４［
Ｖ］、オフ状態のベース・エミッタ間電圧−−０，５［
Ｖ］ベース入力の立上り／立下り共にｉ　［１１ｓｅｃ
　］である。

上記表から明らかなように、直流電流利得ｈＦＥにおい
て従来形は２１５に対し本実施例のタイプは７００と大
幅に上向っており、しかもスイッチング遅延時間ｔ　ｐ
ｄにおいて両者とも１０．５［ｐｓｅｃ］という同じ値
を示す。従って本発明のタイプは直流電流利得が大きい
点で明らかに従来形よりすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヘテロコレクタトランジズタのハンド構
造と濃度分布を示ず図、第２図は永発明の］・ランジス
タのハンド構造と濃度分布を示す図、第３図は本発明の
具体的な実施例の１〜ランジスタｌｆｉ！　造を示す図
、第４図はその濃度分布を示す図である。 １−＋＋形Ｇａ　Ａｓ基板、２−ｎ形Ｇａ　ＡｆＡｓ］
レクタ層、３・・・バンドギャップ遷移領域、４・・・
１）形ＧａΔＳベース層、５−ｎ形ＧａＡｆＡｓエミッ
タ層、６・・・エミッタ電極、７・・・ベース電極、８
・・・コレクタ電極。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１第一導電形のコレクタ層を第二導電形のベース層
   よりバンドギャップの広い半導体材料により構成するヘ
   テロ接合バイポーラトランジスタにｊ７いて、ベース・
   コレクタ間のｐＨ接合位置よりもコレクタ層側にバンド
   ギ１２ツブ遷移領域を設けたことを１６　ｍとするヘテ
   ロ接合バイポーラトランジスタ。 （２１Ｄレクタ層がＧａ　ＡｊｉＡｓ　、ベース層がＧ
   ａ　Ａｓである特許請求の範囲第１項記載のへテロ接合
   バイポーラトランジスタ。