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JPS63236359A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS63236359A
JPS63236359A JP6882387A JP6882387A JPS63236359A JP S63236359 A JPS63236359 A JP S63236359A JP 6882387 A JP6882387 A JP 6882387A JP 6882387 A JP6882387 A JP 6882387A JP S63236359 A JPS63236359 A JP S63236359A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
gaas
base
layer
2deg
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.)
Granted
Application number
JP6882387A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2564296B2 (ja
Inventor
Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Masao Yamane
正雄 山根
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
Tomoyoshi Mishima
友義 三島
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62068823A priority Critical patent/JP2564296B2/ja
Publication of JPS63236359A publication Critical patent/JPS63236359A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2564296B2 publication Critical patent/JP2564296B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二次元状担体をベース層に用いるバイポーラ
型トランジスタに係り、特にr’bb’領域、ベース・
コレクタ耐圧向上、或いはカットオフ周波数fT向上に
好適な二次元電子ガスヘテロ接合バイポーラトランジス
タに関する。
〔従来の技術〕
砒化ガリウム(GaAs)とアルミニウム砒化ガリウム
(A Q x G a L−X A S )とのヘテロ
接合界面に形成される2次元状担体をベース層に用いた
新構造のHBT(総称として20EG−HBTと呼ぶ)
を既に特許出願している(特願昭60−164126号
、特願昭60−164128号、特願昭61−4024
4号)。またこれらの出願は、特開昭60−13447
9号において接合型ゲート構造(同公開特許公報第5,
6図で、ゲート13がp型A Q GaAs、またはG
 a A sである場合に対応する)とした場合の特有
の作用を用いた新原理に基づくバイポーラトランジスタ
と云うこともできる。
以上の特許出願にて述べられているトランジスタを総称
して2DEG−HBTと呼ぶ。
本発明は、2DEG−HBTのベース抵抗rbb’ を
従来の2DEG−HBTの約173にでき、ベース・コ
レクタ間の高耐圧化或いは高いカットオフ周波数を与え
る構造についての2DEG−HBTの改良に関する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記特許出願の構造において、G a A s/Al2
GaAs、ヘテロ界面の2次元電子ガスをベースに用い
るとき、ベース・コレクタ走行時間t2は係数、WBは
ベース膜厚、Xvはコレクタ膜厚、v、gは正孔飽和の
速度である。右辺第1項は2次元電子層の通過時間で約
0.05psec、第2項はp−QaAsコレクタ層が
3000人の場合約1.50psecである。
即ち、従来の2DEG−HBTのtdlはほとんどすべ
てp−型G a A sコレクタ層走行時間により支配
されている。
t、i  を更に小さくしようとすると、p−型GaA
sコレクタ層の薄膜化(x v→小)が最も効果的であ
るが、従来の20EG−HBTの場合、1500〜20
00人が下限である。
又、従来の2DEG−HBTの場合単一の2DECを用
いているので、室温でのベースシート抵抗ρBはIKΩ
/口程度程度る。
本発明の目的は、コレクタ層薄膜化に適し、ベースシー
ト抵抗低減に有効なデバイス構造を提供することにある
〔問題点を解決するための手段〕
即ち、上記目的は、2DEGを3ケ形成することで、 (1)ベースシート抵抗を330Ω/口(室温)にでき (2)p−型コレクタ層を700人程人程で薄膜化する
ことが可能となる。
更に、p−型コレクタ層をp−型AΩGaAsの様に広
い禁止帯を有する材料におきかえることでp−型コレク
タ層を500人程人程で薄膜化できる。
第1図(a)、(b)、(c)、(d)に各々本発明の
2DEG−HBTのデバイス断面構造(第1図(a))
と対応するエネルギーバンド図(第1図(b)、(Q)
、(d)’)を示す。
40は半絶縁性GaAs基板、41はp÷型GaAs、
42’はアンドープaaAs (p−コレクタ層)43
′はn型A Q GaAs層(ドーピング3X101’
国−3膜厚60人程度)42はアンドープG a A 
sで100人、43はn型AjlGaAs。
45はp型A 12 xGaz−、As (0≦、X≦
1)24はベース電極メタル、25はエミッタ電極メタ
ル、26はコレクタ電極メタル、59は2次元電子ガス
である。
特に、アンドープG a A s 42中に形成される
20EGは43及び43′の両方から担体を供給される
ので2DEGシート抵抗(14Ω/口)は通常の約半分
(〜500Ω/口)になる。
又、42′側に形成される2DEGは43′のn型A 
Q GaAs層から形成されている。この様に2DEG
ベ一ス層を3層化するとベース・シート抵抗は従来の約
1/3になるが、ベース膜厚は260人程Pa従来のW
a (= 100人)の2.6p seeからQ、33
8psecと約6倍大きくなる。
又、ベースコレクタ間耐圧を向上させるには、第1図(
c)に示す様に、p−G a A s 層42′を10
0〜200人程度にし、その他のp−コレクタ層はp−
型A Q xGax−xAs50におきかえることで更
に向上する。又、この場合AQ組成比Xをgraded
にして第1図(d)の様にすることも可能である。即ち
、2DEG側のAQ組成比Xを大きく (0,2〜0.
45) 、p十型コレクタ層41側のXを小さく(〜o
、0)することが可能である。
〔作用〕
この様に、ベース層を2 D E Gの3層構造にする
ことで。
(1)ベースは抵抗を約173にできる。
(2)p−型コレクタ層を薄膜化(〜700人)できる
更に、p−型コレクタ層を上記の如くp−型AQGaA
sMにおきかえることで、ペースコレクタ間アバランシ
ェ破壊電圧を大きくすることができ、その結果として (3)p−型コレクタ層を更に薄膜化(〜500人)で
きる。
p Seeから0.25psscと約1/6に小さくす
ることが可能になりベース層が約2.6倍厚くなった効
果をとり入れてもベース走行時td1は0.58111
p seeとなり従来の2DEG−HBTの約1/3に
なる。
即ち、本発明により従来の2DEG−HBTに比べ (1)ベース抵抗を約1/3 (2)真性カットオフ周波数ft+を約3倍にすること
ができ、 通常のnpn型HBTと比較して、約6倍程度の高速化
が可能となる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を通して更に詳しく本発明を説明す
る。
実施例1 第1図(a)にG a A s /A Q GaASヘ
テロ接合を用いたpnp型2DEG−HBTの試作例を
示す。
半絶縁性GaAs基板4o上にMBE (分子線エピタ
キシー; Mo1ecular Beam Epita
xy )法を用いてBeをIXIO19am−δ含有す
るp+G a A 541(コレクタ層)を4000人
、アンドープG a A sコレクタ層42′を700
人、Siを3XIO18am−8含有するn型A jl
 xGaz−xAs (x 〜0.3)43’ を60
人、アンドープG a A s 42を100人、Si
を3 X 1018cm−”含有するn型A Q Ga
As43を200人、BeをI X 101gcm−3
含有するp型AQGaAs45を1500人及びp型G
 a A s 45 ’ を2000人形成した。
次に、エミッタ領域、ベース領域、素子間分離をメサエ
ッチングにより形成し、エミッタ電極金属25、ベース
電極金属24コレクタ電極金属26を各々形成した。
エミッタ層p型AΩGaAs 45は目的に応じてはな
くてもよく、即ちp型GaAsでも良い、又ドーピング
レベルは通常lX10”7〜10zO■−8の範囲で目
的に応じて選ぶことが多い。
又、素子間分離はメサエッチング法ではなく02等のイ
オン注入により行なっても良い、又。
第1図(Q)、(d)に示した様に、アンドープG a
 A s 42 ’はアンドープG a A s 42
 ’100人、p−型1014〜IQiIIcn−8)
A Q xGax−xAm50 400人等に置きかえ
てもよい。又p十型コレクタ層は基板中に埋込む構造に
しても良い。
実施例2 第2図(a)(b)(e)に2DEG−HBTと2DE
G−FETを同一基板に形成した例を示す。
MBEによるエピタキシカル構造は実施例1と同様であ
る。
3層の2 D E G It F E T (Fiel
d EffatTransistar )の能動層に用
いる時には、ソース・ドレイン電極20.21を^QG
aAs45上AuGe/N i / A uを用いて形
成し、接合型ゲート電極メタル22をA u G e 
/ A uを用いて形成した(第2図(a))、FET
部分をAでHBT部分をBで表わす、FET下方のp十
型GaAs層41には外部制御電位端子をつけることが
多い。
FET部分でショットキーゲート構造にしたい時には、
ショットキーゲートメタルとして、Ti/ P t /
 A u r A Qt W S x 、W A n等
のメタルをn型A Q GaAs45上に形成する(第
2図(b))。
FET部分は、第2図(Q)に示す様にゲートメタル部
分は、n型AOGaAs43をエツチング除去し、アン
ドープG a A s 42中に形成してもよい。或い
は、CCQ 2Fx/ He混合ガスのドライエツチン
グを用いてn型AQGaAs 43’上に形成する様に
選んでもよい。
p 型A Q GaAs 45のドーピングレベルは目
的に応じて、1017〜10”(1m″″3の範囲で用
いることが多い。
以上の実施例ではG a A s /AQGaAsヘテ
ロ接合系の場合について説明したが、他の二元/三元系
ヘテロ接合、たとえば、G a A s / G e 
AuGaAg/Ge、I nAAAs/I nGaAs
InGaAgP/InP等のヘテロ接合においても二次
元状担体が形成されて従来のベース層を本発明の如く3
層構造にすることで同様の効果を出すJBが可能である
更に、20EGではなく、二次元正孔ガス(Two D
imensional Ho1e Gas ; T D
 HG )を用いても同様の発明を達成できる。たとえ
ば実施例1でp型とp型を置きかえればよい。即ち不純
物として用いたSiとBθを多くの実施例で置きかえて
もnpn型2次元正孔HBTを実現できる。
またFET部分のしきい電圧V t vはゲートメタル
下部分の膜厚、ドーピングレベルを調整し、即ちたとえ
ば、エツチング等で膜厚を調整することで決めているの
は従来FETと同様である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ベース層を2DEGによる3層構造に
形成することで (1)ベースシート抵抗を従来の約、1/3にでき。
(2)p−コレクタ層を700人程人程で薄膜化するこ
とが可能となる。
又、 (3)p−型コレクタ層をP−型A 12 GaAsに
おきかえる(p−型コレクタ層よりエネルギー禁止帯幅
の広い材料)ことでp−型コレクタ層を500人程人程
まで、ベース・コレクタ間耐圧を小さくすることなしに
薄膜化でき、従来のnpn型HBTの約3倍の1ntr
insic f Tを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を説明するためのトランジスタ断面構造
図及びエネルギーバンド図である。 第2図はpnp型2DEG−HBTと2DEG−FET
を同一基板内に形成した時の断面構造図である。 50−p−AQGaAs、 50’ −graded 
p−AQGaAs。 45− p −A Q GaAs、45’−p+GaA
s、43゜43 ’ −n −A D、 GaAs、4
2.42’・・・アンドープG a A s、41− 
p + G a A s、4.0−・・半絶縁性G a
 A s基板、25・・・エミッタ電極メタル、24・
・・ベース電極メタル、26・・・コレクタ電極メタル
、22・・・接合型ゲート電極メタル、22′・・・シ
ョットキーゲートメタル、20.21・・・ソース、ド
レイン電極メタル。 茅1図 午υλ了シドーフ’fzhAs V)図 12図 芽2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、エネルギー禁止帯幅の広い半導体層 I と狭い半導
    体層IIとのヘテロ接合を I −II− I −IIの形で配しこ
    れにより生じる3ケ所のヘテロ接合界面の二次状担体を
    ベース領域としたことを特徴とするバイポーラトランジ
    スタを有する半導体装置。
JP62068823A 1987-03-25 1987-03-25 半導体装置 Expired - Lifetime JP2564296B2 (ja)

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JP2564296B2 JP2564296B2 (ja) 1996-12-18

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5270223A (en) * 1991-06-28 1993-12-14 Texas Instruments Incorporated Multiple layer wide bandgap collector structure for bipolar transistors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60120551A (ja) * 1983-12-05 1985-06-28 Fujitsu Ltd 半導体集積回路装置
JPS6225455A (ja) * 1985-07-26 1987-02-03 Hitachi Ltd 半導体装置

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