(57)【要約】【課題】  膜厚が非常に薄く、かつキャリア濃度の高いベース領域を有する構造を、従来とは異なる２次元キャリアガス層にて達成したヘテロ接合半導体装置を提供することにある。【解決手段】  第一導電型のエミッタ、第二導電型のベース、第一導電型のコレクタの３つの領域２１、３３、２４を有するヘテロ接合半導体装置において、前記第二導電型のベース領域３３の平面内に、微小領域から成る貫通孔２２ｃを面内一様に形成し、この貫通孔２２ｃ内に、バンドギャップの小さい半導体を埋め込んで、量子構造ライクな特性を示す領域を形成し、この量子構造ライクな領域２２に２次元電子ガス若しくは２次元ホールガスを形成する構造とする。【選択図】        図１
2006190870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型のエミッタ、第二導電型のベース、第一導電型のコレクタの３つの領域を有するヘテロ接合半導体装置において、
前記第二導電型のベース領域の平面内に、微小領域から成る貫通孔を面内一様に形成し、この貫通孔内に、バンドギャップの小さい半導体を埋め込んで、量子構造ライクな特性を示す領域を形成し、この量子構造ライクな領域に２次元電子ガス若しくは２次元ホールガスを形成することを特徴とするヘテロ接合半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載のヘテロ接合半導体装置において、
前記量子構造ライクな領域の貫通孔が、ＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させる際に形成される貫通孔により形成されていることを特徴とするヘテロ接合半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のヘテロ接合半導体装置において、
前記量子構造ライクな領域の貫通孔に、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）から成る半導体を埋め込んだことを特徴とするヘテロ接合半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のヘテロ接合半導体装置において、
前記エミッタ領域の材料にＩｎＧａＰを用いたことを特徴とするヘテロ接合半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のヘテロ接合半導体装置において、
前記ベース領域及びコレクタ領域の材料にＧａＡｓを用いたことを特徴とするヘテロ接合半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴと略す）の如きヘテロ接合半導体装置に関わり、特にIII−Ｖ族化合物半導体を用い高速、高効率なＨＢＴ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラトランジスタ（ＢＴ）はエミッタ、ベース、コレクタの３つの領域から成る半導体素子であり、電流や電圧、電力を増幅するのに用いられている。特にエミッタ領域を接地した状態で用いられるエミッタ接地バイポーラトランジスタは電流増幅素子として、様々な電子部品に広く使用されている。またバイポーラトランジスタの材料として用いられているものがシリコン（Ｓｉ）である。Ｓｉは安価であり、ＡｓやＡｌ等をドープし簡単にｎ型やｐ型の半導体とすることが可能なため、バイポーラトランジスタを作製するのに都合が良い。
【０００３】
ここで図３を用いてバイポーラトランジスタの動作原理を簡単に説明する。
【０００４】
図３（ａ）はｎｐｎ型の熱平衡状態にあるＳｉ−ＢＴ（シリコン・バイポーラトランジスタ）のエネルギーバンドギャップ構造を示した図であり、領域１がエミッタ、領域２がベース、領域３がコレクタを表している。この状態よりエミッタ−ベース間にはエミッタに正、ベースに負の電圧が掛かるようにする、いわゆる順バイアスを掛け、更にコレクタ−ベース間にはコレクタに正、ベースに負の電圧が掛かるようにする、いわゆる逆バイアスを掛けた能動状態のバイポーラトランジスタのエネルギーバンドギャップ構造を示した図が図３（ｂ）になる。
【０００５】
ｎｐｎ型バイポーラトランジスタの場合、動作に寄与する電流は伝導電子である。図３において、バイポーラトランジスタが（ａ）の熱平衡状態から（ｂ）の能動状態に変化すると、エミッタ−ベース接合に存在する内蔵電位１０が下がることで、エミッタ領域１の多数キャリアである伝導電子４がベース領域２に流れ込むようになる。これらの伝導電子４はベース領域２を主に拡散によって移動しコレクタ領域３に到達し、ベース−コレクタ間に存在する強電界によってコレクタ電極に引き込まれて行く。このときベース領域２の多数キャリアである正孔５はエミッタ−ベース間の順方向バイアスによって、伝導電子４と同様に価電子帯８側の内蔵電位１０が下がった分だけエミッタ領域１に流れ込み、エミッタ領域１内で伝導電子４と再結合（図中に矢印６にて伝導電子４と正孔５の再結合の様子を示す）を起こす。この為にエミッタ領域１からベース領域２へ流れ込む伝導電子４の注入量が減り、結果としてコレクタ領域３へ到達する伝導電子４の数も減少する。これはバイポーラトランジスタ本来の増幅作用に対して悪影響を与える。
【０００６】
これを回避するには、ベース領域２のキャリア（正孔）濃度を下げれば良さそうであるが、そうするとベース領域２内での伝導電子４に対する抵抗値が増加し、高速応答の妨げとなる。すなわち特性のよいバイポーラトランジスタ（ＢＴ）とは、エミッタ領域１からベース領域２へ効率良くキャリア（電子）を注入し、それをコレクタ領域３へ到達させ、ベース領域２内のキャリア（正孔）をエミッタ領域１に注入させないようにするような素子と言うことが出来る。
【０００７】
このような素子を作製するのに都合が良いものとして、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴと略す）がある。ＨＢＴの材料としては、主にＧａＡｓ系を中心とした化合物半導体が選ばれる。ＨＢＴの特徴は、エミッタにベースに用いる材料よりもエネルギーバンドギャップの大きな材料を用いることである。
【０００８】
図４に能動状態のＨＢＴのエネルギーバンドギャップ構造を示す。エミッタ領域１１の伝導電子１６が内蔵電位の下がった分だけベース領域１２に注入されることは先のＳｉ−ＢＴ（シリコン・バイポーラトランジスタ）と変わらないが、エミッタ領域１１とベース領域１２の界面の伝導帯１８側と価電子帯１９側にエネルギー差△Ｅc１４と△Ｅv１５が形成されている。このうち△Ｅv１５はベース領域１２中の正孔１７がエミッタ領域１１に注入されるのを防ぐ役割を果たしている。よってＨＢＴではエミッタ領域１１から伝導電子１６を効率良くベース領域１２に注入することが出来、Ｓｉ−ＢＴに比べて動作特性の良い素子が作製可能となる。
【０００９】
ここで更なる素子特性の改善を行うには、ベース領域１２のキャリア濃度を高く、かつ膜厚を薄くすることで実現出来るが、ドーピング濃度としては１×１０20［ｃｍ-3］程度が限度であり、またベース領域１２の膜厚を薄くし過ぎると、多数キャリアで占められる筈のベース中性領域が空乏化してしまい、増幅作用が起こらないこととなってしまう。すなわち中性領域を確保しつつ、膜厚の薄いベース領域を考える必要がある。
【００１０】
これに関連して、従来、ｐｎｐ型ＨＢＴにおいて、ｈFEを高く（例えば１００００）したままで、ベース領域をＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合を用いた２次元電子ガス層におきかえることにより、ベース層を２次元ガス層膜厚（〜１００Å）にまで短くし、これによって、ホールのベース領域での走行時間を事実上無視できることを可能にし、また、移動度の高い２次元状電子ガスを用いることでベース抵抗を下げることを可能にし、高速動作を可能にする新構造ＨＢＴ（ヘテロ接合ベースＨＢＴ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
具体的に、図５（ａ）、（ｂ）に、このヘテロ接合ベースＨＢＴ（ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ｐ−ＧａＡｓＨＢＴ）の構造断面とバンド構造を示す。図において、コレクタ領域１２３は、ｐ+−ＧａＡｓ層１３１とアンドープ（実質的にはｐ-）ＧａＡｓ層１３２の２層から成る。ベース領域は、アンドープ（ｐ-）ＧａＡｓ層１３２とｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ〜０．３程度）１３３、ｎ+−ＡｌxＧａ1-xＡｓ層１３４のヘテロ接合界面に形成される２次元電子ガスである。エミッタ層はｐ+−ＡｌxＧａ1-xＡｓ１３５である。なお、１０５、１０６はバンドギャップ、１１７はエミッタ電流、１１８は電子のベース電流である。
【００１２】
ホール（正孔）のベース領域の走行時間τは  τ＝ＷB2／ＤB  の関係がある。ここでＷBはベース幅であり、ＤＢは、少数キャリアがあるホールの拡散係数である。ＷBについては２乗でτにきいてくるので、ＷBをきわめて小さくすれば、高速化に対する制限因子となつているベース走行時間τを他の因子と同等以下にすることが可能となる。
【００１３】
この様にしてベースとして２次元電子ガス層を用いれば２次元電子ガス層の膜厚がベース幅となり、従来型の５倍程度以上小さいベース幅ＷB（図５のベース幅１２４）（１００〜１５０Å）を実現できる。
【００１４】
ベース領域の抵抗は通常のＨＢＴではベース幅ＷBを小さくすることにより、逆に大きくなるが、これを小さいままにおさえるために、このＨＢＴでは、コレクタ領域とベース領域の界面（ヘテロ接合面）に２次元電子ガス１２６を形成させる。この２次元電子ガス１２６は、フェルミレベル１２５下のコレクタ側の移動度の大きいアンドープＧａＡｓ層に高密度（〜１×１０12ｃｍ-2）に蓄積されているために、ベースの低抵抗化が可能となる。
【００１５】
一方、半導体プロセスの進歩に伴い、ナノスケールの膜形成技術、微細加工技術が半導体素子の作成に利用されるようになっている。
【００１６】
近年では、量子力学的効果を利用する究極的な材料として量子ドットが注目されている。量子ドットとは、キャリアに３次元的な量子閉じ込めを与えるほど極めて微細なポテンシャルの箱のことである。量子ドットは、デルタ関数的な状態密度を有するものであり、一つの量子ドットの基底準位にはキャリアが２つしか入ることができない。 
【００１７】
このような量子ドットを形成するための技術として、微細加工技術を用いたものがある。例えば、電子線を用いたリソグラフィーによる方法、マスクパターン上にエッチングされた４面体穴の底に量子ドット構造を作成する方法、微細傾斜基板上における成長初期の横方向成長を利用する方法、ＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）技術を応用した原子マニピュレーションを用いた方法などが提案されている。これらの方法は、人為的に加工するという共通の特徴故に、量子ドットを形成する位置を任意に制御できるという利点を有している。しかしながら、個数密度は微細加工技術の精度限界を超えることができず、同様に均一性に関しても極めて低いものであった。
【００１８】
量子ドットを作成するためのブレークスルーとなる新しい技術として、量子ドットを自己形成する技術が近年見い出されている。これは、格子不整合の半導体をある条件で気相エピタキシャル成長することで、３次元の微細構造（量子ドット）が自己形成される現象を用いたものである。この方法は、微細加工に比べて実施するのが極めて容易であり、しかも、得られる量子ドットは人為的な加工技術の精度限界を超えて極めて均一性が高く、高個数密度で、高品質である。このような自己形成量子ドットを用いて、例えば半導体レーザなどのデバイスが実際に報告されるようになり、量子ドット素子の可能性が現実のものとなっている。 
【００１９】
量子ドットの自己形成については、いくつかの形成モードが知られている。最もよく知られている形成モードは、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード（以下、「Ｓ−Ｋモード」と呼ぶ。）と呼ばれるモードである。これは、エピタキシャル成長される半導体結晶が、成長開始当初は２次元成長（膜成長）するが、膜の弾性限界を超えた段階で３次元成長するモードである。このモードの実現が自己形成モードの中で最も容易であり、一般的に用いられている。このモードによれば、高い個数密度で量子ドットを形成することができる。
【００２０】
また、他の形成モードとしては、Ｖｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒモードと呼ばれるモードが知られている。このモードは、初期の２次元成長なしではじめから３次元成長するモードである。このモードは一般にＳ−Ｋモードより低温で起こるといわれているが、品質のよいドットを得るのが難しく、実際には研究はほとんど行われていない。
【００２１】
また、自己形成モードを利用した新しい量子ドット作成方法として、近接積層法が注目されている。近接積層法とは、既に述べた方法で作成する３次元構造をキャリアがトンネルできる程度以下の薄い中間層を介して成長方向に数個積層し、それらをひとまとまりとして背の高い量子ドットを形成する方法である。この方法によれば、均一性の高い量子ドットを形成することができる。
【００２２】
従来、量子ドットのこのような特性を利用する技術の一つとして、３次元成長島よりなる量子ドットを半導体レーザの活性領域に用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、Ｓ−Ｋモードにより、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓよりも格子定数の大きいＩｎＧａＡｓのバッファ層を形成し、その上にＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓの量子ドットを含む量子ドット層を自己形成するもので、このＩｎＧａＡｓバッファ層の組成を適宜制御することにより格子不整合の量を制御して、量子ドットの発光長を制御するものである。例えばＩｎＧａＡｓバッファ層のＩｎ組成を増加させることで、量子ドットの発光波長を増加させ、従来よりも発光波長を長波長側にシフトさせることができる。
【特許文献１】特公平７−３８３９２号公報
【特許文献２】特開２０００−１９６１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記特許文献１には、ＨＢＴのベース領域をＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合を用いた２次元電子ガス層におきかえることにより、ベース層を２次元ガス層膜厚（〜１００Å）にまで短くし得ることが開示されている。しかしながら、特許文献１には、ＨＢＴのベース領域に量子構造を応用することについては示唆するところがない。
【００２４】
また上記特許文献２は、半導体レーザの活性層に量子ドット層を応用する構成を開示したものであり、同様に、ＨＢＴのベース領域に量子構造を応用することについては示唆するところがない。
【００２５】
既に述べたように、ＨＢＴ素子の特性改善を行うべく、ベース領域のキャリア濃度を高く、かつ膜厚を薄くするという手法を採用した場合、ドーピング濃度としては１×１０20［ｃｍ-3］程度が限度であり、またベース領域１２の膜厚を薄くし過ぎると、多数キャリアで占められる筈のベース中性領域が空乏化してしまい、増幅作用が起こらないこととなってしまう。すなわち中性領域を確保しつつ、膜厚の薄いベース領域を考える必要がある。
【００２６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、上記のような膜厚が非常に薄く、かつキャリア濃度の高い、言い換えるならばベース領域に注入されるキャリアに対して抵抗値の低くなるようなベース領域を有する構造を、従来とは異なる２次元キャリアガス層にて達成したヘテロ接合半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００２８】
請求項１の発明に係るヘテロ接合半導体装置は、第一導電型のエミッタ、第二導電型のベース、第一導電型のコレクタの３つの領域を有するヘテロ接合半導体装置において、前記第二導電型のベース領域の平面内に、微小領域から成る貫通孔を面内一様に形成し、この貫通孔内に、バンドギャップの小さい半導体を埋め込んで、量子構造ライクな特性を示す領域を形成し、この量子構造ライクな領域に２次元電子ガス若しくは２次元ホールガスを形成することを特徴とする。
【００２９】
請求項２の発明は、請求項１記載のヘテロ接合半導体装置において、前記量子構造ライクな領域の貫通孔が、ＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させる際に形成される貫通孔により形成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のヘテロ接合半導体装置において、前記量子構造ライクな領域の貫通孔に、ＩｎxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）から成る半導体を埋め込んだことを特徴とする。
【００３１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のヘテロ接合半導体装置において、前記エミッタ領域の材料にＩｎＧａＰを用いたことを特徴とする。
【００３２】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のヘテロ接合半導体装置において、前記ベース領域及びコレクタ領域の材料にＧａＡｓを用いたことを特徴とする。
【００３３】
＜発明の要点＞
本発明の原理を説明するためのヘテロ接合半導体装置のエネルギーバンド構造を図１に示す。
【００３４】
図１から判るように、本発明のヘテロ接合半導体装置は、エミッタコンタクト領域２０、エミッタ領域２１、量子構造ライクな領域２２、キャリア供給層領域２３、コレクタ領域２４、サブコレクタ領域２５を有している。このうち量子構造ライクな領域２２とキャリア供給層領域２３は、ベース領域３３を構成している。
【００３５】
量子構造ライクな領域２２は、図２の如く、ベース層３２（量子構造領域２２ａとその周囲のベース基礎層領域２２ｂが存在することとなる層）の平面内に、微小領域から成る多数の貫通孔２２ｃを面内一様に形成し、この貫通孔２２ｃ内に、貫通孔２２ｃの周囲の材料よりもバンドギャップの小さい半導体、例えばＩｎＡｓやＩｎＧａＡｓを埋め込んで、量子構造ライクな特性を示す領域としたものである。すなわち、図１の量子構造ライクな領域２２は、ＩｎＧａＰ層等のワイドバンドギャップのエミッタ領域２１と、極めて膜厚の薄いｐ型層のキャリア供給層領域２３とに挟まれた、例えばＩｎＡｓやＩｎＧａＡｓから成る量子構造ライクな特性を示す領域である。
【００３６】
図１より、キャリア供給層領域２３より供給されたキャリア（正孔３０）は、量子構造ライクな領域２２の価電子帯側の量子準位２９に閉じ込められる。ベース層３２の平面内を考慮すると、図１で示したようなエネルギーバンドの状態となっている領域（量子準位２９の量子構造ライクな領域２２）が至る場所で確認されるので、結果として量子構造ライクな領域２２で構成されるベース層３２は、キャリア（正孔）が蓄積された状態となる。
【００３７】
上述した量子構造ライクな領域２２の作製は、ＩｎＧａＰ層を成長させる際に生じる貫通孔を利用することで、容易に行うことができる。これを図２を用いて説明する。
【００３８】
図２の如く、ＧａＡｓ微傾斜基板４０上に、ｎ＋−ＧａＡｓサブコレクタ層４１、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層４２、ｐ＋−ＧａＡｓキャリア供給層４３をエピタキシャル成長させた後、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層４５を成長させる。この後、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層４５の成長温度よりも数十度高い温度で数分程度アニールを行うと、直径１０〜１００ｎｍ程度の孔２２ｃが形成される。この孔２２ｃを貫通孔と呼ぶ。この貫通孔２２ｃに、ＩｎＧａＰやＧａＡｓよりもエネルギーバンドギャップの狭い、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等を埋め込み成長することによって、この貫通孔２２ｃの量子構造領域２２ａの部分を、量子構造ライクな領域２２として形成することが出来る。
【００３９】
このような構造を作製する利点を、図１を用いて説明するに、コレクタ領域２４から流入する正孔３０が量子構造ライクな領域２２の価電子帯２７側に蓄積される効果が大きくなり、エミッタ領域２１側への流出が抑えられる。即ちベース領域３３中の正孔濃度が大きくなり、抵抗が小さくなる効果が見込める。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のヘテロ接合半導体装置によれば、第二導電型のベース領域の平面内に、微小領域から成る貫通孔を面内一様に形成し、この貫通孔内に、バンドギャップの小さい半導体を埋め込んで、量子構造ライクな特性を示す領域を形成し、この量子構造ライクな領域に２次元電子ガス若しくは２次元ホールガスを形成する構造としたので、例えばｎｐｎ型ＨＢＴの場合、ベース領域内のキャリア（正孔）をエミッタ領域に注入させないようにしながらエミッタ領域からベース領域へ効率良くキャリア（電子）を注入させることができる。よって本発明によれば、膜厚が非常に薄く、かつキャリア濃度の高い、言い換えるならばベース領域に注入されるキャリア（電子）に対して抵抗値の低くなるようなベース領域を実現することができる。
【００４１】
具体的には、本発明により、従来最小でも５０ｎｍ程度であったベース層膜厚を１０ｎｍ程度に抑えることが出来、かつ高濃度のｐ型ベース層を形成することが可能となった。これにより、従来デバイスに比較して高速、高効率な電子デバイスの作製が可能となった。
【００４２】
また、量子構造ライクな領域の貫通孔は、例えばＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させる際にアニール処理を行うことにより簡単に形成することができるため、高濃度のｐ型ベース層を容易に形成することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００４４】
図２に本発明の実施の形態に係るＨＢＴの構造図を、図１にエネルギーバンド構造図を示す。このＨＢＴは、ＧａＡｓ微傾斜基板４０上に、ｎ＋−ＧａＡｓサブコレクタ層４１（厚さ５００ｎｍ）、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層４２（厚さ７００ｎｍ）、ｐ＋−ＧａＡｓキャリア供給層４３（厚さ１０ｎｍ）、アンドープのＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓの量子井戸から成る量子構造４４（厚さ３０ｎｍ相当）、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層４５（厚さ５０ｎｍ相当）、Ｓｉを高濃度にドープしたｎ＋−ＧａＡｓエミッタコンタクト層４６（厚さ１５０ｎｍ）、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓノンアロイ層４７（厚さ１００ｎｍ）を積層した構造となっている。
【００４５】
図１のバンド構造図における、サブコレクタ領域２５、コレクタ領域２４、キャリア供給層領域２３、量子構造ライクな領域２２、ＩｎＧａＰエミッタ領域２１、エミッタコンタクト領域２０は、これらの層４１〜４６に対応している。
【００４６】
ただし、上記した量子構造４４（量子構造ライクな領域２２）はベース層３２中に存在する。すなわち、ベース層３２は、平面的に見た場合、量子構造４４（量子構造ライクな領域２２）を形成している量子構造領域２２ａとこれらを取り囲むｎ型ＩｎＧａＰベース基礎層領域２２ｂにより構成されている。そして、積層方向に見た場合、このベース層３２と、前記キャリア供給層４３（キャリア供給層領域２３）とで、図１で説明したベース領域３３が構成されている。
【００４７】
上記構造は、第一導電型（ここではｎ型）のエミッタ領域２１（エミッタ層４５）、第二導電型（ここではｐ型）のベース領域３３〔ベース層３２（量子構造領域２２ａ及びベース基礎層領域２２ｂ）とキャリア供給層領域２３〕、第一導電型のコレクタ領域２４（コレクタ層４２）という３つの領域を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、上記第二導電型のベース領域３３（正確にはベース層３２）の平面内に、微小領域から成る貫通孔２２ｃを面内一様に形成し、この貫通孔２２ｃ内に、貫通孔２２ｃの周囲の材料よりもバンドギャップの小さい半導体、例えばＩｎＡｓやＩｎＧａＡｓを埋め込むことにより量子構造ライクな領域２２を形成し、この量子構造ライクな領域２２に２次元電子ガス若しくは２次元ホールガスを形成するようにした構造となっている。
【００４８】
ベース領域３３のうち、コレクタ側のキャリア供給層領域２３つまりキャリア供給層４３は、第二導電型のＧａＡｓ障壁層として働く。そして量子構造ライクな領域２２つまり量子構造４４は、アンドープＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓの量子井戸（直径１０〜１００ｎｍ）から成り、キャリアの落ち込む量子準位２９を形成する。量子井戸は面内一様に形成される。この量子井戸の半導体としては、アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）を用いることができる。
【００４９】
上述した量子構造ライクな領域２２の作製は、次のように行う。すなわち、図２の如く、ＧａＡｓ微傾斜基板４０上に、ｎ＋−ＧａＡｓサブコレクタ層４１、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層４２、ｐ＋−ＧａＡｓキャリア供給層４３をエピタキシャル成長させた後、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層４５を成長させる。この後、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層４５の成長温度よりも数十度高い温度で数分程度アニールを行うと、直径１０〜１００ｎｍ程度の貫通孔２２ｃが形成される。この貫通孔２２ｃに、ＩｎＧａＰやＧａＡｓよりもエネルギーバンドギャップの狭い、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等を埋め込み成長することによって、この貫通孔２２ｃの量子構造領域２２ａの部分を、量子構造ライクな領域２２として形成することが出来る。
【実施例１】
【００５０】
半絶縁性ＧａＡｓ基板（００１）面より［１１０］方向へ２°微傾斜した基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、図２に示す層構造を持つＨＢＴのエピタキシャル成長を行った。なお各層の成長温度、キャリア濃度、膜厚を、表１に示す。
【００５１】
【表１】
2006190870.tif 000003
【００５２】
また使用した原料は、Ａｓ原料にアルシン（ＡｓＨ3）、Ｇａ原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、及びトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ｉｎ原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、リン原料にフォスフィン（Ｐｈ3）、Ａｌ原料にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、またｎ型キャリアのドーパントとしてＳｉを用い、この原料としてジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ｐ型キャリアのドーパントとしてＣを用い、この原料として四臭化炭素（ＣＢｒ4）をそれぞれ用いた。
【００５３】
図２に示したＨＢＴ構造のエネルギーバンドギャップが図１である。
【００５４】
本実施例のＨＢＴはｎｐｎ型である。従ってｎ+型ＧａＡｓエミッタコンタクト領域２０より注入されたキャリア（伝導電子３１）は、ｎ型ＩｎＧａＰより成るエミッタ領域２１を通過し、ベース領域３３とエミッタ領域２１の間の順方向バイアスによって低下した内蔵電位の分に比例する数のキャリアが、ベース領域３３の量子構造ライクな領域２２、キャリア供給層領域２３に注入される。ベース領域のうちキャリア供給層領域２３は１０ｎｍと非常に薄く、また量子構造ライクな領域２２も直径が１０〜１００ｎｍの微細なサイズである為、伝導電子３１はこのベース領域３３を高速で通過することが出来る。またコレクタ領域２４は、ｎ型キャリアであるＳｉが１．０×１０16［ｃｍ-3］と比較的低濃度にドーピングされている為、ほぼ全域に渡って空乏化している。
【００５５】
このことからベース領域３３を通過した伝導電子３１はこのコレクタ領域２４中の強電界によって加速され、サブコレクタ領域２５に到達する。このサブコレクタ領域２５は５．０×１０18［ｃｍ-3］と高濃度にドーピングされている為、電極の役割を果たす層である。
【００５６】
一方、ベース領域３３に着目すると、ｐ型ドーパントのキャリア供給層領域２３より正孔３０が量子構造ライクな領域２２側へ移動する。これはエミッタ−ベース間が順方向バイアスされていることによる。
【００５７】
ここで量子構造ライクな領域２２は直径が１０〜１００ｎｍ程の微小領域である。即ちここで命名しているように量子構造ライクな領域と言える。この量子構造ライクな領域２２には量子準位２９が形成される。
【００５８】
キャリア供給層領域２３及びコレクタ領域２４より供給される正孔３０は、量子構造ライクな領域２２が形成する価電子帯２７側の量子準位２９に移動する。ここで量子準位２９はフェルミ準位２８より伝導体２６側にある。すなわち正孔３０から見た場合、縮退状態にある。従ってベース領域３３にはホールガスが形成され、高濃度のｐ型キャリアが蓄積される。量子構造ライクな領域２２は微小領域として面内一様に形成されるので、ホールガスは２次元的に形成される。これにより、伝導電子３１に対して低抵抗、かつ膜厚の薄いＨＢＴのベース層を形成することが出来た。
【実施例２】
【００５９】
実施例１の構造において、キャリア供給層領域２３（キャリア供給層４３）をｎ型キャリア濃度が１．０×１０15［ｃｍ-3］以下のアンドープＧａＡｓとした構造のＨＢＴを作製した。
【００６０】
このとき量子構造ライクな領域２２（量子構造４４）には、実施例１の時と同様にホールガスが形成された。これはコレクタ領域２４中の少数キャリアである正孔３０が、量子構造ライクな領域２２（量子構造領域２２ａ）に注入された為である。
【００６１】
本構造ではｐ型キャリア供給層領域２３（キャリア供給層４３）を削除したことで、ベース領域を更に薄くでき、ＨＢＴ動作を高速にすることが可能となった。
【実施例３】
【００６２】
実施例１及び実施例２に挙げた構造において、量子構造４４（量子構造ライクな領域２２）の半導体をＩｎＡｓからＩｎ0.6Ｇａ0.4Ａｓに変更した。このときも実施例１及び実施例２の時と同様に、量子構造ライクな領域２２にホールガスが形成され、良好なＨＢＴ特性を示した。即ちコレクタ領域２４側より供給された正孔３０が効率よく領域２２内に閉じ込められ、ホールガスを形成した。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のヘテロ接合半導体装置に係るＨＢＴ構造のエネルギーバンド図である。
【図２】本発明のヘテロ接合半導体装置の実施例に係るＨＢＴの断面構造図である。
【図３】従来のＳｉトランジスタのエネルギーバンド図であり、（ａ）は熱平衡状態を、（ｂ）は能動状態を示した図である。
【図４】能動状態のＨＢＴのエネルギーバンド図である。
【図５】従来のヘテロ接合ベースＨＢＴを示したもので、（ａ）は構造断面図、（ｂ）はバンド構造図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０  エミッタコンタクト領域
２１  エミッタ領域
２２  量子構造ライクな領域
２２ａ  量子構造領域
２２ｂ  ベース基礎領域
２２ｃ  貫通孔
２３  キャリア供給層領域
２４  コレクタ領域
２５  サブコレクタ領域
２６  伝導帯
２７  価電子帯
２８  フェルミ準位
２９  量子準位
３０  正孔
３１  伝導電子
３３  ベース領域
４０  ＧａＡｓ微傾斜基板
４１  ｎ＋−ＧａＡｓサブコレクタ層
４２  ｎ−ＧａＡｓコレクタ層
４３  ｐ＋−ＧａＡｓキャリア供給層
４４  量子構造
４５  ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層
４６  ｎ＋−ＧａＡｓエミッタコンタクト層
４７  ｎ＋−ＩｎＧａＡｓノンアロイ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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