(57)【要約】【課題】ヘテロバリア効果による高電流動作時でのトランジスタ特性の劣化を抑制した、高性能なＳｉＧｅ−ＨＢＴを提供することにある。【解決手段】ベース領域４は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が連続的に減少する第１の領域４ａと第２の領域４ｂを有し、第１の領域４ａにおけるＧｅ組成比の減少率が、第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比の減少率よりも小さくなっている。また、エミッタ領域９に接するベース領域５は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かいＧｅ組成比が増加している。【選択図】図２
2008060134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体層からなるコレクタ領域と、
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、
前記ベース領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域及び第２の領域を有し、
前記第１の領域におけるバンドギャップの増加率が、前記第２の領域におけるバンドギャップの増加率よりも小さいことを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記ベース領域は、前記エミッタ領域に接する第３の領域をさらに有し、
前記第３の領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の半導体層のバンドギャップが減少している、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第３の領域は、前記第１の領域に接している、請求項４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記コレクタ領域に接する前記第２の領域端部におけるバンドギャップは、前記コレクタ領域における前記第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい、請求項２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第２の半導体層のバンドギャップは、前記ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている、請求項１〜６の何れかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項８】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい減少しており、
前記第１の領域におけるＧｅ組成比の減少率が、前記第２の領域におけるＧｅ組成比の減少率よりも小さい、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記コレクタ領域に接する前記第２の領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％である、請求項６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１０】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるＧｅ組成比は一定であり、
前記第１の領域及び前記第２の領域におけるバンドギャップが、前記ＳｉＧｅ層に含まれる炭素濃度で制御されている、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１１】
前記第１の領域及び前記第２の領域における炭素濃度は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、連続的に増加しており、
前記第１の領域における炭素濃度の増加率が、前記第２の領域における炭素濃度の増加率よりも小さい、請求項１０に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１２】
第１の半導体層からなるコレクタ領域と、
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、
前記ベース領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域を少なくとも有し、
前記コレクタ領域に接する前記ベース領域端部におけるバンドギャップは、前記コレクタ領域における前記第１の半導体層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする、テロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１３】
前記第１の領域は、前記コレクタ領域に接しており、
前記第１の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加している、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１４】
前記ベース領域は、前記コレクタ領域側に、前記第１の領域に接する第２の領域をさらに有し、
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接しており、かつ、前記第２の領域のバンドギャップが一定である、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１５】
前記ベース領域は、前記コレクタ領域側に、前記第１の領域に接する第２の領域をさらに有し、
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接しており、かつ、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、前記第２の領域のバンドギャップが減少している、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１６】
前記ベース領域は、前記コレクタ領域側に、前記第１の領域から離れた第２の領域をさらに有し、
前記第２の領域は、前記コレクタ領域に接しており、かつ、前記第２の領域におけるバンドギャップは、前記コレクタ領域における前記第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１７】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第２の半導体層のバンドギャップは、前記ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている、請求項１２〜１６の何れかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１８】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記コレクタ領域に接する前記ベース領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％である、請求項１２〜１６の何れかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項１９】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第１の領域におけるＧｅ組成比は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい減少している、請求項１２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２０】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、一定である、請求項１４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２１】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、連続的に増加している、請求項１５に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２２】
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記第２の領域の厚みが、２〜２０ｎｍである、請求項１６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２３】
第１の半導体層からなるコレクタ領域と、
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、
前記第２の半導体層は、ＳｉＧｅ層からなり、
前記ベース領域は、少なくともＧｅ組成比が一定で、炭素を含有する第１の領域を有し、
前記第１の領域における炭素濃度が、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい増加していることを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２４】
前記ベース領域は、前記エミッタ領域に接する第２の領域をさらに有し、
前記第２の領域は、前記エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、Ｇｅ組成比が増加している、請求項２３に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２５】
基板上に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成され、前記第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層とを備え、
前記第１の半導体層は、第１導電型の不純物を含むコレクタ領域をなし、
前記第２の半導体層は、第２導電型の不純物を含むベース領域をなし、
前記第３の半導体層は、第１導電型の不純物を含むエミッタ領域をなし、
前記第１の半導体層に接する前記第２の半導体層の一部の領域に、第１導電型の不純物が含まれていることを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【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に関し、特に、高電流動作時の電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆTを向上させたヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン基板を利用して形成されるバイポーラトランジスタは、微細加工技術・セルフアライン技術の進歩によって高速化・高性能化が図られている。特に、シリコン基板上にＳｉとＧｅの混晶であるＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させ、このＳｉＧｅ層をベース層として用いたシリコンゲルマニウムへテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、「ＳｉＧｅ−ＨＢＴ」という）は、従来のシリコンホモ接合バイポーラトランジスタ（以下、「Ｓｉ−ＢＪＴ」という）に比較して、より高速化・高性能化が可能なバイポーラトランジスタである。
【０００３】
また、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの製造では、ＳｉＧｅエピタキシャル層の成長以外は従来のＳｉ微細プロセスを使用できるため、ＧａＡｓなどの化合物半導体に対するＳｉプロセスのメリット（高集積化、低コスト）を維持しつつ高性能化が可能であり、特に携帯電話や無線ＬＡＮなどの高速・高周波の通信システム向けデバイスとして有用である。
【０００４】
さらに、最近では、ＳｉＧｅの低コスト性に注目して、従来はＧａＡｓに代表される化合物半導体を用いていた携帯電話システムの出力用トランジスタとしても注目されている。
【０００５】
図１４及び図１５は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴの一般的な構造を示した図で、図１４はその断面図、図１５は、図１４のＡ−Ａに沿った断面におけるＧｅ組成比および不純物濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【０００６】
図１４及び図１５に示すように、Ｓｉ基板１０１上に、ｎ型不純物が高濃度にドープされたｎ＋コレクタ埋め込み層１０２、及びｎ型不純物が低濃度にドープされたｎ−コレクタ層１０３が形成されている。
【０００７】
さらに、ｎ−コレクタ層１０３上には、ノンドープのＳｉＧｅスペーサ層１０４、及びｐ型不純物がドープされたｐ−ＳｉＧｅベース層１０５が形成されている。
【０００８】
さらに、ｐ−ＳｉＧｅベース層１０５上には、ノンドープＳｉ−Ｃａｐ層１０６、開口部を有する絶縁膜１０７、及びｎ型不純物が高濃度にドープされた多結晶シリコン膜からなるエミッタ電極１０８が形成されている。
【０００９】
そして、Ｓｉ−Ｃａｐ層１０６の一部には、エミッタ電極１０８を形成した後に、熱処理を行うことによって、エミッタ電極１０８からｎ型不純物が拡散して形成されたエミッタ拡散層１０９が形成されている。
【００１０】
このように構成されたＳｉＧｅ−ＨＢＴは、Ｇｅのバンドギャップ（室温時で０．６６ｅＶ）が、Ｓｉのバンドギャップ（室温時で１．１２ｅＶ）より小さいため、ＳｉＧｅ混晶からなるベース層１０５のバンドギャップは、Ｓｉのバンドギャップより小さくなる。これにより、ベース層１０５からエミッタ拡散層１０９に注入される正孔に対するエネルギー障壁高さを、エミッタ拡散層１０９からベース層１０５に注入される電子に対するエネルギー障壁高さよりも大きくすることができる。その結果、エミッタ拡散層１０９およびベース層１０５の不純物濃度が同一の場合でも、Ｓｉ−ＢＪＴよりもベース電流が少なくなり、電流増幅率ｈＦＥを増加させることができる。
【００１１】
さらに、図１５に示すように、ベース層１０５のＧｅ組成比をエミッタ拡散層１０９からコレクタ層１０３へ向かって徐々に増加させることによって、ベース層１０５のバンドギャップを、エミッタ拡散層１０９からコレクタ層１０３に向かって徐々に減少させることができる。これにより、ベース層１０５内にドリフト電界が発生し、エミッタ拡散層１０９からベース層１０５に注入された少数キャリア（電子）は、このドリフト電界により加速を受ける。その結果、拡散のみによって少数キャリア（電子）がベース領域を走行する従来のＳｉ−ＢＪＴに比べて、ベース走行時間の短縮が可能となり、優れた高周波特性を実現することができる。
【００１２】
なお、ＳｉＧｅのナローバンドギャップの効果を得るためには、ベース層１０５内のＧｅ組成比は多い方が望ましく、ＳｉＧｅのエピタキシャル膜の膜質が劣化しない上限として、２０〜３０ａｔ％のＧｅ組成比が用いられることが多い。
【００１３】
このように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴは、ＳｉＧｅ混晶のナローバンドギャップ特性を利用してＳｉ−ＢＪＴよりも高性能なトランジスタを実現できる有望な技術であるが、高電流動作時において、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの急激な低下が生じるというＳｉＧｅ−ＨＢＴ固有の課題がある。以下、この課題について、図１６を参照しながら説明する。
【００１４】
図１６は、従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴにおけるエネルギーバンドを示した図で、（ａ）は、コレクタ低電流動作時のエネルギーバンドを、（ｂ）はコレクタ高電流動作時のエネルギーバンドをそれぞれ示したものである。図１６（ａ）に示すように、低電流動作時のエネルギーバンドにおいて、ベース／コレクタ接合部に対応した位置に、ＳｉとＳｉＧｅのバンドギャップ差に起因したエネルギー障壁（図中の矢印Ａの部分）が存在する。
【００１５】
しかしながら、通常、ＳｉＧｅベース層１０５のｐ型不純物がｎ−コレクタ層１０３内にはみ出さないようにＳｉＧｅスペーサ層１０４の厚みを設定しているため、このエネルギー障壁がベース層１０５（または１０４）内に存在することはない。それ故、このエネルギー障壁は、高電界が印加されているベース／コレクタ空乏層中に存在するため、トランジスタ特性に実質的な影響を与えることはない。
【００１６】
一方、高電流動作時では、エミッタ拡散層１０９からベース層１０５（または１０４）に注入される電子が増加し、ベース層中の電子濃度がｎ−コレクタ層１０３中のドナー濃度以上になると、実効的なベース領域がｎ−コレクタ層１０３に張り出す、いわゆるカーク効果（Ｋｉｒｋ効果）が生じ、その結果、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等が引き起こされる。
【００１７】
さらに、ＳｉＧｅ−ＨＢＴの場合、カーク効果が生じて、実効的なベース領域がｎ−コレクタ層１０３まで張り出してくると、低電流動作時は空乏層内に存在したエネルギー障壁が、ベース領域内（図１６（ｂ）の矢印Ａで示す位置）に形成されてしまうため、これが電子の障壁となる。その結果、急激にコレクタ電流が低下し、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等のトランジスタ特性の劣化を招く。この現象は、ヘテロバリア効果（Heterojunction Barrier Effect：ＨＢＥ）と呼ばれており、ＳｉＧｅ−ＨＢＴ固有の課題の一つとなっている。
【００１８】
このように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴでは、高電流動作時にカーク効果とヘテロバリア効果の両方が起こるため、通常のＳｉ−ＢＪＴよりトランジスタ特性の劣化が大きい。
【００１９】
特に、トランジスタを高耐圧化するためにｎ−コレクタ層の不純物濃度を低下させた場合、カーク効果が生じやすくなり、ヘテロバリア効果がより顕著に現れるため、トランジスタ特性の劣化は著しくなる。つまり、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、高耐圧化と高電流域での性能（電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴ等）とはトレードオフの関係となる。
【００２０】
また、このような高電流動作時の特性劣化は、携帯電話の出力用トランジスタ等の高出力で動作させる用途では重要な課題となる。
【００２１】
このような課題を解決する手段として、ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚を厚くする方法がある。ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚を厚くすることにより、エネルギー障壁のある位置をコレクタ側に遠ざけることができ、その結果、高電流動作時に実効的なベース領域がコレクタ側に広がっても、ベース領域中にエネルギー障壁を形成することがないため、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等を防止することができる。
【００２２】
しかしながら、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との間には格子定数の差（格子不整合）に起因する歪みが内在しているため、ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚を厚くした場合、ＳｉＧｅ膜中のトータルのＧｅ含有率が増加してしまう。その結果、ＳｉＧｅ層／Ｓｉ層界面やＳｉＧｅ層中に転位等が発生し信頼性の低下等を招くため、ＳｉＧｅスペーサ層１０４の膜厚の増加には限界があり、ヘテロバリア効果を十分に抑制することは難しい。
【００２３】
これに対して、ＳｉＧｅスペーサ層１０４のＧｅ組成比をベース領域からコレクタ領域側に向かって連続的に減少させる方法が、特許文献１に記載されている。
【００２４】
図１７は、特許文献１に記載されたベース領域１０４、１０５におけるＧｅ組成比を模式的に示した図である。ここで、１０３はコレクタ領域、１０６はエミッタ領域を示す。ベース領域内に、エミッタ／ベース接合部からコレクタ領域１０３に向かってＧｅ組成比が増加する領域（以下、「Ｇｅ傾斜層」という）１０５を設けることによって、ベース領域内でドリフト電界を形成するとともに、ベース／コレクタ接合部に向かってＧｅ組成比が減少する領域１０４をさらに設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けることができる。これにより、ベース領域中にエネルギー障壁が形成されることがないため、Ｇｅ傾斜層１０５で加速された電子の走行速度を維持することができる。また、ベース／コレクタ接合部での格子不整合に起因した結晶欠陥の発生も抑制できるため、結晶欠陥によるトランジスタ特性の信頼性低下も防止することができる。
【特許文献１】特開２００１−６８４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
確かに、Ｇｅ傾斜層１０５に対してコレクタ領域１０３側に、ベース／コレクタ接合部に向かってＧｅ組成比が減少する領域１０４を設けることによって、ベース領域中にエネルギー障壁が形成される要因をなくすことができるが、ベース領域内に形成されるエネルギーバンドの観点から、以下のような問題が生じる。
【００２６】
すなわち、ベース領域内のＧｅ組成比が、図１７に示したような分布を有する場合、ベース領域内に形成されるエネルギーバンドは、図１８に示すように、ベース／コレクタ接合部に向かってＧｅ組成比が減少する領域１０４において、バンドギャップが増加する領域（図中の矢印Ｂで示す部分）が生じる。このため、Ｇｅ傾斜層５内に形成されたドリフト電界によって加速された電子は、バンドギャップが増加する領域において減速されてしまう。この現象は、カーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域側に広がる高電流動作時に、特に顕著になる。
【００２７】
また、図１７に示すようなＧｅ組成比の分布を持ったＳｉＧｅベース領域を形成する際、製造面の観点から、以下のような問題が生じる。
【００２８】
すなわち、ベース／コレクタ接合部においては、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数に差がなくなるため、ＳｉＧｅ層をＳｉ層上にエピタキシャル成長技術で形成した後、分光エリプソ等を用いて光学的にＳｉＧｅ層の膜厚を測定することができない。加えて、ＳｉＧｅ層のエピタキシャル膜の成長速度は、成長温度だけでなく、Ｇｅ組成比によっても大きく変動するため、Ｇｅ組成比が変化するＳｉＧｅ層の膜厚は、バラツキが大きくなる。このため、製造過程において、ＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く制御及び管理することが難しく、安定した特性を有するトランジスタを製造することができない。
【００２９】
本願発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、ヘテロバリア効果による高電流動作時でのトランジスタ特性の劣化を抑制した、高性能なヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することにある。また、製造時のバラツキを抑え、安定した性能を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明は、ベース領域に、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、バンドギャップの増加率が小さい第１の領域と、バンドギャップの増加率が大きい第２の領域とを設けた構成を採用する。これにより、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、コレクタ領域に向かってバンドギャップが増加する領域を縮小させることができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴの低下を防止することができるとともに、ベース領域における電子の走行速度の減少を抑制することができる。
【００３１】
また、本発明は、ベース領域に、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、バンドギャップの減少する領域を設けるとともに、ベース／コレクタ接合部におけるベース領域のバンドギャップをコレクタ領域のバンドギャップよりも小さくした構成を採用する。これにより、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、トランジスタ特性の劣化を防止することができるとともに、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となるため、安定した特性を有するトランジスタを製造することができる。
【００３２】
本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の半導体層からなるコレクタ領域と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、ベース領域は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域及び第２の領域を有し、第１の領域におけるバンドギャップの増加率が、第２の領域におけるバンドギャップの増加率よりも小さいことを特徴とする。
【００３３】
このような構成により、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、コレクタ領域に向かってバンドギャップが増加する領域を縮小させることができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴの低下を防止することができるとともに、ベース領域における電子の走行速度の減少を抑制することができる。
【００３４】
ここで、第２の領域は、コレクタ領域に接していてもよい。また、第１の領域及び第２の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加していてもよい。
【００３５】
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、エミッタ領域に接する第３の領域をさらに有し、第３の領域は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、第２の半導体層のバンドギャップが減少している。これにより、第３の領域内に形成されたドリフト電界によって、ベース領域を走行するキャリアを加速することができる。ここで、第３の領域は、第１の領域に接していることが好ましい。
【００３６】
ある好適な実施形態において、上記コレクタ領域に接する第２の領域端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域における第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい。これにより、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができ、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
【００３７】
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、第２の半導体層のバンドギャップは、ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている。これにより、第２の半導体層のバンドギャップを容易に制御することができる。
【００３８】
ここで、上記第１の領域及び前記第２の領域におけるＧｅ組成比は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい減少しており、第１の領域におけるＧｅ組成比の減少率が、第２の領域におけるＧｅ組成比の減少率よりも小さいことが好ましい。
【００３９】
また、コレクタ領域に接する第２の領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％であることが好ましい。
【００４０】
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、第１の領域及び第２の領域におけるＧｅ組成比は一定であり、第１の領域及び第２の領域におけるバンドギャップが、ＳｉＧｅ層に含まれる炭素濃度で制御されている。
【００４１】
ここで、上記第１の領域及び第２の領域における炭素濃度は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい連続的に増加しており、第１の領域における炭素濃度の増加率が、第２の領域における炭素濃度の増加率よりも小さいことが好ましい。
【００４２】
本発明に係わる他のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の半導体層からなるコレクタ領域と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、ベース領域は、エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、第２の半導体層のバンドギャップが増加する第１の領域を少なくとも有し、コレクタ領域に接するベース領域端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域における第１の半導体層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする。
【００４３】
このような構成により、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、トランジスタ特性の劣化を防止することができるとともに、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となるため、安定した特性を有するトランジスタを製造することができる。
【００４４】
ここで、上記第１の領域は、コレクタ領域に接しており、第１の領域におけるバンドギャップは、連続的に増加していることが好ましい。
【００４５】
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、コレクタ領域側に、第１の領域に接する第２の領域をさらに有し、該第２の領域は、コレクタ領域に接しており、かつ、第２の領域のバンドギャップが一定である。
【００４６】
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、コレクタ領域側に、第１の領域に接する第２の領域をさらに有し、該第２の領域は、コレクタ領域に接しており、かつ、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、第２の領域のバンドギャップが減少している。
【００４７】
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、コレクタ領域側に、第１の領域から離れた第２の領域をさらに有し、該第２の領域は、コレクタ領域に接しており、かつ、第２の領域におけるバンドギャップは、コレクタ領域における第１の半導体層のバンドギャップよりも小さい。
【００４８】
ある好適な実施形態において、上記第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、第２の半導体層のバンドギャップは、ＳｉＧｅ層におけるＧｅ組成比で制御されている。
【００４９】
ここで、上記コレクタ領域に接するベース領域端部におけるＧｅ組成比は、２〜１０ａｔ％であることが好ましい。
【００５０】
また、上記第１の領域におけるＧｅ組成比は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい減少していることが好ましい。
【００５１】
また、第２の領域におけるＧｅ組成比は一定であってもよい。
【００５２】
また、第２の領域におけるＧｅ組成比は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、連続的に増加していてもよい。
【００５３】
また、第２の領域の厚みが２〜２０ｎｍであってもよい。
【００５４】
本発明に係わる他のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の半導体層からなるコレクタ領域と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層からなるベース領域と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層からなるエミッタ領域とを備え、第２の半導体層はＳｉＧｅ層からなり、ベース領域は、少なくともＧｅ組成比が一定で、炭素を含有する第１の領域を有し、第１の領域における炭素濃度が、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい増加していることを特徴とする。
【００５５】
このような構成により、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース領域とコレクタ領域との界面の光学定数に差をもたすことができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がっても、トランジスタ特性の劣化を防止することができるとともに、ベース領域の膜厚を光学的に測定することが可能となるため、安定した特性を有するトランジスタを製造することができる。
【００５６】
ある好適な実施形態において、上記ベース領域は、エミッタ領域に接する第２の領域をさらに有し、第２の領域は、エミッタ領域から前記コレクタ領域に向かい、Ｇｅ組成比が増加している。
【００５７】
本発明に係わる他のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、基板上に形成された第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成され、第１の半導体層よりもバンドギャップが小さい第２の半導体層と、第２の半導体層上に形成され、第２の半導体層よりもバンドギャップが大きい第３の半導体層とを備え、第１の半導体層は、第１導電型の不純物を含むコレクタ領域をなし、第２の半導体層は、第２導電型の不純物を含むベース領域をなし、第３の半導体層は、第１導電型の不純物を含むエミッタ領域をなし、第１の半導体層に接する第２の半導体層の一部の領域に、第１導電型の不純物が含まれていることを特徴とする。
【００５８】
このような構成により、ベース／コレクタ空乏層は、第２の半導体層内に形成され、第１の半導体層と第２の半導体層の界面におけるエネルギー障壁は、コレクタ領域内に形成されるため、ベース領域中にエネルギー障壁が形成されることはなく、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下等を防止することができる。
【発明の効果】
【００５９】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、耐圧を犠牲にすることなく、高電流動作時での電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下を抑制した、高性能なトランジスタを実現することができる。また、製造時のバラツキを抑え、安定した性能を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００６１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を模式的に示した断面図である。
【００６２】
図１に示すように、Ｓｉ基板１上に、リン（Ｐ）などのｎ型不純物が高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３程度）にドープされたｎ＋コレクタ埋め込み層２、及びＰなどのｎ型不純物が低濃度（例えば、１Ｅ１６ｃｍ−３程度）にドープされたｎ−コレクタ層３が形成されている。
【００６３】
さらに、ｎ−コレクタ層３上には、ノンドープのＳｉＧｅスペーサ層４、及びボロン（Ｂ）などのｐ型不純物が、例えば５Ｅ１８〜５Ｅ１９ｃｍ−３程度にドープされたｐ−ＳｉＧｅベース層５が形成されている。
【００６４】
さらに、ｐ−ＳｉＧｅベース層５上には、ノンドープＳｉ−Ｃａｐ層６、開口部を有する絶縁膜７、及びＰなどのｎ型不純物が高濃度（例えば、１Ｅ２０ｃｍ−３以上）にドープされた多結晶シリコン膜からなるエミッタ電極８が形成されている。
【００６５】
そして、Ｓｉ−Ｃａｐ層６の一部には、エミッタ電極８を形成した後に、９００℃〜１０００℃程度の温度で熱処理を行うことによって、エミッタ電極８からｎ型不純物が拡散して形成されたエミッタ拡散層９が形成されている。
【００６６】
なお、この熱処理によって、ＳｉＧｅベース層５からｐ型不純物がｎ−コレクタ層３にはみ出して拡散しないよう、ＳｉＧｅスペーサ層４の厚みが設定されている。それ故、ＳｉＧｅスペーサ層４もベース領域として機能するが、ＳｉＧｅスペーサ層４の一部に、ｐ型不純物が含まれない領域が存在する場合もある。また、この熱処理によって、Ｓｉ−Ｃａｐ層６側にもＳｉＧｅベース層５からｐ型不純物が拡散するので、Ｓｉ−Ｃａｐ層６の一部もベース領域として機能する。
【００６７】
すなわち、本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタ領域が、Ｓｉ層（第１の半導体層）からなるｎ＋コレクタ埋め込み層２及びｎ−コレクタ層３で構成され、ベース領域が、ＳｉＧｅ層（第２の半導体層）からなるＳｉＧｅスペーサ層４、ＳｉＧｅベース層５、及びＳ−Ｃａｐ層６の一部で構成され、エミッタ領域が、エミッタ拡散層９で構成されたものである。
【００６８】
ここで、ｎ−コレクタ層３は０．１μｍ〜１．０μｍ、ＳｉＧｅスペーサ層４は５ｎｍ〜５０ｎｍ、ｐ−ＳｉＧｅベース層５は５ｎｍ〜５０ｎｍ、Ｓｉ−Ｃａｐ層６は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに、それぞれエピタキシャル成長で形成される。
【００６９】
図２は、図１のＡ−Ａに沿った断面におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【００７０】
図２に示すように、ベース領域（ＳｉＧｅスペーサ層）４は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が連続的に減少する第１の領域４ａと第２の領域４ｂを有し、第１の領域４ａにおけるＧｅ組成比の減少率が、第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比の減少率よりも小さくなっている。また、エミッタ領域９に接するＳｉＧｅベース層（第３の領域）５は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が増加するＧｅ傾斜層を構成している。
【００７１】
なお、第１の領域４ａ、第２の領域４ｂ、及び第３の領域５は、ベース領域を構成するＳｉＧｅ層内に形成されていればよく、必ずしも、ＳｉＧｅスペーサ層４またはＳｉＧｅベース層５に対応させて形成される必要はない。また、第２の領域４ｂは、必ずしもコレクタ領域３と接している必要はなく、また、第３の領域４ｃも、必ずしも第１の領域４ａまたはエミッタ領域９に接している必要はない。
【００７２】
上述したように、ＳｉＧｅ層のバンドギャップは、Ｇｅ組成比で制御することができる。これにより、図２に示したベース領域を構成するＳｉＧｅ層のＧｅ組成比の変化によって、ベース領域におけるバンドギャップは、以下のように制御される。
【００７３】
すなわち、ベース領域は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、ＳｉＧｅ層（第２の半導体層）のバンドギャップが増加する第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを有し、第１の領域４ａにおけるバンドギャップの増加率が、第２の領域４ｂにおけるバンドギャップの増加率よりも小さくなっている。また、エミッタ領域に接する第３の領域５は、エミッタ領域からコレクタ領域に向かい、バンドギャップが減少している。
【００７４】
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、バンドギャップが増加する領域を設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、バンドギャップが増加する領域を、増加率の小さな第１の領域４ａと増加率の大きな第２の領域４ｂとに分けることによって、コレクタ領域３に向かってバンドギャップが増加する領域を縮小させることができる。その結果、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域３に広がっても、電流増幅率ｈＦＥ、遮断周波数ｆＴの低下を防止することができるとともに、Ｇｅ傾斜層５内に形成されたドリフト電界によって加速された電子の減速を抑制することができる。
【００７５】
なお、図２では、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比を連続的に減少（バンドギャップを連続的に増加）させたが、例えば、階段状に不連続に減少させてもよい。この場合、第１の領域４ａにおけるバンドギャップの平均的な増加率を、第２の領域４ｂにおけるバンドギャップの平均的な増加率よりも小さくする。
【００７６】
本発明において、ベース領域からエネルギー障壁のある位置をコレクタ領域３側に遠ざけるために、ＳｉＧｅスペーサ層４の膜厚を増加させても、トータルのＧｅ含有量を抑えることができるため、ＳｉＧｅ層内またはＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面での欠陥の発生が抑えられ、それ故、トランジスタの信頼性を低下させることはない。
【００７７】
また、ＳｉＧｅスペーサ層４中のＧｅ含有量を減少させることができた分だけ、Ｇｅ傾斜層５におけるＧｅ含有量を増加させることが可能となるため、Ｇｅ傾斜層５のＧｅ組成比のピーク値を大きくすることができる。これにより、Ｇｅ傾斜層５に形成されたドリフト電界による電子の加速を図ることができ、より高速なトランジスタを実現することができる。
【００７８】
さらに、エミッタ領域に接する第３の領域５を、Ｇｅ組成比が増加するＧｅ傾斜層としたが、Ｇｅ組成比が一定であるＢＯＸ型であっても、本発明の効果を発揮することができる。
【００７９】
（第１の実施形態の変形例１）
図３は、第１の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例１を示した図である。
【００８０】
図３に示すように、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂの端部におけるＧｅ組成比が、所定の値Ｇｅ０を有している点が、図２に示したプロファイルと違っている。すなわち、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂ端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域３におけるバンドギャップよりも小さくなっている。
【００８１】
ここで、ベース／コレクタ接合部におけるＧｅ組成比Ｇｅ０は、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定される。このような値に設定することによって、ＳｉＧｅ層をＳｉ層上にエピタキシャル成長技術で形成した後、分光エリプソ等を用いて光学的にＳｉＧｅ層の膜厚を測定することが可能となり、ＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く管理することができる。
【００８２】
ここで、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面のＧｅ組成比はＧｅ０は、２ａｔ％以上であれば、分光エリプソ等の膜厚測定技術で十分に膜厚測定可能である。また、Ｇｅ０が１０ａｔ％以下であれば、カーク効果によりベース中にエネルギー障壁が形成された場合でも、ヘテロバリア効果によるトランジスタ特性の低下は実質的に問題となるレベルにはならない。
【００８３】
（第１の実施形態の変形例２）
本発明の第１の実施形態においては、ベース領域を構成するＳｉＧｅ層のＧｅ組成比を変えることによって、ＳｉＧｅ層のバンドギャップを制御したが、図２に示したＧｅ組成比のプロファイルによって得られるバンドギャップと実質的に同一のバンドギャップを、ＳｉＧｅ層に含有する炭素濃度によっても制御することができる。
【００８４】
図４は、第１の実施形態の変形例２における、Ｇｅ組成比と炭素濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【００８５】
図４に示すように、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂにおけるＧｅ組成比が一定であるとともに、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂにおける炭素濃度が、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、連続的に増加しており、かつ、第１の領域４ａにおける炭素濃度の増加率が、第２の領域４ｂにおける炭素濃度の増加率よりも小さい点が、図２に示したプロファイルと異なっている。
【００８６】
通常、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいて、ＳｉＧｅエピタキシャル層は、下地のＳｉ層から圧縮応力を受けているが、圧縮応力を受けているＳｉＧｅ層に炭素をドーピングした場合、ＳｉＧｅ層のバンドギャップが増加する。つまり、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、ＳｉＧｅ層における炭素濃度の増加は、Ｇｅ組成比の減少と同様の作用を発揮することができる。
【００８７】
本変形例２は、この作用を利用したものであり、Ｇｅ組成比が一定であっても、図４に示すように、第１の領域４ａと第２の領域４ｂにおける炭素濃度の増加率を変えることによって、図２に示したようなＧｅ組成比のプロファイルによって得られるバンドギャップと実質的に同一のバンドギャップを実現することができる。
【００８８】
なお、ＳｉＧｅ層の膜厚測定は、４００ｎｍ〜８００ｎｎ程度の波長域で分光エリプソを用いて測定が行われるが、この波長域では炭素は吸収を持たないため、ＳｉＧｅ層に炭素をドーピングしても、ＳｉＧｅ層の膜厚測定に影響を及ぼすことはない。
【００８９】
また、炭素は格子歪みを緩和する効果もあるため、トータルＧｅ含有量を増加させることによりトランジスタ特性を向上させることができる。
【００９０】
さらに、炭素はＢ増速拡散抑制の効果もあるため、ＳｉＧｅベース層形成後の熱処理によるＢプロファイルの広がりに起因するトランジスタ特性の低下を抑制することができる。
【００９１】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態におけるＳｉＧｅ層のＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【００９２】
図５に示すように、ＳｉＧｅスペーサ層（第１の領域）４は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が連続的に減少し、コレクタ領域３に接する第１の領域４の端部におけるＧｅ組成比が、所定の値Ｇｅ０を有している。
【００９３】
ここで、ベース／コレクタ接合部におけるＧｅ組成比Ｇｅ０は、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定される。
【００９４】
なお、Ｇｅ組成比が連続的に減少する領域４、及び連続的に増加する領域５は、ベース領域を構成するＳｉＧｅ層内に形成されていればよく、必ずしも、ＳｉＧｅスペーサ層またはＳｉＧｅベース層に対応させて形成される必要はない。
【００９５】
図５に示したベース領域を構成するＳｉＧｅ層４、５内におけるＧｅ組成比の変化によって、ベース領域におけるバンドギャップは、以下のように制御される。
【００９６】
すなわち、ベース領域は、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、ＳｉＧｅ層のバンドギャップが増加する第１の領域４を有し、コレクタ領域３に接するベース領域端部におけるバンドギャップは、コレクタ領域３におけるＳｉ層のバンドギャップよりも小さくなっている。
【００９７】
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、バンドギャップが増加する領域４を設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース／コレクタ接合部におけるＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
【００９８】
これにより、高電流動作時にカーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域に広がった場合でも、電流増幅率ｈＦＥや遮断周波数ｆＴの低下を抑制することができるとともに、Ｓｉ層上にエピタキシャル成長したＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く管理することが可能となる。
【００９９】
ここで、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面のＧｅ組成比Ｇｅ０は、２ａｔ％以上であれば、分光エリプソ等の膜厚測定技術で十分に膜厚測定可能である。また、Ｇｅ０が１０ａｔ％以下であれば、カーク効果によりベース中にエネルギー障壁が形成された場合でも、ヘテロバリア効果によるトランジスタ特性の低下は実質的に問題となるレベルにはならない。
【０１００】
（第２の実施形態の変形例１）
図６は、第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例１を示した図である。
【０１０１】
図６に示すように、コレクタ領域３側に第１の領域（Ｇｅ組成比が減少する領域）４ａに接する第２の領域４ｂを備え、第２の領域４ｂのＧｅ組成比は一定で、かつ、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂの端部におけるＧｅ組成比が、所定の値Ｇｅ０（ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値）を有している点が、図５に示したプロファイルと異なっている。
【０１０２】
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が減少する（バンドギャップが増加する）第１の領域４ａを設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ベース／コレクタ接合部におけるＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
【０１０３】
（第２の実施形態の変形例２）
図７は、第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例２を示した図である。
【０１０４】
図７に示すように、コレクタ領域３側に第１の領域（Ｇｅ組成比が減少する領域）４ａに接する第２の領域４ｂを備え、第２の領域４ｂは、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が増大（エネルギーバンドが減少）している点が、図５に示したプロファイルと異なっている。
【０１０５】
Ｇｅ組成比がコレクタ領域３まで連続的に減少している場合、図１８に示したように、ベース／コレクタ接合部近傍で、バンドギャップが増加する領域が生じるため、Ｇｅ傾斜層５内に形成されたドリフト電界によって加速された電子は、バンドギャップが増加する領域において減速されてしまう。この現象は、カーク効果により実効的なベース幅がコレクタ領域側に広がる高電流動作時に、特に顕著になる。
【０１０６】
本変形例２では、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が減少する（バンドギャップが増加する）第１の領域４ａを設けることによって、ベース／コレクタ接合部近傍で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、コレクタ領域３側にＧｅ組成比が増加（バンドギャップが減少）する第２の領域４ｂをさらに設けることによって、一旦、走行速度が低下した電子を再加速させることができる。  
【０１０７】
なお、コレクタ領域３に接する第２の領域４ｂの端部におけるＧｅ組成比Ｇｅ０は、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面の光学定数の差が、光学的に検出できるような値に設定されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することが可能となる。
【０１０８】
（第２の実施形態の変形例３）
図８は、第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例３を示した図である。
【０１０９】
図８に示すように、コレクタ領域３側に、第１の領域（Ｇｅ組成比が減少する領域）４ａから離れた第２の領域（マーカー層）４ｂを備えている点が、図５に示したプロファイルと異なっている。
【０１１０】
このように、ベース領域内に、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、Ｇｅ組成比が減少する（バンドギャップが増加する）第１の領域４ａを設けることによって、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けるとともに、ＳｉＧｅ層とＳｉ層との界面に、光学定数の差が光学的に検出できるような第２の領域（マーカー層）４ｂが形成されているため、ＳｉＧｅ層の膜厚を光学的に測定することができる。
【０１１１】
また、Ｇｅ組成比が減少する第１の領域４ａと、マーカー層４ｂとの間に、Ｇｅ組成比がゼロの領域を設けられているので、ＳｉＧｅ層中のトータルのＧｅ含有量を低減することができ、これにより、トランジスタの高性能化と高信頼性を両立することができる。
【０１１２】
ここで、Ｇｅ組成比のプロファイルが複雑になるため、各層の膜厚を個別に測定することは困難になるおそれがあるが、通常、ＳｉＧｅベース領域の形成は、ＳｉＧｅマーカー層４ｂからＳｉ−Ｃａｐ層６までを、エピタキシャル成長で連続的に形成するため、ＳｉＧｅマーカー層４ｂからＳｉ−Ｃａｐ層６までのトータル膜厚が高精度で測定できれば、製造工程の管理としては十分である。
【０１１３】
なお、ＳｉＧｅマーカー層４ｂの膜厚は２ｎｍ以上、Ｇｅ組成は２ａｔ％以上であれば十分な精度でＳｉＧｅ層の膜厚を測定することが可能である。
【０１１４】
また、Ｇｅ組成比が減少する領域４ａとマーカー層４ｄとの間の領域は、Ｇｅ組成比が必ずしもゼロである必要はなく、Ｇｅ組成比が２ａｔ％以下であってもよい。
【０１１５】
（第３の実施形態）
上述したように、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいて、ＳｉＧｅエピタキシャル層は、下地のＳｉ層から圧縮応力を受けているが、圧縮応力を受けているＳｉＧｅ層に炭素をドーピングした場合、ＳｉＧｅ層のバンドギャップが増加する。つまり、ＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいては、ＳｉＧｅ層における炭素濃度の増加は、Ｇｅ組成比の減少と同様の作用を発揮することができる。
【０１１６】
本発明の第３の実施形態は、この作用を利用したものであり、図９は、本実施形態におけるＧｅ組成比及び炭素濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【０１１７】
図９に示すように、ベース領域にＧｅ組成比が増加する領域（Ｇｅ傾斜層）５と、Ｇｅ組成比が一定の領域４を設けるとともに、Ｇｅ組成比が一定の領域４における炭素濃度が、エミッタ領域９からコレクタ領域３に向かい、連続的に増加している。
【０１１８】
これにより、ベース領域は、図１７に示したＧｅ組成比のプロファイルによって得られるバンドギャップと実質的に同一のバンドギャップを実現することができる。しかも、ＳｉＧｅ層の膜厚測定は、４００ｎｍ〜８００ｎｎ程度の波長域で分光エリプソを用いて測定が行われるが、この波長域では炭素は吸収を持たないため、ＳｉＧｅ層に炭素をドーピングしても、ＳｉＧｅ層の膜厚測定に影響を及ぼすことはない。
【０１１９】
従って、ベース／コレクタ接合部で急峻なバンドギャップの増大を避けることができるため、ベース領域内で加速された電子の走行速度を維持することができるとともに、ＳｉＧｅ層の膜厚を精度良く管理することができる。
【０１２０】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態におけるＧｅ組成比及び不純物濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【０１２１】
図１０に示すように、コレクタ領域３に接するベース領域（ＳｉＧｅスペーサ層）４の一部に、コレクタ領域３のｎ型不純物がドーピングされていることを特徴とする。これにより、ベース／コレクタ空乏層はＳｉＧｅスペーサ層４内に形成されるとともに、ＳｉＧｅ／Ｓｉ界面のエネルギー障壁はコレクタ領域３内に形成されるため、このエネルギー障壁はベース領域のキャリア移動に影響を与えることはない。また、カーク効果によって実効的なベース幅の広がりが生じるコレクタ電流も、高電流側へシフトするため、ヘテロバリア効果によるトランジスタ特性の低下が生じるコレクタ電流も高電流側へシフトし、より高電流域までトランジスタ特性の低下を抑えることができる。
【０１２２】
また、トランジスタ特性向上とカーク効果およびヘテロバリア効果の抑制を効果的に行うためには、ｎ型不純物の濃度分布は、深さ方向に徐々に増加するプロファイルが望ましいが、このようなｎ型不純物プロファイルは、ＳｉＧｅベース領域を形成した後にイオン注入を行うこと、あるいは、ＳｉＧｅエピタキシャル成長中に、ＰＨ３などのドーパントガスを導入することにより容易に実現することができる。
【０１２３】
（第４の実施形態の変形例）
図１０に示したベース領域におけるＧｅ組成比のプロファイルは、図１５に示した従来のものと同じであるが、本発明の第１の実施形態〜第３の実施形態におけるＧｅ組成比のプロファイル、または炭素濃度のプロファイルを有するＳｉＧｅーＨＢＴに、第４の実施形態におけるｎ型不純物のプロファイルを適用することができる。
【０１２４】
図１１は、図２に示した第１の実施形態におけるＧｅ組成比のプロファイルに適用した例、図１２は、図５に示した第２の実施形態におけるＧｅ組成比のプロファイルに適用した例、図１３は、図９に示した第３の実施形態におけるＧｅ組成比及び炭素濃度のプロファイルに適用した例をそれぞれ示した図である。
【０１２５】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態では、ＳｉＧｅ−ＨＢＴについて説明したが、ＧａＡｓ等の化合物半導体を用いたＨＢＴに適用しても、同様の効果を得ることができる。また、ヘテロバリア効果は、高耐圧化を図るためにｎ−コレクタ層の不純物濃度を低減した場合に顕著になるため、本発明は、高耐圧トランジスタの特性向上に特に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、高電流動作時において高性能なトランジスタ特性を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタに有効ですある。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示した断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａに沿った断面におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図３】第１の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例１を示した図である。
【図４】第１の実施形態の変形例２におけるＧｅ組成比と炭素濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるＳｉＧｅ層のＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図６】第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例１を示した図である。
【図７】第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例２を示した図である。
【図８】第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルの変形例３を示した図である。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるＧｅ組成比及び炭素濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態におけるＧｅ組成比及び不純物濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図１１】第４の実施形態を第１の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルに適用した変形例を示した図である。
【図１２】第４の実施形態を第２の実施形態におけるＧｅ組成比の深さ方向のプロファイルに適用した変形例を示した図である。
【図１３】第４の実施形態を第３の実施形態におけるＧｅ組成比及び炭素濃度の深さ方向のプロファイルに適用した変形例を示した図である。
【図１４】従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示した断面図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａに沿った断面におけるＧｅ組成比および不純物濃度の深さ方向のプロファイルを示した図である。
【図１６】従来のＳｉＧｅ−ＨＢＴにおけるエネルギーバンドを示した図で、（ａ）は、コレクタ低電流動作時のエネルギーバンドを、（ｂ）はコレクタ高電流動作時のエネルギーバンドをそれぞれ示した図である。
【図１７】従来のベース領域におけるＧｅ組成比を模式的に示した図である。
【図１８】図１７のＧｅ組成比を有するＳｉＧｅ−ＨＢＴにおけるエネルギーバンドを示した図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１      Ｓｉ基板
２      ｎ＋コレクタ埋め込み層
３      ｎ−コレクタ層
４      ＳｉＧｅスペーサ層
４ａ    第１の領域
４ｂ    第２の領域、第３の領域、第４の領域（マーカー層）
５      ＳｉＧｅベース層（Ｇｅ傾斜層）
６      Ｓｉ−Ｃａｐ層
７      絶縁膜
８      エミッタ電極
９      エミッタ拡散層
【図１】
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【図２】
2008060134.tif 000004
【図３】
2008060134.tif 000005
【図４】
2008060134.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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