(57)【要約】【課題】ヘテロ接合型バイポーラトランジスタの遮断周波数ｆＴと電流増幅率ｈｆｅとを同時に向上させる。【解決手段】ｎ型エミッタ層４およびｎ型コレクタ層２と、ｐ型ベース層３とを有し、ｎ型エミッタ層４およびｎ型コレクタ層２が主としてＳｉ半導体から構成され、ｐ型ベース層３が主としてＳｉＧｅ半導体から構成されている。エミッタ・ベース間のｐｎ接合は、前記エミッタ側のＳｉ半導体内に形成されており、その直下に、前記ベース内の価電子帯バンドにノッチを形成するようにヘテロ接合が形成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体からなるエミッタおよびコレクタと、第２導電型半導体からなるベースとを有し、エミッタ側の半導体のバンドギャップはコレクタ側の半導体のバンドギャップよりも大きく、前記エミッタ側の半導体内にはエミッタ・ベース間のｐｎ接合が形成され、前記ベース内において価電子帯バンドにノッチを有するヘテロ接合が形成されたことを特徴とするヘテロ接合型バイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器などに用いられるヘテロ接合型バイポーラトランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ベース層にシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）半導体を用いたヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴという）が実現されるようになり、移動体通信機器などのアナログ高周波の分野において用いられるようになった。ＳｉＧｅＨＢＴはエミッタ・コレクタにシリコン（Ｓｉ）半導体、ベース部分にＳｉＧｅ半導体を用いたバイポーラトランジスタで、図９に代表的な構造断面図を示す。
【０００３】
ここに、１０１はシリコン基板、１０２はｎ型コレクタ層、１０３はｐ型ベース層、１０４はｎ型エミッタ層、１０５はコレクタ電極、１０６はベース電極、１０７はエミッタ電極、１０８はトレンチ分離領域である。
【０００４】
ＨＢＴの構造として、ベース領域のＧｅプロファイルについて分類すると、Ｇｅ組成比をエミッタ側からコレクタ側に向けて徐々に増大させる傾斜型の構造と、急峻なヘテロ接合をもつボックス型の構造とがある。
【０００５】
傾斜型はエミッタ側からコレクタ側にＧｅ組成比が増大するにつれてバンドギャップが狭くなるので伝導帯バンドが傾斜して、エミッタから流れ込んだ多数キャリアがドリフト加速されて高速動作を実現することができる。
【０００６】
一方、ボックス型はベース・エミッタ間に形成される急峻なヘテロ接合によりできる価電子帯バンドのノッチにより、ベースからエミッタに流れ込む少数キャリアの逆注入を抑制して電流増幅率（ｈｆｅ）といった電気特性を向上させることができる。
【０００７】
図５に従来の傾斜型のＳｉＧｅＨＢＴについて図９に記す深さ（ｘ軸）方向のＧｅプロファイルと不純物ドーピングプロファイルと、動作状態における伝導バンドＥｃおよび価電子帯バンドＥｖのバンド図とを示す。なお、図５、図６において、φｐ、φｎはそれぞれｐ型キャリア、ｎ型キャリアがつくるフェルミレベルを表す。
【０００８】
図６に従来のボックス型のＳｉＧｅＨＢＴについて図９に記す深さ（ｘ軸）方向のＧｅプロファイルとドーピングプロファイルと、動作状態におけるバンド図を示す。なお、図５、図６ともＧｅプロファイルおよびバンド図の、縦軸の目盛はリニアな目盛であり、ドーピングプロファイルの縦軸目盛は対数目盛である。
【０００９】
図７に上記２つの従来構造における遮断周波数ｆＴの比較を示す。
【００１０】
ここに、ドーピングプロファイルや厚みは同じものを用いており、Ｇｅプロファイルのみを変更して、比較を行なった。
【００１１】
これによると、明らかに傾斜型の構造のほうが遮断周波数が高く、高周波特性に優れていることがわかる。
【００１２】
同様に図８に上記二つの従来構造における電流増幅率（ｈｆｅ）の比較を示す。
【００１３】
これによると、明らかにボックス型の構造の方が電流増幅率に優れていることがわかる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
移動体通信機器の簡素化、小型化のために遮断周波数と電流増幅率とを同時に大きくする必要がある。
【００１５】
しかしながら上記したように、従来のヘテロ接合型バイポーラトランジスタは、２通りのＧｅプロファイル構造があり、それぞれ電流増幅率や遮断周波数など有利な特性が異なっており、それぞれの構造において電流増幅率を高くしようとすると遮断周波数が低下し、逆に遮断周波数を高くしようとすると電流増幅率が低下するといった問題が生じる。
【００１６】
本発明は、電流増幅率と遮断周波数との両方において良好な特性を得ることのできる構造を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のヘテロ接合型バイポーラトランジスタは、第１導電型の半導体からなるエミッタおよびコレクタと、第２導電型半導体からなるベースとを有し、エミッタ側の半導体のバンドギャップはコレクタ側の半導体のバンドギャップよりも大きく、前記エミッタ側の半導体内にはエミッタ・ベース間のｐｎ接合が形成され、前記ベース内において価電子帯バンドにノッチを有するヘテロ接合が形成されたものである。
【００１８】
この構成により、ベース内の伝導帯バンドに傾斜をもたせて、多数キャリアをドリフト加速させて、遮断周波数ｆＴを向上させると同時にベース・エミッタ間の価電子帯バンドにノッチを形成して、ベース内少数キャリアのエミッタ側への逆注入を防ぐことができ、電流増幅率ｈｆｅを向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、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。
【００２０】
図１に、第１の実施形態におけるＳｉＧｅヘテロ接合型バイポーラトランジスタの構造断面図を示す。
【００２１】
ここに、１はＳｉ半導体基板、２はｎ型コレクタ層、３はｐ型ベース層、４はｎ型エミッタ層、５はコレクタ電極、６はベース電極、７はエミッタ電極、８はトレンチ分離領域である。
【００２２】
図２に図１に記す深さ（ｘ軸）方向のＧｅプロファイルおよびドーピングプロファイルと、動作状態におけるバンド図を示す。なお、図２において、φｐ、φｎはそれぞれｐ型キャリア、ｎ型キャリアがつくるフェルミレベルを表す。なお、図２において、Ｇｅプロファイルおよびバンド図の、縦軸の目盛はリニアな目盛であり、ドーピングプロファイルの縦軸目盛は対数目盛である。
【００２３】
この本発明のヘテロ接合型バイポーラトランジスタは、ｎ型エミッタ層４およびｎ型コレクタ層２と、ｐ型ベース層３とを有し、ｎ型エミッタ層４およびｎ型コレクタ層２が主としてＳｉ半導体から構成され、ｐ型ベース層３が主としてＳｉＧｅ半導体から構成されている。
【００２４】
エミッタ・ベース間のｐｎ接合は、前記エミッタ側のＳｉ半導体内に形成されており、その直下に、前記ベース内の価電子帯バンドにノッチを形成するようにヘテロ接合が形成されている。
【００２５】
Ｇｅプロファイルはボックス型である。
【００２６】
以上のように、本実施の形態によれば、エミッタ・ベース間のｐｎ接合の近接した部分にヘテロ接合によるノッチが形成されており、そのノッチ部分にホールが蓄積してホールのフェルミレベルが価電子帯バンドに近づくために、ベース・エミッタ間のｐｎ接合で盛り上がった伝導帯バンドがベース内部で急激に下降している。
【００２７】
この伝導帯バンドの傾斜は、従来の傾斜型のＧｅプロファイルをもつＳｉＧｅヘテロ接合型ＨＢＴと同様に多数キャリアである電子をドリフト加速する働きをもち、遮断周波数ｆＴの向上に寄与する。
【００２８】
また、Ｇｅプロファイルがボックス型であることから、エミッタ・ベース間にはっきりとしたノッチが形成されており、それが少数キャリア、ホールのベースからエミッタへの逆注入を防いで、電流増幅率ｈｆｅの向上に寄与する。
【００２９】
図３に遮断周波数ｆＴの、また、図４に電流増幅率ｈｆｅの従来のＨＢＴと本実施の形態のＨＢＴとの比較を示す。図３、図４によれば、確かに本実施の形態のＨＢＴは従来のＨＢＴに比べて電流増幅率と遮断周波数との両方において特性が向上、すなわち電流増幅率と遮断周波数とが大きくなっている。
【００３０】
上記の実施の形態においては、バンドギャップの大きい半導体としてＳｉ半導体、バンドギャップの小さい半導体としてＳｉＧｅ半導体を用いて、Ｓｉ／ＳｉＧｅヘテロ接合を形成することで価電子帯バンドにノッチを形成したが、Ｇｅ組成比に差があるＳｉＧｅ同士のバンドギャップの差を利用して、その接合でノッチを形成してもよい。
【００３１】
また、Ｓｉよりもバンドギャップの小さい半導体としてＳｉＧｅ半導体を例としたが、ＳｉＧｅＣ半導体等の他の材料を用いてもよい。
【００３２】
また、半導体材料としてＳｉ半導体を用いたヘテロ接合型バイポーラトランジスタを例としたが、ＩＩＩ−Ｖ族など他の系の半導体を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタでもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ベース・エミッタ間のｐｎ接合と急峻なヘテロ接合によって、ベースの伝導帯バンドに傾斜が形成され、多数キャリアがドリフト加速され遮断周波数ｆＴが向上する。
【００３４】
また、ベース・エミッタ間に形成されるヘテロ接合によるノッチによって、ベース内の少数キャリアのエミッタへの注入が防がれて電流増幅率ｈｆｅが向上する。
【００３５】
以上から、本発明によれば、ボックス型Ｇｅプロファイル構造の良好な電流増幅率ｈｆｅと傾斜型Ｇｅプロファイル構造の良好な遮断周波数ｆＴを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳｉＧｅＨＢＴの断面図
【図２】本発明の実施形態におけるＳｉＧｅＨＢＴのＧｅプロファイルとドーピングプロファイルとバンド図とを示す図
【図３】本発明の実施形態におけるＳｉＧｅＨＢＴの遮断周波数ｆＴのコレクタ電流依存性と従来例との比較を示す図
【図４】本発明の実施の形態におけるＳｉＧｅＨＢＴの電流増幅率ｈｆｅのコレクタ電流依存性と従来のＳｉＧｅＨＢＴの電流増幅率ｈｆｅのコレクタ電流依存性とを比較して示した図
【図５】従来の傾斜型のＳｉＧｅＨＢＴのＧｅプロファイル、ドーピングプロファイル、バンド図
【図６】従来のボックス型のＳｉＧｅＨＢＴのＧｅプロファイル、ドーピングプロファイル、バンド図
【図７】従来構造における遮断周波数ｆＴのコレクタ電流依存性の比較を示した図
【図８】従来構造における電流増幅率ｈｆｅのコレクタ電流依存性の比較を示した図
【図９】従来のＳｉＧｅＨＢＴの断面図
【符号の説明】
１　Ｓｉ半導体基板
２　ｎ型コレクタ層
３　ｐ型ベース層
４　ｎ型エミッタ層
５　コレクタ電極
６　ベース電極
７　エミッタ電極
８　トレンチ分離領域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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