(57)【要約】【課題】コレクタ電流の立ち上がり電圧が小さく、例えば高周波パワーアンプ等に用いた場合の電力効率が改善できるダブルヘ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。【解決手段】半導体基板上に形成されサブコレクタとなる高濃度の第１導電型の不純物を含む第１の半導体層（１１）と、前記第１の半導体層の上に形成されコレクタとなる低濃度の第１導電型の不純物を含む第２の半導体層（１２）と、前記第２の半導体層の上に形成された第３の半導体層（１３）と、前記第３の半導体層の上に形成されベースとなる高濃度の第２導電型の不純物を含む第４の半導体層（１４）と、前記第４の半導体層の上に形成されエミッタとなる第１導電型の不純物を含み前記第４の半導体層より大きい禁止帯幅を有する第５の半導体層（１５）とを具備し、前記第３の半導体層は前記第４の半導体層より禁止帯幅が大きくかつ自発分極を有することを特徴とするダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。【選択図】　　図１
2004022818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されサブコレクタとなる高濃度の第１導電型の不純物を含む第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成されコレクタとなる低濃度の第１導電型の不純物を含む第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成された第３の半導体層と、
前記第３の半導体層の上に形成されベースとなる高濃度の第２導電型の不純物を含む第４の半導体層と、
前記第４の半導体層の上に形成されエミッタとなる第１導電型の不純物を含み前記第４の半導体層より大きい禁止帯幅を有する第５の半導体層とを具備し、
前記第３の半導体層は前記第４の半導体層より禁止帯幅が大きくかつ自発分極を有することを特徴とするダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記第１、第２、第５半導体層は夫々Ｎ型の半導体層であり、前記第４の半導体層はＰ型の半導体層であることを特徴とする請求項１に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記第３の半導体層において前記自発分極により発生した電界は前記コレクタとなる第２の半導体層からベースとなる第４の半導体層に向かうことを特徴とする請求項２に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第４の半導体層がＰ型のＧａＡｓで形成され、第３の半導体層は、ＩｎＰとＧａＰの自然超格子を含んだＩｎＧａＰで形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第３の半導体層の厚みが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記第４の半導体層がＰ型のＧａＡｓで形成され、第３の半導体層は、ＩｎＰとＧａＰの自然超格子を含んだＩｎＧａＰで形成され、第４と第３の半導体層との間に前記第５の半導体層よりも禁止帯幅が狭いＮ型ＧａＡｓスぺーサ層を挿入したことを特徴とする、請求項１に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記Ｎ型ＧａＡｓスペーサ層はドナーの積分値が前記第３の半導体層の自発分極した負電荷量と略等しくなる用に設定したことを特徴とする請求項６に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項８】
前記第２の半導体層が、自然超格子を含まない無秩序なＩｎＧａＰで形成されていることを特徴とする、請求項２または請求項６に記載のダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記第４の半導体層がｐ型のＧａＮで形成され、第３の半導体層は、ＡｌＧａＮで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のダブルへテロ接合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】
この発明は、特にダブルヘテロ接合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】
一般に、携帯電話や携帯情報端末には、１ＧＨｚ以上の周波数領域の高周波を送信する電力増幅器が必要である。この電力増幅器に用いられるトランジスタで重視される特性は電力の利用効率である。第１に所望の高周波出力を得るために入力する高周波電力が小さい方が有利であるから、高周波特性に優れたトランジスタが必要である。第２に電池から供給される直流電力を効率よく高周波電力に変換する特性が必要である。このため、所望の耐圧を確保した上で、素子の直列抵抗が小さい特性となるトランジスタが求められる。
【０００３】
ＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に形成したヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴと略記）は、電子の移動度が大きいという材料の物性から高周波特性に優れていると共に単一正電源で動作可能などの特性を有しており、携帯電話などの移動端末での採用例が多くなっている。ところが、電池から供給される直流電力を効率よく高周波電力に変換する特性という観点からは、まだ課題を有していた。
【０００４】
図８にエミッタにＩｎＧａＰ、ベースとコレクタにＧａＡｓを用いたＨＢＴの典型的なＩＶ特性を示す。コレクタ電流ＩＣは、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥがゼロからは立ち上がらず、通称コレクタオフセット電圧と呼ばれる電圧Ｖｏｆｆｓｅｔから立ち上がる。このコレクタオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔは、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ−ＨＢＴでは典型的には０．３Ｖ程度である。このような特性のトランジスタのコレクタに負荷を接続しベースに高周波を入力して高周波電力を得ようするとき、ＨＢＴトランジスタの時々刻々の動作点は、図８の負荷線Ｌの上を動いて行く。従って、図８の特性から得られる高周波電力の波形が歪無く線形に増幅できる最大の電圧振幅Ｖｐは
Ｖｐ＝（Ｖｃｃ−Ｖｋ）
である。ここで、Ｖｃｃは電源電圧、Ｖｋは、負荷線ＬがＨＢＴの動作領域と交わる最小の電圧である。従って、例えばこのトランジスタをＢ級にバイアスしたときのコレクタ効率は、
ηｃ＝（Ｖｃｃ−Ｖｋ）／Ｖｃｃ＊π／４
となる。なお電圧Ｖｋはオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔと直列抵抗による電圧降下の和である。図８の例では直列抵抗による電圧降下は０．２Ｖ程度でＶｋは０．５Ｖであった。従って、電源がＬｉイオン電池に直結して供給されているものと仮定して３．６Ｖであるとしたとき、コレクタ効率は、６８％である。もし、オフセット電圧をゼロに出来たとすると効率は７５％であるから、オフセット電圧の存在により７％程度の効率低下が見込まれる。
【０００５】
さらに、近年の携帯電話では、ＣＤＭＡ方式などのように、基地局までの距離に応じて移動端末の送信電力を調整する方式が採用されている。この送信電力の調整においては、コレクタへの供給電圧をＤＣ−ＤＣコンバータなどを用いて可変とする方式が電力の使用効率が高く採用例が増加している。例えば、供給電圧を１．２Ｖまで下げる場合を想定すると、オフセット電圧がない場合の効率は、６８％であるが、オフセット電圧の存在によって効率は、４６％と１９％も悪化してしまう。このため、特に電源電圧を可変とする移動端末の送信アンプへの適用において、ＨＢＴのオフセット電圧を低減することは重要な課題となっている。
【０００６】
このような課題に対して、従来、ダブルヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＤＨＢＴと略記）の適用が試みられてきた。オフセット電圧は、ＥＢ（エミッタ、ベース）接合とＢＣ（ベース、コレクタ）接合の非対称性によって生じる。具体的には、ＢＣ接合のＯＮ電圧がＥＢ接合のＯＮ電圧よりも小さいので、ＶＣＥがこのＯＮ電圧の差にほぼ等しくなると、トランジスタが飽和領域に入るためである。ＤＨＢＴはＢＣ接合にも、ヘテロ接合を導入しＥＢ接合とＢＣ接合の非対称性を減じて、オフセット電圧の低減を図るという着想に基づく。ＨＢＴでは、ベースのドーピング濃度がコレクタのドーピング濃度より非常に大きいので、ＢＣ接合を流れる電流は、正孔電流が主体である。従って、ＢＣ接合に導入したヘテロ接合によってＢＣ接合を横切る正孔電流を制御してＢＣ接合のＯＮ電圧をＥＢ接合と同程度に出来れば、オフセット電圧を減じ、ひいてはニー電圧（Ｖｋ）も低減できる。
【０００７】
しかし、ＢＣ接合を横切る電子電流に注目してみると、ＤＨＢＴ特有の課題が問題となる。コレクタを構成する半導体の禁止帯幅を、ベースを構成する半導体の禁止帯幅よりも大きくすると、伝導帯にはエミッタからコレクタへ流れる電子電流を妨げるようなヘテロ障壁が生じる。このためＤＨＢＴではベースに電子が蓄積し電流利得の著しい低下や、コレクタ電流の上限値が小さくなってしまう問題が生じる。こうした電流ブロック効果を取り除くため、通常行われる手段の一つに、例えば特開２００１−１７６８８１号公報に開示されているように、ＢＣ間のヘテロ接合とＰＮ接合の間にスぺーサを挟む方法がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図９に従来のスぺーサ５３を有するＤＨＢＴのバンド図を示した。図９の構造では、エミッタコンタクト層５６から注入された電子は広禁止帯幅のエミッタ層５５から狭禁止帯幅のベース層５４から狭禁止帯幅のスペーサ層５３を通って広禁止帯幅のコレクタ層５２に流れ、サブコレクタ層５１を介してコレクタ電極に至る。
【０００９】
ここで、ＢＣ（ベース、コレクタ）間のヘテロ接合に生じた伝導帯の障壁の頂点５７は、コレクタ５２中の空乏層の強電界領域に存在するので、電子はトンネル効果及びこの強電界より得たエネルギーによって容易にこのヘテロ障壁を通過できる。しかし、このスぺーサ構造を用いてもまだニー電圧を効果的に低減することはできない。すなわち、コレクタ電圧が低下して、コレクタ空乏層の電界強度が下がると、電子がＢＣ間のヘテロ接合に生じた伝導帯の障壁を通過できなくなるためである。特に、電流密度が増加してコレクタ空乏層中の電子濃度が増加すると、より一層ベース・コレクタ接合近傍の電界強度が低下するので、この障害が顕著となる。
【００１０】
図１０に、飽和領域にバイアスされた従来のスペーサを有するＤＨＢＴのバンド図を示す。図１０に示すように、伝導帯の障壁の頂点５７がベース５４の伝導帯端とおおむね一致すると、著しい電子電流のブロック効果が発生する。通常、バイポーラトランジスタでは、電子電流が増加してＢＣ接合端のコレクタ空乏層の電界強度がゼロに達すると、いわゆるベースプッシュアウト現象が生じ、その結果、電流利得や遮断周波数の低下が起こる。従って、ＢＣ接合端のコレクタ空乏層の電界強度がゼロに達する電流がトランジスタの動作上限の目安となる。
【００１１】
ところが、ＤＨＢＴでは、図１０に示すように、ＢＣ接合端のコレクタ空乏層の電界強度がゼロに達するよりも前に電子電流のブロック効果が発生してしまうため、動作電流範囲が著しく狭まってしまうのである。このため、スぺーサを用いても十分な性能のＤＨＢＴは得られず、結果的にニー電圧の小さいＨＢＴが得られないという問題があった。
【００１２】
このように従来のＨＢＴでは、電池から供給される直流電力を効率よく高周波電力に変換する特性という観点からは、まだ課題を有していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体基板上に形成されサブコレクタとなる高濃度の第１導電型の不純物を含む第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に形成されコレクタとなる低濃度の第１導電型の不純物を含む第２の半導体層と、前記第２の半導体層の上に形成された第３の半導体層と、前記第３の半導体層の上に形成されベースとなる高濃度の第２導電型の不純物を含む第４の半導体層と、前記第４の半導体層の上に形成されエミッタとなる第１導電型の不純物を含み前記第４の半導体層より大きい禁止帯幅を有する第５の半導体層とを具備し、前記第３の半導体層は前記第４の半導体層より禁止帯幅が大きくかつ自発分極を有することを特徴とするダブルへテロ接合バイポーラトランジスタの構成を有する。
【００１４】
このような構成により、ベースよりも禁止帯幅が大きくかつ自発分極を有する半導体層がベース、コレクタ間に挿入されているので、飽和領域での動作時にベースからコレクタへ注入される正孔電流が小さくなり、オフセット電圧の小さいＤＨＢＴが得られるとともに、コレクタ層の電界強度が小さくなるバイアス条件でも、電子流の阻止能は減じられるので、動作電流の上限が大きく、ニー電圧の小さいＤＨＢＴを提供することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、ＧａＡｓ基板上に形成したＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ−ＤＨＢＴに本発明を適用した実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に示すように、この実施形態のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ−ＤＨＢＴは、半絶縁性のＧａＡｓ基板１０の［１００］面上にサブコレクタとなるＮ＋型のＧａＡｓ層１１が形成され、コレクタとなるＮ−型のＧａＡｓ層１２がＧａＡｓ層１１上に形成され、自発分極を有するＩｎＧａＰ層１３がＧａＡｓ層１２上に形成され、ベースとなるＰ＋型のＧａＡｓ層１４がＩｎＧａＰ層１３上に形成され、エミッタとなるＮ型のＩｎＧａＰ層１５がＧａＡｓ層１４上に形成され、コンタクトバッファとなるＮ＋型のＧａＡｓ層１６がＩｎＧａＰ層１５上に形成され、コンタクト層となるＮ＋型のＩｎＧａＡｓ層１７がＧａＡｓ層１６上に形成されてなる積層構造を有する。
【００１７】
この積層構造は、ＧａＡｓ基板１０の［１００］面上に例えばＭＯＣＶＤ法にて形成することができる。先ず、ＧａＡｓ基板１０の［１００］面上にドーピング濃度５×１０１８ｃｍ−３でサブコレクタ層となるＮ＋型のＧａＡｓ層１１を５００ｎｍの厚さに堆積し、その上にドーピング濃度１×１０１６ｃｍ−３でコレクタ層となるＮ−型のＧａＡｓ層１２を７００ｎｍの厚さに堆積する。次いで、ＧａＡｓ層１２上に、ドーピング濃度１×１０１６ｃｍ−３でＮ−型のＩｎＧａＰ層１３を１０ｎｍの厚さに成長させる。この際、成長温度を６２０℃から６７０℃の範囲に設定することにより、ＩｎＧａＰ層１３は＜１１１＞方向にＩｎＰとＧａＰとが交互に積層された自然超格子を形成するようになる。
【００１８】
更に、ＩｎＧａＰ層１３上にドーピング濃度４×１０１９ｃｍ−３でベース層となるＰ＋型のＧａＡｓ層１４を６０ｎｍの厚さに堆積し、その上にドーピング濃度５×１０１７ｃｍ−３でエミッタ層となるＮ型のＩｎＧａＰ層１５を５０ｎｍの厚さに堆積させる。このＩｎＧａＰ層１５上にはドーピング濃度５×１０１８ｃｍ−３でコンタクトバッファ層であるＮ＋型のＧａＡｓ層１６を１００ｎｍの厚さに成長させ、更にドーピング濃度３×１０１９ｃｍ−３でコンタクト層となるＮ＋型のＩｎＧａＡｓ層１７を１００ｎｍの厚さに堆積する。
【００１９】
最後に、メサエッチングによって、サブコレクタ層１１とベース層１４の表面を一部露出させ、夫々の露出面上にコレクタ電極１８、ベース電極１９を形成するとともに、ＩｎＧａＡｓ層１７上にエミッタ電極２０を形成してＤＨＢＴを作製した。
【００２０】
ここで、Ｎ−型のＩｎＧａＰ層１３とＮ型のＩｎＧａＰエミッタ層１５のＩｎ組成比は０．５で、ＧａＡｓ基板１０に格子整合している。
【００２１】
このようにして形成されたＩｎＧａＰ層１３では、イオン化傾向の異なるＩｎとＧａが規則的に交互に並ぶため、自発分極が発生する。このため、図２に示したように、ＩｎＧａＰ層１３のコレクタ１２側にはおよそ面密度がｑ＊１０１２Ｃｏｕｌｏｍｂ／ｃｍ２の正電荷２１が、ベース１４側にはおよそ面密度がｑ＊１０１２Ｃｏｕｌｏｍｂ／ｃｍ２の負電荷２２が発生する。このため、ＩｎＧａＰ層１３のコレクタ１２側端面では、電界強度にＱｓ／εの不連続が生じる。ここで、Ｑｓは、ＩｎＧａＰ層１３のコレクタ１２側に発生した正電荷２１の密度、εはＩｎＧａＰ層１３の誘電率である。従って、電子電流が増加してコレクタ１２内の空乏層の電界強度が低下して、ＩｎＧａＰ層１３のコレクタ１２側端面でゼロになってもＩｎＧａＰ層１３には、Ｑｓ／εの電界が残る。
【００２２】
このようなバイアス状態のバンド図を図２に示した。バンドは、ＩｎＧａＰ層１３の自発分極による電界により、ＩｎＧａＰ層１３のコレクタ１２側に折れ曲がる。この電界の大きさは、およそ１５０ｋＶ／ｃｍの大きさに達するため、電子電流はへテロ障壁をトンネル効果によって通過できる。
【００２３】
また、飽和領域でコレクタ１２領域のバンドが平坦になるようにコレクタ電圧が低下した場合のバンド図を図３に示した。この場合でも、ＩｎＧａＰ層１３の中には自発分極による電界がそのまま残るので、電子電流が通過可能である。このとき、ＩｎＧａＰ層１３の両端の電位差はＩｎＧａＰ層１３の厚みをｄとして、ｄ＊Ｑｓ／εと計算され０．１５Ｖとなる。すなわち、オフセット電圧はおよそ０．１５Ｖとなり通常のＨＢＴの半分程度に低減できる。
【００２４】
従って、本実施形態によるＤＨＢＴの電流―電圧特性は、概略図４のようになる。図１１には、コレクタ層も全てＩｎＧａＰ層とした従来のＤＨＢＴの特性を比較のために示した。図１１に示す従来のＤＨＢＴの特性では、オフセット電圧は小さいものの電流ブロック効果で実効的なニー電圧が極めて大きくなってしまうのに対し、図４に示す本実施形態のＤＨＢＴの特性では電流ブロック効果の発生は、ベースプッシュアウトの発生点までは抑制されているのでニー電圧が小さい特性が得られた。
【００２５】
なお、図４に示したような本実施形態による効果を有効に引き出すためには、下記の設計指針に従って構造を決定する必要がある。例えばオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを０．１５Ｖ以下にすることを指標とすると、自発分極を有するＩｎＧａＰ層１３の厚みｄは、ｄ＜０．１５＊ε／Ｑｓ
となる。Ｑｓは、ＩｎＧａＰ層１３の成長条件によって可変できるが、電子が障壁を通過できる電界強度を確保する必要がある。この電界強度をおよそ５０ｋＶ／ｃｍ以上とすれば、本実施形態の適用が有効な自発分極を有するＩｎＧａＰ層１３の厚みｄは、３０ｎｍ以下である。
【００２６】
一方、自発分極を有するＩｎＧａＰ層１３によって正孔がベース１４からコレクタ１２へ拡散するのを抑制するためには、軽い正孔がＩｎＧａＰ層１３をトンネルする確率を小さくしなければならない。このため、ＩｎＧａＰ層１３の厚みｄには下限が存在するが、発明者の実験によれば、１０ｎｍ以上の厚みが必要であった。従って、自発分極を有するＩｎＧａＰ層１３の厚みｄは１０ｎｍ以上で３０ｎｍ以下であることが好ましい結果を得る条件であることが判明した。
【００２７】
本実施形態によって、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔがおよそ０．１５Ｖと通常のＨＢＴの半分程度となるので、Ｂ級にバイアスした時の本実施形態のＤＨＢＴのコレクタ効率ηｃは、下記の式より決定される。
【００２８】
ηｃ＝（Ｖｃｃ−Ｖｋ）／Ｖｃｃ＊π／４
ここで、電源がＬｉイオン電池としてＶｃｃ＝３．６Ｖ、直列抵抗による電位降下を０．２ＶとしてＶｋ＝０．３５Ｖとした時、ηｃ＝７１％　となり、従来のコレクタ効率６６％より５％の効率上昇となる。さらに、コレクタ供給電圧を１．２Ｖまで下げたとすると（Ｖｃｃ＝１．２Ｖ）、ηｃ＝５６％　となり、従来のコレクタ効率４６％より１０％もの効率上昇が見込まれる。
【００２９】
このように本実施形態によれば、コレクタ供給電圧が低いほうが従来のコレクタ効率との差が顕著である。これは近年、携帯電話におけるＣＤＭＡ方式などのように基地局との距離に応じてコレクタへの供給電圧を可変とする方式において、移動端末の送信アンプへの適用を考えると、使用効率が高く有望である。特に、携帯電話の連続通話時間を大幅に延長できるなど、本実施形態による効果は非常に大きい。
【００３０】
以上より本実施形態によれば、従来技術に比べニー電圧が小さく高効率な電力増幅を行い得、移動端末の電力効率を向上し得るダブルヘテロ接合バイポーラトランジスタが得られる。
【００３１】
（第２の実施形態）
本発明をスペーサ法によるＤＨＢＴと組み合わせて適用することも可能である。このような実施形態をのＤＨＢＴの構成を図５に示した。この第２の実施形態のＤＨＢＴの構成は図１に示した第１の実施形態のＤＨＢＴの構成と殆ど同じであり、相違する点は、Ｎ−型のＩｎＧａＰ層１３の上に、スペーサ層となるＮ＋型のＧａＡｓ層３０を成長させ、その上にベースとなるＰ＋型のＧａＡｓ層１４を積層した点である。その他の構成は同じであり同一の参照番号を付して重複した説明を省略する。
【００３２】
この第２の実施形態のＤＨＢＴ中に形成されるスペーサ層となるＮ＋型のＧａＡｓ層３０の形成は、ＭＯＣＶＤ法にて、ドーピング濃度２×１０１８ｃｍ−３でＮ＋型のＧａＡｓ層３０として５ｎｍの厚さに成長させることにより行われる。他のすべての半導体層は図１の場合と同じである。
【００３３】
なお、この第２の実施形態では、自発分極したＩｎＧａＰ層１３のベース１４側端面の負電荷を補償してヘテロ障壁の持ち上がりを防ぐために、前述したように、スペーサ層３０には、ドナーをドーピングし正の固定電荷を導入しておくことが好ましい。ドーピング量は、スペーサ３０中のドナーの積分値が、自発分極したＩｎＧａＰ層１３の負電荷量と概略等しくなるようにすることが望ましい。
【００３４】
第１の実施形態と同様に、ＩｎＧａＰ層１３では、イオン化傾向の異なるＩｎとＧａが規則的に交互に並ぶため、自発分極が発生する。このため本実施形態によれば、前記第１の実施形態の効果に加え、ＩｎＧａＰ層１３の電界強度は、コレクタ１２中の空乏層の電界強度が低下するようなバイアス条件下でも電子電流の通過が妨げられず、オフセット電圧とニー電圧の小さい特性のダブルヘテロ接合バイポーラトランジスタが得られる。即ち、図３のバンド図と図６のバンド図とを比較すれば明らかなように、図６ではベース層１４と自発分極層１３との間で電界が生じていることが分かる。
（第３の実施形態）
図７に示すように、上記第１の実施形態の構造において、コレクタ層となっているＮ−型のＧａＡｓ層１２を、自然超格子を含まない無秩序なＩｎＧａＰ層４０で置き換えて構成される。残りの各半導体層の構成は図１と同じであり、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００３５】
図７に示した自然超格子を含まない無秩序なＩｎＧａＰ層４０は自発分極を生じない。従って、その上に自然超格子を含み自発分極を有するＩｎＧａＰ薄膜１３を成長させるとその界面には正の固定電荷が発生する。従って、第１の実施形態と同様の機構により電子電流のブロック効果が排除され、オフセット電圧とニー電圧の小さなトランジスタ特性が得られる。特に、この第３の実施形態では、コレクタ空乏層がＧａＡｓ層１２よりも禁止帯幅の大きなＩｎＧａＰ層４０中に形成されるので、前記第１の実施形態の効果に加え、コレクタにおける耐圧が大きくなるという効果が得られる。
【００３６】
（その他の実施形態）
上記の実施形態はいずれも、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓダブルヘテロ接合バイポーラトランジスタに本発明を適用しているが、本発明は、その他の自発分極が得られる半導体材料を用いても同様に実施可能である。例えば、ＧａＮ基板上に成長したＡｌＧａＮ層にも強い自発分極が発生するので、本発明の主旨に沿ったＤＨＢＴの作製が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、ベースよりも禁止帯幅が大きい半導体層がコレクタとの間に挿入されているので、飽和動作時にベースからコレクタへ注入される正孔電流が小さくなり、オフセット電圧の小さいＤＨＢＴが得られる。さらに、このベースよりも禁止帯幅が大きい半導体層は、自発分極を有しているので、コレクタの電界強度が小さくなるバイアス条件下でも、電子流の阻止能は減じられるので、動作電流の上限が大きく、ニー電圧の小さいＤＨＢＴを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＤＨＢＴの断面構造模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態のバンド図。
【図３】飽和領域にバイアスされた、本発明の第１の実施形態のバンド図。
【図４】本発明の第１の実施形態のＤＨＢＴ電流・電圧特性図。
【図５】本発明の第２の実施形態によるＤＨＢＴの断面構造模式図。
【図６】飽和領域にバイアスされた、本発明の第２の実施形態のバンド図。
【図７】本発明の第３の実施形態によるＤＨＢＴの断面構造模式図。
【図８】従来のシングルヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流・電圧　特性図。
【図９】活性領域にバイアスされた、従来のベース・コレクタ接合に狭禁止帯幅のスぺーサ層を有するＤＨＢＴのバンド図。
【図１０】飽和領域のバイアスされた、従来のベース・コレクタ接合に狭禁止帯幅のスぺーサ層を有するＤＨＢＴのバンド図。
【図１１】従来のＤＨＢＴの電流・電圧特性図。
【符号の説明】
Ｖｏｆｆｓｅｔ…オフセット電圧
Ｌ…負荷線
Ｖｋ…ニー電圧
１０…ＧａＡｓ基板
１１…Ｎ＋型ＧａＡｓサブコレクタ層
１２…Ｎ−型ＧａＡｓコレクタ層
１３…自発分極を有するＩｎＧａＰ層
１４…Ｐ＋型ＧａＡｓベース層
１５…Ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層
１６…Ｎ＋型ＧａＡｓコンタクトバッファ層
１７…Ｎ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１８…コレクタ電極
１９…ベース電極
２０…エミッタ電極
２１…自発分極で発生した正の固定面電荷
２２…自発分極で発生した負の固定面電荷
３０…狭禁帯幅のスぺーサ層
４０…自然超格子を含まない無秩序なＩｎＧａＰ層
【図１】
2004022818.tif 000003
【図２】
2004022818.tif 000004
【図３】
2004022818.tif 000005
【図４】
2004022818.tif 000006
【図５】
2004022818.tif 000007
【図６】
2004022818.tif 000008
【図７】
2004022818.tif 000009
【図８】
2004022818.tif 000010
【図９】
2004022818.tif 000011
【図１０】
2004022818.tif 000012
【図１１】
2004022818.tif 000013