(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板上に形成されたヘテロ接合バイポーラ・トランジスタを構成する半導体層中にＮとＳｂの組成比がそれぞれ１％と５３％であるＧａＡｓＮＳｂからなるベース層が含まれてなること
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２】
ベース層を構成するＧａＡｓＮＳｂが前記ＩｎＰ基板に略格子整合する組成をもつことを特徴とする請求項１記載のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ。
【請求項３】
ＧａＡｓＮＳｂからなるベース層にＣがドーピングされてなること
を特徴とする請求項１或いは２記載のヘ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】
本発明は、低電圧動作が可能なヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＢＴ）に関する。
【０００２】
現在、携帯電話が急速に普及しつつあり、その一因は、携帯電話端末の低価格化と著しい小型化にある。
【０００３】
そのような携帯電話端末に於ける出力段のトランジスタとしては、ＧａＡｓ系ＦＥＴ（ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられてきたのであるが、近年、単一電源で動作し、高効率で、低歪み特性をもつＧａＡｓ系ＨＢＴが多用されるようになってきた。
【０００４】
携帯電話端末が小型化された理由を考えると、多分に電池の高効率化と増幅段数の削減に負っていて、初期に用いられていた電池の出力電圧は７．２〔Ｖ〕を必要としたが、その後、次第に低減され、現在、３．６〔Ｖ〕になっている。
【０００５】
今後、電源電圧が更に低下した場合、低電圧に於いて効率良く動作するトランジスタが必要であって、ＨＢＴもその例に漏れないが、ＨＢＴに於いて、動作電圧の下限を決定する最大の要素は、動作時に於けるベース・エミッタ間電圧Ｖbeである。
【０００６】
通常、ｎｐｎ型ＨＢＴに於けるベース・エミッタ間電圧Ｖbeは、主として、ベース層の価電子帯に於ける最大ポテンシャル・エネルギとエミッタ層の伝導帯に於ける最小ポテンシャル・エネルギとの差に依って決定される。
【０００７】
従って、ベース層にエネルギ・バンド・ギャップが小さい材料を使用すれば、ベース・エミッタ間電圧Ｖbeを小さくすることができ、例えばＧａＡｓ基板上に作製されるＨＢＴに於けるベース層はＧａＡｓ層であって、そのエネルギ・バンド・ギャップは１．４〔ｅＶ〕である。
【０００８】
ＧａＡｓ基板をＩｎＰ基板に変えてＨＢＴを作製する場合、ベース層を構成する材料として、エネルギ・バンド・ギャップが小さい、即ち、０．７５〔ｅＶ〕であるＩｎＧａＡｓやＧａＡｓＳｂを用いることができるので、低電圧化を大きく進展させることができる。
【０００９】
一般に、ＩｎＰ系ＨＢＴに於いては、ベース層の材料としてＩｎＧａＡｓが用いられ、また、ベース層に於けるアクセプタとしては、ＢｅやＺｎが用いられているのであるが、このようなＨＢＴに通電を続けた場合、アクセプタが結晶中を移動し、ある時間が経過した後、ＨＢＴが故障に至る旨の信頼性上の問題を抱えている。
【００１０】
また、アクセプタとしてＣを用いた場合、通電中にアクセプタが移動することは少なくなるが、別な問題として、結晶成長時にＣが成長雰囲気ガスの水素と結合し、電気的にアクセプタであるべきＣが不活性化してしまい、デバイス特性の向上を期待することができない現象が起こる。
【００１１】
そこで、ＩｎＧａＡｓの代わりにＧａＡｓＳｂをベース層の材料として用いることが検討されていて、その場合には、アクセプタとしてのＣは水素と結合しても不活性化し難い性質がある。
【００１２】
ところで、ベース層材料にＧａＡｓＳｂを用いた場合、良いことばかりではなく、そのようなベース層をもつＨＢＴを動作させるには、ベース・エミッタ間電圧Ｖbeを高くしなければならない。
【００１３】
図４はＧａＡｓＳｂベース層をもつＨＢＴを表すエネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、図に於いて、ＥV は価電子帯の上端、ＥC は伝導帯の下端、１はＩｎＰコレクタ層、２はＧａＡｓ0.5 Ｓｂ0.5 ベース層、３はＩｎＰエミッタ層をそれぞれ示している。
【００１４】
図示したＨＢＴのエネルギ・バンド・ダイヤグラムに依れば、ＩｎＰエミッタ層３に比較し、ＧａＡｓ0.5 Ｓｂ0.5 ベース層２に於ける伝導帯下端は０．１８〔ｅＶ〕高くなっていて、エミッタ層３から注入される電子に対する障壁として観測されるので、電子がこの障壁を乗り越える為には、ベース・エミッタ間電圧Ｖbeを大きくしなければならない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、ベース層の材料として、アクセプタが充分に機能できるＧａＡｓＳｂを用い、しかも、余分なベース・エミッタ間電圧Ｖbeを必要としないＨＢＴを実現しようとする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ＨＢＴのベース層にＩｎＰに略格子整合するＧａＡｓＮＳｂを用いることが基本になっている。
【００１７】
ＩｎＰに格子整合するＧａＡｓＳｂにＮ原子を添加して漸増させた場合には、伝導帯下端は低くなってくるのであるが、Ｎ原子を添加すると格子定数が小さくなるので、これを補償する為、Ｎ原子の約３倍の量のＳｂ原子を加えると良い。
【００１８】
Ｎ原子の量を１〔％〕とすれば、ＩｎＰ及びＧａＡｓＮＳｂの伝導帯下端のエネルギは殆ど一致し、その結果、エミッタ層から注入される電子は、ベース層に於いて障壁を感ずることはなくなり、従って、ＨＢＴのベース・エミッタ間電圧Ｖbeを従来に比較して約０．０５〔Ｖ〕低下させることができる。
【００１９】
因みに、ＧａＡｓ系基板を用いたＨＢＴのベース層にＧａＡｓＮＳｂを使用した発明がなされているが（要すれば、「特許２００１−４４２１２号公報」、を参照）、用いる基板材料の違いに起因し、ベース層のエネルギ・バンド・ギャップは広くせざるを得ず、ＩｎＰ系基板を用いた場合のように低電圧動作させることはできない。
【００２０】
尚、本発明では、ＨＢＴの低電圧化に着目し、その利点について記述しているが、ＩｎＰ基板上に作製したＨＢＴは、ＧａＡｓ基板上に作製したＨＢＴに比較し、より高い周波数帯で動作可能であることが知られ、例えば携帯電話の周波数帯である１〔ＧＨｚ〕〜２〔ＧＨｚ〕帯域よりも１桁高い周波数帯、即ち、ミリ波帯で使用することができる出力トランジスタとして期待されているので、この出力トランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖbeを低減することで効率は大きく向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態を説明する為のＨＢＴを表す要部切断側面図であり、図に於いて、１１はＩｎＰ基板、１２はｉ−ＩｎＰバッファ層、１３はｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ・コンタクト層、１４はｉ−ＩｎＰコレクタ層、１５はｐ−ＧａＡｓＮＳｂベース層、１６はｎ−ＩｎＰエミッタ層、１７はｎ−ＩｎＧａＡｓエミッタ・コンタクト層、１８はエミッタ電極、１９はベース電極、２０はコレクタ電極をそれぞれ示している。
【００２２】
図２は図１について説明したＨＢＴのエネルギ・バンド・ダイヤグラムであって、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２３】
図に依れば、ベース層１５の材料をＧａＡｓＮＳｂにすることで、伝導帯の下端はＩｎＰエミッタ層１６に於ける伝導帯の下端と略一致していることが看取され、ＩｎＰエミッタ層１６から注入される電子に対して電位障壁にならないことが認識されよう。尚、図４について説明したとおり、ベース層２がＧａＡｓ0.5 Ｓｂ0.5 である場合には、ＩｎＰエミッタ層３の伝導帯下端に比較して０．１８〔ｅＶ〕高くなっている。
【００２４】
図３はＩｎＰに略格子整合するＧａＡｓＮＳｂに於けるＳｂとＮとの組成比を変化させた場合の価電子帯上端と伝導帯下端のポテンシャル・エネルギ変化を説明する為の線図であり、横軸にはＳｂ及びＮの割合〔％〕を、また、縦軸にはＩｎＰの価電子帯上端からのポテンシャル・エネルギ〔ｅＶ〕をそれぞれ採ってある。
【００２５】
通常、ＧａＡｓＳｂは、ＧａＡｓ0.5 Ｓｂ0.5 の組成であれば、ＩｎＰと略格子整合するのであるが、Ｎを１〔％〕加えた場合には、格子不整合を補償する為にＳｂを３〔％〕加えなくてはならない為、結果としてＳｂの組成は５３〔％〕になる。
【００２６】
このようにすると、ＧａＡｓＮＳｂの伝導帯下端はＩｎＰの伝導帯下端と略一致し、このＨＢＴに於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムは図２に示したとおりになり、その結果、従来例に於けるＧａＡｓ0.5 Ｓｂ0.5 からなるベース層２の場合はベース・エミッタ間電圧Ｖbeが０．４〔Ｖ〕であったのに対して、本発明に於けるＧａＡｓ0.5 Ｎ0.01Ｓｂ0.53からなるベース層１５の場合はベース・エミッタ間電圧Ｖbeが０．３５〔Ｖ〕まで低下する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に依るヘテロ接合バイポーラ・トランジスタに於いては、ＩｎＰ基板上に形成されたヘテロ接合バイポーラ・トランジスタを構成する半導体層中にＧａＡｓＮＳｂからなるベース層が含まれてなることを基本としている。
【００２８】
前記構成を採ることに依り、ベース層の伝導帯下端はエミッタ層の伝導帯下端と略一致し、その結果、エミッタ層から注入される電子に対してベース層が電位障壁として作用することは殆どなく、従って、このヘテロ接合バイポーラ・トランジスタを動作させる場合のベース・エミッタ間電圧Ｖbeは従来のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタに比較して充分に低くすることができるので、低電圧に於いて効率良く動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を説明する為のＨＢＴを表す要部切断側面図である。
【図２】図１について説明したＨＢＴのエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。
【図３】ＩｎＰに略格子整合するＧａＡｓＮＳｂに於けるＳｂとＮとの組成比を変化させた場合の価電子帯上端と伝導帯下端のポテンシャル・エネルギ変化を説明する為の線図である。
【図４】ＧａＡｓＳｂベース層をもつＨＢＴを表すエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。
【符号の説明】
１１  ＩｎＰ基板
１２  ｉ−ＩｎＰバッファ層
１３  ｎ−ＩｎＧａＡｓコレクタ・コンタクト層
１４  ｉ−ＩｎＰコレクタ層
１５  ｐ−ＧａＡｓＮＳｂベース層
１６  ｎ−ＩｎＰエミッタ層
１７  ｎ−ＩｎＧａＡｓエミッタ・コンタクト層
１８  エミッタ電極
１９  ベース電極
２０  コレクタ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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