ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT ）は、エミッタ領域とベース領域に異なる半導体材料を使用してヘテロ接合を形成するバイポーラ接合トランジスタ（BJT）の一種です。HBTは、数百GHzまでの非常に高い周波数の信号を処理できるという点でBJTを改良したものです。これは、主に無線周波数（RF）システムなどの現代の超高速回路や、携帯電話のRFパワーアンプなどの高い電力効率を必要とするアプリケーションで一般的に使用されています。ヘテロ接合を使用するというアイデアは、従来のBJTと同じくらい古く、1951年の特許にまで遡ります。^[1]ヘテロ接合バイポーラトランジスタの詳細な理論は、 1957年にハーバート・クローマーによって開発されました。^[2]

BJT と HBT の主な違いは、エミッタベース接合とベースコレクタ接合に異なる半導体材料を使用してヘテロ接合を形成することです。その効果は、価電子帯の電位障壁が伝導帯よりも高いため、ベースからエミッタ領域への正孔の注入を制限することです。BJT 技術とは異なり、これによりベースに高いドーピング密度を使用できるため、ゲインを維持しながらベース抵抗を減らすことができます。ヘテロ接合の効率は、クロマー係数で測定されます。^[3]クロマーは、カリフォルニア大学サンタバーバラ校でのこの分野の研究により、2000 年に ノーベル賞を受賞しました。

基板に使用される材料にはシリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウムなどがあり、エピタキシャル層にはシリコン/シリコンゲルマニウム合金、アルミニウムガリウムヒ素/ガリウムヒ素、リン化インジウム/インジウムガリウムヒ素が使用されています。窒化ガリウムや窒化インジウムガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体は特に有望です。

SiGe傾斜ヘテロ構造トランジスタでは、ベース内のゲルマニウムの量が傾斜しているため、コレクタのバンドギャップはエミッタよりも狭くなります。バンドギャップが狭くなると、ベース内でフィールドアシスト輸送が発生し、ベースを通る輸送が高速化され、周波​​数応答が向上します。

極めて高濃度にドープされた薄いベース層を持つ HBT デバイスを製造する必要があるため、主に分子線エピタキシーが採用されています。ベース、エミッタ、コレクタ層に加えて、オーミック接触を容易にするためにコレクタとエミッタの両側に高濃度にドープされた層が堆積され、フォトリソグラフィーとエッチングによる露光後に接触層の上に配置されます。コレクタの下の接触層はサブコレクタと呼ばれ、トランジスタのアクティブな部分です。

材料システムに応じて他の技術が使用されます。IBM およびその他の企業は、 SiGe に超高真空化学気相成長法(UHVCVD) を使用し、III-VシステムにはMOVPEなどの他の技術が使用されます。

通常、エピタキシャル層は格子整合されています（これにより、バンドギャップなどの選択が制限されます）。格子整合に近い場合、デバイスは擬似格子整合であり、層が整合していない場合（多くの場合、薄いバッファ層によって分離されている）、デバイスは変成格子整合です。

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校で開発された擬似ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、インジウムリンとインジウムガリウムヒ素から作られ、組成的に傾斜したコレクタ、ベース、エミッタで設計されており、710GHzの速度でカットオフできることが実証されました。^{[4] [5]}

InP / InGaAs製の HBT は、速度の点で記録破りであるだけでなく、モノリシック光電子集積回路に最適です。PIN 型光検出器は、ベース コレクタ サブコレクタ層によって形成されます。InGaAsのバンドギャップは、光通信システムで使用される 1550 nm波長の赤外線レーザー信号の検出に適しています。HBT をバイアスしてアクティブ デバイスを得ると、内部ゲインの高いフォト トランジスタが得られます。その他の HBT アプリケーションには、アナログからデジタル、デジタルからアナログへのコンバータなどの混合信号回路があります。

• 高電子移動度トランジスタ（HEMT）
• メッセフェット

• NCSR HBT のWayback Machine (2008 年 4 月 4 日アーカイブ)
• テクニオンで開発された HBT 光電子回路 (15Mb、230p)
• 新しい材料構造により、2005 年初頭に世界最速の 604 GHz トランジスタが誕生