DE19857356B4

DE19857356B4 - Heteroübergangs-Bipolartransistor

Info

Publication number: DE19857356B4
Application number: DE19857356A
Authority: DE
Inventors: Yoshitsugu Yamamoto; Ryo Hattori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2018-12-12
Also published as: JP3594482B2; US6043520A; JPH11288946A; DE19857356A1

Abstract

Heteroübergangs-Bipolartransistor, der aufweist:
zumindest eine GaAs-Kollektorschicht (4), die auf einem GaAs-Substrat (1) ausgebildet ist;
eine GaAs-Basisschicht (5), die auf der GaAS-Kollektorschicht (4) ausgebildet ist;
eine GaAs-Emitterschicht (7), die auf der GaAs-Basisschicht (5) ausgebildet ist;
eine Emitterelektrode (14), die auf der GaAs-Emitterschicht (7) ausgebildet ist; und
eine InGaP-Beabstandungsschicht (6), die zwischen der GaAs-Basisschicht (5) und der GaAs-Emitterschicht (7) ausgebildet ist;
worin eine Ballastwiderstandsschicht (9), die aus GaAs hergestellt ist, zwischen der GaAs-Emitterschicht (7) und der Emitterelektrode (14) vorgesehen ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heteroübergangs-Bipolartransistor und insbesondere einen Heteroübergangs-Bipolartransistor mit einer hohen Ausgangsleistung, der eine Struktur mit mehreren Fingern ("multi-finger structure") hat.
Ein Heteroübergangs-Bipolartransistor ist in der Lage, einen hohen Stromverstärkungsfaktor β zu erreichen und wird deshalb in Hochfrequenz-, und Hochleistungsvorrichtungen verwendet, wobei Heteroübergangs-Bipolartransistoren, die ein AlGaAs/GaAs-Material verwenden, kommerziell gehandelt werden.

Um in einem Heteroübergangs-Bipolartransistor zu verhindern, daß der Kollektorstrom aufgrund von Wärmeerzeugung ansteigt, und um eine Stromkonzentration in einem bestimmten Transistor in einer Transistorgruppe in der Ausführung mit mehreren Fingern und mit hoher Ausgangsleistung, die eine Vielzahl von darin ausgebildeten Transistoren aufweist, zu verhindern, wird eine GaAs-Ballastwiderstandsschicht mit einem relativ hohen Widerstand zwischen einer Emitterschicht aus AlGaAs und einer Emitterelektrode ausgebildet, wodurch die Spannung abnimmt und wodurch das Auftreten eines steilen Anstiegs in dem Kollektorstrom verhindert wird.

3 zeigt ein Energiebändermodell eines AlGaAs/GaAs-Heteroübergangs-Bipolartransistors im Stand der Technik. In 3 ist eine n^–-GaAs-Ballastwiderstandsschicht zwischen einer n-AlGaAs-Emitterschicht und einer Emitterelektrode (nicht dargestellt) vorgesehen.

Bei dem Heteroübergangs-Bipolartransistor auf der Grundlage von AlGaAs/GaAs im Stand der Technik hat es ein derartiges Problem gegeben, daß der Ballastwiderstand (der Widerstand zwischen der Emitterschicht und der Emitterelektrode) nicht exakt bzw. genau gesteuert werden kann, sogar wenn die Konzentration der Störstellen in der n^–-GaAs-Ballastwiderstandsschicht exakt gesteuert wird.

Gemäß der Kenntnis der Erfinder der vorliegenden Erfindung wird es erachtet, daß das oben beschriebene Problem im Stand der Technik auftritt, weil sich das Pinning-Niveau ("pinning level") des Bandes aufgrund des Effekts der Störstellen, die in der AlGaAs-Schicht in dem Heteroübergang zwischen der Ballastwiderstandsschicht und der benachbarten AlGaAs-Schicht eingefangen sind, ändert. Somit wird bewirkt, daß sich die relative Position des unteren Endes des Leitungsbands bezüglich des Ferminiveaus E_F abhängig von dem Betrag der eingefangenen Störstellen ändert.

Weil die Ballastwiderstandsschicht und die benachbarte AlGaAs-Schicht einen Heteroübergang in dem Grenzbereich zwischen diesen bildet, bedeutet das, daß eine Kerbe am unteren Ende des Leitungsbands in der Grenzfläche des Heteroübergangs ausgebildet wird, wie es in 3 gezeigt ist, und die Kerbe trägt zu der Erhöhung des Widerstands bei. Da sich die relative Position des unteren Endes des Leitungsbands bezüglich des Ferminiveaus E_F ändert, wird somit angenommen, daß sich der Widerstand in der Kerbe ändert, wodurch es unmöglich gemacht wird, daß der gesamte Ballastwiderstand genau gesteuert wird, sogar wenn der Widerstand der Ballastwiderstandsschicht durch präzise Steuerung der Konzentration der Störstellen in der Ballastwiderstandsschicht und der Dicke gesteuert wird.

Um dieses Problem zu überwinden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Prozeß bzw. ein Verfahren zum Ausbilden der Ballastwiderstandsschicht aus der selben AlGaAs-Schicht wie diejenige der Emitterschicht untersucht. Die AlGaAs-Schicht wird jedoch wahrscheinlich aufgrund der Al Komponente, wie es oben beschrieben worden ist, Störstellen einfangen. Und eine derartige Struktur wird einer Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung der Stromstabilitätcharakteristika unterworfen, das bedeutet, der Strom ändert sich signifikant mit der Zeit, wenn ein spezifischer Betrag an Strom zugeführt wird. Dies geschieht vermutlich infolge einer Ursache, die sich auf die Qualität der Grenzfläche des Heteroübergangs zwischen der AlGaAs-Emitterschicht und der GaAs-Basisschicht und auf die Qualität der AlGaAs-Schicht selbst bezieht, wodurch somit eine Verschlechterung bzw. Beeinträchtigung der Verläßlichkeit bzw. Zuverlässigkeit der Vorrichtung resultiert.

In der Europäischen Patentveröffentlichung EP 0 562 272 A2 ist ein Heteroübergangs-Bipolartransistor beschrieben, der eine GaAs-Kollektorschicht, eine GaAs-Basisschicht, eine GaAs-Emitterschicht und eine Ballastwiderstandsschicht aufweist. Die Ballastwiderstandsschicht besteht aus AlGaAs. Der Übergang zwischen der Basisschicht zur Emitterschicht erfolgt direkt oder über eine graduelle Schicht dazwischen.

Das Dokument EP 0 630 053 A2 beschreibt einen Heteroübergangs-Bipolartransistor mit einer n-GaAs-Kollektorschicht, einer darüber angeordneten p⁺-GaAs-Basisschicht und einer darüber angeordneten n-AlGaAs-Emitterschicht sowie einer auf der Emitterschicht angeordneten n-AlGaAs-Ballastwiderstandsschicht. Der Widerstand der Ballastwiderstandsschicht ist größer als derjenige der Emitterschicht.

Aus dem Dokument JP 08 124 937 A ist ein Heteroübergangs-Bipolartransistor bekannt, bei dem eine n-GaAs-Kollektorschicht, eine p-GaAs-Basisschicht, eine n-AlGaAs-Emitterschicht, eine n-GaAs-Emitterballastschicht und eine n-GaAs-Emitterkontaktschicht aufeinanderfolgend auf ein Si-Substrat geschichtet sind.

Darstellung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heteroübergangs-Bipolartransistor mit hoher Verläßlichkeit bereitzustellen, worin der Ballastwiderstand zur Verhinderung einer Verschlechterung bzw. Beeinträchtigung der Stromstabilität präzise gesteuert werden kann.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Untersuchungen durchgeführt. Als ein Ergebnis davon wurde herausgefunden, daß, wenn eine GaAs-Ballastschicht in einem Heteroübergangs-Bipolartransistor der eine GaAs- Emitterschicht, eine InGaP-Beabstandungsschicht und eine GaAs-Basisschicht aufweist vorgesehen ist, erstens eine Kerbe am unteren Ende des Leitungsbands in der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht und der Ballastwiderstandsschicht nicht ausgebildet wird, wodurch es ermöglicht wird, den Bällastwiderstand bzw. Lastwiderstand genau zu steuern und, daß zweitens ein Einfangen von Störstellen in die AlGaAs-Schicht verhindert werden kann, und daß eine Verschlechterung der Stromstabilität verhindert werden kann. Somit ist die vorliegende Erfindung vollendet.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Heteroübergangs-Bipolartransistor bereit, der aufweist: zumindest eine GaAs-Kollektorschicht, die auf einem GaAs-Substrat ausgebildet ist, eine GaAs-Basisschicht, die auf der GaAs-Kollektorschicht ausgebildet ist, eine CaAs-Emitterschicht, die auf der GaAs-Basisschicht ausgebildet ist, eine Emitterelektrode, die auf der GaAs-Emitterschicht ausgebildet ist und eine InGaP-Beabstandungsschicht bzw. eine InGaP-Abstandsschicht, die zwischen der GaAs-Basisschicht und der GaAs-Emitterschicht ausgebildet ist, wobei eine Ballastwiderstandsschicht bzw. Lastwiderstandsschicht, die aus GaAs hergestellt ist, zwischen der GaAs-Emitterschicht und der Emitterelektrode vorgesehen ist.

Wenn die Emitterschicht und die Ballastwiderstandsschicht, die auf der Emitterschicht ausgebildet ist, aus der gleichen GaAs-Schicht, wie oben beschrieben worden ist ausgebildet sind, wird die Kerbe, die an dem Ende des Leitungsbands gebildet worden ist, wenn die Grenzfläche der beiden Schichten in eine Heteroübergangs-Grenzfläche aus AlGaAs und GaAs übergegangen ist, beseitigt, wodurch somit verhindert wird, daß der Widerstand in diesem Abschnitt erzeugt wird.

Demzufolge ist es möglich, daß der Ballastwiderstand zwischen der Emitterschicht und der Emitterelektrode durch präzises Steuern des Widerstands der Ballastwiderstandsschicht genau gesteuert wird.

Außerdem verringert die Verwendung der GaAs-Schicht ohne einer darin enthaltenen Al-Komponente für die Emitterschicht und die Ballastwiderstandsschicht den Betrag der Verunreinigungen bzw. der Störstellen, die während des Kristallwachstums eingefangen werden, und verhindert die Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung der Stromstabilität, die vermutlich durch Verunreinigungen bzw. Störstellen verursacht wird. Dadurch wird es möglich gemacht, die Verläßlichkeit des Heteroübergangs-Bipolartransistors zu verbessern.

Es ist wünschenswert, daß GaAs-Schichten mit niedrigem Widerstand auf beide Seiten der Ballastwiderstandsschicht geschichtet werden, um die Ballastwiderstandsschicht zwischen diesen zu halten.

Das wird deshalb so gemacht, weil der Wert des Ballastwiderstands durch vorsehen der Ballastschicht mit niedrigem Widerstand stabilisiert werden kann.

Die Konzentration der Störstellen in der Ballastwiderstandsschicht liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁶ cm^–3.

Die Konzentration der Störstellen in der GaAs-Schicht mit niedrigem Widerstand liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁸ cm^–3.

Die InGaP-Beabstandungsschicht ist vorzugsweise aus In_xGa_1–xP (0,45 ≤ x ≤ 0,55) hergestellt.

Das wird deshalb so gemacht, weil die Verwendung der InGaP-Beabstandungsschicht mit einer derartigen Zusammensetzung die Gitteranpassung mit der GaAs-Basisschicht und anderen verbessert und verhindert, daß Kristalldefekte bzw. Kristallbaufehler auftreten.

Die InGaP-Beabstandungsschicht wird am bevorzugtesten aus In_0,5Ga_0,5P hergestellt, um eine gute Gitteranpassung mit der GaAs-Schicht zu erreichen.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich wird, wird, weil die Emitterschicht und die Ballastwiderstandsschicht, die auf der Emitterschicht ausgebildet ist, aus der gleichen GaAs-Schicht hergestellt sind, in dem Heteroübergangs-Bipolartransistor gemäß der vorliegenden Erfindung die Kerbe, die an dem unteren Ende des Leitungsbands in der Grenzfläche der beiden Schichten im Stand der Technik ausgebildet worden ist, beseitigt. Somit wird verhindert, daß der Widerstand in diesem Abschnitt entsteht, wodurch es möglich gemacht wird, den Ballastwiderstand exakt bzw. genau zu steuern.

Weil die Emitterschicht und die Ballastwiderstandsschicht aus der gleichen GaAs-Schicht hergestellt worden sind, kann außerdem der Betrag von Störstellen bzw. Verunreinigungen, die während des Kristallwachstums eingefangen worden sind, vermindert werden, wodurch eine Verschlechterung bzw. Beeinträchtigung der Stromstabilität verhindert wird und wodurch es möglich gemacht wird, daß der Heteroübergangs-Bipolartransistor mit einer hohen Verläßlichkeit erreicht wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Heteroübergangs-Bipolartransistors gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung einer Energiebandstruktur des InGaP/GaAs-Heteroübergangs-Bipolartransistors gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 eine Darstellung einer Energiebandstruktur eines AlGaAs/GaAs-Heteroübergangs-Bipolartransistors im Stand der Technik.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines. Heteroübergangs-Bipolartransistors (HBT) gemäß dieser Ausführungsform. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein halbisolierendes GaAs-Substrat, bezeichnet das Bezugszeichen 2 eine undotierte GaAs- oder AlGaAs/GaAs-Übergitterstruktur oder eine Pufferschicht, die aus den vorigen zwei Schichten besteht, bezeichnet das Bezugszeichen 3 eine GaAs-Subkollektorschicht bzw. eine GaAs-Unterkollektorschicht, die mit n-leitenden Störstellen bzw. mit Störstellen vom n-leitenden Typ auf eine hohe Konzentration dotiert ist, bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine GaAs-Kollektorschicht, die n-leitende Störstellen aufweist, bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine GaAs-Basisschicht, die mit p-leitenden Störstellen auf eine hohe Konzentration dotiert worden sind, bezeichnet das Bezugszeichen 6 eine In_0,5Ga_0,5P-Beabstandungsschicht, die sich im wesentlichen in einem Zustand der Gitteranpassung mit dem GaAs befindet, bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine GaAs-Emitterschicht, die mit n-leitenden Störstellen dotiert ist, bezeichnen die Bezugszeichen 8 und 10 ballastwiderstandstabilisierende GaAs-Schichten, die mit n- leitenden Störstellen bzw. Verunreinigungen auf eine hohe Konzentration dotiert sind, bezeichnet das Bezugszeichen 9 eine GaAs-Emitterballastwiderstandsschicht, die mit einem geringen Betrag von n-leitenden Störstellen dotiert ist, bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine n-leitende InGaAs-Kontaktschicht, bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Kollektorelektrode, die aus AuGe/Ni/Au hergestellt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine Basiselektrode, die aus Pt/Ti/Pt/Au hergestellt ist, und bezeichnet das Bezugszeichen 14 eine Emitterelektrode, die aus WSi hergestellt ist.
Die Struktur des Heteroübergangs-Bipolartransistors, der in 1 dargestellt ist, wird im folgenden beschrieben. Das Substrat 1 ist aus GaAs hergestellt.
Die Pufferschicht 2 ist vorzugsweise in einer derartigen Struktur hergestellt, daß dort weniger Leckstrom von einer aktiven Schicht, die auf dieser ausgebildet ist, auftritt. Es wird im allgemeinen eine undotierte GaAs-Schicht, eine AlGaAs/GaAs-Übergitterstruktur oder eine Struktur, die aus den vorigen beiden Strukturen besteht, verwendet.
Für die Unterkollektorschicht (Kollektorkontaktschicht) 3 wird eine GaAs-Schicht, die mit n-leitenden Störstellen auf eine hohe Konzentration (ungefähr 1 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3) dotiert ist, verwendet, um eine gute ohmische Verbindung mit der Kollektorschicht herzustellen. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise ungefähr 500 nm.
Die Kollektorschicht 4 ist auf der Unterkollektorschicht 3 ausgebildet und ist mit n-leitenden Störstellen auf eine niedrige Konzentration (ungefähr 3 bis 5 × 10¹⁶ cm^–3) dotiert. Der Grund für das Dotieren mit n-leitenden Störstellen auf eine niedrige Konzentration liegt darin, eine ausreichende Spannungsfestigkeit über der Basis und dem Kollektor sicher zu stellen, die vorzugsweise ungefähr 10 plus mehrere Volt bzw. Spannungen beträgt. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise ungefähr 500 bis 800 nm.
Für die Basisschicht 5, die eine der wichtigsten Schichten darstellt, die die Charakteristika bzw. Eigenschaften des Bipolar-Transistors steuern, wird eine p-GaAs-Schicht verwendet. Die Basisschicht 5 wird vorzugsweise mit einer Störstellenkonzentration von 1 bis 4 × 10¹⁹ cm^–3 hergestellt, wobei die Dicke 50 bis 100 nm beträgt.
Die Beabstandungsschicht 6 ist eine Schicht, die zwischen die Basisschicht 5 und die Emitterschicht 7 eingefügt werden soll und sie ist aus einer InGaP-Schicht hergestellt, die mit n-leitenden Verunreinigungen auf eine Konzentration von ungefähr 5 × 10¹⁷ cm^–3 dotiert ist. Die Zusammensetzung ist vorzugsweise In_xGa_1–xP (0,45 ≤ x ≤ 0,55), um im Wesentlichen eine Gitteranpassung mit der GaAs-Basisschicht 5 und anderen zu erreichen. Die am misten bevorzugte Zusammensetzung ist In_0,5Ga_0,5P, wobei die Dicke vorzugsweise 30 bis 50 nm beträgt.
Die Emitterschicht 7 ist aus GaAs hergestellt, das mit n-leitenden Störstellen auf eine hohe Konzentration von vorzugsweise ungefähr 3 × 10¹⁷ cm^–3 dotiert ist. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise 100 bis 150 nm.
Die ballastwiderstandstabilisierenden Schichten 8, 10 sind derart vorgesehen, daß sie die Ballastwiderstandsschicht 9 auf beiden Seiten von dieser zwischenlegen, um den Widerstand der Ballastwiderstandsschicht 9 zu stabilisieren. Die ballastwiderstandstabilisierenden Schichten 8, 10 sind aus GaAs hergestellt, das mit n-leitenden Störstellen auf eine hohe Konzentration von vorzugsweise ungefähr 5 × 10¹⁸ cm^–3 dotiert ist. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise 30 nm.
Es ist auch möglich, eine Struktur ohne darin vorgesehene ballastwiderstandstabilisierenden Schichten 8, 10 zu verwenden.
Die Ballastwiderstandsschicht 9 ist als ein Emitterballastwiderstand zwischen der Emitterkontaktschicht 11 und der Emitterschicht 7 vorgesehen und ist aus GaAs hergestellt, das mit einem kleinen Betrag von n-leitenden Störstellen dotiert ist. Während es wünschenswert ist, daß die Konzentration der Störstellen in der Ballastwiderstandsschicht 9 niedrig ist, weil sie als ein Widerstand verwendet wird, um eine Stromkonzentration zu verhindern, beträgt die Konzentration von Störstellen vorzugsweise ungefähr 1 × 10¹⁶ cm^–3 unter Berücksichtigung der Fähigkeit, die Dotierungskonzentration während des epitaktischen Kristallwachstums zu steuern.
Während der Widerstand der Ballastwiderstandsschicht 9 durch die Konzentration der Verunreinigungen in der Ballastwiderstandsschicht 9 und deren Dicke bestimmt ist, kann eine präzise Steuerung des Ballastwiederstands leichter durch Änderung der Dicke unter Berücksichtigung der Fähigkeit, die Dotierungskonzentration während des epitaktischen Kristallwachstums zu steuern, durchgeführt werden.
In dieser Ausführungsform ist die Konzentration der Störstellen auf 1 × 10¹⁶ cm^–3 eingestellt und ist die Dicke auf 200 bis 500 nm eingestellt.
Die Emitterkontaktschicht 11 ist zu dem Zweck eingestellt, einen guten ohmischen Kontakt mit der Emitterelektrode 14 zu erreichen und ist aus einer In_0,5Ga_0,5As-Schicht hergestellt, die mit einer hohen Konzentration von n-leitenden Störstellen dotiert ist.
Während ein Heteroübergang zwischen der Emitterkontaktschicht 14 und der darunter liegenden GaAs-Schicht 9 ausgebildet ist und eine Heterobarriere zwischen den zwei Schichten ausgebildet ist, erhöht die Ausbildung der Barriere den Widerstand des Heteroübergangs und führt zu einer Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung der Charakteristika bzw. Eigenschaften.
Aus diesem Grund kann eine abgestufte bzw. sich in einem Übergang befindliche InGaAs-Verbindungsschicht (nicht dargestellt), die aus In_yGa_1–yAs hergestellt ist, wobei der Wert von y kontinuierlich von 0 bis 0,5 bei der vorangegangenen Darstellung variiert wird, zwischen der Emitterkontaktschicht 14 und der GaAs-Schicht 9, die darunter angeordnet ist, vorgesehen werden. Wenn die abgestufte InGaAs-Verbindungsschicht vorgesehen ist, verringert sich ein Kontaktscheinwiderstand und die Charakteristika bzw. Eigenschaften können verbessert werden.
Die Kollektorelektrode 12 ist auf der Unterkollektorschicht 3 ausgebildet und aus AuGe/Ni/Au mit einer Dicke von vorzugsweise 60/15/300 nm jeweils hergestellt.
Die Basiselektrode 13 ist auf der Basisschicht 5 ausgebildet und aus Pt/Ti/Pt/Au mit einer Dicke von vorzugsweise 30/30/30/350 nm jeweils hergestellt.
Ein Freiliegen der Oberfläche der Basisschicht 5 führt zu derartigen Problemen wie einer Erhöhung des Oberflächenrekombinationsstroms.
Nach dem Ausbilden einer Emittermesa durch selektives Ätzen, wobei die Emitterelektrode 14 als eine Maske verwendet wird und die InGaP-Beabstandungsschicht 6 als eine Ätzstopschicht verwendet wird, und nach Ausbilden der Basiselektrode 13 auf der freiliegenden InGaP- Beabstandungsschicht 6, wird das Metall Pt durch Sintern nach unten zur Basisschicht diffundiert. Dadurch werden die Basiselektrode 13 und die Basisschicht 5 miteinander in Kontakt gehalten.
Weil die InGaP-Beabstandungsschicht 6 verarmt ist, fließt der Strom nicht zwischen der Basiselektrode 13 und der InGaP-Beabstandungsschicht 6.
Die Emitterelektrode 14 ist auf der Emitterkontaktschicht 11 ausgebildet und ist vorzugsweise aus WSi mit einer Dicke von 40 nm hergestellt.
Im folgenden wird das Verfahren zum Herstellen des Heteroübergangs-Bipolartransistors gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Der Heteroübergangs-Bipolartransistor wird durch epitaktisches Wachsen der Schichten, wie sie oben beschrieben worden sind, auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat ausgebildet.
Das epitaktische Wachsen kann durchgeführt werden in einer organometallischen Abscheidung aus der Gasphase, durch eine Abscheidung mittels Molekularstrahlepitaxie, durch ein Gasquellen-MBE-Verfahren, durch ein chemisches Strahlepitaxie-(CBE)-Verfahren oder dergleichen.
Beim Dotieren der Schichten wird Si, Te, Se oder dergleichen als der n-leitende Dotierungsstoff und C, Be oder dergleichen als der p-leitende Dotierungsstoff verwendet.
Die Emittermesa wird vorzugsweise durch selektives Ätzen mit Selbstausrichtung durch Verwendung der WSi-Emitterelektrode 14 als eine Maske ausgebildet.
2 zeigt eine Energiebandstruktur des Heteroübergangs-Bipolartransistors auf der Grundlage von InGaP/GaAs gemäß dieser Ausführungsform.
In dem Heteroübergangs-Bipolartransistor dieser Ausführungsform ist, wie es aus 2 ersichtlich wird, weil die Emitterschicht und die Ballastwiderstandsschicht, die auf der Emitterschicht ausgebildet ist, aus der selben GaAs-Schicht ausgebildet sind, die Kerbe, die am unteren Ende des Leitungsbands in der Grenzfläche des Heteroübergangs der Emitterschicht und er Ballastwiderstandsschicht in dem AlGaAs/GaAs-Heteroübergangs-Bipolartransistor im Stand der Technik, wie er in 3 gezeigt ist, ausgebildet worden ist, beseitigt, wodurch verhindert wird, daß der Widerstand in diesem Abschnitt erzeugt wird.
Durch präzises Steuern des Widerstands der Ballastwiderstandsschicht mit diesem Aufbau ist es möglich, den Widerstand zwischen der Emitterschicht und der Emitterelektrode genau zu steuern und die Vorrichtungseigenschaften bzw. Vorrichtungscharakteristika zu verbessern.
Weil die Emitterschicht und die Ballastwiderstandsschicht aus der GaAs-Schicht ausgebildet sind, ohne daß Al darin enthalten ist, kann ferner der Betrag an Störstellen, die während des Kristallwachstums eingefangen werden, vermindert werden. Dadurch wird die Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung der Stromstabilität, die vermutlich durch derartige Störstellen bewirkt wird, verhindert und es wird möglich gemacht, die Verläßlichkeit des Heteroübergangs-Bipolartransistors zu verbessern.
In der Heteroübergangs-Bipolartransistor dieser Ausführungsform ist die Emitter/Basis-Verbindung aus In_0,5Ga_0,5P/GaAs hergestellt.
Es ist berichtet worden, daß die Rekombinationsrate in der Grenzfläche von In_0,5Ga_0,5P/GaAs ungefähr bei 210 cm/s liegt, was um eine Größenordnung niedriger ist als die Rekombinationsrate in der Grenzfläche von AlGaAs/GaAs (Appl. Phys. Lett. 55 (1989), Seiten 1208).
Wenn der Heteroübergangs-Bipolartransistor unter Verwendung des In_0,5Ga_0,5P/GaAs-Übergangs hergestellt ist, kann deshalb der Stromverstärkungsfaktor β in hohem Maße auf ungefähr 200 in dem Fall des In_0,5Ga_0,5P/GaAs-Heteroübergangs-Bipolartransistors dieser Ausführungsform verbessert werden. Dies steht im Vergleich zu dem Wert von ungefähr 100 in dem Fall des AlGaAs/GaAs Heteroübergangs-Bipolartransistors im Stand der Technik.
Offenbart ist ein Heteroübergangs-Bipolartransistor mit einer hohen Verläßlichkeit, worin der Ballastwiderstand exakt gesteuert wird und eine Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung bezüglich der Stromstabilität beseitigt wird. Eine GaAs-Ballastwiderstandsschicht ist in dem Heteroübergangs-Bipolartransistor, der eine GaAs-Emitterschicht, eine InGaP-Beabstandungsschicht und eine GaAs-Basisschicht aufweist, vorgesehen. Dadurch wird verhindert, daß sich eine Kerbe am unteren Ende des Leitungsbands in der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht und der Ballastwiderstandsschicht ausbildet, und es kann ermöglicht werden, daß der Ballastwiderstand exakt gesteuert wird. Es wird ferner möglich gemacht, zu verhindern, daß die AlGaAs-Schicht Störstellen einfängt und daß die Stromstabilität beeinträchtigt bzw. verschlechtert wird.

Claims

Heteroübergangs-Bipolartransistor, der aufweist: zumindest eine GaAs-Kollektorschicht (4), die auf einem GaAs-Substrat (1) ausgebildet ist; eine GaAs-Basisschicht (5), die auf der GaAS-Kollektorschicht (4) ausgebildet ist; eine GaAs-Emitterschicht (7), die auf der GaAs-Basisschicht (5) ausgebildet ist; eine Emitterelektrode (14), die auf der GaAs-Emitterschicht (7) ausgebildet ist; und eine InGaP-Beabstandungsschicht (6), die zwischen der GaAs-Basisschicht (5) und der GaAs-Emitterschicht (7) ausgebildet ist; worin eine Ballastwiderstandsschicht (9), die aus GaAs hergestellt ist, zwischen der GaAs-Emitterschicht (7) und der Emitterelektrode (14) vorgesehen ist.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 1, worin GaAs-Schichten (8, 10) mit geringem Widerstand auf beiden Seiten der Ballastwiderstandsschicht (9) geschichtet sind, um die Ballastwiderstandsschicht (9) zwischen diesen zu halten.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 1, worin die Konzentration der Störstellen in der Ballastwiderstandsschicht (9) innerhalb des Bereichs von 1 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁶ cm^–3 liegt.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 3, worin die Dicke der Ballastwiderstandsschicht (9) von 200 bis 500 nm reicht.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Konzentration der Störstellen in der GaAs-Schicht (8, 10) mit geringem Widerstand innerhalb des Bereichs von 1 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁸ cm^–3 liegt.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 5, worin die Dicke der GaAs-Schicht (8, 10) mit geringem Widerstand bei ungefähr 30 nm liegt.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Konzentration der Störstellen in der Ballastwiderstandsschicht (9) innerhalb des Bereichs von 1 × 10¹⁶ bis 5 × 10¹⁶ cm^–3 liegt und die Konzentration der Störstellen in der GaAs-Schicht (8, 10) mit geringem Widerstand innerhalb des Bereichs von 1 × 10¹8 bis 6 × 10¹⁸ cm^–3 liegt.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 1, worin die InGaP-Beabstandungsschicht (6) aus In_x Ga_1–xP (0,45·x·0,55) hergestellt ist.
Heterübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 1, worin die InGaP-Beabstandungsschicht (6) aus In_0,5Ga_0,5P hergestellt ist.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 9, worin die Dicke der InGaP-Beabstandungsschicht (6) von 30 bis 50 nm reicht.
Heteroübergangs-Bipolartransistor nach Anspruch 1, worin keine Kerbe am unteren Ende des Leitungsbands mit dem Übergangsbereich zwischen der Emitterschicht und der Ballastwiderstandsschicht (9) ausgebildet ist.