DE69604149T2

DE69604149T2 - Bipolartransistor mit Heteroübergang

Info

Publication number: DE69604149T2
Application number: DE69604149T
Authority: DE
Inventors: Norio Hayafuji; Kaoru Kadoiwa; Teruyuki Shimamura; Yutaka Uneme
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2016-11-22
Also published as: EP0778622B1; EP0778622A2; DE69604149D1; CN1158008A; EP0778622A3; KR970054488A; JPH09162194A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (HBT) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Hochleistungs-HBT mit einer Ballastwiderstandsschicht, die zwischen einer Emitterschicht und einer Emitterelektrode angeordnet ist.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Hochleistungs-HBT-Struktur 51 im Stand der Technik mit einem Kollektoranschluß 52, einem Basisanschluß 53, zwei Emitteranschlüssen 54 und einer Luftbrückenelektrode 35. Wie es aus Fig. 10 ersichtlich ist, weist die HBT-Struktur eine Vielzahl von HBT-Einheitstransistoren auf, welche elektrisch parallelgeschaltet sind, um die Ausgangsleistung zu erhöhen.
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie 11-11 von Fig. 10, welche einen vollständigen HBT-Einheitstransistor 15 der HBT-Struktur 51 darstellt. Jeder Einheitstransistor 15 der Struktur beinhaltet einen Teil eines halbisolierenden GaAs-Substrats und, nacheinander auf diesem Teil des Substrats angeordnet, eine Pufferschicht 2, eine GaAs-Subkollektorschicht 3 eines n&spplus;-Typs, eine GaAs- Kollektorschicht 4 eines n-Typs und eine GaAs-Basisschicht 5 eines p&spplus;-Typs. Diese geschichteten Schichten weisen eine Mesastruktur im Querschnitt auf, welche durch elektrisch isolierende Bereiche 21 definiert ist, die an jeweiligen Seiten der Mesa angeordnet sind. Kollektorelektroden 33 sind auf der Oberfläche der Subkollektorschicht 3 eines n&spplus;- Typs angeordnet und durch die Luftbrückenelektrode 35 miteinander verbunden. Der Einheitstransistor 15 beinhaltet ferner, nacheinander auf einem Teil der GaAs-Basisschicht 5 eines p&spplus;-Typs angeordnet, eine AlGaAs-Schicht 6 eines n- Typs, eine Al0,26Ga0,74As-Emitterschicht 7 eines n-Typs, eine AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht 59 eines n-Typs, eine GaAs-Abstandsschicht 11 eines n&spplus;-Typs, eine InGaAs- Schicht 12 eines n-Typs und eine In0,5Ga0,5As-Emitterkontaktschicht 13 eines n&spplus;-Typs. Diese geschichteten Schichten weisen eine umgekehrte Mesastruktur im Querschnitt auf und sind auf der Oberfläche der Basisschicht 5 mittig angeordnet. Basiselektroden 31 sind auf der Oberfläche der Basisschicht 5 an gegenüberliegenden Seiten der umgekehrten Mesastruktur angeordnet und elektrisch mit dem in Fig. 10 dargestellten Emitteranschluß 54 verbunden.
Die Struktur von Fig. 10 beinhaltet zehn Einheitstransistoren 15, die elektrisch parallelgeschaltet sind und zwischen den Emitteranschlüssen 54 und dem Kollektoranschluß 52 angeordnet sind. Obwohl die Parallelschaltung eine hohe Ausgangsleistung liefert, können einige der Charakteristiken der jeweiligen Einheitstransistoren 15 nicht identisch sein, so daß es schwierig ist, jeden der Einheitstransistoren einheitlich anzusteuern. Während eines uneinheitlichen Betriebs kann durch einen der Einheitstransistoren eine größere Menge an Strom fließen als durch andere, was eine erhöhte Betriebstemperatur bewirkt und schließlich zu einem thermischen Ausbrechen und zu einer Zerstörung der HBT-Struktur 51 führt. Dem Problem eines thermischen Ausbrechens wurde im Stand der Technik durch Hinzufügen der Ballastwiderstandsschicht 59 zwischen die Emitterschicht 7 und eine Emitterelektrode 34 begegnet, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Die Ballastwiderstandsschicht 59 hilft, einen einheitlichen Stromfluß in jedem der Einheitstransistoren 15 aufrechtzuerhalten.
Bei der Struktur von Fig. 11 wird AlxGa1-xAs als das Material der Ballastwiderstandsschicht 59 verwendet. Jedoch kann auch GaAs als die Ballastwiderstandsschicht verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Dotierungsdichte des GaAs verhältnismäßig niedrig ist, um den erwünschten Ballast widerstand zu erzeugen. Siehe hierzu Ueda et al., Electronics Letters, Band 25, Seiten 1268-1269 (1989). Um einen erwünschten Widerstand mit einer GaAs-Ballastwiderstandsschicht zu erzeugen, beträgt die Ladungsträgerkonzentration der Schicht erwünschterweise 10¹&sup6; cm&supmin;³ und beträgt die Dicke beträgt ungefähr 200 Nanometer (nm). Die niedrige Ladungsträgerkonzentration wird derart verwendet, daß die Oberflächenverarmungsschicht in der Ballastwiderstandsschicht verhältnismäßig breit ist und den Strom begrenzt, der zu dem Emitter fließt. Die Ballastwiderstandsschicht ist vorzugsweise verhältnismäßig dick, so daß die Querschnittsfläche während der Verarbeitung nicht unerwünschterweise verringert wird. Da die Ladungsträgerkonzentration verhältnismäßig niedrig ist, hängt der Widerstand der Ballastwiderstandsschicht von der Menge von Elektronen ab, welche in sie injiziert werden, d. h., der Widerstand ändert sich mit dem Stromfluß, anstatt daß er einen stabilen Wert aufweist.
Um die Transistorstruktur von Fig. 11 zu erzeugen, muß die Oberfläche der Basisschicht freigelegt werden, so daß es zu einem Kontakt zwischen den Basiselektroden 31 und dieser Schicht kommen kann. Wenn sich die Dicke der Ballastwiderstandsschicht erhöht, erhöht sich auch das zum Freilegen der Oberfläche der Basisschicht erforderliche Ausmaß eines Ätzens, was zu Schwierigkeiten beim Aufrechterhalten der erwünschten umgekehrten Mesastruktur, der Querschnittsfläche der Ballastwiderstandsschicht und dem gewünschten Freilegen der Basisschicht führt. Die sich ergebenden Verarbeitungsabweichungen beeinträchtigen ein zuverlässiges Freilegen der Basisschicht und die Einheitlichkeit der Basiswiderstände der Einheitstransistoren 15.
Wenn die Ballastwiderstandsschicht, wie in der Struktur von Fig. 11, AlxGa1-xAs ist, treten andere Schwierigkeiten auf. Ein Beispiel einer AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht, wobei x von 0,2 bis zu 0,35 reicht, ist in Twynam et al., Abstracts Of Topical Workshop On Heterostructure Microelectronics, Seiten 64-65 (1994), beschrieben. Da eine Elektronenbeweglichkeit in AlGaAs, wenn x von 0,2 bis 0,35 reicht, ebenso wie in GaAs, wenn x = 0 ist, verhältnismäßig groß ist, muß die Ladungsträgerkonzentration bei ungefähr 10¹&sup6; cm&supmin;³ gehalten werden, um den Widerstand der Ballastwiderstandsschicht zu steuern, das heißt, um einen spezifischen Widerstand zu erzielen, aus welchem ein Widerstand des erwünschten Werts erzielt werden kann. Fig. 6 stellt die Beziehung zwischen Dotierungsdichte und Ladungsträgerkonzentration in AlxGa1-xAs dar, wobei x ein Parameter ist. Wie es in Fig. 6 dargestellt ist, wenn die Dotierungsdichte bei Raumtemperatur bei mindestens 10¹&sup7; cm&supmin;³ liegt, die Ladungsträgerkonzentration nahezu proportional zu der Dotierungsdichte. Wenn jedoch die Dotierungsdichte auf unter ungefähr 5 · 10¹&sup6; cm&supmin;³ fällt, fällt die Ladungsträgerkonzentration infolge der Reststörstellen in dem AlGaAs stark. Daher ist es sehr schwierig, die Ladungsträgerkonzentration bei Werten von ungefähr 10¹&sup6; cm&supmin;³ zu steuern. Ferner ändert sich, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, in welcher die Abweichung des spezifischen Widerstands von AlxGa1-xAs als Funktion der Ladungsträgerkonzentration dargestellt ist, wobei x ein Parameter ist, wenn die Ladungsträgerkonzentration nicht größer als 10¹&sup6; cm&supmin;³ ist, die Abweichung des spezifischen Widerstands sehr steil als eine Funktion der Ladungsträgerkonzentration. Diese schnelle Änderung der Abweichung des spezifischen Widerstands ist ein weiterer Hinweis auf die Schwierigkeit eines Steuerns des spezifischen Widerstands von AlGaAs, wenn die Ladungsträgerkonzentration niedrig ist.
Ein Beispiel einer AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht mit x größer als 0,4 ist in der US-A-5 389 554 beschrieben, welche den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet. Bei einem Material dieser Zusammensetzung ist es, da die Elektronenbeweglichkeit verhältnismäßig niedrig ist, nicht erforderlich, die Ladungsträgerkonzentration auf etwa 10¹&sup6; cm&supmin;³ zu begrenzen, um einen erwünschten Widerstand des Ballastwiderstands zu erhalten. Jedoch ist bei der HBT-Struktur 51 mit einer an die AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht angrenzend angeordneten GaAs-Schicht die Unstetigkeit der Energiebandränder an der Grenzfläche der Ballastwiderstandsschicht und der GaAs-Schicht verhältnismäßig groß. Diese große Unstetigkeit beeinträchtigt die elektrischen Charakterisitiken des HBT. Die Temperatureffekte sind in Fig. 12 dargestellt, in welcher der Widerstand des Ballastwiderstands bei der Temperatur T normalisiert, d. h., geteilt durch den Widerstand bei 30ºC, r(30ºC), an der Ordinate als eine Funktion der an der Abszisse aufgetragenen Temperatur T aufgetragen ist. Die normalisierte Temperaturänderung ist für drei verschiedene Al-Konzentrationen, d. h., x = 0, x = 0,2 und x = 0,8, aufgetragen. Fig. 12 zeigt, daß die Widerstandsänderung mit der Temperatur verhältnismäßig klein ist, wenn x = 0 und 0,2 ist, aber die Temperaturabhängigkeit des Widerstands viel größer ist, wenn x = 0,8 ist.
Fig. 13 zeigt ein Graph, der die Änderung von Widerstand und Spannung über eine Al0,3Ga0,2As-Ballastwiderstandsschicht als eine Funktion von einem durch die Schicht fließenden Strom darstellt. Fig. 13 zeigt, daß die Ballastwiderstandsschicht einen negativen Widerstand, d. h., eine Verringerung der Spannung für eine Erhöhung des Stromflusses, d. h., eine Verringerung eines Widerstands, wenn sich der Strom erhöht, aufweist. Der negative Widerstand ergibt sich aus der Änderung des Ballastwiderstands mit dem Strom infolge der niedrigen Ladungsträgerkonzentration der Ballastwiderstandsschicht. Die Temperaturabhängigkeit und die Charakteristik des negativen Widerstands tragen zu einem uneinheitlichen Betrieb der Einheitstransistoren 15 der HBT-Struktur 51 bei, was den Zweck der Ballastwiderstandsschicht, d. h., einen stabilen Betrieb ohne thermisches Ausbrechen, nachteilig beeinflußt.
Die US-5 289 020 offenbart einen Heteroübergangs-Bipolartransistor mit ersten und zweiten Emitterschichten. Die zweite Emitterschicht besteht aus AlxGa1-xAs mit einer Al- Zusammensetzung von 0,6, die größer als die Al-Zusammensetzung der ersten Emitterschicht ist.
Die EP-A-0 630 053 offenbart einen Heteroübergangs-Bipolartransistor mit einer Ballastwiderstandsschicht, die aus AlyGa1-yAs mit einer Al-Zusammensetzung von 0 < y ≤ 0,45 besteht. Diese Ballastwiderstandsschicht weist eine Ladungsträgerkonzentration von 10¹&sup7; cm&supmin;³ auf. Die Al-Konzentration in der n-AlyGa1-yAs-Ballastwiderstandsschicht darf lediglich in dem Bereich von 0 < y ≤ 0,45, vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 < y ≤ 0,45, liegen und das bevorzugteste y = 0,35.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen HBT zu schaffen, welcher optimal für das Ausbilden einer Vielzahl von Einheitstransistoren geeignet ist, um einen einheitlichen Betrieb dieser Einheitstransistoren zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die vorteilhaften Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden genauen Beschreibung hervor. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils einer HBT- Struktur zum Verdeutlichen eines wesentlichen Merkmals der Erfindung;
Fig. 2(a)-2(g) Querschnittsansichten, die ein Ver fahren zum Herstellen der in Fig. 1 dargestellten HBT- Struktur zeigen;
Fig. 3 einen Graph einer Ladungsträgerkonzentration und Elektronenbeweglichkeit als eine Funktion von x in einer AlxGa1-xAs-Halbleiterschicht eines n-Typs;
Fig. 4 einen Graph eines spezifischen Widerstands als eine Funktion von x einer AlxGa1-xAs-Halbleiterschicht eines n-Typs;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Teils einer HBT- Struktur zum Verdeutlichen eines weiteren wesentlichen Merkmals der Erfindung;
Fig. 6 einen Graph einer Ladungsträgerkonzentration als eine Funktion von einer Dotierungsdichte für eine AlxGa1-xAs-Halbleiterschicht eines n-Typs, wobei x ein Parameter ist;
Fig. 7 einen Graph, der die Abweichung eines spezifischen Widerstands von AlxGa1-xAs eines n-Typs als eine Funktion von einer Ladungsträgerkonzentration darstellt, wobei x ein Parameter ist;
Fig. 8 einen Graph des spezifischen Widerstands einer in Fig. 5 dargestellten Ballastwiderstandsschicht als eine Funktion von einer Position einer Oberfläche der Schicht;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Teils einer HBT- Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer HBT-Struktur im Stand der Technik;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines Teils der HBT- Struktur im Stand der Technik;
Fig. 12 einen Graph der Temperaturabhängigkeit des Widerstands einer Ballastwiderstandsschicht aus AlxGa1-xAs als eine Funktion von der Temperatur bei dem HBT im Stand dar Technik, wobei x ein Parameter ist; und
Fig. 13 einen Graph der Spannung über und des Widerstands der Ballastwiderstandsschicht als eine Funktion von einem durch die Schicht fließenden Stroms bei dem HBT im Stand der Technik.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß in allen Figuren die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils einer HBT-Struktur zum Verdeutlichen eines wesentlichen Merkmals der Erfindung. Ein Einheitstransistor 15 der Struktur ist in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. Die HBT-Struktur beinhaltet ein halbisolierendes GaAs-Substrat 1, auf welchem aufeinanderfolgend eine Pufferschicht 2 aus undotiertem GaAs, eine Übergitterschicht oder eine Kombination aus beiden angeordnet sind. Eine GaAs-Subkollektorschicht 3 eines n&spplus;-Typs mit einer Dotierungsdichte von 5 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ und einer Dicke von 500 nm ist auf der Pufferschicht 2 angeordnet. Eine GaAs-Kollektorschicht 4 eines n-Typs mit einer Dotierungsdichte von 3 · 10¹&sup6; cm&supmin;³ und einer Dicke von 700 nm ist auf der Schicht 3 angeordnet. Eine GaAs-Basisschicht 5 eines p&spplus;-Typs mit einer Dotierungsdichte von 4 · 10¹&sup9; cm&supmin;³ und einer Dicke von 70 nm ist auf der Kollektorschicht 4 angeordnet und mit Basiselektroden 31 verbunden. Die Pufferschicht 2, die Subkollektorschicht 3, die Kollektorschicht 4 und die Basisschicht 5 weisen eine Mesastruktur im Querschnitt auf, die an gegenüberliegenden Seiten durch jeweilige elektrisch isolierende Bereiche 21 begrenzt ist. Kollektorelektroden 33 sind auf der Oberfläche der Subkollektorschicht 3 angeordnet und durch eine Luftbrücken elektrode 35 miteinander verbunden.
Eine AlGaAs-Schicht 6 eines n-Typs mit abgestufter Zusammensetzung, welche eine Dotierungsdichte von 10¹&sup8; cm&supmin;³, eine Dicke von 26 nm und eine Al-Zusammensetzung aufweist, die sich allmählich von 0 zu 0,26 ändert, ist auf der Basisschicht 5 angeordnet. Eine Al0,26Ga0,74As-Emitterschicht 7 eines n-Typs mit einer Dotierungsdichte von 10¹&sup9; cm&supmin;³ und einer Dicke von 90 nm ist auf der abgestuften Schicht 6 angeordnet. Eine AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht 9 eines n-Typs, wobei 0,5 ≤ x ≤ 1 ist, mit einer Dicke von 100 nm ist auf der Emitterschicht 7 angeordnet. Bei dieser Struktur gilt x = 0,8. Eine GaAs-Abstandsschicht 11 eines n&spplus;- Typs mit einer Dotierungsdichte von 5 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ und einer Dicke von 30 nm ist auf der Ballastwiderstandsschicht 9 angeordnet. Eine InGaAs-Schicht 12 eines n-Typs mit abgestufter Zusammensetzung mit einer Dicke von 50 nm, welche eine In-Zusammensetzung, die sich von 0 zu 0,5 ändert, und eine Ladungsträgerkonzentration aufweist, die sich allmählich von 5 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ zu 4 · 10¹&sup9; cm&supmin;³ ändert, ist auf der Abstandsschicht 11 angeordnet. Eine In0,5Ga0,5As-Emitterkontaktschicht 13 eines n&spplus;-Typs mit einer Dotierungsdichte von 4 · 10¹&sup9; cm&supmin;³ und einer Dicke von 50 nm ist auf der Schicht 12 angeordnet und mit der Emitterelektrode 34 verbunden. Jeder Einheitstransistor 15 beinhaltet aufeinanderfolgend angeordnete Schichten von Schicht 3 bis zu Schicht 13.
Ein Verfahren zum Herstellen der in Fig. 1 dargestellten HBT-Struktur ist in den Fig. 2(a)-(2 g) dargestellt. Zuerst werden, wie es in Fig. 2(a) dargestellt ist, die Pufferschicht 2, die GaAs-Subkollektorschicht 3 eines n&spplus;- Typs, die GaAs-Kollektorschicht 4 eines n-Typs, die GaAs- Basisschicht 5 eines p&spplus;-Typs, die AlGaAs-Schicht 6 eines n- Typs, die Al0,26Ga0,74Al-Emitterschicht 7 eines n-Typs, die Al0,8Ga0,2As-Ballastwiderstandsschicht 9 eines n-Typs, die GaAs-Abstandsschicht 11 eines n&spplus;-Typs, die InGaAs-Schicht 12 eines n-Typs und die In0,5Ga0,5As-Emitterkontaktschicht 13 eines n&spplus;-Typs aufeinanderfolgend epitaktisch auf das Substrat 1 aufgewachsen.
Wie es in Fig. 2(b) dargestellt ist, werden die elektrisch isolierenden Bereiche 21 durch Ionenimplantation ausgebildet, bei welcher die Ionen in die Halbleiterschichten 213 eindringen. Ein SiON-Film 22, welcher ein Pseudoemitter ist, und ein WSi-Film 23 werden auf einem Bereich der Emitterkontaktschicht 13 ausgebildet. Unter Verwendung des SiON-Films 22 und des WSi-Films 23 als Masken werden die Halbleiterschichten 2-13 und die elektrische isolierenden Bereiche 21 geätzt, bis die Oberfläche der Basisschicht 5 freigelegt ist. Das Ätzen erzeugt eine Emittermesa 25, wie es in Fig. 2(c) dargestellt ist.
Ferner werden unter Verwendung des SiON-Films 22 und des WSi-Films 23 als Masken die Basiselektroden 31 auf der Basisschicht 5 ausgebildet, wie es in Fig. 2(d) dargestellt ist, wobei ein herkömmliches Verfahren zum Ausbilden von Elektroden verwendet wird. Die Basiselektrode 31 bleibt auf dem WSi-Film 23 bestehen.
Begrenzte Flächen der elektrisch isolierenden Bereiche 21 werden durch Ätzen entfernt und die Kollektorelektrode 33 wird auf der GaAs-Schicht 3 eines n&spplus;-Typs ausgebildet, wie es in Fig. 2(e) dargestellt ist.
Das gesamte Substrat wird mit einem Resist 24 bedeckt und anschließend werden der SiON-Film 22, der WSi-Film 23 und die verbleibende Basiselektrode 31 von der Emittermesa 25 entfernt, wie es in Fig. 2 (f) dargestellt ist. Das Resist 24 und ungeschützte Abschnitte der Emitterelektrodenschicht 34 werden entfernt. Wie es in Fig. 2(g) dargestellt ist, verbindet die Luftbrückenelektrode 35 die Kollektorelektroden 33 mit Kollektoranschlüssen, die in den Figuren nicht dargestellt sind.
Bei den beschriebenen Strukturen weist die Al-Zusammensetzung x der AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht einen bevorzugten Bereich auf. Fig. 3 zeigt einen Graph, der die Ladungsträgerkonzentration und die Elektronenbeweglichkeit einer AlxGa1-xAs-Halbleiterschicht eines n-Typs als eine Funktion von x bei Raumtemperatur darstellt. Fig. 4 zeigt einen Graph des spezifischen Widerstands von AlxGa1-xAs eines n-Typs als eine Funktion von x. Wenn Donatorstörstellen, wie zum Beispiel Silizium, in die AlxGa1-xAs-Schicht eingebracht werden, ändert sich die Ladungsträgerkonzentration in Abhängigkeit von der Al-Zusammensetzung x. Die Ladungsträgerkonzentration ist am niedrigsten, wenn x ungefähr 0,4 beträgt. Bei höheren oder niedrigeren Al-Zusammensetzungen erhöht sich die Ladungsträgerkonzentration zu. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, verringert sich die Elektronenbeweglichkeit allmählich, wenn sich die Al-Zusammensetzung x allmählich erhöht, fällt dann, wenn die Al-Zusammensetzung x ungefähr 0,4 erreicht, stark ab und stellt sich auf einen weitestgehend konstanten Wert ein, wenn x ungefähr 0,5 oder höher ist. Der spezifische Widerstand ist umgekehrt proportional zu dem Produkt der Ladungsträgerkonzentration und der Beweglichkeit. Daher weist der spezifische Widerstand, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, einen Spitzenwert auf, wenn die Al-Zusammensetzung x ungefähr 0,4 beträgt. Der spezifische Widerstand verringert sich bei höheren Werten von x allmählich und ist konstant oder sehr niedrig, wenn x nicht größer als 0,2 ist. Daher ändert sich der spezifische Widerstand bei einer kleinen Änderung der Al-Zusammensetzung sehr schnell, wenn diese Al-Zusammensetzung x ungefähr 0,4 beträgt, was ein Steuern des spezifischen Widerstands der Ballastwiderstandsschicht 9 schwierig macht.
Gemäß der zuvor erwähnten Struktur kann, da die Al-Zusammensetzung x auf den Bereich von 0,5 ≤ x ≤ 1 begrenzt ist, der spezifische Widerstand der Ballastwiderstandsschicht 9 während einer Herstellung von HBTs leicht gesteuert werden. Folglich kann die Ausbeute der HBTs verbessert werden. Ferner kann, obwohl die Elektronenbeweglichkeit verhältnismäßig niedrig ist, wenn x mindestens 0,5 beträgt, ein Steuern des Widerstands eines Ballastwiderstands durch Erhöhen der Ladungsträgerkonzentration auf die unten beschriebene Weise verbessert werden.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils einer Struktur eines HBT zur Verdeutlichung eines weiteren wesentlichen Merkmals der Erfindung. Dieser HBT beinhaltet eine Al0,8Ga0,2As-Ballastwiderstandsschicht 49 mit einer Dicke von 100 nm, welche auf eine Ladungsträgerkonzentration von 2 · 10¹&sup7; cm&supmin;³ bei Raumtemperatur dotiert ist. Obwohl diese spezifische Struktur eine bestimmte Al-Konzentration in und Dicke der Ballastwiderstandsschicht 49 verwendet, muß, wenn die Al-Zusammensetzung x geändert wird, auch die Dicke der Schicht geändert werden, um den erwünschten Widerstand des Ballastwiderstands für einen einheitlichen Betrieb der Einheitstransistoren 15 zu erzeugen. Der in Fig. 5 dargestellte HBT wird auf die gleiche Weise hergestellte, wie für die in Fig. 1 dargestellte Struktur beschriebene, außer, daß die Ballastwiderstandsschicht dotiert wird, um eine Ladungsträgerkonzentration von 2 · 10¹&sup7; cm&supmin;³ bei Raumtemperatur zu erzeugen. Diese Ladungsträgerkonzentration liefert eine verbessertes Leistungsvermögen, wie es nachstehend beschrieben wird.
Es wird auf Fig. 6 verwiesen. Die Ladungsträgerkonzentration für AlxGa1-xAs eines n-Typs ändert sich mit x wenig und ist im wesentlichen proportional zu der Dotierungsdichte, solange die Dotierungsdichte mindestens 10¹&sup7; cm&supmin;³ beträgt. Bei Dotierungsdichten von 10¹&sup6; cm&supmin;³ und weniger fällt die Ladungsträgerkonzentration stark und ein Steuern dieser Ladungsträgerkonzentration ist infolge von Reststörstellen in dem Material schwierig. Ferner ändert sich die Abweichung des spezifischen Widerstands, wie es in Fig. 7 zu sehen ist, ebenfalls wenig mit der Al-Zusammensetzung x, ändert sie sich aber sehr schnell, wenn die Dotierungsdichte unter ungefähr 10¹&sup6; cm&supmin;³ fällt. Daher ändert sich, wenn die Ladungsträgerkonzentration der Ballastwiderstandsschicht 49 mindestens 10¹&sup7; cm&supmin;³ beträgt, der spezifische Widerstand wenig mit der Al-Zusammensetzung, ist leicht steuerbar, und das Ändern eines spezifischen Widerstands über einer Waferseite ist verringert.
Fig. 8 zeigt einen Graph, der den spezifischen Widerstand für einen Wafer 40 unter Verwendung der in Fig. 5 dargestellten Struktur darstellt, auf welchen die AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht eines n-Typs aufgewachsen wurde. Helle Kreise bezeichnen längs einer Horizontallinie in Fig. 8 gemessene spezifische Widerstände und dunkle Kreise bezeichnen längs einer Vertikallinie in Fig. 8 gemessene spezifische Widerstände. Wie es in dem Graph gezeigt ist, gibt es eine kleine Änderung des spezifischen Widerstands als eine Funktion von einer Position auf dem Wafer 40.
Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Struktur wird, da die Ladungsträgerkonzentration in der AlxGa1-xAs-Ballastwiderstandsschicht 49 eines n-Typs, wobei 0,5 ≤ x ≤ 1 ist, mindestens 10¹&sup7; cm&supmin;³ beträgt, ein Steuern des Widerstands des Ballastwiderstands verbessert. Ferner wird, da die Einheitlichkeit des spezifischen Widerstands auf der Waferoberfläche verbessert ist, die Wiederholbarkeit des erwünschten spezifischen Widerstands erhöht, wird die Ausbeute erhöht und wird eine zuverlässigere Einheitlichkeit des Betriebs der Einheitstransistoren erreicht.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Einheits- HBT gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Da in Fig. 9 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, ist eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente nicht erforderlich. Die Struktur gemäß dem Ausführungsbeispiel beinhaltet eine AlGaAs-Verbindungsschicht 8 eines n-Typs mit abgestufter Zusammensetzung, die eine Dotierungsdichte von 10¹&sup8; cm&supmin;³ und eine Dicke von 30 nm aufweist und zwischen einer Al0,26Ga0,74As-Emitterschicht 7 eines n-Typs und einer Al0,8Ga0,2As-Ballastwiderstandsschicht 49 eines n-Typs angeordnet ist. In der AlGaAs-Verbindungsschicht 8 eines n- Typs ändert sich die Al-Zusammensetzung allmählich von 0,26 zu 0,8. Bei der Struktur von Fig. 9 ist eine abgestufte AlGaAs-Verbindungsschicht 10 mit einer Dotierungsdichte von 10¹&sup8; cm&supmin;³ und einer Dicke von 30 nm zwischen der Ballastwiderstandsschicht 49 und einer GaAs-Abstandsschicht 11 eines n&spplus;-Typs angeordnet. In der Verbindungsschicht 10 ändert sich die Al-Zusammensetzung allmählich von 0,8 zu 0.
Wie es unter Bezugnahme auf die in Fig. 1 dargestellte Struktur erläutert worden ist, kann die Al-Zusammensetzung x der Ballastwiderstandsschicht jeden Wert zwischen 0,5 und 1 aufweisen. Die Al-Zusammensetzungen der Verbindungsschicht 8 und der Verbindungsschicht 10 an den Grenzflächen dieser Schichten mit der Ballastwiderstandsschicht 49 können sich ändern und sind vorzugsweise gleich bzw. im wesentlichen gleich der Al-Zusammensetzung der Ballastwiderstandsschicht. Durch Angleichen der Al-Zusammensetzungen an diesen Grenzflächen werden Unstetigkeiten der Energiebandränder an diesen Grenzflächen verringert oder beseitigt. Ferner verringert das Angleichen der Energiebandränder die Temperaturabhängigkeit des Widerstands des Ballastwiderstands. Ferner wird die unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschriebene Erscheinung eines negativen Widerstands bei einer Al0,8Ga0,2As-Ballastwiderstandsschicht eines n-Typs verhindert, was zu einem einheitlichen Betrieb der Einheitstransistoren 15 führt.
Ferner ändern sich die Al-Zusammensetzung der AlGaAs- Schicht 6 eines n-Typs und die In-Zusammensetzung einer InGaAs-Schicht 12 eines n-Typs allmählich, d. h., Schichten 6 und 12 sind bezüglich ihrer Zusammensetzung in den Rich tungen der Dicken dieser Schichten abgestuft. Die abgestufte Schicht 6 ist vorgesehen, um den Verstärkungsfaktor des Transistors zu verbessern, während die Schicht 12 vorgesehen ist, um eine Gitterfehlanpassung zwischen Schichten 11 und 13 zu verringern.
Das Verfahren zum Herstellen des Einheitstransistors des Ausführungsbeispiels ist das gleiche wie das zum Herstellen des in Fig. 9 dargestellten Einheitstransistors verwendete Verfahren, außer daß die abgestuften Verbindungsschichten 8 und 10 in der Reihenfolge eines Aufwachsens der Halbleiterschichten 6-13 ausgebildet werden. Die abgestuften Verbindungsschichten 8 und 10 können zum Beispiel durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) aufgewachsen werden, bei welcher auch dann, wenn die Temperatur einer Ga- Quelle konstant gehalten wird, die Temperatur der Quelle von Al allmählich geändert wird, was eine allmähliche Änderung der Al-Zusammensetzung der Schicht erzeugt wird, die aufgewachsen wird.

Claims

1. Heteroübergangs-Bipolartransistor, der aufweist:

eine Verbindungshalbleiter-Emitterschicht (7),

eine Halbleiter-Basisschicht (5),

eine Halbleiter-Kollektorschicht (4),

eine Emitterelektrode (34), welche elektrisch mit der Emitterschicht (7) verbunden ist,

eine Basiselektrode (31), welche elektrisch mit der Basisschicht (5) verbunden ist,

eine Kollektorelektrode (33), welche elektrisch mit der Kollektorschicht (4) verbunden ist, und

eine eine Bandlückenenergie aufweisende und aus AlxGa1-xAs bestehende Ballastwiderstandsschicht (49),

die zwischen der Emitterschicht (7) und der Emitterelektrode (34) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Ballastwiderstandsschicht (49) eine Al-Zusammensetzung von 0,5 ≤ x ≤ 1 aufweist und auf eine Ladungsträgerkonzentration von mindestens 10¹&sup7; cm&supmin;³ dotiert ist; und

eine erste Verbindungsschicht (8) mit abgestufter Zusammensetzung, welche die Ballastwiderstandsschicht (49) berührt und dazu dient, die Bandlückendifferenz zu verringern, wobei sich die erste Verbindungsschicht mit abgestufter Zusammensetzung zwischen der Emitterschicht (7) und der Ballastwiderstandsschicht (49) befindet.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsschicht (8) mit abgestufter Zusammensetzung eine Zusammensetzung und eine Bandlückenenergie aufweist, die sich zwischen der Emitterschicht (7) und der Ballastwiderstandsschicht (49) derart ändern, daß die Bandlückenenergie der ersten Verbindungsschicht (8) mit abgestufter Zusammensetzung an der Ballastwiderstandsschicht (49) im wesentlichen gleich der Bandlückenenergie der Ballastwiderstandsschicht (49) ist.

3. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsschicht (8) mit abgestufter Zusammensetzung aus AlGaAs besteht.

4. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine zweite Verbindungsschicht (10) mit abgestufter Zusammensetzung zwischen der Emitterelektrode (34) und der Ballastwiderstandsschicht (49) befindet und dazu dient, die Banddifferenz zu verringern.

5. Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungsschicht (10) mit abgestufter Zusammensetzung eine Zusammensetzung und eine Bandlückenenergie aufweist, die sich zwischen der Emitterelektrode (34) und der Ballastwiderstandsschicht (49) derart ändern, daß die Bandlückenenergie der zweiten Verbindungsschicht (10) mit abgestufter Zusammensetzung an der Ballastwiderstandsschicht (49) im wesentlichen gleich der Bandlückenenergie der Ballastwiderstands schicht (49) ist.

6. Transistor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungsschicht (10) mit abgestufter Zusammensetzung aus AlGaAs besteht.

7. Heteroübergangs-Bipolartransistor mit einer Vielzahl von elektrisch parallelgeschalteten Einheitstransistoren,

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Einheitstransistor ein Heteroübergangs-Bipolartransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.