JP2000323491A - Heterojunction bipolar transistor and manufacture thereof - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor and manufacture thereof

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JP2000323491A
JP2000323491A JP11126123A JP12612399A JP2000323491A JP 2000323491 A JP2000323491 A JP 2000323491A JP 11126123 A JP11126123 A JP 11126123A JP 12612399 A JP12612399 A JP 12612399A JP 2000323491 A JP2000323491 A JP 2000323491A
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Japan
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layer
type
emitter
bipolar transistor
base layer
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Naoki Furuhata
直規 古畑
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device structure of a heterojunction bipolar transistor and a manufacturing method thereof which is capable of operating with high reliability and high device characteristics. SOLUTION: As for the heterojunction bipolar transistor having a III-V compd. semiconductor-made n-type collector layer 12, a p-type base layer 13, and an n-type emitter layer 14 having a wider in bit band than that of the base layer 13 on a semiconductor substrate 10, the base layer 13 is doped with impurities composed of atoms other than those in groups III or V, one impurity having a larger atomic radius and the other having a atomic radius smaller than that of atoms constituting the base layer 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ及びその製造方法に関し、特に高信頼
性動作のためのヘテロ接合バイポーラトランジスタ及び
その製造方法に関する。
The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a heterojunction bipolar transistor for high reliability operation and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】III−V族化合物半導体を用いたヘテロ
接合バイポーラトランジスタ(以下HBTとする)は、優
れた高周波特性と高い電流駆動能力から、移動体通信機
器や光通信システムの高周波素子や高出力素子への応用
が有望視され、すでに一部実用化されている。実用化に
際しては、信頼性の向上が重要であり、HBTにおいて
も従来から、信頼性に関する研究が活発に行われてき
た。
2. Description of the Related Art Heterojunction bipolar transistors (hereinafter referred to as HBTs) using III-V compound semiconductors have excellent high-frequency characteristics and high current driving capability, and have been used for high-frequency devices and mobile communication devices and optical communication systems. Promising applications for output devices are already in practical use. For practical use, improvement of reliability is important, and research on reliability has been actively conducted in HBTs.

【0003】HBTにおける信頼性の劣化は、高温通電
試験中に電流増幅率の低下という現象で現れ、多くの場
合ベース電流の増加が見られる。この原因として、ベー
ス層中のp型ドーパントの拡散や、ベース表面の再結合
電流の増加、さらにベース層中における欠陥形成等が、
考えられる。そこで最近では、ベースドーパントを、拡
散しやすいベリリウムBeから、拡散係数の小さいカーボ
ンCに転換したり、エミッタ端を棚状にベース面に張り
出し、ベース面の露出を小さくするような、ヘテロガー
ドリングを設けるのが一般的である。
[0003] Deterioration of reliability in the HBT is manifested by a phenomenon that a current amplification factor is reduced during a high-temperature energization test, and an increase in a base current is often observed. As a cause of this, the diffusion of the p-type dopant in the base layer, an increase in recombination current on the base surface, and the formation of defects in the base layer, etc.
Conceivable. In recent years, therefore, hetero-guard rings have been used to convert the base dopant from beryllium Be, which is easily diffused, to carbon C, which has a small diffusion coefficient, or to extend the emitter end to the base surface in a shelf shape to reduce the exposure of the base surface. Is generally provided.

【0004】このような対策により、HBTの信頼性は
かなり改善したが、たとえばパワーデバイスで用いるよ
うな大電流を流した場合には、やはり素子の劣化が起き
る。
[0004] Although the reliability of the HBT has been considerably improved by such measures, when a large current such as that used in a power device is applied, the element is also deteriorated.

【0005】この主な原因は不純物の拡散ではなく、以
下の文献に記載されているように、ベース層に高濃度に
不純物がドーピングされているため、原子半径の違いか
らベース層中に歪が生じ、転位のような欠陥が発生し、
そこが再結合中心になっていると考えられる(アイ、デ
ィ、イー、エム1995 テクニカルダイジェスト811頁;
T.ヘンダーソン:IEDM 1995,Technical Digest p81
1;T.Henderson)。
The main cause of this is not the diffusion of impurities, but as described in the following literature, since the base layer is heavily doped with impurities, strains are introduced into the base layer due to differences in atomic radii. Defects, such as dislocations,
It is thought to be the recombination center (eye, di, e, M 1995 technical digest, p. 811;
T. Henderson: IEDM 1995, Technical Digest p81
1; T. Henderson).

【0006】例えばGaAsベース層では、p型ドーパント
としてBeやCが用いられるが、これらはGaやAsよりも原
子半径が小さく、その分、格子が小さくなる。この歪を
緩和するため、特開平05-299432または特開平06-037105
に開示されているように、ベース層中にGaやAsより原子
半径の大きいIII−V族元素を添加する方法が試みられ
ている。
For example, in a GaAs base layer, Be or C is used as a p-type dopant, but these have a smaller atomic radius than Ga or As, and accordingly have a smaller lattice. In order to alleviate this distortion, JP-A-05-299432 or JP-A-06-037105
A method of adding a group III-V element having an atomic radius larger than that of Ga or As to a base layer has been attempted.

【0007】図6は、上記のような従来法により形成さ
れたヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造を模式的
に示したものである。半絶縁性GaAs基板50上に、バッフ
ァ層51、サブコレクタ層(n-GaAs)56、コレクタ層(n
-GaAs)52、ベース層(p-GaAs)53、エミッタ層(n-AlG
aAsまたはn-InGaP)54、エミッタキャップ層(n+-GaA
s)55が順次形成され、エミッタキャップ層(n+-GaAs)
55上には、エミッタ電極(WSi)62が、コレクタ層(n-
GaAs)52上には、コレクタ電極(Ni/AuGe/Au合金)60
が、ベース層(p-GaAs)53上には、ベース電極(Ti/Pt/
Au)61がそれぞれ形成されている。
FIG. 6 schematically shows the structure of a heterojunction bipolar transistor formed by the above-described conventional method. On a semi-insulating GaAs substrate 50, a buffer layer 51, a sub-collector layer (n-GaAs) 56, and a collector layer (n
-GaAs) 52, base layer (p-GaAs) 53, emitter layer (n-AlG
aAs or n-InGaP) 54, emitter cap layer (n + -GaA)
s) 55 are sequentially formed, and the emitter cap layer (n + -GaAs)
On top of the emitter electrode (WSi) 62 is a collector layer (n-
GaAs) 52, a collector electrode (Ni / AuGe / Au alloy) 60
However, on the base layer (p-GaAs) 53, a base electrode (Ti / Pt /
Au) 61 are formed respectively.

【0008】ここで、ベース層(p-GaAs)53には、Gaや
Asより原子半径の大きいIn、Sbが添加されており、これ
により歪みを緩和している。
Here, the base layer (p-GaAs) 53 contains Ga or
In and Sb having an atomic radius larger than that of As are added, thereby relaxing strain.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前述したベース層中に
GaやAsより原子半径の大きいInやSbを添加する方法は、
格子緩和という点では有効であるが、InやSbはIII−V
族化合物半導体を構成する原子であるために、GaAsに添
加した場合、部分的にInAsやGaSbを形成する。
SUMMARY OF THE INVENTION In the aforementioned base layer,
The method of adding In or Sb, whose atomic radius is larger than that of Ga or As,
Although effective in terms of lattice relaxation, In and Sb are III-V
When it is added to GaAs because it is an atom constituting a group III compound semiconductor, InAs or GaSb is partially formed.

【0010】これらの化合物は、GaAsより禁制帯幅が小
さく、GaAsのバンド構造自体も変化する。そのため、ON
電圧が変わったり、コレクタ側とのバンドギャップが大
きくなり、電子の走行特性が悪くなるという問題が生じ
る。
[0010] These compounds have a smaller forbidden band width than GaAs, and the band structure of GaAs itself changes. Therefore, ON
A problem arises in that the voltage changes, the band gap with the collector side increases, and the electron traveling characteristics deteriorate.

【0011】本発明の目的は、上記課題に鑑み、高信頼
性を維持し、しかもデバイス特性が劣化しないようなヘ
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。
An object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor which maintains high reliability and does not deteriorate device characteristics in view of the above problems.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に、III−V族化合物半導体膜からなるn型コレクタ
層、p型ベース層、該p型ベース層より禁制帯幅が大き
いn型エミッタ層を有するヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタにおいて、前記p型ベース層のp型ドーパントと
して、III族またはV族のいずれにも該当しない原子か
ら構成される不純物であって、前記p型ベース層を構成
する原子よりも、原子半径が大きい不純物と小さい不純
物がドーピングされてい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に関する。
According to the present invention, there is provided an n-type collector layer comprising a III-V compound semiconductor film, a p-type base layer, and an n-type having a larger forbidden band width than the p-type base layer. In the heterojunction bipolar transistor having the emitter layer, the p-type dopant of the p-type base layer is an impurity composed of an atom that does not correspond to any of Group III or V, and constitutes the p-type base layer. The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor characterized in that an impurity having a larger atomic radius and an impurity having a smaller atomic radius are doped than atoms.

【0013】また前記ヘテロ接合バイポーラトランジス
タにおいて、前記n型コレクタ層と前記半導体基板の間
に、n型不純物が1×1018cm-3以上の濃度でドーピング
されたサブコレクタ層が形成され、該サブコレクタ層上
にコレクタ電極が形成されていることが好ましい。
In the heterojunction bipolar transistor, a subcollector layer doped with an n-type impurity at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed between the n-type collector layer and the semiconductor substrate. Preferably, a collector electrode is formed on the sub-collector layer.

【0014】さらに、前記ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタにおいて、前記n型エミッタ層上に、エミッタ層
より禁制帯幅が小さく、n型不純物が1×1018cm-3以上
ドーピングされた化合物半導体で形成されるエミッタキ
ャップ層を備え、該エミッタキャップ層上にエミッタ電
極が形成されていることが好ましい。
Further, in the hetero-junction bipolar transistor, a compound semiconductor having a smaller forbidden band width than the emitter layer and doped with n-type impurities of 1 × 10 18 cm -3 or more is formed on the n-type emitter layer. Preferably, an emitter cap layer is provided, and an emitter electrode is formed on the emitter cap layer.

【0015】また本発明は、半導体基板上に、III−V
族化合物半導体を用いて、n型コレクタ層、p型ベース
層、該p型ベース層より禁制帯幅が大きいn型エミッタ
層を順次エピタキシャル成長させる工程を有するヘテロ
接合バイポーラトランジスタの製造方法であって、前記
p型ベース層を成長させる工程において、該p型ベース
層を構成する原子よりも、原子半径が大きい不純物と小
さい不純物をドーピングす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の製造方法に関する。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a III-V
What is claimed is: 1. A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor, comprising a step of sequentially epitaxially growing an n-type collector layer, a p-type base layer, and an n-type emitter layer having a larger bandgap than the p-type base layer using a group III compound semiconductor, The present invention relates to a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor, characterized in that in the step of growing the p-type base layer, an impurity having a larger atomic radius and an impurity having a smaller atomic radius than the atoms constituting the p-type base layer are doped.

【0016】本発明によれば、GaAsベース層を例にとる
と、p型ドーパントとして、GaやAsより原子半径が大き
い不純物と小さい不純物を組み合せて添加することによ
り、格子定数の違いが相殺され、歪を緩和することがで
きる。従って、歪による結晶欠陥は発生せず、高信頼性
動作が可能になる。
According to the present invention, taking a GaAs base layer as an example, the difference in lattice constant is offset by adding a combination of impurities having a larger atomic radius and smaller impurities than Ga or As as a p-type dopant. , Can reduce distortion. Therefore, crystal defects due to strain do not occur, and high-reliability operation becomes possible.

【0017】しかも、これらの不純物はIII−V族化合
物半導体を構成するものではないので、GaAsのバンド構
造に大きな影響を与えることはない。その上、どちらの
不純物もp型ドーパントとして作用するので、デバイス
特性が劣化することはない。
Moreover, since these impurities do not constitute the III-V group compound semiconductor, they do not significantly affect the band structure of GaAs. In addition, since both impurities act as p-type dopants, the device characteristics do not deteriorate.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の上記目的、特徴および利
点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発
明の実施形態を以下に詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to clarify the above objects, features and advantages of the present invention, embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0019】なお、本発明は、以下の実施形態に限定さ
れることなく、本発明の技術思想の範囲内において、各
実施例は適宜変更され得る。
The present invention is not limited to the following embodiments, and each embodiment can be appropriately modified within the scope of the technical idea of the present invention.

【0020】図1に、本発明のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタの一実施形態の構成断面図を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of one embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【0021】同図において、半絶縁性GaAs基板10上に、
i-GaAsもしくはi-AlGaAsからなるバッファ層11(100nm)
が形成されており、このバッファ層11上にSiを5×1017c
m-3ドーピングしたn-GaAsコレクタ層12(1000nm)が形成
されている。コレクタ層12上に、C(原子半径:0.77Å)2
×1019cm-3とMg(原子半径:1.40Å)2×1019cm-3をドー
ピングしたp-GaAsベース層13(80nm)が形成されている。
なおGa、Asの原子半径は、それぞれ1.26Å、1.18Åであ
り、Mgがベース層13を構成する原子よりも原子半径が大
きい不純物、Cが原子半径が小さい不純物として、ベー
ス層13にドーピングされている。
In FIG. 1, on a semi-insulating GaAs substrate 10,
Buffer layer 11 (100 nm) made of i-GaAs or i-AlGaAs
Is formed, and 5 × 10 17 c
An m- 3 doped n-GaAs collector layer 12 (1000 nm) is formed. C (atomic radius: 0.77Å) 2 on the collector layer 12
A p-GaAs base layer 13 (80 nm) doped with × 10 19 cm −3 and Mg (atomic radius: 1.40 °) 2 × 10 19 cm −3 is formed.
The atomic radii of Ga and As are 1.26 ° and 1.18 °, respectively, and Mg is doped into the base layer 13 as an impurity having a larger atomic radius than the atoms constituting the base layer 13, and C is doped as an impurity having a smaller atomic radius. ing.

【0022】ここで、原子半径が大きい不純物と原子半
径が小さい不純物のドーピング比は、上記例では、原子
半径が大きい不純物:原子半径が小さい不純物=1:1で
あるが、所望のトランジスタの特性に応じて適宜決める
ことができる。通常の場合は、原子半径が大きい不純
物:原子半径が小さい不純物=30:70〜70:30
の範囲が、適当である。
Here, the doping ratio of the impurity having a large atomic radius to the impurity having a small atomic radius is, in the above example, an impurity having a large atomic radius: an impurity having a small atomic radius = 1: 1. Can be determined as appropriate. In the normal case, impurities having a large atomic radius: impurities having a small atomic radius = 30: 70 to 70:30
Is appropriate.

【0023】また、原子半径が大きい不純物が大きい不
純物複数と、小さい不純物複数の組み合わせも可能であ
る。
It is also possible to combine a plurality of impurities having a large atomic radius with a large impurity and a plurality of impurities having a small atomic radius.

【0024】ベース層13上には、Siを3×1017cm-3ドー
ピングしたn-AlGaAsもしくはn-InGaPエミッタ層14(100n
m)が形成されている。エミッタ層14上には、エミッタ電
極をとるために、エミッタ層14よりも禁制帯幅が小さ
く、Siを高濃度(1×1018cm-3以上)にドーピングしたn+-
GaAsエミッタキャップ層15(100nm)が形成されている。S
iの濃度は、1×1018cm-3以上が好ましい。
The base layer on 13, Si of 3 × 10 17 cm -3 doped n-AlGaAs or n-InGaP emitter layer 14 (100n
m) is formed. On the emitter layer 14, n + − doped with Si at a high concentration (1 × 10 18 cm −3 or more) has a smaller forbidden band width than the emitter layer 14 in order to form an emitter electrode.
A GaAs emitter cap layer 15 (100 nm) is formed. S
The concentration of i is preferably 1 × 10 18 cm −3 or more.

【0025】さらにコレクタ層12上にNi/AuGe/Au合金か
らなるコレクタ電極20、ベース層13上にTi/Pt/Au合金か
らなるベース電極21、エミッタキャップ層15上にWSiか
らなるエミッタ電極22が、それぞれ形成されている。
Furthermore, a collector electrode 20 made of a Ni / AuGe / Au alloy on the collector layer 12, a base electrode 21 made of a Ti / Pt / Au alloy on the base layer 13, and an emitter electrode 22 made of WSi on the emitter cap layer 15. Are formed respectively.

【0026】図1に示したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを、コレクタ電圧3V、コレクタ電流密度2×104A/
cm2、ジャンクション温度200℃の条件で信頼性試験を行
ったところ、連続1000時間、デバイス特性が変化するこ
とはなかった。またベース抵抗は、50Ωと低い値を示
し、高周波特性として、最高発振周波数(fmax)が200GHz
以上を示した。
The heterojunction bipolar transistor shown in FIG. 1 was prepared by changing the collector voltage to 3 V and the collector current density to 2 × 10 4 A /
When a reliability test was performed under the conditions of cm 2 and a junction temperature of 200 ° C., the device characteristics did not change for a continuous 1000 hours. In addition, the base resistance shows a low value of 50Ω, and the highest oscillation frequency (fmax) is 200GHz as a high frequency characteristic.
The above is shown.

【0027】このように、ベース層に、その層を構成す
る原子よりも、原子半径が大きい不純物と原子半径が小
さい不純物をドーピングすることにより、格子定数の違
いによる歪が緩和され、上記のような高信頼性を得るこ
とができた。また、ドーピングした不純物は、III−V
族化合物半導体を構成する元素ではないので、ドーピン
グによりON電圧が変化したり、また電子の走行特性が悪
化したりすることはない。
As described above, by doping the base layer with an impurity having a larger atomic radius and an impurity having a smaller atomic radius than the atoms constituting the layer, the strain due to the difference in the lattice constant is alleviated. High reliability was obtained. Also, the doped impurities are III-V
Since it is not an element constituting a group III compound semiconductor, doping does not change the ON voltage or deteriorate the traveling characteristics of electrons.

【0028】図1に示したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの層構成以外に、半導体基板とコレクタ層の間
に、n型不純物を高濃度にドーピングしたサブコレクタ
層を設けることができる。
In addition to the layer structure of the hetero-junction bipolar transistor shown in FIG. 1, a sub-collector layer heavily doped with n-type impurities can be provided between the semiconductor substrate and the collector layer.

【0029】図2に、サブコレクタ層を設けたヘテロ接
合バイポーラトランジスタの構成断面図を示す。同図
は、コレクタ層の下にSiを1×1018cm-3以上ドーピング
したn-GaAsサブコレクタ層16を設け、コレクタ電極20を
サブコレクタ層16上に設けた以外は図1と全く同一の層
構成をとるが、このような構造を採用することにより、
コレクタ抵抗を低減でき、さらにデバイス特性を向上す
ることができる。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a heterojunction bipolar transistor provided with a subcollector layer. This figure is exactly the same as FIG. 1 except that an n-GaAs subcollector layer 16 doped with 1 × 10 18 cm −3 or more of Si is provided under the collector layer, and a collector electrode 20 is provided on the subcollector layer 16. It has a layer structure of, but by adopting such a structure,
The collector resistance can be reduced, and the device characteristics can be further improved.

【0030】図2のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
に対して、エミッタ抵抗をさらに低減させることも可能
である。図3に示す構造は、このような目的のために、
エミッタキャップ層としてn+-GaAsだけでなく、Siを1×
1018cm-3以上ドーピングしたn+-InGaAs層17を設けたも
のである。それ以外の層構成は、図2の構造と全く同様
である。InGaAsはGaAsより禁制帯幅がさらに狭く、高濃
度ドーピングが可能で、このような層構成をとることに
より、エミッタ抵抗をさらに低減でき、デバイス特性を
向上できる。またエミッタ電極とのノンアロイオーミッ
クをとることもできる。
It is also possible to further reduce the emitter resistance of the heterojunction bipolar transistor of FIG. The structure shown in FIG. 3 is used for such a purpose.
1 × Si as well as n + -GaAs as emitter cap layer
An n + -InGaAs layer 17 doped with 10 18 cm −3 or more is provided. The other layer configuration is exactly the same as the structure of FIG. InGaAs has a narrower bandgap than GaAs and can be doped at a high concentration. By adopting such a layer structure, the emitter resistance can be further reduced and the device characteristics can be improved. Also, a non-alloy ohmic with the emitter electrode can be taken.

【0031】なお上記実施の形態において、GaAs、InGa
As、AlGaAs、InGaPの膜厚、ドーピング濃度、組成は、
本構造の目的に適応するものならば、任意である。
In the above embodiment, GaAs, InGa
As, AlGaAs, InGaP film thickness, doping concentration, composition,
It is arbitrary as long as it is suitable for the purpose of the present structure.

【0032】またn型不純物としてSi、p型不純物とし
て、C、Mgの組み合せを用いているが、n型不純物とし
て例えば、Se、Snが使用可能であり、p型不純物とし
て、CとZn、BeとMg等の組み合せもあり、本発明の主旨
に適合するものは、すべて使用可能である。
Although a combination of Si and C and Mg is used as the n-type impurity, for example, Se and Sn can be used as the n-type impurity, and C and Zn can be used as the p-type impurities. There is also a combination of Be and Mg, and any one that meets the gist of the present invention can be used.

【0033】さらに、基板としてGaAsだけでなく、Siを
用いても良い。
Further, not only GaAs but also Si may be used as the substrate.

【0034】また電極に用いる合金も、その目的に適応
するものならば、すべて使用可能である。
Also, any alloy used for the electrode can be used as long as it is suitable for the purpose.

【0035】次に、本発明のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの製造方法について、実施例を示しながら詳述
する。
Next, a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor of the present invention will be described in detail with reference to examples.

【0036】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジス
タの製造方法について、図4及び図5を用いて説明す
る。同図において、半絶縁性GaAs基板10上に、分子線エ
ピタキシ法(MBE)を用いて基板温度600℃で、i-GaAsから
なるバッファ層11(100nm)、Siを5×1017cm-3ドーピング
したn-GaAsコレクタ層12(1000nm)を成長させる。
A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, a buffer layer 11 (100 nm) made of i-GaAs and a Si layer of 5 × 10 17 cm −3 are formed on a semi-insulating GaAs substrate 10 at a substrate temperature of 600 ° C. using molecular beam epitaxy (MBE). A doped n-GaAs collector layer 12 (1000 nm) is grown.

【0037】続いて、Be:2×1019cm-3とMg:2×1019cm
-3を同時にドーピングしながらp-GaAsベース層13(80nm)
を成長させる。さらにSiを3×1017cm-3ドーピングしたn
-AlGaAsエミッタ層14(100nm)、Siを5×1018cm-3以上ド
ーピングしたn+-GaAsエミッタキャップ層15(100nm)を、
この順で成長させる(図4(a))。
Subsequently, Be: 2 × 10 19 cm −3 and Mg: 2 × 10 19 cm
P-GaAs base layer 13 (80 nm) while simultaneously doping -3
Grow. Further, n doped with 3 × 10 17 cm −3 of Si
-AlGaAs emitter layer 14 (100 nm), n + -GaAs emitter cap layer 15 (100 nm) doped with 5 × 10 18 cm −3 or more of Si,
Growth is performed in this order (FIG. 4A).

【0038】次にWSiからなるエミッタ電極22をスパッ
タで形成し、フォトレジスト(PR)23でマスクして、ドラ
イエッチングで加工する。さらにウェットエッチングを
用いて、n+-GaAsエミッタキャップ層15とn-AlGaAsエミ
ッタ層14をエッチングする。この時、エミッタ層を40nm
だけ残す(図4(b))。
Next, an emitter electrode 22 made of WSi is formed by sputtering, masked with a photoresist (PR) 23, and processed by dry etching. Further, the n + -GaAs emitter cap layer 15 and the n-AlGaAs emitter layer 14 are etched using wet etching. At this time, the emitter layer is
(Fig. 4 (b)).

【0039】次いでフォトレジスト(PR)24でマスクし、
不要ベース層をウェットエッチングして、コレクタ層12
を露出させる(図4(c))。
Next, mask with a photoresist (PR) 24,
Unnecessary base layer is wet-etched to form collector layer 12
Is exposed (FIG. 4 (c)).

【0040】次にベース電極部のみ開口して、この開口
部におけるエミッタ層14をエッチング除去し、ベース層
13を露出させる。このベース層13の露出した部分に、Ti
/Pt/Au合金からなるベース電極21をリフトオフにより形
成する(図5(d))。
Next, only the base electrode is opened, and the emitter layer 14 in this opening is removed by etching.
Expose 13. The exposed portion of the base layer 13 is coated with Ti
A base electrode 21 made of a / Pt / Au alloy is formed by lift-off (FIG. 5 (d)).

【0041】最後にPRマスクをかけて、コレクタ電極部
を開口し、Ni/AuGe/Au合金からなるコレクタ電極20をリ
フトオフにより形成して、デバイスを完成させる(図5
(e))。
Finally, a PR mask is applied, a collector electrode portion is opened, and a collector electrode 20 made of a Ni / AuGe / Au alloy is formed by lift-off to complete the device (FIG. 5).
(e)).

【0042】なおコレクタ層12の下にSiを1×1018cm-3
以上ドーピングしたサブコレクタ層を成長し、またエミ
ッタキャップ層として、n+-GaAs層15上に、Siを1×1018
cm-3以上ドーピングしたn+-InGaAs層17を成長させる
と、コンタクト抵抗が低減し、デバイス特性をさらに向
上させることができる。
It is to be noted that 1 × 10 18 cm −3 of Si is formed under the collector layer 12.
The sub-collector layer doped above is grown, and 1 × 10 18 Si is formed on the n + -GaAs layer 15 as an emitter cap layer.
When the n + -InGaAs layer 17 doped with cm −3 or more is grown, the contact resistance is reduced, and the device characteristics can be further improved.

【0043】本製造方法において、成長条件、それぞれ
の層の組成、膜厚、ドーピング濃度、さらにn型不純物
の種類、p型不純物の組み合せ、電極に用いる合金等
も、その目的に適合するものならば、すべて任意性があ
る。
In the present manufacturing method, if the growth conditions, the composition of each layer, the film thickness, the doping concentration, the type of n-type impurities, the combination of p-type impurities, and the alloys used for the electrodes are suitable for the purpose. Everything is optional.

【0044】またプロセスにおいても、ウェットエッチ
ングではなく、ドライエッチングを用いてもよい。特に
エミッタキャップ層をエッチングする際に、AlGaAs/GaA
s選択エッチングを用いると、エミッタメサ形成が容易
になる。
In the process, dry etching may be used instead of wet etching. Especially when etching the emitter cap layer, AlGaAs / GaA
The use of s selective etching facilitates emitter mesa formation.

【0045】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジス
タの他の製造方法にいて、図6を示しながら説明する。
本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法
については、成長方法として、有機金属気相成長法(MOV
PE)を用いる以外は、実施例1の図4に示した方法と同
様である。
Another method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor of the present invention will be described with reference to FIG.
Regarding the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor of the present invention, as a growth method, metal organic chemical vapor deposition (MOV)
The method is the same as the method shown in FIG.

【0046】半絶縁性GaAs基板10上に、まずトリメチル
ガリウム(TMG)とアルシン(AsH3)を用いて基板温度600℃
で、i-GaAsからなるバッファ層31(100nm)、Siを5×1017
cm- 3ドーピングしたn-GaAsコレクタ層32(1000nm)を成長
させる。Siドーパントガスとしてはシラン(SiH4)を用い
る。
On a semi-insulating GaAs substrate 10, first, trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) were used to form a substrate at a temperature of 600 ° C.
The buffer layer 31 (100 nm) made of i-GaAs, Si is 5 × 10 17
A cm - 3 doped n-GaAs collector layer 32 (1000 nm) is grown. Silane (SiH 4 ) is used as the Si dopant gas.

【0047】引き続いて、C:2×1019cm-3とZn:2×10
19cm-3を同時にドーピングしながらp-GaAsベース層33(8
0nm)を成長させる。C、Znのドーパントガスは、CBr4とZ
nH2である。
Subsequently, C: 2 × 10 19 cm -3 and Zn: 2 × 10
While simultaneously doping the 19 cm -3 p-GaAs base layer 33 (8
0 nm). C and Zn dopant gases are CBr 4 and Z
It is nH 2.

【0048】さらにSiを3×1017cm-3ドーピングしたn-I
nGaPエミッタ層34(100nm)をトリメチルインジウム(TM
I)、TMG、ホスフィン(PH3)を用いて成長させる。
Further, nI doped with 3 × 10 17 cm −3 of Si
nGaP emitter layer 34 (100 nm) is
Growth using I), TMG, phosphine (PH 3 ).

【0049】次いで、Siを5×1018cm-3以上ドーピング
したn+-GaAsエミッタキャップ層35(100nm)を成長させ
る。
Next, an n + -GaAs emitter cap layer 35 (100 nm) doped with Si at 5 × 10 18 cm −3 or more is grown.

【0050】このエミッタキャップ層の形成工程以降の
工程については、実施例1と全く同様な方法により、コ
レクタ電極40、ベース電極41、エミッタ電極43を形成
し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを作製した。
In the steps after the step of forming the emitter cap layer, a collector electrode 40, a base electrode 41, and an emitter electrode 43 were formed in the same manner as in Example 1 to fabricate a heterojunction bipolar transistor.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベース層
を構成する原子よりも、原子半径の大きい不純物と、小
さい不純物を組み合せてドーピングすることにより、格
子定数の違いが相殺され、歪を緩和することができた。
従って、歪による結晶欠陥は発生せず、デバイス特性の
劣化のない高信頼性動作が可能になった。
As described above, according to the present invention,
In the heterojunction bipolar transistor, the difference in lattice constant was canceled out by doping in combination with an impurity having a larger atomic radius and an impurity having a smaller atomic radius than the atoms constituting the base layer, and the strain could be reduced.
Therefore, no crystal defects due to strain are generated, and high-reliability operation without deterioration of device characteristics is enabled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
一実施形態の構成断面図を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of a heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【図2】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
一実施形態の構成断面図を示す。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of a heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【図3】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
一実施形態の構成断面図を示す。
FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【図4】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
製造方法の一実施形態を示す工程断面図(前半の工程)
である。
FIG. 4 is a process cross-sectional view (first half process) showing one embodiment of a method for manufacturing a hetero junction bipolar transistor of the present invention;
It is.

【図5】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
製造方法の一実施形態を示す工程断面図(図4に引き続
いて行われる後半の工程)である。
5 is a process cross-sectional view (second half of the process performed after FIG. 4) illustrating the embodiment of the method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor of the present invention;

【図6】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
一実施形態の構成断面図を示す。
FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【図7】従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタの構
造断面図を示す。
FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a conventional heterojunction bipolar transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半絶縁性GaAs基板 11 バッファ層(i-GaAs又はi-AlGaAs) 12 コレクタ層(n-GaAs) 13 ベース層(p-GaAs) 14 エミッタ層(n-AlGaA又はn-InGaP) 15 エミッタキャップ層(n+-GaAs) 16 サブコレクタ層(n-GaAs) 17 エミッタキャップ層(n+-InGaAs) 20 コレクタ電極(Ni/AuGe/Au合金) 21 ベース電極(Ti/Pt/Au) 22 エミッタ電極(WSi) 23 フォトレジスト 31 バッファ層(i-GaAs又はi-AlGaAs) 32 コレクタ層(n-GaAs) 33 ベース層(p-GaAs) 34 エミッタ層(n-AlGaA又はn-InGaP) 40 コレクタ電極(Ni/AuGe/Au合金) 41 ベース電極(Ti/Pt/Au) 42 エミッタ電極(WSi) 50 半絶縁性GaAs基板 51 バッファ層(i-GaAs又はi-AlGaAs) 52 コレクタ層(n-GaAs) 53 ベース層(p-GaAs) 54 エミッタ層(n-AlGaA又はn-InGaP) 55 エミッタキャップ層(n+-GaAs) 56 サブコレクタ層(n-GaAs) 60 コレクタ電極(Ni/AuGe/Au合金) 61 ベース電極(Ti/Pt/Au) 62 エミッタ電極(WSi)10 Semi-insulating GaAs substrate 11 Buffer layer (i-GaAs or i-AlGaAs) 12 Collector layer (n-GaAs) 13 Base layer (p-GaAs) 14 Emitter layer (n-AlGaA or n-InGaP) 15 Emitter cap layer (N + -GaAs) 16 Sub-collector layer (n-GaAs) 17 Emitter cap layer (n + -InGaAs) 20 Collector electrode (Ni / AuGe / Au alloy) 21 Base electrode (Ti / Pt / Au) 22 Emitter electrode ( WSi) 23 Photoresist 31 Buffer layer (i-GaAs or i-AlGaAs) 32 Collector layer (n-GaAs) 33 Base layer (p-GaAs) 34 Emitter layer (n-AlGaA or n-InGaP) 40 Collector electrode (Ni / AuGe / Au alloy) 41 Base electrode (Ti / Pt / Au) 42 Emitter electrode (WSi) 50 Semi-insulating GaAs substrate 51 Buffer layer (i-GaAs or i-AlGaAs) 52 Collector layer (n-GaAs) 53 Base Layer (p-GaAs) 54 Emitter layer (n-AlGaA or n-InGaP) 55 Emitter cap layer (n + -GaAs) 56 Subcollector layer (n-GaAs) 60 Collector electrode (Ni / AuGe / Au alloy) 61 Base electrode (Ti / Pt / Au) 62 Emitter electrode (WSi)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、III−V族化合物半導
体膜からなるn型コレクタ層、p型ベース層、該p型ベ
ース層より禁制帯幅が大きいn型エミッタ層を有するヘ
テロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記p型ベ
ース層のp型ドーパントとして、III族またはV族のい
ずれにも該当しない原子から構成される不純物であっ
て、前記p型ベース層を構成する原子よりも、原子半径
が大きい不純物と小さい不純物がドーピングされている
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
1. A hetero-junction bipolar transistor having an n-type collector layer made of a group III-V compound semiconductor film, a p-type base layer, and an n-type emitter layer having a larger forbidden band width than the p-type base layer on a semiconductor substrate. Wherein the p-type dopant of the p-type base layer is an impurity composed of an atom that does not fall into any of Group III or V, and has a larger atomic radius than the atoms constituting the p-type base layer. A hetero-junction bipolar transistor characterized by being doped with impurities and small impurities.
【請求項2】 前記n型コレクタ層と前記半導体基板の
間に、n型不純物が1×1018cm-3以上の濃度でドーピン
グされたサブコレクタ層が形成され、該サブコレクタ層
上にコレクタ電極が形成されている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。
2. A subcollector layer doped with an n-type impurity at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed between the n-type collector layer and the semiconductor substrate, and a collector is formed on the sub-collector layer. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein an electrode is formed.
【請求項3】 前記n型エミッタ層上に、エミッタ層よ
り禁制帯幅が小さく、n型不純物が1×1018cm-3以上ド
ーピングされた化合物半導体で形成されるエミッタキャ
ップ層を備え、該エミッタキャップ層上にエミッタ電極
が形成されていることを特徴とする請求項1または2項
記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
3. An emitter cap layer formed on the n-type emitter layer and formed of a compound semiconductor having a smaller forbidden band width than the emitter layer and doped with n-type impurities of 1 × 10 18 cm −3 or more. 3. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein an emitter electrode is formed on the emitter cap layer.
【請求項4】 半導体基板上に、III−V族化合物半導
体を用いて、n型コレクタ層、p型ベース層、該p型ベ
ース層より禁制帯幅が大きいn型エミッタ層を順次エピ
タキシャル成長させる工程を有するヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの製造方法であって、前記p型ベース層
を成長させる工程において、該p型ベース層を構成する
原子よりも、原子半径が大きい不純物と小さい不純物を
ドーピングすることを特徴とするヘテロ接合バイポーラ
トランジスタの製造方法。
4. A step of sequentially epitaxially growing an n-type collector layer, a p-type base layer, and an n-type emitter layer having a larger forbidden band width than the p-type base layer on a semiconductor substrate using a III-V compound semiconductor. Wherein the step of growing the p-type base layer comprises doping an impurity having a larger atomic radius and a smaller impurity than the atoms constituting the p-type base layer in the step of growing the p-type base layer. Of manufacturing a heterojunction bipolar transistor.
【請求項5】 前記半導体基板と、前記n型コレクタ層
の間に、n型不純物が1×1018cm-3以上の濃度でドーピ
ングされたサブコレクタ層をエピタキシャル成長させる
工程を有することを特徴とする請求項4記載のヘテロ接
合バイポーラトランジスタの製造方法。
5. The method according to claim 1, further comprising the step of epitaxially growing a subcollector layer doped with an n-type impurity at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more between the semiconductor substrate and the n-type collector layer. A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 4.
【請求項6】 前記n型エミッタ層上に、エミッタ層よ
り禁制帯幅が小さく、n型不純物が1×1018cm-3以上の
濃度でドーピングされたエミッタキャップ層をエピタキ
シャル成長させる工程を有することを特徴とする第4ま
たは5項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製
造方法。
6. The method according to claim 1, further comprising the step of epitaxially growing an emitter cap layer on the n-type emitter layer, the emitter cap layer having a smaller bandgap than the emitter layer and doped with an n-type impurity at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more. 6. The method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 4 or 5, wherein
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030462B2 (en) 2002-10-30 2006-04-18 Sharp Kabushiki Kaisha Heterojunction bipolar transistor having specified lattice constants
US7768017B2 (en) 2003-12-03 2010-08-03 The Kansai Electric Co., Inc. Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor
WO2016152195A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 住友化学株式会社 Epitaxial wafer for hetero-junction bipolar transistor, and hetero-junction bipolar transistor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030462B2 (en) 2002-10-30 2006-04-18 Sharp Kabushiki Kaisha Heterojunction bipolar transistor having specified lattice constants
US7768017B2 (en) 2003-12-03 2010-08-03 The Kansai Electric Co., Inc. Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor
US7960257B2 (en) 2003-12-03 2011-06-14 The Kansai Electric Power Co., Inc. Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor
US7960737B2 (en) 2003-12-03 2011-06-14 The Kansai Electric Power Co., Inc. Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor
US7960738B2 (en) 2003-12-03 2011-06-14 The Kansai Electric Power Co., Inc. Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor
WO2016152195A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 住友化学株式会社 Epitaxial wafer for hetero-junction bipolar transistor, and hetero-junction bipolar transistor
US10312324B2 (en) 2015-03-26 2019-06-04 Sumitomo Chemical Company, Limited Epitaxial wafer for hetero-junction bipolar transistor and hetero-junction bipolar transistor

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