JP2002124522A - バイポーラトランジスタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】素子外部領域における少数キャリア注入を抑制
した反転構造のバイポーラトランジスタを提供すること
にある。 【解決手段】素子真性領域１２においては、エミッタを
エミッタ層３１とエミッタ層３２とによって構成するこ
とによって少数キャリアのポテンシャル障壁を低減し、
エミッタからベース層４１に注入される注入少数キャリ
アの流れ２５ｂを円滑にする一方で、素子外部領域１３
においては注入少数キャリアのポテンシャル障壁を低減
する効果があるエミッタ層３２を除去することによりエ
ミッタ層３１から外部ベース層４２への少数キャリア注
入２５ａを抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバイポーラトランジ
スタとその製造方法に関し、特に、コレクタがエミッタ
の上位に配置することにより高周波特性を改善した反転
構造バイポーラトランジスタとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイポーラトランジスタは、電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）と異なり電流が半導体基板に対し
て垂直に流れる構造のために素子の有効面積あたりに投
入できる電流が大きく、このため、集積回路素子やマイ
クロ波素子等の応用においては、高い電流駆動能力や高
電力密度の特徴を活かすことができる。とくに近年では
化合物半導体を用い広い禁制帯のエミッタを有するバイ
ポーラトランジスタ、即ち、ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ（以下「ＨＢＴ」という）が電界効果トランジ
スタ（以下「ＦＥＴ」という）と並び各種の高速回路素
子や高周波素子として広く用いられている。しかし、Ｈ
ＢＴのこのような特徴をより高い周波数帯において活か
すためには、ＨＢＴの性能指数の一つである最大発振周
波数（ｆmax ）を改善する必要がある。ＨＢＴのｆmax
は近似的に次のように表すことができる。

【０００３】

【数１】

【０００４】ここでＲ_B はベース抵抗、Ｃ_BCはベース・
コレクタ間接合容量（以下、単に「コレクタ容量」とい
う）、ｆ_T はエミッタ接地電流利得遮断周波数であり、
とくに素子が十分に高い電流で動作している場合は近似
的に以下のように表すことができる。

【０００５】

【数２】

【０００６】ただし、Ｒ_E ，Ｒ_C はそれぞれエミッタ抵
抗、コレクタ抵抗であり、τ_F は中性ベース層とコレク
タ空乏層とを合わせた領域における少数キャリア走行時
間を表す。近年、素子の薄層化、微細化、電極形成技術
が著しく進んだ結果、ｆ_T はほぼ半導体の材料特性で決
まる限界に近づいている。そこで、今後ｆmax を更に改
善するためには、（１）式からＲ_B とＣ_BCを少しでも低
減させることが有効であることがわかるが、通常のＨＢ
ＴではＲ_B とＣ_BCは互いにトレードオフの関係にあるた
め両者とも低減させるのは容易ではない。これを図９に
示す従来例を用いて説明する。

【０００７】図９では、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上
に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて高濃度
（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡ
ｓから成る厚み５００ｎｍのコレクタ・コンタクト層
６、低濃度（５×１０¹⁶ｃｍ^-3）のシリコンを添加した
ｎ型ＧａＡｓから成る厚み５００ｎｍのコレクタ層５、
高濃度（４×１０¹⁹ｃｍ^-3）のベリリウムを添加した厚
み８０ｎｍのｐ型ＧａＡｓから成るベース層４、中濃度
（５×１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型Ａｌ
_0.25Ｇａ_0.75Ａｓから成る厚み２５０ｎｍのエミッタ層
３、高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加した
ｎ型ＧａＡｓから成る厚み１５０ｎｍのエミッタ・コン
タクト層２を順に成長する。

【０００８】次に、結晶成長の後、まずＡｕＧｅ系のア
ロイ金属を用いたエミッタ電極１０１をリフトオフによ
り形成する。次に、エミッタ領域を規定するフォトレジ
ストをパターニングし、塩素ガスを用いたドライエッチ
ングによりエミッタ・コンタクト層２、エミッタ層３を
エッチングしてベース層４を露出する。次に、リフトオ
フによりチタン・白金・金から成るノンアロイ系のベー
ス電極１０２を設けた後、燐酸・過酸化水素水水溶液を
用いたウェットエッチングによりコレクタ層５をエッチ
ングし、サブコレクタ層６１が表出したところでリフト
オフによりＡｕＧｅ系のアロイ金属を用いたコレクタ電
極１０３を形成する。

【０００９】最後に、深い水素イオン注入（注入エネル
ギー２００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０¹²ｃｍ^-2）を用い
て素子間分離領域９０を形成すれば素子は完成する。図
９に示すようなＨＢＴでは、素子の外部領域１３におけ
る寄生外部コレクタ容量１１を低減するために、素子外
部領域１３の寸法を低減する必要がある。ところが、素
子外部領域１３の寸法を極端に小さくするとベース電極
１０２の接触面積が減少し、ベース抵抗の増大を招く。
従って、図９に示すようなエミッタがコレクタの上位に
あるＨＢＴ構造では、ベース抵抗とコレクタ容量との間
に成立するトレードオフの関係がｆmax の限界を与えて
いた。

【００１０】上記の問題を解決するために、エミッタと
コレクタとの位置関係を反転させた構造のＨＢＴが提案
されている。図１０に示すＨＢＴでは、半絶縁性のＧａ
Ａｓ基板１上に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用
いて、高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加し
たｎ型ＧａＡｓから成る厚み５００ｎｍのコレクタ・コ
ンタクト層２、中濃度（５×１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコン
を添加したｎ型Ａｌ_{0. 25}Ｇａ_0.75Ａｓから成る厚み２５
０ｎｍのエミッタ層３、高濃度（４×１０¹⁹ｃｍ^-3）の
ベリリウムを添加した厚み８０ｎｍのｐ型ＧａＡｓから
成るベース層４、低濃度（５×１０¹⁶ｃｍ^-3）のシリコ
ンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み５００ｎｍのコ
レクタ層５、高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを
添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み５０ｎｍのコレクタ
・コンタクト層６を順に成長した構造になっている。素
子の加工方法は図９と全く同様である。

【００１１】図からわかるように、コレクタ容量は素子
真性領域１２のみに発生することから、図９に示したよ
うなエミッタ上位のバイポーラトランジスタと比較して
大幅にコレクタ容量を低減することが出来る。しかしな
がら、このような反転構造ＨＢＴの場合、エミッタ層３
からベース層４へ注入される少数キャリア（この従来例
ではｎｐｎ接合のトランジスタであるためにｐ型ベース
層においては電子が少数キャリアに相当する）の注入経
路としては、真性領域１２における経路（図中２５ｂの
位置）のほか外部領域１３における経路（図中２５ａの
位置）が存在する。

【００１２】前者の経路を介して注入された少数キャリ
アは一部がベース層４とエミッタ層５との接合界面ある
いはベース層４の内部において再結合により失われる
が、大多数はコレクタ層５へ流れていく。一方、後者の
注入経路を介して注入された少数キャリアは殆ど全てが
ベース電極１０２から供給される擬少数キャリア（この
従来例ではｎｐｎ接合であるために正孔）と再結合し、
トランジスタの電流増幅作用に寄与しない。したがっ
て、エミッタ層３からベース層４に注入された少数キャ
リアのうちコレクタ層５に回収される割合はトランジス
タ全体としては１を大きく下回り、その結果電流利得が
著しく劣化する。従って、高性能の反転構造ＨＢＴを実
現するためには、素子外部領域１３における少数キャリ
ア注入２５ａを如何に有効に抑えることができるかによ
って決まるといえる。

【００１３】そこで、反転構造ＨＢＴのこのような問題
点に鑑み、素子外部領域における少数キャリア注入を抑
制する素子構造がＫｒｏｅｍｅｒによって提案されてい
る（１９８２年プロシーディング オブ アイ・イー・
イー 第７０巻 ３０頁）。図１１は、Ｋｒｏｅｍｅｒ
の基本概念を再現した従来の反転構造ＨＢＴの断面図で
あるが、基本的な素子の作製方法は図１０に示した構造
のＨＢＴと同様であるが、この素子の特徴は素子外部領
域１３にｐ型の不純物（例えばＭｇ、Ｂｅ等）をベース
層４からエミッタ層３にかけて注入し、エミッタ層３の
一部をｎ型半導体からｐ型半導体に変えたイオン注入外
部ベース層４３を形成した点にある。イオン注入のちｐ
型の不純物を活性化するためには、通常短時間で高温
（約８５０℃）のランプアニールを行う。素子外部領域
１３に形成されるｐ−ｎ接合は同じＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａ
ｓどうしのｐ−ｎ接合であるため、少数キャリア注入が
起きるエミッタ電圧（基準電圧はベース）のしきい値は
Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａｓの禁制帯幅で決まり、約１．７ボ
ルトになる。一方、素子真性領域１２におけるベース・
エミッタ間ｐ−ｎ接合の場合は、エミッタ電圧のしきい
値は比較的小さな禁制帯幅を有するＧａＡｓから成るベ
ース層４で決まり、約１．４ボルトである。エミッタ電
流はエミッタ電圧の指数関数で決まるため、素子外部領
域１３と素子真性領域１２との間に生まれる電流しきい
値の僅かな差は、同じエミッタ電圧の条件で素子外部領
域１３における少数キャリア注入の抑制につながること
から、一応の効果を奏している。

【００１４】また、図１２に示す従来例では、素子外部
領域１３のベース層４を通してエミッタ層３に水素、ボ
ロン、酸素などのイオン注入の行い、半絶縁化領域９１
を形成している。この方法は、素子外部領域１３のエミ
ッタ層３を不活性化することによりこの領域における不
要な少数キャリア注入を防止することができ、また高温
熱処理を必要としない点に特徴がある。

【００１５】しかしながら、図１１に示したような従来
例では、イオン注入したｐ型不純物を活性化するために
高温の熱処理を必要とすることから、素子真性部におけ
る各半導体層の不純物が拡散し不純物分布が大きく変わ
ってしまう等の悪影響があることが知られている。一
方、図１２に示したものは熱処理を必要としないが、導
電性を有するエミッタ層３を十分に半絶縁化できる程度
までイオン注入のドーズ量を大きくすると、イオンが通
過するベース層４への損傷が大きくなる。ベース層４の
損傷は、ベース層の移動度やキャリア濃度の低下につな
がり、ベース層４のシート抵抗やベース電極１０２の接
触抵抗が増大してしまう。また、ベース層４への損傷が
抑えられる程度までドーズ量を下げると、素子外部領域
１３における少数キャリア注入を十分に下げることがで
きないという問題が発生する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、素子外部領域にお
ける寄生少数キャリアの注入を抑えた、高性能な反転構
造のバイポーラトランジスタとその製造方法を提供する
ものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係わるバイポーラトラ
ンジスタの態様は、半導体基板上にエミッタコンタクト
層、禁制帯幅Ｅｇ１を有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ
２を有するエミッタ緩衝層、禁制帯幅Ｅｇ３を有するベ
ース層、コレクタ層を順次積層したトランジスタ領域
と、半導体基板上にエミッタコンタクト層、禁制帯幅Ｅ
ｇ１を有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ３’を有し前記
ベース層につながる外部ベース層を順次積層したトラン
ジスタ外部領域とを備え、前記各層の禁制帯幅の関係が
Ｅｇ１＞Ｅｇ２≧Ｅｇ３’≧Ｅｇ３となるよう構成し、
前記エミッタ層から前記ベース層に注入される少数キャ
リアの実効的なエネルギー障壁を低減するように構成す
ると共に、前記トランジスタ領域に隣接するトランジス
タ外部領域には前記緩衝エミッタ層を設けず前記エミッ
タ層から前記外部ベース層に注入される少数キャリアの
エネルギー障壁を相対的に大きくしたことを特徴とする
ものです。

【００１８】又、本発明に係わるバイポーラトランジス
タの製造方法の態様は、半導体基板上にエミッタコンタ
クト層、禁制帯幅Ｅｇ１を有するエミッタ層、禁制帯幅
Ｅｇ２を有するエミッタ緩衝層、禁制帯幅Ｅｇ３を有す
るベース層、コレクタ層を順次積層したトランジスタ領
域と、半導体基板上にエミッタコンタクト層、禁制帯幅
Ｅｇ１を有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ３’を有し前
記ベース層につながる外部ベース層を順次積層したトラ
ンジスタ外部領域とを備え、前記各層の禁制帯幅の関係
がＥｇ１＞Ｅｇ２≧Ｅｇ３’≧Ｅｇ３となるよう構成し
たバイポーラトランジスタの製造方法であって、トラン
ジスタの外部領域において前記コレクタ層、ベース層、
緩衝エミッタ層を除去して、前記エミッタ層の表面に外
部ベース層を形成する工程を設けたことを特徴とするバ
イポーラトランジスタの製造方法である。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係るバイポーラトランジ
スタは、半導体基板上にエミッタコンタクト層を形成
し、このエミッタコンタクト層上にエミッタ層を形成
し、前記エミッタ層上にトランジスタ領域となるベース
層とベース引出部分である外部ベース層を形成し、前記
ベース層上にコレクタ層を順次形成したバイポーラトラ
ンジスタにおいて、このバイポーラトランジスタのトラ
ンジスタ領域のエミッタ層とベース層の間に前記エミッ
タ層の一部をなす緩衝エミッタ層である組成傾斜層を設
けて前記エミッタ層とベース層との接合界面での伝導帯
を連続させるように構成すると共に、前記トランジスタ
領域に隣接するベース引出部分には前記組成傾斜層を設
けず前記エミッタ層と外部ベース層との接合界面での伝
導帯を不連続に形成したものであるから、エミッタをエ
ミッタ層と組成傾斜層とで構成することによって、トラ
ンジスタ領域の少数キャリアのポテンシャル障壁を低減
し、エミッタからベース層に注入される注入少数キャリ
アの流れを円滑にする一方で、素子外部領域においては
ポテンシャル障壁を低減する効果がある組成傾斜層を除
去することによりエミッタ層から外部ベース層への寄生
少数キャリアの注入を抑制した高性能な反転構造のバイ
ポーラトランジスタを実現している。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明に係わるバイポーラトランジ
スタとその製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細
に説明する。図１は、本発明に係わるバイポーラトラン
ジスタの具体例の構造を示す図、図５はそのエネルギー
バンドを示す図であって、図１、５には、半導体基板上
１にエミッタコンタクト層２を形成し、このエミッタコ
ンタクト層２上にエミッタ層３１を形成し、前記エミッ
タ層３１上にトランジスタ領域（素子真性領域）１２と
なるベース層４１と、ベース引出部分（外部領域）１３
である外部ベース層４２を形成し、前記ベース層４１上
にコレクタ層５を順次形成したバイポーラトランジスタ
において、このバイポーラトランジスタのトランジスタ
領域１２の前記エミッタ層３１とベース層４１の間にエ
ミッタ層の一部をなす組成傾斜層３２を設けて前記エミ
ッタ層３１とベース層４１との接合界面での伝導帯２１
を連続させるように構成すると共に、前記トランジスタ
領域１２に隣接するベース引出部分１３には前記組成傾
斜層３２を設けず前記エミッタ層３１と外部ベース層４
２との接合界面での伝導帯２１を不連続に形成したこと
が示されている。

【００２１】次に、本発明をより具体的に説明する。図
１は本発明の代表的な製造工程を示した工程図、図２は
バイポーラトランジスタの断面図である。この具体例の
ＨＢＴは半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、分子千エピタ
キシー（ＭＢＥ）法を用いて、高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ
^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み５
００ｎｍのエミッタ・コンタクト層２、中濃度（５×１
０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型Ａｌ_0.25Ｇａ
_0.75Ａｓから成る厚み２５０ｎｍのエミッタ層３１、中
濃度（５×１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加した上にア
ルミニウム組成Ｘを０．２５から０まで傾斜させたｎ型
Ａｌ_x Ｇａ_1-X Ａｓから成る厚み１００ｎｍの組成傾斜
層であるエミッタ層３２、高濃度（４×１０¹⁹ｃｍ^-3）
のベリリウムを添加した厚み８０ｎｍのｐ型ＧａＡｓか
ら成るベース層４１、低濃度（５×１０¹⁶ｃｍ^-3）のシ
リコンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み５００ｎｍ
のコレクタ層５、高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコ
ンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み５０ｎｍのコレ
クタ・コンタクト層６を順に成長した結晶層構造になっ
ている。

【００２２】製造方法を説明すると、図１（ａ）に示す
ように、先ず、コレクタ・コンタクト層６とコレクタ層
５とを塩素ガスを用いたドライエッチングによりコレク
タ・メサＭを形成しベース層４１を露出したのち、コレ
クタ・メサＭ周囲を酸化膜８で覆い尽くす。次に、図１
（ｂ）に示すように、コレクタ・メサＭをマスクとして
ベース層４１およびエミッタ層３２を燐酸系エッチャン
トにより除去する。次いで、有機金属分子線エピタキシ
ー（ＭＯＭＢＥ）法を用いて、露出したエミッタ層３１
の表面に高濃度（２×１０²⁰ｃｍ^-3）の炭素を添加した
厚み３００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ層からなる外部ベース層
４２を再成長させる。このときの再成長は、コレクタ・
メサＭ周囲の酸化膜８の表面には多結晶が成長せず、半
導体表面にだけ結晶成長が進行するような選択成長が実
現する条件で行われる。

【００２３】次に、図１（ｃ）に示すように、コレクタ
・コンタクト層６の上にＡｕＧｅ系のアロイ電極１０３
を形成し、またベース電極形成に必要な領域を除く不要
な外部ベース層４２を除去したのち、残った外部ベース
層４２の上にチタン、白金、金から成るノンアロイ電極
１０２を形成する。完成した素子は図２に示す断面図の
ようになるが、ここではエミッタ・コンタクト層２の上
にＡｕＧｅ系のアロイ電極１０１を形成しており、また
水素イオン注入により半導体層を半絶縁化した素子間分
離領域９０を設けている。

【００２４】図２に示すように、この具体例のＨＢＴで
は素子外部領域１３においてエミッタ層３１から外部ベ
ース層４２へ注入される少数キャリアの量は、素子真性
領域１２においてエミッタ層３２からベース層４１へと
注入される少数キャリアの量と比較して、低く抑えられ
ている。この理由を図５を用いて詳細に説明する。図５
（ａ）、図５（ｂ）はそれぞれ図２に示すＨＢＴの外部
領域１３と真性領域１２におけるベース・エミッタ接合
周辺でのエネルギー帯構造を示す。ここに示す図では、
エミッタ層３１とベース層４１との間の擬フェルミ準位
２３の高低差、即ちベース・エミッタ間の印加電圧ＶBE
に相当するエネルギーｑＶ_BE（図中２４の位置）が揃っ
ており、同じバイアス条件での比較になっている。

【００２５】さて、図５（ａ）からわかるように、素子
外部領域１３では、組成傾斜層３２が除去されているた
め、エミッタ層３１と外部ベース層４２との接合界面で
伝導帯２１が不連続になりバンドスパイク２６ａが生じ
る。このバンドスパイクは、エミッタ層３１の禁制帯幅
が外部ベース層４２の禁制帯幅よりも小さい為に生じ
る。したがって、このバンドスパイクは、エミッタ層３
１から外部ベース層４２へ注入される少数キャリアにと
ってエネルギー障壁となり、この領域における少数キャ
リア注入を抑制する働きがある。一方、素子真性領域１
２においては、組成傾斜層３２がエミッタ層３１からベ
ース層４１へ向けて伝導帯２１を滑らかにつなぎキャリ
ア注入を円滑にする緩衝層の役割を果たしているのでバ
ンドスパイクは発生せず、少数キャリアの流れ（図中２
５ｂの位置）が円滑になる。以上より、素子真性領域１
２と比較して素子外部領域１３における少数キャリア注
入２５ａを大幅に抑制することができる。

【００２６】この具体例では、本発明を素子真性領域の
ベース・エミッタ接合が組成傾斜ヘテロ接合になってい
るＨＢＴに適応したが、段階型ヘテロ接合を用いるＨＢ
Ｔについても適応することができる。その構成を図６に
示す。図６において、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、高濃度
（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡ
ｓから成る厚み５００ｎｍのエミッタ・コンタクト層
２、中濃度（５×１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加した
ｎ型ＩｎＧａＰから成る厚み２５０ｎｍのエミッタ層３
１、中濃度（５×１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加した
上にｎ型ＧａＡｓから成る厚み１００ｎｍのエミッタ層
３２、高濃度（４×１０¹⁹ｃｍ^-3）のベリリウムを添加
した厚み８０ｎｍのｐ型ＧａＡｓから成るベース層４
１、低濃度（５×１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加した
ｎ型ＧａＡｓから成る厚み５００ｎｍのコレクタ層５、
高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型
ＧａＡｓから成る厚み５０ｎｍのコレクタ・コンタクト
層６を順に成長した結晶層構造になっている。素子の加
工方法に関しては、図１の方法と同様である。

【００２７】この具体例では、素子外部領域（図６
（ａ））ではＩｎＧａＰからなるエミッタ層３１とＧａ
Ａｓからなる外部ベース層４２とがヘテロ接合を成して
おり、バンドスパイク２６ａが少数キャリア注入を妨げ
る機能をしている（図中２５ａの位置）。一方、素子真
性領域１２では、エミッタ・ベース間のヘテロ接合にＧ
ａＡｓからなるエミッタ層３２が入っているので、バン
ドスパイク２６ｂの高さが低くなり、同じバイアス条件
での素子外部領域１３と比較して少数キャリア注入が円
滑になる（図中２５ｂの位置）。したがって、この具体
例でも、素子外部領域１３における不要な少数キャリア
注入２５ａを最小限に抑えることができる。

【００２８】上記具体例では、エミッタ層が禁制帯幅の
異なる二つの半導体層から構成されているが、エミッタ
層の禁制帯幅が一定であるＨＢＴについても本発明を適
応することができる。その構成を図７に示す。この具体
例では、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、有機金属気相
成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、高濃度（３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み
５００ｎｍのエミッタ・コンタクト層２、中濃度（５×
１０¹⁷ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＩｎＧａＰか
ら成る厚み２５０ｎｍのエミッタ層３１、高濃度（１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加した上にｎ型ＩｎＧａ
Ｐから成る厚み５０ｎｍのエミッタ層３２、高濃度（４
×１０¹⁹ｃｍ^-3）のベリリウムを添加した厚み８０ｎｍ
のｐ型ＧａＡｓから成るベース層４１、低濃度（５×１
０¹⁶ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡｓから成
る厚み５００ｎｍのコレクタ層５、高濃度（３×１０¹⁸
ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚
み５０ｎｍのコレクタ・コンタクト層６を順に成長した
結晶層構造になっている。素子の加工方法は、図１の方
法と同様である。

【００２９】この具体例では、素子外部領域（図７
（ａ））では比較的低い不純物濃度のＩｎＧａＰからな
るエミッタ層３１とＧａＡｓからなる外部ベース層４２
とがヘテロ接合を成しており、バンドスパイク２６ａが
少数キャリア注入を妨げている（図中２６ａの位置）。
一方、素子真性領域１２では、エミッタ層３１の不純物
濃度より高い高不純物濃度のエミッタ層３２が入ってい
るので、図中２６ｂの位置に示すようにバンドスパイク
の幅が狭くなり、少数キャリアがトンネル効果によりバ
ンドスパイク２６ｂを通り抜けやすくなる（図中２６ｂ
の位置）。したがって、この具体例でも、素子外部領域
１３における不要な少数キャリア注入２５ａを最小限に
抑えることができる。

【００３０】上記した例では、素子真性領域１２のベー
ス層４１と素子外部領域１３の外部ベース層４２が同じ
禁制帯幅を有しているが、異なる禁制帯幅のベース層を
組み合わせたＨＢＴについても本発明を適応することが
できる。その構成を図８に示す。この具体例では、半絶
縁性のＧａＡｓ基板１上に、有機金属気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）法を用いて、高濃度（３×１０¹⁸ｃｍ^-3）のシリ
コンを添加したｎ型ＧａＡｓから成る厚み５００ｎｍの
エミッタ・コンタクト層２、中濃度（５×１０ ¹⁷ｃ
ｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＩｎＧａＰから成る厚
み２５０ｎｍのエミッタ層３１、中濃度（５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）のシリコンを添加した上にｎ型ＧａＡｓから成る
厚み１００ｎｍのエミッタ層３２、高濃度（４×１０¹⁹
ｃｍ^-3）のベリリウムを添加した厚み４０ｎｍのｐ型Ｉ
ｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓから成るベース層４１、低濃度（５
×１０¹⁶ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡｓか
ら成る厚み５００ｎｍのコレクタ層５、高濃度（３×１
０¹⁸ｃｍ^-3）のシリコンを添加したｎ型ＧａＡｓから成
る厚み５０ｎｍのコレクタ・コンタクト層６を順に成長
した結晶層構造になっている。素子の加工方法は、図１
と同様であり、外部ベース層４２はｐ型のＧａＡｓから
成る。

【００３１】この具体例では、素子外部領域（図８
（ａ））ではＩｎＧａＰから成るエミッタ層３１とＧａ
Ａｓからなる外部ベース層４２とがヘテロ接合を成して
おり、バンドスパイク２６ａが少数キャリア注入を妨げ
ている（図中２５ａの位置）。一方、素子真性領域１２
では、エミッタ層３１とベース層４１との間に禁制帯幅
が比較的小さなＧａＡｓから成るエミッタ層３２が挿入
されており、このエミッタ層３２とＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａ
ｓから成るベース層４１とは禁制帯幅が異なるのでもう
一つのバンドスパイク２６ｃが発生する。その結果、ベ
ース・エミッタ接合界面の周りにはバンドスパイクが二
つ存在することになるが、エミッタからベースにかけて
２段階に分けて禁制帯幅を下げていること、ベース層４
１に外部ベース層４２（ＧａＡｓ）よりも禁制帯幅が小
さなＩｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓを導入していることから、素
子外部領域と比較するとポテンシャル障壁の高さが相対
的に低くなり、少数キャリア注入が円滑になる（図中２
５ｂの位置）。したがって、この例でも、素子外部領域
１３における不要な少数キャリア注入２５ａを最小限に
抑えることができる。

【００３２】上記具体例においては、素子外部領域１３
における少数キャリア注入を抑制しているが、ベース・
エミッタ間接合容量がエミッタ上位型ＨＢＴの場合より
も大きくなる欠点がある。そこで、本発明を適用した反
転構造バイポーラトランジスタにおいて、素子外部領域
１３のエミッタ層を一部除去することにより、ベース・
エミッタ間接合容量を低く抑えることができる。その構
成を図３に示す。

【００３３】この例では、エミッタ層３１がｎ型ＩｎＧ
ａＰ、エミッタ層３２がｎ型ＧａＡｓ、エミッタ・コン
タクト層２がｎ型ＧａＡｓから成っており、ＧａＡｓ層
には影響を及ぼさない塩酸系のエッチャントを用いて外
部ベース層４２の下に位置するエミッタ層３１の一部を
選択的にエッチング除去し、ベース・エミッタ間接合容
量を低減している。また、イオン注入により素子外部領
域のエミッタ層を半絶縁化する方法を用いても、ベース
・エミッタ間接合容量を低く抑えることができる。その
構成を図４に示す。この具体例では、外部ベース層４２
を形成する前に素子外部領域のエミッタ層３１へボロン
を用いたイオン注入（エネルギー１００ｋＶ、ドーズ量
１×１０¹²ｃｍ^-3）を施してこの部分の半絶縁化を図っ
ている。この場合、外部ベース層４２はイオン注入を実
施した後で形成しているために、イオン注入によりベー
ス抵抗が増大する心配はない。半絶縁化イオン注入のイ
オン種としては、ボロンのほか、水素、酸素、ヘリウム
などが有効である。

【００３４】上記各具体例においては、ＧａＡｓ基板上
のＨＢＴを用いているが、本発明はシリコン、インジウ
ム燐（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等、如何なる
種類の半導体基板上のＨＢＴにも適用できる。このよう
に本発明は、バイポーラトランジスタのトランジスタ領
域１２におけるエミッタ層のうちベース層４１と接する
部分に緩衝エミッタ層３２を設け、エミッタ層３１から
前記ベース層４１に注入される少数キャリアの実効的な
エネルギー障壁を低減するように構成すると共に、前記
トランジスタ領域１２に隣接するトランジスタ外部領域
１３には前記緩衝エミッタ層を設けず前記エミッタ層３
１から前記外部ベース層３２に注入される少数キャリア
のエネルギー障壁を相対的に大きくしたことを特徴とす
るものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子真性領域１２においては、エミッタを構成する半導
体層３１と半導体層３２のうち、ベース層４１に接する
半導体層３２を、少数キャリアのポテンシャル障壁が低
減されエミッタ層からベース層４１に注入される少数キ
ャリアの流れが円滑になるような緩衝層とする一方で、
素子外部領域１３においてはポテンシャル障壁を低減す
る効果がある緩衝エミッタ層３２を除去することにより
エミッタ層３１から外部ベース層４２への少数キャリア
注入を抑制するように構成したので、素子外部領域１３
での寄生少数キャリア注入が抑制された高性能な反転構
造のバイポーラトランジスタが実現出来た。

【００３６】なお、本発明は上記各例に限定されず、本
発明の技術思想の範囲内において、各具体例は適宜変更
され得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の具体例を説明するための素子の
製造工程を示す断面図である。

【図２】図１の工程を経て得られた素子の断面図であ
る。

【図３】本発明の他の具体例を説明するための断面図で
ある。

【図４】本発明の他の具体例を説明するための断面図で
ある。

【図５】本発明の第１の具体例における原理を説明する
ためのエネルギー帯構造図である。

【図６】本発明の第２の具体例における原理を説明する
ためのエネルギー帯構造図と素子の断面図である。

【図７】本発明の第３の具体例における原理を説明する
ためのエネルギー帯構造図と素子の断面図である。

【図８】本発明の第４の具体例における原理を説明する
ためのエネルギー帯構造図と素子の断面図である。

【図９】従来のエミッタ上位型ＨＢＴを説明するための
断面図である。

【図１０】従来の反転構造（コレクタ上位型）ＨＢＴを
説明するための断面図である。

【図１１】従来の反転構造（コレクタ上位型）ＨＢＴを
説明するための断面図である。

【図１２】従来の反転構造（コレクタ上位型）ＨＢＴを
説明するための断面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、 ２…エミッタ・コンタクト層、 ３，３１…エミッタ層、 ３２…緩衝エミッタ層、 ４，４１，４２…ベース層、 ５…コレクタ層、 ６…コレクタ・コンタクト層、 ８…絶縁膜（酸化膜）、 ９０，９１…半絶縁化領域、 １０１，１０２，１０３…電極、 １１…外部コレクタ容量、 １２…素子真性領域、 １３…素子外部領域、 ２１…伝導帯、 ２２…価電子帯、 ２３…擬フェルミ準位、 ２４…印加電圧、 ２５ａ，２５ｂ…注入少数キャリアの流れ、 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…バンドスパイク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上にエミッタコンタクト層、禁
   制帯幅Ｅｇ１を有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ２を有
   するエミッタ緩衝層、禁制帯幅Ｅｇ３を有するベース
   層、コレクタ層を順次積層したトランジスタ領域と、半
   導体基板上にエミッタコンタクト層、禁制帯幅Ｅｇ１を
   有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ３'を有し前記ベース
   層につながる外部ベース層を順次積層したトランジスタ
   外部領域とを備え、前記各層の禁制帯幅の関係がＥｇ１
   ＞Ｅｇ２≧Ｅｇ３'≧Ｅｇ３であることを特徴とするバ
   イポーラトランジスタ。
2. 【請求項２】半導体基板上にエミッタコンタクト層、禁
   制帯幅Ｅｇ１を有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ２を有
   するエミッタ緩衝層、禁制帯幅Ｅｇ３を有するベース
   層、コレクタ層を順次積層したトランジスタ領域と、半
   導体基板上にエミッタコンタクト層、禁制帯幅Ｅｇ１を
   有するエミッタ層、禁制帯幅Ｅｇ３'を有し前記ベース
   層につながる外部ベース層を順次積層したトランジスタ
   外部領域とを備え、前記各層の禁制帯幅の関係がＥｇ１
   ＞Ｅｇ２≧Ｅｇ３'≧Ｅｇ３であるバイポーラトランジ
   スタの製造方法であって、トランジスタの外部領域にお
   いて、前記コレクタ層、前記ベース層、前記緩衝エミッ
   タ層を除去して、前記エミッタ層の表面に外部ベース層
   を形成する工程を設けたことを特徴とするバイポーラト
   ランジスタの製造方法。