JP2003243406A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor

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JP2003243406A
JP2003243406A JP2002035831A JP2002035831A JP2003243406A JP 2003243406 A JP2003243406 A JP 2003243406A JP 2002035831 A JP2002035831 A JP 2002035831A JP 2002035831 A JP2002035831 A JP 2002035831A JP 2003243406 A JP2003243406 A JP 2003243406A
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Japan
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layer
type
emitter
base layer
bipolar transistor
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JP2002035831A
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Japanese (ja)
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Takeshi Tanaka
丈士 田中
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterojunction bipolar transistor having a base layer with a narrow bandgap. <P>SOLUTION: Since Ge is used for the base layer 1, the bandgap in a room temperature can be as small as approximately 0.66 eV. Further, unlike GaInNAs and GaAsSb, which have been used in a conventional heterojunction bipolar transistor, the base layer is a single element crystal, so that composition control is not required and a crystal manufacturing process is easy. For example, when InGaP is used for an emitter layer 2, since selective etching is conducted by hydrochloric acid to expose the base layer 1, a device manufacturing process becomes easy. As a result, the provision of the heterojunction bipolar transistor having the base layer 1 with a narrow bandgap can be achieved. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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
ーラトランジスタに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在のHBT(ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ)に最も多用されているデバイス構造は、p
型AlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)エミッタ
層またはp型InGaPエミッタ層、p型GaAsベー
ス層及びn型GaAsコレクタ層からなっている。この
HBTのTurn−on電圧(以下「ターンオン電圧」
という。)は、ベース層のバンドギャップとシート抵抗
値とに大きく依存しており、GaAs(1.43eVの
バンドギャップを有する。)をベース層として用いる限
りターンオン電圧はほぼ一定であった。
2. Description of the Related Art A device structure most frequently used in a current HBT (heterojunction bipolar transistor) is a p-type device structure.
Type AlGaAs (aluminum gallium arsenide) emitter layer or p type InGaP emitter layer, p type GaAs base layer and n type GaAs collector layer. Turn-on voltage of this HBT (hereinafter referred to as "turn-on voltage")
Say. ) Greatly depends on the bandgap of the base layer and the sheet resistance value, and the turn-on voltage was almost constant as long as GaAs (having a bandgap of 1.43 eV) was used as the base layer.

【0003】HBTを用いたICの消費電力は例えばC
−MOSを用いたICと比べて消費電力が大きく、この
消費電力を減らすためにはターンオン電圧の低下が求め
られる。
The power consumption of an IC using HBT is, for example, C
Power consumption is higher than that of an IC using -MOS, and a decrease in turn-on voltage is required to reduce this power consumption.

【0004】2000年頃から米国Emcore社(文
献:Applied Physics Letters
76,2262(2000))及び日立製作所(文
献:Applied Physics Letters
78,483(2001))よりターンオン電圧低減
のため、ベース層にバンドギャップの狭い材料であるG
aInNAs(ガリウムインジウム窒素砒素)及びGa
AsSb(ガリウム砒素アンチモン)を用いる技術が発
表された。
Since about 2000, Emcore (US) (Reference: Applied Physics Letters)
76, 2262 (2000)) and Hitachi (Reference: Applied Physics Letters).
78, 483 (2001)) to reduce the turn-on voltage, the base layer has a narrow bandgap material G
aInNAs (gallium indium nitrogen arsenide) and Ga
A technology using AsSb (gallium arsenide antimony) was announced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaI
nNAsは四元混晶であり、組成の制御が困難であると
いう問題があり、GaAsSbは基板との間に格子不整
合が存在するため、ベース層は臨界膜厚以下に制限され
るという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention]
nNAs is a quaternary mixed crystal and has a problem that it is difficult to control the composition. GaAsSb has a lattice mismatch with the substrate, so that the base layer is limited to a critical film thickness or less. there were.

【0006】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、バンドギャップの狭いベース層を有するヘテロ接合
バイポーラトランジスタを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a heterojunction bipolar transistor having a base layer with a narrow bandgap.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
は、InGaPからなるn型エミッタ層と、Geからな
るp型ベース層と、GaAsからなるn型コレクタ層と
を備えたものである。
In order to achieve the above object, a heterojunction bipolar transistor according to a first aspect of the present invention is an n-type emitter layer made of InGaP, a p-type base layer made of Ge, and an n-type made of GaAs. And a mold collector layer.

【0008】請求項2に記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタは、InGaPからなるn型エミッタ層と、
Geからなるp型ベース層と、InGaPからなるn型
コレクタ層とを備えたものである。
A heterojunction bipolar transistor according to a second aspect comprises an n-type emitter layer made of InGaP,
It is provided with a p-type base layer made of Ge and an n-type collector layer made of InGaP.

【0009】請求項3に記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタは、請求項1または2に記載の構成に加え、
p型ベース層とn型コレクタ層との間にアンドープのG
eを形成してもよい。
A heterojunction bipolar transistor according to a third aspect of the present invention is, in addition to the configuration of the first or second aspect,
Undoped G between the p-type base layer and the n-type collector layer
e may be formed.

【0010】請求項4に記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタは、請求項1または2に記載の構成に加え、
p型ベース層とn型コレクタ層との間にn型のGeを形
成してもよい。
A heterojunction bipolar transistor according to a fourth aspect is the same as the one according to the first or second aspect,
N-type Ge may be formed between the p-type base layer and the n-type collector layer.

【0011】本発明によれば、ベース層にGeを用いた
ので、室温でのバンドギャップを0.66eV程度と小
さくすることができる。また、本発明によれば、従来の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタに用いられていたG
aInNAsやGaAsSbと異なり、ベース層が単元
素の結晶であるため、組成制御の必要がなく結晶製造プ
ロセスが容易である。例えば、InGaPをエミッタと
した場合に、塩酸で選択エッチングしてベース層を露出
させることができるので、デバイス製造プロセスが容易
となる。この結果、バンドギャップの狭いベース層を有
するヘテロ接合バイポーラトランジスタの提供を実現す
ることができる。
According to the present invention, since Ge is used for the base layer, the band gap at room temperature can be reduced to about 0.66 eV. In addition, according to the present invention, the G used in the conventional heterojunction bipolar transistor
Unlike aInNAs and GaAsSb, since the base layer is a single element crystal, composition control is not required and the crystal manufacturing process is easy. For example, when InGaP is used as the emitter, the base layer can be exposed by selective etching with hydrochloric acid, which facilitates the device manufacturing process. As a result, provision of a heterojunction bipolar transistor having a base layer with a narrow bandgap can be realized.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0013】図1は本発明のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの一実施の形態を示す構造図である。
FIG. 1 is a structural diagram showing an embodiment of a heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【0014】半絶縁性基板9上にn型GaAsからなる
サブコレクタ層8が形成され、サブコレクタ層8上にコ
レクタ電極7とn型GaAsからなるコレクタ層3とが
形成されている。コレクタ層3上にp型Geからなるベ
ース層1が形成され、ベース層1上にベース電極6とn
型InGaPからなるエミッタ層2とが形成されてい
る。エミッタ層2上にn型InGaPからなるエミッタ
コンタクト層10が形成され、エミッタコンタクト層1
0の上にn型GaAsからなるエミッタコンタクト層1
1が形成されている。エミッタコンタクト層11の上に
n型InGaAsからなるエミッタコンタクト層12が
形成され、エミッタコンタクト層12の上にエミッタ電
極5が形成されている。
A subcollector layer 8 made of n-type GaAs is formed on a semi-insulating substrate 9, and a collector electrode 7 and a collector layer 3 made of n-type GaAs are formed on the subcollector layer 8. The base layer 1 made of p-type Ge is formed on the collector layer 3, and the base electrode 6 and n are formed on the base layer 1.
An emitter layer 2 made of type InGaP is formed. An emitter contact layer 10 made of n-type InGaP is formed on the emitter layer 2, and the emitter contact layer 1
Emitter contact layer 1 made of n-type GaAs on 0
1 is formed. An emitter contact layer 12 made of n-type InGaAs is formed on the emitter contact layer 11, and an emitter electrode 5 is formed on the emitter contact layer 12.

【0015】図2は本発明のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの他の実施の形態を示す構造図である。
FIG. 2 is a structural diagram showing another embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【0016】図1に示したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタとの相違点は、GaAsコレクタ層の代わりにI
nGaPコレクタ層を有する点である。
The difference from the heterojunction bipolar transistor shown in FIG. 1 is that instead of the GaAs collector layer, I
The point is that it has an nGaP collector layer.

【0017】すなわち、半絶縁性基板9上にn型GaA
sからなるサブコレクタ層8が形成され、サブコレクタ
層8上にコレクタ電極7とn型InGaPからなるコレ
クタ層3aとが形成されている。コレクタ層3a上にn
型Ge層4が形成され、n型Ge層4の上にp型Geか
らなるベース層1が形成され、ベース層1上にベース電
極6とn型InGaPからなるエミッタ層2とが形成さ
れている。エミッタ層2上にn型InGaPからなるエ
ミッタコンタクト層10が形成され、エミッタコンタク
ト層10の上にn型GaAsからなるエミッタコンタク
ト層11が形成されている。エミッタコンタクト層11
の上にn型InGaAsからなるエミッタコンタクト層
12が形成され、エミッタコンタクト層12の上にエミ
ッタ電極5が形成されている。
That is, n-type GaA is formed on the semi-insulating substrate 9.
The sub-collector layer 8 made of s is formed, and the collector electrode 7 and the collector layer 3a made of n-type InGaP are formed on the sub-collector layer 8. N on the collector layer 3a
The type Ge layer 4 is formed, the base layer 1 made of p type Ge is formed on the n type Ge layer 4, and the base electrode 6 and the emitter layer 2 made of n type InGaP are formed on the base layer 1. There is. An emitter contact layer 10 made of n-type InGaP is formed on the emitter layer 2, and an emitter contact layer 11 made of n-type GaAs is formed on the emitter contact layer 10. Emitter contact layer 11
An emitter contact layer 12 made of n-type InGaAs is formed on the above, and an emitter electrode 5 is formed on the emitter contact layer 12.

【0018】図3は本発明のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの他の実施の形態を示す構造図である。
FIG. 3 is a structural diagram showing another embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【0019】図1に示したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタとの相違点は、ベース層1とコレクタ層3との間
にn型Ge層(或いはアンドープGe層)4aを形成し
た点である。
The difference from the heterojunction bipolar transistor shown in FIG. 1 is that an n-type Ge layer (or undoped Ge layer) 4a is formed between the base layer 1 and the collector layer 3.

【0020】すなわち、半絶縁性基板9上にn型GaA
sからなるサブコレクタ層8が形成され、サブコレクタ
層8上にコレクタ電極7とn型GaAsからなるコレク
タ層3とが形成されている。コレクタ層3上にn型Ge
層(或いはアンドープGe層)4aが形成され、n型G
e層(或いはアンドープGe層)4aの上にp型Geか
らなるベース層1が形成され、ベース層1上にベース電
極6とn型InGaPからなるエミッタ層2とが形成さ
れている。エミッタ層2上にn型InGaPからなるエ
ミッタコンタクト層10が形成され、エミッタコンタク
ト層10の上にn型GaAsからなるエミッタコンタク
ト層11が形成されている。エミッタコンタクト層11
の上にn型InGaAsからなるエミッタコンタクト層
12が形成され、エミッタコンタクト層12の上にエミ
ッタ電極5が形成されている。
That is, n-type GaA is formed on the semi-insulating substrate 9.
The sub-collector layer 8 made of s is formed, and the collector electrode 7 and the collector layer 3 made of n-type GaAs are formed on the sub-collector layer 8. N-type Ge on the collector layer 3
The layer (or undoped Ge layer) 4a is formed, and n-type G
A base layer 1 made of p-type Ge is formed on the e layer (or undoped Ge layer) 4a, and a base electrode 6 and an emitter layer 2 made of n-type InGaP are formed on the base layer 1. An emitter contact layer 10 made of n-type InGaP is formed on the emitter layer 2, and an emitter contact layer 11 made of n-type GaAs is formed on the emitter contact layer 10. Emitter contact layer 11
An emitter contact layer 12 made of n-type InGaAs is formed on the above, and an emitter electrode 5 is formed on the emitter contact layer 12.

【0021】ベース層1とコレクタ層3との間にn型G
e層(或いはアンドープGe層)4aを形成したのは、
ベースからコレクタに向かう電子がヘテロ接合で超える
べきエネルギー障壁を低くするためである。
Between the base layer 1 and the collector layer 3, an n-type G
The e layer (or undoped Ge layer) 4a is formed by
This is to lower the energy barrier that the electrons traveling from the base to the collector should cross at the heterojunction.

【0022】n型InGaPからなるエミッタコンタク
ト層10、n型GaAsからなるエミッタコンタクト層
11及びn型InGaAsからなるエミッタコンタクト
層12を形成したのは、エミッタ電極5にて良好なオー
ミックコンタクト特性を得るためである。また、n型I
nGaPからなるエミッタコンタクト層10がn型In
GaPエミッタ層2よりも高濃度でドーピングされるよ
うに注意すべきである。
The emitter contact layer 10 made of n-type InGaP, the emitter contact layer 11 made of n-type GaAs and the emitter contact layer 12 made of n-type InGaAs are formed because the emitter electrode 5 has good ohmic contact characteristics. This is because. In addition, n-type I
The emitter contact layer 10 made of nGaP is n-type In
Care should be taken to dope more heavily than the GaP emitter layer 2.

【0023】図1に示したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタのエミッタ層や図2に示したヘテロ接合バイポー
ラトランジスタのコレクタ層として用いられるInGa
Pは、これを結晶成長させる際の雰囲気によりオーダリ
ングすることが知られている。
InGa used as the emitter layer of the heterojunction bipolar transistor shown in FIG. 1 and the collector layer of the heterojunction bipolar transistor shown in FIG.
It is known that P is ordered by the atmosphere during crystal growth of P.

【0024】本発明によれば、オーダリング/ディスオ
ーダリングのいずれか一方の状態に偏っていてもターン
オン電圧の低下効果にあまり影響は無い。但し、InG
aPがオーダリングしていると、エミッタ層からベース
層へ電子が移動する際に感じるエネルギー障壁が低くな
るため、この方がヘテロ接合バイポーラトランジスタの
動作としては有利である。
According to the present invention, even if one of the states of ordering / disordering is biased, the effect of lowering the turn-on voltage is not significantly affected. However, InG
If aP is ordered, the energy barrier felt when electrons move from the emitter layer to the base layer is lowered, and this is advantageous for the operation of the heterojunction bipolar transistor.

【0025】[0025]

【実施例】本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの作製は、主に半絶縁性基板上に薄膜結晶製造装置
を用いて多層膜を形成したエピタキシャルウェハを成長
させることにより始める。具体的には例えば図1に示す
ように半絶縁性のGaAs基板9上にMOVPE(Me
tal Organic Vapor PhaseEp
itaxy)法、或いはGS−MBE(Gas Sou
rce Molecular Beam Epitax
y)法等の手段を用いて、n型GaAsサブコレクタ層
8、n型GaAsコレクタ層3、n型Ge層4、p型G
eベース層1、n型InGaPエミッタ層2、n型In
GaPエミッタコンタクト層10、n型GaAsエミッ
タコンタクト層11、n型InGaAsエミッタコンタ
クト層11及びn型InGaAsエミッタコンタクト層
12を成長させる。
EXAMPLES The production of a heterojunction bipolar transistor according to the present invention begins by growing an epitaxial wafer having a multilayer film formed on a semi-insulating substrate using a thin film crystal production apparatus. Specifically, for example, as shown in FIG. 1, a MOVPE (Me
tal Organic Vapor PhaseEp
or the GS-MBE (Gas Sou) method.
rc Molecular Beam Epitax
y) method or the like, the n-type GaAs subcollector layer 8, the n-type GaAs collector layer 3, the n-type Ge layer 4, and the p-type G are used.
e base layer 1, n-type InGaP emitter layer 2, n-type In
A GaP emitter contact layer 10, an n-type GaAs emitter contact layer 11, an n-type InGaAs emitter contact layer 11 and an n-type InGaAs emitter contact layer 12 are grown.

【0026】MOVPE法を用いる場合には、TMGa
(トリメチルガリウム)、TEGa(トリエチルガリウ
ム)、TMIn(トリメチルインジウム)、AsH
3(アルシン)、PH3(ホスフィン)、TBAs(ター
シャリーブチルアルシン)、TBP(ターシャリーブチ
ルホスフィン)等をGaAs層、InGaAs層、In
GaP層の原料として用い、GeH4(ゲルマン)、G
26(ジゲルマン)等のガスまたはTMGe(テトラ
メチルゲルマニウム)、TEGe(テトラエチルゲルマ
ニウム)等の有機金属をGe層の原料として用いる。
When the MOVPE method is used, TMGa
(Trimethylgallium), TEGa (triethylgallium), TMIn (trimethylindium), AsH
3 (arsine), PH 3 (phosphine), TBAs (tertiary butyl arsine), TBP (tertiary butyl phosphine), etc. as GaAs layer, InGaAs layer, In
Used as a raw material for the GaP layer, GeH 4 (germane), G
A gas such as e 2 H 6 (digermane) or an organic metal such as TMGe (tetramethylgermanium) or TEGe (tetraethylgermanium) is used as a raw material for the Ge layer.

【0027】GS−MBE法を用いる場合には、金属ゲ
ルマニウム、金属インジウム、固体砒素、固体リン、A
sH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)等をGaAs
層、InGaAs層、InGaP層の原料として用い、
GeH4(ゲルマン)、Ge26(ジゲルマン)等のガ
スまたは固体ゲルマニウムをGe層の原料として用い
る。
When the GS-MBE method is used, metal germanium, metal indium, solid arsenic, solid phosphorus, A
sH 3 (arsine), PH 3 (phosphine), etc. are made of GaAs
Layer, InGaAs layer, InGaP layer,
A gas such as GeH 4 (germane) or Ge 2 H 6 (digermane) or solid germanium is used as a raw material for the Ge layer.

【0028】n型GaAs層、n型InGaAs層、n
型InGaP層のドーピングには、Si、Te、Se等
の元素を用い、p型Ge層のドーピングにはAl、G
a、In、Be、Mg、Zn等の元素を用い、n型Ge
層のドーピングにはP、As、Sb、Se、Te等の元
素をそれぞれ用いる。
N-type GaAs layer, n-type InGaAs layer, n
An element such as Si, Te, or Se is used for doping the p-type InGaP layer, and Al or G is used for doping the p-type Ge layer.
n-type Ge using elements such as a, In, Be, Mg, and Zn
Elements such as P, As, Sb, Se and Te are used for doping the layers.

【0029】次にデバイスプロセスについて説明する。Next, the device process will be described.

【0030】上述した方法で成長したエピタキシャル層
上に、通常のフォトリソグラフィ法や金属蒸着法等の手
段を用いてエミッタ電極5を形成する。エミッタ電極5
にはTi(チタン)/Pt(プラチナ)/Au(金)の
3層金属膜を用いる。
The emitter electrode 5 is formed on the epitaxial layer grown by the above-mentioned method by using a usual photolithography method, metal vapor deposition method or the like. Emitter electrode 5
For this, a three-layer metal film of Ti (titanium) / Pt (platinum) / Au (gold) is used.

【0031】このエミッタ電極をマスクとして利用し、
クエン酸と過酸化水素水と純水との混合エッチャントを
用いてn型InGaAsエミッタコンタクト層12とn
型GaAsエミッタコンタクト層11とをエッチングす
る。上述したエッチャントは選択性を有するので、エッ
チングは自動的にInGaP層10の表面で停止する。
Using this emitter electrode as a mask,
The n-type InGaAs emitter contact layer 12 and n were formed using a mixed etchant of citric acid, hydrogen peroxide and pure water.
The type GaAs emitter contact layer 11 is etched. Since the above-mentioned etchant has selectivity, etching automatically stops at the surface of the InGaP layer 10.

【0032】次に塩酸を用いて、n型InGaPエミッ
タコンタクト層10及びn型エミッタ層2をエッチング
する。塩酸はInGaPとGeとの間に選択性があるの
で、エッチングは自動的にGeベース層1の表面で停止
する。
Next, the n-type InGaP emitter contact layer 10 and the n-type emitter layer 2 are etched using hydrochloric acid. Since hydrochloric acid has a selectivity between InGaP and Ge, the etching automatically stops at the surface of the Ge base layer 1.

【0033】このGeベース層1上に、通常のフォトリ
ソグラフィ法によって形成したフォトレジストとエミッ
タ電極5とをマスクとして用いたセルフアライン方式
で、ベース電極6を形成する。ベース電極6にはTi/
Pt/Auの3層金属を用い、これを蒸着法等で形成す
る。
A base electrode 6 is formed on the Ge base layer 1 by a self-alignment method using a photoresist formed by a normal photolithography method and the emitter electrode 5 as a mask. For the base electrode 6, Ti /
A three-layer metal of Pt / Au is used and is formed by a vapor deposition method or the like.

【0034】次に、形成したエミッタ電極5及びベース
電極6付近をフォトレジストで保護した後、硫酸と過酸
化水素水と純水との混合エッチャントか、或いは水酸化
カリウムと過酸化水素水と純水との混合エッチャントを
用いてp型Geベース層1、n型(或いはアンドープ)
Ge層4及びn型GaAsコレクタ層3をエッチングす
る。エッチングを停止した時点でn型GaAsサブコレ
クタ層8が表面に現れるようにエッチング時間を調整す
る。
Next, after protecting the formed emitter electrode 5 and the vicinity of the base electrode 6 with a photoresist, either a mixed etchant of sulfuric acid, hydrogen peroxide solution and pure water, or potassium hydroxide, hydrogen peroxide solution and pure water. P-type Ge base layer 1, n-type (or undoped) using mixed etchant with water
The Ge layer 4 and the n-type GaAs collector layer 3 are etched. The etching time is adjusted so that the n-type GaAs subcollector layer 8 appears on the surface when the etching is stopped.

【0035】エッチングにより露出したn型GaAsサ
ブコレクタ層8の表面に、通常のフォトリソグラフィ法
や金属蒸着法等の手段を用いてコレクタ電極7を形成す
る。コレクタ電極7にはAuGe(金ゲルマニウム)/
Ni(ニッケル)/Au等を用い、320℃程度の温度
でアロイすることにより、オーミックコンタクトを得
る。
On the surface of the n-type GaAs subcollector layer 8 exposed by etching, the collector electrode 7 is formed by using a usual photolithography method, metal vapor deposition method or the like. For the collector electrode 7, AuGe (gold germanium) /
By using Ni (nickel) / Au or the like and alloying at a temperature of about 320 ° C., an ohmic contact is obtained.

【0036】最後にデバイス部をフォトレジスト等で保
護した後、硫酸と過酸化水素水と純水との混合エッチャ
ントを用いてn型GaAsサブコレクタ層8をエッチン
グし、各デバイスをアイソレーションする(デバイスの
フロントエンド作製終了)。次に、完成したデバイスの
ターンオン電圧Vtoを計算する。
Finally, after protecting the device portion with a photoresist or the like, the n-type GaAs subcollector layer 8 is etched with a mixed etchant of sulfuric acid, hydrogen peroxide solution and pure water to isolate each device ( Device front-end fabrication completed). Next, the turn-on voltage Vto of the completed device is calculated.

【0037】文献(IEEE Electron De
vice Letters 21,554−556(2
000))によれば、HBTのターンオン電圧Vtoは
数1式で表される。
Literature (IEEE Electron De
vice Letters 21, 554-556 (2
000)), the turn-on voltage Vto of the HBT is expressed by the equation (1).

【0038】[0038]

【数1】Vto=−(kT/q)ln[Rsb]+Eg
b/q−(kT/q)ln[q2μNcNvDn/J
c] 但し、kはボルツマン定数、Tは温度、qは電子素量、
Rsbはベース層のシート抵抗、Egbはベース層のバ
ンドギャップ、μはベース層中のホール移動度、Ncは
コンダクションバンド中の状態密度、Nvはバレンスバ
ンド中の状態密度、Dnは電子の拡散係数であり、数1
式中Jcの大きさでターンオン電圧Vtoの状態を定義
する。
## EQU1 ## Vto =-(kT / q) ln [Rsb] + Eg
b / q- (kT / q) ln [q 2 μNcNvDn / J
c] where k is Boltzmann's constant, T is temperature, q is electron content,
Rsb is the sheet resistance of the base layer, Egb is the band gap of the base layer, μ is the hole mobility in the base layer, Nc is the density of states in the conduction band, Nv is the density of states in the valence band, and Dn is the diffusion of electrons. Is a coefficient
In the formula, the state of the turn-on voltage Vto is defined by the magnitude of Jc.

【0039】数1式によれば、ターンオン電圧Vtoは
バンドギャップ電圧Egbを小さくする、つまりベース
層にバンドギャップEgbの狭い材料を選ぶことによ
り、単純に低下させることができる。
According to the equation (1), the turn-on voltage Vto can be simply lowered by reducing the bandgap voltage Egb, that is, by selecting a material having a narrow bandgap Egb for the base layer.

【0040】但し、ベース層の材料を変える物性定数で
あるホール移動度μや拡散係数Dnも同時に変化してタ
ーンオン電圧Vtoの大きさを変えるが、バンドギャッ
プ電圧Egbの変化ほど大きい影響は無い。
However, although the hole mobility μ and the diffusion coefficient Dn, which are physical constants for changing the material of the base layer, are changed at the same time to change the magnitude of the turn-on voltage Vto, there is no great influence as much as the change of the bandgap voltage Egb.

【0041】図4は、従来から用いられているn型In
GaPエミッタ層/p型GaAsベース層/n型GaA
sコレクタ層構造HBTと、本発明のn型InGaPエ
ミッタ層/p型Geベース層/n型GaAsコレクタ層
構造HBTとの、測定及び計算によるガンメルプロット
を示す図である。同図において横軸はベースエミッタ間
電圧を示し、縦軸はコレクタ電流を示す。
FIG. 4 shows a conventional n-type In
GaP emitter layer / p-type GaAs base layer / n-type GaA
It is a figure which shows the Gummel plot by measurement and calculation of the s collector layer structure HBT and the n-type InGaP emitter layer / p-type Ge base layer / n-type GaAs collector layer structure HBT of this invention. In the figure, the horizontal axis represents the base-emitter voltage, and the vertical axis represents the collector current.

【0042】エミッタサイズは約60μm×60μmで
ある。同図より、n型InGaPエミッタ層とp型Ge
ベース層とを組み合わせた本発明の構造は、従来構造よ
りも160mV程度もターンオン電圧を低減させるもの
となったことが分かる。
The emitter size is about 60 μm × 60 μm. From the figure, the n-type InGaP emitter layer and the p-type Ge
It can be seen that the structure of the present invention in combination with the base layer reduces the turn-on voltage by about 160 mV as compared with the conventional structure.

【0043】本発明に類似した技術として、米国Emc
ore社(文献:AppliedPhysics Le
tters 76、2262(2000))及びKop
in社(IEEE Electron Device
Letters 21,554(2000))のGaI
nNAs−HBT及び日立製作所(文献:Applie
d Physics Letters 78,483
(2001))のGaAsSb−HBTがある。これら
はIII−V族化合物をベース層に用いるものであり、
HBT用エピタキシャルウェハを成長させる際に組成制
御を必要とする。
As a technique similar to the present invention, US Emc
ore (Reference: Applied Physics Le
tters 76, 2262 (2000)) and Kop.
in company (IEEE Electron Device
GaI of Letters 21, 554 (2000)).
nNAs-HBT and Hitachi, Ltd. (literature: Applie
d Physics Letters 78,483
(2001)) GaAsSb-HBT. These use a III-V group compound for the base layer,
Composition control is required when growing an epitaxial wafer for HBT.

【0044】一方、本発明は、Geをベース層に用いる
点が従来技術と相違する。このため、本発明ではベース
層をエピタキシャル成長させる際に組成制御の必要が無
く、製造が容易である。
On the other hand, the present invention is different from the prior art in that Ge is used for the base layer. Therefore, in the present invention, it is not necessary to control the composition when the base layer is epitaxially grown, and the manufacturing is easy.

【0045】また、Geを用いたHBTの類似技術とし
てn型AlGaAsエミッタ/p型Geベース/n型G
aAsコレクタというHBTが米国イリノイ大学(文
献:IEEE Electron Device Le
tters 11,233(1990))に報告されて
いる。この報告ではエミッタ層にAlGaAsが用いら
れている一方で、本発明の技術はInGaPをエミッタ
層に用いている点が異なっている。そのため、本発明で
はデバイスプロセス上の特にエミッタコンタクト層エッ
チングやエミッタ層エッチングの際に、選択エッチング
が容易となった。
As a technique similar to HBT using Ge, n-type AlGaAs emitter / p-type Ge base / n-type G
HBT called aAs collector is a university of Illinois (reference: IEEE Electron Device Le)
tters 11, 233 (1990)). In this report, AlGaAs is used for the emitter layer, while the technique of the present invention is different in that InGaP is used for the emitter layer. Therefore, in the present invention, the selective etching becomes easy in the device process, particularly in the emitter contact layer etching and the emitter layer etching.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、バンドギ
ャップの狭いベース層を有するヘテロ接合バイポーラト
ランジスタの提供を実現することができる。
In summary, according to the present invention, it is possible to provide a heterojunction bipolar transistor having a base layer with a narrow bandgap.

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

【図1】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
一実施の形態を示す構造図である。
FIG. 1 is a structural diagram showing 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
他の実施の形態を示す構造図である。
FIG. 2 is a structural diagram showing another embodiment of the 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
他の実施の形態を示す構造図である。
FIG. 3 is a structural diagram showing another embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention.

【図4】従来から用いられているn型InGaPエミッ
タ層/p型GaAsベース層/n型GaAsコレクタ層
構造HBTと、本発明のn型InGaPエミッタ層/p
型Geベース層/n型GaAsコレクタ層構造HBTと
の、測定及び計算によるガンメルプロットを示す図であ
る。
FIG. 4 is a conventional n-type InGaP emitter layer / p-type GaAs base layer / n-type GaAs collector layer structure HBT, and the n-type InGaP emitter layer / p of the present invention.
It is a figure which shows the Gummel plot by a measurement and a calculation with the type Ge base layer / n type GaAs collector layer structure HBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベース層 2 エミッタ層 3,3a コレクタ層 4,4a n型Ge層 5 エミッタ電極 6 ベース電極 7 コレクタ電極 8 サブコレクタ層 9 半絶縁性基板 10,11,12 エミッタコンタクト層 1 base layer 2 Emitter layer 3,3a collector layer 4,4a n-type Ge layer 5 Emitter electrode 6 Base electrode 7 Collector electrode 8 Sub-collector layer 9 Semi-insulating substrate 10, 11, 12 Emitter contact layer

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年2月20日(2002.2.2
0)
[Submission date] February 20, 2002 (2002.2.2)
0)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図4[Name of item to be corrected] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図4】 [Figure 4]

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 InGaPからなるn型エミッタ層と、
Geからなるp型ベース層と、GaAsからなるn型コ
レクタ層とを備えた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. An n-type emitter layer made of InGaP,
A heterojunction bipolar transistor comprising a p-type base layer made of Ge and an n-type collector layer made of GaAs.
【請求項2】 InGaPからなるn型エミッタ層と、
Geからなるp型ベース層と、InGaPからなるn型
コレクタ層とを備えたことを特徴とするヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ。
2. An n-type emitter layer made of InGaP,
A heterojunction bipolar transistor comprising a p-type base layer made of Ge and an n-type collector layer made of InGaP.
【請求項3】 上記p型ベース層と上記n型コレクタ層
との間にアンドープのGeを形成した請求項1または2
に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
3. The undoped Ge is formed between the p-type base layer and the n-type collector layer.
The heterojunction bipolar transistor described in.
【請求項4】 上記p型ベース層と上記n型コレクタ層
との間にn型のGeを形成した請求項1または2に記載
のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
4. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein n-type Ge is formed between the p-type base layer and the n-type collector layer.
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