JP2017022279A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor Download PDF

Info

Publication number
JP2017022279A
JP2017022279A JP2015139481A JP2015139481A JP2017022279A JP 2017022279 A JP2017022279 A JP 2017022279A JP 2015139481 A JP2015139481 A JP 2015139481A JP 2015139481 A JP2015139481 A JP 2015139481A JP 2017022279 A JP2017022279 A JP 2017022279A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
base
emitter
contact
base layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015139481A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
拓也 星
Takuya Hoshi
拓也 星
典秀 柏尾
Norihide Kayao
典秀 柏尾
賢二 栗島
Kenji Kurishima
賢二 栗島
悠太 白鳥
Yuta Shiratori
悠太 白鳥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2015139481A priority Critical patent/JP2017022279A/en
Publication of JP2017022279A publication Critical patent/JP2017022279A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterojunction bipolar transistor (HBT) capable of improving a maximum oscillation frequency without reducing uniformity or reproducibility in manufacture and without reducing a current gain.SOLUTION: The heterojunction bipolar transistor comprises: a first base layer 105 formed on a collector layer 104; a base contact layer 106 formed on the first base layer 105 in contact therewith; a second base layer 107 formed on the base contact layer 106 in contact therewith; and an emitter layer 108 formed on the second base layer 107. A hole concentration (average concentration) of the base contact layer 106 is higher than those of the first base layer 105 and the second base layer 107, the hole concentration of the base contact layer 106 is 1×10cmor lower and the hole concentrations of the first base layer 105 and the second base layer 107 are 1×10cmor higher.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コレクタ,ベース,エミッタからなる素子部を備えるヘテロ接合バイポーラトランジスタに関するものである。   The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor having an element portion composed of a collector, a base, and an emitter.

通信の高速化、大容量化に対する要求が高まっており、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Hetero-junction Bipolar Transistor;HBT)などの高周波半導体トランジスタの性能向上が求められている。また、近年では、ミリ波やテラヘルツ帯と呼ばれる、〜1THz程度の帯域で動作させるICにおいても、特に高周波特性の優れたInP系HBTを用いる研究が盛んに行われている。   There is an increasing demand for high-speed communication and large capacity, and there is a demand for improved performance of high-frequency semiconductor transistors such as heterojunction bipolar transistors (HBTs). In recent years, research using an InP-based HBT having particularly excellent high-frequency characteristics has been actively conducted in an IC that operates in a band of about 1 THz, which is called a millimeter wave or a terahertz band.

トランジスタの高周波特性を評価する指標として、電流利得遮断周波数(Current Gain Cut-off Frequency)fTと、最大発振周波数(Maximum Oscillation frequency)fmaxがある。fTは次のような式で表現される。 As an index for evaluating the high-frequency characteristics of the transistor, there are a current gain cut-off frequency f T and a maximum oscillation frequency f max . f T is expressed by the following equation.

Figure 2017022279
Figure 2017022279

上記式において、τEはエミッタ充電時間、τBはベース走行時間、τCはコレクタ走行時間、τCCはコレクタ充電時間である。τEおよびτCCは、エミッタやコレクタのコンタクト抵抗や容量によって表される。従ってfTの向上のために、素子面積を小さくして容量を低減させることや、高濃度にドーピングしたコンタクトによってコンタクト抵抗を低減することが重要である。また、τBおよびτCは、ベース、コレクタを、電子が通過するために必要な時間を表しており、さらなるfTの向上にはこれら走行時間の短縮が必要である。 In the above equation, τ E is the emitter charging time, τ B is the base traveling time, τ C is the collector traveling time, and τ CC is the collector charging time. τ E and τ CC are expressed by the contact resistance and capacitance of the emitter and collector. Therefore, in order to improve f T , it is important to reduce the capacitance by reducing the element area, or to reduce the contact resistance by a highly doped contact. Further, τ B and τ C represent the time required for electrons to pass through the base and collector, and it is necessary to shorten these travel times in order to further improve f T.

またfmaxに関しては、次の式で表すことができる。 Further, f max can be expressed by the following equation.

Figure 2017022279
Figure 2017022279

上記式において、RBはベース抵抗、CBCはベース−コレクタ間の容量である。これらを低減することが、さらなるfmax向上に必要である。特にベース抵抗については、エミッタ直下のベースの真性抵抗、ベース電極からキャリアが流れる領域までのアクセス抵抗、およびベース電極とのコンタクト抵抗の和によって表される。fmaxを向上させるためには、高濃度ドーピングされたベースによって、真性抵抗を低減することも1つの手段ではあるが、電流利得がドーピング濃度の増大によって低下するために、むやみにドーピング濃度を高めることは望まれない。従って、コンタクト抵抗などの他の成分を小さくすることによってfmaxを向上させる手段が求められる。 In the above formula, R B is the base resistance, and C BC is the capacitance between the base and the collector. It is necessary to further reduce f max to reduce these. In particular, the base resistance is represented by the sum of the intrinsic resistance of the base immediately under the emitter, the access resistance from the base electrode to the region where carriers flow, and the contact resistance with the base electrode. In order to improve f max , reducing the intrinsic resistance with a heavily doped base is one means, but since the current gain decreases with increasing doping concentration, the doping concentration is increased unnecessarily. I don't want it. Accordingly, there is a need for means for improving f max by reducing other components such as contact resistance.

ところで、上述したような化合物半導体装置は、まず、有機金属化学気相堆積(MOCVD)や分子線エピタキシ(MBE)などのエピタキシャル成長法により、InPなどの基板上に、所定の層を積層することで作製している。例えばInP系のHBTにおいては、一般に、InP基板の上に、サブコレクタ形成層、コレクタ形成層、ベース形成層、エミッタ形成層、エミッタコンタクト形成層などの所望の化合物半導体による層構造を積層する。   By the way, in the compound semiconductor device as described above, a predetermined layer is first laminated on a substrate such as InP by an epitaxial growth method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). I am making it. For example, in an InP-based HBT, a layer structure of a desired compound semiconductor such as a subcollector formation layer, a collector formation layer, a base formation layer, an emitter formation layer, and an emitter contact formation layer is generally stacked on an InP substrate.

このような積層構造に対し、公知のリソグラフィ技術により形成したレジストパターンを用い、エッチング技術によりレジストパターンをマスクとしてパターニングを施し、エミッタメサ,ベースメサなどのメサ構造を作製する。エッチング選択性の高いエッチャントを用い、所望の半導体層のみをエッチングして必要な層を残すことで、比較的容易に上述したメサ構造が作製可能である。このようにメサ構造を作製し、エミッタコンタクト電極、ベースコンタクト電極、コレクタコンタクト電極を、高真空蒸着法などにより形成することでHBTを作製する。   Such a laminated structure is patterned by using a resist pattern formed by a known lithography technique and using the resist pattern as a mask by an etching technique to produce a mesa structure such as an emitter mesa or a base mesa. By using an etchant with high etching selectivity and etching only a desired semiconductor layer to leave a necessary layer, the above-described mesa structure can be manufactured relatively easily. Thus, the mesa structure is manufactured, and the emitter contact electrode, the base contact electrode, and the collector contact electrode are formed by a high vacuum deposition method or the like to manufacture the HBT.

HBTのfTを高めるための構造としては、いわゆる組成傾斜ベース構造があげられる。この構造は、ベース層のバンドギャップをベース層内で連続的に変化させており、これにより擬似電界を誘起してエミッタ側から走行する電子をベース層内で加速し、ベース層内での走行時間、すなわちτB+τCを短縮させている。 As a structure for increasing the HBT of f T, the so-called gradient composition base structure and the like. In this structure, the band gap of the base layer is continuously changed in the base layer, thereby inducing a pseudo electric field and accelerating electrons traveling from the emitter side in the base layer, and traveling in the base layer. The time, that is, τ B + τ C is shortened.

例えばInGaAsをベース層に適用する場合、この材料のバンドギャップが、In組成を高めるほど小さくなる傾向にあることを利用し、ベース層のエミッタ層側からコレクタ層に近い側にかけて、固相In組成を小さい状態から大きい状態に変化させる。このようにすることで、ベース層のバンドギャップは、エミッタ側からコレクタ側にかけて、バンドギャップが大きい状態から小さい状態へと変化する。このようなバンドギャップの変化に伴い、ベース層内には擬似的に電界が印加され、エミッタから注入された電子は加速される。この擬似電界の効果により、τB+τCが短縮され、ベース層に組成傾斜を有さない場合よりも高いfTを得ることができる(非特許文献1参照)。 For example, when InGaAs is applied to the base layer, the solid phase In composition is increased from the emitter layer side to the collector layer side of the base layer by utilizing the fact that the band gap of this material tends to decrease as the In composition increases. Is changed from a small state to a large state. By doing so, the band gap of the base layer changes from a large band gap to a small band from the emitter side to the collector side. Along with such a change in the band gap, a pseudo electric field is applied to the base layer, and electrons injected from the emitter are accelerated. Due to the effect of this pseudo electric field, τ B + τ C is shortened, and a higher f T can be obtained than when the base layer does not have a composition gradient (see Non-Patent Document 1).

このような組成傾斜構造は、ベース層材料をInGaAsに限定することなく、例えばGaAsSbでも、ベース層内でSbとAsの混合比を調整することで形成可能である(非特許文献2参照)。   Such a composition gradient structure is not limited to InGaAs as a base layer material, and can be formed by adjusting the mixing ratio of Sb and As in the base layer, for example, even with GaAsSb (see Non-Patent Document 2).

また、擬似電界を生じさせる技術としては、組成傾斜に限らず、例えばベース層内でのドーピング濃度の変化によっても形成可能である。ベース層のドーピング濃度が高くなると、縮退した半導体ではフェルミエネルギーが価電子帯の内側に入り、その分熱平衡状態での伝導帯エネルギーが上昇する。従って、材料のバンドギャップを変化させることなく、ベース層のドーピング濃度をエミッタ側からコレクタ側へと小さくなるようにすることで、擬似電界を誘起することができる(非特許文献3参照)。   Further, the technique for generating the pseudo electric field is not limited to the composition gradient, and for example, it can be formed by changing the doping concentration in the base layer. When the doping concentration of the base layer increases, Fermi energy enters the valence band in the degenerate semiconductor, and the conduction band energy in the thermal equilibrium state increases accordingly. Therefore, a pseudo electric field can be induced by reducing the doping concentration of the base layer from the emitter side to the collector side without changing the band gap of the material (see Non-Patent Document 3).

上述のような傾斜層は、主としてfTを向上させるための構造的工夫である。一方のfmaxの向上については、前述のように、ベース電極とベース層のコンタクト抵抗の低減が有効である。この1つの手法として、外部ベース層をエピタキシャル再成長によって形成する技術が報告されている。この技術について、図6を用いて説明する。 Graded layer as described above, a structural contrivance order to mainly improve f T. On the other hand, for improving f max , as described above, it is effective to reduce the contact resistance between the base electrode and the base layer. As one of the techniques, a technique for forming an external base layer by epitaxial regrowth has been reported. This technique will be described with reference to FIG.

図6に示すHBTは、基板601と、基板601の上に形成されたバッファ層602と、バッファ層602の上に形成されたサブコレクタ層603と、サブコレクタ層603の上に形成されたコレクタ層604と、コレクタ層604の上に形成されたベース層605と、ベース層605の上に形成されたエミッタ層607と、エミッタ層607の上に形成されたエミッタコンタクト層608とを備える。   The HBT shown in FIG. 6 includes a substrate 601, a buffer layer 602 formed on the substrate 601, a subcollector layer 603 formed on the buffer layer 602, and a collector formed on the subcollector layer 603. A layer 604; a base layer 605 formed on the collector layer 604; an emitter layer 607 formed on the base layer 605; and an emitter contact layer 608 formed on the emitter layer 607.

また、エミッタコンタクト層608の上には、エミッタ電極611が形成されている。また、エミッタ層607およびエミッタコンタクト層608によるエミッタメサの周囲のベース層605の上に、再成長外部ベース層606を介してベース電極612が形成されている。また、コレクタ層604、ベース層605によるコレクタメサ周囲のサブコレクタ層603の上にコレクタ電極613が形成されている。   An emitter electrode 611 is formed on the emitter contact layer 608. Further, a base electrode 612 is formed on the base layer 605 around the emitter mesa by the emitter layer 607 and the emitter contact layer 608 via a regrown external base layer 606. A collector electrode 613 is formed on the subcollector layer 603 around the collector mesa formed by the collector layer 604 and the base layer 605.

一般的なHBTでは、エミッタメサを形成後、選択ウェットエッチングなどによってベース層表面を露出させ、ベース層表面に接するようにベース電極を形成する。これに対し、上述したHBTは、再成長によって形成した再成長外部ベース層606の上にベース電極612を形成している。この構造においては、エミッタメサを形成してベース層605の表面を露出させたのちに、より高い正孔濃度にドープされた再成長外部ベース層606を選択再成長によって形成する。   In a general HBT, after forming an emitter mesa, the base layer surface is exposed by selective wet etching or the like, and a base electrode is formed so as to be in contact with the base layer surface. In contrast, the above-described HBT has a base electrode 612 formed on a regrowth external base layer 606 formed by regrowth. In this structure, an emitter mesa is formed to expose the surface of the base layer 605, and then a regrowth outer base layer 606 doped to a higher hole concentration is formed by selective regrowth.

再成長外部ベース層606の再成長において、既に形成したエミッタ電極611,エミッタメサ構造、およびベース電極612を形成しない領域などには結晶成長させないようにする目的で、SiNxなどによってあらかじめマスク621を形成しておく。 In the regrowth of the regrowth external base layer 606, a mask 621 is formed in advance with SiN x or the like for the purpose of preventing crystal growth in the emitter electrode 611, emitter mesa structure, and the region where the base electrode 612 is not formed. Keep it.

このより高い正孔濃度にドープされた再成長外部ベース層606の上に、ベース電極612を形成することで、ベース電極612と再成長外部ベース層606とのコンタクト抵抗を低減することができ、HBTのfmaxを向上させることができる。 By forming the base electrode 612 on the regrowth external base layer 606 doped to this higher hole concentration, the contact resistance between the base electrode 612 and the regrowth external base layer 606 can be reduced, The f max of HBT can be improved.

通常のHBTは、電流利得とベース層の真性抵抗がトレードオフの関係にあり、真性抵抗の低下に従い、電流利得も低下する。一方で、fmaxの向上には、ベース抵抗の低減が必要である。従って、一般的にfmaxと電流利得とは、トレードオフの関係となる。図6を用いて説明したHBTの構造においては、エミッタ層の直下のデバイス構造は、従来の構造と変わらない。このため、このHBTの電流利得は、再成長外部ベース層606を再成長しない構造とほぼ同等となる。このため外部ベース再成長構造は、電流利得を損なうことなく、fmaxを向上させることができる有効な手法である(非特許文献4参照)。 In a normal HBT, the current gain and the intrinsic resistance of the base layer are in a trade-off relationship, and the current gain decreases as the intrinsic resistance decreases. On the other hand, to improve f max , it is necessary to reduce base resistance. Therefore, in general, f max and current gain have a trade-off relationship. In the structure of the HBT described with reference to FIG. 6, the device structure immediately below the emitter layer is the same as the conventional structure. For this reason, the current gain of this HBT is almost equivalent to the structure in which the regrowth external base layer 606 is not regrown. Therefore, the external base regrowth structure is an effective method that can improve f max without impairing the current gain (see Non-Patent Document 4).

次に、別の構成について図7を用いて説明する。図7に示すHBTは、基板701と、基板701の上に形成されたバッファ層702と、バッファ層702の上に形成されたサブコレクタ層703と、サブコレクタ層703の上に形成されたコレクタ層704と、コレクタ層704の上に形成された第1ベース層705と、第1ベース層705の上に形成された第2ベース層706と、第2ベース層706の上に形成されたエミッタ層707と、エミッタ層707の上に形成されたエミッタコンタクト層708とを備える。   Next, another configuration will be described with reference to FIG. 7 includes a substrate 701, a buffer layer 702 formed on the substrate 701, a subcollector layer 703 formed on the buffer layer 702, and a collector formed on the subcollector layer 703. Layer 704, first base layer 705 formed on collector layer 704, second base layer 706 formed on first base layer 705, and emitter formed on second base layer 706 A layer 707 and an emitter contact layer 708 formed on the emitter layer 707 are provided.

エミッタコンタクト層708の上には、エミッタ電極711が形成されている。また、エミッタ層707およびエミッタコンタクト層708によるエミッタメサの周囲の第2ベース層706の上にベース電極712が形成されている。また、コレクタ層704、第1ベース層705、および第2ベース層706によるコレクタメサ周囲のサブコレクタ層703の上にコレクタ電極713が形成されている。   An emitter electrode 711 is formed on the emitter contact layer 708. A base electrode 712 is formed on the second base layer 706 around the emitter mesa by the emitter layer 707 and the emitter contact layer 708. A collector electrode 713 is formed on the sub-collector layer 703 around the collector mesa by the collector layer 704, the first base layer 705, and the second base layer 706.

このHBTでは、エミッタ層707に近い、厚さ数nmとした第2ベース層706の不純物濃度を通常(第1ベース層705)よりも高いpドーピング状態としている。この構造には様々な用途があるが、1つは電流利得を大きく損なうことなく、低いベースコンタクト抵抗を実現し、これにより高いfmaxを実現することである。エミッタ層に近い第2ベース層706だけを高濃度ドーピングすることで、ベース層全体の平均のシート抵抗は大きく下げずに、ベース電極712とのコンタクト抵抗を低減することができるため、結果的にfmaxの向上が可能である(非特許文献5参照)。 In this HBT, the impurity concentration of the second base layer 706 having a thickness of several nanometers close to the emitter layer 707 is set to a p-doped state higher than that of the normal (first base layer 705). There are various uses for this structure, one is to achieve a low base contact resistance without significantly degrading the current gain, thereby achieving a high f max . By doping only the second base layer 706 close to the emitter layer at a high concentration, the contact resistance with the base electrode 712 can be reduced without significantly reducing the average sheet resistance of the entire base layer. It is possible to improve f max (see Non-Patent Document 5).

上記の報告は、InGaAsをベース層に用いているが、GaAsSbをベース層に有するHBTにおいても、同様の構造が報告されている。特にこの報告では、ベース層のうち、エミッタ層に近い厚さ4nm程度の領域を、As組成が高く、かつ高濃度ドーピングされた層とすることで、上記のベースコンタクト抵抗低減効果と合わせて、ベース層内での擬似電界制御にも用いている(非特許文献6参照)。   Although the above report uses InGaAs for the base layer, a similar structure has also been reported for HBTs having GaAsSb for the base layer. In particular, in this report, a region having a thickness of about 4 nm close to the emitter layer in the base layer is a layer having a high As composition and a high concentration, in combination with the above base contact resistance reduction effect. It is also used for pseudo electric field control in the base layer (see Non-Patent Document 6).

W. Snodgrass, W. Hafez, N. Harff, and M. Feng, "Pseudomorphic InP/InGaAs Heterojunction Bipolar Transistors (PHBTs) Experimentally Demonstrating fT = 765 GHz at 25℃ Increasing to fT = 845 GHz at -55℃", IEEE Proceedings of IEDM, pp.1-4, 2006.W. Snodgrass, W. Hafez, N. Harff, and M. Feng, "Pseudomorphic InP / InGaAs Heterojunction Bipolar Transistors (PHBTs) Experimentally Demonstrating fT = 765 GHz at 25 ℃ Increasing to fT = 845 GHz at -55 ℃", IEEE Proceedings of IEDM, pp.1-4, 2006. H. G. Liu, O. Ostinelli, Y. Zeng, and C. R. Bolognesi, "600 GHz InP/GaAsSb/InP DHBTs Grown by MOCVD with a Ga(As,Sb) Graded-Base and fT x BVCEO > 2.5 THz-V at Room Temperature", IEEE Proceedings of IEDM, pp.667-670, 2007.HG Liu, O. Ostinelli, Y. Zeng, and CR Bolognesi, "600 GHz InP / GaAsSb / InP DHBTs Grown by MOCVD with a Ga (As, Sb) Graded-Base and fT x BVCEO> 2.5 THz-V at Room Temperature ", IEEE Proceedings of IEDM, pp.667-670, 2007. H. Xu, B. Wu, E. W. Iverson, T. S. Low, and M. Feng, "0.5 THz Performance of a Type-II DHBT With a Doping-Graded and Constant-Composition GaAsSb Base", IEEE Electron Device Letter, vol.35, no.1, pp.24-26,2014.H. Xu, B. Wu, EW Iverson, TS Low, and M. Feng, "0.5 THz Performance of a Type-II DHBT With a Doping-Graded and Constant-Composition GaAsSb Base", IEEE Electron Device Letter, vol.35 , no.1, pp.24-26,2014. M. Ida, S. Yamahata, K. Kurishima, H. Ito, T. Kobayashi, and Y. Matsuoka, "Enhancement of fmax in InP/InGaAs HBT's by Selective MOCVD Growth of Heavily-Doped Extrinsic Base Regions", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, vol.43, no.11, pp.1812-1818, 1996.M. Ida, S. Yamahata, K. Kurishima, H. Ito, T. Kobayashi, and Y. Matsuoka, "Enhancement of fmax in InP / InGaAs HBT's by Selective MOCVD Growth of Heavily-Doped Extrinsic Base Regions", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, vol.43, no.11, pp.1812-1818, 1996. M. J. W. Rodwell, J. Rode, H. W. Chiang, P. Choudhary, T. Reed, E. Bloch, S. Danesgar, H-C Park, A. C. Gossard, B. J. Thibeault, W. Mitchell, M. Urteaga, Z. Griffith, J. Hacker, M. Seo, B. Brar, "THz INDIUM PHOSPHIDE BIPOLAR TRANSISTOR TECHNOLOGY", IEEE Proceedings of CSICS 2012, pp.1-4.MJW Rodwell, J. Rode, HW Chiang, P. Choudhary, T. Reed, E. Bloch, S. Danesgar, HC Park, AC Gossard, BJ Thibeault, W. Mitchell, M. Urteaga, Z. Griffith, J. Hacker , M. Seo, B. Brar, "THz INDIUM PHOSPHIDE BIPOLAR TRANSISTOR TECHNOLOGY", IEEE Proceedings of CSICS 2012, pp.1-4. R. Lovblom, R. Fluckiger, O. Ostinelli, M. Alexandrova, C. Bolognesi, "Base Design for High‐Speed InP/GaAsSb DHBTs", The 26th International Conferance on Indium Phosphide and Related Materials, 2014, Th-D2-3.R. Lovblom, R. Fluckiger, O. Ostinelli, M. Alexandrova, C. Bolognesi, "Base Design for High-Speed InP / GaAsSb DHBTs", The 26th International Conferance on Indium Phosphide and Related Materials, 2014, Th-D2- 3. H. -W. Chiang, J. C. Rode, P. Choudhary, and M. J. W. Rodwell, "Optimization of direct current performance in terahertz InGaAs/InP doubleheterojunction bipolar transistors", Journal of Applied Physics, vol.116, 164509, 2014.H. -W. Chiang, J. C. Rode, P. Choudhary, and M. J. W. Rodwell, "Optimization of direct current performance in terahertz InGaAs / InP doubleheterojunction bipolar transistors", Journal of Applied Physics, vol.116, 164509, 2014. T. Hoshi, N. Kashio, H. Sugiyama, H. Yokoyama, K. Kurishima, M. Ida, H. Matsuzaki, and H. Gotoh, "A simple method for forming compositionally graded InxGa1-xAs1-ySby base of double-heterojunction bipolar transistors modulating CBr4-doping-precursor flow in metalorganic chemical vapor deposition", Applied Physics Express, vol.7, 114102, 2014.T. Hoshi, N. Kashio, H. Sugiyama, H. Yokoyama, K. Kurishima, M. Ida, H. Matsuzaki, and H. Gotoh, "A simple method for forming compositionally graded InxGa1-xAs1-ySby base of double- heterojunction bipolar transistors modulating CBr4-doping-precursor flow in metalorganic chemical vapor deposition ", Applied Physics Express, vol.7, 114102, 2014. T. Hoshi, N. Kashio, H. Sugiyama, H. Yokoyama, K. Kurishima, M. Ida, H. Matsuzaki, and M. Kohtoku, "Impact of strained GaAs spacer between InP emitter and GaAs1-ySby base on structural properties and electrical characteristics of MOCVD-grown InP/GaAs1-ySby/InP DHBTs", Journal of Crystal Growth, vol.395,pp.31-37, 2014.T. Hoshi, N. Kashio, H. Sugiyama, H. Yokoyama, K. Kurishima, M. Ida, H. Matsuzaki, and M. Kohtoku, "Impact of strained GaAs spacer between InP emitter and GaAs1-ySby base on structural properties and electrical characteristics of MOCVD-grown InP / GaAs1-ySby / InP DHBTs ", Journal of Crystal Growth, vol.395, pp.31-37, 2014.

上述したように、従来より、HBTのfmaxを向上させるために、外部ベース領域に高正孔濃度の再成長外部ベース層を選択再成長する技術や、あらかじめエミッタ層に近い領域の正孔濃度を高めた第2ベース層を導入する技術が提案されている。しかしながら、いずれの技術においても、電流利得の低下や再現性などの観点から以下に示す課題がある。 As described above, conventionally, in order to improve the f max of HBT, a technique for selectively re-growing an external base layer having a high hole concentration in the external base region, or a hole concentration in a region close to the emitter layer in advance. Techniques have been proposed for introducing a second base layer with an increased height. However, both techniques have the following problems from the viewpoint of reduction in current gain and reproducibility.

再成長外部ベース層を用いるするHBT構造においては、電流利得を損なうことなく、ベースコンタクト抵抗を低減させ、高いfmaxと電流利得との両立が可能であるが、再成長技術を用いるために、再成長外部ベース層の固相組成やドーピング濃度の均一性や再現性に課題が生ずる。 In an HBT structure using a regrowth external base layer, it is possible to reduce the base contact resistance without compromising the current gain and to achieve both high f max and current gain, but in order to use the regrowth technique, Problems arise in the uniformity and reproducibility of the solid phase composition and doping concentration of the regrown external base layer.

高正孔濃度の第2ベース層を、ベース層のエミッタ層に近い領域に形成する構造においては、再成長を用いないので、再成長を用いる場合に比較して再現性や均一性は問題とならない。しかしながら、エミッタ層に近い領域に高い正孔濃度の領域を形成するために、エミッタ−ベース界面での再結合電流の増大による電流利得の低下が引き起こされる。このため、この技術は、コンタクト抵抗低減によるfmaxの向上が見込めるものの、再成長を用いる技術に比較して電流利得の低下が引き起こされてしまう(非特許文献7参照)。 In the structure in which the second base layer having a high hole concentration is formed in a region close to the emitter layer of the base layer, regrowth is not used, so reproducibility and uniformity are problems compared to the case of using regrowth. Don't be. However, in order to form a region having a high hole concentration in a region close to the emitter layer, a decrease in current gain is caused by an increase in recombination current at the emitter-base interface. For this reason, although this technique can be expected to improve f max by reducing the contact resistance, the current gain is reduced as compared with the technique using regrowth (see Non-Patent Document 7).

これらのように、従来の技術では、製造上の均一性や再現性の低下を招き、一方で、電流利得の低下が引き起こされるという問題があった。   As described above, the conventional techniques have a problem that the manufacturing uniformity and reproducibility are reduced, while the current gain is reduced.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、製造上の均一性や再現性の低下を招くことなく、かつ電流利得の低下を引き起こすことなく、最大発振周波数が向上できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the maximum oscillation frequency is reduced without causing deterioration in manufacturing uniformity and reproducibility and without causing reduction in current gain. The purpose is to be able to improve.

本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、InPから構成された基板と、基板の上に形成されたIII−V族化合物半導体からなるコレクタ層と、Ga,As,Sbを含み炭素がドープされたp型のIII−V族化合物半導体から構成されてコレクタ層の上に形成された第1ベース層と、Ga,As,Sbを含み炭素がドープされたp型のIII−V族化合物半導体から構成されて第1ベース層の上に接して形成されたベースコンタクト層と、In,Ga,As,Sbを含み炭素がドープされたp型のIII−V族化合物半導体から構成されてベースコンタクト層の上に接して形成された第2ベース層と、第2ベース層の上に形成されたIII−V族化合物半導体からなるエミッタ層と、エミッタ層に接続するエミッタ電極と、エミッタ層の周囲でベースコンタクト層に接続するベース電極と、コレクタ層に接続するコレクタ電極とを備え、ベースコンタクト層は、第1ベース層および第2ベース層より高い正孔濃度とされ、ベースコンタクト層は、正孔濃度が1×1021cm-3以下とされ、第1ベース層および第2ベース層は、正孔濃度が1×1019cm-3以上とされている。 A heterojunction bipolar transistor according to the present invention includes a substrate made of InP, a collector layer made of a III-V group compound semiconductor formed on the substrate, and a p doped with carbon containing Ga, As, and Sb. A first base layer made of a type III-V compound semiconductor and formed on a collector layer, and a p-type group III-V compound semiconductor doped with carbon containing Ga, As, Sb A base contact layer formed on and in contact with the first base layer, and a p-type III-V group compound semiconductor containing In, Ga, As, and Sb and doped with carbon. A second base layer formed in contact with the first base layer, an emitter layer made of a III-V group compound semiconductor formed on the second base layer, an emitter electrode connected to the emitter layer, an emitter A base electrode connected to the base contact layer around the contact layer and a collector electrode connected to the collector layer, wherein the base contact layer has a higher hole concentration than the first base layer and the second base layer; The contact layer has a hole concentration of 1 × 10 21 cm −3 or less, and the first base layer and the second base layer have a hole concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベース電極とエミッタ層の間に配置された第2ベース層を備えるようにするとよい。   The heterojunction bipolar transistor may include a second base layer disposed between the base electrode and the emitter layer.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ベースコンタクト層は厚さが1nm以上5nm以下とされていればよい。   In the heterojunction bipolar transistor, the base contact layer may have a thickness of 1 nm to 5 nm.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、第1ベース層および第2ベース層はInGaAsSbから構成され、ベースコンタクト層は、GaAsSbから構成されていればよい。   In the heterojunction bipolar transistor, the first base layer and the second base layer may be made of InGaAsSb, and the base contact layer may be made of GaAsSb.

以上説明したことにより、本発明によれば、製造上の均一性や再現性の低下を招くことなく、かつ電流利得の低下を引き起こすことなく、最大発振周波数が向上できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that the maximum oscillation frequency can be improved without causing deterioration in manufacturing uniformity and reproducibility and without causing reduction in current gain. .

図1は、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heterojunction bipolar transistor according to an embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining a method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor in an embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図2Cは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 2C is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図2Dは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 2D is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図2Eは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 2E is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Aは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Bは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Cは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Dは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 3D is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図4Aは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図4Bは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図4Cは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。FIG. 4C is a cross-sectional view showing a state in an intermediate step for explaining the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図5は、実際に作製したHBTのベースコンタクト抵抗を、ベースドーピング濃度に対してプロットして示した特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram in which the base contact resistance of the actually fabricated HBT is plotted against the base doping concentration. 図6は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the heterojunction bipolar transistor. 図7は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the heterojunction bipolar transistor.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構成を示す断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heterojunction bipolar transistor (HBT) in an embodiment of the present invention.

このHBTは、基板101と、基板101の上に形成されたバッファ102と、バッファ層102の上に形成されたサブコレクタ層103と、サブコレクタ層103の上に形成されたコレクタ層104と、コレクタ層104の上に形成された第1ベース層105と、第1ベース層105の上に接して形成されたベースコンタクト層106と、ベースコンタクト層106の上に接して形成された第2ベース層107と、第2ベース層107の上に形成されたエミッタ層108と、エミッタ層108の上に形成されたエミッタコンタクト層109とを備える。   The HBT includes a substrate 101, a buffer 102 formed on the substrate 101, a subcollector layer 103 formed on the buffer layer 102, a collector layer 104 formed on the subcollector layer 103, First base layer 105 formed on collector layer 104, base contact layer 106 formed on and in contact with first base layer 105, and second base formed on and in contact with base contact layer 106 A layer 107; an emitter layer 108 formed on the second base layer 107; and an emitter contact layer 109 formed on the emitter layer 108.

エミッタコンタクト層109の上には、エミッタ電極111が形成されている。実施の形態において、エミッタ電極111は、エミッタコンタクト層109を介してエミッタ層108に接続されている。また、第2ベース層107,エミッタ層108,およびエミッタコンタクト層109によるエミッタメサ(エミッタ層108)の周囲のベースコンタクト層106に接続してベース電極112が形成されている。また、コレクタ層104、第1ベース層105、およびベースコンタクト層106によるコレクタメサ周囲のサブコレクタ層103の上にコレクタ電極113が形成されている。バッファ層102およびサブコレクタ層103は、所定のメサ形状とされ、素子分離されている。このメサよりコレクタメサは小さい面積とされ、コレクタメサよりエミッタメサは小さい面積とされている。   An emitter electrode 111 is formed on the emitter contact layer 109. In the embodiment, the emitter electrode 111 is connected to the emitter layer 108 via the emitter contact layer 109. Further, a base electrode 112 is formed in connection with the base contact layer 106 around the emitter mesa (emitter layer 108) by the second base layer 107, the emitter layer 108, and the emitter contact layer 109. A collector electrode 113 is formed on the subcollector layer 103 around the collector mesa by the collector layer 104, the first base layer 105, and the base contact layer 106. The buffer layer 102 and the subcollector layer 103 have a predetermined mesa shape and are isolated from each other. The collector mesa has a smaller area than this mesa, and the emitter mesa has a smaller area than the collector mesa.

また、基板101は、例えば、鉄をドープすることで半絶縁性としたInPから構成され、バッファ層102は、InPから構成されている。また、サブコレクタ層103は、n型不純物が高濃度(1×1019cm-3以上)に添加されたInP、またはn型不純物が高濃度(1×1019cm-3以上)に添加されたInGaAsから構成されている。 The substrate 101 is made of, for example, InP made semi-insulating by doping iron, and the buffer layer 102 is made of InP. Further, the sub-collector layer 103, InP n-type impurity is added at high concentration (1 × 10 19 cm -3 or higher) or n-type impurity, is added at a high concentration (1 × 10 19 cm -3 or higher) InGaAs.

また、コレクタ層104は、n型のInPから構成され、エミッタ層108は、n型不純物が1×1016〜1018cm-3の範囲に添加されたInPから構成され、層厚10〜100nm程度とされている。エミッタコンタクト層109は、n型不純物が高濃度(1×1019cm-3以上)に添加されたInGaAsから構成されている。 The collector layer 104 is made of n-type InP, and the emitter layer 108 is made of InP to which an n-type impurity is added in the range of 1 × 10 16 to 10 18 cm −3 and has a layer thickness of 10 to 100 nm. It is said to be about. The emitter contact layer 109 is made of InGaAs to which an n-type impurity is added at a high concentration (1 × 10 19 cm −3 or more).

また、エミッタ電極111,ベース電極112,コレクタ電極113は、Ti,Pt,Au,Wなどの金属材料から構成されている。   The emitter electrode 111, the base electrode 112, and the collector electrode 113 are made of a metal material such as Ti, Pt, Au, or W.

また、第1ベース層105は、炭素がドープされたp型のInGaAsSbから構成され、ベースコンタクト層106は、炭素がドープされたp型のGaAsSbから構成され、第2ベース層107は、炭素がドープされたp型のInGaAsSbから構成されている。本発明では、後述するように、第2ベース層107が、InGaAsSbから構成されていることが重要である。第1ベース層105およびベースコンタクト層106は、GaAsSbから構成されていれば良い。特に、ベースコンタクト層106は、GaAsSbから構成した方が良い。一方、第1ベース層105は、InGaAsSbから構成して後述する組成傾斜構造とした方がより良い。   The first base layer 105 is made of p-type InGaAsSb doped with carbon, the base contact layer 106 is made of p-type GaAsSb doped with carbon, and the second base layer 107 is made of carbon. It is made of doped p-type InGaAsSb. In the present invention, as described later, it is important that the second base layer 107 is made of InGaAsSb. The first base layer 105 and the base contact layer 106 may be made of GaAsSb. In particular, the base contact layer 106 is preferably made of GaAsSb. On the other hand, the first base layer 105 is preferably composed of InGaAsSb and has a composition gradient structure described later.

ここで、ベースコンタクト層106は、第1ベース層105および第2ベース層107より高い正孔濃度(平均の濃度)とされ、ベースコンタクト層106は、正孔濃度が1×1021cm-3以下とされ、第1ベース層105および第2ベース層107は、正孔濃度が1×1019cm-3以上とされていることが重要である。第1ベース層105の正孔濃度をp1、第2ベース層107の正孔濃度をp2、ベースコンタクト層106の正孔濃度をpcとすると、「1×1019cm-3<p1、p2<pc<1×1021cm-3」となっていれば良い。 Here, the base contact layer 106 has a higher hole concentration (average concentration) than the first base layer 105 and the second base layer 107, and the base contact layer 106 has a hole concentration of 1 × 10 21 cm −3. It is important that the first base layer 105 and the second base layer 107 have a hole concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more. When the hole concentration of the first base layer 105 is p1, the hole concentration of the second base layer 107 is p2, and the hole concentration of the base contact layer 106 is pc, “1 × 10 19 cm −3 <p1, p2 < pc <1 × 10 21 cm −3 ”.

また、実施の形態では、第1ベース層105は、積層方向にベースコンタクト層106に近い領域ほど、In組成およびSb組成が低くされて大きなバンドギャップとされている(組成傾斜)。加えて、第1ベース層105は、炭素のドーピング濃度も、積層方向にベースコンタクト層106に近い領域ほど、高い濃度とされている(ドーピング傾斜)。これらの傾斜構造は、非特許文献8に示される方法により形成可能である。   In the embodiment, the first base layer 105 has a larger band gap (composition gradient) as the region closer to the base contact layer 106 in the stacking direction has a lower In composition and Sb composition. In addition, the first base layer 105 has a higher carbon doping concentration in a region closer to the base contact layer 106 in the stacking direction (doping gradient). These inclined structures can be formed by the method shown in Non-Patent Document 8.

一方、第2ベース層107は、積層方向にIn組成およびSb組成は一定とされている。また、第2ベース層107は、層厚2nm程度とされていれば良い。ここで、正孔濃度の高いベースコンタクト層106を、エミッタ層108より離間させて電流利得を向上させる目的においては、第2ベース層107の厚さは、1nm以上あれば良い。   On the other hand, the second base layer 107 has a constant In composition and Sb composition in the stacking direction. The second base layer 107 only needs to have a layer thickness of about 2 nm. Here, in order to improve the current gain by separating the base contact layer 106 having a high hole concentration from the emitter layer 108, the thickness of the second base layer 107 may be 1 nm or more.

なお、ベースコンタクト層106の層厚は、2〜4nm程度であれば、十分にコンタクト抵抗低減効果を得ることができる。ベース電極112とベースコンタクト層106との間の電気的コンタクト抵抗を低減する目的においては、ベースコンタクト層106の厚さは1nmあれば良い。   If the thickness of the base contact layer 106 is about 2 to 4 nm, the contact resistance reduction effect can be sufficiently obtained. For the purpose of reducing the electrical contact resistance between the base electrode 112 and the base contact layer 106, the thickness of the base contact layer 106 may be 1 nm.

上述した実施の形態におけるHBTは、ベース電極112が、ベースコンタクト層106に接続して(接して)形成されている。ベースコンタクト層106は、正孔濃度が、第1ベース層105および第2ベース層107よりも高く設定されているため、ベース電極112とベースコンタクト層106とのコンタクト抵抗を低減することができる。   In the HBT in the above-described embodiment, the base electrode 112 is formed in contact with (in contact with) the base contact layer 106. Since the base contact layer 106 has a higher hole concentration than the first base layer 105 and the second base layer 107, the contact resistance between the base electrode 112 and the base contact layer 106 can be reduced.

また、実施の形態によれば、エミッタ層108と接するのは第2ベース層107である。第2ベース層107は、ベースコンタクト層106よりもドーピング濃度が低く設定されているため、非特許文献5、非特許文献6で示されるような第2ベース層107を介さない構造に比べて、エミッタ層108との界面近傍の正孔濃度が低く設定される。   In addition, according to the embodiment, the second base layer 107 is in contact with the emitter layer 108. Since the second base layer 107 is set to have a doping concentration lower than that of the base contact layer 106, compared to a structure without the second base layer 107 as shown in Non-Patent Document 5 and Non-Patent Document 6, The hole concentration in the vicinity of the interface with the emitter layer 108 is set low.

HBTの再結合電流は、エミッタ−ベース接合界面や、ベース層表面の露出している領域の影響が大きい。従って、非特許文献5,6のような、上記領域が高い正孔濃度にドープされている構造では、再結合電流の増大、すなわち電流利得の低下が引き起こされやすい。   The recombination current of the HBT is greatly influenced by the emitter-base junction interface and the exposed region of the base layer surface. Therefore, in the structure in which the region is doped with a high hole concentration as in Non-Patent Documents 5 and 6, an increase in recombination current, that is, a decrease in current gain is likely to be caused.

これに対し、実施の形態によれば、高い正孔濃度を有するベースコンタクト層106が、第2ベース層107と第1ベース層105とに挟まれてこれらの内部に埋め込まれる構造となっているため、上述した電流利得低下が引き起き難い。また、実施の形態によれば、エミッタ層108に接して配置される第2ベース層107をInGaAsSbから構成しているので、後述するように、エミッタ層に接するベース層がGaAsSbから構成されている場合に比較して、高い電流利得が得やすい。   On the other hand, according to the embodiment, the base contact layer 106 having a high hole concentration is sandwiched between the second base layer 107 and the first base layer 105 and embedded therein. For this reason, the above-described decrease in current gain is unlikely to occur. In addition, according to the embodiment, since the second base layer 107 disposed in contact with the emitter layer 108 is made of InGaAsSb, the base layer in contact with the emitter layer is made of GaAsSb as will be described later. Compared to the case, a high current gain is easily obtained.

これらのことにより、実施の形態によれば、電流利得の低下を引き起こすことなく、コンタクト抵抗低減によるfmaxの向上を達成することができる。 For these reasons, according to the embodiment, it is possible to achieve an increase in f max by reducing the contact resistance without causing a decrease in current gain.

次に、上述したHBTの製造方法について説明する。まず、図2Aに示すように、III−V族化合物半導体からなるコレクタ形成層204と、III−V族化合物半導体からなるエミッタ形成層208と、コレクタ形成層204とエミッタ形成層208との間に配置された第1ベース形成層205と、第1ベース形成層205とエミッタ形成層208との間において第1ベース形成層205に接して配置されたベースコンタクト形成層206と、第1ベース形成層205とエミッタ形成層208との間においてベースコンタクト形成層206に接して配置された第2ベース形成層207とからなる積層構造を、基板101の上に形成する。実施の形態では、基板101の側より、コレクタ形成層204,第1ベース形成層205,ベースコンタクト形成層206,第2ベース形成層207,エミッタ形成層208の順に形成している。各層の層厚は、適宜に設定する。   Next, the manufacturing method of HBT mentioned above is demonstrated. First, as shown in FIG. 2A, a collector formation layer 204 made of a III-V group compound semiconductor, an emitter formation layer 208 made of a group III-V compound semiconductor, and between the collector formation layer 204 and the emitter formation layer 208 A first base formation layer 205 disposed; a base contact formation layer 206 disposed in contact with the first base formation layer 205 between the first base formation layer 205 and the emitter formation layer 208; and a first base formation layer. A stacked structure including the second base formation layer 207 disposed in contact with the base contact formation layer 206 between the 205 and the emitter formation layer 208 is formed on the substrate 101. In the embodiment, the collector formation layer 204, the first base formation layer 205, the base contact formation layer 206, the second base formation layer 207, and the emitter formation layer 208 are formed in this order from the substrate 101 side. The layer thickness of each layer is set appropriately.

第1ベース形成層205は、炭素がドープされたp型のInGaAsSbから構成し、ベースコンタクト形成層206は、炭素がドープされたp型のGaAsSbから構成し、第2ベース形成層207は、炭素がドープされたp型のInGaAsSbから構成する。また、ベースコンタクト形成層206は、第1ベース形成層205および第2ベース形成層207より高い正孔濃度とする。また、ベースコンタクト形成層206、正孔濃度が1×1021cm-3以下とする。また、第1ベース形成層205および第2ベース形成層207は、正孔濃度を1×1019cm-3以上とする。 The first base formation layer 205 is composed of p-type InGaAsSb doped with carbon, the base contact formation layer 206 is composed of p-type GaAsSb doped with carbon, and the second base formation layer 207 is composed of carbon. P-type InGaAsSb doped with The base contact formation layer 206 has a higher hole concentration than the first base formation layer 205 and the second base formation layer 207. The base contact formation layer 206 has a hole concentration of 1 × 10 21 cm −3 or less. The first base formation layer 205 and the second base formation layer 207 have a hole concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more.

実施の形態では、基板101の上に、InPからなるバッファ形成層202、n型不純物が1×1019cm-3以上添加されたInP、またはn型不純物が1×1019cm-3以上添加されたInGaAsからなるサブコレクタ形成層203の上に、上述した積層構造を形成する。また、n型不純物が1×1016〜1018cm-3の範囲に添加されたInPかなるエミッタ形成層208の上には、n型不純物が1×1019cm-3以上添加されたInGaAsからなるエミッタコンタクト形成層209を形成している。 Added in the embodiment, on the substrate 101, a buffer layer 202 made of InP, InP n-type impurity is added 1 × 10 19 cm -3 or more, or n-type impurity, is 1 × 10 19 cm -3 or more On the subcollector formation layer 203 made of InGaAs, the above-described stacked structure is formed. On the emitter forming layer 208 made of InP to which n-type impurities are added in the range of 1 × 10 16 to 10 18 cm −3 , InGaAs to which n-type impurities are added at 1 × 10 19 cm −3 or more. An emitter contact formation layer 209 is formed.

上述した各半導体層は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)または分子線エピタキシャル成長法(MBE)などにより、順次に成長させていけばよい。   Each semiconductor layer described above may be grown sequentially by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE).

上述した積層構造を形成した後、図2Bに示すように、エミッタコンタクト形成層209の上にエミッタ電極材料を堆積して金属膜を形成し、この金属膜を公知のリソグラフィ技術などによりパターニングしてエミッタ電極111を形成する。   After forming the above laminated structure, as shown in FIG. 2B, an emitter electrode material is deposited on the emitter contact formation layer 209 to form a metal film, and this metal film is patterned by a known lithography technique or the like. An emitter electrode 111 is formed.

次に、エミッタ電極111をマスクとし、エミッタコンタクト形成層209,エミッタ形成層208を、公知のエッチング技術によりパターニングし、図2Cに示すように、エミッタ層108、エミッタコンタクト層109によるエミッタメサを形成する。この段階においては、エミッタメサの周囲に、第2ベース形成層207の上面が露出する。   Next, using the emitter electrode 111 as a mask, the emitter contact formation layer 209 and the emitter formation layer 208 are patterned by a known etching technique to form an emitter mesa by the emitter layer 108 and the emitter contact layer 109 as shown in FIG. 2C. . In this stage, the upper surface of the second base formation layer 207 is exposed around the emitter mesa.

例えば、クエン酸などのInGaAsをよくエッチングし、InPをあまりエッチングしない、といった選択性の高いエッチャントを用いてウェットエッチングすることにより、エミッタコンタクト形成層209をパターニングしてエミッタコンタクト層109を形成すれば良い。また、InPをよくエッチングし、InGaAsSbをあまりエッチングしない選択性の高いエッチャントを用いてウェットエッチングすることにより、エミッタ形成層208をパターニングしてエミッタ層108を形成すれば良い。   For example, if the emitter contact formation layer 209 is patterned to form the emitter contact layer 109 by wet etching using a highly selective etchant such that InGaAs such as citric acid is well etched and InP is not etched much. good. Further, the emitter layer 108 may be formed by patterning the emitter formation layer 208 by wet etching using a highly selective etchant that does not etch InGaAsSb very much.

引き続き、第2ベース形成層207をパターニングし、図2Dに示すように、第2ベース層107を形成し、この周囲にベースコンタクト形成層206の上面を露出させる。この処理では、第2ベース形成層207(第2ベース層107)、ベースコンタクト形成層206(ベースコンタクト層106)が、InGaAsSbあるいはGaAsSbから構成されているため、第2ベース形成層207、ベースコンタクト形成層206との間で、高い選択性を有するウェットエッチングを実現するのは難しい。   Subsequently, the second base formation layer 207 is patterned to form the second base layer 107 as shown in FIG. 2D, and the upper surface of the base contact formation layer 206 is exposed around this. In this process, the second base formation layer 207 (second base layer 107) and the base contact formation layer 206 (base contact layer 106) are made of InGaAsSb or GaAsSb. It is difficult to realize wet etching having high selectivity with the formation layer 206.

しかしながら、第2ベース形成層207は、厚さが1〜2nm程度と薄いため、エッチングレートの低いエッチング条件でのドライ・ウェットエッチング技術を用い、エッチング時間などの制御によって、上述したように、第2ベース層107の周囲にベースコンタクト形成層206の上面を露出させた構造が形成可能である。   However, since the second base formation layer 207 is as thin as about 1 to 2 nm, as described above, by using a dry / wet etching technique under an etching condition with a low etching rate and controlling the etching time and the like, 2 A structure in which the upper surface of the base contact formation layer 206 is exposed around the base layer 107 can be formed.

次に、図2Eに示すように、エミッタメサ周囲に露出したベースコンタクト形成層206の所定箇所に、よく知られたリフトオフ法により、ベース電極112を形成する。このとき、既に形成されているエミッタメサを絶縁材料による保護膜で覆っておくと良い。   Next, as shown in FIG. 2E, a base electrode 112 is formed at a predetermined position of the base contact formation layer 206 exposed around the emitter mesa by a well-known lift-off method. At this time, the emitter mesa that has already been formed may be covered with a protective film made of an insulating material.

次に、エミッタメサ形成部を中心としたベース電極112の形成領域を含む所定の領域を保護するマスクパターンをリソグラフィ技術により形成する。次いで、形成したマスクパターンを用いた選択的なエッチングにより、ベースコンタクト形成層206、第1ベース形成層205、コレクタ形成層204を順次にパターニングし、コレクタ層104、第1ベース層105、ベースコンタクト層106によるコレクタメサを形成する。コレクタメサの周囲には、サブコレクタ形成層203の上面が露出する。なお、コレクタメサを形成した後、上記マスクパターンは除去する。   Next, a mask pattern that protects a predetermined region including the formation region of the base electrode 112 centering on the emitter mesa formation portion is formed by a lithography technique. Next, the base contact formation layer 206, the first base formation layer 205, and the collector formation layer 204 are sequentially patterned by selective etching using the formed mask pattern, and the collector layer 104, the first base layer 105, and the base contact are patterned. A collector mesa by layer 106 is formed. The upper surface of the subcollector formation layer 203 is exposed around the collector mesa. The mask pattern is removed after the collector mesa is formed.

次に、コレクタメサの周囲に露出したサブコレクタ形成層203の所定箇所に、リフトオフ法によりコレクタ電極113を形成する。この後、サブコレクタ形成層203およびバッファ形成層202を順次にパターニングし、図1に示すように、バッファ層102およびサブコレクタ層103を形成する。各電極の形成では、例えば、Au、Ti、Pt、W、Moなどを含むような積層構造を蒸着法により堆積することで形成すればよい。これらのことにより、実施の形態におけるHBTが形成される。   Next, a collector electrode 113 is formed by a lift-off method at a predetermined location of the subcollector formation layer 203 exposed around the collector mesa. Thereafter, the sub-collector formation layer 203 and the buffer formation layer 202 are sequentially patterned to form the buffer layer 102 and the sub-collector layer 103 as shown in FIG. For example, each electrode may be formed by depositing a laminated structure containing Au, Ti, Pt, W, Mo, or the like by an evaporation method. As a result, the HBT in the embodiment is formed.

なお、エミッタ電極111、ベース電極112、コレクタ電極113は、メサ形成の後に形成してもよい。また、長期信頼性や歩留まり向上の観点から、SiO2、SiN、Al23、ベンゾシクロブテン(BCB:Benzo cyclo butene)などの酸化膜材料や保護膜材料で、メサ周囲のパッシベーションを行ってもよい。 The emitter electrode 111, the base electrode 112, and the collector electrode 113 may be formed after mesa formation. In addition, from the viewpoint of improving long-term reliability and yield, passivating around mesa with oxide film material and protective film material such as SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , and benzocyclobutene (BCB). Also good.

次に、他の製造方法について説明する。エミッタ層108、エミッタコンタクト層109によるエミッタメサを形成し、この周囲に、第2ベース形成層207の上面を露出させるまでは、上述した製造方法と同様である。次に、図3Aに示すように、マスクパターン301を用いて第2ベース形成層207をエッチングしてパターニングする。マスクパターン301には、ベース電極形成領域に対応する領域に開口部302を備えている。この結果、上記エッチングにより、第2ベース形成層207には、ベース電極形成領域に対応する領域に開口部303が形成される。このエッチングにより、開口部303の底部に、ベースコンタクト形成層206の上面を露出させる。   Next, another manufacturing method will be described. The manufacturing method is the same as that described above until an emitter mesa is formed by the emitter layer 108 and the emitter contact layer 109 and the upper surface of the second base forming layer 207 is exposed around the emitter mesa. Next, as shown in FIG. 3A, the second base formation layer 207 is etched and patterned using the mask pattern 301. The mask pattern 301 includes an opening 302 in a region corresponding to the base electrode formation region. As a result, an opening 303 is formed in the second base formation layer 207 in a region corresponding to the base electrode formation region by the etching. By this etching, the upper surface of the base contact formation layer 206 is exposed at the bottom of the opening 303.

次に、ベース電極材料を堆積し、この後、マスクパターン301を除去(リフトオフ)することで、図3Bに示すように、開口部303の底部に露出させたベースコンタクト形成層206の上面に、ベース電極112を形成する。   Next, a base electrode material is deposited, and then the mask pattern 301 is removed (lifted off), thereby forming an upper surface of the base contact formation layer 206 exposed at the bottom of the opening 303 as shown in FIG. 3B. A base electrode 112 is formed.

この後、エミッタメサ形成部を中心としたベース電極112の形成領域を含む所定の領域を保護するマスクパターンをリソグラフィ技術により形成する。次いで、形成したマスクパターンを用いた選択的なエッチングにより、第2ベース形成層207、ベースコンタクト形成層206、第1ベース形成層205、コレクタ形成層204を順次にパターニングし、マスクパターンを除去することで、図3Cに示すように、第2ベース層107aを形成し、また、コレクタ層104、第1ベース層105、ベースコンタクト層106によるコレクタメサを形成する。上述したことにより、コレクタメサの周囲には、サブコレクタ形成層203の上面が露出する。   Thereafter, a mask pattern that protects a predetermined region including a region where the base electrode 112 is formed around the emitter mesa forming portion is formed by a lithography technique. Next, the second base formation layer 207, the base contact formation layer 206, the first base formation layer 205, and the collector formation layer 204 are sequentially patterned by selective etching using the formed mask pattern, and the mask pattern is removed. Thus, as shown in FIG. 3C, the second base layer 107a is formed, and a collector mesa is formed by the collector layer 104, the first base layer 105, and the base contact layer 106. As described above, the upper surface of the subcollector formation layer 203 is exposed around the collector mesa.

次に、図3Dに示すように、コレクタメサの周囲に露出したサブコレクタ形成層203の所定箇所に、リフトオフ法によりコレクタ電極113を形成する。この後、サブコレクタ形成層203およびバッファ形成層202を順次にパターニングし、バッファ層102およびサブコレクタ層103を形成する。   Next, as shown in FIG. 3D, a collector electrode 113 is formed by a lift-off method at a predetermined location of the subcollector formation layer 203 exposed around the collector mesa. Thereafter, the subcollector formation layer 203 and the buffer formation layer 202 are sequentially patterned to form the buffer layer 102 and the subcollector layer 103.

この製造によれば、ベース電極112のエミッタメサ側のベースコンタクト層106上面は、第2ベース層107aにより覆われた状態となり、ベース面として露出する領域は、第2ベース層107aとなる。ベース電極112とエミッタ層108の間には、第2ベース層107aを備える状態となる。この構成では、ベースコンタクト層106が露出する場合に比較し、露出面の正孔濃度が低い状態となる。   According to this manufacturing, the upper surface of the base contact layer 106 on the emitter mesa side of the base electrode 112 is covered with the second base layer 107a, and the region exposed as the base surface becomes the second base layer 107a. Between the base electrode 112 and the emitter layer 108, the second base layer 107a is provided. With this configuration, the hole concentration on the exposed surface is lower than when the base contact layer 106 is exposed.

エミッタ−ベース界面での再結合電流の他、エミッタからベース電極までの間のエミッタやベースが露出した領域での再結合電流の増大によっても、電流利得は減少してしまう。上述したように、ベース面として露出する領域を第2ベース層107aとし、正孔濃度が低い状態とすることで、再結合電流の増大を抑制でき、より高い電流利得を実現することができる。   In addition to the recombination current at the emitter-base interface, the current gain is also reduced by an increase in the recombination current in a region where the emitter and the base between the emitter and the base electrode are exposed. As described above, when the region exposed as the base surface is the second base layer 107a and the hole concentration is in a low state, an increase in recombination current can be suppressed and higher current gain can be realized.

上述したベース面として露出する領域を正孔濃度が低い状態とする構成は、次に示すように製造しても良い。エミッタ層108、エミッタコンタクト層109によるエミッタメサを形成し、この周囲に、第2ベース形成層207の上面を露出させるまでは、上述した製造方法と同様である。次に、図4Aに示すように、エミッタ層108、エミッタコンタクト層109によるエミッタメサ周囲に露出した第2ベース形成層207の所定箇所に、よく知られたリフトオフ法により、ベース電極112を形成する。   The configuration in which the region exposed as the base surface described above is in a state where the hole concentration is low may be manufactured as follows. The manufacturing method is the same as that described above until an emitter mesa is formed by the emitter layer 108 and the emitter contact layer 109 and the upper surface of the second base forming layer 207 is exposed around the emitter mesa. Next, as shown in FIG. 4A, a base electrode 112 is formed by a well-known lift-off method at a predetermined position of the second base forming layer 207 exposed around the emitter mesa by the emitter layer 108 and the emitter contact layer 109.

次に、窒素雰囲気下での加熱処理によって、図4Bに示すように、ベース電極112直下の第2ベース形成層207に、ベース電極金属を拡散させて合金化することで、合金層112aを形成する。合金層112aは、ベースコンタクト形成層206に到達する状態に形成し、合金層112aがベースコンタクト形成層206にコンタクトした状態とする。   Next, as shown in FIG. 4B, an alloy layer 112a is formed by diffusing the base electrode metal into the second base formation layer 207 immediately below the base electrode 112 to form an alloy by heat treatment in a nitrogen atmosphere. To do. The alloy layer 112a is formed so as to reach the base contact formation layer 206, and the alloy layer 112a is in contact with the base contact formation layer 206.

次に、エミッタメサ形成部を中心としたベース電極112の形成領域を含む所定の領域を保護するマスクパターンをリソグラフィ技術により形成する。次いで、形成したマスクパターンを用いた選択的なエッチングにより、第2ベース形成層207、ベースコンタクト形成層206、第1ベース形成層205、コレクタ形成層204を順次にパターニングし、マスクパターンを除去することで、図4Cに示すように、第2ベース層107bを形成し、また、コレクタ層104、第1ベース層105、ベースコンタクト層106によるコレクタメサを形成する。   Next, a mask pattern that protects a predetermined region including the formation region of the base electrode 112 centering on the emitter mesa formation portion is formed by a lithography technique. Next, the second base formation layer 207, the base contact formation layer 206, the first base formation layer 205, and the collector formation layer 204 are sequentially patterned by selective etching using the formed mask pattern, and the mask pattern is removed. Thus, as shown in FIG. 4C, the second base layer 107b is formed, and a collector mesa is formed by the collector layer 104, the first base layer 105, and the base contact layer 106.

次いで、コレクタメサの周囲に露出したサブコレクタ形成層203の所定箇所に、リフトオフ法によりコレクタ電極113を形成する。この後、サブコレクタ形成層203およびバッファ形成層202を順次にパターニングし、バッファ層102およびサブコレクタ層103を形成する。この製造によっても、ベース電極112のエミッタメサ側のベースコンタクト層106上面は、第2ベース層107bにより覆われた状態となり、ベース面として露出する領域は、第2ベース層107bとなる。この結果、上述同様の効果が得られるようになる。   Next, a collector electrode 113 is formed by a lift-off method at a predetermined position of the subcollector formation layer 203 exposed around the collector mesa. Thereafter, the subcollector formation layer 203 and the buffer formation layer 202 are sequentially patterned to form the buffer layer 102 and the subcollector layer 103. Also in this manufacture, the upper surface of the base contact layer 106 on the emitter mesa side of the base electrode 112 is covered with the second base layer 107b, and the region exposed as the base surface becomes the second base layer 107b. As a result, the same effect as described above can be obtained.

以下、実際に素子を作成して評価した結果について説明する。エミッタ電極の平面視の寸法を25〜100μm四方とした大面積HBTを作製した。作製した試料素子は、InP基板上にn型InGaAsおよびn型InPからなるサブコレクタ層、n型InPからなるコレクタ層、p型のInGaAsSbまたはGaAsSbからなるベース層、n型InPからなるエミッタ層、およびn型InGaAsからなるエミッタコンタクトキャップ層を備える。また、Ti/Pt/Auからベース電極を構成した。ベース層をGaAsSbから構成した試料素子と、ベース層をInGaAsSbから構成した試料素子とを作製した。   Hereinafter, the results of actually creating and evaluating the element will be described. A large-area HBT having a size in plan view of the emitter electrode of 25-100 μm square was produced. The prepared sample element includes an n-type InGaAs and n-type InP sub-collector layer, an n-type InP collector layer, a p-type InGaAsSb or GaAsSb base layer, an n-type InP emitter layer, And an emitter contact cap layer made of n-type InGaAs. A base electrode was made of Ti / Pt / Au. A sample element having a base layer made of GaAsSb and a sample element having a base layer made of InGaAsSb were produced.

作製したHBTの電流利得を評価したところ、ベース層をInGaAsSbから構成したHBTの方が、GaAsSbから構成したHBTよりも、高い電流利得を得やすいことが明らかとなった。ベース層をGaAsSbから構成したHBTにおいては、非特許文献9で示されるようなGaAsスペーサ層を、エミッタ層とベース層の間に挿入するなどの界面品質向上技術を取り入れないと、高い電流利得を得ることができないことが実験的に示された。これは、InPエミッタとInGaAsSbベースの場合の方が、良好な界面品質を得やすく、再結合中心密度が低減されることを示唆する結果である。   When the current gain of the fabricated HBT was evaluated, it was found that the HBT having the base layer made of InGaAsSb can easily obtain a higher current gain than the HBT made of GaAsSb. In an HBT in which the base layer is made of GaAsSb, a high current gain can be obtained unless an interface quality improvement technique such as inserting a GaAs spacer layer as shown in Non-Patent Document 9 is inserted between the emitter layer and the base layer. It has been shown experimentally that it cannot be obtained. This is a result suggesting that better interface quality is easily obtained and the recombination center density is reduced in the case of the InP emitter and InGaAsSb base.

以上の実験結果は、エミッタ層に接する第2ベース層をInGaAsSbから構成した本発明は、ベース層のエミッタ層に接する領域をGaAsSbから構成する場合に比較して、高い電流利得を得ることができることを示すものである。   The above experimental results show that the present invention in which the second base layer in contact with the emitter layer is made of InGaAsSb can obtain a higher current gain than the case where the region in contact with the emitter layer of the base layer is made of GaAsSb. Is shown.

例えば、単にコンタクト抵抗を下げる目的であれば、第1ベース層、ベースコンタクト層、および第2ベース層をGaAsSbで構成し、各層の間に単純なドーピングプロファイルの変化を設けた構成だけでも、コンタクト抵抗低減の効果は得ることができる。しかし、この構造では、第2ベース層をInGaAsSbから構成した本発明による電流利得向上効果を得ることができず、高電流利得化は難しい。本発明では、第2ベース層をInGaAsSbから構成したことにより、高電流利得と低コンタクト抵抗の両立の観点から、格別の効果を得ることを可能としている。   For example, for the purpose of simply reducing the contact resistance, the first base layer, the base contact layer, and the second base layer are made of GaAsSb, and the contact with only a configuration in which a simple doping profile change is provided between the layers. The effect of reducing resistance can be obtained. However, with this structure, the current gain improvement effect according to the present invention in which the second base layer is made of InGaAsSb cannot be obtained, and it is difficult to increase the current gain. In the present invention, since the second base layer is composed of InGaAsSb, it is possible to obtain a special effect from the viewpoint of achieving both high current gain and low contact resistance.

また、ベースコンタクト層を、InGaAsSbではなく、GaAsSbから構成したことによって、コンタクト抵抗低減においても格別の効果を得ることができる。この点について、図5を用いて説明する。図5は、作製したHBTのベースコンタクト抵抗を、ベースドーピング濃度に対してプロットしたものである。ベースコンタクト抵抗は、TLM法によって見積もった。図中の白抜き四角がGaAsSbベースHBTの値、図中黒塗り四角がInGaAsSbベースHBTの値である。この実験的事実に示されるよう、InGaAsSbは、GaAsSbに比べてコンタクト抵抗が1桁程度高くなりやすい傾向にあることがわかる。このような実験結果は、単にInGaAsSbをベースに適用しベース電極とコンタクトを取る構造にしてしまうと、コンタクト抵抗が高く、高いfmaxを実現し難いことを示すものである。 Further, since the base contact layer is made of GaAsSb instead of InGaAsSb, a special effect can be obtained in reducing contact resistance. This point will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plot of the base contact resistance of the fabricated HBT versus the base doping concentration. Base contact resistance was estimated by the TLM method. The white square in the figure is the value of the GaAsSb base HBT, and the black square in the figure is the value of the InGaAsSb base HBT. As shown by this experimental fact, it can be seen that InGaAsSb tends to have a contact resistance that is likely to be about one digit higher than that of GaAsSb. These experimental results show that if InGaAsSb is simply applied to the base and a structure is formed in contact with the base electrode, the contact resistance is high and high f max is difficult to achieve.

これに対し、本発明においては、ベース電極とコンタクトを取るのは、第2ベース層の下に位置するGaAsSbからなるベースコンタクト層であり、InGaAsSbよりも1桁程度コンタクト抵抗を低くすることができ、高いfmaxを実現することができる。 In contrast, in the present invention, the contact with the base electrode is the base contact layer made of GaAsSb located under the second base layer, and the contact resistance can be lowered by about an order of magnitude compared with InGaAsSb. , High f max can be realized.

以上に説明したように、本発明によれば、第1ベース層,ベースコンタクト層,第2ベース層からベースを構成するようにしたので、製造上の均一性や再現性の低下を招くことなく、かつ電流利得の低下を引き起こすことなく、最大発振周波数が向上できるようになる。   As described above, according to the present invention, since the base is constituted by the first base layer, the base contact layer, and the second base layer, there is no reduction in manufacturing uniformity and reproducibility. In addition, the maximum oscillation frequency can be improved without causing a decrease in current gain.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

例えば、上述では、第1ベース層をInGaAsSbから構成し、かつ組成傾斜およびドーピング傾斜構造としたが、これに限るものではなく、組成径やおよびドーピング傾斜構造となっていなくてもよく、またGaAsSbから構成しても良く、fmax向上効果は発揮できる。ただし、fTを高めることでfmaxの向上も同時に実現できるため、第1ベース層は、バンドギャップ変化量が大きいInGaAsSbの組成傾斜構造とした方がよい。 For example, in the above description, the first base layer is made of InGaAsSb and has a composition gradient and a doping gradient structure. However, the present invention is not limited to this. The f max improvement effect can be exhibited. However, since f max can be improved at the same time by increasing f T , it is preferable that the first base layer has an InGaAsSb composition gradient structure having a large band gap variation.

また、上述では、ベースコンタクト層をGaAsSbから構成したが、高正孔濃度化が実現できる範囲では、InGaAsSbから構成しても良い。高周波特性を損ねない程度に低いコンタクト抵抗を実現できるのであれば、ベースコンタクト層はInGaAsSbから構成しても良い。ただし前述したように、一般的にGaAsSbの方が、InGaAsSbよりも高正孔濃度化が可能であり、低コンタクト抵抗化の観点から、ベースコンタクト層はGaAsSbから構成した方が良い。   In the above description, the base contact layer is made of GaAsSb. However, the base contact layer may be made of InGaAsSb as long as a high hole concentration can be realized. The base contact layer may be made of InGaAsSb as long as contact resistance that is low enough not to impair high-frequency characteristics can be realized. However, as described above, in general, GaAsSb can have a higher hole concentration than InGaAsSb, and the base contact layer is preferably composed of GaAsSb from the viewpoint of lowering contact resistance.

また、ベースコンタクト層の厚さは、2〜4nmとしたが、コンタクト抵抗を低減させる効果を得る目的においては、厚さは最低1nmあれば効力を発揮できる。一方、ベース全体の抵抗やこの抵抗による電流利得との関係を考慮すると、ベースコンタクト層の厚さは、5nm以下に設定することが望ましい。   The thickness of the base contact layer is 2 to 4 nm. However, for the purpose of obtaining the effect of reducing the contact resistance, the effect can be exhibited if the thickness is at least 1 nm. On the other hand, considering the relationship between the resistance of the entire base and the current gain due to this resistance, the thickness of the base contact layer is preferably set to 5 nm or less.

ところで、ベースコンタクト層をGaAsSbから構成しているが、GaAsSbの伝導帯エネルギーは、一般にInGaAsSbよりも高くなりやすい。このため、InGaAsSbより構成した第2ベース層より、GaAsSbから構成したベースコンタクト層の方が、伝導帯エネルギーが高くなりやすく、エミッタ側から注入された電子にとってベースコンタクト層が障壁になる。このため、ベースコンタクト層の層厚が大きすぎると、ベース層内を走行する電子の電子速度を減少させ、fTの低下が引き起こされかねない。 Incidentally, although the base contact layer is made of GaAsSb, the conduction band energy of GaAsSb generally tends to be higher than that of InGaAsSb. Therefore, the base contact layer made of GaAsSb tends to have higher conduction band energy than the second base layer made of InGaAsSb, and the base contact layer becomes a barrier for electrons injected from the emitter side. Therefore, if the thickness of the base contact layer is too large, decrease the electron electron velocity traveling the base layer, it could be caused a decrease in f T.

これに対し、ベースコンタクト層の厚さを、最大でも5nmと設定すれば、第2ベース層から第1ベース層に向かって、電子がトンネリングによってベースコンタクト層を通過することができ、第2ベース層とベースコンタクト層の障壁による、fTの低下を最小限に抑えることができる。 On the other hand, if the thickness of the base contact layer is set to 5 nm at the maximum, electrons can pass through the base contact layer by tunneling from the second base layer toward the first base layer. The decrease in f T due to the barrier between the layer and the base contact layer can be minimized.

101…基板、102…バッファ、103…サブコレクタ層、104…コレクタ層、105…第1ベース層、106…ベースコンタクト層、107…第2ベース層、108…エミッタ層、109…エミッタコンタクト層、111…エミッタ電極、112…ベース電極、113…コレクタ電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... Buffer, 103 ... Subcollector layer, 104 ... Collector layer, 105 ... First base layer, 106 ... Base contact layer, 107 ... Second base layer, 108 ... Emitter layer, 109 ... Emitter contact layer, 111... Emitter electrode, 112... Base electrode, 113.

Claims (4)

InPから構成された基板と、
前記基板の上に形成されたIII−V族化合物半導体からなるコレクタ層と、
Ga,As,Sbを含み炭素がドープされたp型のIII−V族化合物半導体から構成されて前記コレクタ層の上に形成された第1ベース層と、
Ga,As,Sbを含み炭素がドープされたp型のIII−V族化合物半導体から構成されて前記第1ベース層の上に接して形成されたベースコンタクト層と、
In,Ga,As,Sbを含み炭素がドープされたp型のIII−V族化合物半導体から構成されて前記ベースコンタクト層の上に接して形成された第2ベース層と、
前記第2ベース層の上に形成されたIII−V族化合物半導体からなるエミッタ層と、
前記エミッタ層に接続するエミッタ電極と、
前記エミッタ層の周囲で前記ベースコンタクト層に接続するベース電極と、
前記コレクタ層に接続するコレクタ電極と
を備え、
前記ベースコンタクト層は、前記第1ベース層および前記第2ベース層より高い正孔濃度とされ、
前記ベースコンタクト層は、正孔濃度が1×1021cm-3以下とされ、
前記前記第1ベース層および前記第2ベース層は、正孔濃度が1×1019cm-3以上とされている
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
A substrate composed of InP;
A collector layer made of a III-V compound semiconductor formed on the substrate;
A first base layer formed of a p-type III-V group compound semiconductor containing Ga, As, Sb and doped with carbon, and formed on the collector layer;
A base contact layer formed of a p-type III-V group compound semiconductor containing Ga, As, Sb and doped with carbon and formed on and in contact with the first base layer;
A second base layer made of a p-type III-V group compound semiconductor containing In, Ga, As, Sb and doped with carbon and formed on and in contact with the base contact layer;
An emitter layer made of a III-V compound semiconductor formed on the second base layer;
An emitter electrode connected to the emitter layer;
A base electrode connected to the base contact layer around the emitter layer;
A collector electrode connected to the collector layer,
The base contact layer has a higher hole concentration than the first base layer and the second base layer;
The base contact layer has a hole concentration of 1 × 10 21 cm −3 or less,
The heterojunction bipolar transistor, wherein the first base layer and the second base layer have a hole concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more.
請求項1のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記ベース電極と前記エミッタ層の間に配置された前記第2ベース層を備える
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
The heterojunction bipolar transistor of claim 1,
A heterojunction bipolar transistor comprising: the second base layer disposed between the base electrode and the emitter layer.
請求項1または2記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記ベースコンタクト層は厚さが1nm以上5nm以下とされている
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
The heterojunction bipolar transistor according to claim 1 or 2,
The heterojunction bipolar transistor, wherein the base contact layer has a thickness of 1 nm to 5 nm.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記第1ベース層および前記第2ベース層はInGaAsSbから構成され、
前記ベースコンタクト層は、GaAsSbから構成されている
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
The heterojunction bipolar transistor according to any one of claims 1 to 3,
The first base layer and the second base layer are made of InGaAsSb,
The base contact layer is made of GaAsSb. A heterojunction bipolar transistor, wherein:
JP2015139481A 2015-07-13 2015-07-13 Heterojunction bipolar transistor Pending JP2017022279A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015139481A JP2017022279A (en) 2015-07-13 2015-07-13 Heterojunction bipolar transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015139481A JP2017022279A (en) 2015-07-13 2015-07-13 Heterojunction bipolar transistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017022279A true JP2017022279A (en) 2017-01-26

Family

ID=57888509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015139481A Pending JP2017022279A (en) 2015-07-13 2015-07-13 Heterojunction bipolar transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017022279A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10147809B2 (en) Semiconductor device
TWI695504B (en) Heterojunction bipolar transistor
JPH038340A (en) Hetero junction bipolar transistor
TW201813088A (en) Heterojunction bipolar transistor
JP2003163218A (en) Hetero-junction bipolar transistor and its manufacturing method
US10680077B2 (en) Fabrication of heterojunction bipolar transistors with a selectively grown collector/sub-collector
JP2004088107A (en) Heterojunction bipolar transistor(hbt) having improved emitter/base grading structure
JP2687519B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6262612B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
JP2017022279A (en) Heterojunction bipolar transistor
JP6240061B2 (en) Heterojunction bipolar transistor and manufacturing method thereof
JP6538608B2 (en) Method of manufacturing heterojunction bipolar transistor
JPH11121461A (en) Hetero junction bipolar transistor
JP2002076012A (en) Hetero junction bipolar transistor
JP5681031B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
JP5946136B2 (en) Heterojunction bipolar transistor and manufacturing method thereof
JP2011003840A (en) Hetero-junction bipolar transistor
Ohkubo et al. High-reliability InGaP/GaAs HBTs with 153 GHz fT and 170 GHz fmax
JP2009094148A (en) Heterojunction bipolar transistor
JP6096503B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
JP2014183145A (en) Heterojunction bipolar transistor
JPS61203675A (en) Semiconductor device
JP2000306920A (en) Heterojunction bipolar transistor and manufacture of the same
JP5290909B2 (en) Heterojunction Bipolar Transistor Manufacturing Method
JPH07263460A (en) Hbt type compound semiconductor device and its manufacture