JP2580281B2 - Bipolar transistor element - Google Patents

Bipolar transistor element

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JP2580281B2 JP63248842A JP24884288A JP2580281B2 JP 2580281 B2 JP2580281 B2 JP 2580281B2 JP 63248842 A JP63248842 A JP 63248842A JP 24884288 A JP24884288 A JP 24884288A JP 2580281 B2 JP2580281 B2 JP 2580281B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子に関し、特に、GaAsを用いたホ
モ接合バイポーラトランジスタにおいて、プレーナ化に
適した横型構造を有し、かつ電流増幅率が大きな素子に
関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a homojunction bipolar transistor using GaAs, which has a horizontal structure suitable for planarization and a current amplification factor of It concerns a large element.

〔従来技術〕(Prior art)

バイポーラトランジスタは、電界効果型トランジスタ
(FET)に比べ電流駆動能力に優れているため、負荷の
大きい回路を高速で動作させるための回路素子として注
目されている。特に、GaAsなどの化合物半導体は、シリ
コンよりも電子移動度が大きいので、バイポーラトラン
ジスタの高速性を生かす上で有利である。
Bipolar transistors have higher current driving capability than field-effect transistors (FETs), and thus have attracted attention as circuit elements for operating circuits with large loads at high speed. In particular, a compound semiconductor such as GaAs has an electron mobility higher than that of silicon, and is therefore advantageous in utilizing the high speed of a bipolar transistor.

従来、GaAsを主材料としたバイポーラトランジスタに
おいては、エミッタにアルミ・ガリウム・砒素の3元素
よりなるバンドギャップ幅の広い材料を用い、エミッタ
・ベース間をヘテロ接合にしたトランジスタが開発の主
流を占め、こうしたヘテロ接合バイポーラトランジスタ
は、既に実用化の時期にさしかかっている。ヘテロ接合
バイポーラトランジスタが発達した理由は、この構造が
エミット注入効率を低下させることなくベース不純物の
高濃度化を可能とするためベース抵抗が小さくなり、高
速の素子が実現できるからである。
Conventionally, the mainstream of the development of bipolar transistors using GaAs as the main material is a transistor that uses a material with a wide band gap consisting of three elements of aluminum, gallium, and arsenic and has a heterojunction between the emitter and base. However, such a heterojunction bipolar transistor is about to be put into practical use. The reason why the heterojunction bipolar transistor has been developed is that this structure enables a high concentration of base impurities without lowering the Emit injection efficiency, so that the base resistance is reduced and a high-speed device can be realized.

一方、エミッタをベース、コレクタと同じGaAsで構成
したホモ接合バイポーラトランジスタは、従来あまり注
目されなかったが、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
に比べ、次のような長所がある。
On the other hand, a homojunction bipolar transistor in which the emitter is composed of the same GaAs as the base and collector has not received much attention in the past, but has the following advantages as compared with the heterojunction bipolar transistor.

(1)市販のGaAs基板に、不純物を拡散もしくはイオン
注入することにより、n型層及びp型層を形成できるの
で、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのような複雑な
エピタキシャル成長装置を用いなくとも比較的簡便に製
作できる。
(1) Since an n-type layer and a p-type layer can be formed by diffusing or ion-implanting impurities into a commercially available GaAs substrate, it is relatively simple without using a complicated epitaxial growth apparatus such as a heterojunction bipolar transistor. Can be manufactured.

(2)ヘテロ接合を用いない従来のシリコン・バイポー
ラトランジスタ技術やMESFET技術が容易に転用でき、大
規模回路の製作や量産化に向いている。
(2) Conventional silicon bipolar transistor technology or MESFET technology without using a heterojunction can be easily diverted, and is suitable for large-scale circuit production and mass production.

(3)アルミ・ガリウム・砒素化合物半導体中の捕獲準
位に起因する空乏層内での再結合電流がないため、素子
特性の安定性・再現性に優れる。
(3) Since there is no recombination current in the depletion layer due to the trap level in the aluminum / gallium / arsenic compound semiconductor, the device characteristics are excellent in stability and reproducibility.

このような特徴を持ちながら、GaAsを材料としたホモ
接合バイポーラトランジスタが広く利用されなかった理
由は、特性向上のためベースの不純物濃度を上げるに従
い、エミッタ注入効率が低下し、十分な電流利得が得ら
れなくなるためである。
Despite these features, homojunction bipolar transistors made of GaAs were not widely used because the emitter injection efficiency decreased as the base impurity concentration was increased to improve the characteristics, and sufficient current gain was obtained. This is because it cannot be obtained.

また、ヘテロ接合トランジスタの欠点の一つは、横型
トランジスタの製作に適さない点にある。横型トランジ
スタ、すなわち、エミッタ・ベース接合及びベース・コ
レクタ接合が、基板表面に対し垂直に形成された素子
は、エミッタ、ベース、コレクタの各電極を表面から取
れるため、縦型トランジスタに比べ製作が容易で大規模
集積化に適している。
One of the drawbacks of the heterojunction transistor is that it is not suitable for manufacturing a lateral transistor. Lateral transistors, that is, devices in which the emitter-base junction and base-collector junction are formed perpendicular to the substrate surface, are easier to manufacture than vertical transistors because the emitter, base, and collector electrodes can be removed from the surface. Suitable for large-scale integration.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、前述のヘテロ構造を製作するための結
晶成長技術である分子線エピタキシャル法あるいは有機
金属気相成長法では、基板に垂直方向にヘテロ構造が形
成されるため、横型トランジスタを実現することが困難
である。
However, it is difficult to realize a lateral transistor by a molecular beam epitaxy method or a metal organic chemical vapor deposition method, which is a crystal growth technique for fabricating the above-mentioned heterostructure, because the heterostructure is formed in a direction perpendicular to the substrate. It is.

したがって、横型トランジスタの製作にはホモ接合バ
イポーラトランジスタが必要であり、この素子の電流増
幅率増大が重要な課題となる。
Therefore, a homojunction bipolar transistor is required for manufacturing a lateral transistor, and an increase in the current amplification factor of this element is an important issue.

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもの
である。
The present invention has been made to solve the above problems.

本発明の目的は、集積化に適した横型構造を持ち、か
つエミッタ注入効率の低下を改善しベース抵抗をさげて
も十分な電流増幅率増大が得られる横型ホモ接合バイポ
ーラトランジスタを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lateral homojunction bipolar transistor having a lateral structure suitable for integration, and capable of improving a decrease in emitter injection efficiency and sufficiently increasing a current amplification factor even if a base resistance is reduced. is there.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記目的を達成するために、本発明は、半絶縁性又は
n型(p型)導電性を有するGaAs単結晶基板からなるバ
イポーラトランジスタ素子であって、前記GaAs単結晶基
板の表面の方位が(111)面に対し垂直である面、すな
わち(1,−1,0)、(1,0,−1)、(−1,1,0)、(−1,
0,1)、(0,1,−1)、(0,−1,1)面の結晶内部に、導
電性がn型のGaAs層と、導電性がp型のGaAs層と、導電
性がn型のGaAs層がこの順序に隣接して設けられ、かつ
エミッタ・ベース接合面が(111)面に平行であり、電
子及び正孔が主に[111]方向に流れるように設定され
ていることを最も主要な特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a bipolar transistor element comprising a GaAs single crystal substrate having semi-insulating or n-type (p-type) conductivity, wherein the orientation of the surface of the GaAs single crystal substrate is ( 111) The planes perpendicular to the plane, ie (1, −1,0), (1,0, −1), (−1,1,0), (−1,1,0)
Within the crystal of the (0,1), (0,1, -1), and (0, -1,1) planes, an n-type GaAs conductive layer, a p-type GaAs conductive layer, Is set so that an n-type GaAs layer is provided adjacent to this order, the emitter-base junction surface is parallel to the (111) plane, and electrons and holes mainly flow in the [111] direction. Is the most important feature.

〔作用〕[Action]

前述の手段によれば、従来のホモ接合バイポーラトラ
ンジスタよりも電流増幅率が大きくできるため、ベース
層の薄層化、高濃度化が可能となり、トランジスタの高
周波特性が向上する。また、横型のトランジスタのため
プレーナ化に適しており、大規模集積回路の製作が可能
である。
According to the above-described means, the current amplification factor can be made larger than that of the conventional homojunction bipolar transistor, so that the base layer can be made thinner and more concentrated, and the high-frequency characteristics of the transistor can be improved. Further, since the transistor is a horizontal transistor, it is suitable for planarization, and a large-scale integrated circuit can be manufactured.

〔発明の原理〕[Principle of the invention]

以下、本発明の半絶縁性又はn型(p型)導電性を有
するGaAs単結晶基板からなるバイポーラトランジスタ素
子の原理を説明する。
Hereinafter, the principle of the bipolar transistor element formed of a GaAs single crystal substrate having semi-insulating or n-type (p-type) conductivity according to the present invention will be described.

バイポーラトランジスタの性能指標である遮断周波数
ftと最大発振周波数fmaxは、各々次の様に表される。
Cutoff frequency, a performance index of bipolar transistors
ft and the maximum oscillation frequency fmax are respectively expressed as follows.

ここで、(1)式のτはエミッタ充電時間、τ
ベース走行時間、τはコレクタ走行時間、τ′はコ
レクタ充電時間である。また、rbはベース抵抗、CCはコ
レクタ容量である。
Here, τ E in equation (1) is the emitter charging time, τ B is the base traveling time, τ C is the collector traveling time, and τ ' C is the collector charging time. Further, r b is the base resistance, C C is the collector capacitance.

τはキャリアがベース領域を拡散する時間を表わし
ており、ftの値を決定する大きな要因である。このτ
は、ベース幅をW、キャリアの拡散定数をDとすると、
均一不純物ベースの場合、 τ=W2/2D で与えられる。したがって、ftを大きくするためにはベ
ースを薄くし、キャリア走行時間を短縮する必要があ
る。一方、ベース幅を薄くするとベース抵抗rbが増大
し、(2)式から最大発振周波数fmaxの低下することが
判る。
τ B represents the time for carriers to diffuse in the base region, and is a major factor that determines the value of ft. This τ B
Is, if the base width is W and the diffusion constant of the carrier is D,
In the case of a uniform impurity base, it is given by τ B = W 2 / 2D. Therefore, in order to increase ft, it is necessary to make the base thinner and shorten the carrier traveling time. On the other hand, when thinning the base width base resistance r b is increased, it can be seen that the reduction in the maximum oscillation frequency fmax from equation (2).

以上のことから、高周波数特性を改善するためには、
ベース層厚を薄くすると共に、ベース層の不純物濃度を
高めることにより、ベース抵抗値を下げる必要がある。
From the above, in order to improve the high frequency characteristics,
It is necessary to reduce the base resistance value by reducing the thickness of the base layer and increasing the impurity concentration of the base layer.

バイポーラトランジスタにおいて、重要なもうひとつ
の性能指標は、電流増幅率hFEであるが、直流動作にお
けるエミッタ接地回路の電流増幅率hFEは、 hFE=γαTM/(1−γαTM) …(3) で与えられる。ただし、 γ:エミッタ注入効率 αT:ベース輸送効率 M:コレクタ倍増係数 である。通常、ベース輸送効率及びコレクタ倍増係数は
“1"に近いので、電流増幅率はγ/(1−γ)と近似で
きる。したがって、npnトランジスタの場合、 であるため、電流増幅率hFEnB:ベース中の少数キャリア(電子)濃度 pE:エミッタ中の少数キャリア(正孔)濃度 DB:ベース中の少数キャリア(正孔)拡散定数 DE:エミッタ中の少数キャリア(正孔)拡散定数 LB:ベース中の少数キャリア(電子)の拡散長 LE:エミッタ中の少数キャリア(正孔)の拡散長 である。
In the bipolar transistor, the performance indicators Another important is the current amplification factor h FE, the current amplification factor h FE of the emitter grounding circuit in the DC operation, h FE = γα T M / (1-γα T M) … (3) Here, γ: emitter injection efficiency α T : base transport efficiency M: collector doubling coefficient. Normally, the base transport efficiency and the collector doubling coefficient are close to “1”, so that the current amplification factor can be approximated to γ / (1−γ). Therefore, for an npn transistor, Therefore , the current amplification factor h FE is n B: the minority carriers (electrons) concentration p E in the base: the minority carriers (holes) concentration D B in the emitter: minority carriers (holes) diffusion constant D E in the base: the minority carriers (holes in the emitter ) Diffusion constant L B : Diffusion length of minority carriers (electrons) in base L E : Diffusion length of minority carriers (holes) in emitter.

ところで、拡散定数Dとキャリアの移動度μの間に
は、D=kTμ/q(k:ボルツマン定数、T:絶対温度、q:キ
ャリアの電荷)の関係があり、また、キャリアの寿命を
τとすると、 が成り立つので、電流増幅率hFEは、 となる。ここで、 μnB:ベース中の電子の移動度 μpB:エミッタ中の正孔の移動度 τnB:ベース中の電子の寿命 τpE:エミッタ中の電子の寿命 である。
By the way, there is a relationship of D = kTμ / q (k: Boltzmann constant, T: absolute temperature, q: charge of the carrier) between the diffusion constant D and the mobility μ of the carrier. Then Holds, the current amplification factor h FE is Becomes Here, μ nB : mobility of electrons in base μ pB : mobility of holes in emitter τ nB : lifetime of electrons in base τ pE : lifetime of electrons in emitter.

(5)式から明らかな様に、電流増幅率hFEはエミッ
タ中の正孔の移動度の平方根に反比例しているが、この
移動度は、正孔の有効質量m*の3/2乗に反比例するた
め、結局, となり、電流増幅率は正孔の有効質量の3/4乗に比例し
て大きくなることが判る。すなわち、電流増幅率hFE
増大させるためには、正孔の有効質量を増加させれば良
い。
As is apparent from equation (5), the current amplification factor h FE is inversely proportional to the square root of the mobility of holes in the emitter, and this mobility is 3/2 power of the effective mass m * of holes. Is inversely proportional to It can be seen that the current amplification factor increases in proportion to the 3/4 power of the effective mass of holes. That is, in order to increase the current amplification factor h FE can by increasing the effective mass of a hole.

有効質量は、k−空間におけるエネルギー・バンドの
2階微分に関係するため、同じ材料においても結晶方位
によって値の異なる場合がある。GaAsにおいては、早川
らの報告によれば、重い正孔の有効質量は[111]方位
と[100]方位では異なっており、 mhh*[111]=0.9m0, mhh*[100]=0.34m0, と報告されている。ただし、m0は自由空間における電子
の質量である(トロシー ハヤカワ他著、フィジカル
レビュー レターズ 第60巻4号、349〜352頁)。
Since the effective mass is related to the second derivative of the energy band in k-space, the same material may have different values depending on the crystal orientation. In GaAs, Hayakawa et al. Reported that the effective mass of heavy holes differs between the [111] and [100] orientations, and m hh * [111] = 0.9m 0 , m hh * [100]. = 0.34m 0 , is reported. Where m 0 is the mass of the electron in free space (Trothy Hayakawa et al., Physical
Review Letters, Vol. 60, No. 4, pp. 349-352).

したがって、[111]方位へ運動する重い正孔は移動
度が小さく、この結果(6)式から判るように、ホモ接
合バイポーラトランジスタの電流増幅率hFEは増大す
る。また、早川らによると軽い正孔の有効質量は変化せ
ず、 mlh*[111]=mlh*[100]=0.117m0である。
Therefore, the heavy hole to exercise the [111] orientation reduced mobility, the result (6) As can be seen from the equation, the current amplification factor h FE of the homojunction bipolar transistor increases. According to Hayakawa et al., The effective mass of a light hole does not change, and is m lh * [111] = m lh * [100] = 0.117 m 0 .

重い正孔と軽い正孔の両者を考慮した有効質量m*
は、 m*=(mhh3/2+mlh3/22/3 で与えられるので、この式より[111]及び[100]方位
の有効質量は、 m*[111]=0.93m0 m*[100]=0.38m0 となり、m*[111]はm*[100]の約2.5倍となる。
したがって、(6)式より電流増幅率hFEでは2倍の増
加となる。
Effective mass m * considering both heavy and light holes
Is given by m * = (m hh * 3/2 + mlh * 3/2 ) 2/3 . From this equation, the effective mass in the [111] and [100] directions is m * [111] = 0.93. m 0 m * [100] = 0.38m 0 next, m * [111] is about 2.5 times the m * [100].
Therefore, the current amplification factor hFE increases by a factor of 2 according to the equation (6).

第5図は、(100)面のGaAs上に製作したホモ接合バ
イポーラトランジスタと、(111)面に製作したホモ接
合バイポーラトランジスタの電流増幅率をベース不純物
濃度の関数として比較したものである。ただし、ここで
は高濃度ドーピングによるバンドギャップ縮小を考慮に
いれて計算している。
FIG. 5 compares the current amplification factor of a homojunction bipolar transistor fabricated on a (100) plane GaAs and a homojunction bipolar transistor fabricated on a (111) plane as a function of the base impurity concentration. Here, the calculation is performed in consideration of the band gap reduction due to the high concentration doping.

第5図から明らかなように、同一の電流増幅率が得ら
れるベース濃度は、(111)面のほうが約2倍大きく、
この方位がベースの高濃度化に有利であることが判る。
As is clear from FIG. 5, the base concentration at which the same current amplification factor is obtained is about twice as large in the (111) plane.
It can be seen that this orientation is advantageous for increasing the base concentration.

第6図は、エミッタ・ベースの不純物濃度を1×1018
cm-3とした場合の電流増幅率hFEとベース幅との関係を
示したものである。第6図に示すように、(111)面に
製作したトランジスタにおいては、ベース幅500Åにお
いても電流増幅率hFEは300と大きく、表面再結合の影響
によりhFEの低下するエミッタ寸法の小さな素子におい
ても、実用上十分な電流増幅が可能と考えられる。
FIG. 6 shows that the impurity concentration of the emitter and the base is 1 × 10 18
9 shows the relationship between the current amplification factor h FE and the base width when cm -3 is set. As shown in FIG. 6, in the transistor manufactured on the (111) plane, the current amplification factor h FE is as large as 300 even at the base width of 500 °, and the hFE decreases due to the surface recombination. In this case, it is considered that practically sufficient current amplification is possible.

以上説明したように、GaAsにおいては、キャリアが
[111]方向へ流れるよう設定されたバイポーラトラン
ジスタにおける電流増幅率の増大が図れる。
As described above, in GaAs, the current amplification factor of a bipolar transistor set to allow carriers to flow in the [111] direction can be increased.

また、GaAs単結晶において、エミッタ・ベース接合が
(111)面に平行となる様に配置されたホモ接合バイポ
ーラトランジスタでは、電流増幅率が大きいため、ベー
スの高濃度化、薄層化及び素子の微細化に適しており、
高速のトランジスタが得られる。
In a GaAs single crystal, a homojunction bipolar transistor in which the emitter-base junction is arranged parallel to the (111) plane has a large current amplification factor. Suitable for miniaturization,
High-speed transistors can be obtained.

〔発明の実施例〕(Example of the invention)

以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

〔実施例I〕[Example I]

第1図は、本発明の実施例Iの横型ホモ接合バイポー
ラトランジスタの概略構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a lateral homojunction bipolar transistor according to Example I of the present invention.

本実施例1の横型ホモ接合バイポーラトランジスタ
は、第1図に示すように、(111)面に垂直な表面、す
なわち(1,−1,0)、(1,0,−1)、(−1,1,0)、(−
1,0,1)、(0,1,−1)、(0,−1,1)面を有するn型Ga
As基板107に、n型エミッタ層105、p型ベース層106及
びn+型コレクタ・コンタクト層104を形成し、それらの
上に電極層101,102及び103を形成し、コレクタ電極C,エ
ミッタ電極E及びベース電極Bを構成した横型ホモ接合
バイポーラトランジスタである。
As shown in FIG. 1, the lateral homojunction bipolar transistor according to the first embodiment has a surface perpendicular to the (111) plane, that is, (1, −1,0), (1,0, −1), (−). 1,1,0), (−
N-type Ga having (0,1, -1), (0,1, -1) and (0, -1,1) planes
On an As substrate 107, an n-type emitter layer 105, a p-type base layer 106, and an n + -type collector contact layer 104 are formed, and electrode layers 101, 102, and 103 are formed thereon, and a collector electrode C, an emitter electrode E, This is a lateral homojunction bipolar transistor having a base electrode B.

第1A図,第1B図,第1C図及び第1D図は、第1図に示す
横型ホモ接合バイポーラトランジスタの各製作工程にお
ける概略構成を示す断面図である。
1A, 1B, 1C, and 1D are cross-sectional views showing a schematic configuration in each manufacturing process of the lateral homojunction bipolar transistor shown in FIG.

本実施例Iの横型ホモ接合バイポーラトランジスタ
は、まず、第1A図に示すように、(111)面に垂直な表
面を有するn型GaAs基板107の上にSiO2膜111をマスクと
して、イオン注入法もしくは熱拡散法によってp型層11
2を形成する。次に、第1B図に示すように、SiO2膜111の
一部を取り除き、新たにSiO2膜113を形成する。次に、
第1C図に示すように、この上にSi3N4膜114を形成し、こ
れを通してイオン注入法によりn型エミッタ層105を形
成する。このとき、n+型コレクタ・コンタクト層104も
同時に形成する。
First, as shown in FIG. 1A, the lateral homojunction bipolar transistor of Example I is formed by ion implantation using an SiO 2 film 111 as a mask on an n-type GaAs substrate 107 having a surface perpendicular to the (111) plane. P-type layer 11 by a thermal or thermal diffusion method
Form 2. Next, as shown in FIG. 1B, a part of the SiO 2 film 111 is removed, and a new SiO 2 film 113 is formed. next,
As shown in FIG. 1C, an Si 3 N 4 film 114 is formed thereon, and an n-type emitter layer 105 is formed therethrough by ion implantation. At this time, the n + -type collector contact layer 104 is also formed at the same time.

前記Si3N4膜114の側壁を利用することで、ベース層の
薄層化が図られている。最後にイオン注入層を活性化
し、さらに、第1D図に示すように、電極層101,102,103
を形成する。
By using the side wall of the Si 3 N 4 film 114, the thickness of the base layer is reduced. Finally, the ion implantation layer is activated, and further, as shown in FIG. 1D, the electrode layers 101, 102, 103
To form

なお、n型基板の代りに、半絶縁性GaAs基板にn型層
をエピタキシャル成長させ、この層を利用しても同様の
トランジスタが製作できる。
A similar transistor can be manufactured by epitaxially growing an n-type layer on a semi-insulating GaAs substrate instead of the n-type substrate and using this layer.

〔実施例II〕(Example II)

第2図は、本発明の実施例IIの横型ホモ接合バイポー
ラトランジスタの概略構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a lateral homojunction bipolar transistor according to Example II of the present invention.

本実施例IIの横型ホモ接合バイポーラトランジスタ
は、第2図に示すように、p型基板206をベース層とし
て利用し、n型エミッタ層204とコレクタ層205をイオン
注入法もしくは熱拡散法によって形成し、それらの上に
エミッタ電極201及びコレクタ電極203を形成し、Si3N4
膜(図示していない)の上にベース電極202を形成した
横型ホモ接合バイポーラトランジスタの断面図である。
第2A図,第2B図,第2C図,第2D図及び第2E図は、第2図
に示す横型ホモ接合バイポーラトランジスタの各製作工
程における概略構成を示す断面図である。
As shown in FIG. 2, the lateral homojunction bipolar transistor of Example II uses a p-type substrate 206 as a base layer and forms an n-type emitter layer 204 and a collector layer 205 by ion implantation or thermal diffusion. Then, an emitter electrode 201 and a collector electrode 203 are formed on them, and Si 3 N 4
FIG. 2 is a cross-sectional view of a lateral homojunction bipolar transistor having a base electrode 202 formed on a film (not shown).
FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, FIG. 2D, and FIG. 2E are cross-sectional views showing a schematic configuration in each manufacturing process of the lateral homojunction bipolar transistor shown in FIG.

本実施例IIの横型ホモ接合バイポーラトランジスタ
は、第2A図に示すように、(111)面に垂直な表面を有
するp型GaAs基板206上に、Si3N4膜211を形成し、次
に、FPMレジスト層212、SiO2膜213、AZレジスト層214を
形成する。次に、第2B図に示すように、最上段のAZレジ
スト層214をパタニングし、反応性イオンエッチング法
により、SiO2膜213、FPMレジスト層212を除去する。次
に、Si3N4膜211を通してイオン注入を行いn型層204及
び205を形成する。次に、第2C図に示すように、SiO2膜2
15を形成する。次に、第2D図に示すように、SiO2膜213
の側壁層をバッファ弗酸で除去した後、FPMレジスト層2
12を有機溶媒でリフトオフし、第2D図に示す形状にSiO4
膜215を形成する。次に、イオン注入層の活性化を行っ
た後、SiO2膜215,Si3N4膜211をエッチングで除去し、エ
ミッタ電極201及びコレクタ電極203を形成する。最後
に、Si3N4膜211をプラズマエッチングで除去し、ベース
電極202を形成する。
In the lateral homojunction bipolar transistor of Example II, as shown in FIG. 2A, a Si 3 N 4 film 211 is formed on a p-type GaAs substrate 206 having a surface perpendicular to the (111) plane. Then, an FPM resist layer 212, an SiO 2 film 213, and an AZ resist layer 214 are formed. Next, as shown in FIG. 2B, the uppermost AZ resist layer 214 is patterned, and the SiO 2 film 213 and the FPM resist layer 212 are removed by a reactive ion etching method. Next, ion implantation is performed through the Si 3 N 4 film 211 to form n-type layers 204 and 205. Next, as shown in 2C Figure, SiO 2 film 2
Form 15. Next, as shown in 2D view, SiO 2 film 213
After removing the side wall layer with buffer hydrofluoric acid, the FPM resist layer 2
12 is lifted off with an organic solvent, and SiO 4 is formed into the shape shown in FIG. 2D.
A film 215 is formed. Next, after activating the ion implantation layer, the SiO 2 film 215 and the Si 3 N 4 film 211 are removed by etching to form the emitter electrode 201 and the collector electrode 203. Finally, the Si 3 N 4 film 211 is removed by plasma etching to form the base electrode 202.

なお、p型基板206の代りに、半絶縁性のGaAs基板上
にP型層をエピタキシャル成長させ、この層を利用して
も同様の工程でトランジスタが製作できる。
It should be noted that, instead of the p-type substrate 206, a P-type layer is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate, and a transistor can be manufactured in the same process using this layer.

〔実施例III〕(Example III)

第3図は、本発明の実施例IIIの横型ホモ接合バイポ
ーラトランジスタの概略構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of a lateral homojunction bipolar transistor according to Example III of the present invention.

本実施例IIIの横型ホモ接合バイポーラトランジスタ
は、第3図に示すように、(111)面に垂直な表面を有
するp型GaAs層308の上下をp型AlGaAs層307と高抵抗Al
GaAs層309で挟み、表面でのキャリア再結合及び半絶縁
性GaAs基板306へのリーク電流を低減した構造のもので
ある。第3図において、301はエミッタ電極、302はベー
ス電極、303はコレクタ電極、304及び305はn型層(コ
レクタ層、エミッタ層)である。
As shown in FIG. 3, the lateral homojunction bipolar transistor of Example III has a p-type GaAs layer 308 having a surface perpendicular to the (111) plane and a p-type AlGaAs layer 307 and a high-resistance Al layer.
It has a structure sandwiched between GaAs layers 309 to reduce carrier recombination on the surface and leakage current to the semi-insulating GaAs substrate 306. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes an emitter electrode, 302 denotes a base electrode, 303 denotes a collector electrode, and 304 and 305 denote n-type layers (collector layer and emitter layer).

〔実施例IV〕(Example IV)

第4図は、本発明の実施例IVの横型ホモ接合バイポー
ラトランジスタの概略構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a lateral homojunction bipolar transistor according to Example IV of the present invention.

本実施例IVの横型ホモ接合バイポーラトランジスタ
は、多層エピタキシャル層へ、イオン注入法もしくは熱
拡散法によりp型層を形成したものである。
The lateral homojunction bipolar transistor of Example IV has a p-type layer formed on a multilayer epitaxial layer by an ion implantation method or a thermal diffusion method.

すなわち、第4図に示すように、(111)面に対し垂
直な表面を有する半絶縁性GaAs基板410に、高抵抗AlGaA
s層409、n型GaAs層408、n型AlGaAs層407、p型AlGaAs
層405、p型GaAs層404をエピタキシャル成長したもので
ある。
That is, as shown in FIG. 4, a semi-insulating GaAs substrate 410 having a surface perpendicular to the (111) plane is provided with a high-resistance AlGaA
s layer 409, n-type GaAs layer 408, n-type AlGaAs layer 407, p-type AlGaAs
The layer 405 and the p-type GaAs layer 404 are epitaxially grown.

第4A図,第4B図,第4C図,第4D図及び第4E図は、第2
図に示す横型ホモ接合バイポーラトランジスタの各製作
工程における概略構成を示す断面図である。
FIGS. 4A, 4B, 4C, 4D and 4E show FIG.
It is sectional drawing which shows schematic structure in each manufacturing process of the horizontal homojunction bipolar transistor shown in a figure.

本実施例IVの横型ホモ接合バイポーラトランジスタの
製作工程としては、まず、第4A図に示すように、半絶縁
性GaAs基板410に、n型GaAs層408をエピタキシャル成長
させ、n型GaAs層408の上に、SiO2膜411を形成し、レジ
スト層412でパタニングした後、第4B図に示すように、
反応性イオンエッチングでSiO2膜411を除去する。次
に、第4C図に示すように、Si2N4膜413を形成し、第4D図
に示すように、このSi3N4膜413を通してイオン注入によ
りp型ベース層414を形成する。Si3N4膜413を通すこと
で、ベース層厚の薄層化を実現している。なお、この工
程はSi3N4膜413を用いないで熱拡散法によりp層を形成
することも可能である。
As a manufacturing process of the lateral homojunction bipolar transistor of Example IV, first, as shown in FIG. 4A, an n-type GaAs layer 408 is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate 410, and Then, after forming a SiO 2 film 411 and patterning with a resist layer 412, as shown in FIG.
The SiO 2 film 411 is removed by reactive ion etching. Next, as shown in FIG. 4C, a Si 2 N 4 film 413 is formed, and as shown in FIG. 4D, a p-type base layer 414 is formed by ion implantation through the Si 3 N 4 film 413. By passing the Si 3 N 4 film 413, the base layer thickness is reduced. In this step, a p-layer can be formed by a thermal diffusion method without using the Si 3 N 4 film 413.

次に、イオン注入層の活性化を行う。最後に、第4E図
に示すように、メサエッチングによりn層を出してエミ
ッタ電極401及びコレクタ電極403を形成し、ベース電極
402はp型GaAs層414の上に形成する。ただし、第4A図,
第4B図,第4C図,第4D図及び第4E図ではメサエッチング
形状及び、高抵抗AlGaAs層409、n型AlGaAs層407、p型
AlGaAs層405、p型GaAs層404は省略して描いてある。
Next, the ion implantation layer is activated. Finally, as shown in FIG. 4E, an n-layer is exposed by mesa etching to form an emitter electrode 401 and a collector electrode 403, and a base electrode
402 is formed on the p-type GaAs layer 414. However, Fig. 4A,
4B, 4C, 4D, and 4E, the mesa etching shape, the high-resistance AlGaAs layer 409, the n-type AlGaAs layer 407, and the p-type
The AlGaAs layer 405 and the p-type GaAs layer 404 are not shown.

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。
As mentioned above, although the present invention was explained concretely based on an example, the present invention is not limited to the above-mentioned example.
It goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、説明したように、本発明によれば、従来のホモ
接合バイポーラトランジスタよりも電流増幅率が大きく
できるので、ベース層の薄層化、高濃度化が可能とな
り、トランジスタの高周波特性を向上することができ
る。
As described above, according to the present invention, the current amplification factor can be made larger than that of the conventional homojunction bipolar transistor, so that the base layer can be thinned and the concentration can be increased, and the high-frequency characteristics of the transistor can be improved. be able to.

また、横型のトランジスタのためプレーナ化に適して
おり、大規模集積回路の製作が可能である。
Further, since the transistor is a horizontal transistor, it is suitable for planarization, and a large-scale integrated circuit can be manufactured.

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

第1図は、本発明の実施例Iの横型ホモ接合バイポーラ
トランジスタの概略構成を示す断面図、 第1A図,第1B図,第1C図及び第1D図は、第1図に示す横
型ホモ接合バイポーラトランジスタの各製作工程におけ
る概略構成を示す断面図、 第2図は、本発明の実施例IIの横型ホモ接合バイポーラ
トランジスタの概略構成を示す断面図、 第2A図,第2B図,第2C図,第2D図及び第2E図は、第2図
に示す横型ホモ接合バイポーラトランジスタの各製作工
程における概略構成を示す断面図、 第3図は、本発明の実施例IIIの横型ホモ接合バイポー
ラトランジスタの概略構成を示す断面図、 第4図は、本発明の実施例IVの横型ホモ接合バイポーラ
トランジスタの概略構成を示す断面図、 第4A図,第4B図,第4C図,第4D図及び第4E図は、第4図
に示す横型ホモ接合バイポーラトランジスタの各製作工
程における概略構成を示す断面図、 第5図は、従来の(100)GaAs基板に製作したホモ接合
バイポーラトランジスタとエミッタ・ベース接合が(11
1)面となるホモ接合バイポーラトランジスタについ
て、電流増幅率とベース不純物濃度との関係を示した
図、 第6図は、従来の(100)GaAs基板に製作したホモ接合
バイポーラトランジスタとエミッタ・ベース接合が(11
1)面となるホモ接合バイポーラトランジスタについ
て、電流増幅率とベース幅の関係を示した図である。 図中、101,201,301,401……エミッタ電極、102,202,30
2,402……ベース電極、103,203,303,403……コレクタ電
極、、104……コレクタ・コンタクト層、204,304……コ
ンタクト層、105,205,305……エミッタ層、106……ベー
ス層、107……n型GaAs基板、111,113,213,215,411……
SiO2膜、112……p型層、206……p型GaAs基板、114,21
1,413……Si3N4膜、212……FPMレジスト層、214……AZ
レジスト層、306,410……半絶縁性GaAs基板、308,404,4
11……p型GaAs層、307,405……p型AlGaAs層、407……
n型AlGaAs層、408……n型GaAs層、309,409……高抵抗
AlGaAs層、412……レジスト層。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lateral homojunction bipolar transistor according to Example I of the present invention. FIGS. 1A, 1B, 1C and 1D are lateral homojunction bipolar transistors shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration in each manufacturing process of the bipolar transistor; FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lateral homojunction bipolar transistor according to Example II of the present invention; FIG. 2A, FIG. 2B, and FIG. 2D and 2E are cross-sectional views showing a schematic configuration in each manufacturing process of the lateral homojunction bipolar transistor shown in FIG. 2. FIG. 3 is a sectional view of the lateral homojunction bipolar transistor according to Embodiment III of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the lateral homojunction bipolar transistor according to Example IV of the present invention; FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 4D, and FIG. The figure shows the horizontal homozygous Sectional view showing a schematic configuration of each manufacturing process of the over La transistor, Fig. 5, the conventional (100) homojunction bipolar transistor and the emitter-base junction fabricated in GaAs substrate (11
1) A diagram showing the relationship between the current amplification factor and the base impurity concentration for a homojunction bipolar transistor as a surface. FIG. 6 shows a conventional homojunction bipolar transistor fabricated on a (100) GaAs substrate and an emitter-base junction. Is (11
1) A diagram showing a relationship between a current amplification factor and a base width for a homojunction bipolar transistor serving as a surface. In the figure, 101, 201, 301, 401 ... emitter electrode, 102, 202, 30
2,402 base electrode, 103, 203, 303, 403 collector electrode, 104 collector contact layer, 204, 304 contact layer, 105, 205, 305 emitter layer, 106 base layer, 107 n-type GaAs substrate, 111, 113, 213, 215, 411…
SiO 2 film, 112 p-type layer, 206 p-type GaAs substrate, 114, 21
1,413: Si 3 N 4 film, 212: FPM resist layer, 214: AZ
Resist layer, 306, 410 ... Semi-insulating GaAs substrate, 308,404,4
11 p-type GaAs layer, 307, 405 p-type AlGaAs layer, 407
n-type AlGaAs layer, 408: n-type GaAs layer, 309, 409: high resistance
AlGaAs layer, 412: resist layer.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半絶縁性又はn型(p型)導電性を有する
GaAs単結晶基板からなるバイポーラトランジスタ素子で
あって、前記GaAs単結晶基板の表面の方位が(111)面
に対し垂直である面、すなわち(1,−1,0)、(1,0,−
1)、(−1,1,0)、(−1,0,1)、(0,1,−1)、(0,
−1,1)面の結晶内部に、導電性がn型のGaAs層と、導
電性がp型のGaAs層と、導電性がn型のGaAs層がこの順
序に隣接して設けられ、かつエミッタ・ベース接合面が
(111)面に平行であり、電子及び正孔が主に[111]方
向に流れるように設定されていることを特徴とするバイ
ポーラトランジスタ素子。
(1) having semi-insulating or n-type (p-type) conductivity;
A bipolar transistor element comprising a GaAs single crystal substrate, wherein the surface orientation of the GaAs single crystal substrate is perpendicular to the (111) plane, that is, (1, −1,0), (1,0, −).
1), (-1,1,0), (-1,0,1), (0,1, -1), (0,
A GaAs layer having n-type conductivity, a GaAs layer having p-type conductivity, and a GaAs layer having n-type conductivity are provided adjacent to each other in this order within the crystal of the (−1,1) plane, and A bipolar transistor element, wherein an emitter-base junction surface is parallel to a (111) plane and electrons and holes are set to flow mainly in a [111] direction.
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