JP3349267B2 - Hetero bipolar semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Hetero bipolar semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP3349267B2
JP3349267B2 JP17294494A JP17294494A JP3349267B2 JP 3349267 B2 JP3349267 B2 JP 3349267B2 JP 17294494 A JP17294494 A JP 17294494A JP 17294494 A JP17294494 A JP 17294494A JP 3349267 B2 JP3349267 B2 JP 3349267B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、バイポーラトランジス
タに関し、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタ(H
BT)に関する。HBTは、高速動作可能であり、電流
駆動能力が高いため、マイクロ波デバイスや光通信用の
ドライバ等に応用が期待されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar transistor, and more particularly to a heterojunction bipolar transistor (H).
BT). Since the HBT can operate at high speed and has a high current driving capability, it is expected to be applied to a microwave device, a driver for optical communication, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】HBTは、ベース領域のバンドギャップ
よりも広いバンドギャップを有する半導体材料で形成さ
れたエミッタ領域を有する。ベース〜エミッタ接合を順
バイアスすると、エミッタ領域の多数キャリアがベース
領域に注入されるが、バンドギャップの差によりベース
領域中の多数キャリアがエミッタ領域に注入されにく
い。このため、高い電流利得を期待できる。
2. Description of the Related Art An HBT has an emitter region formed of a semiconductor material having a band gap wider than that of a base region. When the base-emitter junction is forward-biased, majority carriers in the emitter region are injected into the base region, but it is difficult for majority carriers in the base region to be injected into the emitter region due to a difference in band gap. Therefore, a high current gain can be expected.

【0003】図10Aは、従来のAlGaAs/GaA
s系のHBTを示す。GaAs基板50上にn型GaA
sのコレクタ層51、p型GaAsのベース層52、n
型AlGaAsのエミッタ層53がこの順番で形成され
ている。エミッタ、ベース、コレクタの順に階段状にメ
サエッチングをし、エミッタ、ベース、コレクタ上にそ
れぞれエミッタ電極57、ベース電極56、コレクタ電
極55を形成する。
FIG. 10A shows a conventional AlGaAs / GaAs.
1 shows an HBT of the s system. N-type GaAs on a GaAs substrate 50
s collector layer 51, p-type GaAs base layer 52, n
An AlGaAs emitter layer 53 is formed in this order. Mesa etching is performed stepwise in the order of emitter, base, and collector to form an emitter electrode 57, a base electrode 56, and a collector electrode 55 on the emitter, base, and collector, respectively.

【0004】ベース層であるp型GaAsは表面再結合
速度が大きいため、ベース層52を露出させると、その
露出面に電子がトラップされ、電流利得が減少する。従
って、電流利得の減少を防止するためにベース層52が
露出しないようにすることが好ましい。この対策とし
て、エミッタ層53とベース電極56との間にガードリ
ング(ベース保護層)と呼ばれるエミッタ層の薄い層5
8を残し、ベース層52を覆うことが効果的である。
Since p-type GaAs as a base layer has a high surface recombination speed, when the base layer 52 is exposed, electrons are trapped on the exposed surface, and the current gain is reduced. Therefore, it is preferable that the base layer 52 is not exposed in order to prevent a decrease in current gain. As a countermeasure, a thin layer 5 of an emitter layer called a guard ring (base protection layer) is provided between the emitter layer 53 and the base electrode 56.
It is effective to leave the base layer 8 and cover the base layer 52.

【0005】このとき、エミッタ層53とベース電極5
6がガードリング58を介して接触しているが、ガード
リング58の部分を空乏化させることによりベース電極
56からエミッタ層53に直接キャリアが流れることは
ない。
At this time, the emitter layer 53 and the base electrode 5
6 are in contact with each other via the guard ring 58, but the carrier does not flow directly from the base electrode 56 to the emitter layer 53 by depleting the guard ring 58.

【0006】この構造のガードリング58を形成するた
めには、エミッタ層53のAlGaAsをドライエッチ
ングまたはウェットエッチングし、エッチングの時間を
制御することによって、30〜100nmのガードリン
グ58を残す必要がある。しかし、エッチングの時間制
御によりこのように薄い膜厚のガードリング58を残す
ことは困難である。
In order to form the guard ring 58 of this structure, it is necessary to dry-etch or wet-etch AlGaAs of the emitter layer 53 and control the etching time to leave the guard ring 58 of 30 to 100 nm. . However, it is difficult to leave such a thin guard ring 58 by controlling the etching time.

【0007】図10Bは、上記問題点を解決するための
構造を有するHBTを示す。これは、特開平4−286
126号に開示されているものである。図10Aに示す
HBTとは、エミッタ層53がInを含むエッチング停
止層59によって、エミッタ層53aと53bの2層に
分離されている点、及びベース層52とエミッタ層53
bとの界面にInを含むエッチング停止層30が挿入さ
れている点が異なる。
FIG. 10B shows an HBT having a structure for solving the above problem. This is disclosed in JP-A-4-286.
No. 126. The HBT shown in FIG. 10A is different from the HBT in that the emitter layer 53 is separated into two layers of the emitter layers 53a and 53b by the etching stop layer 59 containing In, and that the base layer 52 and the emitter layer 53 are separated.
The difference is that an etching stop layer 30 containing In is inserted at the interface with b.

【0008】ガードリング58を形成するためにエミッ
タ層53aをエッチングする場合、エッチングはエッチ
ング停止層59で停止する。従って、エミッタ層53b
を所望の膜厚に形成しておけば、エッチングの時間を正
確に制御する必要がなく、容易にガードリング58を形
成することができる。さらに、エミッタ層53a、53
bをメサエッチングしてベース層表面を露出する場合に
も、ベース層52表面のエッチング停止層30でエッチ
ングを停止することができる。
When the emitter layer 53 a is etched to form the guard ring 58, the etching stops at the etching stop layer 59. Therefore, the emitter layer 53b
Is formed to a desired film thickness, it is not necessary to precisely control the etching time, and the guard ring 58 can be easily formed. Further, the emitter layers 53a, 53
Even when the surface of the base layer is exposed by mesa etching of b, the etching can be stopped by the etching stop layer 30 on the surface of the base layer 52.

【0009】図10Cは、図10Aの構造のHBTの問
題点を解決するための別の構造を有するHBTを示す。
これは、特開平3−053563号に開示されているも
のである。GaAsベース層52は、25nm程度の非
常に薄いAlGaAsエミッタ層53cで覆われてお
り、その上にはn−GaAsエミッタキャップ層61が
形成されている。
FIG. 10C shows an HBT having another structure for solving the problem of the HBT of the structure of FIG. 10A.
This is disclosed in JP-A-3-053563. The GaAs base layer 52 is covered with an extremely thin AlGaAs emitter layer 53c of about 25 nm, on which an n-GaAs emitter cap layer 61 is formed.

【0010】エミッタキャップ層61を選択ドライエッ
チングして、メサを形成する。この時、GaAs用エッ
チングガスとしてAlGaAsをエッチングしないもの
を使用すれば、エミッタ層53cをベース層52上に残
すことができる。
[0010] The emitter cap layer 61 is selectively dry-etched to form a mesa. At this time, if a gas that does not etch AlGaAs is used as the GaAs etching gas, the emitter layer 53c can be left on the base layer 52.

【0011】メサ状に残されたエミッタキャップ層61
の周囲にAuBe等のベース電極56を形成する。これ
を熱処理することにより、ベース電極56とベース層5
2とのオーミック接触を取ることができる。
The emitter cap layer 61 left in a mesa shape
Is formed around the base electrode 56 made of AuBe or the like. This is subjected to a heat treatment so that the base electrode 56 and the base layer 5 are formed.
Ohmic contact with 2 can be made.

【0012】本構造では、ベース層52の表面は全てエ
ミッタ層53cで覆われている。このようにして、ベー
ス層52上にAlGaAsからなるガードリング58を
形成することができる。また、これと同様の構造でエミ
ッタ層53cをInGaPにしたものがSSDM92の
エクステンディド・アブストラクト(extended abstra
c)の316ページ、あるいは Electronics Letters Vo
l.28 p2308 (1992)に示されている。
In this structure, the entire surface of the base layer 52 is covered with the emitter layer 53c. Thus, the guard ring 58 made of AlGaAs can be formed on the base layer 52. In addition, the same structure as above, except that the emitter layer 53c is made of InGaP, is an extended abstract of SSDM92.
Page 316 of c) or Electronics Letters Vo
l.28 p2308 (1992).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】HBTの高周波特性を
向上させるためには、ベース抵抗を低減するためにベー
ス領域の不純物濃度を高くする必要がある。しかし、ベ
ース領域の不純物濃度を高くすると、ベース領域の正孔
がエミッタ領域に流れ、電流利得が減少するという欠点
がある。
In order to improve the high frequency characteristics of the HBT, it is necessary to increase the impurity concentration of the base region in order to reduce the base resistance. However, when the impurity concentration in the base region is increased, holes in the base region flow into the emitter region, and the current gain is reduced.

【0014】ベース領域をGaAsとした場合、エミッ
タ領域とベース領域との界面の価電子帯のエネルギ差は
エミッタ領域にInGaPを使用した場合の方が、Al
GaAsを使用した場合よりも大きい。そのため、エミ
ッタ領域にInGaPを使用すれば、原理的にベース領
域の多数キャリアである正孔のエミッタ領域への注入が
抑制される。従って、エミッタ領域にInGaPを使用
することにより、AlGaAsを使用した場合に比べて
電流利得を向上させることができるはずである。
When the base region is made of GaAs, the energy difference of the valence band at the interface between the emitter region and the base region is smaller in the case where InGaP is used in the emitter region than in the case where InGaP is used.
It is larger than when GaAs is used. Therefore, if InGaP is used for the emitter region, injection of holes, which are majority carriers in the base region, into the emitter region is suppressed in principle. Therefore, by using InGaP for the emitter region, the current gain can be improved as compared with the case where AlGaAs is used.

【0015】同様に、ベース領域をInGaAsとした
場合、InAlAsをエミッタ領域に使用するよりもI
nPを使用した方が原理的に電流利得を向上させること
ができる。このように、V族元素としてリンを使用した
III−V族化合物半導体をエミッタの材料とすること
により、原理的にベース領域を高濃度にしたときの電流
利得の減少を抑制することができる。従って、InPや
InGaPをエミッタに使用したHBTは、マイクロ波
用のデバイスとして有望である。
Similarly, when the base region is made of InGaAs, the use of InAlAs for the emitter region is less than the case where InAlAs is used for the emitter region.
The current gain can be improved in principle by using nP. As described above, by using a III-V group compound semiconductor using phosphorus as a group V element as a material of the emitter, a decrease in current gain when the base region is made highly concentrated can be suppressed in principle. Therefore, an HBT using InP or InGaP as an emitter is promising as a microwave device.

【0016】しかし、InPやInGaPは、エッチン
グの制御性が悪く、図10Aに示すガードリングを残す
ようなエッチングは困難である。また、リン系半導体、
特にInをIII族元素として含むものは、表面保護膜
に対して非常に不安定である。
However, InP and InGaP have poor controllability of etching, and it is difficult to etch such that a guard ring shown in FIG. 10A is left. In addition, phosphorus-based semiconductors,
In particular, those containing In as a group III element are very unstable with respect to the surface protective film.

【0017】本発明の目的は、電流利得の減少を伴わな
いでベース領域を高濃度化し、かつベース〜エミッタ間
のリーク電流増大も防止した高周波特性の良好なHBT
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high-frequency HBT having a high-frequency characteristic in which the base region is highly concentrated without reducing the current gain and the leakage current between the base and the emitter is prevented from increasing.
It is to provide.

【0018】本発明のヘテロバイポーラ型半導体装置
は、支持基板と、前記支持基板上に形成されたIII−
V族化合物半導体からなるコレクタ層と、前記コレクタ
層の上に形成され、V族元素として砒素を含むIII−
V族化合物半導体からなるベース層と、前記ベース層の
上に形成され、V族元素としてリンを含むIII−V族
化合物半導体からなり、前記ベース層よりも広いバンド
ギャップを有する第1エミッタ層と、前記第1エミッタ
層の上に形成され、前記第1エミッタ層の表面を不動態
化する機能を有する半導体からなるエミッタ保護層と、
前記エミッタ保護層の上に形成され、少なくとも前記エ
ミッタ保護層を介して前記第1エミッタ層と電気的に結
合され、V族元素としてリンを含むIII−V族化合物
半導体からなる第2エミッタ層と、前記ベース層とオー
ミック接触するベース電極とを有するヘテロバイポーラ
型半導体装置であって、前記第1エミッタ層の上面は、
前記エミッタ保護層により、あるいは前記エミッタ保護
層と前記ベース電極により実質的に全面が覆われてお
り、前記第1エミッタ層は、前記ベース電極に接触して
おり、該第1エミッタ層のうち、前記ベース電極の端部
近傍領域は、その全厚さが空乏化している。
[0018] A heterobipolar semiconductor device according to the present invention comprises a supporting substrate and a III-V substrate formed on the supporting substrate.
A collector layer made of a group V compound semiconductor; and a III- layer formed on the collector layer and containing arsenic as a group V element.
A base layer made of a group V compound semiconductor; a first emitter layer formed on the base layer, made of a III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, and having a wider band gap than the base layer; An emitter protection layer formed on the first emitter layer and made of a semiconductor having a function of passivating a surface of the first emitter layer;
Formed at least on the emitter protection layer;
An electrical connection with the first emitter layer through a mitter protection layer.
III-V compound containing phosphorus as group V element
A hetero-bipolar semiconductor device having a second emitter layer made of a semiconductor and a base electrode in ohmic contact with the base layer, wherein an upper surface of the first emitter layer is
Substantially the entire surface is covered by the emitter protective layer or the emitter protective layer and the base electrode, and the first emitter layer is in contact with the base electrode, and In the region near the end of the base electrode, the entire thickness is depleted.

【0019】[0019]

【作用】InP、InGaP等のリン系III−V族化
合物半導体をエミッタに使用することで、エミッタ〜ベ
ース界面における価電子帯のエネルギ差を大きくするこ
とができる。このため、ベースを高濃度にしても電流利
得が低下しにくくなり、高周波特性を向上することがで
きる。また、ベース層の表面を第1エミッタ層で覆うこ
とにより、表面再結合等を抑制し、信頼性を向上するこ
とができる。
By using a phosphorus-based III-V compound semiconductor such as InP or InGaP for the emitter, the energy difference of the valence band at the interface between the emitter and the base can be increased. For this reason, even if the base has a high concentration, the current gain does not easily decrease, and the high-frequency characteristics can be improved. In addition, by covering the surface of the base layer with the first emitter layer, surface recombination and the like can be suppressed, and reliability can be improved.

【0020】エミッタ保護層の上にさらにリン系の第2
エミッタ層を形成した場合、リン系のエミッタ中にエミ
ッタ保護層で形成された砒素系のエッチング停止層を挿
入することになる。従って、第1エミッタ層の薄い膜を
残してエッチングを停止することができる。このため、
エミッタ領域とベース電極との間のガードリングを容易
に形成することができる。これにより、ベース層界面で
の電子の再結合を抑制でき、電流利得を向上することが
可能になる。
On the emitter protective layer, a phosphorus-based second
When an emitter layer is formed, an arsenic-based etching stop layer formed by an emitter protective layer is inserted into a phosphorus-based emitter. Therefore, the etching can be stopped while leaving the thin film of the first emitter layer. For this reason,
A guard ring between the emitter region and the base electrode can be easily formed. Thereby, recombination of electrons at the interface of the base layer can be suppressed, and the current gain can be improved.

【0021】Inとリンを含むIII−V族化合物半導
体であるガードリングの表面を砒素系III−V族化合
物半導体であるエッチング停止層で覆うことにより、リ
ン系III−V族化合物半導体と絶縁保護膜が直接接触
しない構造とすることができる。このため、Inとリン
含むIII−V族化合物半導体と絶縁保護膜との接触
による不安定性を回避することができる。
By covering the surface of the guard ring, which is a III-V compound semiconductor containing In and phosphorus, with an etching stop layer, which is an arsenic III-V compound semiconductor, insulation protection between the phosphorus and the phosphorus III-V compound semiconductor is achieved. A structure in which the film does not directly contact can be provided. Therefore, instability due to contact between the III- V compound semiconductor containing In and phosphorus and the insulating protective film can be avoided.

【0022】また、Inとリンを含むIII−V族化合
物半導体のエミッタ領域中に砒素系III−V族化合物
半導体層を埋め込む構成にすることにより、エッチング
停止層の採用に係わらず電子の輸送に対して電位障壁が
形成されないようにすることができる。
Further, by arranging the arsenic-based III-V compound semiconductor layer in the emitter region of the III-V compound semiconductor containing In and phosphorus, electrons can be transported regardless of the use of the etching stop layer. On the other hand, a potential barrier can be prevented from being formed.

【0023】[0023]

【実施例】以下に図1、図2A〜図2Dを参照して、本
発明の第1の実施例によるHBTについて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An HBT according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2A to 2D.

【0024】半絶縁性のGaAs基板1上に、n+ 型G
aAsコレクタコンタクト層2、n型GaAsコレクタ
層3、p+ 型GaAsベース層4、n型InGaPエミ
ッタ層5、n型GaAsエミッタ保護層6、n型InG
aPエミッタ層7、n+ 型GaAs層とn+ 型InGa
As層の2層構造のエミッタキャップ層8をこの順番で
ガスソースMBEまたはMOCVD等で形成する。
On a semi-insulating GaAs substrate 1, an n + type G
aAs collector contact layer 2, n-type GaAs collector layer 3, p + -type GaAs base layer 4, n-type InGaP emitter layer 5, n-type GaAs emitter protection layer 6, n-type InG
aP emitter layer 7, n + -type GaAs layer and n + -type InGa
An emitter cap layer 8 having a two-layer structure of an As layer is formed in this order by gas source MBE or MOCVD.

【0025】GaAsコレクタコンタクト層2の不純物
濃度は約3×1018cm-3、膜厚は約500nmであ
る。GaAsコレクタ層3の不純物濃度は約3×1016
cm-3、膜厚は約400nmである。GaAsベース層
4の不純物濃度は約4×1019cm-3、膜厚は約70n
mである。InGaPエミッタ層5の不純物濃度は約5
×1017cm-3、膜厚は約50nmである。
The GaAs collector contact layer 2 has an impurity concentration of about 3 × 10 18 cm −3 and a thickness of about 500 nm. The impurity concentration of the GaAs collector layer 3 is about 3 × 10 16
cm -3 and a film thickness of about 400 nm. The GaAs base layer 4 has an impurity concentration of about 4 × 10 19 cm −3 and a thickness of about 70 n.
m. The impurity concentration of the InGaP emitter layer 5 is about 5
× 10 17 cm -3 and a film thickness of about 50 nm.

【0026】GaAsエミッタ保護層6の不純物濃度は
約5×1017cm-3、膜厚は約5nmである。InGa
Pエミッタ層7の不純物濃度は約5×1017cm-3、膜
厚は約100nmである。エミッタキャップ層8のGa
As層の不純物濃度は約3×1018cm-3、膜厚は約1
00nm、InGaAs層の不純物濃度は約5×10 19
cm-3、膜厚は約100nmである。
The impurity concentration of the GaAs emitter protective layer 6 is
About 5 × 1017cm-3And the film thickness is about 5 nm. InGa
The impurity concentration of the P emitter layer 7 is about 5 × 1017cm-3,film
The thickness is about 100 nm. Ga of the emitter cap layer 8
The impurity concentration of the As layer is about 3 × 1018cm-3, Film thickness is about 1
00 nm, the impurity concentration of the InGaAs layer is about 5 × 10 19
cm-3, And the film thickness is about 100 nm.

【0027】以下に、図2A〜図2Dを参照して第1の
実施例によるHBTの製造方法について説明する。図2
Aは、エミッタメサを形成する工程を示す。上記のよう
に準備された多層構造を有する基板上にエミッタ電極1
1となるタングステンシリサイド(WSi)膜を約50
0nm形成し、フォトリソグラフィによりエミッタとな
る部分以外のWSi膜を取り除く。
Hereinafter, a method of manufacturing the HBT according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2D. FIG.
A shows a step of forming an emitter mesa. The emitter electrode 1 is formed on the substrate having the multilayer structure prepared as described above.
About 50 tungsten silicide (WSi) films
The WSi film is formed to a thickness of 0 nm, and the WSi film other than the portion serving as the emitter is removed by photolithography.

【0028】次に、WSi膜をマスクとして、GaAs
/InGaAsエミッタキャップ層8をエッチングして
InGaPエミッタ層7の表面を露出させる。その後、
エミッタ層7を塩酸と純水の混合液でエッチングする。
塩酸と純水の混合液は、GaAsをエッチングしないの
で、エッチングはGaAsエミッタ保護層6の表面で停
止する。このようにして、InGaPエミッタ層7、G
aAs/InGaAsエミッタキャップ層8及びWSi
エミッタ電極11の3層からなるエミッタメサ30を形
成する。
Next, GaAs is formed using the WSi film as a mask.
The surface of the InGaP emitter layer 7 is exposed by etching the / InGaAs emitter cap layer 8. afterwards,
The emitter layer 7 is etched with a mixed solution of hydrochloric acid and pure water.
Since the mixed solution of hydrochloric acid and pure water does not etch GaAs, the etching stops at the surface of the GaAs emitter protective layer 6. Thus, the InGaP emitter layer 7, G
aAs / InGaAs emitter cap layer 8 and WSi
An emitter mesa 30 composed of three layers of the emitter electrode 11 is formed.

【0029】図2Bは、エミッタ保護層6をエッチング
する工程を示す。図2Aの工程で作製した基板にCVD
法等によりSiO2 膜を堆積させ、異方性のリアクティ
ブイオンエッチング等を用いてエミッタメサ30の側面
にSiO2 からなるサイドウォール13を形成する。
FIG. 2B shows a step of etching the emitter protection layer 6. The substrate prepared in the step of FIG.
A SiO 2 film is deposited by a method or the like, and a sidewall 13 made of SiO 2 is formed on the side surface of the emitter mesa 30 by using anisotropic reactive ion etching or the like.

【0030】このサイドウォールをマスクとして、リン
酸(H3 PO4 )、過酸化水素水(H2 2 )、純水の
混合液でGaAsエミッタ保護層6をエッチングする。
このエッチング液はInGaPをエッチングしないた
め、エッチングはInGaPエミッタ層5の表面で停止
する。
Using the sidewalls as a mask, the GaAs emitter protective layer 6 is etched with a mixture of phosphoric acid (H 3 PO 4 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and pure water.
Since this etching solution does not etch InGaP, the etching stops at the surface of the InGaP emitter layer 5.

【0031】図2Cは、ベース領域を露出させる工程を
示す。図2Bの工程後、さらに塩酸と純水の混合液でI
nGaPエミッタ層5をエッチングし、GaAsベース
層4の表面を露出させる。
FIG. 2C shows a step of exposing the base region. After the process of FIG. 2B, I
The nGaP emitter layer 5 is etched to expose the surface of the GaAs base layer 4.

【0032】図2Dは、ベース電極を蒸着する工程を示
す。Ti、Pt、Auをそれぞれ10nm、50nm、
200nmこの順番に基板上に真空蒸着する。これによ
り、エミッタ電極11上からベース層4上にかけて表面
がTi/Pt/Au膜で覆われる。蒸着による膜堆積は
指向性を持っているのでサイドウォール13上にはわず
かのTi/Pt/Au膜しか堆積しない。
FIG. 2D shows a step of depositing a base electrode. Ti, Pt, and Au are respectively 10 nm, 50 nm,
Vacuum deposition is performed on the substrate in this order by 200 nm. Thereby, the surface from the emitter electrode 11 to the base layer 4 is covered with the Ti / Pt / Au film. Since film deposition by vapor deposition has directivity, only a small amount of Ti / Pt / Au film is deposited on the sidewalls 13.

【0033】次に、斜め方向からアルゴンイオンミリン
グを行い、サイドウォール側面上をエッチングして余分
なTi/Pt/Au膜を取り除くことにより、エミッタ
電極11とベース電極10とを分離する。このように、
ベース電極をエミッタに対してセルフアラインで形成で
きる。
Next, argon ion milling is performed from an oblique direction, and the side surface of the sidewall is etched to remove an excess Ti / Pt / Au film, thereby separating the emitter electrode 11 and the base electrode 10. in this way,
The base electrode can be formed in a self-aligned manner with respect to the emitter.

【0034】次に、ベース領域をフォトレジスト膜で保
護し、余分なTi/Pt/Au膜をイオンミリングで除
去する。エミッタ領域、ベース領域をマスクしてリン
酸、過酸化水素水、純水の混合液でメサエッチングを行
い、GaAsコレクタコンタクト層2を露出させる(図
1)。リソグラフィによりレジストマスクを形成してコ
レクタコンタクト領域を露出する。AuGe、Auをそ
れぞれ20nm、300nm蒸着し、リフトオフにより
コレクタ電極9を形成する。その後、350〜450℃
で熱処理を行ってコレクタのオーミック接触を得る。
Next, the base region is protected by a photoresist film, and an extra Ti / Pt / Au film is removed by ion milling. The emitter region and the base region are masked, and mesa etching is performed with a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide and pure water to expose the GaAs collector contact layer 2 (FIG. 1). A resist mask is formed by lithography to expose the collector contact region. AuGe and Au are deposited in a thickness of 20 nm and 300 nm, respectively, and a collector electrode 9 is formed by lift-off. Then 350-450 ° C
To obtain ohmic contact with the collector.

【0035】このようにして作製されたHBTを図1に
示す。図1に示すようにエミッタ領域とベース電極10
との間のベース層4の表面は、InGaPエミッタ層5
の一部からなるガードリング12で完全に覆われてい
る。また、その表面上にはGaAsエミッタ保護層6が
残されている。そのため、InGaPエミッタ層5と保
護膜とが直接接触しないため、リーク電流の増大を防止
できる。
FIG. 1 shows the HBT thus manufactured. As shown in FIG.
Between the InGaP emitter layer 5 and the surface of the base layer 4.
Is completely covered by a guard ring 12 consisting of a part of The GaAs emitter protective layer 6 is left on the surface. Therefore, since the InGaP emitter layer 5 and the protective film do not directly contact each other, an increase in leak current can be prevented.

【0036】上記実施例は、InGaP/GaAs構造
のHBTについて説明したが、InP/InGaAs構
造のHBTについても同様の工程で作製することができ
る。また、エッチング停止層としてInGaPエミッタ
の時GaAsエミッタ保護層を使用したが、AlGaA
s等の他の砒素系III−V族化合物半導体を用いても
よい。V族元素の異なるリン系III−V族化合物半導
体と砒素系化合物半導体はそれぞれ他に対して選択的に
エッチングすることが容易である。なお、エッチング停
止とエミッタ層のサイドウォール絶縁膜に対する保護と
を同一のGaAs層で行っているが、別々の層で形成す
ることができる。
In the above embodiment, an HBT having an InGaP / GaAs structure has been described. However, an HBT having an InP / InGaAs structure can be manufactured in the same steps. Further, a GaAs emitter protective layer was used as an etching stop layer in the case of an InGaP emitter.
Other arsenic-based III-V compound semiconductors such as s may be used. It is easy to selectively etch a phosphorus-based III-V compound semiconductor and an arsenic-based compound semiconductor having different group V elements from each other. Although the etching stop and the protection of the side wall insulating film of the emitter layer are performed by the same GaAs layer, they can be formed by separate layers.

【0037】InPエミッタの時には、エミッタ構造中
の一要素であるエッチング停止層としてInGaAsが
用いられるが、InAlAsやInAlGaAsでもよ
い。また、エッチング停止層としてエミッタ層と格子定
数が整合しているものを例示したが、エッチング停止層
が十分薄ければ、特に格子定数が整合していなくてもよ
い。
In the case of an InP emitter, InGaAs is used as an etching stop layer, which is one element in the emitter structure, but may be InAlAs or InAlGaAs. In addition, although the example in which the lattice constant is matched with the emitter layer is illustrated as the etching stop layer, if the etching stop layer is sufficiently thin, the lattice constant need not be particularly matched.

【0038】また、図2A〜図2Dにおいては、サイド
ウォール型セルフアライン構造について示したが、庇状
部分を有するT字型セルフアライン構造でもよい。ま
た、サイドウォールとしてSiO2 を使用した場合につ
いて示したが、SiN、SiON等の他の絶縁物を用い
てもよい。ベース電極は、Ti/Pt/Auとしたが、
これ以外の電極でもよい。
Although FIGS. 2A to 2D show the side wall type self-aligned structure, a T-shaped self-aligned structure having an eave-shaped portion may be used. Although the case where SiO 2 is used as the sidewall has been described, other insulators such as SiN and SiON may be used. The base electrode was Ti / Pt / Au,
Other electrodes may be used.

【0039】次に図3、図4A〜図4Dを参照して本発
明の第2の実施例によるHBTについて説明する。図3
は、第2の実施例によるHBTの断面図を示す。図1に
示す第1の実施例によるHBTとの構造上の主な相違点
は、エミッタ電極11がエミッタメサ30の端部から庇
状に張り出しており、この庇状部分によってベース電極
10がセルフアラインされている点、及びベース電極1
0がInGaPエミッタ層5の表面に形成されており、
ベース電極10からInGaPエミッタ層5を貫通して
GaAsベース層4まで達する電極反応領域20により
ベース電極10とベース層4とのオーミック接触が取ら
れている点である。
Next, an HBT according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3, 4A to 4D. FIG.
Shows a sectional view of the HBT according to the second embodiment. The main difference from the HBT according to the first embodiment shown in FIG. 1 is that the emitter electrode 11 projects from the end of the emitter mesa 30 like an eave, and the base electrode 10 is self-aligned by this eave-like portion. And the base electrode 1
0 is formed on the surface of the InGaP emitter layer 5,
The ohmic contact between the base electrode 10 and the base layer 4 is established by the electrode reaction region 20 extending from the base electrode 10 to the GaAs base layer 4 through the InGaP emitter layer 5.

【0040】なお、図1では、上側のエミッタ層7がI
nGaPであるのに対し、図3のHBTでは、上側のエ
ミッタ層7がGaAsである点も異なる。以下、図4A
〜図4Dを参照して図3に示すHBTの製造方法につい
て説明する。
In FIG. 1, the upper emitter layer 7 is
3 is different from the HBT of FIG. 3 in that the upper emitter layer 7 is made of GaAs. Hereinafter, FIG. 4A
The method of manufacturing the HBT shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS.

【0041】図4Aに示すように、半絶縁性のGaAs
基板1上に、n+ 型GaAsコレクタコンタクト層2、
i型GaAsコレクタ層3、p+ 型GaAsベース層
4、n型InGaPエミッタ層5、n型AlGaAsエ
ミッタ保護層6、n型GaAsエミッタ層7、n+ 型I
nGaAsエミッタキャップ層8をこの順番でガスソー
スMBEまたはMOCVD等で形成する。
As shown in FIG. 4A, semi-insulating GaAs
On a substrate 1, an n + -type GaAs collector contact layer 2,
i-type GaAs collector layer 3, p + -type GaAs base layer 4, n-type InGaP emitter layer 5, n-type AlGaAs emitter protective layer 6, n-type GaAs emitter layer 7, n + -type I
The nGaAs emitter cap layer 8 is formed in this order by gas source MBE or MOCVD.

【0042】GaAsコレクタコンタクト層2の不純物
濃度は約3×1018cm-3、膜厚は約500nmであ
る。GaAsコレクタ層3はノンドープで膜厚は約45
0nmである。GaAsベース層4の不純物濃度は約4
×1019cm-3、膜厚は約70nmである。InGaP
エミッタ層5の不純物濃度は約3×1017cm-3、膜厚
は約30nmである。
The GaAs collector contact layer 2 has an impurity concentration of about 3 × 10 18 cm −3 and a thickness of about 500 nm. The GaAs collector layer 3 is non-doped and has a thickness of about 45 nm.
0 nm. The impurity concentration of the GaAs base layer 4 is about 4
× 10 19 cm -3 and a film thickness of about 70 nm. InGaP
The emitter layer 5 has an impurity concentration of about 3 × 10 17 cm −3 and a thickness of about 30 nm.

【0043】AlGaAsエミッタ保護層6はAlx
1-x Asの組成を有する組成勾配層であり、下表面で
xが0.3、上表面でxが0である。このエミッタ保護
層6は、エッチング停止、エミッタ層表面の不動態化と
共に、InGaPエミッタ層5の伝導帯をGaAsのバ
ンド構造になめらかに接続させる役割も果たす。また、
不純物濃度は約3×1017cm-3、膜厚は約30nmで
ある。GaAsエミッタ層7の不純物濃度には勾配が設
けられており、下表面で約3×1017cm-3、上表面で
約3×1018cm-3であり、膜厚は約300nmであ
る。
The AlGaAs emitter protective layer 6 is made of Al x G
a 1-x As is a composition gradient layer having a composition of As, where x is 0.3 on the lower surface and x is 0 on the upper surface. The emitter protection layer 6 also serves to stop the etching and passivate the surface of the emitter layer and to smoothly connect the conduction band of the InGaP emitter layer 5 to the GaAs band structure. Also,
The impurity concentration is about 3 × 10 17 cm −3 and the film thickness is about 30 nm. The impurity concentration of the GaAs emitter layer 7 has a gradient, about 3 × 10 17 cm −3 on the lower surface, about 3 × 10 18 cm −3 on the upper surface, and a film thickness of about 300 nm.

【0044】エミッタキャップ層8は、膜厚50nmの
Iny Ga1-y Asの組成を有する組成勾配層と膜厚6
0nmのIn0.6 Ga0.4 As層の2層から構成されて
いる。なお、組成勾配層の下表面でyは0であり上表面
で0.6である。InGaAs組成勾配層の不純物濃度
には勾配が設けられており、下表面で約3×1018cm
-3、上表面で約3×1019cm-3である。In0.6 Ga
0.4 As層の不純物濃度は約3×1019cm-3である。
In0.6 Ga0.4 As層からInGaPエミッタ層まで
バンド構造は大きな不連続を生じることなく、滑らかに
接続される。
The emitter cap layer 8 is composed of a 50-nm - thick composition gradient layer having a composition of In y Ga 1-y As and a thickness of 6 nm.
It is composed of two layers of 0 nm In 0.6 Ga 0.4 As layers. Note that y is 0 on the lower surface of the composition gradient layer and 0.6 on the upper surface. A gradient is provided in the impurity concentration of the InGaAs composition gradient layer, and about 3 × 10 18 cm
-3 , about 3 × 10 19 cm -3 on the upper surface. In 0.6 Ga
The impurity concentration of the 0.4 As layer is about 3 × 10 19 cm −3 .
The band structure is smoothly connected from the In 0.6 Ga 0.4 As layer to the InGaP emitter layer without causing a large discontinuity.

【0045】エミッタ層7は下表面の不純物濃度がエミ
ッタ層5の不純物濃度と等しい。また、上表面の不純物
濃度はエミッタキャップ層8の不純物濃度と等しい。従
って、エミッタ層7はエミッタとして機能すると同時
に、その上側部分はエミッタキャップ層としても機能す
る。
The impurity concentration of the lower surface of the emitter layer 7 is equal to the impurity concentration of the emitter layer 5. The impurity concentration on the upper surface is equal to the impurity concentration of the emitter cap layer 8. Accordingly, the emitter layer 7 functions as an emitter, and at the same time, the upper part thereof also functions as an emitter cap layer.

【0046】なお、GaAsベース層4のp型不純物に
は、カーボンを使用し、その他の層のn型不純物にはシ
リコンを使用することが好ましい。p型不純物としてC
を用いる場合、MOCVDで形成することが好ましい。
It is preferable that carbon is used for the p-type impurity of the GaAs base layer 4 and silicon is used for the n-type impurity of the other layers. C as a p-type impurity
When is used, it is preferable to form by MOCVD.

【0047】図4Bはエミッタメサを形成する工程を示
す。GaAsエミッタキャップ層8の表面にスパッタリ
ングにより膜厚400nmのWSi層を堆積する。WS
i層表面のエミッタ領域をレジストパターンで覆い、C
4 とO2 との混合ガスを使用してWSi層を異方性エ
ッチングし、エミッタ電極11を形成する。
FIG. 4B shows a step of forming an emitter mesa. A 400 nm-thick WSi layer is deposited on the surface of the GaAs emitter cap layer 8 by sputtering. WS
Covering the emitter region on the i-layer surface with a resist pattern,
The WSi layer is anisotropically etched using a mixed gas of F 4 and O 2 to form the emitter electrode 11.

【0048】レジストパターンを除去した後、エミッタ
電極11をマスクとしGaAsエミッタキャップ層8を
ウェットエッチングする。エッチャントとしては、H3
PO 4 、H2 2 及びH2 Oの混合液を使用する。
After removing the resist pattern, the emitter
Using the electrode 11 as a mask, the GaAs emitter cap layer 8 is
Perform wet etching. H as an etchantThree
PO Four, HTwoOTwoAnd HTwoA mixture of O is used.

【0049】次に、CCl2 2 とHeとの混合ガスを
用い、GaAsエミッタ層7を等方性ドライエッチング
する。このエッチングガスはAlGaAsをエッチング
しないため、エッチングはAlGaAsエミッタ保護層
6の表面で自動的に停止する。さらに、オーバエッチン
グを行ってエミッタ層7をサイドエッチングし、エミッ
タ電極11による庇状部分を形成する。このようにし
て、エミッタメサ30を形成する。
Next, the GaAs emitter layer 7 is isotropically dry-etched using a mixed gas of CCl 2 F 2 and He. Since this etching gas does not etch AlGaAs, the etching automatically stops at the surface of the AlGaAs emitter protective layer 6. Further, the emitter layer 7 is side-etched by performing over-etching to form an eave-shaped portion by the emitter electrode 11. Thus, the emitter mesa 30 is formed.

【0050】図4Cはエミッタメサにサイドウォールを
形成し、エミッタ保護層6をエッチングする工程を示
す。エミッタ層7をサイドエッチングした後、プラズマ
CVDによりSiN膜を基板全面に堆積する。続いて、
堆積したSiN膜をCHF3 とCF4 との混合ガスで異
方性ドライエッチングしてサイドウォール13を形成す
る。
FIG. 4C shows a step of forming a side wall on the emitter mesa and etching the emitter protective layer 6. After side-etching the emitter layer 7, a SiN film is deposited on the entire surface of the substrate by plasma CVD. continue,
The deposited SiN film is anisotropically dry-etched with a mixed gas of CHF 3 and CF 4 to form a sidewall 13.

【0051】異方性エッチングは、主に基板の上方から
下方に進むため、エミッタメサ30の側面及びエミッタ
電極11の庇の陰になる領域はほとんどエッチングされ
ない。このため、図4Cに示すように、エミッタ保護層
6の表面のエミッタメサ30の近傍にサイドウォール1
3が形成される。
Since the anisotropic etching mainly proceeds from above the substrate to below, the side surface of the emitter mesa 30 and the region behind the eaves of the emitter electrode 11 are hardly etched. Therefore, as shown in FIG. 4C, the side wall 1 is located near the emitter mesa 30 on the surface of the emitter protection layer 6.
3 is formed.

【0052】次に、サイドウォール13をマスクとして
エミッタ保護層6を除去する。エッチャントとしてはH
3 PO4 、H2 2 及びH2 Oの混合液を使用する。こ
の混合液は、InGaPをほとんどエッチングしないた
め、エミッタ層5の表面が露出した時点でエッチングは
自動的に停止する。なお、ウェットエッチングは等方的
に進むため、エミッタ保護層6はサイドウォール13の
端部からややアンダーカットされる。
Next, the emitter protection layer 6 is removed using the side walls 13 as a mask. H as an etchant
A mixture of 3 PO 4 , H 2 O 2 and H 2 O is used. Since this mixed solution hardly etches InGaP, the etching automatically stops when the surface of the emitter layer 5 is exposed. Since the wet etching proceeds isotropically, the emitter protection layer 6 is slightly undercut from the end of the sidewall 13.

【0053】図4Dは、ベース電極を形成する工程を示
す。エミッタ保護層6を除去した後、Pd、Zn、P
t、Auをこの順番でそれぞれ20nm、20nm、4
0nm、80nmの厚さ蒸着する。エミッタ保護層6は
アンダーカットされているため、Pd/Zn/Pt/A
u層はエミッタ保護層6に接触しない。Pd/Zn/P
t/Au層の蒸着については、本願発明者らが特開平5
−259435号に開示している技術を用いることがで
きる。
FIG. 4D shows a step of forming a base electrode. After removing the emitter protection layer 6, Pd, Zn, P
t and Au are 20 nm, 20 nm, 4
Evaporate to a thickness of 0 nm and 80 nm. Since the emitter protection layer 6 is undercut, Pd / Zn / Pt / A
The u layer does not contact the emitter protection layer 6. Pd / Zn / P
Regarding the deposition of the t / Au layer, the inventors of the present application have disclosed in
-259435 can be used.

【0054】次に、エミッタメサ及びベース電極領域を
レジストパターンで覆い、アルゴンイオンミリングによ
り余分な領域のPd/Zn/Pt/Au層を除去する。
続いて、同じレジストパターンをマスクとしてエミッタ
層5をHClとH3 PO4 の混合液を用いてエッチング
してベース層4の表面を露出させる。さらに、H3 PO
4 、H2 2 及びH2 Oの混合液を用いて、ベース層4
及びコレクタ層3をエッチングする。コレクタ層3をベ
ース層4との界面から約150nm程度の深さエッチン
グした時点でエッチングを停止する。このようにして、
エミッタメサ30の周囲にベース層4とオーミック接触
が取られたベース電極10を形成する。一旦レジストパ
ターンを除去する。
Next, the emitter mesa and the base electrode region are covered with a resist pattern, and an excess region of the Pd / Zn / Pt / Au layer is removed by argon ion milling.
Subsequently, using the same resist pattern as a mask, the emitter layer 5 is etched using a mixed solution of HCl and H 3 PO 4 to expose the surface of the base layer 4. In addition, H 3 PO
4 , a base layer 4 using a mixture of H 2 O 2 and H 2 O.
And the collector layer 3 is etched. When the collector layer 3 is etched from the interface with the base layer 4 to a depth of about 150 nm, the etching is stopped. In this way,
A base electrode 10 in ohmic contact with the base layer 4 is formed around the emitter mesa 30. The resist pattern is once removed.

【0055】図3に示すように、コレクタ電極9を形成
してHBTを作製することができる。まず、コレクタ電
極を形成する領域に開口を有するレジストパターンを形
成し、H3 PO4 、H2 2 及びH2 Oの混合液でコレ
クタ層3及びコレクタコンタクト層2をエッチングす
る。コレクタコンタクト層2の表面から所定の深さの穴
が形成された時点でエッチングを停止し、コレクタコン
タクト層2を露出させる。続いて、AuGe、Ni、A
uをそれぞれ30nm、10nm、300nmの厚さ蒸
着し、リフトオフによりコレクタ電極9を形成する。
As shown in FIG. 3, an HBT can be manufactured by forming a collector electrode 9. First, a resist pattern having an opening in a region where a collector electrode is to be formed is formed, and the collector layer 3 and the collector contact layer 2 are etched with a mixed solution of H 3 PO 4 , H 2 O 2 and H 2 O. Etching is stopped when a hole having a predetermined depth is formed from the surface of the collector contact layer 2 to expose the collector contact layer 2. Then, AuGe, Ni, A
u is deposited to a thickness of 30 nm, 10 nm, and 300 nm, respectively, and a collector electrode 9 is formed by lift-off.

【0056】次に、窒素雰囲気中350℃で15分間、
熱処理を行う。熱処理によりコレクタコンタクト層2の
コレクタ電極9との界面近傍が合金化され、コレクタ電
極9とコレクタコンタクト層2との間のオーミック接触
を得ることができる。同時に、ベース電極10からベー
ス層4に達する電極反応領域20が形成され、ベース電
極10とベース層4との間のオーミック接触を得ること
ができる。
Next, at 350 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere,
Heat treatment is performed. By the heat treatment, the vicinity of the interface between the collector contact layer 2 and the collector electrode 9 is alloyed, and an ohmic contact between the collector electrode 9 and the collector contact layer 2 can be obtained. At the same time, an electrode reaction region 20 extending from the base electrode 10 to the base layer 4 is formed, and an ohmic contact between the base electrode 10 and the base layer 4 can be obtained.

【0057】ベース電極10とベース層4とのオーミッ
ク接触を取るために、ベース電極ににAuZn、AuB
eあるいはAuMn、AuMg等を使用すると、300
〜350℃程度でAuとGaAsとの反応が急激に進行
し、膜厚100nm程度のベース層4を通過してしま
う。電極反応領域20がコレクタ層3にまで達してしま
うと、コレクタ耐圧の低下の原因となる。ベース層4の
下層にPdを用いることにより、この問題を解決するこ
とができる。なお、最上層のAuが熱処理後も半導体と
反応しないくらいに厚いPd、Pt等の材料を用いるこ
とが好ましい。また、AuBe、AuZn、AuMnを
用いても、熱処理しても反応がベース層をつき抜けない
くらいに十分薄い厚みとすればよい。
In order to make ohmic contact between the base electrode 10 and the base layer 4, AuZn, AuB
e, AuMn, AuMg, etc.
At about 350 ° C., the reaction between Au and GaAs progresses rapidly, and passes through the base layer 4 having a thickness of about 100 nm. When the electrode reaction region 20 reaches the collector layer 3, it causes a decrease in the collector breakdown voltage. This problem can be solved by using Pd for the lower layer of the base layer 4. Note that it is preferable to use a material such as Pd or Pt that is thick enough that Au in the uppermost layer does not react with the semiconductor even after the heat treatment. Even if AuBe, AuZn, or AuMn is used, the thickness may be sufficiently small so that the reaction does not pass through the base layer even when the heat treatment is performed.

【0058】図3に示す第2の実施例によるHBTにお
いても、ベース電極10とエミッタメサ30との間のベ
ース層4の表面は、エミッタ層5からなるガードリング
12によって覆われている。また、エミッタ層5の表面
は、AlGaAsエミッタ保護層6で覆われており、I
nGaPエミッタ層5とSiN膜が直接接触しない。ま
た、エミッタ保護層とエミッタ層とはサイドウォール絶
縁膜の下部で完全に空乏化する。このため、図1に示す
第1の実施例と同様の効果を得ることができる。
Also in the HBT according to the second embodiment shown in FIG. 3, the surface of the base layer 4 between the base electrode 10 and the emitter mesa 30 is covered by the guard ring 12 composed of the emitter layer 5. The surface of the emitter layer 5 is covered with an AlGaAs emitter protection layer 6,
The nGaP emitter layer 5 does not directly contact the SiN film. Further, the emitter protective layer and the emitter layer are completely depleted below the sidewall insulating film. Therefore, the same effect as that of the first embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

【0059】実際に、図3に示す構造のHBTを作製し
たところ、ベースコレクタ耐圧は15V以上であり、十
分な耐圧を得ることができた。また、エミッタ〜ベース
間のガードリングを通したリーク電流も観測されなかっ
た。バイアス電圧を印加した状態でもガードリング部分
は完全に空乏化していることが判る。
When an HBT having the structure shown in FIG. 3 was actually manufactured, the withstand voltage of the base collector was 15 V or more, and a sufficient withstand voltage was obtained. Also, no leakage current through the guard ring between the emitter and the base was observed. It can be seen that the guard ring portion is completely depleted even when the bias voltage is applied.

【0060】次に、図5を参照して、図3に示す実施例
に従って作製したHBTの寿命試験を行った結果につい
て説明する。図5は、HBTの電流利得の経時変化を示
す。横軸は、通電開始からの経過時間を表し、縦軸は、
電流利得を表す。実線p1、p2は、それぞれ150
℃、200℃の雰囲気中における図3に示す構造のHB
Tの電流利得の経時変化を示す。なお、比較のため、I
nGaPエミッタ層5をAlGaAsに置き換えた構造
のHBTの150℃、200℃における電流利得の経時
変化をそれぞれ点線q1、q2で示す。なおエミッタ電
流密度は6×104 A/cm2 で測定を行った。
Next, with reference to FIG. 5, a result of a life test of the HBT manufactured according to the embodiment shown in FIG. 3 will be described. FIG. 5 shows the change over time in the current gain of the HBT. The horizontal axis represents the elapsed time from the start of energization, and the vertical axis represents
Indicates current gain. The solid lines p1 and p2 are 150
HB having the structure shown in FIG.
5 shows a change with time of the current gain of T. For comparison, I
The dotted lines q1 and q2 show the temporal changes of the current gain of the HBT having the structure in which the nGaP emitter layer 5 is replaced with AlGaAs at 150 ° C. and 200 ° C., respectively. The emitter current density was measured at 6 × 10 4 A / cm 2 .

【0061】エミッタ層にAlGaAsを使用したHB
Tにおいては、点線q1、q2で示すように通電を開始
してから電流利得は減少を続け、さらに100〜200
時間経過した時点で電流利得が急激に低下し、素子動作
不能となった。この条件から常温動作の寿命を見積もる
と、急激な電流利得の低下がないとしても寿命は約2年
未満となる。
HB using AlGaAs for the emitter layer
At T, as shown by the dotted lines q1 and q2, the current gain continues to decrease after the start of energization, and further decreases by 100 to 200.
At the time point when the time had elapsed, the current gain dropped sharply, and the device became inoperable. If the life at normal temperature operation is estimated from these conditions, the life will be less than about 2 years even if there is no sharp decrease in current gain.

【0062】これに対し、エミッタ層にInGaPを使
用したHBTにおいては、200℃では通電開始から9
00時間、150℃では約1200時間経過しても電流
利得はほとんど低下しなかった。この試験結果から常温
動作の寿命を見積もると、少なくとも数年、長ければ数
十年以上となる。このように、エミッタ層にInGaP
を使用し、その表面を不動態化すると、AlGaAsを
使用した場合に比べて素子の寿命を飛躍的に向上するこ
とができる。
On the other hand, in the case of an HBT using InGaP for the emitter layer, at 200.degree.
At 00 hours and 150 ° C., the current gain hardly decreased even after about 1200 hours. Estimating the life at normal temperature operation from this test result will be at least several years, and longer than several tens of years. As described above, the InGaP
When the surface is passivated by using Al, the life of the device can be significantly improved as compared with the case where AlGaAs is used.

【0063】なお、エミッタ保護層をエッチング停止層
として用いる場合を説明したが、エッチングは時間等で
制御してもよい。エミッタ保護層は、露出するエミッタ
層表面を覆って、不活性化できるものであればGaAs
やAlGaAsに限定されない。このような性質を持つ
ものとしてIII−V族、IV族等の半導体が考えられ
る。ただし、組成中にInは含まないものとするのが好
ましい。たとえば、GaP、GaAsP、Si等が考え
られる。上下の半導体と格子整合していなくても、十分
薄ければ作製可能である。
Although the case where the emitter protective layer is used as the etching stop layer has been described, the etching may be controlled by time or the like. The emitter protective layer is made of GaAs if it covers the exposed surface of the emitter layer and can be inactivated.
It is not limited to AlGaAs or AlGaAs. Semiconductors having such properties include III-V group and IV group semiconductors. However, it is preferable that In be not contained in the composition. For example, GaP, GaAsP, Si and the like can be considered. Even if they are not lattice-matched with the upper and lower semiconductors, they can be manufactured if they are sufficiently thin.

【0064】エミッタ保護層は電流経路中においては、
電位障壁等のバンド不連続の原因となる。このため、そ
の厚さはキャリアがトンネル等によって輸送できる範囲
内とする。好ましくは50nm以下の厚さである。ただ
し、バンド不連続ΔEcが十分小さく、電流の阻害とな
らないときや、バンドが滑らかにつながっているときは
この限りではない。
In the current path, the emitter protection layer is
This causes band discontinuity such as a potential barrier. For this reason, the thickness is set within a range in which the carrier can be transported by a tunnel or the like. Preferably, the thickness is 50 nm or less. However, this does not apply when the band discontinuity ΔEc is sufficiently small and does not hinder the current, or when the bands are smoothly connected.

【0065】次に、図6を参照して第2の実施例の変形
例について説明する。図6は、第2の実施例の変形例に
よるHBTの断面図を示す。本変形例によるHBTは、
図3に示す第2の実施例によるHBTと比べて、ベース
電極10が形成されている領域のエミッタ保護層6が除
去されないで残されている点が異なる。その他の構成は
図3に示す第2の実施例と同様である。
Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a cross-sectional view of an HBT according to a modification of the second embodiment. The HBT according to this modification is
The difference from the HBT according to the second embodiment shown in FIG. 3 is that the emitter protection layer 6 in the region where the base electrode 10 is formed is not removed and is left. Other configurations are the same as those of the second embodiment shown in FIG.

【0066】図6に示すように、ベース電極10はエミ
ッタ保護層6の上に形成されており、ベース電極10か
らエミッタ保護層6及びエミッタ層5を通してベース層
4の表面まで電極反応領域20が形成されている。この
ような構造は、第2の実施例で説明した図4Cに示す工
程において、サイドウォール13を形成後、AlGaA
sエミッタ保護層6をエッチングする前にPd/Zn/
Pt/Au層を蒸着することにより形成することができ
る。
As shown in FIG. 6, the base electrode 10 is formed on the emitter protection layer 6. An electrode reaction region 20 extends from the base electrode 10 through the emitter protection layer 6 and the emitter layer 5 to the surface of the base layer 4. Is formed. Such a structure is obtained by forming the side wall 13 in the step shown in FIG.
Before etching the s emitter protection layer 6, Pd / Zn /
It can be formed by depositing a Pt / Au layer.

【0067】本変形例においても、InGaPエミッタ
層5の表面はAlGaAsエミッタ保護層6で覆われて
いるため、InGaPエミッタ層5の表面を流れるリー
ク電流の問題は発生しない。
Also in this modification, since the surface of the InGaP emitter layer 5 is covered with the AlGaAs emitter protective layer 6, the problem of the leakage current flowing on the surface of the InGaP emitter layer 5 does not occur.

【0068】なお、図6に示す構造では、ベース電極1
0がAlGaAsエミッタ保護層6を介してエミッタ層
7と接続されているが、ガードリング12の部分のAl
GaAsエミッタ保護層6は約30nmと極めて薄いた
め、その全厚さが空乏化している。また、図3の場合と
同様に、ガードリング12部分のInGaPエミッタ層
5もその全厚さが空乏化している。このため、ベース電
極10からAlGaAsエミッタ保護層6もしくはIn
GaPエミッタ層5を介して直接エミッタに電流が流れ
ることはない。
In the structure shown in FIG. 6, the base electrode 1
0 is connected to the emitter layer 7 through the AlGaAs emitter protection layer 6,
Since the GaAs emitter protective layer 6 is extremely thin, about 30 nm, the entire thickness is depleted. 3, the entire thickness of the InGaP emitter layer 5 in the guard ring 12 is also depleted. Therefore, the AlGaAs emitter protective layer 6 or the InGaAs
No current flows through the GaP emitter layer 5 directly to the emitter.

【0069】図3〜図6では、基板上に形成した1つの
HBTについて説明したが、同一基板上に複数の半導体
素子を形成しIC化する場合には、素子分離領域に例え
ばプロトン(H+ )をイオン注入することにより、素子
分離を行うことができる。
3 to 6, one HBT formed on the substrate has been described. However, when a plurality of semiconductor elements are formed on the same substrate to form an IC, for example, proton (H + The device isolation can be performed by ion-implanting ()).

【0070】次に、図7を参照して本発明の第3の実施
例について説明する。図7は、第3の実施例によるHB
Tの断面図を示す。図6に示す第2の実施例の変形例で
は、AlGaAsエミッタ保護層6がエミッタメサ30
を形成するためのエッチング停止層及びInGaPエミ
ッタ層5の保護層としての機能を兼ねていた。本実施例
では、エッチング停止のためのAlGaAsエッチング
停止層6a及びInGaPエミッタ層5を保護するため
のGaAsエミッタ保護層6bとを分離し2層構造とし
ている点が異なる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an HB according to the third embodiment.
1 shows a sectional view of T. In the modification of the second embodiment shown in FIG. 6, the AlGaAs emitter protection layer 6 is
Also functioned as an etching stop layer for forming a layer and a protective layer for the InGaP emitter layer 5. The present embodiment is different from the first embodiment in that an AlGaAs etching stop layer 6a for stopping the etching and a GaAs emitter protection layer 6b for protecting the InGaP emitter layer 5 are separated to form a two-layer structure.

【0071】また、図1の第1の実施例及び図3の第2
の実施例では、それぞれサイドウォール及びエミッタ電
極の庇状部分を利用してベース電極をセルフアラインで
形成したが、本実施例では、通常のマスク合わせにより
ベース電極の位置決めを行っている。
The first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment shown in FIG.
In this embodiment, the base electrode is formed in a self-aligned manner by utilizing the eaves of the side wall and the emitter electrode. In the present embodiment, the base electrode is positioned by ordinary mask alignment.

【0072】なお、エミッタメサは、下から順番に、前
述のAlGaAsエッチング停止層6a、GaAsエミ
ッタ層7、GaAsとInGaAsの2層からなるエミ
ッタキャップ層8及びエミッタ電極11が積層されて構
成されている。その他の構成は、図6に示す第2の実施
例の変形例と同様である。なお、図7では、HBTを覆
うように形成された層間絶縁膜21、層間絶縁膜21上
に形成された配線22及び素子分離領域23も示してい
る。
The emitter mesa is formed by stacking the AlGaAs etching stop layer 6a, the GaAs emitter layer 7, the emitter cap layer 8 composed of two layers of GaAs and InGaAs, and the emitter electrode 11 in this order from the bottom. . Other configurations are the same as those of the modification of the second embodiment shown in FIG. FIG. 7 also shows an interlayer insulating film 21 formed so as to cover the HBT, a wiring 22 formed on the interlayer insulating film 21, and an element isolation region 23.

【0073】次に、図8A〜図8Dを参照して第3の実
施例によるHBTの製造方法について説明する。図8A
に示すように、半絶縁性GaAs基板1上に、n+ 型G
aAsコレクタコンタクト層2、n型GaAsコレクタ
層3、p+ 型GaAsベース層4、n型InGaPエミ
ッタ層5、n型GaAsエミッタ保護層6b、n型Al
GaAsエッチング停止層6a、n型GaAsエミッタ
層7及びn+ 型GaAs/InGaAsエミッタキャッ
プ層8をこの順番にガスソースMBEまたはMOCVD
によりエピタキシャル成長する。
Next, a method of manufacturing the HBT according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 8D. FIG. 8A
As shown in FIG. 1, an n + type G is formed on a semi-insulating GaAs substrate 1.
aAs collector contact layer 2, n-type GaAs collector layer 3, p + -type GaAs base layer 4, n-type InGaP emitter layer 5, n-type GaAs emitter protective layer 6b, n-type Al
The GaAs etching stop layer 6a, the n-type GaAs emitter layer 7, and the n + -type GaAs / InGaAs emitter cap layer 8 are sequentially placed in the gas source MBE or MOCVD.
Epitaxial growth.

【0074】GaAsコレクタコンタクト層2の不純物
濃度は5×1018cm-3、膜厚は500nmである。G
aAsコレクタ層3の不純物濃度は3×1016cm-3
膜厚は500nmである。GaAsベース層4の不純物
濃度は4×1019cm-3、膜厚は100nmである。I
nGaPエミッタ層5の不純物濃度は4×1017
-3、膜厚は40nmである。
Impurities in GaAs collector contact layer 2
The concentration is 5 × 1018cm-3, And the film thickness is 500 nm. G
The impurity concentration of the aAs collector layer 3 is 3 × 1016cm-3,
The thickness is 500 nm. Impurity of GaAs base layer 4
The concentration is 4 × 1019cm-3, And the film thickness is 100 nm. I
The impurity concentration of the nGaP emitter layer 5 is 4 × 1017c
m -3, And the film thickness is 40 nm.

【0075】GaAsエミッタ保護層6bの不純物濃度
は4×1017cm-3、膜厚は4nmである。AlGaA
sエッチング停止層6aの不純物濃度は4×1017cm
-3、膜厚は4nmである。GaAsエミッタ層7の不純
物濃度は4×1017cm-3、膜厚は100nmである。
The GaAs emitter protective layer 6b has an impurity concentration of 4 × 10 17 cm -3 and a thickness of 4 nm. AlGaAs
The impurity concentration of the s etching stop layer 6a is 4 × 10 17 cm
-3 , the film thickness is 4 nm. The impurity concentration of the GaAs emitter layer 7 is 4 × 10 17 cm −3 , and the thickness is 100 nm.

【0076】GaAs/InGaAsエミッタキャップ
層8は、下層のGaAs層と上層のInGaAs層の2
層から構成されている。下層のGaAs層の不純物濃度
は1×1019cm-3、膜厚は100nmである。上層の
InGaAs層はIn0.6 Ga0.4 Asの組成を有し、
不純物濃度は3×1019cm-3、膜厚は50nmであ
る。
The GaAs / InGaAs emitter cap layer 8 is composed of a lower GaAs layer and an upper InGaAs layer.
It is composed of layers. The lower GaAs layer has an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 and a thickness of 100 nm. The upper InGaAs layer has a composition of In 0.6 Ga 0.4 As,
The impurity concentration is 3 × 10 19 cm −3 and the film thickness is 50 nm.

【0077】図8Bは、エミッタメサ30を形成する工
程を示す。まず、フォトリソグラフィによりエミッタキ
ャップ層8の表面上のエミッタ領域にWSiからなるエ
ミッタ電極11を形成する。エミッタ電極11をマスク
として、図2Aに示す工程と同様にウェットエッチング
によりInGaAsエミッタキャップ層8をエッチング
し、次にGaAsエミッタ層7をドライエッチングす
る。エッチングは、AlGaAsエッチング停止層6a
の表面が露出した時点で自動的に停止する。
FIG. 8B shows a step of forming the emitter mesa 30. First, an emitter electrode 11 made of WSi is formed in the emitter region on the surface of the emitter cap layer 8 by photolithography. Using the emitter electrode 11 as a mask, the InGaAs emitter cap layer 8 is etched by wet etching in the same manner as the step shown in FIG. 2A, and then the GaAs emitter layer 7 is dry-etched. Etching is performed using an AlGaAs etching stop layer 6a.
Stops automatically when the surface is exposed.

【0078】続いて、AlGaAsエッチング停止層6
aをエッチングしてGaAsエミッタ表面を露出させ
る。このようにしてエミッタメサ30を形成する。図8
Cに示すように、エミッタメサ30を覆うように基板全
面にSiO2 等の表面保護膜13aを堆積する。
Subsequently, the AlGaAs etching stop layer 6
Etch a to expose the GaAs emitter surface. Thus, the emitter mesa 30 is formed. FIG.
As shown in C, a surface protection film 13a such as SiO 2 is deposited on the entire surface of the substrate so as to cover the emitter mesa 30.

【0079】図8Dに示すように、ベース電極領域に開
口を有するレジストパターンをマスクとして表面保護膜
13aのベース電極領域に開口を形成し、GaAsエミ
ッタ保護層6bの表面を露出させる。続いて、全面にP
d/Zn/Pt/Au層を蒸着し、リフトオフによりベ
ース電極10を形成する。
As shown in FIG. 8D, an opening is formed in the base electrode region of the surface protection film 13a by using a resist pattern having an opening in the base electrode region as a mask to expose the surface of the GaAs emitter protection layer 6b. Then, P
A d / Zn / Pt / Au layer is deposited, and a base electrode 10 is formed by lift-off.

【0080】ベース電極10形成後は、図4Dに示すベ
ース電極形成後の工程と同様の工程により、コレクタ電
極9を形成する。その後、基板全面に層間絶縁膜21を
堆積し、エミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極部分
にコンタクトホールを形成する。次に、メッキあるいは
蒸着等により、層間絶縁膜21上に配線22を形成す
る。
After the formation of the base electrode 10, the collector electrode 9 is formed by the same steps as the steps after the formation of the base electrode shown in FIG. 4D. Thereafter, an interlayer insulating film 21 is deposited on the entire surface of the substrate, and contact holes are formed in the emitter electrode, base electrode, and collector electrode portions. Next, the wiring 22 is formed on the interlayer insulating film 21 by plating or vapor deposition.

【0081】なお、素子分離領域23は、例えば、プロ
トンを所定の領域にイオン注入することによって形成す
る。図7、図8A〜図8Dでは、ベース電極とベース層
とのオーミック接触を取るために、Pd/Zn/Pt/
Auのアロイ電極を使用した場合について説明したが、
電極反応領域20にZn等を拡散、またはBe等をイオ
ン注入してオーミック接触を取ってもよい。また、図1
に示すようにベース電極形成領域のGaAsエミッタ保
護層6b及びInGaPエミッタ層5を除去して、ベー
ス層4上に直接ベース電極10を形成してもよい。
The element isolation region 23 is formed, for example, by ion-implanting protons into a predetermined region. 7 and 8A to 8D, in order to obtain ohmic contact between the base electrode and the base layer, Pd / Zn / Pt /
Although the case where the Au alloy electrode is used has been described,
Ohmic contact may be made by diffusing Zn or the like or implanting Be or the like into the electrode reaction region 20. FIG.
As shown in (1), the GaAs emitter protective layer 6b and the InGaP emitter layer 5 in the base electrode formation region may be removed, and the base electrode 10 may be formed directly on the base layer 4.

【0082】次に、図9を参照して第3の実施例の変形
例について説明する。図9は、第3の実施例の変形例に
よるHBTのエミッタメサ部分の断面図を示す。本変形
例によるHBTは、エミッタメサ30がInGaP第2
エミッタ層7、AlGaAsエッチング停止層6c、G
aAs及びInGaAsの2層からなるエミッタキャッ
プ層8及びエミッタ電極11の積層から構成されている
点が、図7の第3の実施例と異なり、その他は同様の構
成である。
Next, a modification of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view of an emitter mesa portion of an HBT according to a modification of the third embodiment. In the HBT according to the present modification, the emitter mesa 30 is made of InGaP second
Emitter layer 7, AlGaAs etching stop layer 6c, G
The third embodiment is different from the third embodiment shown in FIG. 7 in that the emitter cap layer 8 and the emitter electrode 11 are formed by laminating two layers of aAs and InGaAs.

【0083】InGaP第2エミッタ層7の不純物濃度
は4×1017cm-3、膜厚は40nmである。AlGa
Asエッチング停止層6cは、Alx Ga1-x Asの組
成を有する組成勾配層であり、最下面でxが0.3、最
上面でxが0である。また、不純物濃度は4×1017
-3、膜厚は30nmである。
The InGaP second emitter layer 7 has an impurity concentration of 4 × 10 17 cm −3 and a thickness of 40 nm. AlGa
The As etching stop layer 6c is a composition gradient layer having a composition of Al x Ga 1-x As, where x is 0.3 at the lowermost surface and x is 0 at the uppermost surface. The impurity concentration is 4 × 10 17 c
m -3 and the film thickness is 30 nm.

【0084】エミッタキャップ層8の下層のGaAs層
の不純物濃度は1×1019cm-3、膜厚は100nmで
あり、上層のInGaAs層はIn0.6 Ga0.4 Asの
組成を有し、不純物濃度は3×1019cm-3、膜厚は5
0nmである。
The lower GaAs layer of the emitter cap layer 8 has an impurity concentration of 1 × 10 19 cm −3 and a thickness of 100 nm. The upper InGaAs layer has a composition of In 0.6 Ga 0.4 As. 3 × 10 19 cm -3 , thickness 5
0 nm.

【0085】次に、本変形例によるHBTの作製方法に
ついて説明する。第3の実施例とは、図8Bに示すエミ
ッタメサを形成する工程が異なり、その他の工程は同様
である。以下、エミッタメサの形成工程についてのみ説
明する。
Next, a method of manufacturing the HBT according to the present modification will be described. The process of forming the emitter mesa shown in FIG. 8B is different from that of the third embodiment, and the other processes are the same. Hereinafter, only the step of forming the emitter mesa will be described.

【0086】まず、エミッタキャップ層8上に形成され
たエミッタ電極11をマスクとしてエミッタキャップ層
8の上層のInGaAs層をウェットエッチングする。
次に、エミッタキャップ層8の下層のGaAs層を選択
ドライエッチングする。続いて、AlGaAsエッチン
グ停止層6cを選択ウェットエッチングし、InGaP
エミッタ層7表面を露出する。さらに、InGaPエミ
ッタ層7を選択ウェットエッチングし、GaAsエミッ
タ保護層6bの表面を露出させる。
First, the InGaAs layer on the emitter cap layer 8 is wet-etched using the emitter electrode 11 formed on the emitter cap layer 8 as a mask.
Next, the GaAs layer below the emitter cap layer 8 is selectively dry-etched. Subsequently, the AlGaAs etching stop layer 6c is selectively wet-etched to form InGaP.
The surface of the emitter layer 7 is exposed. Further, the InGaP emitter layer 7 is selectively wet-etched to expose the surface of the GaAs emitter protection layer 6b.

【0087】これらの選択エッチングは、エッチング対
象層の下の層をエッチングしないため、下層の表面が露
出した時点でエッチングは自動的に停止する。GaAs
エミッタ保護層6bの表面を露出させた後は、第3の実
施例の図8C以降の工程と同様の工程によりHBTを作
製する。
In these selective etchings, since the layer below the layer to be etched is not etched, the etching automatically stops when the surface of the lower layer is exposed. GaAs
After exposing the surface of the emitter protection layer 6b, an HBT is manufactured by the same steps as those in FIG. 8C and thereafter of the third embodiment.

【0088】本変形例によれば、ドライエッチングによ
るガードリング内のダメージを抑制しつつエミッタキャ
ップ層8をドライエッチングにより形成することができ
る。ドライエッチングは、通常のウェットエッチングに
比べて異方性が強いため、エミッタメサの断面形状を制
御性よく形成することができる。これにより、素子特性
のばらつきを小さくすることが可能になる。
According to this modification, the emitter cap layer 8 can be formed by dry etching while suppressing damage in the guard ring due to dry etching. Since dry etching has higher anisotropy than ordinary wet etching, the cross-sectional shape of the emitter mesa can be formed with good controllability. As a result, it is possible to reduce variations in element characteristics.

【0089】また、AlGaAsエッチング停止層6c
を組成勾配層とすることにより、伝導帯のスパイクの影
響を小さくすることができる。上記第2、第3の実施例
では、ベース電極としてPd/Zn/Pt/Au層を用
いた場合について示したが、最下層に金を含まないその
他の非金系電極を用いてもよい。例えば、Pt/Ti/
Pt/Au、Ti/Pt、あるいはTi/Pt/Au等
の積層構造の電極を用いてもよい。AuZn、AuB
e、AuMn等でも、あるいはバリアを含むAuZn/
Pt/Au、AuMn/Mn/Au等でもよい。
The AlGaAs etching stop layer 6c
Is a composition gradient layer, the effect of spikes in the conduction band can be reduced. In the second and third embodiments, the case where the Pd / Zn / Pt / Au layer is used as the base electrode has been described, but other non-gold-based electrodes containing no gold in the lowermost layer may be used. For example, Pt / Ti /
An electrode having a laminated structure such as Pt / Au, Ti / Pt, or Ti / Pt / Au may be used. AuZn, AuB
e, AuMn, etc., or AuZn /
It may be Pt / Au, AuMn / Mn / Au, or the like.

【0090】また、上記第2、第3の実施例では、電極
反応領域がベース電極からその下のエミッタ層を通して
ベース層まで達している場合について示したが、必ずし
も電極反応領域とベース層が直接接触している必要はな
い。例えば、InGaPエミッタ層の途中で反応が停止
し、電極反応領域とベース層表面とが直接接続していな
い場合であっても、電極反応領域の下面とベース層の上
面との間隔が正孔によるトンネル電流が流れる程度の間
隔であればよい。
In the second and third embodiments, the case where the electrode reaction region extends from the base electrode to the base layer through the emitter layer below the base electrode has been described. It does not need to be in contact. For example, even when the reaction stops in the middle of the InGaP emitter layer and the electrode reaction region and the base layer surface are not directly connected, the distance between the lower surface of the electrode reaction region and the upper surface of the base layer is determined by holes. It is sufficient that the interval is such that a tunnel current flows.

【0091】また、第1〜第3の実施例では、エミッタ
層としてInGaPを用いた場合について説明したが、
In、Ga、Pを含むその他の混晶半導体を用いてもよ
い。例えば、InP/InGaAsをエミッタ/ベース
とし、保護層にInAlAs、第2エミッタにInGa
Asを用いてもよい。
In the first to third embodiments, the case where InGaP is used as the emitter layer has been described.
Other mixed crystal semiconductors containing In, Ga, and P may be used. For example, InP / InGaAs is used as an emitter / base, InAlAs is used as a protective layer, and InGaAs is used as a second emitter.
As may be used.

【0092】また、ベース層に格子整合するInGaA
sPやInGaAlP等を用いてもよい。なお、いずれ
の場合にも、エミッタ保護層、エミッタの各厚みと濃度
は、ベースから延びる空乏層と絶縁膜から延びる空乏層
によりバイアスされた状態でも完全に空乏化されるよう
に選択されている。
Also, InGaAs lattice-matched to the base layer
sP or InGaAlP may be used. In any case, the thickness and concentration of each of the emitter protective layer and the emitter are selected so that the emitter is completely depleted even when biased by the depletion layer extending from the base and the depletion layer extending from the insulating film. .

【0093】また、上記実施例では、エミッタアップ型
のHBTについて説明したが、コレクタアップ型のHB
Tについても同様の構造を採用することができる。さら
に、npnタイプのトランジスタのみではなく、pnp
タイプのトランジスタにも適用することができる。
In the above embodiment, the emitter-up type HBT has been described.
A similar structure can be adopted for T. Furthermore, not only npn type transistors but also pnp type transistors are used.
It can also be applied to transistors of the type.

【0094】エッチング停止とエミッタ保護を兼ねた層
は、単層の場合も複数層の場合もその全厚さは約50n
m以下とすることが電気的特性から好ましい。組成勾配
層を用いない均一組成の層の場合は、全厚さを約10n
m以下とすることが好ましい。
The total thickness of the single layer or the plurality of layers which serve both as the etching stop and the emitter protection is about 50 n.
m or less is preferable from the electrical characteristics. In the case of a layer having a uniform composition without using the composition gradient layer, the total thickness is about 10 n.
m or less.

【0095】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流利得の低下を招くことなく、高周波特性の良好なH
BTを作製することが可能になる。
As described above, according to the present invention,
Without causing a decrease in current gain, H
BT can be manufactured.

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

【図1】本発明の第1の実施例によるHBTの断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of an HBT according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例によるHBTの製造工程
を示すためのHBT主要部の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a main part of the HBT for illustrating a manufacturing process of the HBT according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例によるHBTの断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of an HBT according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例によるHBTの製造工程
を示すためのHBT主要部の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of an HBT for illustrating a manufacturing process of the HBT according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例によるHBTの電流利得
の経時変化を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a change over time in a current gain of an HBT according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例の変形例によるHBTの
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an HBT according to a modification of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例によるHBTの断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view of an HBT according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施例によるHBTの製造工程
を示すためのHBT主要部の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a main part of an HBT for illustrating a manufacturing process of the HBT according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例の変形例によるHBTの
断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of an HBT according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図10】従来例によるHBTの断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a conventional HBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、20 GaAs基板 2 GaAsコレクタコンタクト層 3、21 GaAsコレクタ層 4 GaAsベース層 5 エミッタ層 6a、6c GaAsエッチング停止層 6、6b エミッタ保護層 7 エミッタ層 8 エミッタキャップ層 9 コレクタ電極 10 ベース電極 11 エミッタ電極 12 ガードリング 13 サイドウォール 13a 表面保護膜 20 電極反応領域 21 層間絶縁膜 22 配線 23 素子分離領域 30 エミッタメサ 52 p型GaAsベース層 53、53a、53b、53c n型AlGaAsエミ
ッタ層 54 SiO2 サイドウォール 55 コレクタ電極 56 ベース電極 57 エミッタ電極 58 ガードリング 59、60 エッチング停止層 61 n型GaAsエミッタキャップ層 62 ベース〜オーミック反応層
Reference Signs List 1, 20 GaAs substrate 2 GaAs collector contact layer 3, 21 GaAs collector layer 4 GaAs base layer 5 Emitter layer 6a, 6c GaAs etching stop layer 6, 6b Emitter protection layer 7 Emitter layer 8 Emitter cap layer 9 Collector electrode 10 Base electrode 11 Emitter electrode 12 Guard ring 13 Side wall 13a Surface protective film 20 Electrode reaction region 21 Interlayer insulating film 22 Wiring 23 Element isolation region 30 Emitter mesa 52 p-type GaAs base layer 53, 53a, 53b, 53cn n-type AlGaAs emitter layer 54 SiO 2 side Wall 55 Collector electrode 56 Base electrode 57 Emitter electrode 58 Guard ring 59, 60 Etch stop layer 61 n-type GaAs emitter cap layer 62 Base to ohmic reaction layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−52483(JP,A) 特開 昭62−162358(JP,A) 特開 昭61−162257(JP,A) 特開 昭61−99375(JP,A) 特開 平5−243256(JP,A) 特開 平5−36713(JP,A) 特開 平4−288838(JP,A) 特開 平4−286126(JP,A) 特開 平3−53563(JP,A) 特開 平3−44938(JP,A) 特開 平2−194652(JP,A) 特開 平2−188964(JP,A) 特開 平1−161862(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/331 H01L 29/205 H01L 29/737 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-52483 (JP, A) JP-A-62-162358 (JP, A) JP-A-61-162257 (JP, A) JP-A-61-162257 99375 (JP, A) JP-A-5-243256 (JP, A) JP-A-5-36713 (JP, A) JP-A-4-288838 (JP, A) JP-A-4-286126 (JP, A) JP-A-3-53563 (JP, A) JP-A-3-44938 (JP, A) JP-A-2-194652 (JP, A) JP-A-2-188964 (JP, A) JP-A-1-1611862 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/331 H01L 29/205 H01L 29/737

Claims (29)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 支持基板と、前記支持基板上に形成され
たIII−V族化合物半導体からなるコレクタ層と、 前記コレクタ層の上に形成され、V族元素として砒素を
含むIII−V族化合物半導体からなるベース層と、 前記ベース層の上に形成され、V族元素としてリンを含
むIII−V族化合物半導体からなり、前記ベース層よ
りも広いバンドギャップを有する第1エミッタ層と、 前記第1エミッタ層の上に形成され、前記第1エミッタ
層の表面を不動態化する機能を有する半導体からなるエ
ミッタ保護層と、前記エミッタ保護層の上に形成され、少なくとも前記エ
ミッタ保護層を介して前記第1エミッタ層と電気的に結
合され、V族元素としてリンを含むIII−V族化合物
半導体からなる第2エミッタ層と、 前記ベース層とオーミック接触するベース電極とを有す
るヘテロバイポーラ型半導体装置であって、 前記第1エミッタ層の上面は、前記エミッタ保護層によ
り、あるいは前記エミッタ保護層と前記ベース電極によ
り実質的に全面が覆われており、 前記第1エミッタ層は、前記ベース電極に接触してお
り、該第1エミッタ層のうち、前記ベース電極の端部近
傍領域は、その全厚さが空乏化しているヘテロバイポー
ラ型半導体装置。
1. A support substrate, a collector layer made of a group III-V compound semiconductor formed on the support substrate, and a group III-V compound formed on the collector layer and containing arsenic as a group V element A base layer made of a semiconductor, a first emitter layer formed on the base layer, made of a III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, and having a wider band gap than the base layer; An emitter protection layer formed on the first emitter layer and made of a semiconductor having a function of passivating the surface of the first emitter layer ; and
An electrical connection with the first emitter layer through a mitter protection layer.
III-V compound containing phosphorus as group V element
A hetero-bipolar semiconductor device having a second emitter layer made of a semiconductor and a base electrode in ohmic contact with the base layer, wherein an upper surface of the first emitter layer is formed by the emitter protection layer or the emitter protection layer And the base electrode is substantially entirely covered with the first emitter layer, and the first emitter layer is in contact with the base electrode, and a region of the first emitter layer near an end of the base electrode is A hetero-bipolar semiconductor device whose total thickness is depleted.
【請求項2】 前記エミッタ保護層が、V族元素として
砒素を含むIII−V族化合物半導体で形成されている
請求項1記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
2. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein said emitter protection layer is formed of a III-V compound semiconductor containing arsenic as a V element.
【請求項3】 さらに、前記第2エミッタ層の上に形成
され、前記第2エミッタ層よりも高い不純物濃度を有す
るIII−V族化合物半導体からなるエミッタキャップ
層を有する請求項1または2に記載のヘテロバイポーラ
型半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an emitter cap layer formed on the second emitter layer and made of a III-V compound semiconductor having an impurity concentration higher than that of the second emitter layer. Heterobipolar semiconductor device.
【請求項4】 前記ベース電極は、前記ベース層の表面
上に直接形成されている請求項3記載のヘテロバイポー
ラ型半導体装置。
4. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 3, wherein said base electrode is formed directly on a surface of said base layer.
【請求項5】 さらに、前記第2エミッタ層及び前記エ
ミッタキャップ層の側面に形成され、外周面の位置が前
記エミッタ保護層の端部と一致している絶縁材料からな
るサイドウォールを有する請求項4記載のヘテロバイポ
ーラ型半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a sidewall formed on a side surface of the second emitter layer and the emitter cap layer, the sidewall being made of an insulating material and having a position of an outer peripheral surface coinciding with an end of the emitter protection layer. 5. The heterobipolar semiconductor device according to item 4.
【請求項6】 前記ベース電極は、前記第1エミッタ層
の上に形成され、前記第1エミッタ層を介して前記ベー
ス層とオーミック接触されている請求項3記載のヘテロ
バイポーラ型半導体装置。
6. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 3, wherein said base electrode is formed on said first emitter layer, and is in ohmic contact with said base layer via said first emitter layer.
【請求項7】 前記第1エミッタ層の前記ベース電極が
形成されている領域には、前記ベース電極と前記ベース
層とを電気的に接続するためにパラジウムあるいは白金
を含む合金化された領域が形成されている請求項6記載
のヘテロバイポーラ型半導体装置。
7. An alloyed region containing palladium or platinum for electrically connecting the base electrode and the base layer is formed in a region of the first emitter layer where the base electrode is formed. 7. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is formed.
【請求項8】 前記第1エミッタ層の前記ベース電極が
形成されている領域には、前記ベース電極と前記ベース
層とを電気的に接続するために、亜鉛、ベリリウム、カ
ーボン、マグネシウム、マンガンの少なくとも1種をド
ープした領域が形成されている請求項6記載のヘテロバ
イポーラ型半導体装置。
8. A region of the first emitter layer where the base electrode is formed, in order to electrically connect the base electrode and the base layer, zinc, beryllium, carbon, magnesium, and manganese are used. 7. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 6, wherein a region doped with at least one kind is formed.
【請求項9】 前記ベース電極は、前記エミッタ保護層
の上に形成され、前記エミッタ保護層及び前記第1エミ
ッタ層を介して前記ベース層とオーミック接触されてい
る請求項3記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
9. The hetero-bipolar type according to claim 3, wherein the base electrode is formed on the emitter protection layer, and is in ohmic contact with the base layer via the emitter protection layer and the first emitter layer. Semiconductor device.
【請求項10】 前記第1エミッタ層及び前記エミッタ
保護層の前記ベース電極が形成されている領域には、前
記ベース電極と前記ベース層とを電気的に接続するため
にパラジウムあるいは白金を含む合金化された領域が形
成されている請求項9記載のヘテロバイポーラ型半導体
装置。
10. An alloy containing palladium or platinum for electrically connecting the base electrode to the base layer in a region of the first emitter layer and the emitter protection layer where the base electrode is formed. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 9, wherein an oxidized region is formed.
【請求項11】 前記第1エミッタ層及び前記エミッタ
保護層の前記ベース電極が形成されている領域には、前
記ベース電極と前記ベース層とを電気的に接続するため
に、亜鉛、ベリリウム、カーボン、マグネシウム、マン
ガンの少なくとも1種をドープした領域が形成されてい
る請求項9記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
11. A region in which the base electrode of the first emitter layer and the emitter protection layer is formed, wherein zinc, beryllium, carbon, and the like are used to electrically connect the base electrode and the base layer. 10. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 9, wherein a region doped with at least one of magnesium, manganese and manganese is formed.
【請求項12】 さらに、 前記エミッタキャップ層の上に形成され、前記第2エミ
ッタ層の端部よりもやや外側に張り出し、前記第2エミ
ッタ層及び前記エミッタキャップ層とはエッチング耐性
が異なるエミッタ電極を有し、 前記ベース電極の前記第2エミッタ層側の端部は、前記
エミッタ電極の端部と面内位置が一致している請求項6
〜11のいずれかに記載のヘテロバイポーラ型半導体装
置。
12. An emitter electrode formed on the emitter cap layer, protruding slightly outward from an end of the second emitter layer, and having an etching resistance different from that of the second emitter layer and the emitter cap layer. 7. An end of the base electrode on the side of the second emitter layer has an in-plane position coincident with an end of the emitter electrode.
12. The hetero-bipolar semiconductor device according to any one of items 1 to 11.
【請求項13】 さらに、前記エミッタ電極、前記エミ
ッタキャップ層及び前記第2エミッタ層の側面、及び前
記エミッタ保護層の表面のうち前記第2エミッタ層の端
部と前記ベース電極の端部とに挟まれた領域に形成され
た絶縁材料からなるサイドウォールを有する請求項12
記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
13. An end portion of the second emitter layer and an end portion of the base electrode on a side surface of the emitter electrode, the emitter cap layer and the second emitter layer, and a surface of the emitter protection layer. 13. The semiconductor device according to claim 12, further comprising: a side wall formed of an insulating material formed in the interposed region.
The heterobipolar semiconductor device according to claim 1.
【請求項14】 前記エミッタ保護層と前記第2エミッ
タ層とは、エッチング耐性が異なる請求項3〜13のい
ずれかに記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
14. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 3, wherein said emitter protection layer and said second emitter layer have different etching resistances.
【請求項15】 前記第1エミッタ層は、さらにIII
族元素として少なくともIn、Gaを含む請求項14記
載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 15, wherein the first emitter layer further comprises
15. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 14, comprising at least In and Ga as a group element.
【請求項16】 前記第1エミッタ層は、InGaPで
ある請求項15記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
16. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 15, wherein said first emitter layer is made of InGaP.
【請求項17】 前記第1エミッタ層は、InGaAs
PあるいはInGaAlPである請求項15記載のヘテ
ロバイポーラ型半導体装置。
17. The method according to claim 17, wherein the first emitter layer is made of InGaAs.
16. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 15, which is P or InGaAlP.
【請求項18】 前記第2エミッタ層は、III族元素
としてIn及びGaを含み、前記エミッタ保護層は、G
aAsもしくはAlGaAsである請求項14〜17の
いずれかに記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
18. The second emitter layer contains In and Ga as Group III elements, and the emitter protection layer
The heterobipolar semiconductor device according to claim 14, wherein the device is aAs or AlGaAs.
【請求項19】 さらに、前記第2エミッタ層と前記エ
ミッタキャップ層との間に形成され、前記第2エミッタ
層及び前記エミッタキャップ層とエッチング耐性が異な
るエッチング停止層を有する請求項14記載のヘテロバ
イポーラ型半導体装置。
19. The heterostructure according to claim 14, further comprising an etching stop layer formed between the second emitter layer and the emitter cap layer and having an etching resistance different from that of the second emitter layer and the emitter cap layer. Bipolar semiconductor device.
【請求項20】 前記エミッタキャップ層は少なくとも
GaAsを含み、前記エッチング停止層は、AlGaA
sである請求項19記載のヘテロバイポーラ型半導体装
置。
20. The emitter cap layer includes at least GaAs, and the etching stop layer includes AlGaAs.
20. The heterobipolar semiconductor device according to claim 19, wherein s.
【請求項21】 支持基板と、前記支持基板上に形成さ
れたIII−V族化合物半導体からなるコレクタ層と、 前記コレクタ層の上に形成され、V族元素として砒素を
含むIII−V族化合物半導体からなるベース層と、 前記ベース層の上に形成され、V族元素としてリンを含
むIII−V族化合物半導体からなり、前記ベース層よ
りも広いバンドギャップを有する第1エミッタ層と、 前記第1エミッタ層の上に形成され、前記第1エミッタ
層の表面を不動態化する機能を有する半導体からなるエ
ミッタ保護層と、 前記エミッタ保護層の上に形成され、少なくとも前記エ
ミッタ保護層を介して前記第1エミッタ層と電気的に結
合され、V族元素としてリンを含むIII−V族化合物
半導体からなる第2エミッタ層と、 前記第2エミッタ層の上に形成され、前記第2エミッタ
層よりも高い不純物濃度を有するIII−V族化合物半
導体からなるエミッタキャップ層と、 前記ベース層とオーミック接触するベース電極とを有す
るヘテロバイポーラ型半導体装置であって、 前記第1エミッタ層の上面は、前記エミッタ保護層によ
り、あるいは前記エミッタ保護層と前記ベース電極によ
り実質的に全面が覆われており、 前記第1エミッタ層は、前記ベース電極に接触してお
り、該第1エミッタ層のうち、前記ベース電極の端部近
傍領域は、その全厚さが空乏化しており、 前記エミッタ保護層と前記第2エミッタ層とはエッチン
グ耐性が同じであり、 さらに、前記エミッタ保護層と前記第2エミッタ層との
間に、前記エミッタ保護層及び前記第2エミッタ層とエ
ッチング耐性が異なるエッチング停止層を有するヘテロ
バイポーラ型半導体装置。
21. A support substrate, a collector layer made of a group III-V compound semiconductor formed on the support substrate, and a group III-V compound formed on the collector layer and containing arsenic as a group V element A base layer made of a semiconductor, a first emitter layer formed on the base layer, made of a III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, and having a wider band gap than the base layer; An emitter protection layer formed on the first emitter layer and made of a semiconductor having a function of passivating the surface of the first emitter layer; formed on the emitter protection layer via at least the emitter protection layer A second emitter layer electrically coupled to the first emitter layer and made of a III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element; A hetero-bipolar semiconductor device, comprising: an emitter cap layer formed of a III-V compound semiconductor having a higher impurity concentration than the second emitter layer; and a base electrode in ohmic contact with the base layer. An upper surface of the first emitter layer is substantially entirely covered by the emitter protection layer or the emitter protection layer and the base electrode, and the first emitter layer is in contact with the base electrode. In the first emitter layer, the region near the end of the base electrode is depleted in its entire thickness, and the emitter protective layer and the second emitter layer have the same etching resistance. An edge having an etching resistance different from that of the emitter protective layer and the second emitter layer is provided between the emitter protective layer and the second emitter layer. A hetero-bipolar semiconductor device having a stopping layer.
【請求項22】 前記第1エミッタ層は、さらに少なく
ともIII族元素としてIn、Gaを含む請求項21記
載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
22. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 21, wherein said first emitter layer further contains In and Ga as at least a group III element.
【請求項23】 前記第1エミッタ層は、InGaP、
InGaAsPあるいはInGaAlPである請求項2
2記載のヘテロバイポーラ型半導体装置。
23. The first emitter layer is made of InGaP,
3. InGaAsP or InGaAlP.
3. The heterobipolar semiconductor device according to item 2.
【請求項24】 前記第2エミッタ層及び前記エミッタ
保護層は、GaAsであり前記エッチング停止層は、A
lGaAsである請求項21〜23のいずれかに記載の
ヘテロバイポーラ型半導体装置。
24. The second emitter layer and the emitter protection layer are made of GaAs, and the etching stop layer is made of A
24. The hetero-bipolar semiconductor device according to claim 21, which is made of lGaAs.
【請求項25】 V族元素として砒素を含むIII−V
族化合物半導体からなるベース層、V族元素としてリン
を含むIII−V族化合物半導体からなる第1エミッタ
層、V族元素として砒素を含むIII−V族化合物半導
体からなるエミッタ保護層、V族元素としてリンを含む
III−V族化合物半導体からなる第2エミッタ層をこ
の順番で含む多層構造を有する半導体基板を準備する工
程と、前記第2エミッタ層を部分的にエッチングして前
記エミッタ保護層の表面でエッチングを停止し、メサを
形成する工程と、 前記第2エミッタ層の前記メサの側面に絶縁物のサイド
ウォールを形成する工程と、 前記サイドウォールをマスクとして、前記エミッタ保護
層をエッチングする工程と、 前記サイドウォールと前記エミッタ保護層とをマスクと
して、前記第1エミッタ層を部分的にエッチングして前
記ベース層の表面を露出させる工程と、 前記基板の全面上に導電性膜を形成する工程と、 前記サイドウォールの側面に形成された前記導電性膜を
除去する工程とを含むヘテロバイポーラ型半導体装置の
製造方法。
25. III-V containing arsenic as a group V element
A base layer made of a group III compound semiconductor, a first emitter layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, an emitter protective layer made of a group III-V compound semiconductor containing arsenic as a group V element, a group V element Preparing a semiconductor substrate having a multilayer structure including a second emitter layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus in this order, and partially etching the second emitter layer to form an emitter protection layer. Stopping etching at the surface to form a mesa; forming an insulator sidewall on the side surface of the mesa of the second emitter layer; and etching the emitter protection layer using the sidewall as a mask. A step of partially etching the first emitter layer using the sidewalls and the emitter protection layer as a mask; A step of exposing a surface of the base layer; a step of forming a conductive film over the entire surface of the substrate; and a step of removing the conductive film formed on a side surface of the sidewall. Device manufacturing method.
【請求項26】 V族元素として砒素を含むIII−V
族化合物半導体からなるベース層、V族元素としてリン
を含むIII−V族化合物半導体からなる第1エミッタ
層、V族元素として砒素を含むIII−V族化合物半導
体からなるエミッタ保護層、前記エミッタ保護層とエッ
チング耐性が異なり、V族元素としてリンを含むIII
−V族化合物半導体からなる第2エミッタ層、前記エミ
ッタ保護層及び前記第2エミッタ層の双方とエッチング
耐性の異なるエミッタ電極層をこの順番で含む多層構造
を有する半導体基板を準備する工程と、 前記エミッタ電極層を部分的にエッチングしてエミッタ
電極を形成する工程と、 前記エミッタ電極をマスクとして、前記第2エミッタ層
をエッチングして前記エミッタ保護層の表面を露出させ
ると共に、前記第2エミッタ層をサイドエッチングし、
前記エミッタ電極の端部が前記第2エミッタ層の端部か
ら張り出した庇状部分を形成する工程と、 前記エミッタ電極、前記第2エミッタ層及び前記エミッ
タ保護層の露出した表面に等方的に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜を異方性エッチングし、前記エミッタ電極の
側面及び一部下面、前記第2エミッタ層の側面、及び前
記エミッタ保護層の表面のうち前記庇状部分の陰になる
領域にサイドウォールを残す工程と、 前記サイドウォールをマスクとして、前記エミッタ保護
層をエッチングし、前記第1エミッタ層の表面を露出さ
せる工程と、 前記第1エミッタ層の露出した表面に導電性膜を形成す
る工程と、 熱処理を行い、前記導電性膜が形成された領域の前記第
1エミッタ層を合金化し、前記導電性膜と前記ベース層
とをオーミック接触させる工程とを含むヘテロバイポー
ラ型半導体装置の製造方法。
26. III-V containing arsenic as a group V element
A base layer made of a group III compound semiconductor, a first emitter layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, an emitter protection layer made of a group III-V compound semiconductor containing arsenic as a group V element, and said emitter protection III , which differs from the layer in etching resistance and contains phosphorus as a group V element
Preparing a semiconductor substrate having a multilayer structure including, in this order, a second emitter layer made of a -V group compound semiconductor, an emitter protective layer and an emitter electrode layer having etching resistance different from that of the second emitter layer; Forming an emitter electrode by partially etching the emitter electrode layer; using the emitter electrode as a mask, etching the second emitter layer to expose the surface of the emitter protection layer; Side-etch
Forming an eaves-like portion in which an end of the emitter electrode projects from an end of the second emitter layer; and isotropically forming an exposed surface of the emitter electrode, the second emitter layer, and the emitter protection layer. Forming an insulating film; and performing anisotropic etching on the insulating film to form a side surface and a partial lower surface of the emitter electrode, a side surface of the second emitter layer, and a surface of the emitter protection layer. Leaving a sidewall in a shadowed region; etching the emitter protective layer using the sidewall as a mask to expose a surface of the first emitter layer; Forming a conductive film; and performing heat treatment to alloy the first emitter layer in a region where the conductive film is formed, thereby forming an ohmic contact between the conductive film and the base layer. Method for producing a hetero bipolar semiconductor device including a step of contacting.
【請求項27】 V族元素として砒素を含むIII−V
族化合物半導体からなるベース層、V族元素としてリン
を含むIII−V族化合物半導体からなる第1エミッタ
層、V族元素として砒素を含むIII−V族化合物半導
体からなるエミッタ保護層、前記エミッタ保護層とエッ
チング耐性が異なり、V族元素としてリンを含むIII
−V族化合物半導体からなる第2エミッタ層、前記エミ
ッタ保護層及び前記第2エミッタ層の双方とエッチング
耐性の異なるエミッタ電極層をこの順番で含む多層構造
を有する半導体基板を準備する工程と、 前記エミッタ電極層を部分的にエッチングしてエミッタ
電極を形成する工程と、 前記エミッタ電極をマスクとして、前記第2エミッタ層
をエッチングして前記エミッタ保護層の表面を露出させ
ると共に、前記第2エミッタ層をサイドエッチングし、
前記エミッタ電極の端部が前記第2エミッタ層の端部か
ら張り出した庇状部分を形成する工程と、 前記エミッタ電極、前記第2エミッタ層及び前記エミッ
タ保護層の露出した表面に等方的に絶縁膜を形成する工
程と、 前記絶縁膜を異方性エッチングし、前記エミッタ電極の
側面及び一部下面、前記第2エミッタ層の側面、及び前
記エミッタ保護層の表面のうち前記庇状部分の陰になる
領域にサイドウォールを残す工程と、 前記エミッタ保護層の露出した表面に導電性膜を形成す
る工程と、 熱処理を行い、前記導電性膜が形成された領域の前記エ
ミッタ保護層及び前記第1エミッタ層を合金化し、前記
導電性膜と前記ベース層とをオーミック接触させる工程
とを含むヘテロバイポーラ型半導体装置の製造方法。
27. III-V containing arsenic as a group V element
A base layer made of a group III compound semiconductor, a first emitter layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, an emitter protection layer made of a group III-V compound semiconductor containing arsenic as a group V element, and said emitter protection III , which differs from the layer in etching resistance and contains phosphorus as a group V element
Preparing a semiconductor substrate having a multilayer structure including, in this order, a second emitter layer made of a -V group compound semiconductor, an emitter protective layer and an emitter electrode layer having etching resistance different from that of the second emitter layer; Forming an emitter electrode by partially etching the emitter electrode layer; using the emitter electrode as a mask, etching the second emitter layer to expose the surface of the emitter protection layer; Side-etch
Forming an eaves-like portion in which an end of the emitter electrode projects from an end of the second emitter layer; and isotropically forming an exposed surface of the emitter electrode, the second emitter layer, and the emitter protection layer. Forming an insulating film; and performing anisotropic etching on the insulating film to form a side surface and a partial lower surface of the emitter electrode, a side surface of the second emitter layer, and a surface of the emitter protection layer. Leaving a sidewall in a shadowed region, forming a conductive film on the exposed surface of the emitter protection layer, performing a heat treatment, and forming the conductive film and the emitter protection layer in the region where the conductive film is formed. Alloying a first emitter layer to make ohmic contact between the conductive film and the base layer.
【請求項28】 V族元素として砒素を含むIII−V
族化合物半導体からなるベース層、V族元素としてリン
を含むIII−V族化合物半導体からなる第1エミッタ
層、V族元素として砒素を含むIII−V族化合物半導
体からなるエミッタ保護層、前記エミッタ保護層とエッ
チング耐性の異なるIII−V族化合物半導体からなる
エッチング停止層、前記エッチング停止層とエッチング
耐性の異なるIII−V族化合物半導体からなる第2エ
ミッタ層をこの順番で含む多層構造を有する半導体基板
を準備する工程と、 前記第2エミッタ層を部分的にエッチングして前記エッ
チング停止層の表面でエッチングを停止する工程と、 前記第2エミッタ層をマスクとして、前記エッチング停
止層を部分的にエッチングし、前記エミッタ保護層の表
面でエッチングを停止する工程と、 前記半導体基板の露出した表面全面に絶縁膜を形成する
工程と、 フォトリソグラフィにより、前記絶縁膜のベース電極形
成領域に開口を形成し、前記エミッタ保護層表面を露出
させる工程と、 前記エミッタ保護層の露出した表面にベース電極を形成
する工程と、 熱処理を行い、前記ベース電極が形成された領域の前記
エミッタ保護層及び前記第1エミッタ層を合金化し、前
記ベース電極と前記ベース層とをオーミック接触させる
工程とを含むヘテロバイポーラ型半導体装置の製造方
法。
28. III-V containing arsenic as a group V element
A base layer made of a group III compound semiconductor, a first emitter layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, an emitter protection layer made of a group III-V compound semiconductor containing arsenic as a group V element, and said emitter protection A semiconductor substrate having a multilayer structure including, in this order, an etching stop layer made of a III-V compound semiconductor having a different etching resistance from a layer, and a second emitter layer made of a III-V compound semiconductor having a different etching resistance from the etching stop layer. Providing a step of: partially etching the second emitter layer to stop etching at the surface of the etching stop layer; and partially etching the etching stop layer using the second emitter layer as a mask. Stopping the etching on the surface of the emitter protection layer; Forming an insulating film over the entire exposed surface; forming an opening in the base electrode forming region of the insulating film by photolithography to expose the emitter protective layer surface; and exposing the emitter protective layer surface Forming a base electrode on the substrate; performing a heat treatment to alloy the emitter protective layer and the first emitter layer in a region where the base electrode is formed; and bringing the base electrode and the base layer into ohmic contact. A method for manufacturing a hetero-bipolar semiconductor device including:
【請求項29】 V族元素として砒素を含むIII−V
族化合物半導体からなるベース層、V族元素としてリン
を含むIII−V族化合物半導体からなる第1エミッタ
層、V族元素として砒素を含むIII−V族化合物半導
体からなるエミッタ保護層、前記エミッタ保護層とエッ
チング耐性の異なるIII−V族化合物半導体からなる
第2エミッタ層、前記第2エミッタ層とエッチング耐性
の異なるIII−V族化合物半導体からなるエッチング
停止層、前記エッチング停止層とエッチング耐性の異な
るIII−V族化合物半導体からなるエミッタキャップ
層をこの順番で含む多層構造を有する半導体基板を準備
する工程と、 前記エミッタキャップ層を部分的にドライエッチングし
て前記エッチング停止層の表面でエッチングを停止する
工程と、 前記エミッタキャップ層をマスクとして、前記エッチン
グ停止層を部分的にウェットエッチングし、前記第2エ
ミッタ層の表面でエッチングを停止する工程と、 前記エッチング停止層をマスクとして前記第2エミッタ
層を部分的にエッチングし、前記エミッタ保護層の表面
でエッチングを停止する工程と、 前記半導体基板の露出した表面全面に絶縁膜を形成する
工程と、 フォトリソグラフィにより、前記絶縁膜のベース電極形
成領域に開口を形成し、前記エミッタ保護層表面を露出
させる工程と、 前記エミッタ保護層の露出した表面にベース電極を形成
する工程と、 熱処理を行い、前記ベース電極が形成された領域の前記
エミッタ保護層及び前記第1エミッタ層を合金化し、前
記ベース電極と前記ベース層とをオーミック接触させる
工程とを含むヘテロバイポーラ型半導体装置の製造方
法。
29. III-V containing arsenic as a group V element
A base layer made of a group III compound semiconductor, a first emitter layer made of a group III-V compound semiconductor containing phosphorus as a group V element, an emitter protection layer made of a group III-V compound semiconductor containing arsenic as a group V element, and said emitter protection A second emitter layer made of a III-V compound semiconductor having a different etching resistance from the layer, an etching stop layer made of a III-V compound semiconductor having a different etching resistance from the second emitter layer, and having a different etching resistance from the etching stop layer. A step of preparing a semiconductor substrate having a multilayer structure including an emitter cap layer composed of a III-V compound semiconductor in this order; and partially etching the emitter cap layer dry to stop etching at the surface of the etching stop layer. Using the emitter cap layer as a mask. Partially etching the etching stopper layer to stop etching at the surface of the second emitter layer; and partially etching the second emitter layer using the etching stopper layer as a mask to form the emitter protective layer. Stopping etching at the surface; forming an insulating film on the entire exposed surface of the semiconductor substrate; forming an opening in a base electrode formation region of the insulating film by photolithography; Exposing; forming a base electrode on the exposed surface of the emitter protection layer; performing heat treatment to alloy the emitter protection layer and the first emitter layer in a region where the base electrode is formed; A method of manufacturing a hetero-bipolar semiconductor device, comprising: a step of making a base electrode and the base layer in ohmic contact.
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