JPH01215065A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor

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Publication number
JPH01215065A
JPH01215065A JP4110188A JP4110188A JPH01215065A JP H01215065 A JPH01215065 A JP H01215065A JP 4110188 A JP4110188 A JP 4110188A JP 4110188 A JP4110188 A JP 4110188A JP H01215065 A JPH01215065 A JP H01215065A
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JP
Japan
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region
emitter
collector
base region
layer
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Application number
JP4110188A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroharu Kawai
弘治 河合
Kenichi Taira
健一 平
Toshimasa Kobayashi
俊雅 小林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH01215065A publication Critical patent/JPH01215065A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase working speed by forming a semiconductor layer having a band gap larger than an emitter region or a collector region and an external base region between the emitter or collector region and the external base region. CONSTITUTION:An external base 56 and an emitter region 49 are shaped while the side faces of one sides thereof are faced oppositely, a Ga0.52In0.48P layer 50 having a band gap Eg larger than these regions 56 and 49 is formed between the external base region 56 and the emitter region 49 in the side faces of the regions 56 and 49, and buffer layer 42 composed of semi-insulating AlGaAs is shaped under the external base region 56 and a sub-emitter region 47. Since an intrinsic base region 59 and a collector region 58 in width W2 (<W3, W1) are formed so as to include the boundary of an intrinsic emitter region 48 and the external base region 56, the external base region 56 and the intrinsic base region 59 are brought into contact on one sides, and the width W2 of the intrinsic base region 59 is made smaller than that W3 of the external base region 56. Accordingly, base recombination currents, emitter resistance and emitter capacitance are reduced when the title bipolar transistor is manufactured in a collector-top type, and collector breakdown strength is increased and collector capacitance can be lowered when the bipolar transistor is produced in an emitter-top type.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor.

(発明の゛概要〕 本発明は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタにおい
て、エミッタ又はコレクタ領域と外部ベース領域とを互
いに側面で対向するように形成し、エミッタ又はコレク
タ領域と外部ベース領域との間にそれらよりバンドギャ
ップの大きな半導体層を形成し、このエミッタ又はコレ
クタ領域と外部ベース領域の境界を含む領域上に真性ベ
ース領域を形成すると共に真性ベース領域上にコレクタ
又はエミッタ領域を形成することによって、高速化を促
進し、さらにコレクタ・トップ型ではベース再結合電流
の減少、エミッタ批杭の減少及び寄生エミッタ容量の減
少を図り、エミッタ・トップ型ではコレクタ耐圧の向上
、寄生コレクタ容量の減少を図るようにしたものである
(Summary of the Invention) The present invention provides a heterojunction bipolar transistor in which an emitter or collector region and an external base region are formed so as to face each other on their sides, and the emitter or collector region and the external base region are interposed between the emitter or collector region and the external base region. By forming a semiconductor layer with a larger bandgap, forming an intrinsic base region on a region including the boundary between the emitter or collector region and the extrinsic base region, and forming a collector or emitter region on the intrinsic base region, high-speed In addition, the collector-top type aims to reduce base recombination current, reduce emitter cracking, and reduce parasitic emitter capacitance, and the emitter-top type aims to improve collector breakdown voltage and reduce parasitic collector capacitance. This is what I did.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ヘテロ接合型バイポーラトランジスタは、シリコンなど
によるホモ接合型バイポーラトランジスタが有する欠点
を克服することができるトランジスタである。即ち、エ
ミッタ(E)にA9GaAs、べ−ス(B)及びコレク
タ(C)にGaAsを用いた場合のへテロ接合型バイポ
ーラトランジスタを例にとると、ベース中の多数キャリ
アである正孔は、E −B 間のバンドギャップ差(Δ
Eg)のエネルギー障壁のためエミッタ中に拡散するこ
とができず、ベース電流は減少し、エミッタからベース
への電子の注入効率が増加する。従って、ベース濃度を
大きくし、エミッタ濃度を小さくしても増幅度くβ−I
C・/18)を大きくすることができる。
A heterojunction bipolar transistor is a transistor that can overcome the drawbacks of a homojunction bipolar transistor made of silicon or the like. That is, taking a heterojunction bipolar transistor using A9GaAs for the emitter (E) and GaAs for the base (B) and collector (C) as an example, the holes, which are the majority carriers in the base, are Bandgap difference between E − B (Δ
Eg) cannot diffuse into the emitter due to the energy barrier, the base current decreases, and the efficiency of electron injection from the emitter to the base increases. Therefore, even if the base concentration is increased and the emitter concentration is decreased, the degree of amplification will decrease β-I
C./18) can be increased.

これは高速性に関係するベース抵抗とE−B間接合容量
を小さくできることを意味し、シリコン・バイポーラト
ランジスタより高速であることが理論的にも実験的にも
示されている。
This means that the base resistance and E-B junction capacitance, which are related to high speed performance, can be reduced, and it has been shown both theoretically and experimentally that the transistor is faster than a silicon bipolar transistor.

ffllO図は、イオン注入技術≧金属埋込み技術を駆
使したAQ GaAs層 GaAsブレーナ型へテロ接
合型バイポーラトランジスタの代表的な構造である。こ
の構造に係るトランジスタ(13)の製法例を簡単に説
明する。
The ffllO diagram is a typical structure of an AQ GaAs layer GaAs brainer type heterojunction bipolar transistor that makes full use of ion implantation technology≧metal embedding technology. An example of a method for manufacturing a transistor (13) having this structure will be briefly described.

半絶縁性GaAs基板(1)上に順次コレクタ電極取出
層(2)となるn”−GaAs層、コレクタ領域(3)
となるn −GaAs層、ベース領域(即ち真性ベース
領域)(4)となるP  GaAs層、エミッタ領域(
5)となるn−AQ GaAs層及びキー?7プ層(6
)となるn −GaAsJm、n”−GaAs層をエピ
タキシャル成長した後、先ずエミッタ領域を残すように
n ”−GaAsのキャップ層(6)をエツチング除去
し、5ilhをマスクとしてMgをイオン注入した後、
アニールによって外部ベース領域(7)を形成する0次
に、ボロン又はH+のイオン注入によって素子分離領域
(8)及びベース/コレクタ分離領域(9)を形成する
0次に、コレクタ電極形成領域のS i(h層(lO)
の窓開け、トレンチ(溝部)  (11)の形成、この
トレンチ(11)への金属(12)の埋込み、によって
トランジスタ(13)を作製する。  (14)はベー
ス電極、(15)はエミッタ電極、(16)はコレクタ
電極である。
On a semi-insulating GaAs substrate (1), an n''-GaAs layer which becomes a collector electrode extraction layer (2) and a collector region (3) are sequentially formed.
The n-GaAs layer becomes the base region (i.e., the intrinsic base region) (4), the P GaAs layer becomes the emitter region (4), and the emitter region (
5) n-AQ GaAs layer and key? 7 layers (6
) After epitaxially growing an n-GaAsJm, n''-GaAs layer, the n''-GaAs cap layer (6) was etched away leaving an emitter region, and Mg was ion-implanted using 5ilh as a mask.
An external base region (7) is formed by annealing. Next, an element isolation region (8) and a base/collector isolation region (9) are formed by boron or H+ ion implantation. i (h layer (lO)
A transistor (13) is manufactured by opening a window, forming a trench (11), and filling the trench (11) with a metal (12). (14) is a base electrode, (15) is an emitter electrode, and (16) is a collector electrode.

一方、第11図に示すようにコレクタ領域を表面1−側
にした所謂コレクタ・l・ツブ型のへテロ接合型バイポ
ーラトランジスタ(17)も考えられている。このコレ
クタ・トップ型のへテロ接合バイポーラトランジスタの
作製の手順は、エピタキシーの順序が変るだけで、はと
んど第10図のエミッタ・l・ツブ型のへテロ接合バイ
ポーラトランジスタ(13)と同じである。第11図に
おいて・第1θ図と対応する部分に同一符号を付すも、
(18)はエミッタ電極取出層となる11” GaAs
層、(5)は工<yり領域となるn−AQGa^3層、
(4)はベース領域となるp−GaAs層、(3)はコ
レクタ領域となるn”GaAs層、(19)はコレクタ
キャップ層となるn”−GaAs層、(7)は外部ベー
ス領域である。
On the other hand, as shown in FIG. 11, a so-called collector-l-tube type heterojunction bipolar transistor (17) in which the collector region is on the surface 1-side is also being considered. The procedure for manufacturing this collector-top type heterojunction bipolar transistor is basically the same as the emitter-L-tube type heterojunction bipolar transistor (13) in Figure 10, except that the epitaxy order is changed. It is. In Fig. 11, parts corresponding to Fig. 1θ are given the same reference numerals;
(18) is 11” GaAs which becomes the emitter electrode extraction layer.
layer, (5) is n-AQGa^3 layer which becomes the engineering region,
(4) is a p-GaAs layer which becomes a base region, (3) is an n"-GaAs layer which becomes a collector region, (19) is an n"-GaAs layer which becomes a collector cap layer, and (7) is an external base region. .

ヘテロ接合型バイポーラトランジスタのスイッチング時
間τ3は、 で与えられる。但し、Rh ?ベース抵抗、Cc:ベー
スーコレクタ間容量、RL:負荷抵抗、CL:負荷容量
、τb:ベース通過時間である。従ってτSの低減化に
はRhとCcの低減化が必要となる。一般的にはコレク
タ・トップ型へテロ接合バイポーラトランジスタの方が
、エミッタ・トップ型へテロ接合バイポーラトランジス
タに比較してCcの低減化に有利であるため、高速性は
高いと考えられている。即ち、(i)コレクタ・トップ
型へテロ接合バイポーラトランジスタはコレクタ面積が
小さいのでコレクターベース間接合容量が小さくなり、
高速性に有利である。一方逆にエミッタ面積は太き(な
るのでエミッターベース間容量は大きくなる。これは短
所であるが、しかし、エミッターベース間はへテロ接合
であり、ホモ接合に比べて小さくなる。又エミッタ濃度
は小さい゛ので、本来エミッタ接合容量は小さくでき大
きな問題とはならない、コレクタ容量の減少による長所
の方がはるかに大きく、発表されているシミュレーショ
ンでもコレクタ・トップ型の方が速い。
The switching time τ3 of the heterojunction bipolar transistor is given by: However, Rh? Base resistance, Cc: base-collector capacitance, RL: load resistance, CL: load capacitance, τb: base passage time. Therefore, in order to reduce τS, it is necessary to reduce Rh and Cc. In general, collector-top type heterojunction bipolar transistors are more advantageous in reducing Cc than emitter-top type heterojunction bipolar transistors, and are therefore considered to have higher speed performance. That is, (i) the collector-top type heterojunction bipolar transistor has a small collector area, so the collector-base junction capacitance is small;
It is advantageous for high speed. On the other hand, the emitter area is large (as a result, the emitter-base capacitance becomes large. This is a disadvantage, but the emitter-base is a heterojunction, which is smaller than a homojunction. Also, the emitter concentration is Since the emitter junction capacitance is small, the emitter junction capacitance is essentially small and does not pose a major problem.However, the advantage of reducing the collector capacitance is far greater, and published simulations show that the collector top type is faster.

(1!)回路的にみると、ECL (エミッタ・カップ
ルド・ロジック)の場合、いくつかのトランジスタのエ
ミッタが共通に接続されてゲートを構成するので、n+
エミッタ層をアイソレーシヨンなしで共通にすることで
素子面積の縮小化を針ることができる。    ′ ところで、上述した従来のへテロ接合型パイボ−ラトラ
ンジスタにおいて、デバイスの面積を小さくしてゆくと
活性領域の周辺すなわちコレクタと外部ベース間及びエ
ミッタと外部ベース間のペリフェリが持つ容量が相対的
に大きくなってくる。
(1!) From a circuit perspective, in the case of ECL (emitter coupled logic), the emitters of several transistors are connected in common to form a gate, so n+
By using a common emitter layer without isolation, the device area can be reduced. ' By the way, in the conventional heterojunction type pievora transistor mentioned above, as the area of the device is reduced, the capacitance around the active region, that is, the capacitance of the periphery between the collector and the external base and between the emitter and the external base, becomes relatively large. It gets bigger.

例えば第11図のコレクタ・トップ型のへテロ接合バイ
ポーラトランジスタにおいて、コレクタ面積が1×!μ
dの場合を計算してみると、真性部分容量はエミッター
ベース間容量Cebミ2.?fF 、コレクターベース
問答[11Cbcミ0.27fF (空乏層40GG人
と仮定する)と小さいが、外部容量即ち周辺部のみの容
量Ccb’及びCbc’はCab’ ミ3.2fF 。
For example, in the collector-top type heterojunction bipolar transistor shown in FIG. 11, the collector area is 1×! μ
Calculating the case of d, the intrinsic partial capacitance is the emitter-base capacitance Cebmi2. ? fF is small at 0.27 fF (assuming a depletion layer of 40 GG people), but the external capacitance, that is, the capacitance only at the periphery, Ccb' and Cbc', is 3.2 fF.

Cbc’ ミ0.5fl’とかなり大きいことが分る。It can be seen that Cbc' Mi 0.5 fl' is quite large.

従って、デバイス面積の縮小に伴い周辺部の寄与が大き
くならないような構造が望ましい、実際Si系バイポー
ラトランジスタではそのような工夫がなされている。
Therefore, it is desirable to have a structure in which the contribution of the peripheral portion does not become large as the device area is reduced, and such measures have been taken in actual Si-based bipolar transistors.

例えば第11図の構成のへテロ接合型バイポーラトラン
ジスタでは外部容量を小さくしようとすると、ベースコ
ンタクト領域が小さくなるのでベースコンタクト抵抗が
大きくなってしまい素子のスピードが制限されてしまう
For example, in a heterojunction bipolar transistor having the configuration shown in FIG. 11, if an attempt is made to reduce the external capacitance, the base contact region becomes smaller, which increases the base contact resistance and limits the speed of the device.

そして、上述のような点も含めて従来のイオン注入によ
り外部ベースを作るヘテロ接合型バイポーラトランジス
タにおいては、次のような欠点を有していた。
In addition to the above-mentioned points, conventional heterojunction bipolar transistors in which an external base is formed by ion implantation have the following drawbacks.

■)外部ベース領域の濃度を大きくすることができない
■) The concentration of the external base region cannot be increased.

(ii )活性化アニール時の注入不純物のエミッタ領
域への拡散及び真性ベース領域中の不純物の拡散による
接合位置のずれが生じる。
(ii) A displacement of the junction position occurs due to the diffusion of implanted impurities into the emitter region and the diffusion of impurities in the intrinsic base region during activation annealing.

(縞)エミッター外部ベース間、コレクター外部ベース
間に生じるペリフェリの外部容量がデバイス面積が小さ
くなるにつれて相対的に大きくなる。特にペリフェリの
コレクタ容量をなくすことができない。
(Stripes) The external capacitance of the periphery generated between the emitter external base and between the collector external base becomes relatively large as the device area becomes smaller. In particular, the collector capacity of the periphery cannot be eliminated.

(1v)コレクタ(又はエミッタ)電極の取り出しには
深いトレンチの形成、金属埋め込み技術が必要である。
(1v) To take out the collector (or emitter) electrode, formation of a deep trench and metal burying technique are required.

(V)容量を増さずにベース、エミッタのコンタクト面
積を大きくすることができない。
(V) The base and emitter contact areas cannot be increased without increasing the capacitance.

(vi )エミッタ領域から真性ベース領域に注入され
た電子のうちペリフェリ (周辺)における電子が拡散
長(数μ曽)の長さだけ外部ベース領域に拡散して正孔
と再結合し、無効ベース電流となる所謂ペリフェリ効果
により、素子を小さくした場合に電流増幅率が下がる。
(vi) Among the electrons injected from the emitter region to the intrinsic base region, electrons in the periphery diffuse into the extrinsic base region by the diffusion length (several microns) and recombine with holes, forming an invalid base. Due to the so-called periphery effect resulting in current, the current amplification factor decreases when the element is made smaller.

一方、本出願人は特願昭62−107352号において
、従来のかかる欠点を改善しうるヘテロ接合バイポーラ
トランジスタを提案した。このヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ(32)は第8図及び第9図に示すように、
半絶縁性GaAs基板(21)上に広バンドギャップの
アンドープA(lGaAsによるバッファ層(22)を
介してn  A9GaAsによる真性エミッタ領域(2
3)及びサブエミッタ領域(24)からなるエミッタ領
域(25)を形成し、エミッタ領域(25)の1辺の側
面に接するp”−GaAsの外部ベース領域(26)を
形成し、この外部ベース領域(26)に−部跨るように
真性エミッタ領域(23)上にp”−GaAs真性ベー
ス領域(27) 、 n−GaAsコレクタ領域(28
)を順次形成する。この場合、真性領域での@W 2は
サブエミッタ領域(24)の@W を及び外部ベース領
域(26)の@W3より小さい、そして、コレクタ領域
(28)上、外部ベース領域(26)上及びサブエミッ
タ領域(24)上に夫々コレクタ電極(29)、ベース
電極(30)及びエミッタ電極(31)をオーミック接
触して構成される。
On the other hand, in Japanese Patent Application No. 62-107352, the present applicant proposed a heterojunction bipolar transistor that can overcome the above drawbacks of the conventional transistor. As shown in FIGS. 8 and 9, this heterojunction bipolar transistor (32)
A wide bandgap undoped A (lGaAs) buffer layer (22) is formed on a semi-insulating GaAs substrate (21).
3) and a sub-emitter region (24), and form an external base region (26) of p''-GaAs in contact with one side of the emitter region (25). A p''-GaAs intrinsic base region (27) and an n-GaAs collector region (28) are formed on the intrinsic emitter region (23) so as to partially straddle the region (26).
) are formed sequentially. In this case, @W 2 in the intrinsic region is smaller than @W in the sub-emitter region (24) and @W3 in the extrinsic base region (26), and on the collector region (28) and on the extrinsic base region (26). A collector electrode (29), a base electrode (30), and an emitter electrode (31) are connected to each other in ohmic contact on the sub-emitter region (24).

このコレクタ・トップ型へテロ接合バイポーラトランジ
スタ(32)によれば、次のような利点を有する。
This collector top type heterojunction bipolar transistor (32) has the following advantages.

コレクタ領域(28)がメサ型に形成されているために
ペリフェリでのコレクタ容量は生ぜずコレクタ容量とし
ては真性コレクタ容量しか含まない。
Since the collector region (28) is formed in a mesa shape, no collector capacitance is generated at the periphery, and the collector capacitance includes only an intrinsic collector capacitance.

従って、コレクタ容量がきわめて小さくなる。Therefore, the collector capacitance becomes extremely small.

外部ベース領域(26)は例えば厚さ0.5μ−で不純
物濃度2 X 10” cs−’以上のエピタキシャル
層で形成されるので、従来構造のn−Al1GaAs層
へのイオン注入で形成する場合より、不純物濃度で1桁
上度、そして移動度でも上まわることができ、外部ベー
ス抵抗が小さくなる。また、外部ベース領域(26)が
コレクタ領域(28)とほとんど接触せず、エミッタ領
域(25)とも1つの側面の4%i W 2で接触して
いるだけであるため、外部ベース領域(26)の不純物
濃度を増加させることの他に、外、11SS*を増さず
に外部ベース領域(26)の面積を大きく形成すること
かり能となり、ベース・コンタクト抵抗を小さくするこ
とができる。エミッタ領域(25)と外部ベース領域(
26)との接触は1つの側面の幅W2の範囲だけであり
、従ってエミッタ容量も小さくなる。
The external base region (26) is formed of an epitaxial layer having a thickness of, for example, 0.5 .mu.m and an impurity concentration of 2.times.10"cs-' or more, so it is formed by ion implantation into the n-Al1GaAs layer of the conventional structure. , the impurity concentration can be improved by an order of magnitude, and the mobility can also be improved, and the external base resistance becomes small.Also, the external base region (26) hardly contacts the collector region (28), and the emitter region (25) ) are in contact with only 4% i W 2 on one side, so in addition to increasing the impurity concentration of the extrinsic base region (26), the extrinsic base region (26) can be By forming the area of (26) large, it becomes possible to reduce the base contact resistance.The emitter region (25) and the external base region (
The contact with 26) is only within the width W2 of one side surface, and therefore the emitter capacitance is also small.

また、デバイス面積の縮小に伴ってエミッター外部ベー
ス間及びコレクター外部ベース間に生じるペリフェリの
容量は相対的に大きくならず、しかもベース・コンタク
ト抵抗も小さくすることができるので、高速性に優れ、
且つI C,化が容易なヘテロ接合型バイポーラトラン
ジスタが得られる。
In addition, as the device area is reduced, the capacitance of the periphery generated between the emitter external base and between the collector external base does not become relatively large, and the base contact resistance can also be reduced, resulting in excellent high-speed performance.
In addition, a heterojunction bipolar transistor that can be easily converted into an IC can be obtained.

エミッタ領域(25)と外部ベース領域(26)と番よ
一辺でのみ接触した構造になっているため、エミッタ領
域(25)から真性ベース領域(27)に注入された電
子の外部ベース領域(26)への拡散は少ない。これは
ペリフェリにおける電子の損失が少なくなることであり
(即ちペリフェリ効果が原理的に減少し)活性領域1x
l#mと小さくなっても、又低電iw4域においても高
いm流増幅率が得られる。
Since the structure is such that the emitter region (25) and the external base region (26) are in contact with each other only on one side, electrons injected from the emitter region (25) into the intrinsic base region (27) are transferred to the external base region (26). ) is less likely to spread. This means that the loss of electrons in the periphery is reduced (that is, the periphery effect is reduced in principle), and the active region 1x
Even if it is as small as l#m, a high m current amplification factor can be obtained even in the low current iw4 range.

半絶縁性GaAs基&(31)とエミッタ領域(25)
及び外部ベース領域(26)との間に広バンドギャップ
の半絶縁性の^Q GaAsによるバッファ層(22)
が設けられているので、p”−GaAsの外部ベース領
域(26)とn −A9 GaAsのエミッタm域(2
5)との間の基板(21)を通してこのリーク電流が防
止できる。また本構成ではベース、コレクタ及びエミッ
タがほぼブレーナ構造(上面から電極をとる構造)で形
成されるので従来のようなエミッタ電極又はコレクタ電
極取出しのためのトレンチの形成は不要となる。また素
子分離もRIEによるコレクタ領域形成のときに自動的
になされる。イオン注入及びアニール技術も不要であり
、素子の再現性が高まる。
Semi-insulating GaAs base & (31) and emitter region (25)
and a wide bandgap semi-insulating GaAs buffer layer (22) between the external base region (26) and the external base region (26).
is provided, so that the external base region (26) of p"-GaAs and the emitter m region (26) of n-A9 GaAs are
5), this leakage current can be prevented through the substrate (21) between the two. Furthermore, in this configuration, the base, collector, and emitter are formed almost in a brainer structure (a structure in which the electrodes are taken from the top surface), so there is no need to form a trench for taking out the emitter electrode or collector electrode as in the conventional case. Furthermore, element isolation is automatically performed when forming the collector region by RIE. Ion implantation and annealing techniques are also not required, increasing device reproducibility.

厚い外部ベース領域(26)を形成した後に、最後のエ
ピタキシャル成長で真性ベース領域(27)が形成され
るので、真性ベース領域(27)の厚みは極限まで薄く
例えば2〜300人厚みでも精度よく作製でき、同時に
接合の位置ずれが生じない。
After forming the thick external base region (26), the intrinsic base region (27) is formed by the final epitaxial growth, so the thickness of the intrinsic base region (27) is extremely thin, and even a thickness of 2 to 300 layers, for example, can be manufactured with high precision. At the same time, no misalignment of the joint occurs.

尚、電子情報通信学会論文誌CVol、Jlo−C11
o、5PP743−7491987年5月に例えばAQ
GaAs糸のへテロ接合バイポーラトランジスタにおい
て、エミッタ領域、ベース領域あるいはこれら両方にA
1組成比に勾配をもけることによって特性を更に向上す
ることが示されている。
In addition, IEICE journal CVol, Jlo-C11
o, 5PP743-749 May 1987, e.g. AQ
In a GaAs thread heterojunction bipolar transistor, A is applied in the emitter region, base region, or both.
It has been shown that properties can be further improved by creating a gradient in the composition ratio.

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

ところで、第8図及び第9図のへテロ接合バイポーラト
ランジスタ(32)は従来の第9図のへテロ接合バイポ
ーラトランジスタ(17)の欠点を克服したものの、そ
れ自身が内包している次のような問題点が見出された。
By the way, although the heterojunction bipolar transistor (32) shown in FIGS. 8 and 9 overcomes the drawbacks of the conventional heterojunction bipolar transistor (17) shown in FIG. Problems were discovered.

(i)高濃度外部ベース領域(26)と高濃度サブエミ
ッタ領域(24)との間のベース電流が増加する。
(i) The base current between the highly doped external base region (26) and the highly doped sub-emitter region (24) increases.

(1目n −An GaAsのサブエミッタ領域(24
)にエミッタ電極(31)が形成されるためにコンタク
ト抵抗が大きくなる。
(1st n-An GaAs sub-emitter region (24
), contact resistance increases because the emitter electrode (31) is formed.

(iii )サブエミッタ領域(24)を構成するn 
−AQGaAsの電子濃度が大きくとれない(ドーピン
グ濃度より少ない)上に、移動度が小さいのでエミッタ
シート抵抗が高くなり、セルフ・アライン方式をとらな
いときには(ji )の効果を含めてエミッタ抵抗がや
や大きくなり、トランジスタ特性の悪化をもたらすこと
がある。
(iii) n constituting the sub-emitter region (24)
- In addition to the fact that the electron concentration of AQGaAs cannot be large (less than the doping concentration), the emitter sheet resistance is high due to its low mobility, and when the self-alignment method is not used, the emitter resistance is slightly reduced, including the effect of (ji). This may result in deterioration of transistor characteristics.

(1v)高濃度外部ベース領域(26)と高濃度サブエ
ミッタ領域(24)間の寄生エミッタ容量が接触面積の
割には大きい。
(1v) The parasitic emitter capacitance between the highly doped external base region (26) and the highly doped sub-emitter region (24) is large relative to the contact area.

本発明は、上述の問題点をも解決したヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタを提供するものである。
The present invention provides a heterojunction bipolar transistor that also solves the above-mentioned problems.

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

本発明のへテロ接合型バイポーラトランジスタは、エミ
ッタ(又はコレクタ)領域と外部ベース領域とを互いに
側面で対向するように形成し、このエミッタ(又はコレ
クタ)領域と外部ゝ−ス領域との間にそれらよりバンド
ギャップの大きい半導体層を形成し、−エミッタ(又は
コレクタ)領域と外部ベース領域品境界を含む領域上、
即ちエミッタ(又はコレクタ)領域の一部と外部ベース
領域の一部に跨る領域上に真性ベース領域を形成すると
共に、この真性ベース領域上にコレクタ(又はエミッタ
)領域を形成して構成する。
In the heterojunction bipolar transistor of the present invention, an emitter (or collector) region and an external base region are formed so as to face each other at their sides, and there is a gap between the emitter (or collector) region and the external base region. forming a semiconductor layer with a larger bandgap than them, - on the region containing the emitter (or collector) region and the external base region boundary
That is, an intrinsic base region is formed on a region spanning part of an emitter (or collector) region and a part of an external base region, and a collector (or emitter) region is formed on this intrinsic base region.

エミッタ(又はコレクタ)領域と外部ベース領域の対向
は例えば1辺で対向するを可とする。コレクタ(又はエ
ミッタ)領域及び真性ベース領域はメサ構造に形成され
、その周囲に絶縁層が形成される。
The emitter (or collector) region and the external base region may be opposed to each other on one side, for example. The collector (or emitter) region and the intrinsic base region are formed in a mesa structure, around which an insulating layer is formed.

〔作用〕[Effect]

上述の本発明構成によれば、前述の第9図のへテロ接合
バイポーラトランジスタの利点を備えると同時に、次の
ような作用を有する。
According to the configuration of the present invention described above, it has the advantages of the heterojunction bipolar transistor shown in FIG. 9 described above, and at the same time has the following effects.

コレクタ・I・ツブ型へテロ接合バイポーラトランジス
タの場合においては、バンドギャップの大きい半導体層
によってエミッタ領域と外部ベース領域間に電子及びホ
ールに対する大きな障壁が生じ、この結果、外部ベース
領域と工之ツタ領域即ちサブエミッタ領域との間のベー
ス電流が少なくなる。また、これにより、サブエミッタ
領域をバンドギャップの小さい半導体例えばGaAsで
構成することかり能となり、エミッタシート抵抗を小さ
くできると共に、エミッタ電極とのコンタクト抵抗も小
さくなり、エミッタ1−抗が低減する。また、外部ベー
ス領域とエミッタ領域間の寄生エミッタ容量が小さくな
る。
In the case of collector-I-tube heterojunction bipolar transistors, the large bandgap semiconductor layer creates a large barrier to electrons and holes between the emitter region and the extrinsic base region, resulting in The base current between the sub-emitter region and the sub-emitter region is reduced. Furthermore, this allows the sub-emitter region to be made of a semiconductor with a small bandgap, such as GaAs, thereby making it possible to reduce the emitter sheet resistance and the contact resistance with the emitter electrode, thereby reducing the emitter resistance. Also, the parasitic emitter capacitance between the external base region and the emitter region is reduced.

エミッタ・トップ型へテロ接合バイポーラトランジスタ
の場合には外部ベース領域とサブコレクタ領域間のpn
接合は逆バイアスとなり、通常ならば逆耐圧が小さくな
るが、本発明のように外部ベース領域とサブコレクタ領
域間にバンドギャップの大きい半導体層を介在せしめる
ことによりコレクタ耐圧が向上する。外部ベース領域と
サブコレクタ領域間の容置は小さくなる。
In the case of an emitter-top type heterojunction bipolar transistor, the pn between the external base region and the subcollector region
The junction is reverse biased, and normally the reverse breakdown voltage is reduced, but by interposing a semiconductor layer with a large band gap between the external base region and the sub-collector region as in the present invention, the collector breakdown voltage is improved. The volume between the external base area and the sub-collector area is smaller.

(実施例〕 第1図を参照して本発明によるコレクタ・トップ型のへ
テロ接合バイポーラ、トランジスタの一実hiII例を
その製法と共に説明する。
(Example) Referring to FIG. 1, an example of a collector top type heterojunction bipolar transistor according to the present invention will be described together with its manufacturing method.

先ず、第1図Aに示すように、半絶縁性のGaAs基板
(41)上にMOCVD (有機金属気相成長)法によ
り順次、厚さ1000人のアンドープA9a3Gao、
v Asのバッファ層(42)、サブエミッタ領域とな
る厚さ5000人で別ドープによる不純物濃度n ” 
10” cm−3程度のn”−GaAs層(43)、不
純物濃度n−5×1017cm−3程度、厚さ850A
でAffi組成比Xを変えたn −AQ xGat −
X Asの傾斜組成層(即ちXをOから0.2に順次変
えた厚さ200人の層と、Xを0.2とした厚さ500
人の層と、Xを0.2から0に順次かえた層から成る傾
斜組成層)(44)、不純物濃度nw 5 ×lQ1?
 c、−3程度、厚さ200人でIfi組成組成比変え
たn −Ga1− ylnyAsの傾斜組成層(即ちy
をOから0.15に順次変えた厚さ100 Aの層と、
yを0.15とした厚さ100人の層から成る傾斜組成
層)(45)を成長する。成長温度は700℃である。
First, as shown in FIG. 1A, an undoped A9a3Gao film with a thickness of 1000 nm,
v As buffer layer (42), which becomes the sub-emitter region, has a thickness of 5000 mm and has an impurity concentration n ” due to separate doping.
n''-GaAs layer (43) of about 10'' cm-3, impurity concentration of about n-5 x 1017 cm-3, thickness 850A
n −AQ xGat − with Affi composition ratio X changed by
A graded composition layer of
(44), impurity concentration nw 5 ×lQ1?
A gradient composition layer of n-Ga1-ylnyAs (i.e., y
A layer with a thickness of 100 A in which the
A gradient composition layer (45) consisting of 100 layers with y=0.15 is grown. The growth temperature is 700°C.

さらにn −Gat−ylnyAs4TI4斜組成層(
45)上にCVLl法により厚さIGOOA程度の窒化
シリコン(SIN )層(46)を被着形成する。
Furthermore, n -Gat-ylnyAs4TI4 diagonal composition layer (
45) A silicon nitride (SIN) layer (46) having a thickness of approximately IGOOA is deposited on the surface by the CVLl method.

次に、第11g1Bに示すように、窒化シリコン層(4
6)をエミッタ領域に対応する部分を残すように選択エ
ツチングした後、残った窒化シリコン層(46)をマス
クとしてリン酸系溶液で約1200人程度ウェットエツ
チングしてn −Gat−VlnV八3(へ1斜組成層
(45) 、n−AQ xGat −x As傾斜組成
層(44)及び1部n”−GaAs層(43)を選択除
去し、引き続いてRIE (反応性イオンエツチング)
法にてn”−GaAs層(43)を一部エツチング除去
し、エミッタ領域(49)を形成する。このエミッタ領
域(49)はサブエミッタ領域(47)及び後述の真性
エミッタ領域(48)を有する。AQ GaAsはRI
EによってはエツチングされにくいのでRIEによる選
択エツチングはバッファ層(42)で停止する。尚、こ
のRIEは素子作製上、特に必要というものではない、
ただR1k4を用いればエツチング深さが正確になるの
で素子作製上有利ではある。
Next, as shown in No. 11g1B, a silicon nitride layer (4
After selectively etching 6) so as to leave a portion corresponding to the emitter region, wet etching was performed using a phosphoric acid solution using the remaining silicon nitride layer (46) as a mask to form n-Gat-VlnV83 ( The first graded composition layer (45), the n-AQ x Gat -x As graded composition layer (44), and a portion of the n''-GaAs layer (43) are selectively removed, followed by RIE (reactive ion etching).
A part of the n''-GaAs layer (43) is etched away using a method to form an emitter region (49). AQ GaAs has RI
Since it is difficult to be etched by E, selective etching by RIE is stopped at the buffer layer (42). Note that this RIE is not particularly necessary for device fabrication.
However, if R1k4 is used, the etching depth will be accurate, which is advantageous in terms of device fabrication.

次に、第1図Cに示すように、窒化シリコン層(46)
をマスクとしてエミッタ領域(49)及び後詠の外部ベ
ース領域よりバンドキャンプEgの大きい半導体層、即
ち厚さ1500人程度0アンドープGaq5i 1 n
oKIP層(n −10” cm−3程度)  (50
)を成長し、次いで外部ベース領域となる不純物濃度p
 −107u C−3程度のp ”−GaA!1層(5
1)を窒化シリコン層(46)と同じ高まで(即ち厚さ
約5000人)選択成長させる。p形のドーパントとし
ては−D M Z n(デメチル・ジンク)を用いる。
Next, as shown in FIG. 1C, a silicon nitride layer (46) is formed.
Using as a mask, a semiconductor layer with a larger band camp Eg than the emitter region (49) and the rear external base region, that is, a 0-undoped Gaq5i 1 n with a thickness of about 1500 nm is formed.
oKIP layer (about n −10” cm−3) (50
), and then the impurity concentration p which becomes the external base region is grown.
-107u C-3 p”-GaA!1 layer (5
1) is selectively grown to the same height as the silicon nitride layer (46) (ie, approximately 5,000 nm thick). -D M Z n (demethyl zinc) is used as the p-type dopant.

成長温度は650℃である0本例では音圧方式の−OC
ν0法を用いているので選択成長回部なGa1nPを成
長させたが、減圧FIocvo法を用いればA9GaA
sも選択成長が可能であるので、このGalnP層(5
0)は機能上はAQGaAs層で置きかえることが可能
である。
The growth temperature is 650℃.In this example, -OC of the acoustic pressure method is used.
Since the ν0 method was used, Ga1nP was selectively grown, but if the reduced pressure FIocvo method was used, A9GaA could be grown.
Since selective growth is also possible for s, this GalnP layer (5
0) can be functionally replaced with an AQGaAs layer.

次に、第1図りに示すように窒化シリコン層(46)を
除去し、表面清浄化のため50A程度ウェットエツチン
グした後、真性ベース領域となる厚さ200人、不純物
濃度P ” 5 X 10” cm−3程度でin組成
比Xが0.15から0.18に順次変わるp”−Gax
−xlnxAs傾斜組成Jim (52) 、厚さ15
0 A 、不純物濃度n−10tt Ca1−’程度で
In組成比Xが0.18から0に順次変わるn −Ga
)−xlnxAs(IJ1斜組成層(53)、厚さ40
00人、不純物濃度n−101t cs−3程度のn−
GaAs層(54)及びコレクタキャップ1−となる厚
さ5000人、不純物濃度n = 10” c−り程度
のn”−GaAs層(55)を順次?1OCVD法にて
成長する。成長温度は650℃である。尚、最表面のコ
レクタキャンプl−となるn ”−GaAsJil (
55)をGalnAs層で置きかえると電橋メタルとの
接触抵抗を下げるので効果的であると云われているが、
本例では行っていない。
Next, as shown in the first diagram, the silicon nitride layer (46) is removed, and after wet etching of about 50A to clean the surface, it is etched to a thickness of 200mm and an impurity concentration of P"5 x 10", which will become the intrinsic base region. p”-Gax where the in composition ratio X changes sequentially from 0.15 to 0.18 at about cm-3
-xlnxAs gradient composition Jim (52), thickness 15
0 A, n-Ga where the In composition ratio X changes sequentially from 0.18 to 0 at an impurity concentration of n-10ttCa1-'.
)-xlnxAs (IJ1 diagonal composition layer (53), thickness 40
00 people, impurity concentration n-101t cs-3 approximately n-
A GaAs layer (54) and an n''-GaAs layer (55) with a thickness of 5,000 mm and an impurity concentration of n = 10'' to serve as the collector cap 1- are sequentially formed. Grow by 1OCVD method. The growth temperature is 650°C. In addition, n”-GaAsJil (
It is said that replacing 55) with a GalnAs layer is effective because it lowers the contact resistance with the bridge metal.
This is not done in this example.

次に、第1図Eに示すように通常のフォトリソグラフィ
技術を用いコレクタ領域及び外部ベース領域を残して、
RIBにて表面側のn”−GaAs層(55)及びn 
−GaAs層(54)を選択除去する。
Next, as shown in FIG.
In the RIB, the n''-GaAs layer (55) on the surface side and the
- Selectively remove the GaAs layer (54).

RIEはGalnAs層(53)で停止するので、次の
合針の厚さ350人のn−Ga1−xlnxAs層(5
3)及びp ”−Gat−xlnx^3(IJ斜組成m
(52)をリン酸系エツチング液で選択除去する。40
0〜600人の粗いエツチングで十分である。これによ
り外部ベース領域ではp”−GaAs層(51)が表面
に臨む、引き続きHIEでp”−GaAs層(51)を
選択除去する。このとき、RfEはG a@21 no
、 P層(50)で停止するり次に再びウェットエツチ
ングにより約tooo人選択除去すると、外部エミッタ
に対応する部分のn−Gat−ylnyAs(LJI斜
組成層(45)及びn −A9 xGat−X^j佃斜
組成層(44)が除去されn”−GaAsサブエミッタ
領域(47)が露出する。これにより、外部ベース領域
(56)及び真性エミッタ領域(48)が形成される。
Since the RIE stops at the GalnAs layer (53), the thickness of the next dowel is 350 n-Ga1-xlnxAs layer (53).
3) and p”-Gat-xlnx^3 (IJ oblique composition m
(52) is selectively removed using a phosphoric acid etching solution. 40
A rough etching of 0 to 600 people is sufficient. This exposes the p''-GaAs layer (51) to the surface in the external base region. Subsequently, the p''-GaAs layer (51) is selectively removed by HIE. At this time, RfE is Ga@21 no
, stop at the P layer (50), and then wet-etch again to selectively remove about too many layers of n-Gat-ylnyAs (LJI diagonal composition layer (45) and n-A9xGat-X) in the portion corresponding to the external emitter. The diagonal composition layer (44) is removed to expose the n"-GaAs sub-emitter region (47). This forms an extrinsic base region (56) and an intrinsic emitter region (48).

この第1図Eによる選択エツチングパターンは平面的に
みて第2図(これは完成された素子の平面図であるが)
に示す如きパターンとする。即ち四角形のエミッタ領域
(49)の@W tより小な6幅W2で重なる餉域部(
即ち後述の真性部分の面積に対応する)と、この領域部
のエミッタ領域(49)外に延長する延長部に連接して
之の暢w2より大なる@W3 (図示の例ではW 3−
 W t )の外部ベース領域(56)を有したパター
ンとなる。
The selective etching pattern shown in FIG. 1E is shown in FIG. 2 (this is a plan view of the completed device).
The pattern is as shown in . In other words, the square emitter region (49) has a hooked area (
(corresponding to the area of the intrinsic part to be described later), and @W3 (in the illustrated example, W3-), which is larger than w2, is connected to the extension part extending outside the emitter region (49) of this region part.
The pattern has an external base region (56) of W t ).

次に、第1図Fに示すように外部ベース領域(56)上
のn”−GaAs層(55)及びn −GaAsJii
i (54)をHIHにより選択的に除去し、引き続き
400人程運上ウェットエツチングを行ってn −Ga
a−xlnxAs傾斜組成層(53)及びp”−Gat
−xlnxAs層(52)を選択的に除去して外部ベー
ス領域〈56)のp”−GaAs層を露出する。これに
より、コレクタキャッ°プ層(57)、コレクタ領域(
58)及び真性ベース領域(59)が形成される0次に
厚さ約5000人程度のベース電極(60) 、エミッ
タ電極(61)及びコレクタ電極(62)を形成する0
次いで5i(h層(63)を全面に積層し、平坦化処理
を行う、尚、電極の形成法及びパシベーシッン躾即ち5
i(h層(63)の形成に関しては公知の技術を通用す
ることも可能である。又セルフ′・アライメント技術が
通用され°ζもよい、又、真性ベース領域(69)及び
その前後はGa1e^3としたが、これは公知の技術を
用いている。
Next, as shown in FIG. 1F, the n"-GaAs layer (55) on the external base region (56) and
i (54) was selectively removed by HIH, and then wet etching was performed on about 400 people to obtain n -Ga.
a-xlnxAs graded composition layer (53) and p”-Gat
-xlnxAs layer (52) is selectively removed to expose the p''-GaAs layer in the external base region (56).
58) and an intrinsic base region (59) are formed. A base electrode (60) with a thickness of about 5000 mm, an emitter electrode (61) and a collector electrode (62) are formed.
Next, 5i (h layer (63)) is laminated on the entire surface and planarized.
Regarding the formation of the i(h layer (63)), it is possible to use a known technique.Also, a self-alignment technique can be used to form the i(h layer (63)). ^3, which uses a known technique.

斯くして、第1図F及び第2図に示すように外部ベース
(56)とエミッタ領域(49)とが−辺の側面で対向
して形成され、且つその側面の外部べ−大領域(56)
 とエミッタ領域(49)との間に外部ベース領域(5
6)とエミッタ領域(49)よりバンドギャップEgの
大きいGa+HI 110411 P層(50)が形成
され、外部ベース領域(56)及びサブエミッタ領域(
47)下に半絶縁性のAQGaAsよりなるバッファ層
(42)が形成され、真性エミッタ領域(48)と外部
ベース領域(56)の境界を含むように即ち一部外部ベ
ース領域(56)に接するように@W 2(<W31 
Wl )の真性ベース領域(59)及びコレクタ領域(
58)が形成され、従って外部ベース領域(56)と真
性ベース領域(59)とは−辺で接し、真性ベース領域
(59)の@W2が外部ベース領域(56)の幅W3よ
り小とされて成る目的のコレクタトンプ型のへテロ接合
バイポーラトランジスタ(65)を得る。
In this way, as shown in FIG. 1F and FIG. 56)
and the emitter region (49).
A Ga+HI 110411 P layer (50) with a larger band gap Eg than the external base region (56) and the emitter region (49) is formed.
47) A buffer layer (42) made of semi-insulating AQGaAs is formed below, and includes the boundary between the intrinsic emitter region (48) and the extrinsic base region (56), that is, partially contacts the extrinsic base region (56). Like @W 2 (<W31
The intrinsic base region (59) and collector region (Wl) of
58) is formed, therefore, the extrinsic base region (56) and the intrinsic base region (59) touch at the - side, and @W2 of the intrinsic base region (59) is smaller than the width W3 of the extrinsic base region (56). A desired collector-type heterojunction bipolar transistor (65) is obtained.

かかる構成のコレクタ・トップ型へテロ接合バイポーラ
トランジスタ(65)は、説明は省略するも前述した第
6図のへテロ接合バイポーラトランジスタ(32)のも
つ利点を全て有する。そして、さらに本発明のコレクタ
・トップ型へテロ接合バイポーラトランジスタ(65)
は前述のトランジスタ(32)に比較して次のような利
点を有する。以ドにその利点を検討する。
The collector-top type heterojunction bipolar transistor (65) having such a configuration has all the advantages of the heterojunction bipolar transistor (32) shown in FIG. 6 described above, although the explanation will be omitted. Furthermore, the collector top type heterojunction bipolar transistor (65) of the present invention
has the following advantages compared to the transistor (32) described above. We will discuss its advantages below.

第6図のへテロ接合バイポーラトランジスタ(32)は
サブエミッタ領域(24)が^Q (:、ahsで形成
せざるを得なかった。その理由は構造上、外部ベース領
域(26)とサブエミッタ領域(24)が接触している
ので、この界面1a)のバンドギャップMgは真性ベー
ス領域/真性エミッタ領域の界面山)の゛バンドギャッ
プEgより大きくしなければならなかったからである。
In the heterojunction bipolar transistor (32) shown in Fig. 6, the sub-emitter region (24) had to be formed with ^Q (:, ahs). This is because, since the regions (24) are in contact, the bandgap Mg of this interface 1a) had to be larger than the bandgap Eg of the interface crest of the intrinsic base region/intrinsic emitter region.

サブエミッタ領域をAl1GaAsで形成すると電子濃
度が大きくとれない上に移動度が小さいのでシート抵抗
が高くなる。又A9GaAsへのオーミック・コンタク
トにも少なからず影響を与え、エミッタ抵抗の増大を引
き起こした。従って、サブエミッタ領域及びオーミック
・コンタクトはバンドギャップの小さいGaAsで構成
するのが良いことがわかる0本構成のトランジスタ(6
5)では、サブエミッタ領域(4′Oをバンドギャップ
の小さいGaAsで形成するので、シート抵抗が小さく
なり、且つコンタクト抵抗が小さくなり、その結果エミ
ッタ抵抗が小さくなる。
If the sub-emitter region is made of Al1GaAs, the electron concentration cannot be high and the mobility is low, resulting in a high sheet resistance. It also had a considerable effect on the ohmic contact to A9GaAs, causing an increase in emitter resistance. Therefore, it is clear that the sub-emitter region and ohmic contact are preferably made of GaAs, which has a small bandgap.
In 5), since the sub-emitter region (4'O) is formed of GaAs with a small band gap, the sheet resistance and contact resistance are reduced, and as a result, the emitter resistance is reduced.

次に、第3図にボすように外部ベース領域(56)を構
成するp”−GaAsとサブエミッタ領域(47)を構
成するn”−GaAsとの間にGalnP層(50)を
設けるとどうなるのかを考える。第3図におけるA−へ
断面のバンド図は第4図のようになる。p側は若干のp
ドーパントのGalnP層(50)への拡散を考慮しで
ある。この第4図をみると電子及びホールに対する大き
な障壁が生じていることがわかる。
Next, as shown in FIG. 3, a GalnP layer (50) is provided between the p"-GaAs forming the external base region (56) and the n"-GaAs forming the sub-emitter region (47). Think about what will happen. The band diagram of the section A- in FIG. 3 is as shown in FIG. 4. p side has some p
This is in consideration of the diffusion of the dopant into the GalnP layer (50). Looking at FIG. 4, it can be seen that a large barrier to electrons and holes is created.

順方向ダイオード電流は次式で与えられる。The forward diode current is given by the following equation.

1 = l rec + 1 diffここで 〕 但し、l recは再結合電流、I diHは拡散電流
、qは単位電荷、τは再結合のライフタイム、Wは空乏
層の厚み、■は印加電圧、N^+NDはそれぞれアクセ
プタ濃度、ドナー濃度、l、niLpはそれぞれマイナ
リティキャリアの拡散長、l)n+1)pは拡散係数で
ある。
1 = l rec + 1 diff where] l rec is the recombination current, I diH is the diffusion current, q is the unit charge, τ is the recombination lifetime, W is the thickness of the depletion layer, ■ is the applied voltage, N^+ND is the acceptor concentration and donor concentration, l and niLp are the diffusion lengths of minority carriers, respectively, and l)n+1)p is the diffusion coefficient.

niは真性キャリア密度であり、物質に固有な樋であっ
て次式でかける。
ni is the intrinsic carrier density, which is a trough specific to the substance, and is multiplied by the following formula.

nl瓢J−長−=コ4 v 6−1& /2 kyここ
?’Nc、Nvは有効状態密度でGaAsの場合N c
  = 4.7  X  10” c+s−’Nシー7
  X 10” cm−’ Ga1aPの場合 N c = 9 x 10” cm−”N v =  
10”  as−’ である。
nl gourd J-long-=ko 4 v 6-1 & /2 ky here? 'Nc, Nv are the effective density of states, and in the case of GaAs, Nc
= 4.7 X 10"c+s-'Nc7
X 10"cm-' For Ga1aP, N c = 9 x 10"cm-"N v =
10"as-'.

再結合電流1 recではni/τ、拡散電流1 di
ffではni”/NLが材料およびその品質による異な
る部分であるが、特にniは材料に固有な量であり、物
質のEgと密接にかかわっている0例えばGaAsのn
iを1と規格化するとG aqsa l noInPの
niは −1,65Xe″O’72°&+IM 1.65 単純に比較すればGa■1noInPはGaAsに対し
再結合電流が4桁少なく、拡散電流はGaAsのそれに
対して無視できると云うことである。第5図は実際に作
製したGaAsのpnダイオード、G ate 1 n
aslPのpnダイオードの夫々の順方向ダイオード電
流を示したものである0曲線(口4よGaAaダイオー
ドの場合、曲線(11)はGaplrmwPダイオード
の場合である。Ga1nPの電流はGaAsのそれより
3桁小さいことがわかる* AQ o、a Gaat 
Asのpnダイオードはこれらの中間にくる。これによ
りGalnP層(50)をp”−GaAs外部ベース領
域(56)とfl”−GaAsサブエミッタ領域(47
)との間に挿入することの利点が理解できよう、つまり
、外部ベース領域(56)とサブエミッタ領域(47)
間に流れるベース再結合電流は圧倒的に少なく、n”−
GaAsサブエミッタ領域(47)はどこまでも高濃度
にしてもよい、それによってエミッタシート抵抗をドげ
、ノンアロイエミッタコンタクトが可能となる。
Recombination current 1 rec is ni/τ, diffusion current 1 di
In ff, ni''/NL differs depending on the material and its quality, but in particular ni is an amount specific to the material and is closely related to the Eg of the material.For example, n of GaAs
When i is normalized to 1, the ni of Gaqsa l noInP is -1,65 This means that it can be ignored compared to that of GaAs. Figure 5 shows an actually fabricated GaAs pn diode, G ate 1 n
Curve (11) shows the forward diode current of each pn diode in aslP (in the case of a GaAAa diode, curve (11) is in the case of a GaplrmwP diode. The current in Ga1nP is three orders of magnitude higher than that in GaAs. You can see that it is small * AQ o, a Gaat
As pn diodes fall between these. This allows the GalnP layer (50) to be connected to the p"-GaAs external base region (56) and the fl"-GaAs sub-emitter region (47).
), i.e., the external base region (56) and the sub-emitter region (47)
The base recombination current flowing between n”−
The GaAs sub-emitter region (47) may be made to have an infinitely high concentration, thereby lowering the emitter sheet resistance and allowing non-alloy emitter contact.

GalaP層(50)は両側からのドーパントの拡散に
よりGa1nP内にpn接合を作るが約13000運上
度の空乏層が存在する。従って、この部分の寄生エミッ
タ容量は、断面積が小さいので、もともと小さいが、従
来の数分の1になるだけでなく、動作時に於いても電流
が流れず空乏層は減少しないので寄生容量は増加しない
The GalaP layer (50) creates a pn junction in Ga1nP by dopant diffusion from both sides, but there is a depletion layer of approximately 13,000 degrees. Therefore, the parasitic emitter capacitance in this part, which is originally small due to its small cross-sectional area, is not only a fraction of that of the conventional one, but also because no current flows during operation and the depletion layer does not decrease, the parasitic capacitance decreases. Does not increase.

このように、第1図及び第2図は実施例においては前述
したヘテロ接合バイポーラトランジスタ(32)が内包
している欠点を克服することができる。
In this way, the embodiments of FIGS. 1 and 2 can overcome the disadvantages inherent in the heterojunction bipolar transistor (32) described above.

第6図及び第7図は本発明をエミッタ・トップ型のへテ
ロ接合バイポーラトランジスタに通用した場合の一実施
例である。製法は第1図とI!fI(12するので説明
を省略する。このエミッタ・トップ型のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ(87)は、半絶縁性GaAs基板
(70)上にアンドープA90.3 Gao、v As
バッファ層(71)を介してn”−GaAsのサブコレ
クタ領域(72)が形成され、サブコレクタ領域(72
)の一部上にn−GaAs層(73)及びn”−Gal
flAS層(74)による真性コレクタ領域(75)が
形成される。また、真性コレクタ領域(75)及びサブ
コレクタ領域(72)の1辺の側面に対向するようにバ
ンドギャップの大きいアンドープGa1nP層(76)
を介してp”−GaAs外部ベース領域(77)が形成
される。さらに、真性コレクタ領域(75)及び一部の
外部ベース領域(77)に跨るように真性コレクタ領域
(75)上に1) ”−GaAspJ斜組成層に五組成
層ベース領域(7B) 、n−八gGaAs(91斜組
成層(79)及びn−AQ GaAs層(80)による
エミッタ領域(81)、n”−GaAsエミッタキャッ
プ層(82)が順次形成される。そして、n”−GaA
sキャップ層(82)にエミッタ電&(83)が、p”
−GaAs外部ベース領域(77)にベース電極(84
)が、n ”−GaAsサブコレクタ領域(73)にコ
レクタ電極(85)が夫々形成される。
6 and 7 show an embodiment in which the present invention is applied to an emitter-top type heterojunction bipolar transistor. The manufacturing method is shown in Figure 1 and I! fI (12), so the explanation will be omitted. This emitter-top type heterojunction bipolar transistor (87) is an undoped A90.3 Gao, v As on a semi-insulating GaAs substrate (70).
An n''-GaAs sub-collector region (72) is formed through the buffer layer (71).
) on a part of the n-GaAs layer (73) and n''-Gal
An intrinsic collector region (75) is formed by the flAS layer (74). Further, an undoped Ga1nP layer (76) with a large band gap is placed opposite to one side of the intrinsic collector region (75) and the sub-collector region (72).
A p''-GaAs external base region (77) is formed through the intrinsic collector region (75) and a part of the external base region (77). "-GaAspJ diagonal composition layer with five composition layer base region (7B), n-8gGaAs (91 diagonal composition layer (79) and n-AQ GaAs layer (80) emitter region (81), n"-GaAs emitter cap Layers (82) are formed in sequence, and n”-GaA
The emitter voltage & (83) is in the s cap layer (82), p”
- GaAs external base region (77) with base electrode (84)
), a collector electrode (85) is formed in the n''-GaAs sub-collector region (73), respectively.

(86)は5i(h層である。(86) is the 5i (h layer).

かかるエミッタ・トップ型のへテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ(87)においても、外部ベース領域(77)
とコレクタ領域(72)  (75)とは1辺だけで対
向し、外部ベース領域(77)と工”−−/り領域(8
1)とはほとんど接触していないので、コレクタ容量及
びエミッタ容量は小さくなる。又、外部ベース抵抗を小
さくすることができ且つコレクタ容量を増加させること
なくベース・コンタクト抵抗を小さくすることができる
。又、儀後のエピタキシャル成長で真性ベース領域が形
成されるので、真性ベース領域の厚みは極限まで薄く形
成でき、且つ接合の位置ずれも生じない。
Also in such an emitter-top type heterojunction bipolar transistor (87), the external base region (77)
and the collector area (72) (75) are opposite to each other on only one side, and the external base area (77) and the area (8) are opposite to each other on one side.
1), the collector capacitance and emitter capacitance become small. Furthermore, the external base resistance can be reduced, and the base contact resistance can be reduced without increasing the collector capacitance. Furthermore, since the intrinsic base region is formed by epitaxial growth after the process, the thickness of the intrinsic base region can be made extremely thin, and no displacement of the junction occurs.

一方、p”−GaAs外部ベース領域(77)とn”−
GaAsサブコレクタ領域(72)との間に挿入したア
ンドープGa1nP層(76)は前実施例のコレクタ・
トップ型のへテロ接合バイポーラトランジスタ(65)
のGalaP層(50)の役割とは若干異なる。この場
合のpn接合は逆バイアスとなる。従って通電ならば逆
耐圧は小さくなってしまうがパンドギ中ソプEgの大き
なGafnPを挿入することによって耐圧が向上する。
On the other hand, the p''-GaAs external base region (77) and the n''-
The undoped Ga1nP layer (76) inserted between the GaAs sub-collector region (72) and the collector region (76) of the previous embodiment
Top type heterojunction bipolar transistor (65)
The role of the GalaP layer (50) is slightly different from that of the GalaP layer (50). The pn junction in this case is reverse biased. Therefore, if the current is applied, the reverse breakdown voltage will be reduced, but the breakdown voltage will be improved by inserting GafnP with a large Eg.

又、この部分の容量が小さくなることは前実施例と同様
である。コレクタ容量はほとんど真性領域のみであるこ
とは言うまでもない。
Also, as in the previous embodiment, the capacity of this portion is reduced. It goes without saying that the collector capacitance is almost exclusively in the intrinsic region.

従って超高速動作が行える。Therefore, ultra-high speed operation is possible.

(発明の効果〕 上述した本発明によれば、エミッタ又はコレクタ領域を
外部ベース領域との間にそれらよりバンドギャップの大
きい半導体層をもけたことにより、コレクタ・トップ型
としたときにはベース再結合電流、エミッタ砥抗及びエ
ミッタ容量を小さくすることができ、又、エミッタ・ト
ップ型としたときにはコレクタ耐圧を向上し且つコレク
タ容置を小さくすることができる。従って、先に提案し
た第8図のへテロ接合バイポーラトランジスタの内包す
る欠点を克服することができ、より優れた高速動作のへ
テロ接合バイポーラトランジスタが得られる。
(Effects of the Invention) According to the present invention described above, by providing a semiconductor layer having a larger band gap between the emitter or collector region and the external base region, the base recombination current is reduced when the emitter or collector region is made into a collector-top type. , the emitter grinding resistor and the emitter capacitance can be made smaller, and when the emitter top type is used, the collector withstand voltage can be improved and the collector space can be made smaller.Therefore, as shown in FIG. The drawbacks inherent in the heterojunction bipolar transistor can be overcome, and a heterojunction bipolar transistor with better high-speed operation can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

S1図A−Fは本発明によるコレクタ・トップ型のへテ
ロ接合バイポーラトランジスタの一例を示す製造工程順
の断面図、第2図は第111Fの平面図、第3図は本発
明の説明に供する要部の断面図、第4図は第3図のA−
A断面のバンド図、第5図は本発明の説明に供するGa
^3ダイオードとGa1nPダイオードの順方向電流−
電比特性図、第6図及び第7図は本発明によるエミッタ
・トップ型のへテロ接合バイポーラトランジスタの例を
示す断面図及びその平面図、第8図及び第9図は先に提
案したコレクタ・トップ型のへテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの例を示す断面図及びその平面図、第1O図は
従来のエミッタ・トップ型のへテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの断面図、第11図は従来のコレクタ・トップ
型のへテロ接合バイポーラトランジスタの断面図である
。 (41)は半絶縁性GaAs基板、(42)はバッファ
層、(47)はサブエミッタ領域、(48)は真性エミ
ッタ領域、(50)はバンドギャップの大きい半導体層
、(56)は外部ベース領域、(58)はコレクタ領域
、(59)は真性ベース領域である。 同  松隈秀盛 本実姉謄1の平面図 第2図 本@n14er+t1.BMIHI*13*H11tl
ヒ1ffl第3図 A−Allrl!Oのバ°ンl″図 第4図
S1 Figures A-F are cross-sectional views showing an example of a collector-top type heterojunction bipolar transistor according to the present invention in the order of manufacturing steps, Figure 2 is a plan view of Figure 111F, and Figure 3 is provided for explanation of the present invention. A sectional view of the main part, Figure 4 is A- in Figure 3.
A band diagram of cross section A, FIG. 5 is a Ga
Forward current of ^3 diode and Ga1nP diode -
The electric ratio characteristics diagram, FIGS. 6 and 7 are a cross-sectional view and a plan view showing an example of the emitter-top type heterojunction bipolar transistor according to the present invention, and FIGS. 8 and 9 are the collector as previously proposed.・A cross-sectional view and a plan view of an example of a top-type heterojunction bipolar transistor; FIG. 1O is a cross-sectional view of a conventional emitter-top heterojunction bipolar transistor; FIG. 11 is a conventional collector-top type heterojunction bipolar transistor. 1 is a cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor of FIG. (41) is a semi-insulating GaAs substrate, (42) is a buffer layer, (47) is a sub-emitter region, (48) is an intrinsic emitter region, (50) is a large bandgap semiconductor layer, (56) is an extrinsic base The area (58) is the collector area, and (59) is the intrinsic base area. Plan view of Hidemori Matsukuma original version 1, Figure 2 Book @n14er+t1. BMIHI*13*H11tl
Hi1fflFigure 3 A-Allrl! Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】  エミッタ又はコレクタ領域と外部ベース領域とが互い
に側面で対向するように形成され、 前記エミッタ又はコレクタ領域と外部ベース領域との間
にそれらよりバンドギャップの大きい半導体層が設けら
れ、 前記エミツタ又はコレクタ領域と外部ベース領域の境界
を含む領域上に真性ベース領域が形成され、 該真性ベース領域上にコレクタ又はエミッタ領域が形成
されて成るヘテロ接合型バイポーラトランジスタ。
[Claims] An emitter or collector region and an external base region are formed so as to face each other on their sides, and a semiconductor layer having a larger band gap than the emitter or collector region and the external base region is provided between the emitter or collector region and the external base region. . A heterojunction bipolar transistor, wherein an intrinsic base region is formed on a region including a boundary between the emitter or collector region and the external base region, and a collector or emitter region is formed on the intrinsic base region.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06333935A (en) * 1993-05-25 1994-12-02 Nec Corp Bipolar transistor and its manufacture
US6426266B1 (en) 1997-12-22 2002-07-30 Nec Corporation Manufacturing method for an inverted-structure bipolar transistor with improved high-frequency characteristics

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