JPH04101430A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法Info
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- JPH04101430A JPH04101430A JP21924590A JP21924590A JPH04101430A JP H04101430 A JPH04101430 A JP H04101430A JP 21924590 A JP21924590 A JP 21924590A JP 21924590 A JP21924590 A JP 21924590A JP H04101430 A JPH04101430 A JP H04101430A
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Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はへテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
従来の技術
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)は高い電
流駆動能力とすぐれた高周波特性を合わせ持つ次世代の
超高速デバイスとして注目されている。
流駆動能力とすぐれた高周波特性を合わせ持つ次世代の
超高速デバイスとして注目されている。
ところで一般にヘテロ接合バイポーラトランジスタの遮
断周波数(Ft)は次式で表わせる。
断周波数(Ft)は次式で表わせる。
Ft=1/2yr r ec
r eC”r e+r b+r c+r c
cτeはエミッタ空乏層充電時阻 τbはベース領域で
の少数キャリア走行時器 τCはコレクタ空乏層のキャ
リア走行時器 τCCはコレクタ空乏層充電時間である
。最近は製造技術の進歩により寄生容量や寄生抵抗の低
減が可能になり、遮断周波数を決定する重要な要因であ
るベース領域での少数キャリア走行時間の短縮が大きな
課題である。第3図は第1の従来例のへテロ接合バイポ
ーラトランジスタの素子断面図である。半絶縁性GaA
s基板1上に高濃度n型GaAsからなるコレクタコン
タクト層2、n型GaAsからなるコレクタ層3、高濃
度p型GaAsからなるベース層4、さらにn型AlG
aAsからなるエミッタ層5を順次形成した構造である
。
cτeはエミッタ空乏層充電時阻 τbはベース領域で
の少数キャリア走行時器 τCはコレクタ空乏層のキャ
リア走行時器 τCCはコレクタ空乏層充電時間である
。最近は製造技術の進歩により寄生容量や寄生抵抗の低
減が可能になり、遮断周波数を決定する重要な要因であ
るベース領域での少数キャリア走行時間の短縮が大きな
課題である。第3図は第1の従来例のへテロ接合バイポ
ーラトランジスタの素子断面図である。半絶縁性GaA
s基板1上に高濃度n型GaAsからなるコレクタコン
タクト層2、n型GaAsからなるコレクタ層3、高濃
度p型GaAsからなるベース層4、さらにn型AlG
aAsからなるエミッタ層5を順次形成した構造である
。
ベース電極を形成するために 硫酸と過酸化水素の水溶
液等によるウェットエツチングや塩素系ガスによるドラ
イエツチングによりエミッタ層5の一部を除去し 外部
ベース領域を形成する力(該エツチング液(またはガス
)はGaAs層又はAlGaAs層に対して選択性がな
く、その工程がエツチング時間制御により行なわれるた
へ 外部ベース領域を少なくとも数十nm程度過剰にエ
ツチングする。
液等によるウェットエツチングや塩素系ガスによるドラ
イエツチングによりエミッタ層5の一部を除去し 外部
ベース領域を形成する力(該エツチング液(またはガス
)はGaAs層又はAlGaAs層に対して選択性がな
く、その工程がエツチング時間制御により行なわれるた
へ 外部ベース領域を少なくとも数十nm程度過剰にエ
ツチングする。
エツチングレート等の製造工程バラツキ要因を考慮する
と、実用レベルではベース幅は1100n程度が限界と
思われる。ベース幅100nmとしてベース領域での電
子走行時間は1.0〜1.5psecで、遮断周波数を
決定する要因の173以上の比重をし塩 高周波特性の
改善を妨げている。上記の課題であるベース層の薄膜化
による電子走行時間の短縮化を実現するために以下に述
べる第2のHBTが提案されている。
と、実用レベルではベース幅は1100n程度が限界と
思われる。ベース幅100nmとしてベース領域での電
子走行時間は1.0〜1.5psecで、遮断周波数を
決定する要因の173以上の比重をし塩 高周波特性の
改善を妨げている。上記の課題であるベース層の薄膜化
による電子走行時間の短縮化を実現するために以下に述
べる第2のHBTが提案されている。
第4図A、第4図Bは第2の従来例のコレクタトップ型
HBTの素子断面図 バンド構造をそれぞれ示す図で、
半絶縁性GaAs基板1上に高濃度n型GaAsからな
るエミッタコンタクト層6、 n型AlGaAsからな
るエミッタ層5、高濃度p型GaAsからなるベース層
4、高濃度p型lT11!、 2 Gae 、 e A
sからなるエツチングストッパー層4取 n型GaAs
からなるコレクタ層3、コレクタコンタクト層2を順次
積層させた構造を取っている。100はサイドウオール
(側壁絶縁膜)である。エツチングガス5iC1aを用
いたりアクティブイオンエツチング(RIE)によりコ
レクタ層3、コレクタコンタクト層2のみエツチングし
てIn++、2Ga11.aASエツチングストッパー
層4aを選択的に露出する。また第4図Bに示した様に
ベース内でIn9.2Gas、sAsの伝導帯バンドエ
ネルギーはGaAsの伝導帯バンドエネルギーより低い
ためにベースに注入された電子はIns、2Ga11.
sAs伝導帯バンド内に入り込む力(コレクタ側に生じ
た障壁は非常に薄いためにコレクタに到達できる。
HBTの素子断面図 バンド構造をそれぞれ示す図で、
半絶縁性GaAs基板1上に高濃度n型GaAsからな
るエミッタコンタクト層6、 n型AlGaAsからな
るエミッタ層5、高濃度p型GaAsからなるベース層
4、高濃度p型lT11!、 2 Gae 、 e A
sからなるエツチングストッパー層4取 n型GaAs
からなるコレクタ層3、コレクタコンタクト層2を順次
積層させた構造を取っている。100はサイドウオール
(側壁絶縁膜)である。エツチングガス5iC1aを用
いたりアクティブイオンエツチング(RIE)によりコ
レクタ層3、コレクタコンタクト層2のみエツチングし
てIn++、2Ga11.aASエツチングストッパー
層4aを選択的に露出する。また第4図Bに示した様に
ベース内でIn9.2Gas、sAsの伝導帯バンドエ
ネルギーはGaAsの伝導帯バンドエネルギーより低い
ためにベースに注入された電子はIns、2Ga11.
sAs伝導帯バンド内に入り込む力(コレクタ側に生じ
た障壁は非常に薄いためにコレクタに到達できる。
発明が解決しようとする課題
ところで第2の従来例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(よ エミッタトップ型に比べて
外部エミッタからの電子の注入を阻止するために外部エ
ミッタ領域をプロトン注入によりプロトン注入層5aか
らなる高抵抗層を形成するような複雑な製造工程を有し
ており、またlT19aGae、sAsエツチングスト
ッパー層4bをエミッタ層とベース層の間に介在させて
エミッタトップ型に適応した場合、In52GaiII
As工ツチングストツパー層4bの伝導帯エネルギーは
GaAsベース層の伝導帯エネルギーより低いためベー
スに注入されたほとんど電子はITl[l 、 2Ga
11. eAs伝導帯に溜まって再結合電流となり、コ
レクタに到達しないという欠点を有している。本発明(
L これらの欠点を改善するためエミッタ層とベース層
間にエツチングストッパー層を備え、容易な製造工程に
より超高速へテロ接合バイポーラトランジスタを提供す
ることを目的としている。
イポーラトランジスタ(よ エミッタトップ型に比べて
外部エミッタからの電子の注入を阻止するために外部エ
ミッタ領域をプロトン注入によりプロトン注入層5aか
らなる高抵抗層を形成するような複雑な製造工程を有し
ており、またlT19aGae、sAsエツチングスト
ッパー層4bをエミッタ層とベース層の間に介在させて
エミッタトップ型に適応した場合、In52GaiII
As工ツチングストツパー層4bの伝導帯エネルギーは
GaAsベース層の伝導帯エネルギーより低いためベー
スに注入されたほとんど電子はITl[l 、 2Ga
11. eAs伝導帯に溜まって再結合電流となり、コ
レクタに到達しないという欠点を有している。本発明(
L これらの欠点を改善するためエミッタ層とベース層
間にエツチングストッパー層を備え、容易な製造工程に
より超高速へテロ接合バイポーラトランジスタを提供す
ることを目的としている。
課題を解決するための手段
この発明は以上の点に鑑みてなされたもので、GaAs
基板上に少なくともGaAsからなるコレクタ服GaA
s又はAlGaAsからなるベース凰AlGaAsから
なるエミッタ層を順次形成されたエピタキシャル層構造
を有し 該エミッタ層と該ベース層の間にGaAsとの
伝導帯のバンド不連続がないようなバンド構造を有する
Iny (GayAll+ −v )+ −xAs(0
< x< 1. O< y<1)層を有し 外部ベース
領域を形成するために該エミッタ層を選択的にエツチン
グ除去1.、 Inx(Ga、Al+−、)+−xA
sのエツチングストッパー層を露出させる工程を有する
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタを
提供する。
基板上に少なくともGaAsからなるコレクタ服GaA
s又はAlGaAsからなるベース凰AlGaAsから
なるエミッタ層を順次形成されたエピタキシャル層構造
を有し 該エミッタ層と該ベース層の間にGaAsとの
伝導帯のバンド不連続がないようなバンド構造を有する
Iny (GayAll+ −v )+ −xAs(0
< x< 1. O< y<1)層を有し 外部ベース
領域を形成するために該エミッタ層を選択的にエツチン
グ除去1.、 Inx(Ga、Al+−、)+−xA
sのエツチングストッパー層を露出させる工程を有する
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタを
提供する。
作用
上記したエミッタ層とベース層間にエツチングストッパ
ー層を備えたヘテロ接合バイポーラトランジスタによる
作用は以下のようになる。エツチングストッパー層を構
成するInx(GaJl+−、)+−Js伝導帯とベー
ス層のGaAs伝導帯のバンド不連続は存在しないた八
電子のエミッタからベースの注入は妨害されない。ま
た5iC1xエツチングガスを用いたRIEによるエミ
ッタ層の選択的エツチング除去により容易に外部ベース
領域を露出できるので、ベース層の薄膜化により高周波
特性の改善を図ることができ、同時にベース層は余分に
エツチングされないので、ベース抵抗の増加も防ぐこと
ができる。このように 本発明のHBTは容易な製造工
程と高速性を兼ね備えているという特徴を備えている。
ー層を備えたヘテロ接合バイポーラトランジスタによる
作用は以下のようになる。エツチングストッパー層を構
成するInx(GaJl+−、)+−Js伝導帯とベー
ス層のGaAs伝導帯のバンド不連続は存在しないた八
電子のエミッタからベースの注入は妨害されない。ま
た5iC1xエツチングガスを用いたRIEによるエミ
ッタ層の選択的エツチング除去により容易に外部ベース
領域を露出できるので、ベース層の薄膜化により高周波
特性の改善を図ることができ、同時にベース層は余分に
エツチングされないので、ベース抵抗の増加も防ぐこと
ができる。このように 本発明のHBTは容易な製造工
程と高速性を兼ね備えているという特徴を備えている。
実施例
以下本発明の実施例を記載する。第1図は本発明の一実
施例の主要断面図である。この実施例の構成が第4図に
示した第2の従来例の構成と異なる点は エツチングス
トッパー層がInx(GauAl+ −。
施例の主要断面図である。この実施例の構成が第4図に
示した第2の従来例の構成と異なる点は エツチングス
トッパー層がInx(GauAl+ −。
)+−xAsより構成されて、エミッタが上部に備え付
けられている点である。次に 第1図のへテロ接合バイ
ポーラトランジスタの製造方法を第2図を用いて説明す
る。半絶縁性のGaAs基板1上に分子エビタギシーに
より5 xlo18/CM3のn型不純物を含有する厚
さ500nmのn型GaAsからなるコレクタコンタク
ト層2、5 xlo” 70M3のn型不純物を含有す
る厚さ300nmのn型GaAsからなるコレクタ層3
、4x1019/CM’のn型不純物を含有する厚さ5
0nmのp型GaAsからなるベース層4、5 xlo
”70M3のn型不純物を含有する厚さ20nmのp型
Ine、22(Ala、aGall、7)θ、ysAS
からなるエツチングストッパー層4a、 5x10”
70M3のn型不純物を含有する厚さ200nmのn
型Ale、5Gas、7Asからなるエミッタ層5、5
xlo’ 8/CM3のn型不純物を含有する厚さ1
100nのn型GaAs。
けられている点である。次に 第1図のへテロ接合バイ
ポーラトランジスタの製造方法を第2図を用いて説明す
る。半絶縁性のGaAs基板1上に分子エビタギシーに
より5 xlo18/CM3のn型不純物を含有する厚
さ500nmのn型GaAsからなるコレクタコンタク
ト層2、5 xlo” 70M3のn型不純物を含有す
る厚さ300nmのn型GaAsからなるコレクタ層3
、4x1019/CM’のn型不純物を含有する厚さ5
0nmのp型GaAsからなるベース層4、5 xlo
”70M3のn型不純物を含有する厚さ20nmのp型
Ine、22(Ala、aGall、7)θ、ysAS
からなるエツチングストッパー層4a、 5x10”
70M3のn型不純物を含有する厚さ200nmのn
型Ale、5Gas、7Asからなるエミッタ層5、5
xlo’ 8/CM3のn型不純物を含有する厚さ1
100nのn型GaAs。
厚さ30nmのn型InxGa+−xAs(0< x<
0.5)それから厚さ1100nのIns 、 5G
a11.5Asからなるエミッタコンタクト層6を順次
積層し プロトン注入により素子間分離領域7を形成し
そしてタングステンシリサイド(WSix)からなる
エミッタ電極8を形成する。
0.5)それから厚さ1100nのIns 、 5G
a11.5Asからなるエミッタコンタクト層6を順次
積層し プロトン注入により素子間分離領域7を形成し
そしてタングステンシリサイド(WSix)からなる
エミッタ電極8を形成する。
上記エミッタ電極8をマスクにしてエツチングガス5i
C14を用いたRIEによりエミッタコンタクト層6、
エミッタ層5を順次エツチングすると、Ir+++22
(Als3Ga11.v)i+、veAsからなるエツ
チングストッパー層4aを選択的に露出し 制御良くエ
ミッタ電極5°を形成する(第2図A)。選択エツチン
グに関してGaAsとl119 、2Ga11. eA
sについて同様な報告がされている(Appl、 Ph
y、Lett、 、 1987.51.2225)。
C14を用いたRIEによりエミッタコンタクト層6、
エミッタ層5を順次エツチングすると、Ir+++22
(Als3Ga11.v)i+、veAsからなるエツ
チングストッパー層4aを選択的に露出し 制御良くエ
ミッタ電極5°を形成する(第2図A)。選択エツチン
グに関してGaAsとl119 、2Ga11. eA
sについて同様な報告がされている(Appl、 Ph
y、Lett、 、 1987.51.2225)。
次に5i(hの成膜後、RIEにより絶縁膜側壁9を形
成し ベース電極金属(AuZn)を成膜し レジスト
によるベース領域のパターン形成及び、RIEによりエ
ミッタ電極の頭出し後、ベース電極金属の露出部分、及
びベース層をイオンミリングでエツチング除去し ベー
ス電極10、ベースメサ4°を形成する(第2図B)。
成し ベース電極金属(AuZn)を成膜し レジスト
によるベース領域のパターン形成及び、RIEによりエ
ミッタ電極の頭出し後、ベース電極金属の露出部分、及
びベース層をイオンミリングでエツチング除去し ベー
ス電極10、ベースメサ4°を形成する(第2図B)。
最後にAuGe/Ni/Ti/Auからなるコレクタ電
極11を形成する(第2図C)。GaAsベース層とI
r+l]22(Al11.30al!、v)11.7e
As工ツチングストツパー層の格子不整合は約1.5%
である力又 エツチングストッパー層の膜厚が20nm
と臨界膜厚以下のため転位は発生せずに 良好な接合と
なっている。
極11を形成する(第2図C)。GaAsベース層とI
r+l]22(Al11.30al!、v)11.7e
As工ツチングストツパー層の格子不整合は約1.5%
である力又 エツチングストッパー層の膜厚が20nm
と臨界膜厚以下のため転位は発生せずに 良好な接合と
なっている。
従来の報告によるとGaAsとInAsの伝導帯の不連
続(△Ec)、価電子帯の不連続(△Ev)はそれぞれ
△Ec=0.90eV、△Ev=0.17eV、GaA
sとAll!、3Ga11.vASの△Ec、ΔEvは
それぞれ0.25eV、0.15eVであり、△Ecが
組成に対して直線的に変化すると仮定すると、GaAs
とIns、22(AlI3.5Ga117)11.re
Asの伝導帯不連続は存在しないのて エツチングスト
ッパー層はエミッタからベースへの電子の注入を妨げな
い。
続(△Ec)、価電子帯の不連続(△Ev)はそれぞれ
△Ec=0.90eV、△Ev=0.17eV、GaA
sとAll!、3Ga11.vASの△Ec、ΔEvは
それぞれ0.25eV、0.15eVであり、△Ecが
組成に対して直線的に変化すると仮定すると、GaAs
とIns、22(AlI3.5Ga117)11.re
Asの伝導帯不連続は存在しないのて エツチングスト
ッパー層はエミッタからベースへの電子の注入を妨げな
い。
発明の効果
このように本発明により、エミッタ層とベース層間に介
在するエツチングストッパー層の選択エツチングによる
容易な工程により、極薄のベース層を有したHBTを実
現でき、その結果高周波特性を著しく改善できる。
在するエツチングストッパー層の選択エツチングによる
容易な工程により、極薄のベース層を有したHBTを実
現でき、その結果高周波特性を著しく改善できる。
第1図(よ 本発明の一実施例であるヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの主要断面図 第2図(A)〜(C)
fiは第1図のへテロ接合バイポーラトランジスタの製
造工程を説明するための工程断面図 第3図4唄 第1
の従来例のへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断
面@ 第4図(A)i;L 第2の従来例のへテロ接
合バイポーラトランジスタの素子断面図 第4図(13
) +;t、 第2の従来例のへテロ接合バイポーラ
トランジスタのエネルギーバンドダイアグラム図である
。 Q− 1〇−
ーラトランジスタの主要断面図 第2図(A)〜(C)
fiは第1図のへテロ接合バイポーラトランジスタの製
造工程を説明するための工程断面図 第3図4唄 第1
の従来例のへテロ接合バイポーラトランジスタの素子断
面@ 第4図(A)i;L 第2の従来例のへテロ接
合バイポーラトランジスタの素子断面図 第4図(13
) +;t、 第2の従来例のへテロ接合バイポーラ
トランジスタのエネルギーバンドダイアグラム図である
。 Q− 1〇−
Claims (2)
- (1)GaAs基板上に少なくともGaAsからなるコ
レクタ層、GaAs又はAlGaAsからなるベース層
、AlGaAsからなるエミッタ層を順次形成されたエ
ピタキシャル層構造を有し、前記エミッタ層と前記ベー
ス層の間にGaAsとの伝導帯のバンド不連続がないよ
うなバンド構造を有するIn_x(Ga_yAl_1_
−_y)_1_−_xAs(0<x<1、0<y<1)
層が介在していることを特徴とするヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ。 - (2)GaAs基板上に少なくともGaAsからなるコ
レクタ層、GaAs又はAlGaAsからなるベース層
、(In_xGa_1_−_x)_yAl_1_−_y
Asからなるエッチングストッパー層、AlGaAsか
らなるエミッタ層を順次形成する工程と、ベース電極を
形成するために該エミッタ層をエッチング除去し、In
_x(Ga_yAl_1_−_y)_1_−_xAsエ
ッチングストッパー層を露出させる工程とを有すること
を特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21924590A JPH04101430A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21924590A JPH04101430A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04101430A true JPH04101430A (ja) | 1992-04-02 |
Family
ID=16732498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21924590A Pending JPH04101430A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04101430A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5477066A (en) * | 1992-01-09 | 1995-12-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heterojunction bipolar transistor |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6372158A (ja) * | 1986-09-13 | 1988-04-01 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置の製造方法 |
JPH02364A (ja) * | 1987-11-02 | 1990-01-05 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP21924590A patent/JPH04101430A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6372158A (ja) * | 1986-09-13 | 1988-04-01 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置の製造方法 |
JPH02364A (ja) * | 1987-11-02 | 1990-01-05 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
US5477066A (en) * | 1992-01-09 | 1995-12-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heterojunction bipolar transistor |
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