JPH04267529A - コレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

コレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法

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JPH04267529A
JPH04267529A JP5070391A JP5070391A JPH04267529A JP H04267529 A JPH04267529 A JP H04267529A JP 5070391 A JP5070391 A JP 5070391A JP 5070391 A JP5070391 A JP 5070391A JP H04267529 A JPH04267529 A JP H04267529A
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Toru Kimura
亨 木村
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NEC Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高速動作のトランジスタ
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイポーラトランジスタに代表される縦
型構造のトランジスタは、コレクタトップ構造にするこ
とにより、高速特性が改善されることが知られている。 コレクタトップ構造が高速特性を改善する理由を以下に
述べる。
【0003】クレーマー(H.Kroemer)による
文献「プロシーディング・オブ・アイ・イー・イー・イ
ー(Proceeding  of  IEEE)」7
0巻1号13頁からによれば、最大発信周波数fMAX
及びスイッチング時間tsは、それぞれ次のように表さ
れる。
【0004】
【数1】
【0005】ここで、Rbはベース抵抗、Ccはベース
/コレクタ接合容量、τecはエミッタからコレクタま
での遅延時間、τbはベース走行時間、CLはロード容
量、RLはロード抵抗である。Ccの値が小さくなれば
、fMAXは大きく、tsは小さくすることができる。 コレクタトップ型トランジスタは、コレクタがウエファ
ー表面にあるため、コレクタ領域の規定に微細パタン形
成技術が適応でき、ベース/コレクタ接合面積(以下A
BC)を小さくすることができるため、Ccの値を小さ
くすることができる。従って、fMAXの値を大きく、
tsの値を小さくすることが可能で、高速動作特性を改
善できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにコレクタ
トップ型トランジスタは、コレクタ容量の低減が図れる
。図2に、本発明者の木村等による文献「フォーティー
セブンス・アニュアル・ディバイス・リサーチ・コンフ
ァレンス(47th  Annual  Device
  Reseach  Conference)」II
A−8(文献1に述べられた構造のn型砒化ガリウム/
p型ゲルマニウム/n型ゲルマニウム(以下、それぞれ
n−GaAs、p−Ge、n−Geと略記)ヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(HBT)を示す。図に示した
素子の作製方法を図3を参考にして述べる。
【0007】まず、図3(a)に示すように、MBE法
により、高濃度のn型GaAs(100)基板2上に高
濃度n型GaAsバッファー層3、エミッタ層となるn
型GaAs層5、ベース層となるp型Ge層7、コレク
タ層となるn型Ge層9を順次成長する。
【0008】次に図3(b)に示すように、コレクタ領
域をフォトレジスト(PR)で覆い、ホウ素(B)のイ
オン注入を行う。Bのイオン注入はGeを高濃度のp型
に、GaAsを半絶縁化するので、エミッタ領域の規定
と、外部ベース領域の形成が同時に行える。ここではI
II族元素としてBを用いたが、Ga、In等B以外の
III族元素を用いても同様の効果が期待できる。
【0009】次に図3(c)に示すように、イオン注入
に用いたPRをそのまま利用してn−Geコレクタ層を
除去し、ベース層の面出しを行う。
【0010】次に図3(d)に示すように、外部ベース
領域とコレクタ領域をPRで覆い、Ge層を除去するこ
とで素子間の分離を行う。
【0011】最後に図3(e)に示すように、エミッタ
電極1、ベース電極8、コレクタ電極10を取り付ける
【0012】以上の工程でコレクタトップ型HBTが作
製されている。ここではコレクタ層はn型Geを用いた
が、Geと珪素(Si)の混晶(SiGe)を用いた場
合、SiはGeと同様IV族であり、従ってSiGeも
IV族元素で、III族元素のイオン注入を用いて上記
従来例と同様の効果が得られる。また上述の従来例は、
Bのイオン注入は(100)基板の垂直方向(0°オフ
)より注入されているため、AEBはABCと同じであ
る。
【0013】しかしながら、従来例ではABCが、エミ
ッタ/ベース接合面積(AEB)と同じか、若しくは小
さくなることから、コレクタ中の電流密度がエミッタ中
、ベース中の電流密度に比べ同じか若しくは大きくなる
。このことは、高速動作を阻害する要因となる。その理
由をnpn型のバイポーラトランジスタを例にとり説明
する。
【0014】高速動作には、エミッタ/ベース間接合容
量CEBをできるだけ小さくする必要がある。このため
、エミッタ電流密度は、ある程度(〜1×104A/c
m2)以上の大きさが必要である。前述の式は、この前
提の上に立った式である。エミッタ電流密度を一定とし
て考えると、コレクタトップ型バイポーラトランジスタ
では、通常のエミッタトップ型に比べコレクタ電流密度
が大きくなる。コレクタ電流密度の増大は、コレクタ空
乏層に注入される電子密度ncを増大させる。ncがコ
レクタ不純物濃度Ndより大きくなると、ベース中の正
孔がコレクタ側に押し出され、実効的なベース長が長く
なり、τb、τecの増大を招く。従って、fMAXは
小さくなり、tsは増大する。このことは、カーク効果
(Kirk  Effect)として公知の現象である
【0015】通常のエミッタトップ型トランジスタでは
、ABCがAEBと同じか若しくは大きい。従って、同
じエミッタ電流密度で比較すると、通常のエミッタトッ
プ型トランジスタに比べコレクタトップ型トランジスタ
では、コレクタ中のncが大きくなり易く、カーク効果
が起こり易くなる。以上の理由により、コレクタトップ
型バイポーラトランジスタにおいては、エミッタ、ベー
ス中の電流密度が低い領域でカーク効果が現れ、上記の
2つの数式で予想されるほどの高速動作は得られない。
【0016】本発明の目的は、前記課題を解決したコレ
クタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びそ
の製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明に係るコレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタにおいては、n型砒化ガリウムをエミッタ
層、p型ゲルマニウムをベース層、n型ゲルマニウム若
しくはn型のシリコンとゲルマニウムの混晶をコレクタ
層とするコレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタにおいて、エミッタ/ベース接合面積がベース/
コレクタ接合面積より小さいものである。
【0018】また、本発明に係るコレクタトップ型ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの製造方法においては、
砒化ガリウムをエミッタ層、ゲルマニウムをベース層、
ゲルマニウム若しくはシリコンとゲルマニウムの混晶を
コレクタ層とするnpn型コレクタトップ型ヘテロ接合
バイポーラトランジスタにおいて、III族元素の斜め
イオン注入により、エミッタ/ベース接合面積をベース
/コレクタ接合面積より小さくするものである。
【0019】
【作用】本発明によれば、高速動作が予測されるコレク
タトップ型トランジスタにおいて、エミッタ/ベース間
接合面積を、微細加工技術を利用して規定できるベース
/コレクタ接合面積に比べさらに微細化できる。よって
、コレクタ層中の電流密度をエミッタ層、ベース層中の
電流密度に比べ小さくできるため、コレクタトップ構造
をとりながら、カーク効果がおこるエミッタ電流密度を
大きくでき、高速動作が可能なトランジスタが得られる
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。 図1は、本発明によるコレクタトップ型トランジスタを
示す模式断面図、図4は同平面図である。図1において
、本発明に係るコレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ(HBT)は、エミッタ層5をn型砒化ガ
リウム、ベース層6をp型ゲルマニウム、コレクタ層9
をn型ゲルマニウム(若しくはp型のシリコンとゲルマ
ニウムの混晶)から構成したものであり、エミッタ/ベ
ース接合面積をベース/コレクタ接合面積より小さくし
たものである。また、図中、1はエミッタ電極、2はn
(プラス)−GaAs基板、3はn(プラス)−GaA
sバッファ層、4は半絶縁化GaAs層、6はp(プラ
ス)−Ge外部ベース層、8はベース電極、10はコレ
クタ電極である。
【0021】本発明によれば、図5に示すように、(1
00)基板上に(010)方向にコレクタストライプ幅
2μm、(001)方向にコレクタストライプ長5μm
とし、Bのイオンを(100)方向から(010)方向
に±45°傾けた2方向から注入した。
【0022】イオン注入以外の製作工程は図2にあげた
従来例と同様である。n−Geコレクタ層の厚さは50
00オングストローム、p−Geベース層は2000オ
ングストロームとした。Bの斜めイオン注入によりAB
Cは1μm×5μm、AEBは0.6μm×5μmとな
り、ABCに比べAEBを3/5にすることができる。 尚、B以外のIII族元素を用いてもよい。
【0023】
【発明の効果】本発明によるコレクタトップ型HBT及
びその製造方法によれば、CBCが小さく、さらにカー
ク効果が起きるエミッタ電流密度が大きいコレクタトッ
プ型HBTが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるコレクタトップ型トランジスタを
示す断面構造図である。
【図2】従来例によるコレクタトップ型トランジスタを
示す断面構造図である。
【図3】従来例によるコレクタトップ型トランジスタの
製作手順を示す図である。
【図4】本発明によるコレクタトップ型トランジスタを
示す平面図である。
【図5】本発明によるコレクタトップ型トランジスタの
イオン注入プロセスを示す模式図である。
【符号の説明】
1  エミッタ電極 2  n(プラス)−GaAs基板 3  n(プラス)−GaAsバッファ層4  半絶縁
化GaAs層 5  n−GaAsエミッタ層 6  p(プラス)−Ge外部ベース層7  p−Ge
ベース層 8  ベース電極 9  n−Geコレクタ層 10  コレクタ電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  n型砒化ガリウムをエミッタ層、p型
    ゲルマニウムをベース層、n型ゲルマニウム若しくはn
    型のシリコンとゲルマニウムの混晶をコレクタ層とする
    コレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタに
    おいて、エミッタ/ベース接合面積がベース/コレクタ
    接合面積より小さいことを特徴とするコレクタトップ型
    ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
  2. 【請求項2】  砒化ガリウムをエミッタ層、ゲルマニ
    ウムをベース層、ゲルマニウム若しくはシリコンとゲル
    マニウムの混晶をコレクタ層とするnpn型コレクタト
    ップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、I
    II族元素の斜めイオン注入により、エミッタ/ベース
    接合面積をベース/コレクタ接合面積より小さくするこ
    とを特徴とするコレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラ
    トランジスタの製造方法。
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