JPH045859A

JPH045859A - ゲルマニウム・砒化ガリウム接合とヘテロ構造バイポーラ・トランジスタ

Info

Publication number: JPH045859A
Application number: JP10695390A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Kawanaka; 雅史川中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1992-01-09
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600969B2

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】（産業上の利用分野）本発明はゲルマニウム・砒化ガリウム接合とこれを用い
たヘテロ構造バイポーラ・トランジスタ（以下ＨＢＴと
略称する）のベース層の構造に関する。

（従来の技術）ゲルマニウム・砒化ガリウム接合は、ヘテロ構造バイポ
ーラ・トランジスタなどとして超高速トランジスタに応
用できる。この実現のためには、ゲルマニウム・砒化ガ
リウム接合を、再現性、制御性良く作製できる技術が極
めて重要になる。

アイイーイーイー・エレクトロン↓デバイス・レターズ
（ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ）誌第５９号３６０１頁から述べられているよ
うに、シリコンをドーピングした砒化ガリウムとガリウ
ムをドーピングしたゲルマニウムとからなるヘテロ接合
は、成長温度が５００°Ｃ以上では砒素とゲルマニウム
が相互拡散しｎｐｎｐ特性を示し、５００°Ｃ以下では
ｎｐ特性を示す。

また、第３６回応用物理学関係連合講演会第３分冊１０
３８真に述べられているように、ｎ型砒化ガリウム（１
００）基板上のｎ型砒化ガリウム成長層上に、基板温度
５００°Ｃでｐ型ゲルマニウムをＭＢＥ成長させ作製し
たｐｎ接合は良好なｐｎ接合特性を示すのに対し、基板
温度３００°Ｃでｐ型ゲルマニウム成長させ作製したｐ
ｎ接合はリーク電流が多い。しかし、基板温度５００°
Ｃでゲルマニウムを成長させた場合、ゲルマニウム中に
はガリウムが約４００ｎｍ拡散している。

以上に述べたように、ガリウム原子の拡散を抑制し、し
かも電気的特性の良好なゲルマニウム膜を成長させるこ
とが困難であった。

また、特願昭６３−３０４３８７号［ヘテロ構造バイポ
ーラ、トランジスタと分子線エピタキシャル成長法］に
記載される如く、砒化ガリウムとゲルマニウムとの界面
付近で砒化ガリウムのガリウム拡散によりゲルマニウム
がｐ型にドープされ、自動的にベース層が形成されるが
、ゲルマニウム中にガリウムが約４００ｎｍ拡散してい
るので、超薄膜のベース層を形成するのが困難であった
。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、低温で成長させたゲルマニウム膜は
ガリウム原子の拡散は少ないが、電気特性の良好□な膜
ができない。一方、高温で成長させたゲルマニウム膜は
電気特性は良好であるが、ガリウム原子の拡散が大きく
、面密度で１．４Ｘ１０　ｃｍ程度拡散してしまう。従
って、ゲルマニウム膜にガリウム原子を拡散させずに、
薄いｐ型ゲルマニウム膜、高純度のゲルマニウム膜ある
いは不純物補償のないｎ型ゲルマニウム膜を結晶性よく
、すなわち電気特性の良好な膜として成長させることが
困難であった。また、砒化ガリウムとゲルマニウムのヘ
テロ接合を利用したＨＢＴにおいては、砒化ガリウムと
ゲルマニウムの界面で砒化ガリウム中のガリウムがゲル
マニウム中に約４００ｎｍ程拡散するので超薄膜のベー
ス層を形成するのが困難であった。

本発明の目的は、これら従来のゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合の持つ欠点を除去し、薄いｐ型ゲルマニウム膜
、高純度のゲルマニウム膜あるいは不純物補償の少ない
ｎ型ゲルマニウム膜を結晶性よく作製できる新規な方法
を提供することにある。また、これら従来の砒化ガリウ
ムとゲルマニウムのヘテロ接合からなるバイポーラ・ト
ランジスタの持つ欠点を除去し、超薄膜ベース層を有す
る新規なヘテロ接合バイポーラ・トランジスタを提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、砒化ガク１クムとゲルマニウムのヘテ
ロ接合において、ゲルマニウム、ガリウム、砒素原子よ
り大きい原子の層をゲルマニウム・砒化ガリウム接合の
間に挿入したことを特徴とするゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合が得られる。

また、本発明によれば、砒化ガリウムのエミッタ層とゲ
ルマニウムのベース層、コレクタ層を設けたヘテロ構造
バイポーラ・トランジスタにおいて、前記ゲルマニウム
のベース層と前記ｎ型肌化ガＪウムのエミッタ層の間に
、ゲルマニウム、ガリウム、砒素原子より大きい原子の
層を挿入したことを特徴とするｎｐｎ型ヘテロ構造バイ
ポーラ１ランジスタが得られる。

（作用）ＧａＡｓＯｐ型ドーパントド−パントリウムを５Ｘ１０
　ｃｍ　　以上の高濃度にドープした場合に、ベノリウ
ムの著しい拡散が生じることが知られている。このとき
、原子半径の大きなインジウムをベリリウムと同時にド
ーピングすると、ベリリウムの異常拡散が抑制できるこ
とが、第５０回応用物理学関係連合講演会第１分冊２６
７頁に述べられている。つまり、ベリリウムの高濃度ド
ーピングにより生じた引っ張り応力による歪みを、イン
ジウムの添加により圧縮応力による歪みで補償してＩ／
）ると考えられる。

また、ゲルマニウムの格子定数は５．６４６Ａ、砒化ガ
リウムの格子定数は５．６５３Ａであるの゛で砒化ガリ
ウム層上のゲルマニウム膜は引っ張り応力による歪みが
加わっており、ドーパントが拡散しやすい状態になって
いる。また、ゲルマニウム中に原子半径の小さいガリウ
ムが入り込むと、引っ張り応力による歪みが生じ、さら
にガリウムの拡散が促進される。

以上の事実から、砒化ガリウム基板の砒化ガリウム層の
上に、ゲルマニウム膜を成長させる場合、ゲルマニウム
、ガリウム、砒素原子より大きな原子、たとえばインジ
ウムなどの層をゲルマニウム層成長前に成長させると、
ゲルマニウム膜の歪みが緩和され、ゲルマニウム膜中ヘ
ガリウム原子拡散が抑制できる。

（実施例）第１図は請求項１記載のゲルマニウム・砒化ガリウムｐ
ｎ接合の一実施例を説明するための断面図である。

ｎ型砒化ガリウム基板１の上にｎ型砒化ガリウムエピタ
キシャル層２を成長させる。成長はＩＩＩ　−Ｖ族系成
長室と■族系成長室を有し、両者の間で基板を高真空中
で移動できる分子線エピタキシャル成長装置を用いた。

その後、ガリウム、ゲルマニウム、砒素より大きな原子
、たとえばインジウムの一原子層３を、ｎ型砒化ガリウ
ムエピチタキシャル層２の上に成長させる。成長は基板
へのインジウムの照射時間で制御した。つまりインジウ
ム−原子要分が照射される時間（実際には数秒間）だけ
インジウムの分子線源のシャッターを開けた。その後、
砒素雰囲気のない真空中に砒化ガリウム基板１を移動し
、弓き続いてガリウムをドーピングしながらゲルマニウ
ム層４をＩｐｍ程度成長させる。成長の際の基板温度は
５００°Ｃとした。最後に基板を大気中に出し、パター
ニング、エツチングにより、電極５を形成する。以上に
より、ガリウム原子の拡散を抑えたゲルマニウム、砒化
ガリウム接合が作製できる。これとは逆にｐ型砒化ガリ
ウムーヒにインジウムを一原子要分形成し、その上にリ
ン又は砒素をドープしたｎ型ゲルマニウムを１１１ｍ成
長すると、ゲルマニウムへのガリウムの拡散が迎えられ
不純物補償が少なくなる。従って、高濃度のｎ型ゲルマ
ニウムを成長できる。

第２図は請求項２記載のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの一実施例を示すだめの断面図である。

半絶縁性砒化ガリウム基板６上にシリコンを不純物とし
てドープされた不純物濃度５Ｘ１０　ｃｍ　　の高濃度
ｎ型砒化ガリウムのエピタキシャル膜７、同じくシリコ
ンを不純物どしてドープされた不純物濃度１×１０ｃｍ
　のｎ型砒化ガリウムエピタキシャル膜８、インジウム
−原子層９、不純物をドープしない高純度ゲルマニウム
膜１０、アンチモンを不純物としてドープされた不純物
濃度５Ｘ１０　ｃｍ　　のｎ型ゲルマニウム膜１１、砒
素を不純物としてドープされた不純物濃度ｌＸｌ０　ｃ
ｍ　　の高濃度ｎ型ゲルマニウムエピタキシャル膜１２
が設けられて、いる。膜成長時の基板温度は５００°Ｃ
とした。前記砒化ガリウム８とゲルマニウム１０の界面
では砒化ガリウム８からゲルマニウム１０中へガリウム
が拡散するが、界面にインジウム９が存在するので、ガ
リウムの拡散が減少し、高濃度ｐ型の超薄膜ベース層が
形成されている。本実施例ではベース層の厚さを１００
ＯＡにすることができた。

前記ｎ型ゲルマニウム１１の両横にはポロンをイオン注
入することにより形成された高濃度ｐ型ゲルマニウムの
領域１３と、そのゲルマニウム１３の領域下には同じく
ボロンをイオン注入することにより形成された高抵抗砒
化ガリウムの領域１４がそれぞれ設けられている。さら
に前記高濃度ｎ型砒化ガリウム７、高濃度ｐ型ゲルマニ
ウム１３、高濃度ｎ型ゲルマニウム１２の上にはそれぞ
れエミッタ電極１５、ベース電極１６、コｌ／クタ電極
１．７が設けられている。上記においてｎ型砒化ガリウ
ム８はエミッタ層、高濃度ｐ型ゲルマニウム１０はベー
ス層、ｎ型ゲルマニウム１１はコレクタ層として働へ（発明の効果）本発明の構造をもつゲルマニウム、砒化ガリウム接合は
、以下のことが期待できる。

（１）ゲルマニウム、ガリウム、砒素より大きい原子の
層をゲルマニウム・砒化ガリウム接合の間に挿入するこ
とにより、ガリウム原子がゲルマニウム格子間に入るこ
とにより生じる引っ張り応力による歪みを圧縮応力によ
る歪みで緩和することができ、ゲルマニウム膜中でのガ
リウムの拡散を抑制することが可能となる。

（２）ゲルマニウムの格子定数は５．６４６Ａ、砒化ガ
リウムの格子定数は５．６５３Ａであるので砒化ガリウ
ム層上のゲルマニウム膜は引っ張り応力による歪みが加
わっており、ドーパントが拡散しやすい状態になってい
る。ガリウム、砒素、ゲルマニウムより大きい原子を添
加することにより、圧縮応力による歪みが加わるため、
引っ張り応力による歪みを緩和することができ、ガリウ
ムの拡散を抑制することができる。

また、本発明の構造をもつゲルマニウム・砒化ガリウム
接合を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタは、以
下のことが期待できる。

（３）ベース層は砒化ガリウムとゲルマニウム界面で生
ずる砒化ガリウムからゲルマニウム中へのガリウムの拡
散層で自動的に形成されるが、界面にインジウム層を挿
入することにより、ガリウムの拡散を減少させ、ＨＢＴ
の超高速動作に必要な超薄膜高濃度ｐ型ベース層が実現
できる。また、ゲルマニウム中でガリウムの濃度はエミ
ッタ側からコレクタ側に向かって急激に減少するので、
大きな電界のかかったドリフト・ベース構造が実現でき
、前記ＨＢＴの超高速動作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１の発明のゲルマニウム・砒化ガリウム
接合の一実施例を示す断面図を、第２図は請求項２の発
明のヘテロ接合バイポーラ・トランジスタの一実施例を
示す断面図を示す。１・・・砒化ガリウム基板、２・・・砒化ガリウムエピ
タキシャル成長層、３・・・ガリウム、ゲルマニウム、
砒素原子より大きい原子の層、４・・・ゲルマニウム層
、５・・・電極、６・・・半絶縁性砒化ガリウム基板、
７０．・高濃度ｎ型砒化ガリウム層、８・・・ｎ型砒化
ガリウム層、９・・・インジウム−原子層、１０・・・
高濃度ｐ型ゲルマニウム層、１１・・・ｎ型ゲルマニウ
ム層、１２・・・高濃度ｎ型ゲルマニウム層、１３・・
・高濃度ｐ型ゲルマニウムの領域、１４・・・高抵抗砒
化ガリウムの領域、１５・・・エミッタ電極、１６・・
・ベース電極、１７・・・コレクタ電極。

Claims

【特許請求の範囲】１）砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合において
、ゲルマニウム、ガリウム、砒素原子より大きい原子の
層をゲルマニウム・砒化ガリウム接合の間に挿入したこ
とを特徴とするゲルマニウム・砒化ガリウム接合。２）ｎ型砒化ガリウムのエミッタ層とゲルマニウムのベ
ース層、コレクタ層を設けたヘテロ構造バイポーラ・ト
ランジスタにおいて、前記ゲルマニウムのベース層と前
記ｎ型砒化ガリウムのエミッタ層の間に、ゲルマニウム
、ガリウム、砒素原子より大きい原子の層を挿入したこ
とを特徴とするｎｐｎ型ヘテロ構造バイポーラ・トラン
ジスタ。