JPH047098B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH047098B2 JPH047098B2 JP61143618A JP14361886A JPH047098B2 JP H047098 B2 JPH047098 B2 JP H047098B2 JP 61143618 A JP61143618 A JP 61143618A JP 14361886 A JP14361886 A JP 14361886A JP H047098 B2 JPH047098 B2 JP H047098B2
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- Japan
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- base layer
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- doping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/60—Impurity distributions or concentrations
- H10D62/605—Planar doped, e.g. atomic-plane doped or delta-doped
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
〔概要〕
この発明は、バイポーラ化合物半導体装置につ
いて、 そのベース層に不純物をアトミツクプレーンド
ーピングし、ベースコンタクト領域にイオン注入
した不純物の活性化温度をベース層の成長温度以
下とすることにより、 ベース層のドーピング状態を乱すことなくベー
スコンタクト領域を形成し、ベース直列抵抗、ベ
ース層厚さを減少して遮断周波数等の特性を改善
するものである。 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイポーラ化合物半導体装置の製造方
法にかかり、特にその高キヤリア濃度ベース層及
びベースコンタクト領域の製造方法に関する。 砒化ガリウム（GaAs）／砒化アルミニウムガ
リウム（AlGaAs）等の化合物半導体によるバイ
ポーラ形式の半導体装置として、例えばヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（HBT）、量子化ベー
ストランジスタ（QBT）等が開発されているが、
期待される高性能を実現するためにそのベース層
及びベースコンタクト領域の製造方法の改善が要
望されている。 〔従来の技術〕 例えばHBTでは少なくともエミツタ領域をベ
ース領域より禁制帯幅が大きい半導体によつて構
成し、これによつてエミツタ・ベース間の電流注
入効率を増大する効果を得ているが、その従来例
の模式側断面図を第３図に示す。 同図において、２１は半絶縁性GaAs基板、２
２はn+型GaAsコレクタコンタクト層、２３はｎ
型GaAsコレクタ層、２４はp+型GaAsベース層、
２５はｎ型AlGaAsエミツタ層、２６はn+型
GaAsエミツタコンタクト層、２７はp+型ベース
コンタクト領域、２８はコレクタ電極、２９はベ
ース電極、３０はエミツタ電極である。 本従来例では、例えば分子線エピタキシヤル成
長（MBE）法によつて半絶縁性GaAs基板２１
上に各半導体層２２〜２６を連続してエピタキシ
ヤル成長し、エミツタ領域を画定するエツチング
を行つた後に、ベリリウム（Be）などを選択的
に注入してp+型ベースコンタクト領域２７を形
成し、更にコレクタコンタクト領域を表出するエ
ツチング等を行つて、電極２８，２９，３０を配
設している。 また本特許出願人が先に特願昭59−75885及び
特願昭59−75886等によつて提供したQBTは、例
えば第４図に例示する如く、半絶縁性GaAs基板
３１上に、ｎ型GaAsコレクタ層３２、ｉ型
AlGaAsコレクタバリア層３３、p+型GaAsベー
ス層３４、ｉ型AlGaAsエミツタバリア層３５、
ｎ型GaAsエミツタ層３６、p+型ベースコンタク
ト領域３７、コレクタ電極３８、ベース電極３
９、エミツタ電極４０を備えて、p+型GaAsベー
ス層３４はキヤリアのサブバンドが生成される様
に、またｉ型AlGaAsバリア層３３，３５はトン
ネル効果でキヤリアが遷移できる様に薄く形成さ
れ、共鳴トンネリングによりキヤリアがエミツタ
からコレクタに到達するために極めて高速な動作
が得られる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のHBTのp+型GaAsベース層２４は、従
来例えばBeを４×1018cm-3程度にドープして厚さ
100nｍ程度にエピタキシヤル成長しているが、
HTBに期待される高速動作のためにこれを出来
るだけ薄くし、例えば10nｍ程度を実現すること
が望まれる。 またQBTのp+型GaAsベース層３４は、その厚
さ方向のキヤリアの運動を量子化し所要のサブバ
ンドが生成される様に、その厚さを10nｍ程度以
下例えば5nｍ程度としている。 この様に薄いベース層にベース電極をオーミツ
クコンタクトするために高キヤリア濃度のコンタ
クト領域が必要であり、上述のHBTの従来例で
は例えばBeを最大2.5×1014cm-2程度にイオン注
入し、フラツシユランプ照射により温度850℃程
度まで加熱してp+型ベースコンタクト領域２７
を形成している。 もしベース層の厚さを減少させてベース直列抵
抗が増加するならば、これは遮断周波数或いはゲ
ート遅延時間等の特性低下の要因となり高速動作
を実現する目的に反する結果となる。従つて薄い
ベース層でベース直列抵抗を低く保つために、ベ
ース層のキヤリア濃度を高めることが必要である
が、例えばGaAs単結晶内に不純物としてBeなど
を一様にドーピングする方法では得られるキヤリ
ア濃度に限界があり、p+型で約１×1019cm-3程度
に止まつている。 この限界より高いキヤリア濃度を得るドーピン
グ方法としてアトミツクプレーンドーピング方法
が開発されている。しかしながらアトミツクプレ
ーンドーピング方法を適用した半導体基体に前記
の如き注入イオン活性化熱処理を施すならば、プ
レーンドーピングした不純物が熱拡散して高キヤ
リア濃度を得る効果が減殺される。 この様な現状から、キヤリア濃度最高のベース
層とそのコンタクト領域とを安定に実現する製造
方法が強く要望されている。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、不純物をアトミツクプレーンド
ーピングして成長したベース層を有する半導体基
体に不純物をイオン注入し、該ベース層の成長温
度以下の温度で該イオン注入した不純物を活性化
してベースコンタクト領域を形成する本発明によ
るバイポーラ化合物半導体装置の製造方法により
解決される。 〔作用〕 本発明によれば、ベース層に不純物をアトミツ
クプレーンドーピングして後述の如く高いキヤリ
ア濃度を得、このベース層の成長温度以下の熱処
理温度でイオン注入した不純物を活性化し、プレ
ーンドーピング状態を乱すことなくベースコンタ
クト領域を形成する すなわちアトミツクプレーンドーピングを行う
半導体層のエピタキシヤル成長温度（基板温度）
は、一般にドーピングする不純物が熱拡散しない
上限の温度を越えない近い値に設定されており、
その後に行う注入不純物の活性化に際して、その
熱処理温度をこの半導体層成長温度を越えない近
い温度とすることにより、アトミツクプレーンド
ーピング状態を乱すことなく最も効果的に活性化
を行うことができる。 なお第５図はアトミツクプレーンドーピングに
よつて得られるキヤリア濃度の例を示す図であ
り、その横軸はドーピング面の間隔、左側の縦軸
はドーピング１層当たりの正孔面濃度、右側の縦
軸は単位体積当たりの正孔の濃度Ｐを示す。本例
ではGaAsエピタキシヤル成長層にBeに１層当た
りのドーピング濃度2.2×1013cm-2、面間隔4nｍ、
2nｍ…でアトミツクプレーンドーピングして、
1.53×1020cm-3程度に達する高いキヤリア濃度を
得ている。 〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図ａ乃至ｃはHBTにかかる本発明の実施
例を示す工程順模式側断面図、第２図はそのベー
ス層の模式図である。 第１図ａ、第２図参照：半絶縁性GaAs基板１
上にMBE法により、例えば下記の様に各半導体
層を順次エピタキシヤル成長する。ただし成長温
度Ts＝550℃としている。 本実施例のp+型GaAsベース層４は第２図に詳
細を示す様に、面濃度2.2×1013cm-2のBeアトミ
ツクプレーンドーピングを2nｍの間隔で４層行
つて全体の厚さを10nｍとし、キヤリアである正
孔の濃度9.5×1019cm-3を得ている。なおｎ型の各
半導体層のSiドーピングは通常の一様なドーピン
グである。
いて、 そのベース層に不純物をアトミツクプレーンド
ーピングし、ベースコンタクト領域にイオン注入
した不純物の活性化温度をベース層の成長温度以
下とすることにより、 ベース層のドーピング状態を乱すことなくベー
スコンタクト領域を形成し、ベース直列抵抗、ベ
ース層厚さを減少して遮断周波数等の特性を改善
するものである。 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイポーラ化合物半導体装置の製造方
法にかかり、特にその高キヤリア濃度ベース層及
びベースコンタクト領域の製造方法に関する。 砒化ガリウム（GaAs）／砒化アルミニウムガ
リウム（AlGaAs）等の化合物半導体によるバイ
ポーラ形式の半導体装置として、例えばヘテロ接
合バイポーラトランジスタ（HBT）、量子化ベー
ストランジスタ（QBT）等が開発されているが、
期待される高性能を実現するためにそのベース層
及びベースコンタクト領域の製造方法の改善が要
望されている。 〔従来の技術〕 例えばHBTでは少なくともエミツタ領域をベ
ース領域より禁制帯幅が大きい半導体によつて構
成し、これによつてエミツタ・ベース間の電流注
入効率を増大する効果を得ているが、その従来例
の模式側断面図を第３図に示す。 同図において、２１は半絶縁性GaAs基板、２
２はn+型GaAsコレクタコンタクト層、２３はｎ
型GaAsコレクタ層、２４はp+型GaAsベース層、
２５はｎ型AlGaAsエミツタ層、２６はn+型
GaAsエミツタコンタクト層、２７はp+型ベース
コンタクト領域、２８はコレクタ電極、２９はベ
ース電極、３０はエミツタ電極である。 本従来例では、例えば分子線エピタキシヤル成
長（MBE）法によつて半絶縁性GaAs基板２１
上に各半導体層２２〜２６を連続してエピタキシ
ヤル成長し、エミツタ領域を画定するエツチング
を行つた後に、ベリリウム（Be）などを選択的
に注入してp+型ベースコンタクト領域２７を形
成し、更にコレクタコンタクト領域を表出するエ
ツチング等を行つて、電極２８，２９，３０を配
設している。 また本特許出願人が先に特願昭59−75885及び
特願昭59−75886等によつて提供したQBTは、例
えば第４図に例示する如く、半絶縁性GaAs基板
３１上に、ｎ型GaAsコレクタ層３２、ｉ型
AlGaAsコレクタバリア層３３、p+型GaAsベー
ス層３４、ｉ型AlGaAsエミツタバリア層３５、
ｎ型GaAsエミツタ層３６、p+型ベースコンタク
ト領域３７、コレクタ電極３８、ベース電極３
９、エミツタ電極４０を備えて、p+型GaAsベー
ス層３４はキヤリアのサブバンドが生成される様
に、またｉ型AlGaAsバリア層３３，３５はトン
ネル効果でキヤリアが遷移できる様に薄く形成さ
れ、共鳴トンネリングによりキヤリアがエミツタ
からコレクタに到達するために極めて高速な動作
が得られる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のHBTのp+型GaAsベース層２４は、従
来例えばBeを４×1018cm-3程度にドープして厚さ
100nｍ程度にエピタキシヤル成長しているが、
HTBに期待される高速動作のためにこれを出来
るだけ薄くし、例えば10nｍ程度を実現すること
が望まれる。 またQBTのp+型GaAsベース層３４は、その厚
さ方向のキヤリアの運動を量子化し所要のサブバ
ンドが生成される様に、その厚さを10nｍ程度以
下例えば5nｍ程度としている。 この様に薄いベース層にベース電極をオーミツ
クコンタクトするために高キヤリア濃度のコンタ
クト領域が必要であり、上述のHBTの従来例で
は例えばBeを最大2.5×1014cm-2程度にイオン注
入し、フラツシユランプ照射により温度850℃程
度まで加熱してp+型ベースコンタクト領域２７
を形成している。 もしベース層の厚さを減少させてベース直列抵
抗が増加するならば、これは遮断周波数或いはゲ
ート遅延時間等の特性低下の要因となり高速動作
を実現する目的に反する結果となる。従つて薄い
ベース層でベース直列抵抗を低く保つために、ベ
ース層のキヤリア濃度を高めることが必要である
が、例えばGaAs単結晶内に不純物としてBeなど
を一様にドーピングする方法では得られるキヤリ
ア濃度に限界があり、p+型で約１×1019cm-3程度
に止まつている。 この限界より高いキヤリア濃度を得るドーピン
グ方法としてアトミツクプレーンドーピング方法
が開発されている。しかしながらアトミツクプレ
ーンドーピング方法を適用した半導体基体に前記
の如き注入イオン活性化熱処理を施すならば、プ
レーンドーピングした不純物が熱拡散して高キヤ
リア濃度を得る効果が減殺される。 この様な現状から、キヤリア濃度最高のベース
層とそのコンタクト領域とを安定に実現する製造
方法が強く要望されている。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、不純物をアトミツクプレーンド
ーピングして成長したベース層を有する半導体基
体に不純物をイオン注入し、該ベース層の成長温
度以下の温度で該イオン注入した不純物を活性化
してベースコンタクト領域を形成する本発明によ
るバイポーラ化合物半導体装置の製造方法により
解決される。 〔作用〕 本発明によれば、ベース層に不純物をアトミツ
クプレーンドーピングして後述の如く高いキヤリ
ア濃度を得、このベース層の成長温度以下の熱処
理温度でイオン注入した不純物を活性化し、プレ
ーンドーピング状態を乱すことなくベースコンタ
クト領域を形成する すなわちアトミツクプレーンドーピングを行う
半導体層のエピタキシヤル成長温度（基板温度）
は、一般にドーピングする不純物が熱拡散しない
上限の温度を越えない近い値に設定されており、
その後に行う注入不純物の活性化に際して、その
熱処理温度をこの半導体層成長温度を越えない近
い温度とすることにより、アトミツクプレーンド
ーピング状態を乱すことなく最も効果的に活性化
を行うことができる。 なお第５図はアトミツクプレーンドーピングに
よつて得られるキヤリア濃度の例を示す図であ
り、その横軸はドーピング面の間隔、左側の縦軸
はドーピング１層当たりの正孔面濃度、右側の縦
軸は単位体積当たりの正孔の濃度Ｐを示す。本例
ではGaAsエピタキシヤル成長層にBeに１層当た
りのドーピング濃度2.2×1013cm-2、面間隔4nｍ、
2nｍ…でアトミツクプレーンドーピングして、
1.53×1020cm-3程度に達する高いキヤリア濃度を
得ている。 〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図ａ乃至ｃはHBTにかかる本発明の実施
例を示す工程順模式側断面図、第２図はそのベー
ス層の模式図である。 第１図ａ、第２図参照：半絶縁性GaAs基板１
上にMBE法により、例えば下記の様に各半導体
層を順次エピタキシヤル成長する。ただし成長温
度Ts＝550℃としている。 本実施例のp+型GaAsベース層４は第２図に詳
細を示す様に、面濃度2.2×1013cm-2のBeアトミ
ツクプレーンドーピングを2nｍの間隔で４層行
つて全体の厚さを10nｍとし、キヤリアである正
孔の濃度9.5×1019cm-3を得ている。なおｎ型の各
半導体層のSiドーピングは通常の一様なドーピン
グである。
以上説明した如く本発明によれば、バイポーラ
化合物半導体装置のベース直列抵抗、ベース層厚
さの低減が実現され、遮断周波数或いはゲート遅
延時間等の特性が向上して期待される実用化の推
進に大きい効果が得られる。
化合物半導体装置のベース直列抵抗、ベース層厚
さの低減が実現され、遮断周波数或いはゲート遅
延時間等の特性が向上して期待される実用化の推
進に大きい効果が得られる。
第１図はHBTにかかる実施例の工程順模式側
断面図、第２図は実施例のベース層の模式図、第
３図はHBTの従来例の模式側断面図、第４図は
QBTの従来例の模式側断面図、第５図はアトミ
ツクプレーンドーピングによるキヤリア濃度の例
を示す図である。 図において、１は半絶縁性GaAs基板、２はn+
型GaAsコレクタコンタクト層、３はｎ型GaAs
コレクタ層、４はp+型GaAsベース層、５はｎ型
AlGaAsエミツタ層、６はn+型GaAsエミツタコ
ンタクト層、７はn+型AlGaAs層、８はコレクタ
電極、９はベース電極、１０はエミツタ電極を示
す。
断面図、第２図は実施例のベース層の模式図、第
３図はHBTの従来例の模式側断面図、第４図は
QBTの従来例の模式側断面図、第５図はアトミ
ツクプレーンドーピングによるキヤリア濃度の例
を示す図である。 図において、１は半絶縁性GaAs基板、２はn+
型GaAsコレクタコンタクト層、３はｎ型GaAs
コレクタ層、４はp+型GaAsベース層、５はｎ型
AlGaAsエミツタ層、６はn+型GaAsエミツタコ
ンタクト層、７はn+型AlGaAs層、８はコレクタ
電極、９はベース電極、１０はエミツタ電極を示
す。
Claims (1)
- １ 不純物をアトミツクプレーンドーピングして
成長したベース層を有する半導体基体に不純物を
イオン注入し、該ベース層の成長温度以下の温度
で該イオン注入した不純物を活性化してベースコ
ンタクト領域を形成することを特徴とするバイポ
ーラ化合物半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61143618A JPS63158A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | バイポ−ラ化合物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61143618A JPS63158A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | バイポ−ラ化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63158A JPS63158A (ja) | 1988-01-05 |
| JPH047098B2 true JPH047098B2 (ja) | 1992-02-07 |
Family
ID=15342935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61143618A Granted JPS63158A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | バイポ−ラ化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63158A (ja) |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP61143618A patent/JPS63158A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63158A (ja) | 1988-01-05 |
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