JPH05114603A - Bipolar semiconductor device - Google Patents

Bipolar semiconductor device

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JPH05114603A
JPH05114603A JP20514891A JP20514891A JPH05114603A JP H05114603 A JPH05114603 A JP H05114603A JP 20514891 A JP20514891 A JP 20514891A JP 20514891 A JP20514891 A JP 20514891A JP H05114603 A JPH05114603 A JP H05114603A
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JP
Japan
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layer
superlattice
base layer
base
emitter
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JP20514891A
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Takeshi Takahashi
剛 高橋
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain high speed operation characteristics by employing a superlattice for a base layer, and to eliminate a problem such as deterioration, etc., of a crystallinity generated by reduction in a base resistance and insertion of the superlattice. CONSTITUTION:In a bipolar semiconductor device having an emitter layer 1, a base layer 2 and a collector layer 3, a superlattice 4 in which two or more types of semiconductor layers having different forbidden band width are alternately laminated is inserted into a lateral part of the layer 2. In this case, the superlattice can be so disposed as to be brought into contact with any of the layers 1 and 3, or formed of two superlattices in contact with the layers 1 and 3. Or, a distortion superlattice can be used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ(HBT)等のバイポーラ型半導体装置に
関する。HBTは高速動作が可能で、電流駆動能力が高
いため、マイクロ波素子や光通信用の発光素子あるいは
受光素子のドライバー等に適するものとして期待されて
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar semiconductor device such as a heterojunction bipolar transistor (HBT). Since the HBT can operate at high speed and has a high current driving capability, it is expected to be suitable as a driver for a microwave element or a light emitting element or a light receiving element for optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明の説明に先立って、従来から知ら
れていたバイポーラ型半導体装置について簡単に説明す
る。
Prior to the description of the present invention, a conventionally known bipolar semiconductor device will be briefly described.

【0003】図6(A)、(B)は、従来のHBTの説
明図である。この図において、31は半絶縁性GaAs
基板、32はn+ −GaAsコレクタコンタクト層、3
3はn−GaAsコレクタ層、34はp+ −GaAsベ
ース層、35はn−AlGaAsエミッタ層、36はn
+ −GaAs/n+ −InGaAsエミッタキャップ
層、37はコレクタ電極、38はベース電極、39はエ
ミッタ電極、40はホールである。
FIGS. 6A and 6B are explanatory views of a conventional HBT. In this figure, 31 is semi-insulating GaAs
Substrate, 32 is n + -GaAs collector contact layer, 3
3 is an n-GaAs collector layer, 34 is ap + -GaAs base layer, 35 is an n-AlGaAs emitter layer, and 36 is n.
+ -GaAs / n + -InGaAs emitter cap layer, 37 is a collector electrode, 38 is a base electrode, 39 is an emitter electrode, and 40 is a hole.

【0004】この図6(A)は、従来知られているHB
Tの構成を示すもので、半絶縁性GaAs基板31の上
に、n+ −GaAsコレクタコンタクト層32、n−G
aAsコレクタ層33、p+ −GaAsベース層34、
n−AlGaAsエミッタ層35、n+ −GaAs/n
+ −InGaAsエミッタキャップ層36を成長し、エ
ミッタメサエッチングとベースメサエッチングによって
島状にエッチングし、コレクタコンタクト層32の上に
コレクタ電極37を、ベース層34の上にベース電極3
8を、エミッタキャップ層36の上にエミッタ電極39
を形成して構成されている。
FIG. 6A shows a conventionally known HB.
The structure of T is shown on the semi-insulating GaAs substrate 31 with n + -GaAs collector contact layer 32 and n-G.
aAs collector layer 33, p + -GaAs base layer 34,
n-AlGaAs emitter layer 35, n + -GaAs / n
A + -InGaAs emitter cap layer 36 is grown and etched in an island shape by emitter mesa etching and base mesa etching, and a collector electrode 37 is formed on the collector contact layer 32 and a base electrode 3 is formed on the base layer 34.
8 on the emitter cap layer 36.
Is formed.

【0005】このHBTにおいては、エミッタ層35を
形成するn−GaAsの禁止帯幅はベース層34を形成
するp+ −GaAsの禁止帯幅より大きいため、ベース
層34からエミッタ層35へのホールの注入を抑制し、
エミッタ層35からベース層34への電子の注入を増大
して大きな電流利得が得られる。
In this HBT, the bandgap of n-GaAs forming the emitter layer 35 is larger than the bandgap of p + -GaAs forming the base layer 34, so holes from the base layer 34 to the emitter layer 35 are formed. Suppress the injection of
A large current gain is obtained by increasing the injection of electrons from the emitter layer 35 to the base layer 34.

【0006】このHBTにおいて、ベース抵抗を低減す
るためにベース層34の不純物濃度を高くすると、ベー
ス層34中の不純物がエミッタ層35側に拡散しやすく
なって不純物分布を破壊するため、これを抑えることが
重要な問題となる。
In this HBT, if the impurity concentration of the base layer 34 is increased in order to reduce the base resistance, the impurities in the base layer 34 tend to diffuse toward the emitter layer 35 side and destroy the impurity distribution. Suppressing is an important issue.

【0007】また、このようにベース層34の抵抗を下
げると、相対的にベース電極38とベース層34の間の
コンタクト抵抗の寄与が大きくなるため、このコンタク
ト抵抗を下げることも重要な問題となる。
Further, when the resistance of the base layer 34 is lowered in this way, the contribution of the contact resistance between the base electrode 38 and the base layer 34 becomes relatively large, so that it is also an important problem to lower the contact resistance. Become.

【0008】さらに、HBTのエミッタメサエッチング
を行う場合、ベース層34とエミッタ層35の界面を制
御性よく露出させることが必要であるが、そのエッチン
グの制御性に問題がある。
Further, when performing HBT emitter mesa etching, it is necessary to expose the interface between the base layer 34 and the emitter layer 35 with good controllability, but there is a problem with the controllability of the etching.

【0009】そして、図6(B)は、ベース層34とベ
ース電極38の間のエネルギーバンド図を示したもので
あるが、図6(A)のように、ベース層34の上にベー
ス電極38を形成する場合、ベース層34とベース電極
38の間に図示のようなホール40に対する障壁が残る
ために、ベース電極38のコンタクト抵抗が大きくな
り、高周波特性に悪影響を与えることが問題になる。
FIG. 6B is an energy band diagram between the base layer 34 and the base electrode 38. As shown in FIG. 6A, the base electrode is formed on the base layer 34. In the case of forming 38, since a barrier against the hole 40 as illustrated remains between the base layer 34 and the base electrode 38, the contact resistance of the base electrode 38 increases, which adversely affects the high frequency characteristics. ..

【0010】これらの問題を解決するために、ベース層
に超格子を用いて、エミッタ層からベース層への電子の
注入効率を増大するとともに、逆にベース層からエミッ
タ層へのホールの注入を阻止したり、ベース層中の電
子、ホールの速度を上げて高速動作させることが提案さ
れている。
In order to solve these problems, a superlattice is used for the base layer to increase the injection efficiency of electrons from the emitter layer to the base layer, and conversely, to inject holes from the base layer to the emitter layer. It has been proposed to block or increase the speed of electrons and holes in the base layer to operate at high speed.

【0011】図7(A)、(B)、図8(C)、(D)
は、従来のバイポーラ型半導体装置の説明図である。以
下、従来提案されたベース層に超格子を用いたバイポー
ラ型半導体装置を説明する。
7 (A), (B), 8 (C), (D)
FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional bipolar semiconductor device. Hereinafter, a conventionally proposed bipolar type semiconductor device using a superlattice for a base layer will be described.

【0012】第1従来例(図7(A)参照)(特開昭6
0−10775号公報) この図において、41はエミッタ層、42はベース層、
43はInGaAs層、44はInP層の各エネルギー
バンド、45はアクセプタ、46はホールである。
First Conventional Example (See FIG. 7A)
In this figure, 41 is an emitter layer, 42 is a base layer,
43 is an InGaAs layer, 44 is an energy band of the InP layer, 45 is an acceptor, and 46 is a hole.

【0013】この半導体装置においては、ベース層42
として禁止帯幅が大きい半導体層(InGaAs)43
と禁止帯幅が小さい半導体層(InP)44を積層した
超格子を用いている。
In this semiconductor device, the base layer 42
As a semiconductor layer (InGaAs) 43 having a large band gap
And a superlattice in which semiconductor layers (InP) 44 having a small bandgap are stacked.

【0014】そして禁止帯幅が大きい半導体層には選択
的にp型不純物がドープされ、禁止帯幅が小さい半導体
層はノンドープである。この構成においては、ホール4
6は禁止帯幅が小さい半導体層43に落ち込み、不純物
散乱のない層を高速で紙面に垂直方向に移動することが
できる。このため、ベース抵抗が低減され、動作の高速
化が期待できる。
The semiconductor layer having a large forbidden band width is selectively doped with p-type impurities, and the semiconductor layer having a small forbidden band width is undoped. In this configuration, hole 4
No. 6 falls into the semiconductor layer 43 having a small forbidden band, and the layer free from impurity scattering can be moved at a high speed in the direction perpendicular to the paper surface. Therefore, the base resistance is reduced and the operation speed can be expected to be increased.

【0015】第2従来例(図7(B)参照)(特開昭6
2−268159号公報) この図において、47はエミッタ層、48はベース層、
49はコレクタ層、50は超格子、51はSiGe層、
52はSi層のエネルギーバンドである。
Second conventional example (see FIG. 7B)
2-268159 gazette) In this figure, 47 is an emitter layer, 48 is a base layer,
49 is a collector layer, 50 is a superlattice, 51 is a SiGe layer,
52 is the energy band of the Si layer.

【0016】この半導体装置においては、ベース層に、
第1および第2の半導体の伝導帯または価電子帯の不連
続値がこの第1および第2の半導体の禁止帯幅の差より
大きい半導体層からなる超格子50を用いている。
In this semiconductor device, the base layer is
A superlattice 50 made of a semiconductor layer is used in which the discontinuity value of the conduction band or valence band of the first and second semiconductors is larger than the difference between the forbidden band widths of the first and second semiconductors.

【0017】この構造においては、超格子中のホールは
量子井戸中に落ち、そこからみたエミッタの障壁が高く
なるために、エミッタとして禁制帯幅が広い半導体を用
いなくても正孔の移動を抑制して高い電流利得を得るこ
とができる。
In this structure, holes in the superlattice fall into the quantum well, and the barrier of the emitter seen from the quantum well increases, so that holes do not move even if a semiconductor having a wide band gap is not used as the emitter. High current gain can be obtained by suppressing.

【0018】第3従来例(図8(C)参照)(特開昭6
4−9656号公報) この図において、53はエミッタ層、54はベース層、
55はコレクタ層である。
Third conventional example (see FIG. 8C)
4-9656 gazette) In this figure, 53 is an emitter layer, 54 is a base layer,
55 is a collector layer.

【0019】この半導体装置においては、エミッタ層5
3とコレクタ層55に挟まれたベース層54として、I
0.53+xGa0.47-xAs層とIn0.53-xGa0z47+xAs
層(x=0.15)を200Åずつ交互に積層しBeな
どのp型不純物をドープした超格子を用いている。
In this semiconductor device, the emitter layer 5
3 as the base layer 54 sandwiched between the collector layer 55 and the collector layer 55.
n 0.53 + x Ga 0.47-x As layer and In 0.53-x Ga 0z47 + x As layer
A superlattice in which layers (x = 0.15) are alternately laminated by 200Å and p-type impurities such as Be are doped is used.

【0020】この構造においては、格子定数が大きいI
0.53+xGa0.47-xAs層に圧縮性の力が働き、ホール
の移動度がx=0の場合に比較して室温で4倍になり、
HBTのベース抵抗を減らすことができる。
In this structure, I having a large lattice constant
A compressive force acts on the n 0.53 + x Ga 0.47-x As layer, and the hole mobility becomes four times higher at room temperature than when x = 0.
The base resistance of the HBT can be reduced.

【0021】第4従来例(図8(D)参照)(特開昭6
1−150373号公報) この図において、56はエミッタ層、57はベース層、
58はコレクタ層、59は基板である。
Fourth conventional example (see FIG. 8D)
In this figure, 56 is an emitter layer, 57 is a base layer,
Reference numeral 58 is a collector layer, and 59 is a substrate.

【0022】この半導体装置においては、基板59の上
に、コレクタ層58、ベース層57、エミッタ層56を
形成しているが、このベース層57に禁止帯幅が大きい
Siと禁止帯幅の小さいGeの単結晶からなる超格子を
用いており、この構成によって、ベース層の禁止帯幅を
狭くして低しきい値のバイポーラトランジスタを得てい
る。上記の従来のバイポーラ型半導体装置においてはい
ずれも、ベース層の全体が超格子によって形成されてい
る。
In this semiconductor device, the collector layer 58, the base layer 57, and the emitter layer 56 are formed on the substrate 59. The base layer 57 has a large forbidden band width Si and a small forbidden band width. A superlattice made of Ge single crystal is used, and with this structure, the bandgap of the base layer is narrowed to obtain a low threshold bipolar transistor. In any of the conventional bipolar semiconductor devices described above, the entire base layer is formed of a superlattice.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来のバイポー
ラ型半導体装置においては、ベース抵抗を下げる方法と
して、不純物の不所望な拡散を生じたり、キャリアの不
純物散乱を伴う、ベース層の不純物濃度を上げるという
方法を採用するのではなく、ベース層に超格子を用いる
ことによってベース抵抗を下げているが、このように、
ベース層全体に超格子を用いると、超格子を形成するた
めの結晶成長、あるいは、超格子の上にエミッタ層ある
いはコレクタ層を形成するための結晶成長に際して、結
晶成長の制御性が悪くなり、それらの成長層の結晶性が
劣化することが避けられなかった。
In the conventional bipolar type semiconductor device described above, as a method of lowering the base resistance, the impurity concentration of the base layer, which causes undesired diffusion of impurities or carrier impurity scattering, is used. The base resistance is lowered by using a superlattice in the base layer instead of adopting the method of raising it.
When the superlattice is used for the entire base layer, the crystal growth controllability becomes poor at the time of crystal growth for forming the superlattice, or for forming the emitter layer or the collector layer on the superlattice, It was unavoidable that the crystallinity of those growth layers deteriorated.

【0024】本発明は、ベース層に超格子を用いること
によって、高速動作特性を得るとともに、ベース抵抗を
下げ、しかも超格子を挿入することに伴って生じる結晶
性の劣化等の問題を生じないようにすることを目的とす
る。
According to the present invention, by using the superlattice for the base layer, high-speed operation characteristics are obtained, the base resistance is lowered, and the crystallinity deterioration caused by inserting the superlattice does not occur. The purpose is to do so.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる、エミッ
タ層、ベース層、コレクタ層からなるバイポーラ型半導
体装置においては、異なる禁止帯幅を有する2種類以上
の半導体層を交互に積層した超格子をベース層の幅方向
の一部に挿入した構成を採用した。
In a bipolar semiconductor device including an emitter layer, a base layer and a collector layer according to the present invention, a superlattice in which two or more kinds of semiconductor layers having different forbidden band widths are alternately laminated. Was adopted in a part of the width direction of the base layer.

【0026】また、この場合、1つの超格子をエミッタ
層またはコレクタ層に接するように挿入し、あるいは、
2つの超格子をエミッタ層とコレクタ層に接するように
挿入する構成を採用した。
In this case, one superlattice is inserted so as to be in contact with the emitter layer or the collector layer, or
A structure in which two superlattices are inserted in contact with the emitter layer and the collector layer is adopted.

【0027】この場合、超格子を形成するためにベース
層に挿入された半導体層の禁止帯幅がベース層を形成す
る半導体層、あるいは、該超格子に接するエミッタ層ま
たはコレクタ層を形成する半導体層の禁止帯幅より小さ
い構成を採用した。
In this case, the band gap of the semiconductor layer inserted into the base layer to form the superlattice forms a semiconductor layer forming the base layer, or a semiconductor forming an emitter layer or a collector layer in contact with the superlattice. A structure smaller than the forbidden band width is adopted.

【0028】そしてまた、超格子を形成するためにベー
ス層に挿入された半導体層の格子定数が、ベース層、あ
るいは、該超格子に接するエミッタ層またはコレクタ層
の格子定数よりも大きい構成を採用した。
Further, a structure is adopted in which the lattice constant of the semiconductor layer inserted into the base layer to form the superlattice is larger than the lattice constant of the base layer or the emitter layer or collector layer in contact with the superlattice. did.

【0029】[0029]

【作用】図1(A)〜(C)は、本発明のバイポーラ型
半導体装置の説明図である。この図において、1はエミ
ッタ層、2はベース層、3はコレクタ層、4は超格子で
ある。
1A to 1C are explanatory views of the bipolar semiconductor device of the present invention. In this figure, 1 is an emitter layer, 2 is a base layer, 3 is a collector layer, and 4 is a superlattice.

【0030】本発明のバイポーラ型半導体装置において
は、図1(A)に概略的に示されているように、エミッ
タ層1とコレクタ層3は均一な半導体材料によって形成
されているが、ベース層2の一部、例えば、ベース層2
のエミッタ層1側に、ベース層2の半導体材料より禁止
帯幅が小さい半導体材料の薄い層を一層または複数層挿
入して超格子4を形成している。
In the bipolar semiconductor device of the present invention, as schematically shown in FIG. 1A, the emitter layer 1 and the collector layer 3 are formed of a uniform semiconductor material, but the base layer 2 part, eg base layer 2
The superlattice 4 is formed on the side of the emitter layer 1 by inserting one or more thin layers of a semiconductor material having a band gap smaller than that of the semiconductor material of the base layer 2.

【0031】図1(B)は、図1(A)に示された本発
明のバイポーラ型半導体装置のエミッタ層1とベース層
2の近傍の価電子帯のエネルギーバンド図(印加電圧に
よって生じる電位の変化を捨象したフラットバンド)で
あるが、この図に示されているように、前記の超格子4
を形成するためにベース層2に挿入された材料の禁止帯
幅は、エミッタ層1、ベース層2を形成する半導体材料
の禁止帯幅よりも小さくなっている。
FIG. 1B is an energy band diagram of the valence band near the emitter layer 1 and the base layer 2 of the bipolar semiconductor device of the present invention shown in FIG. Of the superlattice 4 as shown in this figure.
The bandgap of the material inserted into the base layer 2 to form the is smaller than the bandgap of the semiconductor material forming the emitter layer 1 and the base layer 2.

【0032】本発明のバイポーラ型半導体装置は、図7
および図8に示した従来のバイポーラ型半導体装置と
は、べース層全体が超格子によって構成されていない点
で異なっている。
The bipolar semiconductor device of the present invention is shown in FIG.
8 is different from the conventional bipolar semiconductor device shown in FIG. 8 in that the entire base layer is not composed of a superlattice.

【0033】本発明のバイポーラ型半導体装置のよう
に、図1(A)、(B)に示される構造のベース層を具
えることによってつぎのような作用効果を生じる。
Like the bipolar type semiconductor device of the present invention, by providing the base layer having the structure shown in FIGS. 1A and 1B, the following operational effects are produced.

【0034】(a)ベース層2の超格子4の上にベース
電極5を形成する場合(その構成は、後に説明する図3
に示されている。)、従来の超格子を具えないベース層
においては、電極金属とベース層の間にホールに対する
障壁が残り、ベース電極のコンタクト抵抗が無視できな
いが(図6(B)参照)、本発明によると、図1(C)
に示されるように、ベース層2と電極金属5との間に超
格子4が介在しているため、価電子帯中のホール6は超
格子4の中をトンネリング、あるいは、共鳴トンネリン
グして電極金属5に伝導し、この間のコンタクト抵抗が
小さくなり、高速動作が可能になる。
(A) When the base electrode 5 is formed on the superlattice 4 of the base layer 2 (the structure is shown in FIG.
Is shown in. ), In the conventional base layer without a superlattice, a barrier against holes remains between the electrode metal and the base layer, and the contact resistance of the base electrode cannot be ignored (see FIG. 6 (B)). , Fig. 1 (C)
As shown in FIG. 2, since the superlattice 4 is interposed between the base layer 2 and the electrode metal 5, the holes 6 in the valence band are tunneled or resonantly tunneled in the superlattice 4 to form the electrode. It is conducted to the metal 5, the contact resistance between them becomes small, and high speed operation becomes possible.

【0035】(b)超格子4をエミッタ層1やベース層
2を形成する半導体材料とは耐エッチング性が異なる半
導体材料を用いて形成すると、例えば、エミッタ層1を
エッチング除去する場合に、超格子をエッチングストッ
パーとして用いることができ、ベース層2の表面を精度
よく露出することができる。
(B) When the superlattice 4 is formed by using a semiconductor material having a different etching resistance from the semiconductor material forming the emitter layer 1 and the base layer 2, for example, when the emitter layer 1 is removed by etching, The lattice can be used as an etching stopper, and the surface of the base layer 2 can be exposed accurately.

【0036】(c)超格子を形成するためにベース層2
に挿入する半導体層として、ベース層2を構成する半導
体材料、あるいは、超格子層と接するエミッタ層または
コレクタ層を構成する半導体材料の格子定数より大きい
格子定数をもつ半導体材料を用い、この超格子を形成す
る半導体層中に圧縮歪みをかけて歪み超格子にすると、
結晶中に発生する転位等の欠陥をここで終端させ、ベー
ス層2中の欠陥の影響をその上に成長するエミッタ層1
に伝えないようにする効果を有する。また、この場合の
歪みは、超格子面に垂直な圧縮力となるため、ベース層
中の不純物のエミッタ層への拡散を抑制する効果をも有
している。
(C) Base layer 2 for forming superlattice
As the semiconductor layer to be inserted into the semiconductor layer, a semiconductor material having a lattice constant larger than that of the semiconductor material forming the base layer 2 or the semiconductor material forming the emitter layer or the collector layer in contact with the superlattice layer is used. When a strained superlattice is formed by applying compressive strain in the semiconductor layer forming
Emitter layer 1 that terminates defects such as dislocations generated in the crystal here and grows the influence of defects in base layer 2 thereon
Has the effect of not telling. Further, the strain in this case has a compressive force perpendicular to the superlattice plane, and therefore has an effect of suppressing diffusion of impurities in the base layer to the emitter layer.

【0037】[0037]

【実施例】(第1実施例)図2は、本発明をHBTに適
用した第1実施例の説明図である。この図において、1
1は半絶縁性のGaAs基板、12はn+−GaAsコ
レクタコンタクト層、13はn−GaAsコレクタ層、
14はベース層、14’はp+ −GaAsからなる半導
体層、15はInGaAs/p+ −GaAs超格子、1
6はn−AlGaAsエミッタ層、17はn+ −GaA
s層とn+ −InGaAs層からなるエミッタキャップ
層、18はコレクタ電極、19はベース電極、20はエ
ミッタ電極である。
(First Embodiment) FIG. 2 is an explanatory diagram of a first embodiment in which the present invention is applied to an HBT. In this figure, 1
1 is a semi-insulating GaAs substrate, 12 is an n + -GaAs collector contact layer, 13 is an n-GaAs collector layer,
14 is a base layer, 14 'is a semiconductor layer made of p + -GaAs, 15 is an InGaAs / p + -GaAs superlattice, 1
6 is an n-AlGaAs emitter layer, 17 is n + -GaA
An emitter cap layer composed of an s layer and an n + -InGaAs layer, 18 is a collector electrode, 19 is a base electrode, and 20 is an emitter electrode.

【0038】この実施例においては、半絶縁性のGaA
s基板11の上に、厚さ5000Å不純物濃度5×10
18cm-3のn+−GaAsからなるコレクタコンタクト
層12、厚さ4000Å、不純物濃度3×1016cm-3
のn−GaAsからなるコレクタ層13、ベース層14
の一部をなす厚さ900Å不純物濃度4×1019cm -3
のp+ −GaAsからなる半導体層14’、厚さ10Å
でノンドープのInGaAs層と厚さ10Å不純物濃度
4×1019cm-3のp+ −GaAs層の5周期からなる
超格子15、厚さ1500Å不純物濃度5×1017cm
-3のn−AlGaAsからなるエミッタ層16、厚さ1
000Å不純物濃度5×1018cm-3のn+ −GaAs
層と厚さ1000Å不純物濃度5×1019cm-3のn+
−InGaAsからなるエミッタキャップ層17をそれ
ぞれ分子ビームエピタキシー法(MBE法)によって結
晶成長する。
In this embodiment, semi-insulating GaA is used.
s thickness of 5000Å impurity concentration 5 × 10 on the substrate 11
18cm-3N+-Collector contact made of GaAs
Layer 12, thickness 4000Å, impurity concentration 3 × 1016cm-3
Collector layer 13 and base layer 14 made of n-GaAs
Thickness that forms a part of Å impurity concentration 4 × 1019cm -3
P+-Semiconductor layer 14 'made of GaAs, thickness 10Å
Non-doped InGaAs layer and thickness 10Å impurity concentration
4 x 1019cm-3P+-It consists of 5 cycles of GaAs layer
Superlattice 15, thickness 1500Å impurity concentration 5 × 1017cm
-3N-AlGaAs emitter layer 16, thickness 1
000Å Impurity concentration 5 × 1018cm-3N+-GaAs
Layer and thickness 1000Å Impurity concentration 5 × 1019cm-3N+
-The emitter cap layer 17 made of InGaAs
Combined by molecular beam epitaxy method (MBE method)
Crystal growth.

【0039】この場合、ベース層14の中の超格子15
の厚さは、ベースの表面空乏層幅と同程度の薄いもので
よく、周期は少なくてよい。
In this case, the superlattice 15 in the base layer 14
The thickness may be as thin as the width of the surface depletion layer of the base, and the period may be small.

【0040】上記の工程によって形成された多層半導体
結晶構造体上にレジスト膜を形成し、パターニングした
ものをマスクにしてエミッタのメサエッチングを行う。
A resist film is formed on the multilayer semiconductor crystal structure formed through the above steps, and mesa etching of the emitter is performed using the patterned film as a mask.

【0041】図3は、超格子をストッパーとして用いた
エッチング工程説明図である。この図において、14は
ベース層、15は超格子、16はエミッタ層、21はレ
ジストマスクである。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an etching process using a superlattice as a stopper. In this figure, 14 is a base layer, 15 is a superlattice, 16 is an emitter layer, and 21 is a resist mask.

【0042】図示されているように、ベース層14の一
部を構成する超格子15の上にエミッタ層16を形成
し、その上にフォトレジスト膜21を形成し、パターニ
ングした後、このレジストマスク21をマスクとして、
例えば水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合液を用い
てエミッタメサエッチングを行うと、エミッタ層を構成
するAlGaAs層だけが選択的にエッチングされ、ベ
ース層14の超格子を構成するInGaAs層でエッチ
ングが停止し、ベース層の表面が精度よく均一に露出さ
れる。
As shown in the figure, an emitter layer 16 is formed on a superlattice 15 forming a part of the base layer 14, a photoresist film 21 is formed on the emitter layer 16, and after patterning, the resist mask is formed. 21 as a mask
For example, when emitter mesa etching is performed using a mixed solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide, only the AlGaAs layer forming the emitter layer is selectively etched, and the InGaAs layer forming the superlattice of the base layer 14 is etched. Then, the surface of the base layer is accurately and uniformly exposed.

【0043】エミッタのメサエッチングの後、上記とほ
ぼ同様な工程によってベースのメサエッチングを行う。
After the mesa etching of the emitter, the mesa etching of the base is performed by the same steps as described above.

【0044】その後、コレクタコンタクト層12にAu
Ge(200Å)/Au(3000Å)の層を形成し、
450℃で熱処理を行ってコレクタコンタクト層12と
オーミック接触するコレクタ電極18を得る。
After that, Au is formed on the collector contact layer 12.
Form a layer of Ge (200Å) / Au (3000Å),
Heat treatment is performed at 450 ° C. to obtain a collector electrode 18 that makes ohmic contact with the collector contact layer 12.

【0045】また、エミッタキャップ層17とベース層
14の超格子15の上に、Cr(100Å)/Au(3
000Å)を形成して各半導体層とオーミック接触する
エミッタ電極20とベース電極19を得る。
On the superlattice 15 of the emitter cap layer 17 and the base layer 14, Cr (100Å) / Au (3
000Å) is formed to obtain an emitter electrode 20 and a base electrode 19 which make ohmic contact with each semiconductor layer.

【0046】この構造を採用すると、ベース層14の超
格子15とCrベース電極19の間でトンネル電流が流
れ、ベース電極19のコンタクト抵抗が低下する。上記
の実施例においては、超格子15として、InGaAs
/GaAsを用いたが、グレーデッドベースの場合に
は、InGaAs/AlGaAsを採用し、その組成を
変えて禁止帯幅を調整するとよい。
When this structure is adopted, a tunnel current flows between the superlattice 15 of the base layer 14 and the Cr base electrode 19, and the contact resistance of the base electrode 19 decreases. In the above-mentioned embodiment, InGaAs is used as the superlattice 15.
Although / GaAs was used, in the case of a graded base, InGaAs / AlGaAs may be adopted and the composition thereof may be changed to adjust the band gap.

【0047】また、狭い禁止帯幅の半導体をInGaA
sとしたが、InAsやGaSbなどの禁止帯幅の狭い
半導体の単結晶あるいはその混晶でもよい。
In addition, a semiconductor having a narrow bandgap is InGaA
However, a single crystal of a semiconductor having a narrow band gap such as InAs or GaSb or a mixed crystal thereof may be used.

【0048】また、上記のHBTはAlGaAs/Ga
As系であるが、例えば、InP/InGaAs、Al
GaAs/InGaAs系、あるいはSi/SiGe系
のHBTでは、超格子の禁止帯幅の狭い半導体として、
InAsやGeなどの半導体を用いることができる。
The above HBT is AlGaAs / Ga.
Although it is an As system, for example, InP / InGaAs, Al
In a GaAs / InGaAs-based or Si / SiGe-based HBT, as a semiconductor with a narrow superband forbidden band,
A semiconductor such as InAs or Ge can be used.

【0049】図4は、本発明をHBTに適用した第1実
施例のエネルギーバンド図である。この図において、1
3はコレクタ層、14はベース層、15は超格子、16
はエミッタ層である。
FIG. 4 is an energy band diagram of the first embodiment in which the present invention is applied to an HBT. In this figure, 1
3 is a collector layer, 14 is a base layer, 15 is a superlattice, 16
Is an emitter layer.

【0050】本実施例においては、エミッタ層16にA
0.3 Ga0.7 As、ベース層14、コレクタ層13に
GaAsを用い、超格子を形成するための禁止帯幅の狭
い半導体としてInGaAsを用いている。
In this embodiment, the emitter layer 16 has A
l 0.3 Ga 0.7 As, GaAs is used for the base layer 14 and the collector layer 13, and InGaAs is used as a semiconductor with a narrow band gap for forming a superlattice.

【0051】図5(A)、(B)は、本発明をHBTに
適用した別実施例の説明図である。この図において、2
2、26はエミッタ層、23、27はベース層、24、
28、29は超格子、25、30はコレクタ層である。
FIGS. 5A and 5B are explanatory views of another embodiment in which the present invention is applied to an HBT. In this figure, 2
2, 26 are emitter layers, 23 and 27 are base layers, 24,
28 and 29 are superlattices, and 25 and 30 are collector layers.

【0052】(第2実施例)図5(A)は、ベース層2
3に挿入された超格子24が、コレクタ層25に接して
いる第2実施例のバイポーラ型半導体装置の概略構造を
示している。
(Second Embodiment) FIG. 5A shows the base layer 2
3 shows a schematic structure of the bipolar semiconductor device of the second embodiment, in which the superlattice 24 inserted in 3 is in contact with the collector layer 25.

【0053】前記の第1実施例におけるバイポーラ型半
導体装置は、これとは逆にエミッタ層を上側にしたエミ
ッタアップ型のHBTであったが、図5(A)に示した
ように、コレクタ層25を上側にしたコレクタアップ型
のHBTに本発明を適用することもできる。この場合
は、図示のように、エミッタ層22の上にベース層23
を形成し、そのコレクタ層25に接する側を超格子24
にしたものである。
Contrary to this, the bipolar semiconductor device of the first embodiment is an emitter-up type HBT having the emitter layer on the upper side. However, as shown in FIG. The present invention can also be applied to a collector-up type HBT having 25 on the upper side. In this case, as shown in the figure, the base layer 23 is formed on the emitter layer 22.
Of the superlattice 24 on the side in contact with the collector layer 25.
It is the one.

【0054】(第3実施例)図5(B)は、ベース層2
7に挿入された超格子が、コレクタ層30に接している
超格子29とエミッタ層に接している超格子28の2つ
であるバイポーラ型半導体装置の概略構造を示してい
る。
(Third Embodiment) FIG. 5B shows the base layer 2
7 shows a schematic structure of a bipolar type semiconductor device in which the superlattice inserted in 7 is two: a superlattice 29 in contact with the collector layer 30 and a superlattice 28 in contact with the emitter layer.

【0055】このバイポーラ型半導体装置は、第2実施
例と同様にコレクタアップのHBTであり、超格子2
8、29によってキャリアの移動度を高くし、ベース層
27からエミッタ層26、コレクタ層30への不純物の
不所望な拡散を抑制する効果を有するとともに、結晶性
の劣化を最小限度に抑えることができる。
This bipolar type semiconductor device is a collector-up HBT similar to the second embodiment, and has a superlattice 2 structure.
8 and 29 have the effect of increasing the mobility of carriers, suppressing the undesired diffusion of impurities from the base layer 27 to the emitter layer 26 and the collector layer 30, and minimizing the deterioration of crystallinity. it can.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明によると、バイポーラ型半導体装
置のベース層の幅方向の一部、例えば、ベース層のエミ
ッタ層またはコレクタ層に接する部分に超格子を挿入す
ることによって、超格子をエッチングストッパーとして
エミッタ層やコレクタ層をエッチングすることができる
ため、製造工程の管理が容易になる利点があり、また、
超格子をトンネル電流が流れるために、ベース電極とベ
ース層の間のコンタクト抵抗を低減できて動作の高速化
に寄与するところが大きい。
According to the present invention, the superlattice is etched by inserting the superlattice into a part of the base layer of the bipolar semiconductor device in the width direction, for example, a part of the base layer in contact with the emitter layer or the collector layer. Since the emitter layer and the collector layer can be etched as stoppers, there is an advantage that the manufacturing process can be easily controlled.
Since the tunnel current flows through the superlattice, the contact resistance between the base electrode and the base layer can be reduced, which greatly contributes to speeding up the operation.

【0057】さらに、超格子を構成する半導体材料層と
して、ベース層、あるいは、超格子に接するエミッタ層
やコレクタ層を構成する半導体層より格子定数が大きい
材料を選択すると、格子定数の大きい方の半導体材料層
に圧縮歪みを生じ、この圧縮歪みのため、ベース層中の
不純物のエミッタ層への拡散が抑えられるため、不純物
分布を固定することができ、バイポーラ半導体装置の信
頼性を向上させることができる。
Further, when a material having a larger lattice constant than the base layer or the semiconductor layers constituting the emitter layer and the collector layer in contact with the superlattice is selected as the semiconductor material layer constituting the superlattice, one having a larger lattice constant is selected. Compressive strain is generated in the semiconductor material layer, and this compressive strain suppresses diffusion of impurities in the base layer to the emitter layer, so that the impurity distribution can be fixed and the reliability of the bipolar semiconductor device is improved. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)〜(C)は本発明のバイポーラ型半導体
装置の説明図である。
1A to 1C are explanatory views of a bipolar semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明をHBTに適用した第1実施例の説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a first embodiment in which the present invention is applied to HBT.

【図3】超格子をストッパーとして用いたエッチング工
程説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an etching process using a superlattice as a stopper.

【図4】本発明をHBTに適用した第1実施例のエネル
ギーバンド図である。
FIG. 4 is an energy band diagram of a first embodiment in which the present invention is applied to HBT.

【図5】(A)、(B)は本発明をHBTに適用した別
実施例の説明図である。
5A and 5B are explanatory views of another embodiment in which the present invention is applied to an HBT.

【図6】(A)、(B)は従来のHBTの説明図であ
る。
6A and 6B are explanatory diagrams of a conventional HBT.

【図7】(A)、(B)は従来のバイポーラ型半導体装
置の説明図(1)である。
7A and 7B are explanatory views (1) of a conventional bipolar semiconductor device.

【図8】(C)、(D)は従来のバイポーラ型半導体装
置の説明図(2)である。
8C and 8D are explanatory views (2) of the conventional bipolar semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エミッタ層 2 ベース層 3 コレクタ層 4 超格子 1 Emitter layer 2 Base layer 3 Collector layer 4 Superlattice

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エミッタ層、ベース層、コレクタ層から
なるバイポーラ型半導体装置において、異なる禁止帯幅
を有する2種類以上の半導体層を交互に積層した超格子
をベース層の幅方向の一部に挿入したことを特徴とする
バイポーラ型半導体装置。
1. In a bipolar semiconductor device comprising an emitter layer, a base layer and a collector layer, a superlattice in which two or more kinds of semiconductor layers having different forbidden band widths are alternately laminated is formed on a part of the width direction of the base layer. A bipolar semiconductor device characterized by being inserted.
【請求項2】 ベース層に挿入された超格子が、エミッ
タ層またはコレクタ層に接していることを特徴とする請
求項1に記載のバイポーラ型半導体装置。
2. The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the superlattice inserted in the base layer is in contact with the emitter layer or the collector layer.
【請求項3】 ベース層に挿入された超格子が、エミッ
タ層に接する超格子とコレクタ層に接する超格子である
ことを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ型半導体
装置。
3. The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the superlattice inserted in the base layer is a superlattice in contact with the emitter layer and a superlattice in contact with the collector layer.
【請求項4】 超格子を形成するためにベース層に挿入
された半導体層の禁止帯幅がベース層を形成する半導体
層、あるいは、該超格子に接するエミッタ層またはコレ
クタ層を形成する半導体層の禁止帯幅より小さいことを
特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の
バイポーラ型半導体装置。
4. A semiconductor layer in which a band gap of a semiconductor layer inserted into a base layer to form a superlattice forms a base layer, or a semiconductor layer forming an emitter layer or a collector layer in contact with the superlattice. 4. The bipolar semiconductor device according to claim 1, wherein the bipolar band width is smaller than the band gap.
【請求項5】 超格子を形成するためにベース層に挿入
された半導体層の格子定数が、ベース層、あるいは、該
超格子に接するエミッタ層またはコレクタ層の格子定数
よりも大きいことを特徴とする請求項1ないし請求項4
のいずれかに記載のバイポーラ型半導体装置。
5. A lattice constant of a semiconductor layer inserted into a base layer to form a superlattice is larger than a lattice constant of a base layer or an emitter layer or a collector layer in contact with the superlattice. Claims 1 to 4
The bipolar semiconductor device according to any one of 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182593A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 株式会社サイオクス Epitaxial wafer for heterojunction bipolar transistor, and heterojunction bipolar transistor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182593A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 株式会社サイオクス Epitaxial wafer for heterojunction bipolar transistor, and heterojunction bipolar transistor
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