JPH05243252A - Maufacture of bipolar transistor - Google Patents

Maufacture of bipolar transistor

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JPH05243252A
JPH05243252A JP4160892A JP4160892A JPH05243252A JP H05243252 A JPH05243252 A JP H05243252A JP 4160892 A JP4160892 A JP 4160892A JP 4160892 A JP4160892 A JP 4160892A JP H05243252 A JPH05243252 A JP H05243252A
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JP
Japan
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layer
growth
molecular beam
bipolar transistor
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP4160892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Shimawaki
秀徳 嶋脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH05243252A publication Critical patent/JPH05243252A/en
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Abstract

PURPOSE:To stably supply an element having excellent high speed and high frequency characteristics with high yield by removing instability of growing and improving selectivity. CONSTITUTION:In order to manufacture a bipolar transistor, a base contact layer or an external base layer is formed by gradually or stepwisely varying a growing temperature by a molecular beam epitaxy method including at least organic group III material as one of material gases. Or, it is formed by gradually or stepwisely varying a molecular beam intensity of group V material. Or, a surface of a substrate during crystalline growing is irradiated with an ultraviolet ray and an intensity of the ray is gradually or stepwisely varied.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はバイポーラトランジスタ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタは電界効果トラ
ンジスタに比べて電流駆動能力が大きいという優れた特
徴を有している。このため、近年、SiのみならずGa
Asなどの化合物半導体を用いたバイポーラトランジス
タの研究開発が盛んに行われている。特に、化合物半導
体を用いたバイポーラトランジスタは、エミッタ・ベー
ス接合をヘテロ接合に構成でき、ベースを高濃度にして
もエミッタ注入効率を大きく保てるなど利点は大きい。
2. Description of the Related Art A bipolar transistor has an excellent feature that it has a larger current driving capability than a field effect transistor. Therefore, in recent years, not only Si but also Ga
Research and development of bipolar transistors using compound semiconductors such as As have been actively conducted. In particular, a bipolar transistor using a compound semiconductor has a great advantage in that the emitter / base junction can be configured as a heterojunction and the emitter injection efficiency can be largely maintained even if the base has a high concentration.

【0003】化合物半導体のバイポーラトランジスタに
おいて、ベースコンタクト抵抗を低減するために、II
I族原料に有機金属を使用した分子線エピタキシー法
(以降、MOMBE法と称す)により、p型高不純物濃
度層を外部ベース領域に形成する手法が、特願平2−1
97102号明細書および特願平2−197103号明
細書に記載されている。
In a compound semiconductor bipolar transistor, in order to reduce the base contact resistance, II
A method of forming a p-type high impurity concentration layer in an external base region by a molecular beam epitaxy method using an organic metal as a group I source material (hereinafter referred to as MONBE method) is disclosed in Japanese Patent Application No. 2-1.
No. 97102 and Japanese Patent Application No. 2-197103.

【0004】図6(a)および(b)は、それぞれ特願
平2−197102号明細書および特願平2−1971
03号明細書記載のバイポーラトランジスタの模式的断
面図である。MOMBE法により形成されたp−GaA
s層11が、図6(a)では外部ベース領域の表面に配
置されベースコンタクト層として機能しており、また、
図6(b)では外部ベース領域全体を占めている。これ
により、ベース電極と真性ベース層の間のベースコンタ
クト抵抗が低減されている。
FIGS. 6 (a) and 6 (b) show Japanese Patent Application No. 2-197102 and Japanese Patent Application No. 2-1971, respectively.
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of the bipolar transistor described in No. 03 specification. P-GaA formed by MOMBE method
The s layer 11 is disposed on the surface of the external base region in FIG. 6A and functions as a base contact layer.
In FIG. 6B, the entire external base region is occupied. This reduces the base contact resistance between the base electrode and the intrinsic base layer.

【0005】図6(a)および(b)において、1はG
aAsからなる半絶縁性基板、2はn−GaAsからな
るコレクタコンタクト層、3はn−GaAsからなるコ
レクタ層、4はp−GaAsからなるベース層、5はn
−Al0.25Ga0.75Asからなるエミッタ層、6はn−
Alx Ga1-x As(x:0.25→0)からなるグレ
ーデッド層、7はn−GaAsからなるエミッタコンタ
クト層、11はp−GaAsからなるベースコンタクト
層もしくは外部ベース層、18はAuGeNiからなる
エミッタ電極、14はTiPtAuからなるベース電
極、17はAuGeNiからなるコレクタ電極、8およ
び10はSiO2 膜、12は絶縁領域である。
In FIGS. 6A and 6B, 1 is G
a semi-insulating substrate made of aAs, 2 a collector contact layer made of n-GaAs, 3 a collector layer made of n-GaAs, 4 a base layer made of p-GaAs, 5 n
-Al 0.25 Ga 0.75 As emitter layer, 6 is n-
A graded layer made of Al x Ga 1-x As (x: 0.25 → 0), 7 is an emitter contact layer made of n-GaAs, 11 is a base contact layer or an external base layer made of p-GaAs, and 18 is An emitter electrode made of AuGeNi, 14 a base electrode made of TiPtAu, 17 a collector electrode made of AuGeNi, 8 and 10 SiO 2 films, and 12 an insulating region.

【0006】上述のバイポーラトランジスタを製造する
にあたり、p−GaAs層11の形成は、SiO2 膜8
および10をマスクとして選択的に行われる。その場
合、成長温度およびV族原料の分子線強度は一定として
行われる。また、成長基板表面への紫外線照射は行われ
ない。
In manufacturing the above bipolar transistor, the p-GaAs layer 11 is formed by forming the SiO 2 film 8
And 10 are selectively used as masks. In that case, the growth temperature and the molecular beam intensity of the group V raw material are kept constant. Moreover, the surface of the growth substrate is not irradiated with ultraviolet light.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】エヌ・フルハタ他
(N.Furuhata et al.)、ジャーナル
・オブ・クリスタル・グロウス(Journal of
Crystal Growth)、107巻、199
1年、1049頁には、成長原料にトリメチルガリウム
(Ga(CH3 3 :以降、TMGと称す)と固体砒素
を用いた場合に得られる成長層のキャリア濃度と成長条
件の関係が報告されている。それによれば、TMG流
量:1cc/min、砒素分圧:1.5×10-5Tor
rの下では成長温度を530℃以下に、また、TMG流
量:1cc/min、成長温度550℃の下では砒素分
圧を9×10-6Torr以下に設定することにより、1
×1020cm-3以上のキャリア濃度を有するp−GaA
s層が得られる。
[Problems to be Solved by the Invention] N. Furuhata et al., Journal of Crystal Grouse (Journal of
(Crystal Growth), Volume 107, 199
On the 1st year, page 1049, the relationship between the carrier concentration of the growth layer and the growth conditions obtained when trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 : hereinafter referred to as TMG) and solid arsenic are used as growth raw materials is reported. ing. According to it, TMG flow rate: 1 cc / min, arsenic partial pressure: 1.5 × 10 −5 Tor
By setting the growth temperature to 530 ° C. or lower under r, the TMG flow rate: 1 cc / min, and the arsenic partial pressure below 9 × 10 −6 Torr under the growth temperature of 550 ° C., 1
P-GaA having a carrier concentration of × 10 20 cm -3 or more
An s layer is obtained.

【0008】ベースコンタクト抵抗低減のためには、外
部ベース領域のキャリア濃度をより高濃度にすることが
望ましい。そのためには、p−GaAs層形成時の成長
温度を低く、また、V族原料の分子線強度を小さく設定
することが必要となる。また、一般に、化合物半導体の
バイポーラトランジスタはトランジスタの真性領域に高
濃度にドーピングされた半導体層を有することから、真
性領域の不純物プロファイルの急峻性を保持するために
も、成長温度はより低い方が望ましい。
In order to reduce the base contact resistance, it is desirable to increase the carrier concentration in the external base region. For that purpose, it is necessary to set the growth temperature at the time of forming the p-GaAs layer low and set the molecular beam intensity of the group V raw material small. In addition, since a compound semiconductor bipolar transistor generally has a highly doped semiconductor layer in the intrinsic region of the transistor, a lower growth temperature is preferable in order to maintain the steepness of the impurity profile of the intrinsic region. desirable.

【0009】しかしながら、成長温度を500℃以下に
設定したり、砒素分圧を1×10-7Torr以下に設定
してp−GaAs層形成を行った場合には、基板温度が
不安定になったり、成長室内のバックグラウンドの真空
度が低下してくるために、砒素分圧の制御が困難にな
り、成長そのものが不安定になることが多い。それによ
って、成長速度や不純物濃度の再現性が低下するのみな
らず、激しい表面荒れが生じたり、場合によっては,成
長層の多結晶化が生じてしまうことがある。また、選択
成長を行った場合には、SiO2 等のマスクに対する選
択性が劣化してしまう要因ともなる。しかも、上述のよ
うな成長条件下では、基板温度や砒素分圧などの成長パ
ラメータを精密に制御することが非常に困難であるため
に、ウェハ間でのバラツキが大きい。従来、外部ベース
領域の全体もしくは一部に高濃度p−GaAs層を形成
するこの工程は、トランジスタの歩留まりを向上させる
ための大きな妨げとなっていた。
However, when the growth temperature is set to 500 ° C. or lower or the arsenic partial pressure is set to 1 × 10 −7 Torr or lower to form the p-GaAs layer, the substrate temperature becomes unstable. In addition, the degree of vacuum of the background in the growth chamber decreases, which makes it difficult to control the arsenic partial pressure, and the growth itself often becomes unstable. As a result, not only the growth rate and the reproducibility of the impurity concentration are lowered, but also the surface may be severely roughened, and in some cases, the growth layer may be polycrystallized. Further, when the selective growth is performed, it becomes a factor that the selectivity with respect to the mask such as SiO 2 is deteriorated. Moreover, under the above-mentioned growth conditions, it is very difficult to precisely control the growth parameters such as the substrate temperature and the arsenic partial pressure, so that there are large variations among the wafers. Conventionally, this step of forming a high-concentration p-GaAs layer on the whole or a part of the external base region has been a major obstacle to improving the yield of transistors.

【0010】本発明はこのような問題点を解決し、1×
1020cm-3以上のp型高不純物濃度層を外部ベース領
域に形成するにあたって、成長の不安定性を取り除くと
ともに選択性を向上させ、それによってベースコンタク
ト抵抗が低減され、高速・高周波特性の優れた素子を安
定して歩留まり良く供給することのできるバイポーラト
ランジスタの製造方法を提供することにある。
The present invention solves such a problem and solves the problem of 1 ×
When forming a p-type high impurity concentration layer of 10 20 cm -3 or more in the external base region, the growth instability is removed and the selectivity is improved, whereby the base contact resistance is reduced and the high speed and high frequency characteristics are excellent. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a bipolar transistor capable of stably supplying a stable device with good yield.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明のバイポーラ
トランジスタの製造方法は、半絶縁性基板上に少なくと
もコレクタ層、ベース層およびエミッタ層を含む積層構
造を形成する工程と、少なくとも原料ガスの1つに有機
III族原料を含む分子線エピタキシー法により、成長
温度を徐々に、もしくは階段的に変化させて、外部ベー
ス領域の少なくとも一部を形成する工程とを含むことを
特徴とする。
A method of manufacturing a bipolar transistor according to a first aspect of the present invention comprises a step of forming a laminated structure including at least a collector layer, a base layer and an emitter layer on a semi-insulating substrate, and at least a raw material gas. One of them is to form at least a part of the extrinsic base region by gradually or stepwise changing the growth temperature by a molecular beam epitaxy method containing an organic group III raw material.

【0012】第2の発明のバイポーラトランジスタの製
造方法は、半絶縁性基板上に少なくともコレクタ層、ベ
ース層およびエミッタ層を含む積層構造を形成する工程
と、少なくとも原料ガスの1つに有機III族原料を含
む分子線エピタキシー法により、V族原料の分子線強度
を徐々に、もしくは階段的に変化させて、外部ベース領
域の少なくとも一部を形成する工程とを含むことを特徴
とする。
A method of manufacturing a bipolar transistor according to a second aspect of the present invention comprises a step of forming a laminated structure including at least a collector layer, a base layer and an emitter layer on a semi-insulating substrate, and an organic group III gas containing at least one source gas. A step of gradually or stepwise changing the molecular beam intensity of the group V raw material by a molecular beam epitaxy method containing the raw material to form at least a part of the external base region.

【0013】第3の発明のバイポーラトランジスタの製
造方法は、半絶縁性基板上に少なくともコレクタ層、ベ
ース層およびエミッタ層を含む積層構造を形成する工程
と、少なくとも原料ガスの1つに有機III族原料を含
む分子線エピタキシー法により、結晶成長中の基板表面
に紫外線を照射するとともに、前記紫外線の光強度を徐
々に、もしくは階段的に変化させて、外部ベース領域の
少なくとも一部を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。
A method of manufacturing a bipolar transistor according to a third aspect of the present invention comprises a step of forming a laminated structure including at least a collector layer, a base layer and an emitter layer on a semi-insulating substrate, and an organic group III gas as at least one of source gases. A step of forming at least a part of the external base region by irradiating the surface of the substrate during crystal growth with ultraviolet rays and gradually or stepwise changing the light intensity of the ultraviolet rays by a molecular beam epitaxy method containing raw materials. It is characterized by including and.

【0014】[0014]

【作用】MOMBE法などにより高濃度にドープされた
半導体層を形成する場合、特に結晶成長の初期過程にお
いて三次元成長や多結晶化を抑止することが、良好な単
結晶薄膜を得るための重要なポイントである。そのため
には、基板表面へのV族原料とIII族原料の供給をバ
ランスよく行うとともに、二次元成長モードにより結晶
成長が進行するよう、吸着分子・粒子の表面泳動を充分
活性化してやることが必要である。この活性化の方法と
して、熱励起と光励起の2つの方法があり、前者は基板
温度を高くすることにより、また、後者は基板表面に紫
外線を照射することにより達成される。紫外線照射によ
る効果は、例えばエム・クマガワ他(M.Kumaga
wa et al.)、ジャパニーズ・ジャーナル・オ
ブ・アプライド・フィジクス(Japanese Jo
urnal of Applied Physic
s)、7巻、1968年、1332頁、およびアール・
ジィ・フリーザー他(R.G.Frieser et
al.)、ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソ
サイエティ(Journal of Electroc
hemical Society)、115巻、196
8年、401頁に報告されている。
When a highly doped semiconductor layer is formed by the MOMBE method or the like, it is important to obtain a good single crystal thin film, especially to suppress three-dimensional growth and polycrystallization in the initial stage of crystal growth. That's the point. For that purpose, it is necessary to supply the group V raw material and the group III raw material to the surface of the substrate in a well-balanced manner and sufficiently activate the surface migration of the adsorbed molecules / particles so that the crystal growth proceeds in the two-dimensional growth mode. Is. There are two methods of activation, thermal excitation and photoexcitation. The former is achieved by raising the substrate temperature, and the latter is achieved by irradiating the substrate surface with ultraviolet rays. The effect of the ultraviolet irradiation is, for example, M. Kumagawa et al.
wa et al. ), Japanese Journal of Applied Physics
urnal of Applied Physic
s), Vol. 7, 1968, pp. 1332, and Earl.
G. Freezer et al. (RG Frieser et
al. ), Journal of Electrochemical Society
chemical Society), Volume 115, 196
8 years, reported on page 401.

【0015】また、III族原料の多層吸着による三次
元成長や、V族原料不足によって生じる化学量論的組成
からの大幅なずれ・表面荒れ等を防止するためには、V
/III比を所定の値よりも高くする、即ち、砒素分圧
をある程度大きくすることが有効である。
Further, in order to prevent three-dimensional growth due to multi-layer adsorption of group III raw materials, and a large deviation from the stoichiometric composition and surface roughness caused by lack of group V raw materials, V
It is effective to make the / III ratio higher than a predetermined value, that is, increase the arsenic partial pressure to some extent.

【0016】即ち、上述したように、MOMBE法によ
り高不純物濃度を安定して形成するためには、(1)成
長温度を高くする、(2)V族原料の分子線強度を大き
くする、(3)成長基板表面に紫外線を照射する、とい
った3つの方法が有効である。しかしながら、(1)お
よび(2)の方法はいずれも成長層のキャリア濃度の低
下を招くことから、外部ベース領域を高濃度化して、さ
らに一層ベースコンタクト抵抗の低減をはかるという観
点からは望ましくない。同様に、(3)の方法もまた、
成長層のキャリア密度を低下させる方向に作用すること
が、ジュンイチ・ニシザワ(Jun−ichi Nis
hizawa et al.)、ジャーナル・オブ・エ
レクトロケミカル・ソサイエティ(Journal o
f Electrochemical Societ
y)、132巻、1985年、1197頁に報告されて
いる。
That is, as described above, in order to stably form a high impurity concentration by the MOMBE method, (1) the growth temperature is increased, (2) the molecular beam intensity of the group V raw material is increased, ( 3) Three methods of irradiating the surface of the growth substrate with ultraviolet rays are effective. However, the methods (1) and (2) both cause a decrease in carrier concentration in the growth layer, and are therefore not desirable from the viewpoint of further increasing the concentration of the external base region and further reducing the base contact resistance. .. Similarly, the method (3) is also
The action of decreasing the carrier density of the growth layer is caused by Jun-ichi Nishiwa.
hizawa et al. ), Journal of Electrochemical Society (Journal o
f Electrochemical Societ
y), 132, 1985, p. 1197.

【0017】本発明では、外部ベース領域に高不純物濃
度層を形成する際に、その成長条件を途中で変化させ
て、上述の問題点を解決している。具体的方策として
は、(1)成長温度を変化させる、(2)V族原料の分
子線強度を変化させる、(3)紫外線の光強度を変化さ
せる、という3つの方法を用いている。変化のさせ方に
ついては、成長の初期過程で安定した2次元成長が、ま
た、成長の末期過程では高濃度層が得られるようにする
ことが必要であるため、(1)では高→低、(2)では
大→小、(3)では大→小とするのが一般的である。そ
の場合、初期過程と末期過程の間の途中の変化を徐々に
行っても、階段的に行っても得られる効果は同様であ
る。また、変化のさせ方を必ずしも上述のような一方向
の減少に限る必要はなく、途中の変化を様々に行うこと
が可能である。しかしながら、外部ベース領域のシート
抵抗をより低減するという観点から、高不純物濃度層が
できるだけ成長層の多くを占めるよう配慮しながら上記
変化を行うことが望ましい。
In the present invention, when the high impurity concentration layer is formed in the external base region, the growth condition is changed midway to solve the above-mentioned problems. As concrete measures, three methods of (1) changing the growth temperature, (2) changing the molecular beam intensity of the group V raw material, and (3) changing the light intensity of ultraviolet rays are used. Regarding the way of changing, it is necessary to obtain stable two-dimensional growth in the initial stage of growth and to obtain a high concentration layer in the final stage of growth, so in (1), high → low, It is general that (2) is large → small, and (3) is large → small. In that case, the same effect can be obtained by gradually changing the steps between the initial process and the terminal process or stepwise. Further, it is not always necessary to make the change in one direction as described above, and it is possible to make various changes on the way. However, from the viewpoint of further reducing the sheet resistance of the external base region, it is desirable to make the above change while considering that the high impurity concentration layer occupies as much of the growth layer as possible.

【0018】化合物半導体のバイポーラトランジスタの
ベース抵抗においては、通常、ベースコンタクト抵抗の
占める割合が非常に大きいことから、本発明の手法を用
いることにより、高濃度外部ベース領域を選択性良く、
安定して形成することが可能となり、それによって、ベ
ース抵抗の小さいバイポーラトランジスタを安定して歩
留まり良く製造することが可能となる。
In the base resistance of the bipolar transistor of the compound semiconductor, the proportion of the base contact resistance is usually very large. Therefore, by using the method of the present invention, the high concentration external base region can be selected with good selectivity.
It is possible to stably form a bipolar transistor having a small base resistance and to manufacture it with high yield.

【0019】[0019]

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図4(a)〜(c),図5(d)〜(e)
は、第1の発明の実施例であるバイポーラトランジスタ
の製造方法を説明するための、工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
4A to 4C and 5D to 5E.
FIG. 6A is a cross-sectional view of the semiconductor chip in process order, for explaining the method of manufacturing the bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention.

【0021】まず、図4(a)に示すように、GaAs
からなる半絶縁性基板1上にn−GaAs層からなるコ
レクタコンタクト層(3×1018cm-3,400nm)
2、n−GaAs層からなるコレクタ層(5×1016
-3,500nm)3、p−GaAs層からなるベース
層(2×1019cm-3,60nm)4、n−Al0.25
0.75As層からなるエミッタ層(3×1017cm-3
200nm)5、n−Alx Ga1-x As層(x:0.
25→0)からなるグレーデッド層(3×1017
-3,50nm)6、n−GaAs層からなるエミッタ
コンタクト層(3×1018cm-3,100nm)7をM
BE法により、成長温度600℃で順次形成する。続い
て、n−GaAs層7上にSiO2 膜8と所定のパター
ンを有するホトレジスト膜9を順次形成した後、このホ
トレジスト膜9をマスクとして、SiO2 膜8を反応性
イオンビームエッチングにより除去する。
First, as shown in FIG.
On the semi-insulating substrate 1 made of n-GaAs collector contact layer (3 × 10 18 cm −3 , 400 nm)
2, collector layer composed of n-GaAs layer (5 × 10 16 c
m −3 , 500 nm) 3, a base layer (2 × 10 19 cm −3 , 60 nm) made of a p-GaAs layer 4, n-Al 0.25 G
a emitter layer composed of a 0.75 As layer (3 × 10 17 cm −3 ,
200nm) 5, n-Al x Ga 1-x As layer (x: 0.
25 → 0) graded layer (3 × 10 17 c
m −3 , 50 nm) 6, and an emitter contact layer (3 × 10 18 cm −3 , 100 nm) 7 made of an n-GaAs layer 7
By the BE method, the layers are sequentially formed at a growth temperature of 600 ° C. Subsequently, after sequentially forming a photoresist film 9 having a predetermined pattern and the SiO 2 film 8 on the n-GaAs layer 7, the photoresist film 9 as a mask, the SiO 2 film 8 is removed by reactive ion beam etching ..

【0022】次に、図4(b)に示すように、ホトレジ
スト膜9をマスクとして、n−GaAs層7、n−Al
x Ga1-x As層6をCl2 をエッチングガスに用いた
反応性イオンビームエッチングにより除去し、さらに所
定の厚さになるまで同様にしてn−Al0.25Ga0.75
s層5をエッチングする。続いて、有機溶剤による洗浄
を行いホトレジスト膜9を除去した後、全面にSiO2
膜10を形成する。続いて、CF4 をエッチングガスに
用いた反応性イオンビームエッチングによりSiO2
10の不要部分を除去することにより、n−GaAs層
7、n−AlxGa1-x As層6およびn−Al0.25
0.75As層5の側面にSiO2 膜10からなる側壁を
形成する。さらに、SiO2 膜8および10をマスクと
して、リン酸、過酸化水素および水の混合液によりn−
Al0.25Ga0.75As層5をエッチングして除去し、p
−GaAs層4表面を露出する。この時、SiO2 膜1
0の下にはn−Al0.25Ga0.75As層5からなる保護
層が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the n-GaAs layer 7 and the n-Al layer are formed using the photoresist film 9 as a mask.
The x Ga 1-x As layer 6 is removed by reactive ion beam etching using Cl 2 as an etching gas, and n-Al 0.25 Ga 0.75 A is similarly formed until a predetermined thickness is obtained.
The s layer 5 is etched. Then, after washing with an organic solvent to remove the photoresist film 9, SiO 2 is formed on the entire surface.
The film 10 is formed. Then, the unnecessary portion of the SiO 2 film 10 is removed by reactive ion beam etching using CF 4 as an etching gas, so that the n-GaAs layer 7, the n-Al x Ga 1 -x As layer 6 and the n-GaAs layer 7 are formed. Al 0.25 G
A side wall made of the SiO 2 film 10 is formed on the side surface of the a 0.75 As layer 5. Further, using the SiO 2 films 8 and 10 as a mask, n-
Al 0.25 Ga 0.75 As layer 5 is removed by etching,
-Exposing the surface of the GaAs layer 4. At this time, the SiO 2 film 1
Under 0, a protective layer made of n-Al 0.25 Ga 0.75 As layer 5 is formed.

【0023】次に、図4(c)に示すように、TMGお
よび固体砒素を成長原料に用いたMOMBE法により、
SiO2 膜8および10をマスクとして、p−GaAs
層4上にp−GaAs層11を選択的に形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (c), by the MOMBE method using TMG and solid arsenic as growth materials,
Using the SiO 2 films 8 and 10 as a mask, p-GaAs
A p-GaAs layer 11 is selectively formed on the layer 4.

【0024】この工程における基板温度の成長開始後の
時間変化を図1に示した。p−GaAs層11の成長に
先立ち、砒素の分子線を照射しながら基板温度を600
℃に昇温してp−GaAs層4表面の酸化膜を除去した
後、TMG流量を1cc/min、砒素分圧を1.5×
10-5Torrに保持し、基板温度を550℃→500
℃→450℃と変化させて成長を行う。それぞれの基板
温度における成長時間は550℃:2分間、500℃:
3分間、450℃:6分間であるが、基板温度変化後の
遷移にそれぞれ約30秒を要した。これにより、約25
0nmのp−GaAs層11が形成される。
FIG. 1 shows the change over time in the substrate temperature after the start of growth in this step. Prior to the growth of the p-GaAs layer 11, the substrate temperature is adjusted to 600 while irradiating the arsenic molecular beam.
After the temperature was raised to ℃ to remove the oxide film on the surface of the p-GaAs layer 4, the TMG flow rate was 1 cc / min and the arsenic partial pressure was 1.5 ×.
Hold at 10 -5 Torr and increase the substrate temperature from 550 ° C to 500
Growth is performed by changing the temperature from 450 ° C to 450 ° C. The growth time at each substrate temperature is 550 ° C .: 2 minutes, 500 ° C .:
3 minutes and 450 ° C .: 6 minutes, but it took about 30 seconds for each transition after the substrate temperature change. This gives about 25
A 0 nm p-GaAs layer 11 is formed.

【0025】続いて、バイポーラトランジスタを形成す
る部分を除いた他の部分にH+ を注入し絶縁領域12を
形成した後、所定のパターンのホトレジスト膜13を形
成し、上方より、TiPtAu層14を蒸着する。
Subsequently, H + is injected into the other portion except the portion where the bipolar transistor is formed to form an insulating region 12, and then a photoresist film 13 having a predetermined pattern is formed, and a TiPtAu layer 14 is formed from above. Vapor deposition.

【0026】次に、図5(d)に示すように、有機溶剤
による洗浄を行い、ホトレジスト膜13を除去すること
によりTiPtAu層14をリフトオフした後、ベース
電極の幅が所定の値になるように所定のパターンのホト
レジスト膜を形成する。続いて、ホトレジスト膜をマス
クとしてイオンミリング法によりTiPtAu層14を
エッチングして除去し、さらにリン酸、過酸化水素およ
び水の混合液により、p−GaAs層11および4を順
次エッチングして除去する。続いて、有機溶剤による洗
浄を行い、ホトレジスト膜を除去した後、コレクタ開口
用の所定のパターンのホトレジスト膜16を形成し、こ
れをマスクとしてリン酸、過酸化水素および水の混合液
によりn−GaAs層3をエッチングして除去すること
により、n−GaAs層2表面を露出する。さらに、上
方よりn−GaAs層2のオーミック金属であるAuG
eNi層17を蒸着する。
Next, as shown in FIG. 5 (d), the TiPtAu layer 14 is lifted off by cleaning with an organic solvent and removing the photoresist film 13, so that the width of the base electrode becomes a predetermined value. Then, a photoresist film having a predetermined pattern is formed. Then, the TiPtAu layer 14 is etched and removed by ion milling using the photoresist film as a mask, and the p-GaAs layers 11 and 4 are sequentially etched and removed by a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide and water. .. Then, after cleaning with an organic solvent to remove the photoresist film, a photoresist film 16 having a predetermined pattern for forming a collector opening is formed, and using this as a mask, a mixture of phosphoric acid, hydrogen peroxide and water is used to n-. By etching and removing the GaAs layer 3, the surface of the n-GaAs layer 2 is exposed. Further, AuG which is an ohmic metal of the n-GaAs layer 2 is arranged from above.
The eNi layer 17 is deposited.

【0027】次に、図5(e)に示すように、有機溶剤
中でホトレジスト膜16を溶かしリフトオフを行った
後、エミッタ開口用の所定のパターンのホトレジスト膜
を形成し、緩衝フッ酸によりSiO2 膜8をエッチング
して除去する。続いて、上方よりn−GaAs層7のオ
ーミック金属であるAuGeNi層19を蒸着した後、
有機溶剤中でホトレジスト膜を溶かしリフトオフを行っ
て化合物半導体のバイポーラトランジスタが完成する。
Next, as shown in FIG. 5 (e), after the photoresist film 16 is dissolved in an organic solvent and lift-off is performed, a photoresist film having a predetermined pattern for forming an emitter opening is formed, and SiO 2 is formed by buffered hydrofluoric acid. 2 The film 8 is removed by etching. Then, after depositing an AuGeNi layer 19 which is an ohmic metal of the n-GaAs layer 7 from above,
The photoresist film is dissolved in an organic solvent and lift-off is performed to complete a compound semiconductor bipolar transistor.

【0028】第2の発明の実施例では、上述した第1の
発明の実施例と同様、図4(a)〜(c),図5(d)
〜(e)の工程を経て化合物半導体のバイポーラトラン
ジスタが得られる。ただし、この実施例ではベースコン
タクト層となるp−GaAs層11を形成する際、砒素
の分子線強度を変化させて行っている。
In the embodiment of the second invention, as in the embodiment of the first invention described above, FIGS. 4 (a) to 4 (c) and 5 (d) are used.
Through the steps (e) to (e), a compound semiconductor bipolar transistor is obtained. However, in this embodiment, when the p-GaAs layer 11 serving as the base contact layer is formed, the molecular beam intensity of arsenic is changed.

【0029】図2はこの工程における砒素分子線強度の
成長開始後の時間変化を示したものである。第1の発明
の実施例と同様に、p−GaAs層11の成長に先立
ち、砒素の分子線を照射しながら基板温度を600℃に
昇温してp−GaAs層4表面の酸化膜を除去した後、
TMG流量を1cc/min、基板温度を450℃に保
持し、砒素分圧を1.5×10-5Torr→5×10-6
Torrと変化させて成長を行う。それぞれの砒素分圧
における成長時間は1.5×10-5Torr:3分間、
5×10-6Torr:2分間であるが、砒素分圧変化後
の遷移に約3分を要した。これにより、約250nmの
p−GaAs層11が形成される。
FIG. 2 shows the change over time in the arsenic molecular beam intensity after the start of growth in this step. Similar to the first embodiment of the invention, prior to the growth of the p-GaAs layer 11, the substrate temperature is raised to 600 ° C. while irradiating the molecular beam of arsenic to remove the oxide film on the surface of the p-GaAs layer 4. After doing
The TMG flow rate is maintained at 1 cc / min, the substrate temperature is maintained at 450 ° C., and the arsenic partial pressure is 1.5 × 10 −5 Torr → 5 × 10 −6.
Growth is performed by changing it to Torr. The growth time at each arsenic partial pressure was 1.5 × 10 −5 Torr: 3 minutes,
5 × 10 −6 Torr: 2 minutes, but it took about 3 minutes for the transition after the change of arsenic partial pressure. As a result, the p-GaAs layer 11 having a thickness of about 250 nm is formed.

【0030】第3の発明の実施例についても、上述した
第1および第2の発明の実施例と同様、図4(a)〜
(c),図5(d)〜(e)の工程を経て化合物半導体
のバイポーラトランジスタが得られる。ただし、この実
施例ではベースコンタクト層となるp−GaAs層11
を形成する際に基板表面に紫外線を照射し、その光強度
を変化させた。紫外線の光源としてはキセノン・水銀ラ
ンプを用いた。
Also in the embodiment of the third invention, as in the embodiments of the first and second inventions described above, FIGS.
A bipolar transistor of a compound semiconductor is obtained through the steps of (c) and FIGS. 5 (d) to 5 (e). However, in this embodiment, the p-GaAs layer 11 serving as the base contact layer is used.
At the time of forming, the substrate surface was irradiated with ultraviolet rays to change its light intensity. A xenon-mercury lamp was used as a light source of ultraviolet rays.

【0031】図3はこの工程における照射紫外光強度の
成長開始後の時間変化を示したものである。第1および
第2の発明の実施例と同様に、p−GaAs層11の成
長に先立ち、砒素の分子線を照射しながら基板温度を6
00℃に昇温してp−GaAs層4表面の表面酸化膜を
除去した後、TMG流量を1cc/min、基板温度を
450℃、砒素分圧を7×10-6Torrに保持し、キ
セノン・水銀ランプの照射光強度を0.5W/cm2
0W/cm2 (即ち、光照射なし)と変化させて成長を
行う。それぞれの光強度における成長時間は0.3W/
cm2 :4分間、0W/cm2 :12分間である。これ
により、約250nmのp−GaAs層11が形成され
る。
FIG. 3 shows the change over time in the irradiation ultraviolet light intensity after the start of growth in this step. Similar to the first and second embodiments, prior to the growth of the p-GaAs layer 11, the substrate temperature is set to 6 while irradiating the molecular beam of arsenic.
After the temperature was raised to 00 ° C. to remove the surface oxide film on the surface of the p-GaAs layer 4, the TMG flow rate was maintained at 1 cc / min, the substrate temperature was maintained at 450 ° C., and the arsenic partial pressure was maintained at 7 × 10 −6 Torr to obtain xenon.・ The irradiation light intensity of the mercury lamp is 0.5 W / cm 2
The growth is performed by changing it to 0 W / cm 2 (that is, no light irradiation). The growth time at each light intensity is 0.3 W /
cm 2 : 4 minutes, 0 W / cm 2 : 12 minutes. As a result, the p-GaAs layer 11 having a thickness of about 250 nm is formed.

【0032】上述した第1,第2および第3の発明の実
施例において得られたバイポーラトランジスタは、形状
および電気伝導性の優れた高濃度ベースコンタクト層を
有し、素子の高速・高周波特性もまた非常に良好であっ
た。
The bipolar transistors obtained in the embodiments of the above-mentioned first, second and third inventions have a high-concentration base contact layer excellent in shape and electric conductivity, and have high speed and high frequency characteristics of the device. It was also very good.

【0033】なお、上述の第3の発明の実施例において
は、紫外線の光源としてキセノン・水銀ランプを用いた
が、これに限らず、低圧水銀ランプ、エキシマレーザ
等、種々の紫外線光源を利用して同様の効果を得ること
ができる。その場合、照射光が400nm以下の波長を
有する光源が有効である。
Although the xenon mercury lamp is used as the ultraviolet light source in the above-described third embodiment of the invention, the invention is not limited to this, and various ultraviolet light sources such as a low pressure mercury lamp and an excimer laser can be used. The same effect can be obtained. In that case, a light source whose irradiation light has a wavelength of 400 nm or less is effective.

【0034】また、上述の第1,第2および第3の発明
の実施例においては、図6(a)と同様にp−GaAs
層11をベースコンタクト層として形成した場合につい
て述べたが、本発明はこれに限定されず、p−GaAs
層11を図6(b)と同様、外部ベース領域全体に形成
した場合についても適用でき、同様の効果が得られる。
In the embodiments of the first, second and third inventions described above, p-GaAs is used as in FIG. 6 (a).
Although the case where the layer 11 is formed as the base contact layer has been described, the present invention is not limited to this and p-GaAs is used.
Similar to FIG. 6B, it can be applied to the case where the layer 11 is formed over the entire external base region, and the same effect can be obtained.

【0035】また、上述の実施例においては、エミッタ
アップ型のものについて述べたが、本発明はこれに限定
されず、コレクタアップ型のものについても同様に適用
できる。
Further, although the emitter-up type is described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and the collector-up type can be similarly applied.

【0036】さらに、上述の実施例においては、ベース
層がp−GaAsからなるものについて述べたが、本発
明はこれに限定されず、例えばp−AlGaAsからな
るベース層のAl組成を徐々に変化させてグレーデッド
ベース構造としたもの、AlInAs/InGaAs系
やInP/InGaAs系のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの場合のようにベース層がp−InGaAsか
らなるもの、あるいはp−AlInGaAsやp−In
GaAsP等からなるものについても同様に適用でき、
効果は同様である。
Furthermore, in the above-mentioned embodiments, the base layer made of p-GaAs was described, but the present invention is not limited to this, and the Al composition of the base layer made of p-AlGaAs is gradually changed. A graded base structure, an AlInAs / InGaAs or InP / InGaAs heterojunction bipolar transistor whose base layer is made of p-InGaAs, or p-AlInGaAs or p-In
The same applies to those made of GaAsP, etc.
The effect is similar.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、p
型高不純物濃度層からなるベースコンタクト層もしくは
外部ベース層を大きな表面荒れや多結晶化を生じさせず
に安定して、しかも選択性良く形成することができる。
その結果、素子歩留まりが向上し、ベース抵抗の小さ
な、高速・高周波特性の優れた化合物半導体のバイポー
ラトランジスタを安定して再現性良く実現できるという
効果がある。
As described above, according to the present invention, p
The base contact layer or the external base layer made of the high impurity concentration layer can be stably formed with good selectivity without causing large surface roughness or polycrystallization.
As a result, the device yield is improved, and a bipolar transistor of a compound semiconductor having a small base resistance and excellent high-speed / high-frequency characteristics can be stably realized with good reproducibility.

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

【図1】第1の発明のバイポーラトランジスタの製造方
法を説明するための図であり、ベースコンタクト層形成
時の基板温度の時間変化を示す図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method for manufacturing a bipolar transistor of the first invention, showing a change over time in a substrate temperature when a base contact layer is formed.

【図2】第2の発明のバイポーラトランジスタの製造方
法を説明するための図であり、ベースコンタクト層形成
時の砒素分子線強度の時間変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the manufacturing method of the bipolar transistor of the second invention, which is a diagram showing the time change of the arsenic molecular beam intensity when the base contact layer is formed.

【図3】第3の発明のバイポーラトランジスタの製造方
法を説明するための図であり、ベースコンタクト層形成
時に基板表面に照射する紫外線強度の時間変化を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the method for manufacturing the bipolar transistor according to the third aspect of the invention, showing the change over time in the intensity of the ultraviolet rays with which the substrate surface is irradiated when the base contact layer is formed.

【図4】第1,第2および第3の発明のバイポーラトラ
ンジスタの製造方法を説明するための、工程順に示した
半導体チップの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor chip showing the order of steps for explaining a method for manufacturing a bipolar transistor of the first, second and third inventions.

【図5】第1,第2および第3の発明のバイポーラトラ
ンジスタの製造方法を説明するための、工程順に示した
半導体チップの断面図である。
5A to 5C are cross-sectional views of a semiconductor chip in the order of steps for explaining the method for manufacturing the bipolar transistor of the first, second and third inventions.

【図6】従来の製造方法によって得られるバイポーラト
ランジスタを説明するための半導体チップの断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining a bipolar transistor obtained by a conventional manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性基板(GaAs) 2,3,7 n−GaAs層 4,11 p−GaAs層 5 n−Al0.25Ga0.75As層 6 n−Alx Ga1-x As層(x:0.25→0) 8,10 SiO2 膜 9,13,16 ホトレジスト膜 12 絶縁領域 14 TiPtAu層 17,18,19 AuGeNi層1 semi-insulating substrate (GaAs) 2,3,7 n-GaAs layer 4,11 p-GaAs layer 5 n-Al 0.25 Ga 0.75 As layer 6 n-Al x Ga 1-x As layer (x: 0.25 → 0) 8,10 SiO 2 film 9, 13, 16 photoresist film 12 insulating region 14 TiPtAu layer 17, 18, 19 AuGeNi layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半絶縁性基板上に少なくともコレクタ層、
ベース層およびエミッタ層を含む積層構造を形成する工
程と、 少なくとも原料ガスの1つに有機III族原料を含む分
子線エピタキシー法により、成長温度を徐々に、もしく
は階段的に変化させて、外部ベース領域の少なくとも一
部を形成する工程とを含むことを特徴とするバイポーラ
トランジスタの製造方法。
1. At least a collector layer on a semi-insulating substrate,
A step of forming a laminated structure including a base layer and an emitter layer, and a growth temperature is gradually or stepwise changed by a molecular beam epitaxy method in which at least one of source gases contains an organic group III source material, and an external base is formed. And a step of forming at least a part of the region.
【請求項2】半絶縁性基板上に少なくともコレクタ層、
ベース層およびエミッタ層を含む積層構造を形成する工
程と、 少なくとも原料ガスの1つに有機III族原料を含む分
子線エピタキシー法により、V族原料の分子線強度を徐
々に、もしくは階段的に変化させて、外部ベース領域の
少なくとも一部を形成する工程とを含むことを特徴とす
るバイポーラトランジスタの製造方法。
2. At least a collector layer on a semi-insulating substrate,
A step of forming a laminated structure including a base layer and an emitter layer, and a molecular beam epitaxy method in which at least one of the source gases contains an organic group III source is used to gradually or stepwise change the molecular beam intensity of the group V source. And a step of forming at least a part of the external base region.
【請求項3】半絶縁性基板上に少なくともコレクタ層、
ベース層およびエミッタ層を含む積層構造を形成する工
程と、 少なくとも原料ガスの1つに有機III族原料を含む分
子線エピタキシー法により、結晶成長中の基板表面に紫
外線を照射するとともに、前記紫外線の光強度を徐々
に、もしくは階段的に変化させて、外部ベース領域の少
なくとも一部を形成する工程とを含むことを特徴とする
バイポーラトランジスタの製造方法。
3. At least a collector layer on the semi-insulating substrate,
A step of forming a laminated structure including a base layer and an emitter layer; and a step of irradiating the surface of the substrate during crystal growth with ultraviolet rays by a molecular beam epitaxy method in which at least one source gas contains an organic group III source material, and Forming the at least a part of the external base region by gradually or stepwise changing the light intensity.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012102196A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 Nttエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device

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