JPH05304163A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法

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JPH05304163A
JPH05304163A JP4109655A JP10965592A JPH05304163A JP H05304163 A JPH05304163 A JP H05304163A JP 4109655 A JP4109655 A JP 4109655A JP 10965592 A JP10965592 A JP 10965592A JP H05304163 A JPH05304163 A JP H05304163A
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emitter layer
emitter
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bipolar transistor
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貴司 廣瀬
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年伸 松野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コレクタアップ構造のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタおよびその製造方法に関するもので、高電
流領域および素子サイズを微細化しても高電流利得が得
られることを目的とする。 【構成】 基板21上に、N型Al0.3Ga0.7Asから
なる第1エミッタ層23、N型Al0.6Ga0.4Asから
なる第2エミッタ層24および高濃度p型GaAsから
なるベース層25を含む多層膜構造と、前記第2エミッ
タ層24に接しかつ前記第1エミッタ層23とは接しな
いP型Al0.6Ga0.4Asを含む外部ベース層31と、
前記外部ベース層31直下の高抵抗層30とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高度な情報処理や通信
システムに必要とされる高速性能および集積化に優れた
半導体素子として利用できる、コレクタアップ構造のヘ
テロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年における高度情報化社会の発達によ
り、半導体素子の高速化、高集積化等の性能向上のため
の研究開発がさかんに行われている。
【0003】特に、エミッタの禁制帯幅がベースより広
い構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタは、
高速化に適した半導体素子として注目されている。さら
にコレクタアップ構造のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタは、通常のエミッタアップ構造に比べ、ベース・コ
レクタ間容量の低減による高速化、および共通のエミッ
タ層利用のよるエミッタ共通回路(I2L、ECL等)
作製の容易性による高集積化が可能な半導体素子として
有望視されている。
【0004】以下、図面を参照しながらコレクタアップ
構造の従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタおよび
その製造方法について説明する。
【0005】図7(a),(b),(c)は、コレクタアップ
構造の従来のバイポーラトランジスタおよびその製造方
法を示した構造断面図である。
【0006】図7(a),(b),(c)において、1は半導
体装置の基板、2はエミッタコンタクト層、3はエミッ
タ層、4は前記エミッタ層3よりも禁制帯幅の狭い材料
からなるベース層、5はコレクタ層、6はコレクタキャ
ップ層、7はマスク8を用いて形成されたコレクタ電
極、9、10はそれぞれ、前記コレクタ電極7およびマ
スク8を用いたイオンビーム11の選択イオン注入によ
り形成された外部ベース層および高抵抗層、12、13
はそれぞれ、ベース電極およびエミッタ電極、A,Bは
それぞれ、エミッタからコレクタに到達したコレクタ電
流およびエミッタからベースに漏れたリーク電流であ
る。
【0007】まず、半絶縁性GaAsからなる基板1上
に、高濃度n型GaAsからなるエミッタコンタクト層
2と、N型Al0.3Ga0.7Asからなるエミッタ層3
と、高濃度p型GaAsからなるベース層4と、n型G
aAsからなるコレクタ層5と、高濃度n型GaAsか
らなるコレクタキャップ層6とを積層した多層膜構造を
形成後、Wからなるコレクタ電極7を、マスク8を用い
た乾式エッチングにより形成する(図7(a))。次に、
BeおよびOのイオンからなるイオンビーム11を、前
記コレクタ電極7および前記マスク8を用いて選択イオ
ン注入し、さらに熱処理を行い外部ベース領域に外部ベ
ース層9を、および外部ベース領域直下に高抵抗層10
を形成する(図7(b))。次に、前記外部ベース層9お
よび前記エミッタコンタクト層2を露呈させた後、前記
外部ベース層9上および前記エミッタコンタクト層2上
にそれぞれベース電極12およびエミッタ電極13を形
成し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタが完成する
(図7(c))(例えば、足立ら著、シ゛ インスティテュウト オフ゛ エ
レクトリカル アント゛ エレクトロニクス エンシ゛ニアース゛、エレクトロン テ゛ハ゛イス レタース
゛、第EDL−7巻、1号、第32頁〜第34頁、19
86年(IEEE Electron Device Letters, Vol.EDL-7,No.
1,pp32〜34(1986))参照。)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな方法では高電流動作時に電流利得が低下し、さらに
高速化に必要な素子の微細化に伴いこの電流利得の低下
が著しくなることから、高周波特性の向上が困難である
という課題を有していた。例えば、サイズが数百μm2
の素子では、電流密度が5x104A/cm2において通
常のエミッタアップ構造のものに比べ電流利得は約十分
の一となり、サイズを数十μm2に微細化すると電流利
得はさらにこの約十分の一となる。この原因として、図
6に各種pn接合における順方向電圧VFに対する順方
向電流IFの実験結果を示す。なお、接合面積は1x1
4μm2であり、図6中の(a)p/N0.3はp-GaA
s/N-Al0.3Ga0.7As接合、(b)P0.3/N0.3
はP-Al0.3Ga0.7As/N-Al0.3Ga0.7As接
合、(c)p/N0.6はp-GaAs/N-Al0.6Ga0.
4As接合、(d)P0.6/N0.6はP-Al0.6Ga0.4A
s/N-Al0.6Ga0.4As接合をそれぞれ表わしてい
る。
【0009】(a)p/N0.3および(c)p/N0.6は
分子線ビームエピタキシ法を用い、p-GaAsとして
Beを4x1019cm-3、N-Al0.3Ga0.7Asなら
びにN-Al0.6Ga0.4AsとしてそれぞれSiを5x
1017cm-3添加して形成した。また(b)P0.3/N
0.3と(d)P0.6/N0.6は、前記(a)p/N0.3およ
び(c)p/N0.6を850℃で10秒間熱処理し、B
eを拡散させN-Al0.3Ga0.7AsならびにN-Al0.
6Ga0.4Asの一部をP型に反転させることにより形成
した。
【0010】図6中の(a)p/N0.3および(b)P
0.3/N0.3はそれぞれ、図7(c)中のコレクタ電流A
およびリーク電流Bの電圧特性に対応しており、(a)
p/N0.3と(b)P0.3/N0.3の電流比が電流利得に
関係するものとなる。図6よりp/N0.3とP0.3/N0.
3の電流比は、p/N0.3が1x10-2A程度以下の低電
流領域では約3桁程度得られているものの、それ以上の
高電流領域では寄生抵抗の影響で前記電流比は小さくな
りp/N0.3が5x10-2A程度では10以下である。
よって上記の、高電流領域での電流利得の低下および微
細化に伴うさらなる電流利得低下の原因としては、高電
流領域での寄生抵抗の影響から図7(c)中のコレクタ
電流Aとリーク電流Bとの電流比がとれなくなる、また
このリーク電流Bは外部ベース層9方向への周辺リーク
であることから素子サイズが微細であるほど大きく影響
することがあげられる。
【0011】本発明は上記課題に鑑み、リーク電流Bの
生じるpn接合における立ち上がり電圧を従来に比べさ
らに大きくすることにより、コレクタ電流Aと前記リー
ク電流Bとの比が大きく得られ、もって高電流領域およ
び素子サイズを微細化しても高電流利得が得られるヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法を提
供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタおよび
その製造方法は、その構造として、基板上に、第1導電
型の第1エミッタ層、第1導電型であって前記第1エミ
ッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層と
の接合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ等し
い材料からなる第2エミッタ層、第2導電型であって前
記第2エミッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベ
ース層、第1導電型のコレクタ層の少なくとも4層から
なる多層膜構造と、第2導電型であって前記第2エミッ
タ層と等しい禁制帯幅で前記第2エミッタ層に接し、か
つ前記第1エミッタ層とは接しない外部ベース層と、前
記外部ベース層直下の高抵抗層とを有するものである。
【0013】さらに、他の構造として、基板上に、第1
導電型の第1エミッタ層、第1導電型であって前記第1
エミッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エミッタ
層との接合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ
等しい材料からなる第2エミッタ層、第1導電型であっ
て前記第2エミッタ層よりも禁制帯幅が狭くかつ前記第
2エミッタ層との接合部におけるキャリアのエネルギー
準位がほぼ等しい材料からなる第3エミッタ層、第2導
電型であって少なくとも前記第3エミッタ層よりも禁制
帯幅の狭い材料からなるベース層、第1導電型のコレク
タ層の少なくとも5層からなる多層膜構造と、第2導電
型であって前記第2エミッタ層と等しい禁制帯幅で前記
第2エミッタ層に接し、かつ前記第1エミッタ層とは接
しない外部ベース層と、前記外部ベース層直下の高抵抗
層とを有するものである。
【0014】また、その製造方法としては、基板上に、
第1導電型の第1エミッタ層と、第1導電型であって前
記第1エミッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エ
ミッタ層との接合部におけるキャリアのエネルギー準位
がほぼ等しい材料からなる第2エミッタ層と、第2導電
型であって少なくとも前記第2エミッタ層よりも禁制帯
幅の狭い材料からなるベース層と、第1導電型のコレク
タ層との少なくとも4層からなる多層膜構造を形成する
工程と、マスクを用い選択的に前記コレクタ層を除去し
た後、前記マスクを用いた選択イオン注入により、前記
第2エミッタ層の一部を第2導電型とした部分を含み、
かつ前記第1エミッタ層とは接しない外部ベース層と、
前記外部ベース層直下を高抵抗化した高抵抗層を形成す
る工程とを含んだものである。
【0015】さらに他の製造方法としては、基板上に、
第1導電型の第1エミッタ層と、第1導電型であって前
記第1エミッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エ
ミッタ層との接合部におけるキャリアのエネルギー準位
がほぼ等しい材料からなる第2エミッタ層と、第2導電
型であって少なくとも前記第2エミッタ層よりも禁制帯
幅の狭い材料からなるベース層と、第1導電型のコレク
タ層との少なくとも4層からなる多層膜構造を形成する
工程と、マスクを用い選択的に前記コレクタ層を除去し
た後、前記マスクを用いた選択不純物拡散により、前記
第2エミッタ層の一部を第2導電型とした部分を含み、
かつ前記第1エミッタ層とは接しない外部ベース層を形
成する工程と、さらに前記マスクを用いたイオン注入に
より、前記外部ベース層直下を高抵抗化した高抵抗層を
形成する工程とを含んだものである。
【0016】さらに他の製造方法としては、基板上に、
第1導電型の第1エミッタ層と、第1導電型であって前
記第1エミッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エ
ミッタ層との接合部におけるキャリアのエネルギー準位
がほぼ等しい材料からなる第2エミッタ層と、第1導電
型であって前記第2エミッタ層よりも禁制帯幅が狭くか
つ前記第2エミッタ層との接合部におけるキャリアのエ
ネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第3エミッタ層
と、第2導電型であって少なくとも前記第3エミッタ層
よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベース層と、第1導
電型のコレクタ層との少なくとも5層からなる多層膜構
造を形成する工程と、マスクを用い選択的に前記コレク
タ層を除去した後、前記マスクを用いた選択イオン注入
により、前記第2エミッタ層の一部を第2導電型とした
部分を含み、かつ前記第1エミッタ層とは接しない外部
ベース層と、前記外部ベース層直下を高抵抗化した高抵
抗層を形成する工程とを含んだものである。
【0017】また、さらに他の製造方法としては、基板
上に、第1導電型の第1エミッタ層と、第1導電型であ
って前記第1エミッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記
第1エミッタ層との接合部におけるキャリアのエネルギ
ー準位がほぼ等しい材料からなる第2エミッタ層と、第
1導電型であって前記第2エミッタ層よりも禁制帯幅が
狭くかつ前記第2エミッタ層との接合部におけるキャリ
アのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第3エミ
ッタ層と、第2導電型であって少なくとも前記第3エミ
ッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベース層と、
第1導電型のコレクタ層との少なくとも5層からなる多
層膜構造を形成する工程と、マスクを用い選択的に前記
コレクタ層を除去した後、前記マスクを用いた選択不純
物拡散により、前記第2エミッタ層の一部を第2導電型
とした部分を含み、かつ前記第1エミッタ層とは接しな
い外部ベース層を形成する工程と、さらに前記マスクを
用いたイオン注入により、前記外部ベース層直下を高抵
抗化した高抵抗層を形成する工程とを含んだものであ
る。
【0018】
【作用】本発明では、上記の構造およびその製造方法に
より従来に比べ、コレクタ電流Aの立ち上がり電圧をあ
まり大きくすることなくリーク電流Bの立ち上がり電圧
を大きくできる。よって、図6の場合で比較してコレク
タ電流Aとリーク電流Bとの比を従来に比べ約1桁大き
く得られ、高電流利得を得ることが可能となる。
【0019】さらに、他の構造およびその製造方法によ
り、真性ベース・エミッタ接合を従来と同等にできるの
で、コレクタ電流Aの立ち上がり電圧を従来同様としリ
ーク電流Bの立ち上がり電圧のみを大きくできる。よっ
て、前記の構造およびその製造方法と同様に高電流利得
を得ることが可能となるとともに、トランジスタとして
のオン電圧を低い値に保つことが可能となる。
【0020】
【実施例】以下、本発明のそれぞれ一実施例としてのヘ
テロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法に
ついて、図面を参照しながら説明する。
【0021】図1は本発明の一実施例としてのヘテロ接
合バイポーラトランジスタの断面図、図2(a),(b),
(c)、図3(a),(b),(c)、図4(a),(b),(c)な
らびに図5(a),(b),(c)は、それぞれ本発明の一実
施例におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタおよび
その製造方法を示した構造断面図である。
【0022】まず、図1および図2(a),(b),(c)を
用い本発明の一実施例におけるヘテロ接合バイポーラト
ランジスタおよびその製造方法について、以下に説明す
る。
【0023】図1および図2(a),(b),(c)におい
て、21は半導体装置の基板、22はエミッタコンタク
ト層、23は第1エミッタ層、24は前記第1エミッタ
層23よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層2
3との接合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ
等しい第2エミッタ層、25は前記第2エミッタ層24
よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベース層、26はコ
レクタ層、27はコレクタキャップ層、28はコレクタ
メサおよびイオンビーム29により選択的に高抵抗層3
0と外部ベース層31を形成するためのマスク、32、
33、34はそれぞれ、コレクタ電極、ベース電極およ
びエミッタ電極である。
【0024】まず、半絶縁性GaAsからなる基板21
上に、高濃度n型GaAsからなるエミッタコンタクト
層22と、N型Al0.3Ga0.7Asからなる第1エミッ
タ層23と、N型Al0.6Ga0.4Asからなる第2エミ
ッタ層24と、高濃度p型GaAsからなるベース層2
5と、n型GaAsからなるコレクタ層26と、高濃度
n型GaAsからなるコレクタキャップ層27とを積層
した多層膜構造を形成する。次にマスク28を形成し
(図2(a))、エッチングにより前記ベース層25を露
呈させ、さらにMgおよびOのイオンビーム29を用い
たイオン注入および活性化の熱処理を行ない、それぞれ
前記第2エミッタ層24に接し、かつ前記第1エミッタ
層23とは接しない外部ベース層31と前記外部ベース
層31直下の高抵抗層30とを形成する(図2(b))。
次に、前記マスク28を除去し、さらに前記エミッタコ
ンタクト層22を露呈させた後、前記コレクタキャップ
層27上、前記ベース層25上および前記エミッタコン
タクト層22上にそれぞれ、コレクタ電極32、ベース
電極33およびエミッタ電極34を形成しヘテロ接合バ
イポーラトランジスタが完成する(図2(c))。
【0025】以上に示す実施例によれば、エミッタを2
層構造とし、Al0.6Ga0.4Asからなる第2エミッタ
層24が外部ベース層31と接しているために、図2
(c)中のコレクタ電流Aおよびリーク電流Bはそれぞ
れ図6中のp/N0.6およびP0.6/N0.6の電流電圧特
性に対応する。よって、従来のp/N0.3とP0.3/N0.
3の組合せに比べ大きな電流比が得られるとともに、高
電流領域でも寄生抵抗の影響が大幅に緩和され、大きな
電流利得が得られる。また、第1エミッタ層23をAl
0.3Ga0.7As、第2エミッタ層24をAl0.6Ga0.4
Asとしているため、これら2層のエミッタの伝導帯下
端エネルギー準位がほぼ等しく、キャリアである電子の
エミッタ内での輸送も問題なくおこなわれる。
【0026】次に、図3(a),(b),(c)を用い、本発
明の一実施例におけるヘテロ接合バイポーラトランジス
タの製造方法について、以下に説明する。図3(a),
(b),(c)において、50は高抵抗層30を形成するた
めの高抵抗化イオンビーム、51は外部ベース層31を
形成するための不純物拡散流であり、その他の構成は、
図1および図2(a),(b),(c)に示したヘテロ接合バ
イポーラトランジスタおよびその製造方法と同じである
ので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を
省略する。
【0027】まず図2(a),(b),(c)で示した実施例
と同様の材料を用い、基板21上に、エミッタコンタク
ト層22、第1エミッタ層23、第2エミッタ層24、
ベース層25、コレクタ層26、コレクタキャップ層2
7を積層した多層膜構造を形成する。次にマスク28を
形成し(図3(a))、エッチングにより前記ベース層2
5を露呈させた後、Znからなる不純物拡散流51を用
いた不純物拡散およびBの高抵抗化イオンビーム50を
用いたイオン注入により、それぞれ前記第2エミッタ層
24に接し、かつ前記第1エミッタ層23とは接しない
外部ベース層31と前記外部ベース層31直下の高抵抗
層30とを形成する(図3(b))。次に、図2(c)と同
様にしてコレクタ電極32、ベース電極33およびエミ
ッタ電極34を形成しヘテロ接合バイポーラトランジス
タが完成する(図3(c))。
【0028】以上のように図3(a),(b),(c)に示す
実施例によれば、図1および図2(a),(b),(c)に示
した実施例と同様に、図3(c)中のコレクタ電流Aお
よびリーク電流Bはそれぞれ図6中のp/N0.6および
P0.6/N0.6の電流電圧特性に対応し、従来に比べ大き
な電流比が得られるとともに、高電流領域でも寄生抵抗
の影響が大幅に緩和され、大きな電流利得が得られる。
また、キャリアである電子のエミッタ内での輸送も問題
なくおこなわれる。さらに、外部ベース層31の形成を
Znからなる不純物拡散で行なうため、図2(a),
(b),(c)に示した実施例に比べ、外部ベース層31の
表面をより高濃度化でき、ベース抵抗がさらに低減でき
る。またBのイオン注入による高抵抗層30の形成のた
めの熱処理を、前記不純物拡散時の熱履歴で兼用でき、
プロセスの簡略化が可能となる。
【0029】次に、図4(a),(b),(c)に示す本発明
の一実施例におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ
およびその製造方法について、以下に説明する。
【0030】図4(a),(b),(c)において、41は第
1導電型であって第2エミッタ層24よりも禁制帯幅が
狭くかつ前記第2エミッタ層24との接合部におけるキ
ャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第3
エミッタ層であり、その他の構成は、図1および図2
(a),(b),(c)に示したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタおよびその製造方法と同じであるので、同一構成
部分には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【0031】まず、半絶縁性GaAsからなる基板21
上に、高濃度n型GaAsからなるエミッタコンタクト
層22と、N型Al0.3Ga0.7Asからなる第1エミッ
タ層23と、N型Al0.6Ga0.4Asからなる第2エミ
ッタ層24と、N型Al0.3Ga0.7Asからなる第3エ
ミッタ層41と、高濃度p型GaAsからなるベース層
25と、n型GaAsからなるコレクタ層26と、高濃
度n型GaAsからなるコレクタキャップ層27とを積
層した多層膜構造を形成する。次にマスク28を形成し
(図4(a))、エッチングにより前記ベース層25を露
呈させ、さらにMgおよびOのイオンビーム29を用い
たイオン注入および活性化の熱処理を行ない、それぞれ
前記第2エミッタ層24に接し、かつ前記第1エミッタ
層23とは接しない外部ベース層31と前記外部ベース
層31直下の高抵抗層30とを形成する(図4(b))。
次に、図2(c)に示した実施例と同様にしてコレクタ電
極32、ベース電極33およびエミッタ電極34を形成
しヘテロ接合バイポーラトランジスタが完成する(図4
(c))。
【0032】以上のように図4(a),(b),(c)に示す
実施例によれば、エミッタを3層構造とし、図4(c)
中の、コレクタ電流Aには図6中のp/N0.3が、また
リーク電流Bには図6中のP0.3/N0.3とさらに寄生抵
抗の影響が大きくなる部分すなわちベース層25から離
れた部分においてP0.6/N0.6が対応するように形成さ
れている。よって、従来のp/N0.3とP0.3/N0.3の
みの組合せに比べ、高電流領域および微細な素子におい
て前記リーク電流Bが大幅に抑制され大きな電流利得が
得られる。また、第1エミッタ層23をAl0.3Ga0.7
As、第2エミッタ層24をAl0.6Ga0.4Asそして
第3エミッタ層41を再びAl0.3Ga0.7Asとしてい
るため、これら3層のエミッタの伝導帯下端エネルギー
準位がほぼ等しく、キャリアである電子のエミッタ内で
の輸送も問題なくおこなわれる。
【0033】次に、図5(a),(b),(c)に示す本発明
の一実施例におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の製造方法について、以下に説明する。
【0034】図5(a),(b),(c)において、50は高
抵抗層30を形成するための高抵抗化イオンビーム、5
1は外部ベース層31を形成するための不純物拡散流で
あり、その他の構成は図4(a),(b),(c)に示したヘ
テロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法と
同じであるので、同一構成部分には同一番号を付して詳
細な説明を省略する。
【0035】まず図4(a),(b),(c)で示した実施例
と同様の材料を用い、基板21上に、エミッタコンタク
ト層22と、第1エミッタ層23と、第2エミッタ層2
4と、第3エミッタ層41と、ベース層25と、コレク
タ層26と、コレクタキャップ層27とを積層した多層
膜構造を形成する。次にマスク28を形成し(図5
(a))、エッチングにより前記ベース層25を露呈させ
た後、Znからなる不純物拡散流51を用いた不純物拡
散およびBの高抵抗化イオンビーム50を用いたイオン
注入により、それぞれ前記第2エミッタ層24に接し、
かつ前記第1エミッタ層23とは接しない外部ベース層
31と前記外部ベース層31直下の高抵抗層30とを形
成する(図5(b))。次に、図2(c)に示した実施例と
同様にしてコレクタ電極32、ベース電極33およびエ
ミッタ電極34を形成しヘテロ接合バイポーラトランジ
スタが完成する(図4(c))。
【0036】以上のように図5(a),(b),(c)に示す
実施例によれば、図4(a),(b),(c)に示した実施例
と同様に、図5(c)中のコレクタ電流Aおよびリーク
電流Bはそれぞれ図6中のp/N0.3およびP0.3/N0.
3とP0.6/N0.6に対応し、従来に比べ高電流領域およ
び微細な素子において前記リーク電流Bが大幅に抑制さ
れ、大きな電流利得が得られる。また、キャリアである
電子のエミッタ内での輸送も問題なくおこなわれる。さ
らに、外部ベース層31の形成をZnからなる不純物拡
散で行なうため、図4(a),(b),(c)に示した実施例
に比べ、外部ベース層31の表面をより高濃度化でき、
ベース抵抗がさらに低減できる。またBのイオン注入に
よる高抵抗層30の形成のための熱処理を、前記不純物
拡散時の熱履歴で兼用でき、プロセスの簡略化が可能と
なる。
【0037】なお、以上の実施例では、外部ベース層形
成の選択イオン注入および選択不純物拡散をそれぞれM
gのイオンビームおよびZnの選択不純物拡散とした
が、外部ベース層として第2導電型が形成できるイオン
注入および不純物拡散であれば何でもよく、例えばC、
Be、Znもしくはこれらを含む複数イオン種のイオン
注入、またBeやMgの不純物拡散でもよい。さらに、
高抵抗層形成の選択イオン注入を、OおよびBからなる
イオンビームとしたが、高抵抗層が形成されるイオン注
入であればいかなるものでもよい。また、第1エミッタ
層をAl0.3Ga0.7As、第2エミッタ層をAl0.6G
a0.4As、第3エミッタ層をAl0.3Ga0.7As、ベ
ース層をGaAsとしたが、各エミッタ層接合部でのキ
ャリアのエネルギー準位がほぼ等しく、ベース層に接す
るエミッタ層の禁制帯幅がベース層より広く、第2エミ
ッタ層の禁制帯幅が第1エミッタ層より広い材料系であ
ればいかなる組合せでもよいことは明らかである。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明は、エミッタを、第
1導電型の第1エミッタ層と第1導電型であって前記第
1エミッタ層よりも禁制帯幅が広くかつ前記第1エミッ
タ層との接合部におけるキャリアのエネルギー準位がほ
ぼ等しい材料からなる第2エミッタ層との2層構造と
し、第2導電型であって前記第2エミッタ層と等しい禁
制帯幅で前記第2エミッタ層に接し、かつ前記第1エミ
ッタ層とは接しない外部ベース層と、前記外部ベース層
直下の高抵抗層とを設けることにより、高電流領域およ
び素子サイズを微細化しても高電流利得を得ることがで
きる。またさらに、エミッタを、第1導電型の第1エミ
ッタ層と第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも
禁制帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部にお
けるキャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からな
る第2エミッタ層と、第1導電型であって前記第2エミ
ッタ層よりも禁制帯幅が狭くかつ前記第2エミッタ層と
の接合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ等し
い材料からなる第3エミッタ層を有する3層構造とし、
第2導電型であって前記第2エミッタ層と等しい禁制帯
幅で前記第2エミッタ層に接し、かつ前記第1エミッタ
層とは接しない外部ベース層と、前記外部ベース層直下
の高抵抗層とを設けることにより、先と同様に高電流領
域および素子サイズを微細化しても高電流利得を得るこ
とができるとともに、トランジスタとしてのオン電圧を
低い値に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの構造断面図
【図2】本発明の一実施例におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタおよびその製造方法を各工程ごとに示し
た構造断面図
【図3】本発明の一実施例におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタおよびその製造方法を各工程ごとに示し
た構造断面図
【図4】本発明の一実施例におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタおよびその製造方法を各工程ごとに示し
た構造断面図
【図5】本発明の一実施例におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタおよびその製造方法を各工程ごとに示し
た構造断面図
【図6】従来例および本実施例における動作説明のため
の各種pn接合における電流電圧特性図
【図7】従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタおよ
びその製造方法を示した構造断面図
【符号の説明】
1 基板 2 エミッタコンタクト層 3 エミッタ層 4 ベース層 5 コレクタ層 6 コレクタキャップ層 8 マスク 9 外部ベース層 10 高抵抗層 11 イオンビーム 21 基板 22 エミッタコンタクト層 23 第1エミッタ層 24 第2エミッタ層 25 ベース層 26 コレクタ層 27 コレクタキャップ層 29 イオンビーム 30 高抵抗層 31 外部ベース層 41 第3エミッタ層 50 高抵抗化イオンビーム 51 不純物拡散流 A コレクタ電流 B リーク電流

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくともベース層がエミッタ層よりも禁
    制帯幅の狭い材料からなるヘテロ接合バイポーラトラン
    ジスタにおいて、基板上に、第1導電型の第1エミッタ
    層、第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも禁制
    帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部における
    キャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第
    2エミッタ層、第2導電型であって前記第2エミッタ層
    よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベース層、第1導電
    型のコレクタ層の少なくとも4層からなる多層膜構造
    と、第2導電型であって前記第2エミッタ層と等しい禁
    制帯幅で前記第2エミッタ層に接し、かつ前記第1エミ
    ッタ層とは接しない外部ベース層と、前記外部ベース層
    直下の高抵抗層とを有することを特徴としたヘテロ接合
    バイポーラトランジスタ。
  2. 【請求項2】基板上に、第1導電型の第1エミッタ層
    と、第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも禁制
    帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部における
    キャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第
    2エミッタ層と、第2導電型であって少なくとも前記第
    2エミッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベース
    層と、第1導電型のコレクタ層との少なくとも4層から
    なる多層膜構造を形成する工程と、マスクを用い選択的
    に前記コレクタ層を除去した後、前記マスクを用いた選
    択イオン注入により、前記第2エミッタ層の一部を第2
    導電型とした部分を含み、かつ前記第1エミッタ層とは
    接しない外部ベース層と、前記外部ベース層直下を高抵
    抗化した高抵抗層を形成する工程とを含むことを特徴と
    したヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】第1エミッタ層がAl0.3Ga0.7As、第
    2エミッタ層がAl0.6Ga0.4As、ベース層がGaA
    sである請求項2記載のヘテロ接合バイポーラトランジ
    スタの製造方法。
  4. 【請求項4】外部ベース層形成の選択イオン注入が、
    C、Be、MgまたはZnからなるイオンもしくはこれ
    らを含む複数イオンの選択イオン注入である請求項2記
    載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】高抵抗層形成の選択イオン注入が、H、O
    またはBからなるイオンの選択イオン注入である請求項
    2記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方
    法。
  6. 【請求項6】基板上に、第1導電型の第1エミッタ層
    と、第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも禁制
    帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部における
    キャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第
    2エミッタ層と、第2導電型であって少なくとも前記第
    2エミッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料からなるベース
    層と、第1導電型のコレクタ層との少なくとも4層から
    なる多層膜構造を形成する工程と、マスクを用い選択的
    に前記コレクタ層を除去した後、前記マスクを用いた選
    択不純物拡散により、前記第2エミッタ層の一部を第2
    導電型とした部分を含み、かつ前記第1エミッタ層とは
    接しない外部ベース層を形成する工程と、さらに前記マ
    スクを用いたイオン注入により、前記外部ベース層直下
    を高抵抗化した高抵抗層を形成する工程とを含むことを
    特徴としたヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方
    法。
  7. 【請求項7】第1エミッタ層がAl0.3Ga0.7As、第
    2エミッタ層がAl0.6Ga0.4As、ベース層がGaA
    sである請求項6記載のヘテロ接合バイポーラトランジ
    スタの製造方法。
  8. 【請求項8】外部ベース層形成の選択不純物拡散が、B
    e、MgまたはZnの選択不純物拡散である請求項6記
    載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
  9. 【請求項9】高抵抗層形成の選択イオン注入が、H、O
    またはBからなるイオンの選択イオン注入である請求項
    6記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方
    法。
  10. 【請求項10】少なくともベース層がエミッタ層よりも
    禁制帯幅の狭い材料からなるヘテロ接合バイポーラトラ
    ンジスタにおいて、基板上に、第1導電型の第1エミッ
    タ層、第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも禁
    制帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部におけ
    るキャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる
    第2エミッタ層、第1導電型であって前記第2エミッタ
    層よりも禁制帯幅が狭くかつ前記第2エミッタ層との接
    合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材
    料からなる第3エミッタ層、第2導電型であって少なく
    とも前記第3エミッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料から
    なるベース層、第1導電型のコレクタ層の少なくとも5
    層からなる多層膜構造と、第2導電型であって前記第2
    エミッタ層と等しい禁制帯幅で前記第2エミッタ層に接
    し、かつ前記第1エミッタ層とは接しない外部ベース層
    と、前記外部ベース層直下の高抵抗層とを有することを
    特徴としたヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
  11. 【請求項11】基板上に、第1導電型の第1エミッタ層
    と、第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも禁制
    帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部における
    キャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第
    2エミッタ層と、第1導電型であって前記第2エミッタ
    層よりも禁制帯幅が狭くかつ前記第2エミッタ層との接
    合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材
    料からなる第3エミッタ層と、第2導電型であって少な
    くとも前記第3エミッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料か
    らなるベース層と、第1導電型のコレクタ層との少なく
    とも5層からなる多層膜構造を形成する工程と、マスク
    を用い選択的に前記コレクタ層を除去した後、前記マス
    クを用いた選択イオン注入により、前記第2エミッタ層
    の一部を第2導電型とした部分を含み、かつ前記第1エ
    ミッタ層とは接しない外部ベース層と、前記外部ベース
    層直下を高抵抗化した高抵抗層を形成する工程とを含む
    ことを特徴としたヘテロ接合バイポーラトランジスタの
    製造方法。
  12. 【請求項12】第1エミッタ層がAl0.3Ga0.7As、
    第2エミッタ層がAl0.6Ga0.4As、第3エミッタ層
    がAl0.3Ga0.7As、ベース層がGaAsである請求
    項11記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
    方法。
  13. 【請求項13】外部ベース層形成の選択イオン注入が、
    C、Be、MgまたはZnからなるイオンもしくはこれ
    らを含む複数イオンの選択イオン注入である請求項11
    記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
  14. 【請求項14】高抵抗層形成の選択イオン注入が、H、
    OまたはBからなるイオンの選択イオン注入である請求
    項11記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
    方法。
  15. 【請求項15】基板上に、第1導電型の第1エミッタ層
    と、第1導電型であって前記第1エミッタ層よりも禁制
    帯幅が広くかつ前記第1エミッタ層との接合部における
    キャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材料からなる第
    2エミッタ層と、第1導電型であって前記第2エミッタ
    層よりも禁制帯幅が狭くかつ前記第2エミッタ層との接
    合部におけるキャリアのエネルギー準位がほぼ等しい材
    料からなる第3エミッタ層と、第2導電型であって少な
    くとも前記第3エミッタ層よりも禁制帯幅の狭い材料か
    らなるベース層と、第1導電型のコレクタ層との少なく
    とも5層からなる多層膜構造を形成する工程と、マスク
    を用い選択的に前記コレクタ層を除去した後、前記マス
    クを用いた選択不純物拡散により、前記第2エミッタ層
    の一部を第2導電型とした部分を含み、かつ前記第1エ
    ミッタ層とは接しない外部ベース層を形成する工程と、
    さらに前記マスクを用いたイオン注入により、前記外部
    ベース層直下を高抵抗化した高抵抗層を形成する工程と
    を含むことを特徴としたヘテロ接合バイポーラトランジ
    スタの製造方法。
  16. 【請求項16】第1エミッタ層がAl0.3Ga0.7As、
    第2エミッタ層がAl0.6Ga0.4As、第3エミッタ層
    がAl0.3Ga0.7As、ベース層がGaAsである請求
    項15記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
    方法。
  17. 【請求項17】外部ベース層形成の選択不純物拡散が、
    Be、MgまたはZnの選択不純物拡散である請求項1
    5記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方
    法。
  18. 【請求項18】高抵抗層形成の選択イオン注入が、H、
    OまたはBからなるイオンの選択イオン注入である請求
    項15記載の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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