JPH0622241B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0622241B2
JPH0622241B2 JP8490188A JP8490188A JPH0622241B2 JP H0622241 B2 JPH0622241 B2 JP H0622241B2 JP 8490188 A JP8490188 A JP 8490188A JP 8490188 A JP8490188 A JP 8490188A JP H0622241 B2 JPH0622241 B2 JP H0622241B2
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gaas
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etching
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置,特にAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用いたヘテ
ロバイポーラトランジスタ(HBT) 及びホットエレクトロ
ントランジスタ(HET) に関し, HBT のベース抵抗の増加とばらつきを抑制し,HET の共
鳴電圧の変動や電流密度の低下を防止することを目的と
し, GaAs基板上に少なくとも,GaAsコレクタ層,GaAsベース
層及びエミッタ層が順に形成された積層構造を有し,該
エミッタ層と該コレクタ層との間に禁制帯幅がGaAsに略
等しい組成を有するInxAl1-x As(0<x<1)層が介在し
てなるように構成する。或いは,GaAs基板上に順に少な
くともGaAsコレクタ層,GaAsベース層,InxAl1-x Asエ
ッチングストッパ層及びエミッタ層とを成長する工程
と,ベース電極形成領域の該エミッタ層をエッチング除
去して,該InxAl1-x Asエッチングストッパ層を露出さ
せる工程とを有するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置,特にAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用
いたヘテロバイポーラトランジスタ(HBT) 及びホットエ
レクトロントランジスタ(HET) に関する。
近年,コンピュータその他の情報処理装置,或いは通信
装置の高速化の要求が高まってきている。そのためによ
り高速の半導体装置の開発が急務である。HBT はエミッ
タにベースより大きい禁制帯幅の大きい物質を用いてい
るため電流増幅率が大きく,その分ベース層の厚さを厚
くでき,ベース抵抗の低減が可能となる。そのため高速
デバイスとして期待が持てる。
一方、HET は電子がエミッタよりベースに注入されたと
き,高い位置エネルギを運動エネルギに変換して高速で
走行できる利点を持つ。その飽和速度は通常のトランジ
スタでは107cm/sec であるが,HET ではその10倍程度に
なる。
HET の中でも,共鳴トンネリングホットエレクトロント
ランジスタ(RHET)は,共鳴トンネリング効果を利用し,
高いエネルギを持つホットエレクトロンの動きを制御で
きるので,高速の論理,記憶等の機能を持つことができ
る。さらに,少数のデバイスでもってLSI を構成する回
路機能を実現できるため将来の新機能デバイスとして注
目されている。
従って,ここではAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用いたRHET
を例にとり説明する。
〔従来の技術〕
第7図は従来のAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用いたHBT の
断面図である。
図において,半絶縁性(SI-)GaAs 基板1上に,例えばMB
E 法により n+-GaAs コレクタコンタクト層2,n-GaAs
コレクタ3, p+-GaAs ベース層4,n-Al0.3Ga0.7Asエ
ミッタ層5,n+-GaAs エミッタコンタクト層6を順次成
長する。
上記各層の諸元は,例えば次の通りである。
露出されたエミッタコンタクト層6,ベース層4,コレ
クタコンタクト層2上にはそれぞれ厚さ200/3000ÅのAu
Ge/Au 層からなるエミッタ電極E,ベース電極B,コレ
クタ電極Cが取り付けられる。
従来例においては,ベース電極を形成するために,GaAs
からなるエミッタコンタクト層6及びAlGaAsからなるエ
ミッタ層5を弗酸系のウエットエッチングや,Cl系ガ
スを用いた時間制御の反応性イオンエッチング(RIE) を
行っていた。
ウエットエッチングによる典型的なエッチング速度は GaAsで 60 nm/min,AlGaAsで 90 nm/minとなっている。
又,RIE で,CCl2F2ガスを用いた場合は GaAsで 200 nm/min, AlGaAs で2 nm/minとなり,Cl
ガスを用いた場合は GaAs,AlGaAsとも200 nm/min 程度である。
この結果より,上記のいずれのエッチング方法も,HBT
のベース層を露出するエッチングには適さないことが分
かる。
そのため,オーバエッチングによるベース抵抗の増加及
び基板内でのばらつきが問題となっていた。
第8図は従来のAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用いたRHETの
断面図である。
図において,SI-GaAs 基板1R上に,例えばMBE 法により
順次 n+-GaAs コレクタ層2R,Al0.3Ga0.7Asコレクタバ
リア層3R,n-GaAsベース層4R,さらに,Al0.3Ga0.7Asバ
リア層5R,GaAsウエル層6R,Al0.3Ga0.7Asバリア層7Rか
らなる量子井戸層及びGaAs層8R,Al0.3Ga0.7Asエッチン
グストッパ層9R, n+-GaAs エミッタ層10R を成長す
る。
上記各層の諸元は,例えば次の通りである。
エミッタ層10R ,ベース層4R,コレクタ層2R上にそれぞ
れ厚さ200/3000ÅのAuGe/Au 電極E,B,Cが取り付け
られる。
単に,HET の場合は,共鳴量子井戸層であるバリア層5
R,ウエル層6R,バリア層7Rの代わりに,エミッタバリ
ア層として,厚さ 100〜250 ÅのAl0.3Ga0.7As層を形成
する。
従来例においては,ベース領域を露出させるエッチング
ストッパとして,共鳴井戸の真上にGaAsエミッタ層と化
学組成が異なりエッチングの選択比のとれる物質,例え
ばAlGaAs(またはAlAs)層9Rをn-GaAsベース層4Rに近接
して薄いGaAs8Rを介して挿入していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来例においては,HBT の場合は,エッチャントの組成
にわずかのズレがあったり,結晶の組成にわずかなズレ
があるとジャストエッチングは難しく,ベース層を削り
過ぎたり,削る量が不足したりしてベース抵抗の制御が
困難となり,製造歩留の低下につながった。
又,RHETの場合は,共鳴井戸に近接してエッチングスト
ッパ層のバリアが形成されるため,共鳴電圧が設計値よ
りずれたり,また電流密度が低下するという問題があっ
た。
本発明は,多少のエッチング時間のズレや結晶の組成の
ズレがあっても,ベース層の最上部でエッチングをスト
ップする方法及び構造を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題の解決は,GaAs基板上に少なくとも,GaAsコ
レクタ層,GaAsベース層及びエミッタ層が順に形成され
た積層構造を有し,該エミッタ層と該コレクタ層との間
に禁制帯幅がGaAsに略等しい組成を有するInxAl1-x As
(0<x<1)層が介在してなる半導体装置,或いは,GaAs
基板上に順に少なくともGaAsコレクタ層,GaAsベース
層,InxAl1-x Asエッチングストッパ層及びエミッタ層
とを成長する工程と,ベース電極形成領域の該エミッタ
層をエッチング除去して,該InxAl1-x Asエッチングス
トッパ層を露出させる工程とを有する半導体装置の製造
方法により達成される。
〔作用〕
本発明は,エッチングストッパ層としてGaAsと同じバン
ドギャップを持ち,かつエッチングの選択比の大きいIn
0.57Al0.43Asを用いることにより,バンド構造としては
エッチングストッパ層がない場合と同等になり,素子特
性に影響を与えないようにしたものである。
HBT のベース領域露出のためのエッチングは,例えばCl
によるリアクティブイオンエッチング(RIE) を行う
と,Inを含むIn0.57Al0.43As層でストップする。
ClによるRIE において,ガス圧5 Pa,基板当たり周波
数13.56 MHz の電力 100 Wを印加した場合,エッチング
速度は次のようである。
GaAs及びAlGaAs: 400 nm/min In0.57Al0.43As: 2〜3nm/min以下 このように,エッチングの選択比が100 倍以上と大き
い。従って,ベースの最上層でエッチングをストップす
ることができる。
これはIn0.57Al0.43Asに含まれるInがエッチングの進行
とともにInClを生じ,これがストッパの役目をするか
らである。
更に,上記電力を 80 W にすると, GaAs及びAlGaAs: 200 nm/min In0.57Al0.43As: 0.5 nm/min以下 と,選択比を増加できる。
RHETのベース領域露出のためのエッチングは,例えばCC
l2F2によるドライエッチングを行うと,Alを含むIn0.57
Al0.43As層でストップする。
CCl2F2によるRIE において,基板当たり周波数13.56 MH
z の電力 100 Wを印加した場合,エッチング速度は次の
ようである。
GaAs: 2000Å/min In0.57Al0.43As:5〜10Å/min以下 このように,エッチングの選択比が〜100 とAlGaAsと同
程度に大きい。
これはIn0.57Al0.43Asに含まれるAlがエッチングの進行
とともにAlF を生じ,これがストッパの役目をするから
である。
このようなエッチングストッパ層の挿入によりHBT では
ベース抵抗の増加とばらつきを抑制し,HET 又はRHETで
は共鳴電圧や電流密度変動を抑制することができる。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例によるAlGaAs/GaAsヘテロ接
合を用いたHBT の断面図である。
図において,SI-GaAs 基板1上に順次 n+-GaAsコレクタコンタクト層2, n-GaAs コレクタ3,p+-GaAsベース層4, p+-In0.57Al0.43As層7,n-Al0.3Ga0.7Asエミッタ層
5, n+-GaAsエミッタコンタクト層6が成長されてい
る。
上記各層の諸元は,例えば次の通りである。
露出されたエミッタコンタクト層6,ベース層4,コレ
クトコンタクト層2上にはそれぞれ厚さ200/3000ÅのAu
Ge/Au 層からなるエミッタ電極E,ベース電極B,コレ
クタ電極Cが取り付けられている。
第2図は本発明の一実施例によるAlGaAs/GaAsヘテロ接
合を用いたRHETの断面図である。
図において,SI-GaAs 基板1R上に順次 n+-GaAsコレクタ層2R,Al0.3Ga0.7Asコレクタバリア層
3R, n-GaAsベース層4R,さらに, Al0.3Ga0.7As バリア層5R,GaAsウエル層6R,Al0.3Ga
0.7Asバリア層7Rからなる量子井戸層及びGaAs層8R,In
0.5Al0.5Asエッチングストッパ層9RA , n+-GaAs エミ
ッタ層10R が形成されている。
上記各層の諸元は,例えば次の通りである。
エミッタ層10R ,ベース層4R,コレクタ層2R上にそれぞ
れ厚さ200/3000ÅのAuGe/Au 電極E,B,Cが取り付け
られる。
単に,HET は,共鳴量子井戸層であるバリア層5R,ウエ
ル層6R,バリア層7Rの代わりに,エミッタバリア層とし
て,厚さ 100〜250 ÅのAl0.3Ga0.7As層を形成した構造
である。
第3図(1),(2)はそれぞれ実施例と従来例のHBT のバン
ド構造図である。
図は伝導帯底Eを示し,実施例の第3図(1)が従来例
の第3図(2)と相違する点は,エミッタとベース間にエ
ッチングストッパ層として p+-In0.57Al0.43As層7を挿
入したことである。
ここで,In0.57Al0.43Asの禁制帯幅は約 1.42eV であ
り,GaAsのそれと全く同じにとってある。そのため,こ
の層はHBT 動作時の電子や正孔の動きの妨げとならず,
従来例のHBT と全く同じように高い電流利得を示す。
第4図(1),(2)はそれぞれ実施例と従来例のRHETのバン
ド構造図である。
図は伝導帯底Eを示し,第4図(1)の実施例では共鳴
井戸に近接してエッチングストッパ層9RA のバリアが形
成されないため,共鳴電圧が設計値よりずれたり,また
電流密度が低下するという問題は生じない。
第5図は実施例の工程を説明するHBT の断面図である。
図において,GaAs基板1上に,例えばMBE 法により順次
n+-GaAsコレクタコンタクト層2,n-GaAs コレクタ
3,p+GaAs ベース層4, p+-In0.57Al0.43As層7, n-
Al0.3Ga0.7Asエミッタ層5, n+-GaAsエミッタコンタク
ト層6を成長する。
この後,第1図において,RIE を行いベース領域を露出
し,また,H2O+H2O2+HFを用いた通常のウエットエッ
チングによりコレクタコンタクト層2を露出する。
実施例の構造で,合計厚さ400 nm のGaAsエミッタコン
タクト層6及びAlGaAsエミッタ層5を,ClによるRIE
を用いてガス圧5 Pa,基板当たりの電力80 W でエッチ
ングする場合,約2分かかる。
これに対して,InAlAs層の厚さは2nmであるので約4分
かかる。従ってエッチングストップに約4分の時間的余
裕がある。そのためにエッチングをベース最上層でスト
ップすることができる。
次に,露出されたエミッタコンタクト層6,ベース層
4,コレクタコンタクト層2上にはそれぞれ厚さ200/30
00ÅのAuGe/Au 層からなるエミッタ電極E,ベース電極
B,コレクタ電極Cを取り付ける。
第6図は実施例の工程を説明するRHETの断面図である。
図において,SI-GaAs 基板1R上に,例えばMBE 法により
順次 n+-GaAsコレクタ層2R,Al0.3Ga0.7Asコレクタバリ
ア層3R,n-GaAsベース層4R,さらに,Al0.3Ga0.7Asバリ
ア層5R,GaAsウエル層6R,Al0.3Ga0.7Asバリア層7Rから
なる量子井戸層及びGaAs層8R,In0.5Al0.5Asエッチング
ストッパ層9RA , n+-GaAsエミッタ層10R を成長する。
この後,第2図において,前記のエッチングを行いベー
ス領域を露出し,また,H2O+H2O2+HFを用いた通常の
ウエットエッチングによりコレクタ層2Rを露出する。
次に,エミッタ層8R,ベース層4R,コレクタ層2R上にそ
れぞれ厚さ200/3000ÅのAuGe/Au 電極E,B,Cを取り
付ける。
電流密度は従来例で1×104A/cm2であったが,実施例で
は2×104A/cm2と向上した。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば, AlGaAs/GaAs HBT のベース電極形成のためのベース層露
出の際に十分時間的余裕を持ってエッチングができ,ベ
ース抵抗の増加とばらつきを抑制することができる。
又,(R)HETにおいては本発明のInAlAsは従来のAlGaAsと
同程度の選択比を有し,完全なエッチングストッパとな
り,共鳴電圧や電流密度に全く影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるAlGaAs/GaAs ヘテロ接
合を用いたHBT の断面図, 第2図は本発明の一実施例によるAlGaAs/GaAs ヘテロ接
合を用いたRHETの断面図, 第3図(1),(2)はそれぞれ実施例と従来例のHBT のバン
ド構造図, 第4図(1),(2)はそれぞれ実施例と従来例のRHETのバン
ド構造図, 第5図は実施例の工程を説明するHBT の断面図, 第6図は実施例の工程を説明するRHETの断面図, 第7図は従来のAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用いたHBT の
断面図, 第8図は従来のAlGaAs/GaAs ヘテロ接合を用いたRHETの
断面図である。 図において, 1はGaAs基板, 2は n+-GaAs コレクタコンタクト層, 3は n-GaAs コレクタ, 4は p+-GaAs ベース層, 5はn-Al0.3Ga0.7Asエミッタ層, 6は n+-GaAs エミッタコンタクト層, 7は p+-In0.57Al0.43As 層, 1RはGaAs基板, 2Rは n+-GaAs コレクタ層, 3RはAl0.3Ga0.7Asコレクタバリア層, 4Rはn-GaAsベース層, 5RはAl0.3Ga0.7Asバリア層, 6RはGaAsウエル層, 7RはAl0.3Ga0.7Asバリア層, 8RはGaAs層, 9RA はIn0.5Al0.5Asエッチングストッパ層, 10R は n+-GaAs エミッタ層 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/73

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】GaAs基板上に少なくとも, GaAsコレクタ層,GaAsベース層及びエミッタ層が順に形
    成された積層構造を有し, 該エミッタ層と該コレクタ層との間に禁制帯幅がGaAsに
    略等しい組成を有するInxAl1-x As(0<x<1)層が介在
    してなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】GaAs基板上に順に少なくとも GaAsコレクタ層,GaAsベース層,InxAl1-x Asエッチン
    グストッパ層及びエミッタ層とを成長する工程と, ベース電極形成領域の該エミッタ層をエッチング除去し
    て,該InxAl1-x Asエッチングストッパ層を露出させる
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP8490188A 1987-11-02 1988-04-06 半導体装置及びその製造方法 Expired - Lifetime JPH0622241B2 (ja)

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JP62-277752 1987-11-02
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JPH04101430A (ja) * 1990-08-20 1992-04-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 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
US5508535A (en) * 1992-01-09 1996-04-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Compound semiconductor devices
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