JPH0653227A - Semiconductor device and electric circuit - Google Patents

Semiconductor device and electric circuit

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JPH0653227A
JPH0653227A JP3969292A JP3969292A JPH0653227A JP H0653227 A JPH0653227 A JP H0653227A JP 3969292 A JP3969292 A JP 3969292A JP 3969292 A JP3969292 A JP 3969292A JP H0653227 A JPH0653227 A JP H0653227A
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JP
Japan
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layer
semiconductor device
base layer
bipolar transistor
heterojunction bipolar
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Application number
JP3969292A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Mochizuki
和浩 望月
Hiroshi Masuda
宏 増田
Tomonori Tagami
知紀 田上
Chushiro Kusano
忠四郎 草野
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the title semiconductor device wherein, when it is operated at high current density, its characteristic change is extremely small and it is provided with a mesa-shaped heterojunction bipolar transistor by a method wherein at least the circumference on the side face of an emitter layer is formed as a space which is filled with the air or an inert gas. CONSTITUTION:A semiconductor device is provided with a heterojunction bipolar transistor which is constituted of a base layer 4, of an emitter layer 6 formed at the upper part of the base layer 4 and of a collector layer 3 formed at the lower part of the base layer 4. In the semiconductor device, at least the circumference on the side face of the emitter layer 6 is formed as a space which has been filled with the air or an inert gas. For example, a subcollector layer 2, a collector layer 3, a base layer 4,a spacer layer 5, an emitter layer 6 and cap layers 7, 8 are grown on a semiinsulating GaAs substrate 1, and an AlGaAs/ Gaps mesa-shaped heterojunction bipolr transistor is manufactured by photolithography and etching. Then, a surface protective film is not formed.

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
トランジスタを有する半導体装置及びヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタを用いた電気回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor and an electric circuit using the heterojunction bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のヘテロ接合バイポーラトランジス
タを有するIII−V族化合物半導体装置は、例えばジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス 第24巻(1985年)第L596頁から第L59
8頁(Japanese Journal ofApplied Physics 24(1
985)pp.L596〜L598)に記載されているように、ベー
ス層の上にいわゆるメサ型のエミッタ層を、ベース層の
下にコレクタ層を設け、半導体層表面保護膜としてSi
2又はSiNを用い、エミッタ電極、ベース電極及び
コレクタ電極にはAuを主成分とした金属を用いてい
た。
2. Description of the Related Art A conventional III-V compound semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor is disclosed, for example, in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 24 (1985), pages L596 to L59.
Page 8 (Japanese Journal of Applied Physics 24 (1
985) pp. L596 to L598), a so-called mesa-type emitter layer is provided on the base layer, and a collector layer is provided below the base layer.
O 2 or SiN was used, and a metal containing Au as a main component was used for the emitter electrode, the base electrode and the collector electrode.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、特に
ベース層p型不純物にBeを用いたAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合に、1×
105A/cm2以上のコレクタ電流密度で連続動作させ
ると、コレクタ電流が低減してしまうという問題がある
ことが、アイイーイーイー・インターナショナル・エレ
クトロン・デバイス・ミーティング1990(1990
年)第673頁から第676頁(IEEEInternationa
l Electron Device Meeting 1990(1990)pp.673
〜676)に指摘されている。同様な問題は、ベース層不
純物にZnを用いたIII−V族化合物半導体メサ型ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの場合やその他のメサ型
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合にも当てはま
る。この原因は、通電により生じるキャリアの再結合過
程で発生したエネルギーにより、エミッタメサ周辺での
ベース層不純物のエミッタ層中への拡散が促進されるた
めと考えられている。このような現象は、電流増幅率の
劣化やオン電圧のシフトといった問題を引き起こすた
め、メサ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びそれ
を用いた電気回路の信頼性を損なう。
The above prior art is particularly concerned with AlGaAs / Ga using Be as the base layer p-type impurity.
1 × for As heterojunction bipolar transistors
There is a problem that the collector current is reduced when continuously operated at a collector current density of 10 5 A / cm 2 or more. AIE International Electron Device Meeting 1990 (1990)
Year) 673 to 676 (IEEE International
l Electron Device Meeting 1990 (1990) pp. 673
~ 676). The same problem applies to the case of the III-V group compound semiconductor mesa type heterojunction bipolar transistor using Zn as the base layer impurity and the case of other mesa type heterojunction bipolar transistors. It is considered that this is because the energy generated in the recombination process of carriers generated by the energization promotes the diffusion of the base layer impurities into the emitter layer around the emitter mesa. Such a phenomenon causes problems such as deterioration of current amplification factor and shift of on-voltage, which impairs reliability of the mesa heterojunction bipolar transistor and an electric circuit using the same.

【0004】本発明の目的は、高電流密度動作時の特性
変動の極めて少ないメサ型ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを有する半導体装置を提供することにある。本発
明の他の目的は、高電流密度動作時の特性変動の極めて
少ない、メサ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用
いた電気回路を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a mesa type heterojunction bipolar transistor in which characteristic fluctuation during high current density operation is extremely small. Another object of the present invention is to provide an electric circuit using a mesa type heterojunction bipolar transistor in which characteristic fluctuation during high current density operation is extremely small.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は、(1)ベー
ス層と該ベース層の上部に設けられたエミッタ層と該ベ
ース層の下部に設けられたコレクタ層により構成される
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを有する半導体装置
において、少なくとも上記エミッタ層側面周囲は、空気
又は不活性ガスが満たされた空間であることを特徴とす
る半導体装置、(2)上記1記載の半導体装置におい
て、上記ベース層表面は、スペーサ層とベース電極のみ
に接していることを特徴とする半導体装置、(3)ベー
ス層と該ベース層の上部に設けられたエミッタ層と該ベ
ース層の下部に設けられたコレクタ層により構成される
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを有する半導体装置
において、上記エミッタ層は、この層に発生する応力が
実質的にゼロになるように構成されたことを特徴とする
半導体装置、(4)ベース層と該ベース層の上部に設け
られたエミッタ層と該ベース層の下部に設けられたコレ
クタ層により構成されるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを有する半導体装置において、上記エミッタ層側面
周囲に設けられた絶縁膜は、その表面が上記エミッタ層
の底面より低い位置にあることを特徴とする半導体装
置、(5)上記4記載の半導体装置において、上記ベー
ス層近傍の絶縁膜は、その表面の位置がベース層表面よ
り低い位置にあることを特徴とする半導体装置、(6)
上記1から5のいずれか一に記載の半導体装置におい
て、上記ベース層、上記エミッタ層、上記コレクタ層を
構成する半導体は、III−V族化合物半導体であること
を特徴とする半導体装置、(7)上記6記載の半導体装
置において、上記ベース層は、不純物としてBeを含
み、その導電型は、p型であることを特徴とする半導体
装置、(8)上記6記載の半導体装置において、上記ベ
ース層は、不純物としてZnを含み、その導電型は、p
型であることを特徴とする半導体装置、(9)上記1か
ら8のいずれか一に記載の半導体装置において、上記エ
ミッタ層及びベース層とそれぞれ電気的に接続するエミ
ッタ電極及びベース電極は、熱膨張率が各電極が形成さ
れた半導体層の熱膨張率と10%以下の差である金属か
らなることを特徴とする半導体装置、(10)上記9記
載の半導体装置において、上記金属は、W若しくはTa
又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする
半導体装置、(11)上記1から10のいずれか一に記
載の半導体装置において、上記ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタのヘテロ接合界面の露出した部分に、S、S
e及びTeからなる群から選ばれた少なくとも一種の元
素が存在することを特徴とする半導体装置によって達成
される。
The above objects are (1) a heterojunction bipolar transistor including a base layer, an emitter layer provided above the base layer, and a collector layer provided below the base layer. (2) In the semiconductor device according to the above (1), the base layer surface may be a space filled with air or an inert gas at least around the side surface of the emitter layer. A semiconductor device in which only the spacer layer and the base electrode are in contact, (3) a base layer, an emitter layer provided above the base layer, and a collector layer provided below the base layer In the semiconductor device having the heterojunction bipolar transistor described above, the stress generated in the emitter layer becomes substantially zero. (4) A heterojunction bipolar transistor including a base layer, an emitter layer provided above the base layer, and a collector layer provided below the base layer. In the semiconductor device having the semiconductor device, the insulating film provided around the side surface of the emitter layer has a surface at a position lower than a bottom surface of the emitter layer, (5) The semiconductor device according to 4 above, The insulating film near the base layer has a surface position lower than that of the base layer surface, (6)
7. The semiconductor device according to any one of 1 to 5 above, wherein the semiconductor forming the base layer, the emitter layer, and the collector layer is a III-V group compound semiconductor. ) In the semiconductor device as described in 6 above, the base layer contains Be as an impurity and its conductivity type is p-type. (8) In the semiconductor device as described in 6 above, the base is The layer contains Zn as an impurity and its conductivity type is p
(9) In the semiconductor device according to any one of 1 to 8 above, the emitter electrode and the base electrode electrically connected to the emitter layer and the base layer respectively are A semiconductor device having a coefficient of expansion of 10% or less difference from the coefficient of thermal expansion of a semiconductor layer on which each electrode is formed, (10) In the semiconductor device described in 9 above, the metal is W. Or Ta
Alternatively, a semiconductor device characterized by being an alloy containing any of these as a main component, (11) In the semiconductor device according to any one of 1 to 10, the exposed portion of the heterojunction interface of the heterojunction bipolar transistor is exposed. , S, S
This is achieved by a semiconductor device characterized by the presence of at least one element selected from the group consisting of e and Te.

【0006】上記他の目的は、(12)少なくとも2個
のバイポーラトランジスタを持ち、該2個のバイポーラ
トランジスタのコレクタが抵抗を介して結合され、か
つ、それぞれのエミッタが結合され、それぞれのベース
へ入力される信号の差を増幅する機能を持つ差動増幅回
路を有する電気回路において、上記2個のバイポーラト
ランジスタは、上記1から11のいずれか一に記載の半
導体装置のヘテロ接合バイポーラトランジスタであるこ
とを特徴とする電気回路によって達成される。
Another object is to (12) have at least two bipolar transistors, the collectors of the two bipolar transistors being coupled through resistors, and the respective emitters being coupled to the respective bases. In an electric circuit having a differential amplifier circuit having a function of amplifying a difference between input signals, the two bipolar transistors are heterojunction bipolar transistors of the semiconductor device according to any one of 1 to 11 above. This is achieved by an electric circuit characterized in that

【0007】本発明は、化合物半導体装置に適用して効
果がある。特にIII−V族化合物半導体装置は上記の問
題が顕著に認められるため、III−V族化合物半導体装
置に本発明を適用することが好ましい。また、上記
(1)、(3)項の構成を取るには、例えば、少くとも
エミッタ層側面を絶縁膜と接しないようにすればよい。
さらに、ベース層表面が絶縁膜と接しないようにするこ
とが好ましい。
The present invention is effective when applied to a compound semiconductor device. In particular, the III-V group compound semiconductor device has the above-mentioned problems conspicuously recognized. Therefore, it is preferable to apply the present invention to the III-V group compound semiconductor device. Further, in order to take the configurations of the above items (1) and (3), for example, at least the side surface of the emitter layer may not be in contact with the insulating film.
Furthermore, it is preferable that the surface of the base layer does not come into contact with the insulating film.

【0008】[0008]

【作用】少くともエミッタ層あるいはその側面周辺を上
記のように構成し、エミッタ層の側面が絶縁膜と接しな
いようにすること、さらに、ベース層表面が絶縁膜と接
しないようにすることにより、高電流密度動作時の特性
変動を従来に比較して抑制することができる。加えて、
エミッタ電極及びベース電極を構成する金属として、そ
の熱膨張率が、エミッタ電極及びベース電極が設けられ
ている半導体層の熱膨張率と10%以下の差である金属
を用いることにより、高電流密度動作時の特性変動を極
めて少くできる。これは、高電流密度動作時の特性変動
に絶縁膜と半導体界面の応力依存性があるという新たに
見い出した実験事実に基づいている。以下、これを図4
から図7を用いて説明する。
By at least forming the emitter layer or its side surface periphery as described above so that the side surface of the emitter layer does not come into contact with the insulating film, and further, the surface of the base layer does not come into contact with the insulating film. In addition, it is possible to suppress the characteristic fluctuation during high current density operation as compared with the conventional one. in addition,
By using a metal having a coefficient of thermal expansion which is less than 10% of the coefficient of thermal expansion of the semiconductor layer on which the emitter electrode and the base electrode are provided as the metal forming the emitter electrode and the base electrode, a high current density can be obtained. Characteristic fluctuation during operation can be minimized. This is based on the newly found experimental fact that the characteristic fluctuation during high current density operation has a stress dependency between the insulating film and the semiconductor interface. Hereafter, this is shown in FIG.
Starting from FIG. 7, description will be made.

【0009】図4は、GaAs(100)基板上に作製
した従来のAlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの断面図である。半絶縁性GaA
s基板1上に、高ドープn型GaAs層(Si濃度=5
×1018/cm3、厚さ0.5μm)からなるサブコレ
クタ層2、n型GaAs層(Si濃度=5×1016/c
3、厚さ0.4μm)からなるコレクタ層3、高ドー
プp型GaAs層(Be濃度=4×1019/cm9、厚
さ0.1μm)からなるベース層4、アンドープGaA
s層(厚さ0.01μm)からなるスペーサ層5、n型
AlGaAs層(AlAsモル比=0.3、Si濃度=
1×1018/cm3、厚さ0.15μm)からなるエミ
ッタ層6、高ドープn型InGaAs層(InAsモル
比は0から0.5まで徐々に変化、Si濃度=1×10
19/cm3、厚さ0.1μm)からなるキャップ層10
1を分子線エピタキシー法により成長させ、ホトリソグ
ラフィー及びエッチングを行った。エミッタ電極102
及びコレクタ電極104にはAuGe系の材料を、ベー
ス電極103にはAuZn系の材料を、表面保護膜10
5にはSiO2を用いた。
FIG. 4 is a sectional view of a conventional AlGaAs / GaAs mesa heterojunction bipolar transistor fabricated on a GaAs (100) substrate. Semi-insulating GaA
Highly doped n-type GaAs layer (Si concentration = 5
X10 18 / cm 3 , thickness 0.5 μm, subcollector layer 2, n-type GaAs layer (Si concentration = 5 × 10 16 / c)
m 3 , and a thickness of 0.4 μm), a collector layer 3, a highly-doped p-type GaAs layer (Be concentration = 4 × 10 19 / cm 9 , and a thickness of 0.1 μm) 4, an undoped GaA.
Spacer layer 5 consisting of s layer (thickness 0.01 μm), n-type AlGaAs layer (AlAs molar ratio = 0.3, Si concentration =
1 × 10 18 / cm 3 , thickness 0.15 μm), emitter layer 6, highly doped n-type InGaAs layer (InAs molar ratio gradually changes from 0 to 0.5, Si concentration = 1 × 10
19 / cm 3 , thickness 0.1 μm) cap layer 10
1 was grown by a molecular beam epitaxy method, and photolithography and etching were performed. Emitter electrode 102
The AuGe-based material is used for the collector electrode 104 and the AuZn-based material is used for the base electrode 103.
SiO 2 was used for 5.

【0010】図5は図4に示した従来のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの高電流密度動作試験前後の典型的
な電流−電圧特性である。通電試験は初期コレクタ電流
密度Jcoを2.5×105A/cm2として、室温にお
いて10分間行った。実線が通電前、破線が通電後の電
流−電圧特性である。通電によってコレクタ電流密度は
減少し、その結果電流増幅率も減少した。ベース・エミ
ッタ間電圧VBE=1.2Vにおける、通電後のコレクタ
電流密度の通電前のコレクタ電流密度に対する比をkと
定義すると、図6に示すようにkは保護膜として用いた
SiO2の膜厚dに依存し、dが小さいほどkは1に近
づく、すなわち特性変動は起こりにくいことが分かっ
た。dが小さいほどエミッタ層とベース層が絶縁膜から
受ける応力は小さくなるので、通電によるベース層のB
eのエミッタ層への拡散が低減したためだと考えられ
る。d=0でもk=1とならないのは、エミッタ電極及
びベース電極が設けられている半導体層がそれらの電極
から受ける応力が残留しているためだと推察される。こ
の場合、エミッタ電極が設けられているキャップ層が電
極から受ける応力はエミッタにも及ぶ。
FIG. 5 shows typical current-voltage characteristics before and after the high current density operation test of the conventional heterojunction bipolar transistor shown in FIG. The energization test was performed at room temperature for 10 minutes with an initial collector current density Jco of 2.5 × 10 5 A / cm 2 . The solid line shows the current-voltage characteristics before energization and the broken line shows the current-voltage characteristics after energization. The collector current density was reduced by energization, and as a result, the current amplification factor was also reduced. When the ratio of the collector current density after energization to the collector current density before energization at the base-emitter voltage V BE = 1.2 V is defined as k, k is SiO 2 used as a protective film as shown in FIG. It was found that depending on the film thickness d, k becomes closer to 1 as d becomes smaller, that is, characteristic fluctuations are less likely to occur. Since the smaller the d is, the smaller the stress applied to the emitter layer and the base layer from the insulating film, the B
This is probably because the diffusion of e into the emitter layer was reduced. It is presumed that the reason why k = 1 does not hold even when d = 0 is that the semiconductor layer provided with the emitter electrode and the base electrode has residual stress applied from those electrodes. In this case, the stress that the cap layer provided with the emitter electrode receives from the electrode also extends to the emitter.

【0011】そこで、d=0の状態でエミッタ電極及び
ベース電極の金属材料主成分を変えて、高電流密度動作
試験を行った結果が図7である。エミッタ電極及びベー
ス電極が設けられている半導体層との熱膨張係数差が小
さい金属ほど特性変動が起こり難く、特に該熱膨張係数
差が10%以下となるWやTa又はこれらを主成分とす
る金属を用いると高電流密度動作時の特性変動は無視で
きる程度に小さくできることが分かった。他のIII−V
族化合物半導体の熱膨張率はGaAsにほぼ等しいた
め、同様な効果は他のIII−V族化合物半導体あるいは
その混晶を用いたメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタやベース層やp型不純物にZnを用いたメサ型ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタについても観察された。
Therefore, FIG. 7 shows the result of conducting a high current density operation test by changing the main component of the metal material of the emitter electrode and the base electrode in the state of d = 0. A metal having a smaller difference in coefficient of thermal expansion from the semiconductor layer provided with the emitter electrode and the base electrode is less likely to cause characteristic variations, and particularly W or Ta having the difference in coefficient of thermal expansion of 10% or less or containing these as the main components. It was found that the use of metal can reduce the characteristic variation during high current density operation to a negligible level. Other III-V
Since the coefficient of thermal expansion of group III compound semiconductors is almost equal to that of GaAs, the same effect can be obtained by using Zn as a mesa type heterojunction bipolar transistor using another III-V group compound semiconductor or a mixed crystal thereof, a base layer and p type impurities. It was also observed for the existing mesa-type heterojunction bipolar transistor.

【0012】また、上記手段を用いたIII−V族メサ型
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの集積化にはエミッ
タ、ベース及びコレクタの各電極に配線を行う必要があ
るが、エミッタ電極に接続する配線金属とメサ周辺に露
出したヘテロ接合界面との間の空間には、空気または不
活性ガスのみ存在するようにすることで、配線用層間絶
縁膜を用いた場合の特性変動の発生を防止することがで
きる。さらに、メサ型部分周辺に露出したヘテロ接合界
面上に2原子層以下のS、Se又はTeを有するように
することでその部分の元素の未結合手が終端され、長期
にわたる信頼性の保証を得ることができる。
Further, in order to integrate the III-V group mesa type heterojunction bipolar transistor using the above means, it is necessary to provide wiring to each electrode of the emitter, the base and the collector. By allowing only air or an inert gas to exist in the space between the heterojunction interface exposed around the mesa, it is possible to prevent the occurrence of characteristic fluctuations when the wiring interlayer insulating film is used. . Further, by having S, Se or Te of 2 atomic layers or less on the heterojunction interface exposed around the mesa type portion, dangling bonds of the element in that portion are terminated, and long-term reliability is guaranteed. Obtainable.

【0013】また、上記メサ型ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタを、トランジスタ全部あるいは少なくとも差
動増幅回路部に用いて電気回路を構成することにより、
長期にわたり信頼性が優れた電気回路を作製することが
できる。差動増幅回路には特性の揃った2個のトランジ
スタが必要であるが、上記メサ型ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタをこの部分に用いると、高電流密度動作時
の特性変動が極めて少なく、使用中に一方の特性が変化
することがないためである。
Further, by using the above-mentioned mesa type heterojunction bipolar transistor in all or at least the differential amplifier circuit section to form an electric circuit,
An electric circuit with excellent reliability can be manufactured over a long period of time. The differential amplifier circuit requires two transistors with uniform characteristics, but if the above-mentioned mesa heterojunction bipolar transistor is used in this part, the characteristic fluctuation during high current density operation is extremely small, and This is because the characteristic of does not change.

【0014】[0014]

【実施例】実施例1 以下、本発明の第1の実施例であるベース層不純物にB
eを用いたAlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタを有する半導体装置を説明する。
図1に示すように、半絶縁性GaAs基板1の上に、高
ドープn型GaAs層(Si濃度=5×1018/c
3、厚さ0.5μm)からなるサブコレクタ層2、n
型GaAs層(Si濃度=5×1016/cm3、厚さ
0.4μm)からなるコレクタ層3、高ドープp型Ga
As層(Be濃度=4×1019/cm9、厚さ0.1μ
m)からなるベース層4、アンドープGaAs層(厚さ
0.01μm)からなるスペーサ層5、n型AlGaA
s層(AlAsモル比=0.3、Si濃度=1×1018
/cm3、厚さ0.15μm)からなるエミッタ層6、
高ドープn型InGaAs層(InAsモル比は0から
1まで徐々に変化、Si濃度=1× 1019/cm3
厚さ0.1μm)からなるキャップ層7、高ドープn型
InAs層(Si濃度=1×1019/cm3、厚さ0.
1μm)からなるキャップ層8を分子線エピタキシー法
により成長させ、ホトリソグラフィー及びエッチングに
よりAlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを作製した。エミッタ電極9、ベース電
極10及びコレクタ電極11にはWを用いた。
EXAMPLES Example 1 Hereinafter, as a base layer impurity, which is a first example of the present invention, B was added.
A semiconductor device having an AlGaAs / GaAs mesa heterojunction bipolar transistor using e will be described.
As shown in FIG. 1, a highly-doped n-type GaAs layer (Si concentration = 5 × 10 18 / c) was formed on the semi-insulating GaAs substrate 1.
m 3 , thickness 0.5 μm) of the sub-collector layer 2, n
-Type GaAs layer (Si concentration = 5 × 10 16 / cm 3 , thickness 0.4 μm), collector layer 3, highly-doped p-type Ga
As layer (Be concentration = 4 × 10 19 / cm 9 , thickness 0.1 μm)
m) the base layer 4, the undoped GaAs layer (thickness 0.01 μm) the spacer layer 5, and the n-type AlGaA.
s layer (AlAs molar ratio = 0.3, Si concentration = 1 × 10 18
/ Cm 3 , the thickness of 0.15 μm), the emitter layer 6,
Highly doped n-type InGaAs layer (InAs molar ratio gradually changes from 0 to 1, Si concentration = 1 × 10 19 / cm 3 ,
0.1 μm thick cap layer 7, highly doped n-type InAs layer (Si concentration = 1 × 10 19 / cm 3 , thickness 0.
A cap layer 8 of 1 μm) was grown by a molecular beam epitaxy method, and an AlGaAs / GaAs mesa heterojunction bipolar transistor was manufactured by photolithography and etching. W was used for the emitter electrode 9, the base electrode 10, and the collector electrode 11.

【0015】本メサ型ヘテロ接合バイポーラトランジス
タは、Jcoを2.5×105A/cm2として室温にお
いて10分間通電しても、k=1であり、すなわち特性
変動は全く観察されなかった。本実施例によれば、表面
保護膜を用いないこと及び電極が設けられた半導体層と
の熱膨張率の差が8%であるWを電極材料に用いたこと
により、半導体層に発生する応力が実質的に零とでき、
高電流密度動作時の特性変動が極めて小さいメサ型ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタを実現することができ
た。
In this mesa type heterojunction bipolar transistor, k = 1 even when the Jco was 2.5 × 10 5 A / cm 2 and current was applied for 10 minutes at room temperature, that is, no characteristic variation was observed. According to the present embodiment, the stress generated in the semiconductor layer is not used because the surface protective film is not used and W having a difference in coefficient of thermal expansion from the semiconductor layer provided with the electrode is 8% is used as the electrode material. Can be substantially zero,
We were able to realize a mesa-type heterojunction bipolar transistor with extremely small characteristic fluctuations at high current density operation.

【0016】なお、本実施例ではエミッタ、ベース及び
コレクタの各電極材料にWを用いたがTaでもよく、ま
たWやTaを主成分とする合金膜又はこれらを下層とす
る積層膜であってもよい。Taの場合、電極が設けられ
た半導体層と熱膨張率の差は4%である。またコレクタ
電極は上記金属材料である必要はない。本実施例ではA
lGaAs/GaAsヘテロ接合バイポーラトランジス
タの場合を示したが、他のIII−V族化合物半導体であ
るInAlAs/InGaAs、InP/InGaAs
を用いたメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの場
合にも全く同様に適用できる。また、本実施例ではベー
ス層不純物にBeを用いたが、Znを用いた場合にも同
様な効果が得られた。
In this embodiment, W is used for each of the emitter, base, and collector electrode materials, but Ta may be used, or an alloy film containing W or Ta as a main component or a laminated film having these as lower layers. Good. In the case of Ta, the difference in the coefficient of thermal expansion from the semiconductor layer provided with the electrode is 4%. Further, the collector electrode does not need to be the above metal material. In this embodiment, A
Although the case of the 1GaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor is shown, other III-V group compound semiconductors such as InAlAs / InGaAs and InP / InGaAs are shown.
The same can be applied to the case of the mesa type heterojunction bipolar transistor using. Further, although Be was used as the base layer impurity in this example, similar effects were obtained when Zn was used.

【0017】実施例2 以下、本発明の第2の実施例であるエミッタ電極から引
き出された配線金属とエミッタ層側面との間に空間を持
つAlGaAs/GaAsヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを有する半導体装置について説明する。図2aは
AlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタの平面図、図2bは切断面A−A’における
断面図、図2cは切断面B−B’における断面図であ
る。配線金属12、12’、12”及び絶縁膜13以外
は、図1に示したメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタと同様の構成である。配線金属12、12’、1
2”にはAlを、絶縁膜13にはSiO2膜を用いた
が、それぞれ他の金属材料及び他の絶縁膜を用いてもも
ちろんよい。絶縁膜13はベース層4以下の半導体層に
のみ接し、スペーサ層5以上の半導体層には接しないよ
うに形成されている。エミッタ電極から引き出された配
線金属12は、図2bに示すように空気14を隔てて半
導体層に触れることなく、絶縁膜13上に到達するよう
に形成されている。一方、ベース電極から引き出された
配線金属12”は、図2cに示すようにそのまま絶縁膜
13上に伸びている。
Second Embodiment A semiconductor device having an AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor having a space between a wiring metal extracted from an emitter electrode and a side surface of the emitter layer, which is a second embodiment of the present invention, will be described below. To do. 2a is a plan view of the AlGaAs / GaAs mesa heterojunction bipolar transistor, FIG. 2b is a cross-sectional view taken along the cut plane AA ', and FIG. 2c is a cross-sectional view taken along the cut plane BB'. The structure is the same as that of the mesa heterojunction bipolar transistor shown in Fig. 1 except for the wiring metals 12, 12 ', 12 "and the insulating film 13. The wiring metals 12, 12', 1
Al is used for 2 ″ and a SiO 2 film is used for the insulating film 13, but other metal materials and other insulating films may of course be used. The insulating film 13 is only for the semiconductor layers below the base layer 4. It is formed so as to be in contact with and not to contact with the semiconductor layers above the spacer layer 5. The wiring metal 12 extracted from the emitter electrode is isolated from the semiconductor layer by separating the air 14 as shown in FIG. It is formed so as to reach the film 13. On the other hand, the wiring metal 12 ″ drawn from the base electrode extends as it is on the insulating film 13 as shown in FIG.

【0018】この構造は、次のようにして形成した。図
1に示した構造とした後、絶縁膜13とコレクタ電極へ
の配線金属12’とベース電極への配線金属12”をホ
トリソグラフィーとエッチングにより形成し、厚さ約1
μmの下層レジスト110のパタンを形成し、配線金属
の一部となる厚さ500ÅのAu膜12aを堆積する
(図2d)。次に、厚さ約1μmの上層レジスト11
0’のパタンを形成し、露出しているAu膜12aの上
に選択めっき法でAuを0.9μmめっきし、配線金属
12とする(図2e)。さらに下層レジスト110、上
層レジスト110’を除去して図2bに示す構造とす
る。
This structure was formed as follows. After forming the structure shown in FIG. 1, an insulating film 13, a wiring metal 12 ′ to the collector electrode and a wiring metal 12 ″ to the base electrode are formed by photolithography and etching to have a thickness of about 1
A pattern of the lower layer resist 110 having a thickness of μm is formed, and an Au film 12a having a thickness of 500 Å which is a part of the wiring metal is deposited (FIG. 2d). Next, the upper layer resist 11 having a thickness of about 1 μm
A pattern of 0 ′ is formed, and Au is plated by 0.9 μm on the exposed Au film 12a by the selective plating method to form the wiring metal 12 (FIG. 2e). Further, the lower layer resist 110 and the upper layer resist 110 'are removed to obtain the structure shown in FIG. 2b.

【0019】また、図2fはパッケージ封入後の断面図
である。AlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを含む半導体チップ15が、金属パ
ッケージ16にAr等の不活性ガス17とともに封入さ
れている。従って、エミッタ層6と配線金属12との間
の空間は不活性ガスで満たされる。
FIG. 2f is a sectional view after encapsulation of the package. A semiconductor chip 15 including an AlGaAs / GaAs mesa heterojunction bipolar transistor is sealed in a metal package 16 together with an inert gas 17 such as Ar. Therefore, the space between the emitter layer 6 and the wiring metal 12 is filled with the inert gas.

【0020】本AlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接
合バイポーラトランジスタを図2c及び図2dの状態
で、Jcoを2.5×105A/cm2として室温におい
て10分間通電しても、k=1、すなわち特性変動は全
く観察されなかった。本実施例によれば、絶縁膜がエミ
ッタ層側面及びベース層表面に接していないこと、エミ
ッタ電極から引き出された配線金属がエミッタ層及びベ
ース層に接していないこと、さらに電極が設けられた半
導体層の材料と熱膨張率がほぼ等しいW又はTaを電極
材料に用いることにより、半導体層に発生する応力を実
質的に零にすることができ、高電流密度動作時の特性変
動が極めて小さいメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを実現することができた。
Even when the present AlGaAs / GaAs mesa heterojunction bipolar transistor is energized for 10 minutes at room temperature with Jco of 2.5 × 10 5 A / cm 2 in the state of FIGS. 2c and 2d, k = 1, that is, No characteristic variation was observed. According to this example, the insulating film is not in contact with the side surface of the emitter layer and the surface of the base layer, the wiring metal extracted from the emitter electrode is not in contact with the emitter layer and the base layer, and the semiconductor provided with the electrode is further provided. By using W or Ta whose coefficient of thermal expansion is almost the same as that of the layer material as the electrode material, the stress generated in the semiconductor layer can be substantially reduced to zero, and the characteristic variation during operation at high current density is extremely small. Type heterojunction bipolar transistor could be realized.

【0021】なお、本実施例ではAlGaAs/GaA
sヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合を示した
が、他のIII−V族化合物半導体を用いたメサ型ヘテロ
接合バイポーラトランジスタの場合にも全く同様に適用
できる。また、本実施例ではベース層不純物にBeを用
いたが、Znを用いた場合にも同様な効果が得られる。
さらに、金属パッケージでなくセラミックスのパッケー
ジを用いてもよく、封入するガスは空気でもよい。
In this embodiment, AlGaAs / GaA is used.
Although the case of the s heterojunction bipolar transistor is shown, the same applies to the case of the mesa type heterojunction bipolar transistor using another III-V group compound semiconductor. Further, although Be is used as the base layer impurity in the present embodiment, similar effects can be obtained when Zn is used.
Further, a ceramic package may be used instead of the metal package, and the gas to be sealed may be air.

【0022】実施例3 実施例2の図2b、図2cに示した状態のメサ型ヘテロ
接合バイポーラトランジスタを含む試料を硫化アンモニ
ウム溶液に浸して、半導体層表面にイオウ(S)の堆積
層を形成した。試料を水洗後、水素雰囲気で350℃、
15分間加熱することにより、半導体層表面に残るSを
2原子層以下にした。
Example 3 A sample containing a mesa heterojunction bipolar transistor in the state shown in FIGS. 2b and 2c of Example 2 was immersed in an ammonium sulfide solution to form a sulfur (S) deposition layer on the surface of the semiconductor layer. did. After washing the sample with water, in a hydrogen atmosphere at 350 ° C,
By heating for 15 minutes, S remaining on the surface of the semiconductor layer was reduced to 2 atomic layers or less.

【0023】このメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタも実施例2の場合と同様に高電流密度動作時の特性
変動がなかった。本実施例によれば、半導体層表面がS
原子層で被覆されているので、表面の元素の未結合手が
終端され、不純物等の汚染による特性変動の心配がなく
なり、長期間にわたる信頼性の保証ができる効果があ
る。
This mesa-type heterojunction bipolar transistor also had no characteristic fluctuation during high current density operation as in the second embodiment. According to this embodiment, the surface of the semiconductor layer is S
Since it is covered with an atomic layer, dangling bonds of elements on the surface are terminated, there is no concern about characteristic fluctuation due to contamination with impurities, etc., and there is an effect that reliability can be guaranteed for a long period of time.

【0024】なお、本実施例ではAlGaAs/GaA
sヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合を示した
が、他のIII−V族化合物半導体を用いたメサ型ヘテロ
接合バイポーラトランジスタの場合にも同様に適用でき
た。また、本実施例ではベース層不純物にBeを用いた
が、Znを用いた場合にも同様な効果が得られた。
In this embodiment, AlGaAs / GaA is used.
Although the case of the s heterojunction bipolar transistor is shown, it can be similarly applied to the case of the mesa type heterojunction bipolar transistor using another III-V group compound semiconductor. Further, although Be was used as the base layer impurity in this example, similar effects were obtained when Zn was used.

【0025】実施例4 実施例2の図2b、図2cに示した状態のメサ型ヘテロ
接合バイポーラトランジスタを含む試料を真空容器に入
れ、350℃においてSe分子線を照射した。この際、
半導体層表面に形成されたSe層は2原子層以下であっ
た。
Example 4 A sample including the mesa heterojunction bipolar transistor in the state shown in FIGS. 2b and 2c of Example 2 was placed in a vacuum container and irradiated with Se molecular beam at 350 ° C. On this occasion,
The Se layer formed on the surface of the semiconductor layer was 2 atomic layers or less.

【0026】このメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタも実施例2の場合と同様に高電流密度動作時の特性
変動がなかった。本実施例によれば、半導体層表面がS
e原子層で被覆されているので、表面の元素の未結合手
が終端され、不純物等の汚染による特性変動の心配がな
くなり、長期間にわたる信頼性の保証ができる効果があ
る。
This mesa type heterojunction bipolar transistor also had no characteristic fluctuation during high current density operation as in the second embodiment. According to this embodiment, the surface of the semiconductor layer is S
Since it is covered with the e atomic layer, dangling bonds of elements on the surface are terminated, there is no fear of characteristic fluctuation due to contamination with impurities, etc., and there is an effect that reliability can be guaranteed for a long period of time.

【0027】なお、本実施例ではAlGaAs/GaA
sヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合を示した
が、他のIII−V族化合物半導体を用いたメサ型ヘテロ
接合バイポーラトランジスタの場合にも同様に適用でき
た。また、本実施例ではベース層不純物にBeを用いた
が、Znを用いた場合にも同様な効果が得られた。さら
にまた、Seに変えてTeを用いても同様な効果が得ら
れた。
In this embodiment, AlGaAs / GaA is used.
Although the case of the s heterojunction bipolar transistor is shown, it can be similarly applied to the case of the mesa type heterojunction bipolar transistor using another III-V group compound semiconductor. Further, although Be was used as the base layer impurity in this example, similar effects were obtained when Zn was used. Furthermore, the same effect was obtained by using Te instead of Se.

【0028】なお、上記実施例1から4はIII−V族化
合物半導体を用いたメサ型ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタについて記載したが、II−VI族化合物半導体や
Si−SiGe化合物半導体を用いたメサ型ヘテロ接合
バイポーラトランジスタの場合にも同様に適用できた。
Although the above-mentioned Examples 1 to 4 describe the mesa type heterojunction bipolar transistor using the III-V group compound semiconductor, the mesa type heterojunction using the II-VI group compound semiconductor or the Si-SiGe compound semiconductor. The same can be applied to the case of the junction bipolar transistor.

【0029】実施例5 以下、本発明の第5の実施例であるベース層不純物にB
eを用いたAlGaAs/GaAsヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを用いた差動増幅回路について図3を用
いて説明する。実施例1に示したメサ型ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを図3中のトランジスタQ1、Q2
びQ3に用いて差動増幅回路を作製した。図において、
iは入力電圧、VRは参照電圧、V01、V02はそれぞれ
出力電圧、R1、R2、R3はそれぞれ抵抗である。
Example 5 Hereinafter, as a base layer impurity, which is a fifth example of the present invention, B was added.
A differential amplifier circuit using an AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor using e will be described with reference to FIG. A differential amplifier circuit was manufactured using the mesa type heterojunction bipolar transistor shown in Example 1 as the transistors Q 1 , Q 2 and Q 3 in FIG. In the figure,
V i is an input voltage, V R is a reference voltage, V 01 and V 02 are output voltages, and R 1 , R 2 and R 3 are resistors.

【0030】従来のメサ型ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを用いた差動増幅回路では、Jcoが2×105
A/cm2より大きい高電流密度動作時に、トランジス
タQ及びQの特性変動が起こり、それぞれの特性が
独立に変化して差動増幅回路が正常に動作しなくなっ
た。しかし本実施例の差動増幅回路は、高電流密度動作
時の特性変動の極めて少ないヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタを用いているため、差動増幅回路の高電流密度
動作時の特性変動を極めて小さく抑えることができた。
In the conventional differential amplifier circuit using the mesa type heterojunction bipolar transistor, Jco is 2 × 10 5
When operating at a high current density higher than A / cm 2, the characteristics of the transistors Q 1 and Q 2 fluctuated, the characteristics of the transistors Q 1 and Q 2 changed independently, and the differential amplifier circuit could not operate normally. However, since the differential amplifier circuit of the present embodiment uses the heterojunction bipolar transistor whose characteristic fluctuation during high current density operation is extremely small, the characteristic fluctuation during high current density operation of the differential amplifier circuit can be suppressed to be extremely small. I was able to.

【0031】なお、上記実施例は、実施例1に示したA
lGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタを用いたが、これに変えて、実施例2から4に
示した他のAlGaAs/GaAsメサ型ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタを用いても、さらに各実施例に示
した他のIII−V族化合物半導体を用いたメサ型ヘテロ
接合バイポーラトランジスタ及びベース層不純物にZn
を用いたメサ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用
いても同様の効果が認められた。
The above embodiment is the same as A shown in the first embodiment.
Although the 1GaAs / GaAs mesa type heterojunction bipolar transistor is used, the other AlGaAs / GaAs mesa type heterojunction bipolar transistors shown in Examples 2 to 4 may be used instead. A mesa heterojunction bipolar transistor using another III-V compound semiconductor and Zn as a base layer impurity
The same effect was observed using a mesa type heterojunction bipolar transistor using.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタを有する半導体装置の高電流密度動作時の
特性変動を極めて小さくできる効果がある。また、メサ
周辺に露出したヘテロ接合界面上の未結合手を終端した
構造の半導体装置は、不純物等の汚染による特性変動の
心配がなくなるので、長期間にわたる信頼性の保証が得
られる効果もある。さらに、このようなヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを、差動増幅回路に用いた電気回路
は、高電流密度動作時の特性変動を少なくできる。
According to the present invention, there is an effect that the characteristic variation of a semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor at the time of high current density operation can be made extremely small. Further, in the semiconductor device having a structure in which dangling bonds on the heterojunction interface exposed at the periphery of the mesa are terminated, there is no fear of characteristic fluctuation due to contamination with impurities or the like, and therefore, there is also an effect that long-term reliability can be guaranteed. . Further, an electric circuit using such a heterojunction bipolar transistor in a differential amplifier circuit can reduce characteristic fluctuation during high current density operation.

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

【図1】本発明の第1の実施例のAlGaAs/GaA
sヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面図である。
FIG. 1 is an AlGaAs / GaA according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of an s heterojunction bipolar transistor.

【図2a】本発明の第2の実施例のAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタの平面図であ
る。
FIG. 2a is a second embodiment of the present invention AlGaAs / Ga.
It is a top view of an As heterojunction bipolar transistor.

【図2b】本発明の第2の実施例のAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面図であ
る。
FIG. 2b is an AlGaAs / Ga according to a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of an As heterojunction bipolar transistor.

【図2c】本発明の第2の実施例のAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面図であ
る。
FIG. 2c is an AlGaAs / Ga according to a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of an As heterojunction bipolar transistor.

【図2d】本発明の第2の実施例のAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造工程を説
明するための断面図である。
FIG. 2d is a second embodiment of the present invention AlGaAs / Ga.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the As heterojunction bipolar transistor.

【図2e】本発明の第2の実施例のAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造工程を説
明するための断面図である。
FIG. 2e: AlGaAs / Ga according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the As heterojunction bipolar transistor.

【図2f】本発明の第2の実施例のAlGaAs/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタのパッケージ封
入後の断面図である。
FIG. 2f: AlGaAs / Ga according to the second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing after package encapsulation of an As heterojunction bipolar transistor.

【図3】ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いた本
発明の差動増幅回路の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit of the present invention using a heterojunction bipolar transistor.

【図4】従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor.

【図5】従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの電流−電圧特性の通電による変動
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing changes in current-voltage characteristics of a conventional AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor due to energization.

【図6】従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの通電による特性変動のSiO2
厚依存性を示す図である。
FIG. 6 is a graph showing the SiO 2 film thickness dependence of the characteristic variation of a conventional AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor due to energization.

【図7】AlGaAs/GaAsヘテロ接合バイポーラ
トランジスタの通電による特性変動の電極金属材料依存
性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing electrode metal material dependence of characteristic variation of an AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor due to energization.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性GaAs基板 2 サブコレクタ層 3 コレクタ層 4 ベース層 5 スペーサ層 6 エミッタ層 7、8、101 キャップ層 9、102 エミッタ電極 10、103 ベース電極 11、104 コレクタ電極 12、12’、12” 配線金属 12a Au膜 13 絶縁膜 14 空気 15 半導体チップ 16 金属パッケージ 17 不活性ガス 105 表面保護膜 110 下層レジスト 110’ 上層レジスト Q1、Q2、Q3 トランジスタ R1、R2、R3 抵抗 V01、V02 出力電圧 Vi 入力電圧 VR 参照電圧1 semi-insulating GaAs substrate 2 subcollector layer 3 collector layer 4 base layer 5 spacer layer 6 emitter layer 7, 8, 101 cap layer 9, 102 emitter electrode 10, 103 base electrode 11, 104 collector electrode 12, 12 ', 12 Wiring metal 12a Au film 13 Insulating film 14 Air 15 Semiconductor chip 16 Metal package 17 Inert gas 105 Surface protective film 110 Lower layer resist 110 ′ Upper layer resist Q 1 , Q 2 , Q 3 Transistor R 1 , R 2 , R 3 resistance V 01 , V 02 Output voltage V i Input voltage V R Reference voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 忠四郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Chushiro Kusano 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ベース層と該ベース層の上部に設けられた
エミッタ層と該ベース層の下部に設けられたコレクタ層
により構成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタを
有する半導体装置において、少なくとも上記エミッタ層
側面周囲は、空気又は不活性ガスが満たされた空間であ
ることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor including a base layer, an emitter layer provided above the base layer, and a collector layer provided below the base layer, at least the side surface of the emitter layer. A semiconductor device characterized in that the surrounding area is a space filled with air or an inert gas.
【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、上記
ベース層表面は、スペーサ層とベース電極のみに接して
いることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface of the base layer is in contact with only the spacer layer and the base electrode.
【請求項3】ベース層と該ベース層の上部に設けられた
エミッタ層と該ベース層の下部に設けられたコレクタ層
により構成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタを
有する半導体装置において、上記エミッタ層は、この層
に発生する応力が実質的にゼロになるように構成された
ことを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor including a base layer, an emitter layer provided above the base layer, and a collector layer provided below the base layer, wherein the emitter layer comprises: A semiconductor device characterized in that the stress generated in this layer is substantially zero.
【請求項4】ベース層と該ベース層の上部に設けられた
エミッタ層と該ベース層の下部に設けられたコレクタ層
により構成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタを
有する半導体装置において、上記エミッタ層側面周囲に
設けられた絶縁膜は、その表面が上記エミッタ層の底面
より低い位置にあることを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor including a base layer, an emitter layer provided above the base layer, and a collector layer provided below the base layer. The insulating film provided on the semiconductor device is characterized in that its surface is located lower than the bottom surface of the emitter layer.
【請求項5】請求項4記載の半導体装置において、上記
ベース層近傍の絶縁膜は、その表面の位置がベース層表
面より低い位置にあることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the surface of the insulating film near the base layer is located lower than the surface of the base layer.
【請求項6】請求項1から5のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記ベース層、上記エミッタ層、上記
コレクタ層を構成する半導体は、III−V族化合物半導
体であることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductors forming the base layer, the emitter layer, and the collector layer are III-V group compound semiconductors. Semiconductor device.
【請求項7】請求項6記載の半導体装置において、上記
ベース層は、不純物としてBeを含み、その導電型は、
p型であることを特徴とする半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the base layer contains Be as an impurity, and its conductivity type is
A p-type semiconductor device.
【請求項8】請求項6記載の半導体装置において、上記
ベース層は、不純物としてZnを含み、その導電型は、
p型であることを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 6, wherein the base layer contains Zn as an impurity, and its conductivity type is
A p-type semiconductor device.
【請求項9】請求項1から8のいずれか一に記載の半導
体装置において、上記エミッタ層及びベース層とそれぞ
れ電気的に接続するエミッタ電極及びベース電極は、熱
膨張率が各電極が形成された半導体層の熱膨張率と10
%以下の差である金属からなることを特徴とする半導体
装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the emitter electrode and the base electrode, which are electrically connected to the emitter layer and the base layer respectively, are formed with electrodes having a coefficient of thermal expansion. Coefficient of thermal expansion of the semiconductor layer and 10
A semiconductor device comprising a metal having a difference of not more than%.
【請求項10】請求項9記載の半導体装置において、上
記金属は、W若しくはTa又はこれらを主成分とする合
金であることを特徴とする半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the metal is W or Ta or an alloy containing these as a main component.
【請求項11】請求項1から10のいずれか一に記載の
半導体装置において、上記ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタのヘテロ接合界面の露出した部分に、S、Se及
びTeからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素が
存在することを特徴とする半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the exposed portion of the heterojunction interface of the heterojunction bipolar transistor is at least one selected from the group consisting of S, Se and Te. A semiconductor device characterized by the presence of the element.
【請求項12】少なくとも2個のバイポーラトランジス
タを持ち、該2個のバイポーラトランジスタのコレクタ
が抵抗を介して結合され、かつ、それぞれのエミッタが
結合され、それぞれのベースへ入力される信号の差を増
幅する機能を持つ差動増幅回路を有する電気回路におい
て、上記2個のバイポーラトランジスタは、請求項1か
ら11のいずれか一に記載の半導体装置のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタであることを特徴とする電気回
路。
12. At least two bipolar transistors are provided, the collectors of the two bipolar transistors are coupled through a resistor, and the respective emitters are coupled to obtain a difference between signals input to respective bases. In an electric circuit having a differential amplifier circuit having a function of amplifying, the two bipolar transistors are heterojunction bipolar transistors of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 11. circuit.
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