JPH0661245A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0661245A
JPH0661245A JP21037892A JP21037892A JPH0661245A JP H0661245 A JPH0661245 A JP H0661245A JP 21037892 A JP21037892 A JP 21037892A JP 21037892 A JP21037892 A JP 21037892A JP H0661245 A JPH0661245 A JP H0661245A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
collector
superlattice
emitter
base
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP21037892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Takahashi
剛 高橋
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP21037892A priority Critical patent/JPH0661245A/en
Publication of JPH0661245A publication Critical patent/JPH0661245A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce contact resistance between a collector electrode and a collector contact layer without high-temperature heat treatment by providing a superlattice layer which is formed by alternately laminating a well layer which allows higher electronic affinity than a first compound semiconductor layer and a barrier layer which allows lower electronic affinity than a second compound semiconductor layer. CONSTITUTION:For the application to HBT, Al0.3Ga0.7As is used for an emitter, GaAs is used for base/collector and a superlattice formed by alternately forming an Inlays thin film and a GaAs thin film is used between a collector contact layer 2 and a collector layer 4. Namely, the collector contact layer 2, the superlattice layer 3, the collector layer 4, the base layer 5, the emitter layer 6 and the emitter contact layer 7 are crystal-grown on a substrate 1 composed of semi-insulating GaAs, etc., by MBE method. Then, emitter mesa etching and base mesa etching are performed by using photoresist. Thus, stable element characteristics are provided.

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、半導体装置に係り、詳
しくはHBT(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)や
ホットエレクロトランジスタ(HET)等のバイポーラ
型トランジスタに適用することができ、特に、コレクタ
電極とコレクタコンタクト層のコンタクト抵抗を低くし
て素子の高速化を実現することができる半導体装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, it can be applied to a bipolar transistor such as HBT (heterojunction bipolar transistor) or hot electric transistor (HET). The present invention relates to a semiconductor device in which the contact resistance of a collector contact layer can be lowered to realize high speed operation of an element.

【0002】近年、HBTにおいては高速動作し、電流
駆動能力が高いため、マイクロ波デバイスや光通信用の
ドライバー等の応用が期待されている。
In recent years, the HBT operates at high speed and has a high current driving capability, and therefore, it is expected to be applied to a microwave device and a driver for optical communication.

【0003】[0003]

【従来の技術】図7は従来のHBTの構造を示す断面図
である。図7において、31は半絶縁性GaAs等の基板
であり、32〜36は基板31上に順次形成されたn+ −Ga
As等のコレクタコンタクト層、n−GaAs等のコレ
クタ層、p+ −GaAs等のベース層、n+ −GaAs
等のエミッタ層、n+ −InGaAs等のエミッタコン
タクト層である。そして、37はエミッタコンタクト層36
上に形成されたWSi等のエミッタ電極であり、38はベ
ース層34上に形成されたCr/Au等のベース電極であ
り、39はコレクタコンタクト層32上に形成されたAuG
e/Au等のコレクタ電極である。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a conventional HBT. In FIG. 7, 31 is a substrate of semi-insulating GaAs or the like, and 32 to 36 are n + -Ga sequentially formed on the substrate 31.
Collector contact layer such as As, collector layer such as n-GaAs, base layer such as p + -GaAs, n + -GaAs
And an emitter contact layer such as n + -InGaAs. 37 is the emitter contact layer 36
An emitter electrode made of WSi or the like is formed thereon, 38 is a base electrode made of Cr / Au or the like formed on the base layer 34, and 39 is AuG formed on the collector contact layer 32.
It is a collector electrode of e / Au or the like.

【0004】従来のHBTは、図7に示すように、エミ
ッタ層35、ベース層34及びコレクタ層33が各々均一な組
成の領域に分かれており、一般にエミッタ層35部分にベ
ース層34よりバンドギャップの大きな材料を用い、ベー
ス層34からエミッタ層35へのホールの注入を減らし、エ
ミッタ層35からベース層34への電子の注入を増やして電
流利得を得るように構成している。
In the conventional HBT, as shown in FIG. 7, the emitter layer 35, the base layer 34, and the collector layer 33 are each divided into regions of uniform composition. Generally, the emitter layer 35 portion has a bandgap from the base layer 34. Is used to reduce the injection of holes from the base layer 34 to the emitter layer 35 and increase the injection of electrons from the emitter layer 35 to the base layer 34 to obtain a current gain.

【0005】ところで、超格子をベースに用いることで
電子の注入効率を増やしたり、逆にホールの注入を阻止
したりして、ベース中のホール速度を上げて高速動作さ
せることができるバイポーラトランジスタが提案されて
いる。例えば、特開昭60−10775号公報では、ベ
ースに超格子を用いたバイポーラトランジスタが報告さ
れている。これは、バンド構造がワイドギャップの半導
体とナローギャップの半導体を交互に積み重ねた構造で
ある。ワイドギャップの半導体には選択的にp型不純物
がドーピングされ、ナローギャップの半導体には不純物
がドーピングされていない。このため、ホールはナロー
ギャップ側に落ち込み、不純物散乱のない層を高速で走
行することができるので、ベース抵抗を減らすことがで
き、素子の高速動作を期待することができるというもの
である。
By the way, there is a bipolar transistor which can increase the hole injection speed by increasing the hole speed in the base by increasing the electron injection efficiency by using the superlattice as the base and conversely blocking the hole injection. Proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-10775 reports a bipolar transistor using a superlattice as a base. This is a structure in which a semiconductor having a wide band gap and a semiconductor having a narrow gap are alternately stacked. The wide-gap semiconductor is selectively doped with p-type impurities, and the narrow-gap semiconductor is not doped with impurities. For this reason, the holes fall to the narrow gap side and can travel at high speed in the layer free from impurity scattering, so that the base resistance can be reduced and high-speed operation of the device can be expected.

【0006】また、特開昭62−268159号公報で
は、ベースに2種類の半導体の伝導帯Ec差がEg差よ
り大きいことを特徴とした超格子を用いたバイポーラト
ランジスタが報告されている。この構造では、超格子中
のホールは量子井戸中に落ち、そこから見たエミッタの
障壁が高くなるために、エミッタにワイドギャップ半導
体を用いなくても電流利得が稼げるというものである。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-268159 reports a bipolar transistor using a superlattice characterized in that the conduction band Ec difference between two kinds of semiconductors is larger than the Eg difference in the base. In this structure, the holes in the superlattice fall into the quantum well, and the barrier of the emitter seen from the quantum well increases, so that the current gain can be obtained without using a wide-gap semiconductor for the emitter.

【0007】また、特開昭64−9656号公報では、
ベースに歪みが入り超格子を有するバイポーラトランジ
スタが報告されている。ここでの歪み入り超格子では、
圧縮応力のかかった部分でホールの移動度が数倍に大き
くなるため、HBTのベース抵抗を減らすことができ
る。更に、特開昭61−150373号公報では、ベー
スにバンドギャップの小さい単結晶、混晶、超格子ある
いは不純物をドーピングしてバンドギャップを狭くする
ことで低しきい値を得ることができるバイポーラトラン
ジスタが報告されている。これらの各特許では、超格子
をベースに用いるいることが特徴である。
Further, in JP-A-64-9656,
A bipolar transistor having a base with strain and a superlattice has been reported. In the strained superlattice here,
Since the mobility of the hole is increased several times in the portion where the compressive stress is applied, the base resistance of the HBT can be reduced. Further, in JP-A-61-150373, a bipolar transistor capable of obtaining a low threshold value by narrowing the band gap by doping the base with a single crystal, a mixed crystal, a superlattice having a small band gap, or by doping impurities. Has been reported. Each of these patents is characterized by using a superlattice as a base.

【0008】さて、ベース抵抗を下げるためにベース濃
度を上げると、ベース中の不純物がエミッタ側に拡散し
易くなる。このように、ベース中の不純物がエミッタ側
に拡散してしまうと、キャリアの再結合が起き、電流利
得が低下してしまうので好ましくなく、このため、これ
を抑えることが重要となる。また、ベース抵抗を下げる
と、相対的にベースへのコンタクト抵抗の寄与が大きく
なるので、この抵抗を下げることも重要である。
If the base concentration is increased to lower the base resistance, the impurities in the base will easily diffuse to the emitter side. Thus, if the impurities in the base diffuse to the emitter side, carrier recombination occurs and the current gain decreases, which is not preferable, and therefore it is important to suppress this. Further, if the base resistance is lowered, the contribution of the contact resistance to the base becomes relatively large, so that it is also important to lower the resistance.

【0009】更に、HBTのメサエッチングを行う場合
は、ベース、エミッタ界面を制御性良く露出させない
と、オーミック電極が形成できなくなり好ましくないの
で、ベース、エミッタ界面を制御性良く露出させる技術
が必要である。そして、ベース抵抗を下げる手段として
は、ベース濃度を上げる他に、超格子をベースに用いる
方法が提案されている。
Further, when performing mesa etching of HBT, it is not preferable because the ohmic electrode cannot be formed unless the base / emitter interface is exposed with good controllability. Therefore, a technique for exposing the base / emitter interface with good controllability is required. is there. Then, as a means for lowering the base resistance, in addition to increasing the base concentration, a method using a superlattice as a base has been proposed.

【0010】しかしながら、ベース抵抗を下げようとし
てベース全体に超格子を用いると、ベースの構造が複雑
となってしまい、結晶成長の制御性が悪くなってしまう
という欠点を有する。このベース全体に超格子を用いる
と、結晶成長の制御性が悪くなってしまうという問題を
解決する方法としては、以前に本発明者が出願してお
り、ここでは、ベースの一部に超格子層を挿入してコン
タクト抵抗率を低減するとともに、この超格子層をエッ
チングストッパーとして用いるという発明である。
However, if a superlattice is used for the entire base in order to lower the base resistance, the structure of the base becomes complicated, and the controllability of crystal growth becomes poor. As a method of solving the problem that the controllability of crystal growth is deteriorated when a superlattice is used for the entire base, the present inventor has previously filed an application. The invention is to insert a layer to reduce the contact resistivity and use this superlattice layer as an etching stopper.

【0011】次に、従来のHBTの製造方法を前述した
図7を用いて説明する。まず、基板31上にコレクタコン
タクト層32、コレクタ層33、ベース層34、エミッタ層35
及びエミッタコンタクト層36を各々順次成長し、エミッ
タとベースを段階上にメサエッチングした後、エミッタ
コンタクト層36、ベース層34及びコレクタコンタクト層
32上に各々エミッタ電極37、ベース電極38及びコレクタ
電極39を形成することにより、図7に示すようなHBT
を得ることができる。
Next, a conventional HBT manufacturing method will be described with reference to FIG. First, the collector contact layer 32, the collector layer 33, the base layer 34, and the emitter layer 35 are formed on the substrate 31.
And emitter contact layer 36 are sequentially grown, and the emitter and base are mesa-etched in stages, and then the emitter contact layer 36, the base layer 34, and the collector contact layer.
By forming the emitter electrode 37, the base electrode 38, and the collector electrode 39 on the 32, respectively, the HBT as shown in FIG.
Can be obtained.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
装置では、エミッタコンタクトの材料調整によってエミ
ッタコンタクト部分の抵抗を低減することができる。即
ち、エミッタコンタクト層とコレクタコンタクト層には
通常n型半導体を用いており、例えばGaAs系でHB
Tを構成する際は、エミッタコンタクトにはInGaA
sを用いることによってエミッタ電極とエミッタコンタ
クトのコンタクト抵抗を下げることができ、しかも、G
aAsからInGaAsに組成を変化させて成長を行
い、InGaAs上には何も成長させないために歪があ
まり大きくならないので、結晶成長を良好に行うことが
できるという利点を有する。これに対し、コレクタコン
タクトとコレクタ電極の抵抗を低減しようとして、上記
と同様コレクタコンタクトにInGaAsを用いて結晶
成長すると、格子定数がGaAsとは著しく異なるた
め、歪み等が生じて良好な結晶成長を行うことができ
ず、この結果、コレクタコンタクトとコレクタ電極の抵
抗を低減することができないという問題があった。
In the conventional semiconductor device described above, the resistance of the emitter contact portion can be reduced by adjusting the material of the emitter contact. That is, an n-type semiconductor is usually used for the emitter contact layer and the collector contact layer.
When forming T, InGaA is used for the emitter contact.
By using s, the contact resistance between the emitter electrode and the emitter contact can be reduced, and G
Since the growth is performed while changing the composition from aAs to InGaAs and nothing is grown on InGaAs, the strain does not increase so much, and therefore, there is an advantage that good crystal growth can be performed. On the other hand, if crystal growth is performed using InGaAs for the collector contact in the same manner as described above in order to reduce the resistance of the collector contact and the collector electrode, the lattice constant is significantly different from that of GaAs, so that strain or the like occurs and good crystal growth occurs. There is a problem that the resistance of the collector contact and the collector electrode cannot be reduced as a result.

【0013】このため、従来では、コレクタ電極にGa
As系のアロイ電極を用い、450℃程度の高温熱処理
をして、電極と半導体を合金化することによってコレク
タコンタクト層とコレクタ電極とのコンタクト抵抗を下
げていた。しかしながら、この方法では、450℃とい
う高温熱処理をするため、素子特性が変動する等、安定
した素子特性を得られ難いという問題があった。
Therefore, conventionally, the collector electrode has a Ga
The contact resistance between the collector contact layer and the collector electrode is lowered by alloying the electrode and the semiconductor by subjecting the As-based alloy electrode to a high temperature heat treatment at about 450 ° C. However, this method has a problem that it is difficult to obtain stable element characteristics such as a change in element characteristics because the high temperature heat treatment of 450 ° C. is performed.

【0014】そこで本発明は、高温熱処理を行わないで
コレクタ電極とコレクタコンタクト層のコンタクト抵抗
を低減することができ、安定した素子特性を得ることが
できるとともに、プロセスの自由度を上げることができ
る半導体装置を提供することを目的としている。
Therefore, according to the present invention, the contact resistance between the collector electrode and the collector contact layer can be reduced without performing high-temperature heat treatment, stable element characteristics can be obtained, and the degree of process freedom can be increased. An object is to provide a semiconductor device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は上記目的達成のため、一導電型の第1の化合物半導体
層と、該第1の化合物半導体層ショットキ接触する電極
の間に、該第1の化合物半導体層よりも電子親和力の大
きい第2の化合物半導体層からなる井戸層と該第2の化
合物半導体層よりも電子親和力が小さくキャリアがトン
ネル可能な厚みを有するバリア層とを交互に積層した超
格子層を設けたものである。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a first compound semiconductor layer of one conductivity type and a first compound semiconductor layer between the electrode in Schottky contact with the first compound semiconductor layer. A well layer composed of a second compound semiconductor layer having an electron affinity higher than that of the first compound semiconductor layer and a barrier layer having an electron affinity lower than that of the second compound semiconductor layer and a thickness allowing carriers to be tunneled are alternately laminated. The superlattice layer is provided.

【0016】本発明においては、前記交互に重ねた層の
半導体の一部は、エミッタ、ベース、コレクタよりもバ
ンドギャップが小さいか、または伝導帯が低いか、若し
くは価電子帯が高くなるように構成するのが好ましく、
この場合、効率良く電子をトンネルさせることができ
る。本発明においては、前記超格子層は、コレクタコン
タクト又はコレクタ層とコレクタ電極間に形成されてな
るようにしてもよいし、ベース層とベース電極間に形成
されてなるようにしてもよいし、エミッタ又はエミッタ
コンタクト層とエミッタ電極間に形成されてなるように
してもよく、これらの場合、超格子層を形成しない場合
よりも各コンタクト部のコンタクト抵抗を低減すること
ができる。
In the present invention, some of the semiconductors of the alternating layers have a smaller bandgap, a lower conduction band, or a higher valence band than the emitter, base and collector. It is preferable to configure
In this case, electrons can be efficiently tunneled. In the present invention, the superlattice layer may be formed between the collector contact or the collector layer and the collector electrode, or may be formed between the base layer and the base electrode, It may be formed between the emitter or the emitter contact layer and the emitter electrode. In these cases, the contact resistance of each contact portion can be reduced as compared with the case where the superlattice layer is not formed.

【0017】本発明においては、超格子層の第一半導体
層の組成の伝導帯または価電子帯の差が順番に変化し、
それに伴って膜厚を変化するように構成するのが好まし
く、この場合、良好な結晶成長を行うことができる。
In the present invention, the difference in the conduction band or valence band of the composition of the first semiconductor layer of the superlattice layer changes in order,
It is preferable that the film thickness is changed accordingly, and in this case, good crystal growth can be performed.

【0018】[0018]

【作用】本発明者は、前述したように、ベース層上の一
部に超格子層を形成し、この超格子層を介してベース層
とベース電極とのコンタクト抵抗を低減することができ
ることに着目し、コレクタコンタクト部分にもこの方法
を採用し、コレクタコンタクト層上に超格子層を形成
し、コレクタ層の一部をエッチングして露出された超格
子層上にコレクタ電極を形成することで超格子層を介し
てコレクタコンタクト層とコレクタ電極とのコンタクト
を取ったところ、従来の超格子層を介さずに各々を直接
形成する場合よりもコレクタコンタクト層とコレクタ電
極間の抵抗を著しく低減することができた(但し、45
0℃の熱処理がない場合に限る)。以下、具体的に図面
を用いて説明する。
As described above, the inventors of the present invention can form a superlattice layer on a part of the base layer and reduce the contact resistance between the base layer and the base electrode through the superlattice layer. Focusing attention, this method is also used for the collector contact portion, a superlattice layer is formed on the collector contact layer, and a part of the collector layer is etched to form a collector electrode on the exposed superlattice layer. When the collector contact layer and the collector electrode are contacted with each other through the superlattice layer, the resistance between the collector contact layer and the collector electrode is remarkably reduced as compared with the case of directly forming each without the superlattice layer. It was possible (however, 45
Only when there is no heat treatment at 0 ° C). Hereinafter, a specific description will be given with reference to the drawings.

【0019】図1は本発明の原理説明図である。図1
(a)では、GaAs等の第1の半導体層上にGaAs
層とInGaAs層の薄膜が交互に積層されたGaAs
層/InGaAs層からなる超格子層を形成し、更にこ
の超格子層上にAlGaAsやGaAs等の第2の半導
体層を形成することで、GaAs第1の半導体層とGa
As/InGaAs超格子層とGaAs第2の半導体層
とが接している状態を示している。なお、このように第
1の半導体層と第2の半導体層を同じ材料にしてもよい
が、同じ材料でなくてもよい。超格子層は、組成の異な
る複数の薄い(数十Å程度)半導体層の積層構造からな
っている。通常、バンドギッャプが違うと格子定数が違
い、薄く形成しないと結晶が壊れてしまう。この成膜性
と電子のトンネル効果を考慮すると、超格子層を構成す
る半導体薄膜層の膜厚は10Å以上100Å以下が好ま
しい。
FIG. 1 illustrates the principle of the present invention. Figure 1
In (a), GaAs is formed on the first semiconductor layer such as GaAs.
Layer and InGaAs layer thin film alternately stacked GaAs
Layer / InGaAs layer is formed, and a second semiconductor layer such as AlGaAs or GaAs is further formed on the superlattice layer to form a GaAs first semiconductor layer and a Ga layer.
It shows a state where the As / InGaAs superlattice layer and the GaAs second semiconductor layer are in contact with each other. Note that, although the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be made of the same material as described above, they may not be made of the same material. The superlattice layer has a laminated structure of a plurality of thin (several tens of liters) semiconductor layers having different compositions. Usually, if the band gap is different, the lattice constant is different, and if it is not made thin, the crystal will be broken. Considering the film forming property and the tunnel effect of electrons, the thickness of the semiconductor thin film layer forming the superlattice layer is preferably 10 Å or more and 100 Å or less.

【0020】ところで、従来のように超格子層を介さず
に半導体層上に金属膜を形成した場合では、図1(c)
に示すように、金属と半導体間がショットキー接合とな
り、電子は半導体層中に侵入することができない。この
ため、単に半導体層上に金属膜を形成する方法では、半
導体層と金属膜とのコンタクト抵抗を低減することがで
きない。
By the way, in the case where a metal film is formed on a semiconductor layer without a superlattice layer as in the conventional case, the structure shown in FIG.
As shown in, a Schottky junction is formed between the metal and the semiconductor, and electrons cannot penetrate into the semiconductor layer. Therefore, the contact resistance between the semiconductor layer and the metal film cannot be reduced by simply forming the metal film on the semiconductor layer.

【0021】これに対し、前述した図1(a)に示す如
く、超格子層を介して半導体層と半導体層を形成する
と、図1(b)に示す如く、薄い超格子層のバリヤ層を
電子がトンネリングして、電子が半導体層中に容易に侵
入することができる。超格子のバリヤ部はGaAsのよ
うに均一の組成で厚みが等しい半導体からなる。ウェル
(谷)部は電導帯の底がバリヤ部よりも深く、隣のウェ
ルになるに従って順番に浅くなり、厚みは厚くなるもの
が好ましい。なお、図1(a)のA部の如く、一定の組
成で超格子を形成する場合でもよいが、歪みを生じない
ように成膜することを考慮すると、前述の組成(伝導帯
または電導帯の差)が順番に変化し、それに伴って適宜
膜厚も変化させるようにするのが望ましい。
On the other hand, when the semiconductor layer and the semiconductor layer are formed via the superlattice layer as shown in FIG. 1A, the barrier layer of the thin superlattice layer is formed as shown in FIG. 1B. The electrons tunnel and can easily penetrate into the semiconductor layer. The barrier portion of the superlattice is made of a semiconductor having a uniform composition and an equal thickness, such as GaAs. It is preferable that the well (valley) portion has a bottom of the conduction band deeper than that of the barrier portion, becomes shallower in order as it goes to the adjacent well, and the thickness becomes thicker. Although the superlattice may be formed with a constant composition as in the portion A of FIG. 1A, in consideration of forming the film without strain, the above-mentioned composition (conduction band or conduction band) may be used. It is desirable that the film thickness be changed in order and the film thickness be changed accordingly.

【0022】本発明では、図1(a)に示す構造の第1
の半導体層をコレクタ層とし、超格子層と第2の半導体
層をコレクタコンタクト層とし、この両者の間に超格子
層を挟む構造にすることで、以下のような作用効果を得
ることができる。 (a)コレクタ側からコレクタコンタクト側に注入され
る電子は、超格子層の存在による電子走行の妨げは感じ
ず、コレクタコンタクト側に注入することができる。 (b)コレクタ部を除去して超格子層と金属膜を接触さ
せても電子の障壁はできず、電子は電子のトンネル効果
により効率良く超格子層を突き抜させることができる。
従って、高温熱処理を行わないで、コンタクト抵抗が低
減された安定したコレクタオーミック電極を容易に形成
することができる。 (c)コレクタ電極の形成に高温熱処理を行わないで済
ませることができるため、プロセスの自由度を上げるこ
とができる。 (d)第1の半導体層と超格子ウェル部の半導体層の性
質が異なるため、ウェル部でエッチングを止めることが
できる。このため、超格子層がエッチング停止層とな
り、コレクタコンタクト層の表面を容易に露出させるこ
とができる。 (e)超格子層が歪み入り超格子となることが期待で
き、これにより基板から伸びてきた転位を吸収して、転
位が上層に伝わることを防ぐことができ、より一層素子
の信頼性を向上させることができる。
In the present invention, the first structure shown in FIG.
By using the above semiconductor layer as a collector layer and the superlattice layer and the second semiconductor layer as a collector contact layer and sandwiching the superlattice layer between them, the following operational effects can be obtained. . (A) The electrons injected from the collector side to the collector contact side can be injected into the collector contact side without feeling the hindrance of electron travel due to the existence of the superlattice layer. (B) Even if the collector portion is removed and the superlattice layer and the metal film are brought into contact with each other, an electron barrier cannot be formed, and the electron can efficiently penetrate the superlattice layer by the tunnel effect of electrons.
Therefore, a stable collector ohmic electrode with reduced contact resistance can be easily formed without performing high temperature heat treatment. (C) Since it is not necessary to perform high-temperature heat treatment for forming the collector electrode, the process flexibility can be increased. (D) Since the first semiconductor layer and the semiconductor layer in the superlattice well portion have different properties, etching can be stopped in the well portion. Therefore, the superlattice layer serves as an etching stop layer, and the surface of the collector contact layer can be easily exposed. (E) It can be expected that the superlattice layer will be a strained superlattice, whereby dislocations extending from the substrate can be absorbed and dislocations can be prevented from being transmitted to the upper layer, which further improves the reliability of the device. Can be improved.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
2は本発明の一実施例に則した半導体装置の構造を示す
断面図である。図示例はHBTに適用する場合である。
ここでは、エミッタにAl0.3 Ga0.7 As、ベース・
コレクタにGaAsを用い、コレクタコンタクト層とコ
レクタ層間に本発明を適用し、具体的にはInGaAs
薄膜とGaAs薄膜が交互に形成されてなる超格子をこ
の部分に用いる。図1において、1は半絶縁性GaAs
等の基板であり、この基板1上にコレクタコンタクト層
2(n+ −GaAs5x1018cm -3, 5000Å)、超格子層
3(InGaAs/GaAs,5x1018cm-3, 300 Å)
〔詳しくは図1(a),(b)に示したものと同じであ
る〕、コレクタ層4(n−GaAs,3x1016cm-3, 40
00Å)、ベース層5(p+ −GaAs4x1019cm -3,700
Å) 、エミッタ層6(N−AlGaAs,5x1017c
m-3,1500 Å) 、エミッタコンタクト層7(n+ −Ga
As,5x 1018cm-3,1000 Å/n+ −InGaAs,5x
1019cm-3,1000 Å) を各々MBE法で結晶成長し、フォ
トレジストを用いてエミッタメサエッチング、ベースメ
サエッチングを行う。ベースメサエッチング時に、例え
ば水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合液を用いるこ
とで、コレクタ層4のGaAs層だけが選択的にエッチ
ングされる。エッチングは、コレクタコンタクト層2上
の超格子層3で停止し、この超格子層3表面が露出され
る。この時、コレクタ層4直下の超格子層3部分(図の
点々部)は、図3に示されるようなバンド構造となり、
コレクタ層4からコレクタコンタクト層2への電子の障
害はなく、効率良く電子を超格子層3を突き抜けさせて
エミッタコンタクト層7内に注入することができる。ま
た、エッチングによって表面が露出された超格子層3部
分(図の斜視部)は、金属からなるコレクタ電極10を付
けることで、前述した図1(b)に示されるようなバン
ド構造となり、ノンアロイのオーミックコンタクトを得
ることができる。このため、例えばTi(100 Å)/P
t(900 Å) /Au(3000Å)を用いて同時にエミッタ
電極8、ベース電極9及びコレクタ電極10を形成するこ
とができる。これにより、電極形成プロセスを単純化す
ることができるうえ、アロイ電極を用いないため、コン
タクト抵抗低減化のための高温熱処理を行わないで、コ
ンタクト抵抗が十分低減された安定したコンタクト部を
得ることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. Figure
2 shows a structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. The illustrated example is a case applied to HBT.
Here, the emitter is Al0.3Ga0.7As, base
GaAs is used for the collector and the collector contact layer and
The present invention is applied between the rectifier layers, specifically, InGaAs
This is a superlattice composed of alternating thin and GaAs thin films.
Used for the part. In FIG. 1, 1 is semi-insulating GaAs
Collector contact layer on this substrate 1.
2 (n+-GaAs5x1018cm -3, 5000Å), superlattice layer
3 (InGaAs / GaAs, 5x1018cm-3, 300 Å)
[Details are the same as those shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
], Collector layer 4 (n-GaAs, 3x1016cm-3, 40
00Å), base layer 5 (p+-GaAs4x1019cm -3, 700
Å), emitter layer 6 (N-AlGaAs, 5x1017c
m-3, 1500 Å), emitter contact layer 7 (n+-Ga
As, 5x 1018cm-3, 1000 Å / n+-InGaAs, 5x
Ten19cm-3, 1000 Å) are grown by the MBE method.
Emitter etching and base mesa etching
Perform etching. For example, when etching the base mesa
For example, use a mixed solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide.
And, only the GaAs layer of the collector layer 4 is selectively etched.
Be used. Etching is on the collector contact layer 2
It stops at the superlattice layer 3 and the surface of this superlattice layer 3 is exposed.
It At this time, the superlattice layer 3 portion immediately below the collector layer 4 (see the figure
The dots) have a band structure as shown in FIG.
Electron failure from the collector layer 4 to the collector contact layer 2
It is harmless and allows electrons to penetrate through the superlattice layer 3 efficiently.
It can be injected into the emitter contact layer 7. Well
Also, the superlattice layer 3 part whose surface is exposed by etching
The collector electrode 10 made of metal is attached to the
By pushing it, the van as shown in FIG.
A non-alloyed ohmic contact is obtained due to the
You can Therefore, for example, Ti (100 Å) / P
Simultaneous emitter using t (900 Å) / Au (3000 Å)
The electrode 8, the base electrode 9 and the collector electrode 10 can be formed.
You can This simplifies the electrode formation process
In addition, the alloy electrode is not used,
Do not perform high temperature heat treatment to reduce tact resistance
Contact that has a sufficiently reduced contact resistance.
Obtainable.

【0024】なお、上記実施例では、コレクタ電極10と
コレクタコンタクト層2間に超格子層3を形成する場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、図4に示すように、エミッタ電極8とエミッタ
層6間、及びベース電極9とベース層5間にも超格子層
3を形成する場合であってもよいし、図5に示すよう
に、エミッタ電極8とエミッタコンタクト層11間、及び
ベース電極9とベース層5間、更にはコレクタ電極10と
コレクタ層4間に形成する場合であってもよい。これら
の場合はエミッタ、ベース、コレクタの全てのコンタク
ト部を高温熱処理を行わないで、コンタクト抵抗を低減
することができる。なお、図5はコレクタアップ構造の
HBTに適用する場合である。
In the above embodiment, the case where the superlattice layer 3 is formed between the collector electrode 10 and the collector contact layer 2 has been described, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Alternatively, the superlattice layer 3 may be formed between the emitter electrode 8 and the emitter layer 6 and between the base electrode 9 and the base layer 5, or as shown in FIG. It may be formed between the layers 11, between the base electrode 9 and the base layer 5, and between the collector electrode 10 and the collector layer 4. In these cases, the contact resistance can be reduced without performing high-temperature heat treatment on all the contact portions of the emitter, base and collector. Note that FIG. 5 shows a case where the present invention is applied to a collector-up structure HBT.

【0025】なお、上記各実施例では、超格子部には、
狭いバンドギッャプの半導体をInGaAsを用いる場
合を説明したが、これには限らずInAsやGaSb々
のバンドギッャプの狭い半導体、あるいはその混晶を用
いても良い。超格子としては、例えば図6(a),
(b),(c)に示すようなバンド構造の半導体の組み
合わせを適宜用いればよい。図6(a)はEcのバンド
は下がっているが、Evのバンドは上がっている場合で
あり、図6(b),(c)はEc,Ev共バンドが下が
っている場合である。
In each of the above embodiments, the superlattice portion has
Although the case where InGaAs is used as the semiconductor with a narrow band gap has been described, the present invention is not limited to this, and a semiconductor with a narrow band gap such as InAs or GaSb, or a mixed crystal thereof may be used. As the superlattice, for example, FIG.
A combination of semiconductors having a band structure as shown in (b) and (c) may be appropriately used. FIG. 6A shows the case where the Ec band is lowered but the Ev band is raised, and FIGS. 6B and 6C show the case where the Ec and Ev cobands are lowered.

【0026】また、各実施例ではAlGaAs/GaA
s系を用いてHBTを構成する場合について説明した
が、本発明はこれに限定されず、例えばInP/InG
aAsやInAlAs/InGaAs系、あるいはSi
/SiGe系等を用いてHBTを構成してもよく、この
うちSi/SiGe系のHBTでは超格子部のバンドギ
ッャプの狭い半導体にはInAsやGe等の半導体を用
いればよい。
In each embodiment, AlGaAs / GaA is used.
Although the case where the HBT is formed by using the s system has been described, the present invention is not limited to this and, for example, InP / InG is used.
aAs, InAlAs / InGaAs system, or Si
The HBT may be formed by using a / SiGe system or the like. Among these, in the Si / SiGe system HBT, a semiconductor such as InAs or Ge may be used as a semiconductor having a narrow band gap in the superlattice portion.

【0027】更に、上記実施例では、半導体装置として
HBTを例示して説明したが、本発明はこれに限定され
ず、ホットエレクトロントランジスタ(HET)や静電
誘導トランジスタ(PBT)等の半導体装置にも同様に
適用することができるのは言うまでもない。
Further, in the above-mentioned embodiments, the HBT is exemplified as the semiconductor device, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a semiconductor device such as a hot electron transistor (HET) or a static induction transistor (PBT). Needless to say, can be applied similarly.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、高温熱処理を行わない
で、コレクタ電極とコレクタコンタクト層のコンタクト
抵抗を低減することができ、安定した素子特性を得るこ
とができるとともに、プロセスの自由度を上げることが
できるという効果がある。
According to the present invention, the contact resistance between the collector electrode and the collector contact layer can be reduced without performing high temperature heat treatment, stable device characteristics can be obtained, and the degree of process freedom can be increased. The effect is that it can be raised.

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

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】本発明の実施例1に則した半導体装置の構造を
示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図2に示すコレクタ層とコレクタコンタクト層
間の超格子層部分のバンド構造を示す図である。
3 is a diagram showing a band structure of a superlattice layer portion between a collector layer and a collector contact layer shown in FIG.

【図4】本発明の実施例2に則した半導体装置の構造を
示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3に則した半導体装置の構造を
示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明に適用できる超格子材料の組合わせの例
を示すバンド図である。
FIG. 6 is a band diagram showing an example of a combination of superlattice materials applicable to the present invention.

【図7】従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
構造を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional heterojunction bipolar transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 コレクタコンタクト層 3 超格子層 4 コレクタ層 5 ベース層 6 エミッタ層 7 エミッタコンタクト層 8 エミッタ電極 9 ベース電極 10 コレクタ電極 11 エミッタコンタクト層 1 substrate 2 collector contact layer 3 superlattice layer 4 collector layer 5 base layer 6 emitter layer 7 emitter contact layer 8 emitter electrode 9 base electrode 10 collector electrode 11 emitter contact layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/205 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 29/205

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一導電型の第1の化合物半導体層と、該
第1の化合物半導体層ショットキ接触する電極の間に、
該第1の化合物半導体層よりも電子親和力の大きい第2
の化合物半導体層からなる井戸層と該第2の化合物半導
体層よりも電子親和力が小さくキャリアがトンネル可能
な厚みを有するバリア層とを交互に積層した超格子層を
設けたことを特徴とする半導体装置。
1. A first compound semiconductor layer of one conductivity type and an electrode in Schottky contact with the first compound semiconductor layer,
A second compound semiconductor layer having a larger electron affinity than the first compound semiconductor layer;
And a barrier layer having an electron affinity smaller than that of the second compound semiconductor layer and having a thickness capable of tunneling carriers, are alternately laminated to form a superlattice layer. apparatus.
【請求項2】 前記超格子層(3)は、コレクタコンタ
クト又はコレクタ層(2、4)とコレクタ電極(10)間
に形成されてなることを特徴とする請求項1乃至2記載
の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the superlattice layer (3) is formed between a collector contact or collector layer (2, 4) and a collector electrode (10). .
【請求項3】 前記超格子層(3)は、ベース層(5)
とベース電極(9)間に形成されてなることを特徴とす
る請求項1乃至3記載の半導体装置。
3. The superlattice layer (3) is a base layer (5).
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed between the base electrode and the base electrode.
【請求項4】 前記超格子層(3)は、エミッタ又はエ
ミッタコンタクト層(6、11)とエミッタ電極(8)
間に形成されてなることを特徴とする請求項1乃至4記
載の半導体装置。
4. The superlattice layer (3) comprises an emitter or emitter contact layer (6, 11) and an emitter electrode (8).
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed between them.
【請求項5】 前記超格子層(3)の前記井戸層の組成
はその伝導帯の底または価電子頂のエネルギーレベルが
順番にするように変化し、且つ膜厚が順番に変化してな
ることを特徴とする請求項1乃至4記載の半導体装置。
5. The composition of the well layer of the superlattice layer (3) is changed so that the energy level of the bottom of the conduction band or the top of the valence electron is changed in order, and the film thickness is changed in order. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005260255A (en) * 1996-02-19 2005-09-22 Sharp Corp Compound semiconductor device and method for manufacturing the same
CN110637373A (en) * 2017-05-18 2019-12-31 高通股份有限公司 Quantum well thermal sensing for power amplifiers
US11145545B2 (en) 2018-09-20 2021-10-12 Toshiba Memory Corporation Semiconductor device

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