JPH07283234A - 高速性能用の二重エピタキシーヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

高速性能用の二重エピタキシーヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Info

Publication number
JPH07283234A
JPH07283234A JP7044413A JP4441395A JPH07283234A JP H07283234 A JPH07283234 A JP H07283234A JP 7044413 A JP7044413 A JP 7044413A JP 4441395 A JP4441395 A JP 4441395A JP H07283234 A JPH07283234 A JP H07283234A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
collector
emitter
thickness
gallium arsenide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7044413A
Other languages
English (en)
Inventor
Liem Thanh Tran
タン トラン リーム
Dwight C Streit
クリストファー ストライト ドワイト
Aaron K Oki
ケンジ オオキ アーロン
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.)
Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
TRW Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Inc filed Critical TRW Inc
Publication of JPH07283234A publication Critical patent/JPH07283234A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/6631Bipolar junction transistors [BJT] with an active layer made of a group 13/15 material
    • H01L29/66318Heterojunction transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02395Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439Materials
    • H01L21/02455Group 13/15 materials
    • H01L21/02463Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/02546Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/737Hetero-junction transistors
    • H01L29/7371Vertical transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ベース−コレクタキャパシタンス及びコレク
タ層厚みの両方を最小とした新規なヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを提供する。 【構成】 比較的薄い真性コレクタ領域及び比較的厚い
外因性コレクタ領域62,64を備え、コレクタ−ベー
スキャパシタンスが減少されそして電子走行時間が維持
されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)が
提供される。半絶縁基体を分子線エピタキシー装置にロ
ードし、サブコレクタ層54と、底部コレクタ層56
と、上部コレクタ層58を基体上に成長させる。次い
で、前記分子線装置から基体を取り出し、ホトリソグラ
フィによって上部コレクタ層をエッチングし、個別の真
性及び外因性コレクタ領域を形成する。基体を分子線に
再びロードし、ベース層66及びエミッタ層68を成長
することができる。最後に、真性半導体領域の上だけに
エミッタメサ70を形成するようエミッタ層をエッチン
グする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般にバイポーラトラン
ジスタの製造方法に係り、より詳細には、比較的薄い真
性コレクタ領域と、比較的厚い外因性コレクタ領域とを
有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方
法に係る。
【0002】
【従来の技術】一般にガリウム砒素(GaAs)である
1つの半導体材料のベース及びコレクタと、一般にアル
ミニウム・ガリウム・砒素(AlGaAs)である第2
の半導体材料のエミッタとを組み込んだヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ(HBT)は、公知である。HBT
デバイスは、それらのヘテロ接合バイポーラトランジス
タの対応部分に対して多数の良く知られた利点を有する
ので普及している。これらの利点は、速度が高く、三次
相互変調積(IP3)が高く、ノイズ/電力比が低く、
そして電流駆動容量が高いことを含む。これらの利点
は、多数の商業及び工業用途、例えば、通信及び電子分
野の競合市場において広範囲な種々の機能のHBTデバ
イスを提供する。
【0003】HBTデバイスの性能は、トランジスタを
形成するエミッタ、ベース、コレクタ及びサブコレクタ
層の厚みによって大きく左右される。HBTデバイスを
製造する場合には、これらの厚みは、一般に、当業者に
良く知られた分子ビームエピタキシー(MBE)の半導
体成長プロセスによって正確に制御される。高速性能の
ためには、HBTデバイスは、非常に薄いベース及びコ
レクタ層で成長され、これらの層を通る電子の走行時間
が短くされる。所望の走行時間を与えるためにベース及
びコレクタが非常に薄くなければならないHBTデバイ
スのエリアは、一般に真性領域と称し、エミッタを構成
するエミッタメサの真下に配置される。この真性領域を
取り巻くエリア、一般に外因性領域と称する、は電子の
走行時間に何の影響も及ぼさず、それ故、いかなる厚み
でもよい。HBTデバイスは、通常は、1つの単一のM
BE成長で作られ、外因性及び真性領域の厚みは一般に
同じである。
【0004】HBTデバイスの高速性能に対する付加的
な制限要素は、ベース−コレクタ界面においてこの接合
にまたがる電圧降下により生じるキャパシタンスであ
る。HBTデバイスの典型的なベース−コレクタ電圧バ
イアスは、このベース−コレクタ界面にまたがって負及
び正の電荷の分離を生じさせ、負の電荷はベース層に蓄
積されそして正の電荷はサブコレクタ層に蓄積される。
従って、このベース−コレクタ接合におけるキャパシタ
ンスは、第1の近似に対しては、カソード及びアノード
をベース及びサブコレクタとして各々有する並列プレー
トキャパシタに等しい。高速動作のためには、このキャ
パシタンスは、適度に小さくなければならない。それ
故、コレクタ層は、対応的に厚くしなければならない。
というのは、コレクタ層の厚みがキャパシタンスに逆比
例するからである。キャパシタンスを減少するためにコ
レクタ層を厚くしなければならないHBTデバイスのエ
リアは外因性領域である。
【0005】この説明から明らかなように、HBTデバ
イスは、高速デバイスを実現するためには、電子の走行
時間が短くそしてキャパシタンスが小さいという両方の
条件を満足する必要がある。公知技術では、電子走行時
間を短くするために薄いコレクタ層を有するが、低いベ
ース−コレクタキャパシタンスも有するようなHBTデ
バイスを提供する試みがなされている。これらの試みの
1つは、コレクタ層に不純物をインプランテーションし
てトランジスタの活性領域の外側の格子構造を破壊し、
ひいては、ベース−コレクタキャパシタンスを減少する
ことに関する。しかしながら、この方法は、コレクタの
ドーピング濃度を減少するようにも作用する。1988
年、7月のJ.Appli.Phys.64(2)、1
5に掲載されたオータY氏等の「MBE−成長及びO+
インプランとされたGaAsの特性、及びAlGaAs
/GaAs HBTの埋設コレクタの形成への応用(Pro
perties of MBE-Grown and O+ Implanted GaAs And The
ir Application to the Formation of a Buried Collec
tor of an AlGaAs/GaAs HBT)」を参照されたい。これに
加えて、ベース−コレクタ接合エリアがエミッタ−ベー
ス接合エリアよりも小さいコレクタ・アップHBTを製
造する試みがなされている。従って、この構成は、外因
性ベース−コレクタ接合エリアを排除する。アスベック
P氏等のIEEEエレクトロン・デバイス・レターEd
l−5、310(1984年)を参照されたい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】薄いコレクタ層を維持
しながらもベース−コレクタキャパシタンスを減少する
公知の各試みは、ある程度の成功性をもたらすが、次の
ような欠点の1つ以上を招く。即ち、半導体結晶の質低
下を生じることにより電流利得の低下を招き、高温及び
/又は高電圧動作中にインプラントされた不純物が拡散
することにより信頼性が低下し、そして処理の複雑さが
増大する。それ故、本発明の目的は、上記欠点を解消し
ながらも、ベース−コレクタキャパシタンス及びコレク
タ層の厚みの両方を最小にした新規なHBT構造を提供
することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、MBE成長プ
ロセスを用いてHBTデバイスを製造する方法であっ
て、真性コレクタ領域を比較的薄く作りそして外因性コ
レクタ領域を比較的厚く作り、HBTデバイスの高速動
作を高めるような方法を提供する。第1ステップにおい
て、半絶縁ウェア基体をMBEマシンにロードして、第
1のサブコレクタ層を半絶縁基体上に成長し、底部コレ
クタ層をサブコレクタ層の上に成長し、そして上部コレ
クタ層を底部コレクタ層の上に成長する。底部コレクタ
層及び上部コレクタ層が同じドーピング濃度を有する場
合には、それらが単一のコレクタ層として含まれる。ウ
ェハ基体は、次いで、3つのコレクタ層と共に、MBE
マシンからアンロードされ、真性コレクタ領域のための
溝を形成する。
【0008】溝形成プロセスは、上部コレクタ層上にホ
トレジスト材料を付着しそしてこのホトレジスト層に対
して真性コレクタ領域を画成するマスクを配置するよう
なホトリソグラフィックパターン化プロセスを含む。次
いで、マスク及びウェハに適当な波長の光を露光し、溝
を形成する所望の位置においてホトレジストを溶解でき
るようにする。次いで、ホトレジストが溶解された場所
で上部コレクタ層をエッチングし、真性領域を形成す
る。残りの上部コレクタ層を含むコレクタ領域が真性領
域である。次いで、清掃プロセスを行い、ホトレジスト
をウェハから剥離する。
【0009】次いで、ウェハ基体をMBEマシンに再ロ
ードして2回目の成長プロセスを行い、HBTデバイス
構造体を完成する。この2回目の成長手順において、ベ
ースは、真性及び外因性の両コレクタ領域にわたり所望
の厚みに成長される。その後に、ベース上にエミッタ層
を成長し、そしてMBEマシンからウェハをアンロード
する。次いで、上記と同様のホトリソグラフィック及び
エッチングプロセスを用いることによりエミッタメサを
形成する。このように、エミッタメサは、コレクタの真
性領域上に配置され、そしてその周りの真性コレクタ領
域は、更に大きな厚みを有する。従って、コレクタは、
電子の走行時間を短くできるように真性領域において比
較的薄く、そしてキャパシタンスを小さくできるように
外因性領域において比較的厚い。このように、高速性能
を有するHBTデバイスが開発される。
【0010】本発明の付加的な目的、効果及び特徴は、
添付図面を参照した以下の説明及び特許請求の範囲から
明らかとなろう。
【0011】
【実施例】HBTデバイスの製造に関する好ましい実施
例の以下の説明は、単なる例示に過ぎず、本発明をその
ような用途又は使い方に限定するものではない。
【0012】先ず、図1には、公知のHBTデバイス1
2が示されている。このHBTデバイス12は、破断形
態で示されているが、この技術で良く知られたように、
GaAsのような共通の半絶縁基体20上に形成された
種々の異なる半導体デバイス(図示せず)を含むことが
理解されよう。HBTデバイス12は、デバイス分離イ
ンプラント領域14によって他のデバイスから分離され
る。この分離インプラント領域14は、一般にGaAs
のような半導体材料であって、この半導体材料にダメー
ジを及ぼし、ひいては、これを不作動にするために、ボ
ロン、酸素等の不純物原子がインプラントされている。
HBTデバイス12及び他のデバイスをカバーしている
のは、第1誘電体層16及び第2誘電体層18であり、
これらはHBTデバイス12を保護するための不動態層
として設けられる。一般に、第1誘電体層16及び第2
誘電体層18の各々は、窒化シリコンである。この種の
構成は非常に一般的なもので、当業者に良く知られてい
る。
【0013】HBTデバイス12は、当業者に良く知ら
れたMBEプロセスにより基体20上に成長された多数
の層で形成される。基体20の上部に成長されるのは、
強くドープされたn型GaAsサブコレクタ接触層22
である。このサブコレクタ接触層22の上部に成長され
るのは、弱くドープされたn型GaAsコレクタ層24
である。これらの層22及び24の両方は、HBTデバ
イス12のコレクタを形成する。コレクタ層24の上部
に成長されるのは、強くドープされた薄いp型GaAs
ベース層26である。更に、この薄いベース層26の上
部に成長されるのは、このベース層26に接触するドー
プされたn型の広ギャップAlGaAsエミッタ層30
と、強くドープされたn型のGaAsエミッタ接触層3
2とで構成されたエミッタ層28である。明らかなよう
に、コレクタ層24は、外因性及び真性コレクタ領域に
わたって一貫した厚みである。
【0014】エミッタ接触層32は、エミッタ層28と
オーミックメタル接点34との間に所望の電気的接触を
与えるためのオーミック接触領域として働く。更に、オ
ーミックメタル接点36は、HBTデバイス12に対す
るベース接点として働く。更に、オーミックメタル接点
40は、HBTデバイス12に対するコレクタ接点とし
て働く。明らかなように、これらオーミック接点34及
び40は、先ず、誘電体層16へと溝開口を形成するエ
ッチングプロセスにより形成され、次いで、この溝開口
へと金属を蒸着する付着プロセスによって形成される。
コレクタ層22及び24の各々、ベース層26、及びエ
ミッタ層28は、当業者に良く知られた適当なエッチン
グプロセス及びインプランテーションプロセスによって
整形される。
【0015】図2には、多数の用途に対して各層の厚み
及び成分を良く説明するために図1のHBTデバイス1
2の種々の層の拡大破断図が示されている。半絶縁基体
20は、厚みが約0.5mmである。サブコレクタ接触
層22は、厚みが約6000Åであり、シリコンのよう
な適当なn型ドープ材のドープ濃度が約5x1018原子
/cm3 である。コレクタ層24は、厚みが約7000
Åであり、これもシリコンのような適当なn型ドープ材
のドープ濃度が約7x1015原子/cm3 である。ベー
ス層26は、厚みが約1400Åであり、ベリリウムの
ような適当なp型ドープ材のドープ濃度が約1x1019
原子/cm3 である。
【0016】エミッタ層28は、ベース層26と広ギャ
ップエミッタ層30との間に第1の傾斜(グレーデッ
ド)層42を備えている。この傾斜層42は、GaAs
領域からAlGaAs領域へと移動する電子に対し滑ら
かな移行を与える。傾斜層42は、厚みが約300Å
で、傾斜したAlx Ga1-x Asより成り、アルミニウ
ムのモル少数は、ベース層26の付近で0でありそして
広ギャップエミッタ層30の付近で約30%(x=0.
3)である。第1の傾斜層42のドープ濃度は、シリコ
ンのような適当なn型ドープ材で約5x1017原子/c
3 である。広ギャップエミッタ層30は、厚みが約1
200Åで、シリコンのような適当なn型ドープ材のド
ープ濃度が約5x1017原子/cm3 である。広ギャッ
プエミッタ層30とエミッタ接触層32との間に形成さ
れるのは、第2の傾斜層44である。又、第2の傾斜層
44も厚みが約300Åで、傾斜したAlx Ga1-x
sより成り、アルミニウムのモル少数は、エミッタ接触
層32の付近で0でありそして広ギャップエミッタ層3
0の付近で約30%である。この第2の傾斜層42のド
ープ濃度も、シリコンのような適当なn型ドープ材で約
5x1017原子/cm3である。エミッタ接触層32
は、厚みが約750Åで、シリコンのような適当なn型
ドープ材のドープ濃度が約7x1018原子/cm3 であ
る。
【0017】図3ないし6には、本発明の好ましい実施
例により二重エピタキシーのHBT(DEHBT)デバ
イスを製造する方法が示されている。図3は、半絶縁基
体52、一般にGaAsと、この基体52の上に配置さ
れた3つのコレクタ層とを含む半導体構造体50を示し
ている。好ましい実施例では、構造体50の異なるコレ
クタ層の各々は、当業者に良く知られたMBEプロセス
により半絶縁基体52上に成長される。基体52の上に
約6000Åの厚みまで成長されるのは、強くドープさ
れたGaAsサブコレクタ接触層54で、これは、n型
不純物原子が約5x1018原子/cm3 の濃度までドー
プされる。サブコレクタ接触層54上に約7000Åの
厚みまで成長されるのは、GaAs底部コレクタ層56
で、これは、n型不純物原子が約7.5x1015原子/
cm3 の濃度までドープされる。この底部コレクタ層5
6の上に約3000Åの厚みまで成長されるのは、Ga
As上部コレクタ層58で、これは、n型不純物原子が
約1x1015原子/cm3の濃度までドープされる。上
部及び下部コレクタ層56及び58の両方が同じドープ
濃度である効果的なデバイスを形成することができる。
この場合に、これらの層は、約10000Åの厚みをも
つ1つのコレクタ層に合体されることが明らかである。
【0018】図3に示す構造体50がMBEプロセスに
よって成長されると、構造体50はMBEマシンから取
り出され、ホトリソグラフパターン化される。先ず、当
業者に良く知られたプロセスにより上部コレクタ層58
にホトレジスト層60が付着される。このホトレジスト
層60が乾燥すると、構造体50に対して適当な位置に
マスク(図示せず)が配置される。次いで、この構造体
50に、これも又当業者に良く知られたプロセスにより
マスクのパターンを通して適当な放射線が照射される。
パターン化マスクを通して照射されたホトレジスト層6
0の部分は、次いで、現像及びエッチングされて、上部
コレクタ層58がマスクに対しホトレジスト層60を経
て露出されるようになる。次いで、上部コレクタ層58
がその露出されたエリアにおいてエッチングされ、図4
に示すように構造体50に達する真性コレクタ領域を形
成する。上部コレクタ層58は、底部コレクタ層56の
上面が始まる付近の位置までエッチングされる。エッチ
ングの深さは、エッチング率の時間により測定されるの
で、この深さは厳密なものでない。しかしながら、±5
00Åの裕度があれば、等しく効果的なデバイスが形成
される。層56及び58が単一層である場合には、この
層は、溝を形成するに適当な距離だけエッチングされ
る。
【0019】上部コレクタ層58の残りの部分62及び
64は、外因性コレクタ領域を形成する。適当な清掃手
順を実施して、残りのホトレジスト層60がウェハ構造
体50から除去される。この清掃手順は、当業者に良く
知られたもので、一般的に、順次に適用されるべき3つ
の異なる溶液より成る。3つの溶液は、アセトンと;メ
タノールと;水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水の
混合物とである。
【0020】ホトレジスト層60が完全に除去される
と、ウェハ構造体50は、2回目の成長手順のためにM
BEマシンに再ロードされ、HBT構造体を完成する。
図5を参照すれば、ベース層66は、2つの外因性コレ
クタ部分62及び64と、底部コレクタ層56上の真性
領域との上に約1400Åの厚みまで成長されて示され
ている。ベース層66は、約1x1019原子/cm3
濃度までp型ドープ材原子でドープされたp型GaAs
層より成る。
【0021】次いで、エミッタ層68がベース層66の
上に成長される。このエミッタ層68は、傾斜層、広ギ
ャップエミッタ層及びエミッタ接触層の全てを図1及び
2について述べた厚み、ドープ濃度及び成分について含
んでいる。
【0022】HBT構造体50の製造プロセスは、次い
で、公知のベースラインプロセスをたどり、図6に示す
ようなHBTデバイス80を形成する。エミッタ層68
は、真性コレクタ領域の真上に位置したエミッタメサ7
0まで減少されていることが示される。上記と同様の第
2のホトリソグラフィックパターンプロセスによりエミ
ッタメサ70が形成される。更に、オーミックエミッタ
接点72、オーミックベース接点74及びオーミックコ
レクタ接点78も、上記のように適当な位置に設けられ
る。これらのベースラインステップの更に詳細について
は、参考としてここに取り上げる1986年のGaAs
ICシンポジウム・テクニカル・ダイジェスト、第1
63−166ページに掲載されたキムM.E、カモー
J.B、オキA.K、ストルトK.S、及びマルベイ
V.M著の「デバイス形状に対して高い電流利得を有す
るGaAs/AlGaAsヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ及び集積回路(GaAs/AlGaAs HeteroJunction Bipo
lar Transisters and Integrated Circuits with High
Current Gain for Device Geometries) 」を参照された
い。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ80は、低いキ
ャパシタンスを与えるように外因性エリアに比較的厚い
コレクタ領域を含むと共に、短い電子走行時間を与える
ように真性領域に比較的薄いコレクタ領域を含むことに
注意されたい。
【0023】上記プロセスによって形成されるHBTデ
バイス80は、層の厚み、ドープ濃度、及び半導体成分
を特に参照して説明した。しかしながら、これらの特定
のパラメータは、単なる例に過ぎず、これに限定される
ものではない。本発明の範囲から逸脱せずに他の用途に
対し他の厚み、ドープ濃度及び半導体成分を適用できる
ことが理解されよう。この技術で良く知られたように、
ある範囲のドープ濃度で非常に効果的なデバイスが形成
されることが明らかである。更に、InGaAs/In
AlAs/InP(インジウムガリウム砒素/インジウ
ムアルミニウム砒素/燐化インジウム)のような他の半
導体ヘテロ接合構成も適用できる。又、上記の構成をも
つ真性及び外因性コレクタ領域を形成するように化学蒸
着のような他の半導体成長プロセスも適用できる。
【0024】更に、上記した本発明の方法は、HBTに
ついて上記したのと同じ理由でホモ接合バイポーラトラ
ンジスタにも適用できることに注意されたい。ヘテロ接
合バイポーラトランジスタよりもホモ接合バイポーラト
ランジスタの方が適用し易い用途は幾つかあるが、ホモ
接合バイポーラトランジスタの高速性能は、厳格であ
る。更に、上記の製造手順は、PNP型ヘテロ接合又は
ホモ接合バイポーラトランジスタにも等しく適用でき
る。
【0025】図7には、上記プロセスによって形成され
るHBTデバイスの改良された結果のグラフ例が示され
ている。図7に示すグラフは、横軸に沿ってコレクタ−
エミッタ電圧を示しそして縦軸に沿ってHBTデバイス
の動作周波数を示している。ダイヤモンド型のデータ点
を含む線は、上記プロセスによって製造されたデバイス
に対するものであり、そして方形のデータ点を含む線
は、公知のデバイスに対するものである。約10ミクロ
ン平方のエミッタエリアを有するデバイスにおいてコレ
クタ電流密度40KA/cm2 及びVce=1.5ないし
5Vで測定を行った。
【0026】電流利得カットオフ周波数(ft )は、一
次の近似に対しては、主としてHBTデバイスの電子走
行時間によって決定される。図7において明らかなよう
に、ft の値は、2つのデバイス間で実質的に同じであ
る。というのは、各デバイスは、走行時間を指定する同
じ真性領域厚み及びドープ濃度を有するからである。最
大発振周波数(fmax )は、次の数1によりft に関係
付けされる。
【数1】 但し、Rb はベース抵抗であり、Cbcはベース−コレク
タキャパシタンス(真性及び外因性)であり、DEHB
Tデバイスのfmax は、小さな外因性Cbcにより高いf
max をもたねばならない。図7から明らかなように、従
来のHBTデバイスに対し、DEHBTデバイスのf
max が5GHz改善されたことが示されている。この改
善は、図示されたように、広範囲なVceにわたって一貫
しており、種々様々な用途に対してデバイスを有用なも
のにする。
【0027】以上の説明は、本発明の実施例を例示的に
示すものに過ぎない。当業者であれば、上記説明、添付
図面及び特許請求の範囲から、特許請求の範囲に定めら
れた本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変更や
修正がなされ得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】公知のヘテロ接合バイポーラトランジスタの断
面図である。
【図2】図1の公知HBTの破断断面図である。
【図3】本発明の1つの好ましい実施例によりヘテロ接
合バイポーラトランジスタを製造する方法の段階を示す
図である。
【図4】本発明の1つの好ましい実施例によりヘテロ接
合バイポーラトランジスタを製造する方法の段階を示す
図である。
【図5】本発明の1つの好ましい実施例によりヘテロ接
合バイポーラトランジスタを製造する方法の段階を示す
図である。
【図6】本発明の1つの好ましい実施例によりヘテロ接
合バイポーラトランジスタを製造する方法の段階を示す
図である。
【図7】図3ないし6の方法により製造されたHBTの
周波数応答を示す電流利得及び電力利得カットオフ周波
数対コレクタ−エミッタ電圧のグラフである。
【符号の説明】
50 半導体構造体 52 半絶縁基体 54 サブコレクタ接触層 56 底部コレクタ層 58 上部コレクタ層 60 ホトレジスト層 62、64 外因性コレクタ部分 66 ベース層 68 エミッタ層 70 エミッタメサ 72 オーミックエミッタ接点 74 オーミックベース接点 78 オーミックコレクタ接点 80 HBTデバイス
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年4月4日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドワイト クリストファー ストライト アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90740 シール ビーチ カレッジ パー ク ドライヴ 312 (72)発明者 アーロン ケンジ オオキ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90502 トーランス ケンウッド 22114

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイポーラトランジスタを製造する方法
    において、 半導体基体を用意し;上記基体を分子ビームエピタキシ
    ーマシンに配置し;分子ビームエピタキシー手順によっ
    て上記基体上に第1のコレクタ層及び第2のコレクタ層
    を成長し;上記分子ビームエピタキシーマシンから上記
    基体を取り出し;上記第2のコレクタ層を変更して、真
    性コレクタ領域及び外因性コレクタ領域を形成し、外因
    性コレクタ領域は、真性コレクタ領域よりも大きな厚み
    のものであり;上記基体を分子ビームエピタキシーマシ
    ンに戻し;そして分子ビームエピタキシープロセスによ
    って上記真性及び外因性コレクタ領域の上にベース層及
    びエミッタ層を成長する;という段階を備えたことを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項2】 上記第2のコレクタ層を変更して、真性
    コレクタ領域を形成する上記段階は、上記第2のコレク
    タ層の一部分を所定の位置において除去する段階を含む
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 上記第2のコレクタ層を変更する段階
    は、第2のコレクタ層の上にホトレジスト材料を付着
    し;パターン化されたマスクを通してホトレジスト層を
    照射し;その照射に曝されたエリアにおいてホトレジス
    ト層を現像して、コレラエリアにおいてホトレジスト材
    料を除去し;そしてその露出されたエリアにおいて第2
    のコレクタ層をエッチングする段階を備え、このエッチ
    ング段階は第1のコレクタ層の上面に接近した深さまで
    第2のコレクタ層を除去することを含む請求項2に記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 第1のコレクタ層を成長する段階は、ガ
    リウム砒素の第1コレクタ層を、n型不純物原子で約
    7.5x1015原子/cm3 にドープされた約7000
    Åの厚みまで成長することを含む請求項1に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 上記第2のコレクタ層を成長する段階
    は、ガリウム砒素半導体層を、n型不純物原子で約1x
    1015原子/cm3 にドープされた約3000Åの厚み
    まで成長することを含む請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 サブコレクタ接触層を成長する段階を更
    に備え、このサブコレクタ接触層を成長する段階は、上
    記基体上にサブコレクタ接触層を直接成長しそしてこの
    コレクタ接触層に第1及び第2のコレクタ層を成長する
    ことを含む請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 半導体基体を用意する上記段階は、約
    0.5mm厚みの半絶縁ガリウム砒素基体を用意するこ
    とを含む請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 ベース層を成長する段階は、ガリウム砒
    素ベース層を、p型不純物原子で約1x1019原子/c
    3 の濃度にドープされた約1400Åの厚みまで成長
    することを含む請求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】 上記エミッタ層をエッチングして真性コ
    レクタ領域上にエミッタメサを形成する段階を更に備
    え、エミッタ層をエッチングするこの段階は、外因性コ
    レクタ領域の上にあるエミッタ層の部分を除去すること
    を含む請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】 エミッタ層を成長する上記段階は、ベ
    ース層に第1の傾斜層を成長し;この第1の傾斜層に広
    ギャップエミッタ層を成長し;この広ギャップエミッタ
    層に第2の傾斜層を成長し;そしてこの第2の傾斜層に
    エミッタ接触層を成長し;上記第1の傾斜層は、ベース
    層の付近では実質的にアルミニウムをもたず、広ギャッ
    プエミッタ層の付近では約30%のアルミニウムを有し
    そして厚みが約300Åの傾斜アルミニウムを含むガリ
    ウム砒素であり、上記広ギャップエミッタ層は、約30
    %のアルミニウムと約1200Åの厚みを有するアルミ
    ニウムガリウム砒素であり、上記第2の傾斜層は、エミ
    ッタ接触層の付近では実質的にアルミニウムをもたず、
    広ギャップエミッタ層の付近では約30%のアルミニウ
    ムを有しそして厚みが約300Åの傾斜アルミニウムを
    含むガリウム砒素であり、そして上記エミッタ接触層
    は、約750Åの厚みを有するガリウム砒素である請求
    項1に記載の方法。
  11. 【請求項11】 上記サブコレクタ層にオーミックコレ
    クタ接点を付着し、上記エミッタ層にエミッタ接点を付
    着し、そして上記ベース層に少なくとも1つのベース接
    点を付着する段階を更に備えた請求項6に記載の方法。
  12. 【請求項12】 バイポーラトランジスタを製造する方
    法において、 半導体基体を用意し;上記基体上にコレクタ層を形成
    し;上記コレクタ層の一部分を除去して、真性コレクタ
    領域及び外因性コレクタ領域を形成し、外因性コレクタ
    領域は、真性コレクタ領域よりも大きな厚みのものであ
    り;上記真性コレクタ領域及び外因性コレクタ領域の上
    にベース層を形成し;そして上記真性コレクタ領域の上
    にエミッタ層を形成する;という段階を備えたことを特
    徴とする方法。
  13. 【請求項13】 コレクタ層、ベース層及びエミッタ層
    を形成する上記段階は、分子ビームエピタキシーマシン
    においてこれら層を成長することを含み、上記コレクタ
    層を分子ビームエピタキシーマシンにおいて成長し、次
    いで、分子ビームエピタキシーマシンから基体を取り出
    して、上記コレクタ層の一部分を除去する段階を実行
    し、そして基体を分子ビームエピタキシーマシンに再ロ
    ードしてベース及びエミッタ層を成長し、その後にエミ
    ッタ層をエッチングして、真性コレクタ領域の上にエミ
    ッタメサを形成する請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 コレクタ層の一部分を除去する段階
    は、ホトリソグラフィックパターン化プロセスの使用を
    含む請求項12に記載の方法。
  15. 【請求項15】 上記コレクタ層及びエミッタ層はn型
    半導体であり、そしてベース層はp型半導体である請求
    項12に記載の方法。
  16. 【請求項16】 コレクタ層を形成する上記段階は、ガ
    リウム砒素コレクタ層を形成することを含み、ベース層
    を形成する上記段階は、ガリウム砒素ベース層を形成す
    ることを含み、そしてエミッタ層を形成する上記段階
    は、アルミニウムガリウム砒素エミッタ層を形成するこ
    とを含む請求項12に記載の方法。
  17. 【請求項17】 コレクタ層を形成する上記段階は、第
    1コレクタ層及び第2コレクタ層を形成することを含
    み、上記第1コレクタ層は上記基体に接触し、そして上
    記除去段階は、第2コレクタ層の一部分を除去すること
    を含む請求項12に記載の方法。
  18. 【請求項18】 基体と;少なくとも第1コレクタ層及
    び第2コレクタ層を含むコレクタとを備え、上記第1コ
    レクタ層は真性コレクタ領域を形成し、上記第1コレク
    タ層及び上記第2コレクタ層は外因性コレクタ領域を形
    成し、この外因性コレクタ領域は、真性コレクタ領域よ
    りも大きな厚みのものであり;更に、上記真性コレクタ
    領域及び外因性コレクタ領域の上に形成されたベース層
    と;上記真性コレクタ領域の上に形成されたエミッタ層
    とを備えたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
  19. 【請求項19】 上記半導体基体は、約2.5mm厚み
    のガリウム砒素の半絶縁基体である請求項18に記載の
    バイポーラトランジスタ。
  20. 【請求項20】 上記コレクタは、更に、第1コレクタ
    層の下で基体に配置されたサブコレクタ接触層を備え、
    このサブコレクタ接触層は、厚みが約6000Åのガリ
    ウム砒素層であり、そして更に、n型不純物原子で約5
    x1018原子/cm3 のドープ濃度までドープされる請
    求項18に記載のバイポーラトランジスタ。
  21. 【請求項21】 上記第1コレクタ層は、n型不純物原
    子で約7.5x10 15原子/cm3 の濃度にドープされ
    た約7000Å厚みのガリウム砒素層である請求項18
    に記載のバイポーラトランジスタ。
  22. 【請求項22】 上記第2コレクタ層は、n型不純物原
    子で約1x1015原子/cm3 の濃度にドープされた約
    3000Å厚みのガリウム砒素層である請求項18に記
    載のバイポーラトランジスタ。
  23. 【請求項23】 上記ベース層は、p型不純物原子で約
    1x1019原子/cm3 の濃度にドープされた約140
    0Å厚みのガリウム砒素層である請求項18に記載のバ
    イポーラトランジスタ。
  24. 【請求項24】 上記エミッタ層は、第1のエミッタ傾
    斜層が広ギャップエミッタ層の上に第2の傾斜層を成長
    しそしてこの第2の傾斜層の上にエミッタ接触層を成長
    するような一連のエミッタ層であり、上記第1の傾斜層
    は、ベース層の付近では実質的にアルミニウムをもた
    ず、広ギャップエミッタ層の付近では約30%のアルミ
    ニウムを有しそして厚みが約300Åの傾斜アルミニウ
    ムを含むガリウム砒素であり、上記広ギャップエミッタ
    層は、約1200Åの厚みを有するアルミニウムガリウ
    ム砒素であり、上記第2の傾斜層は、エミッタ接触層の
    付近では実質的にアルミニウムをもたず、広ギャップエ
    ミッタ層の付近では約30%のアルミニウムを有しそし
    て厚みが約300Åの傾斜アルミニウムを含むガリウム
    砒素であり、そして上記エミッタ接触層は、約750Å
    の厚みを有するガリウム砒素である請求項18に記載の
    バイポーラトランジスタ。
  25. 【請求項25】 上記コレクタ層に接触するコレクタオ
    ーミック接点と、上記ベース層に接触する少なくとも1
    つのベースオーミック接点と、上記エミッタ層に接触す
    るエミッタオーミック接点とを更に備えた請求項18に
    記載のバイポーラトランジスタ。
JP7044413A 1994-04-13 1995-03-03 高速性能用の二重エピタキシーヘテロ接合バイポーラトランジスタ Pending JPH07283234A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/227,148 US5648666A (en) 1994-04-13 1994-04-13 Double-epitaxy heterojunction bipolar transistors for high speed performance
US08/227148 1994-04-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07283234A true JPH07283234A (ja) 1995-10-27

Family

ID=22851956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7044413A Pending JPH07283234A (ja) 1994-04-13 1995-03-03 高速性能用の二重エピタキシーヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5648666A (ja)
EP (1) EP0677878A3 (ja)
JP (1) JPH07283234A (ja)
KR (1) KR0173337B1 (ja)
TW (1) TW271004B (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100197001B1 (ko) 1996-05-02 1999-07-01 구본준 바이폴라소자 및 그 제조방법
US6335562B1 (en) 1999-12-09 2002-01-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and design for the suppression of single event upset failures in digital circuits made from GaAs and related compounds
JP4598224B2 (ja) * 2000-03-30 2010-12-15 シャープ株式会社 ヘテロ接合バイポーラ型ガン効果四端子素子
US6674103B2 (en) * 2000-07-31 2004-01-06 The Regents Of The University Of California HBT with nitrogen-containing current blocking base collector interface and method for current blocking
US6396107B1 (en) 2000-11-20 2002-05-28 International Business Machines Corporation Trench-defined silicon germanium ESD diode network
US6541346B2 (en) * 2001-03-20 2003-04-01 Roger J. Malik Method and apparatus for a self-aligned heterojunction bipolar transistor using dielectric assisted metal liftoff process
US6469581B1 (en) 2001-06-08 2002-10-22 Trw Inc. HEMT-HBT doherty microwave amplifier
US6864742B2 (en) * 2001-06-08 2005-03-08 Northrop Grumman Corporation Application of the doherty amplifier as a predistortion circuit for linearizing microwave amplifiers
WO2003009396A2 (en) * 2001-07-20 2003-01-30 Microlink Devices, Inc. Algaas or ingap low turn-on voltage gaas-based heterojunction bipolar transistor
TW538481B (en) * 2002-06-04 2003-06-21 Univ Nat Cheng Kung InGaP/AlGaAs/GaAs hetero-junction bipolar transistor with zero conduction band discontinuity
US7067898B1 (en) 2004-05-25 2006-06-27 Hrl Laboratories, Llc Semiconductor device having a self-aligned base contact and narrow emitter
US7368764B1 (en) 2005-04-18 2008-05-06 Hrl Laboratories, Llc Heterojunction bipolar transistor and method to make a heterojunction bipolar transistor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH031543A (ja) * 1989-05-29 1991-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd パイポーラトランジスタの製造方法
JPH0621069A (ja) * 1992-07-03 1994-01-28 Hitachi Ltd 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4111720A (en) * 1977-03-31 1978-09-05 International Business Machines Corporation Method for forming a non-epitaxial bipolar integrated circuit
US5262660A (en) * 1991-08-01 1993-11-16 Trw Inc. High power pseudomorphic gallium arsenide high electron mobility transistors
US5162243A (en) * 1991-08-30 1992-11-10 Trw Inc. Method of producing high reliability heterojunction bipolar transistors
US5298439A (en) * 1992-07-13 1994-03-29 Texas Instruments Incorporated 1/f noise reduction in heterojunction bipolar transistors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH031543A (ja) * 1989-05-29 1991-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd パイポーラトランジスタの製造方法
JPH0621069A (ja) * 1992-07-03 1994-01-28 Hitachi Ltd 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0677878A2 (en) 1995-10-18
KR950034824A (ko) 1995-12-28
TW271004B (ja) 1996-02-11
EP0677878A3 (en) 1998-01-21
US5648666A (en) 1997-07-15
KR0173337B1 (ko) 1999-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5525818A (en) Reducing extrinsic base-collector capacitance
US5656514A (en) Method for making heterojunction bipolar transistor with self-aligned retrograde emitter profile
EP0206787B1 (en) Heterojunction bipolar transistor and method of manufacturing same
US4924283A (en) Heterojunction bipolar transistor and process for fabricating same
JPH07201883A (ja) 横型バイポーラトランジスタ
JPH09246282A (ja) 選択的サブコレクタヘテロ接合バイポーラトランジスタ
US5336909A (en) Bipolar transistor with an improved collector structure
JPH06163567A (ja) Pn接合拡散障壁体
JPH07283234A (ja) 高速性能用の二重エピタキシーヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP2003518776A (ja) コレクタ−アップ・ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタとその製造方法
US6147371A (en) Bipolar transistor and manufacturing method for same
US5434091A (en) Method for making collector up bipolar transistors having reducing junction capacitance and increasing current gain
US5783966A (en) Reducing junction capacitance and increasing current gain in collector-up bipolar transistors
JP2576828B2 (ja) 高利得misトランジスタ
Oka et al. Small-scaled InGaP/GaAs HBTs with WSi/Ti base electrode and buried SiO/sub 2
US6768141B2 (en) Heterojunction bipolar transistor (HBT) having improved emitter-base grading structure
US5981985A (en) Heterojunction bipolar transistor with buried selective sub-collector layer, and methods of manufacture
JP3874919B2 (ja) 化合物半導体装置
JP2506074B2 (ja) ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタ及びその製造方法
JPH09246281A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP2841380B2 (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JP3859149B2 (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法
JP3228431B2 (ja) コレクタアップ構造ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法
JPH11121461A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
JPH05175225A (ja) ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法