JPH0936132A - バイポーラトランジスタ - Google Patents
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Abstract
を効果的に抑える二重メサ構造を有するバイポーラトラ
ンジスタを提供する。 【解決手段】 コレクタ、ベースおよびエミッタが積層
された基板を含むIII−V属半導体材料に基づくヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタであって、エミッタは、
ベースに積層された半導体材料MI,MII,MIIIの少な
くとも3つの層(1),(2)および(3)から成るい
わゆる「二重メサ」構造を備え、層(1)と(2)の断
面は層(3)の断面より大きく、各層は基板に平行に形
成されている。
Description
スタ、特に、電流が基板表面に垂直に流れる垂直構成ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタに関する。これらのト
ランジスタはマイクロ波を利用した分野に用いられてい
る。
材料層のスタックにより形成されており、このうち、少
なくとも1つの表面層が「メサ型」にエッチング、すな
わち、突き出た、浮き出しパターンになっている。図1
はヘテロ接合バイポーラトランジスタの従来の構成、す
なわちエミッタ、ベースおよびコレクタが3つの異なっ
たレベルにあるHBTを示す。従来、接点CEは、適合
する層を重ね合わせたエミッタ表面に形成されている。
2つの接点CB1とCB2は、ベースに横方向に形成されエ
ミッタの両側にある。2つの接点CC1とCC2はコレクタ
に横方向に形成され、ベースの両側にある。
は、図1に示すs1とs2の自由表面で電子/ホール再結
合という問題を引き起こす。これらの再結合は電流のゲ
インの悪化に主要な役割を果たしている。
現象(端部での電子の漏れによる)は顕著になる。従っ
て、この型の垂直構成バイポーラトランジスタをマイク
ロ波を利用した分野に応用するときこの問題により大き
な不利益を被ることになる。事実、マイクロ波を利用し
た分野に用いる場合、バイポーラトランジスタは、いく
つかの並列接続した基本トランジスタ(フィンガとも呼
ぶ)から構成されており、基本トランジスタのベース抵
抗を制限するためにはエミッタの幅を制限する必要があ
る。通常、フィンガの幅は、100 GHz以下の周波
数の応用では2μmの範囲になければならないが、エミ
ッタフィンガの長さは約30ミクロンであっても良い。
め、既にいくつかの解決策、特に、GaAlAs/Ga
As材料Bで構成されるHBTトランジスタが提案され
ている。このうちの方法の1つが、自由キャリアが存在
しないため、電子/ホール再結合が事実上発生しない中
間過疎領域(intermediate depopulated zone)をエミッ
タとベースの間に形成するパッシベーション層を設ける
ことである。更に、図2はベースを構成するPドープさ
れたGaAs層の上に堆積されたGaAlAs層を部分
的にエッチングすることにより得られる特殊なエミッタ
構造を持つ構成を示す。2つの接点CB1とCB2がs´1
とs´2面上のエミッタレベルに形成される。次に、適
切な処理により、これらの接点は厚さeoに拡散され
る。この構成において、ベースの自由表面に早い時期に
形成されるベースの電子/ホール再結合は、ベースに保
持されるエミッタ厚さeoにより制限される。従って、
この型の構造に関する問題は、接点の拡散を完全には制
御できず、それゆえ、時間の経過と温度の上昇に伴い拡
大し続けるという可能性があることに起因する不安定性
にある。
ッタ構成によって表面の再結合を最小化する、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ構成を提案する。
タ、ベースおよびエミッタがそれぞれ積層された基板を
含むIII−V属半導体材料に基づくヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタを提供することである。ここで、エミ
ッタは、ベースに積層された半導体材料MI,MII,M
IIIの少なくとも3つの層(1),(2)および(3)
を含み、層(1)と(2)の断面は層(3)の断面より
大きく、各層は基板に平行に形成されており、層(1)
は弱くドープされてパッシベーション機能を実現するい
わゆる「二重メサ」構造を備えている。
半導体材料MIから構成されている。材料MIとMIIは2
つのエッチング方法に関し異なる挙動を示す。
いて、材料MIは好ましくはGaInPであり、材料M
IIはGaAsである。
に、有利にはエミッタ自身と接点CEへのアクセスを提
供する層との間に組込まれた層(4)を含んでいる。こ
の層は、通常、層(3)より更に弱くドープした材料
(III)から構成され、エミッタに組込まれたバラス
ト抵抗を形成する。
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いる熱レーシン
グ(thermal racing)現象が重大な電力応用に有効であ
る。
は、特性IE(VBE)(エミッタとベースに印加された
電圧の関数であるエミッタ電流)の約−1.5mv/K
の差から生ずる。これは基本構成要素が、エミッタ電流
の大部分を放出することを意味する。例えば、ベース電
流が一定であれば、構成要素の熱が大きくなればなるほ
ど、次第に局部化される最も熱い領域により多くの電流
が集中する。このメカニズムは、最終的にデバイスを破
壊に至らせる熱点の形成を誘発する エミッタに外付け抵抗を追加する従来の手法に比べ、組
込まれた抵抗を用いると、熱レーシングを克服するのに
必要な抵抗値を約30%(実験による評価)低減するこ
とを可能にする。この結果として、実質的に性能レベル
が向上する。
ンジスタ構成、特に、エミッタが新規な構成を有するヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ構成を提供する。図3
はベースBに積層された少なくとも3つの層(1),
(2)および(3)から構成され、ベース自体はコレク
タCに積層されているこの構造を示す。エッチングがベ
ースBと層(2)上でそれぞれ良好に制御されるように
材料MIとMIIIを用いることにより、ベース上にエミッ
タの「二重メサ」構造を形成することができる。このた
め、これにより、従来技術で提案されるようなエミッタ
媒体の拡散工程に頼らずともベース接点CB1とCB2が形
成できる。
料から構成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタの
特定の場合について記載する、実際、この2つの材料
は、いくつかの理由により一般的なGaAl/As/G
aAsシステムに比較し、特に有効である。
いずれかを用いて、GaInP/GaAs対の選択的エ
ッチングが可能ないくつかのエッチング方法がある。こ
れにより、選択度の限定を受けることなく、GaInP
から構成される層を全体的にエッチングし、GaAs層
でエッチングを停止することが可能である。
を備えたエピタキシャル成長させたトランジスタ構成を
用いれば、図3に示す構造を得ることができる。
4に示す連続した層から形成できる。
準的方法で形成する。
濃度と800nmのオーダの厚さのGaAs(Si)か
ら形成されるサブコレクタ層(SC)。
1,000nmのオーダの厚さのGaAs(Si)から
形成されるコレクタ層(C)。
グ濃度と120nmの厚さのGaAs(炭素)から形成
されるベース層(B)。
の層を形成する。
約30nmの厚さのGaInP(Si)から形成される
層(1)。
約5nmの非常に薄い厚さのGaAs(Si)から形成
される層(2)。
約120nmの厚さのGaInP(Si)から形成され
る層(3)。
造に組込まれる。これは層(1)〜(3)のドーピング
より低いドーピング濃度を持つ層(4)である。すなわ
ち、 −7.1016cm-3のnドーピング濃度と250nmの
厚さのGaInP(Si)から形成される層(4)。
る。
度と約100nmの厚さのGaInP(Si)から形成
される層(5)。この層は主にGaInpから構成され
るエミッタとGaAsから形成される上部層との間のト
ランジション(遷移)層として用いられ、エミッタのオ
ーミックコンタクトの形成を容易にする。
と200nmの領域の厚さのGaAs(Si)から形成
される層(6)。
018cm-3のドーピング濃度と20mmの厚さのGa1
−xInxAs(Si)から形成されるオプション層
(7)。
aInP/GaAsの組合せの選択的エッチングによっ
て所望の構造を形成できる。層(3)を含む「メサ」の
横方向の寸法は、エッチングマスクとしてエミッタオー
ミックコンタクトを用いる反応性イオンエッチング(R
IE)等のようなドライエッチング法によって決定され
る。エミッタ接点CEは、あらかじめ上部層(7)の上
に形成される。金属接点の形成に用いるメタライゼーシ
ョンはAuGe/Ni/Auの合金であっても良い。
覆してから、層(1)と(2)に対応する低部「メサ」
の境界を設けるのが望ましい位置でエッチングする。樹
脂で被覆されない領域では、層(1)と(2)はベース
表面に達するまでエッチングされる。
タの容量値を制限するため電気的絶縁溝を形成すること
が可能である。ホウ素をベース層の下まで拡散させ、メ
タライゼーションによってベース接点CB1とCB2を形成
することができる(図5に示す)。
が得られる。
(P)によって被覆される。
る。
る。
である。
タで用いられるエピタキシャル成長構造の例である。
面図を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 コレクタ、ベースおよびエミッタがそれ
ぞれ積層された基板を含むIII−V属半導体材料に基
づくヘテロ接合バイポーラトランジスタであって、エミ
ッタはベースに積層された半導体材料MI,MII,MIII
の少なくとも3つの層(1),(2)および(3)から
なるいわゆる「二重メサ」構造を備え、層(1)と
(2)の断面は層(3)の断面より大きく、各層は基板
に平行に形成されていることを特徴とするヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ。 - 【請求項2】 ベースと層(2)は同一の材料MIから
構成され、層(1)と(3)も同一の半導体材料MIか
ら構成され、材料MIとMIIは2つのエッチング方法に
関し異なった挙動を示す、請求項1に記載のヘテロ接合
バイポーラトランジスタ。 - 【請求項3】 材料MIはGaInP、材料MIIはGa
Asである、請求項2に記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ。 - 【請求項4】 エミッタは層(3)に積層された層
(4)を含み、該層(4)はトランジスタに組込まれた
バラスト抵抗を構成するように該層(3)より弱くドー
プされている、請求項1に記載のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ。 - 【請求項5】 エミッタを構成する層より高いドーピン
グ濃度を持つオーミックコンタクトの形成を容易にする
少なくとも1つの層を含む、請求項1に記載のヘテロ接
合バイポーラトランジスタ。 - 【請求項6】 コレクタ、ベースおよびエミッタを積み
重ねた層の両側に、コレクタにイオン注入をして形成し
た電気的絶縁溝を含む、請求項1に記載のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ。
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