JPH11354451A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH11354451A
JPH11354451A JP15712998A JP15712998A JPH11354451A JP H11354451 A JPH11354451 A JP H11354451A JP 15712998 A JP15712998 A JP 15712998A JP 15712998 A JP15712998 A JP 15712998A JP H11354451 A JPH11354451 A JP H11354451A
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JP
Japan
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carbon
layer
doped
type gaas
type
Prior art date
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JP15712998A
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Japanese (ja)
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Toru Oka
徹 岡
Makoto Kudo
真 工藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the reduction of the activation factor of a semiconductor device caused by doping in it high-concentration carbon, by adding antimony to a carbon-doped p-type GaAs layer formed on a GaAs substrate. SOLUTION: On a semi-insulating GaAs (100) substrate 1, a high-concentration carbon-doped p-type GaAs layer 2 with added antimony (Sb) is formed. The p-type GaAs layer 2 can be formed by a variety of such methods as a molecular beam epitaxy(MBE) method and a metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD) method. Here, the p-type GaAs layer 2 is grown by a gas-source MBE method using solid Ga, arsine (AsH3 ), solid Sb, and four carbon bromide (CBr4 ) as the source materials of gallium, arsenic, antimony, and carbon. As a result, the thin film of the Sb-added carbon-doped p-type GaAs layer 2 is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はIII−V 族半導体装
置に係わり、とくに高濃度にドーピングされたp型の薄
膜を形成するのに好適なGaAsを用いた半導体装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a III-V semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using GaAs suitable for forming a highly doped p-type thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】III−V 族半導体材料により作製される
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)のような
超高速デバイスや半導体レーザのような光デバイスで
は、高くドーピングされたp型半導体層を必要とする。
このp型領域を形成するために、従来はそのドーパント
として亜鉛やベリリウムを半導体層内に添加していた。
しかしながら、いずれのドーパントも拡散し易い性質を
有するため、高い正孔濃度を有する薄膜を形成すること
は非常に困難であった。
2. Description of the Related Art Ultra-high-speed devices such as heterojunction bipolar transistors (HBTs) made of III-V semiconductor materials and optical devices such as semiconductor lasers require highly doped p-type semiconductor layers. .
Conventionally, zinc or beryllium has been added to the semiconductor layer as a dopant for forming the p-type region.
However, it is very difficult to form a thin film having a high hole concentration because all the dopants have a property of being easily diffused.

【0003】この問題を解決するために、最近炭素がド
ーパントとして用いられるようになった。炭素は拡散定
数が小さく高い正孔濃度を有する薄膜半導体層を形成す
るのに有効である。このため炭素はp型GaAs層を形
成するためのドーパントとしても用いられるようにな
り、1×1019cm-3以上の高い正孔濃度を有する薄いp
型GaAs層を形成することが可能となった。
[0003] In order to solve this problem, carbon has recently been used as a dopant. Carbon is effective in forming a thin film semiconductor layer having a small diffusion constant and a high hole concentration. For this reason, carbon is also used as a dopant for forming a p-type GaAs layer, and a thin p-type layer having a high hole concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more is used.
It has become possible to form a type GaAs layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaA
s層にドーピングする炭素の濃度を4×1020cm-3以上
に高くすると、活性化率がそのドーピング量の増加にと
もなって図7に示すように急激に低下する。これはGa
As内にドーピングされた炭素の濃度が高くなることに
よって、V族であるAsの結晶格子位置に炭素が取り込
まれp型導電性を形成するアクセプタとしてはたらく以
外に、III 族であるGaの結晶格子位置に炭素が取り込
まれn型導電性を形成するドナーとしてはたらき、その
結果正孔が電子に補償されるということに起因する。こ
のように従来技術では、高い炭素濃度で高い活性化率を
達成することは困難であり、炭素のドーピング量を増加
させることによってp型GaAs層の抵抗率を低減する
には限界があった。
SUMMARY OF THE INVENTION However, GaAs
When the concentration of carbon doped in the s layer is increased to 4 × 10 20 cm −3 or more, the activation rate sharply decreases as shown in FIG. 7 as the doping amount increases. This is Ga
As the concentration of carbon doped in As increases, carbon is taken into the crystal lattice position of As, which is a V group, and acts as an acceptor that forms p-type conductivity. This is because carbon is taken into a position and acts as a donor that forms n-type conductivity, so that holes are compensated by electrons. As described above, in the prior art, it is difficult to achieve a high activation rate at a high carbon concentration, and there is a limit in reducing the resistivity of the p-type GaAs layer by increasing the doping amount of carbon.

【0005】本発明の目的は、GaAs層に炭素を高濃
度にドーピングすることによって生じる活性化率の低下
を抑制し、高い炭素濃度で高い活性化率を有するp型Ga
As層を提供することにある。
It is an object of the present invention to suppress a decrease in the activation rate caused by doping a GaAs layer with a high concentration of carbon, and to provide a p-type Ga having a high activation rate at a high carbon concentration.
To provide an As layer.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
問題点を解決するために、GaAs基板上に形成される
炭素ドープのp型GaAs層にアンチモンSbを添加す
ることによって、炭素を高濃度にドーピングすることで
生じる活性化率の低下を抑制したものである。Sbは炭
素との結合エネルギーがAsに比べて小さいため、Ga
As層内にSbを添加しAsの一部をSbで置き換える
ことによって、炭素がIII 族であるGaの結晶格子位置
に取り込まれる量を低減させることができる。その結
果、4×1020cm-3以上の高い濃度に炭素をドーピング
することによって生じるp型GaAs層の活性化率低下を抑
制することが可能となる。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art by adding antimony Sb to a carbon-doped p-type GaAs layer formed on a GaAs substrate to increase the carbon content. This is to suppress the decrease in the activation rate caused by doping to a concentration. Since Sb has a smaller binding energy with carbon than As,
By adding Sb to the As layer and replacing part of As with Sb, it is possible to reduce the amount of carbon taken into the crystal lattice position of Ga, which is a group III material. As a result, it is possible to suppress a decrease in the activation rate of the p-type GaAs layer caused by doping carbon with a high concentration of 4 × 10 20 cm −3 or more.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】〈実施例1〉本発明の第1の実施
例を図1および図2を用いて説明する。図1は本発明に
よるGaAs基板上に形成された、Sbが添加された炭
素ドープのp型GaAs層の薄膜の断面図である。同図
において、半絶縁性GaAs(100)基板1上に、S
bが添加された高濃度炭素ドープp型GaAs層2が形
成されている。前記p型GaAs層は、たとえば分子線
エピタキシ(MBE)法や金属有機化学気相成長(MO
CVD)法のようなさまざまな方法により形成すること
が可能である。本実施例では、ガリウム,砒素,アンチ
モンおよび炭素のソース材料として固体のGa,アルシ
ン(AsH3)、固体のSb、および四臭化炭素(CB
4)を用いたガスソースMBE法により前記p型Ga
As層を成長した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <Embodiment 1> A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film of a carbon-doped p-type GaAs layer doped with Sb formed on a GaAs substrate according to the present invention. In FIG. 1, a semi-insulating GaAs (100) substrate 1
A heavily carbon-doped p-type GaAs layer 2 to which b is added is formed. The p-type GaAs layer is formed by, for example, molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MO).
It can be formed by various methods such as a CVD method. In this embodiment, solid Ga, arsine (AsH 3 ), solid Sb, and carbon tetrabromide (CB) are used as source materials of gallium, arsenic, antimony, and carbon.
r 4 ) by the gas source MBE method.
An As layer was grown.

【0008】図2に本実施例により作製された、Sb添
加された炭素ドープのp型GaAs層の炭素濃度と活性
化率との関係を示す。ここでSbの添加量は、炭素の濃
度に応じて、Sbが添加された炭素ドープp型GaAs
層の格子定数とGaAs基板の格子定数が同じとなるよ
うに決められる。図2に示すように、本実施例の炭素ド
ープp型GaAs層は炭素濃度=4×1020cm-3以上に
おいて従来よりも高い活性化率を実現している。
FIG. 2 shows the relationship between the carbon concentration and the activation rate of the Sb-doped carbon-doped p-type GaAs layer manufactured according to this embodiment. Here, the addition amount of Sb is determined according to the concentration of carbon in the carbon-doped p-type GaAs to which Sb is added.
The lattice constant of the layer is determined to be the same as the lattice constant of the GaAs substrate. As shown in FIG. 2, the carbon-doped p-type GaAs layer of the present embodiment realizes a higher activation rate than the conventional one at a carbon concentration of 4 × 10 20 cm −3 or more.

【0009】添加されるSbは炭素ドープp型GaAs
層内に不均一に添加されても同様の効果が得られる。ま
た添加されるSbの量を増加することによって活性化率
低下を抑制する効果は大きくなる。しかしながら、Sb
が添加された炭素ドープp型GaAs層の格子定数がG
aAs基板の格子定数より大きくなるまでSbが添加さ
れると、Sbが添加された炭素ドープp型GaAs層に
は圧縮応力による歪みが生じ、Sbが結晶成長時に成長
表面に偏析するため、所望のエネルギーバンド構造を得
ることが困難となる。この理由からSbの添加量は、S
bが添加された炭素ドープp型GaAs層の格子の大き
さがGaAs基板の格子の大きさと同じかそれよりも小
さい、すなわち、Sbが添加された炭素ドープp型Ga
As層の格子定数がGaAs基板の格子定数の1倍以下
であることが望ましい。
The added Sb is carbon-doped p-type GaAs.
The same effect can be obtained even if it is added unevenly in the layer. The effect of suppressing the decrease in the activation rate is increased by increasing the amount of Sb added. However, Sb
The lattice constant of the carbon-doped p-type GaAs layer doped with
If Sb is added until the lattice constant becomes larger than the lattice constant of the aAs substrate, strain due to compressive stress occurs in the carbon-doped p-type GaAs layer to which Sb is added, and Sb segregates on the growth surface during crystal growth. It is difficult to obtain an energy band structure. For this reason, the amount of Sb added is
The lattice size of the carbon-doped p-type GaAs layer to which b is added is equal to or smaller than the lattice size of the GaAs substrate, that is, the carbon-doped p-type Ga to which Sb is added.
It is desirable that the lattice constant of the As layer is not more than one time the lattice constant of the GaAs substrate.

【0010】なお、上記実施例1では、ガリウム,砒
素,アンチモンおよび炭素のソース材料として固体のG
a,アルシン,固体のSb、および四臭化炭素を用いた
ガスソースMBE法により成長したSbを含む炭素ドー
プp型GaAs層について説明したが、結晶成長方法と
して、Gaのソース材料にトリエチルガリウムやトリメ
チルガリウム,砒素のソース材料にトリメチル砒素や第
3級ブチルアルシン,Sbのソース原料にスチビンやト
リメチルアンチモン,炭素のソース原料に四塩化炭素や
トリメチルガリウム、またはトリメチル砒素のような原
料を用いたMOCVD法を使用しても同様の効果が得ら
れる。
In the first embodiment, solid G is used as a source material of gallium, arsenic, antimony and carbon.
Although a carbon-doped p-type GaAs layer containing a, arsine, solid Sb, and Sb grown by gas source MBE using carbon tetrabromide has been described, as a crystal growth method, triethyl gallium or Ga is used as a source material of Ga. MOCVD using a source material such as trimethylarsenic or tertiary butylarsine as a source material of trimethylgallium and arsenic, stibine or trimethylantimony as a source material of Sb, and a material such as carbon tetrachloride, trimethylgallium, or trimethylarsenic as a source material of carbon The same effect can be obtained by using the method.

【0011】また、前記p型GaAs層は、固体のG
a,As,Sbを用いたMBE法により成長することも
可能であるほか、上記原料を用いた金属有機MBE(MO
MBE)法により成長してもよい。
Further, the p-type GaAs layer is formed of solid G
It is possible to grow by MBE method using a, As, and Sb. In addition, metal-organic MBE (MO
It may be grown by the MBE) method.

【0012】〈実施例2〉本発明の第2の実施例を図3
および図4を用いて説明する。図3は本発明による、S
bが添加された炭素ドープp型GaAs層をベース層に
用いたn−p−nヘテロ接合バイポーラトランジスタの
断面図である。同図において、半絶縁性GaAs(10
0)基板31上に、高ドープn型GaAsコレクタコン
タクト層32(Si濃度=5×1018cm-3,膜厚=50
0nm)、n型GaAsコレクタ層33(Si濃度=5
×1015cm-3,膜厚=200nm)、Sbが添加された
炭素ドープp型GaAsベース層34(炭素濃度=2×
1021cm-3,膜厚=20nm)、n型InxGa1-xPエ
ミッタ層35(x=0.5,Si濃度=1×1018cm-3
膜厚=50nm)、エミッタオーミック接触形成用の高
ドープn型GaAs層36a(Si濃度=5×1018cm-3
膜厚=50nm)と高ドープn型InGaAs層36b(Si
濃度=4×1019cm-3,膜厚=50nm)より構成され
るエミッタコンタクト層を順次結晶成長した基板を用い
る。
<Embodiment 2> A second embodiment of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 3 illustrates the S
FIG. 5 is a cross-sectional view of an npn heterojunction bipolar transistor using a carbon-doped p-type GaAs layer to which b is added as a base layer. In the figure, semi-insulating GaAs (10
0) On the substrate 31, a highly doped n-type GaAs collector contact layer 32 (Si concentration = 5 × 10 18 cm −3 , film thickness = 50)
0 nm), n-type GaAs collector layer 33 (Si concentration = 5
× 10 15 cm −3 , film thickness = 200 nm) and a carbon-doped p-type GaAs base layer 34 doped with Sb (carbon concentration = 2 ×
10 21 cm −3 , film thickness = 20 nm), n-type In x Ga 1-x P emitter layer 35 (x = 0.5, Si concentration = 1 × 10 18 cm −3 ,
A highly doped n-type GaAs layer 36a for forming an emitter ohmic contact (Si concentration = 5 × 10 18 cm −3 ,
Film thickness = 50 nm) and a highly doped n-type InGaAs layer 36b (Si
A substrate is used in which an emitter contact layer having a concentration of 4 × 10 19 cm −3 and a film thickness of 50 nm) is sequentially crystal-grown.

【0013】前記結晶成長した基板は分子線エピタキシ
(MBE)法や金属有機化学気相成長(MOCVD)法
のようなさまざまな方法により形成することが可能であ
る。本実施例では、ガリウム,砒素,アンチモン,シリ
コン、および炭素のソース材料として固体のGa,アル
シン(AsH3),固体のSb,固体のSi、および四臭
化炭素(CBr4)を用いたガスソースMBE法により前
記結晶成長基板を作製した。
The substrate on which the crystal has been grown can be formed by various methods such as a molecular beam epitaxy (MBE) method and a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. In this embodiment, gas using solid Ga, arsine (AsH 3 ), solid Sb, solid Si, and carbon tetrabromide (CBr 4 ) as a source material of gallium, arsenic, antimony, silicon, and carbon is used. The crystal growth substrate was manufactured by the source MBE method.

【0014】エミッタコンタクト層36bおよび36
a、およびエミッタ層35のメサはWからなるエミッタ
電極層37をマスクに用いて形成されている。ベース層
34およびコレクタ層33のメサおよびコレクタコンタ
クト層32のメサはフォトリソグラフィによるレジスト
をマスクに用いて形成されている。コレクタコンタクト
層32上にはAuGe/W/Niからなるコレクタ電極
層39が形成されており、ベース層34上にはAu/P
t/Ti/Mo/Ti/Ptからなるベース電極層38
が形成されている。
The emitter contact layers 36b and 36
The a and the mesa of the emitter layer 35 are formed using the emitter electrode layer 37 made of W as a mask. The mesas of the base layer 34 and the collector layer 33 and the mesas of the collector contact layer 32 are formed using a photolithographic resist as a mask. A collector electrode layer 39 made of AuGe / W / Ni is formed on the collector contact layer 32, and Au / P is formed on the base layer 34.
Base electrode layer 38 of t / Ti / Mo / Ti / Pt
Are formed.

【0015】図4に、本実施例により作製されたヘテロ
接合バイポーラトランジスタと、本実施例におけるSb
が添加された炭素ドープp型GaAsベース層34の代
わりに従来技術で用いられているSbが添加されず同じ
炭素濃度を有する炭素ドープp型GaAsを用いること
により作製された本実施例と同じ素子サイズを有するヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの最大発振周波数のコ
レクタ電流依存性を示す。図4に示すように、すべての
コレクタ電流の範囲において本実施例のトランジスタの
最大発振周波数は従来技術を用いた場合のそれを上回っ
ている。これはSbを添加することによって炭素の活性
化率低下が抑制され正孔の濃度が増加した結果、ベース
抵抗を低減することができたことによる。
FIG. 4 shows a heterojunction bipolar transistor manufactured according to the present embodiment and Sb in the present embodiment.
The same device as that of the present embodiment manufactured by using a carbon-doped p-type GaAs having the same carbon concentration without adding Sb used in the prior art instead of the carbon-doped p-type GaAs base layer 34 doped with 4 shows the collector current dependency of the maximum oscillation frequency of a heterojunction bipolar transistor having a size. As shown in FIG. 4, the maximum oscillation frequency of the transistor of this embodiment is higher than that in the case of using the conventional technique in all the collector current ranges. This is because the addition of Sb suppressed the reduction in the activation rate of carbon and increased the concentration of holes, so that the base resistance could be reduced.

【0016】〈実施例3〉本発明の第2の実施例を図5
および図6を用いて説明する。図5は本発明によるSb
が添加された炭素ドープp型GaAs層をエミッタコン
タクト層およびコレクタコンタクト層に用いたp−n−
pヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面図である。
同図において、半絶縁性GaAs(100)基板51上
に、Sbが添加された炭素ドープp型GaAsコレクタ
コンタクト層52(炭素濃度=2×1021cm-3,膜厚=
500nm)、アンドープGaAsコレクタ層53(膜
厚=200nm)、n型GaAsベース層54(Si濃
度=1×1019cm-3,膜厚=50nm)、p型Inx
1-xPエミッタ層55(x=0.5,Mg濃度=1×1
18cm-3,膜厚=50nm)、エミッタオーミック接触
形成用のSbが添加された炭素ドープp型GaAs層5
6a(炭素濃度=2×1021cm-3,膜厚=50nm)と
高ドープp型InGaAs層56b(炭素濃度=1×1020cm
-3,膜厚=50nm)より構成されるエミッタコンタク
ト層を順次結晶成長した基板を用いる。
<Embodiment 3> A second embodiment of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows Sb according to the present invention.
Using a carbon-doped p-type GaAs layer to which is added an emitter contact layer and a collector contact layer
FIG. 3 is a cross-sectional view of a p-heterojunction bipolar transistor.
In the figure, on a semi-insulating GaAs (100) substrate 51, a carbon-doped p-type GaAs collector contact layer 52 doped with Sb (carbon concentration = 2 × 10 21 cm −3 , film thickness =
500 nm), undoped GaAs collector layer 53 (film thickness = 200 nm), n-type GaAs base layer 54 (Si concentration = 1 × 10 19 cm −3 , film thickness = 50 nm), p-type In x G
a 1-x P emitter layer 55 (x = 0.5, Mg concentration = 1 × 1
0 18 cm −3 , thickness = 50 nm), and a carbon-doped p-type GaAs layer 5 doped with Sb for forming an emitter ohmic contact
6a (carbon concentration = 2 × 10 21 cm −3 , film thickness = 50 nm) and highly doped p-type InGaAs layer 56b (carbon concentration = 1 × 10 20 cm 3)
-3 , film thickness = 50 nm) is used.

【0017】前記結晶成長した基板は分子線エピタキシ
(MBE)法や金属有機化学気相成長(MOCVD)法
のようなさまざまな方法により形成することが可能であ
る。本実施例では、ガリウム,砒素,アンチモン,シリ
コン,マグネシウムおよび炭素のソース材料として固体
のGa,アルシン(AsH3),固体のSb,固体のS
i,固体のMg、および四臭化炭素(CBr4)を用いた
ガスソースMBE法により前記結晶成長基板を作製し
た。
The substrate on which the crystal has been grown can be formed by various methods such as a molecular beam epitaxy (MBE) method and a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. In this embodiment, solid Ga, arsine (AsH 3 ), solid Sb, and solid S are used as source materials for gallium, arsenic, antimony, silicon, magnesium, and carbon.
The crystal growth substrate was manufactured by a gas source MBE method using i, solid Mg, and carbon tetrabromide (CBr 4 ).

【0018】エミッタコンタクト層56bおよび56
a、およびエミッタ層55のメサはWSi/Tiからな
るエミッタ電極層57をマスクに用いて形成されてい
る。ベース層54およびコレクタ層53のメサおよびコ
レクタコンタクト層52のメサはフォトリソグラフィに
よるレジストをマスクに用いて形成されている。コレク
タコンタクト層52上にはAu/Pt/Ti/Mo/T
i/Ptからなるコレクタ電極層59が形成されてお
り、ベース層54上にはAuGe/W/Niからなるベ
ース電極層58が形成されている。
The emitter contact layers 56b and 56
a and the mesa of the emitter layer 55 are formed using the emitter electrode layer 57 made of WSi / Ti as a mask. The mesas of the base layer 54 and the collector layer 53 and the mesas of the collector contact layer 52 are formed using a photolithographic resist as a mask. Au / Pt / Ti / Mo / T is formed on the collector contact layer 52.
A collector electrode layer 59 made of i / Pt is formed, and a base electrode layer 58 made of AuGe / W / Ni is formed on the base layer 54.

【0019】図6に、本実施例により作製されたヘテロ
接合バイポーラトランジスタと、本実施例におけるSb
が添加された炭素ドープp型GaAsコレクタコンタク
ト層52およびエミッタオーミック接触形成用のSbが
添加された炭素ドープp型GaAs層56aの代わり
に、本実施例と同じ炭素濃度を有し、Sbが添加されて
いないp型GaAsを用いることにより作製された同じ
素子サイズを有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の遮断周波数のコレクタ電流依存性を示す。図6に示す
ように、すべてのコレクタ電流の範囲において本実施例
のトランジスタの遮断周波数は従来技術を用いた場合の
それを上回っている。これはSbを添加することによっ
て炭素の活性化率低下が抑制され正孔の濃度が増加した
結果、エミッタおよびコレクタの寄生抵抗を低減するこ
とができたことによる。
FIG. 6 shows a heterojunction bipolar transistor manufactured according to this embodiment and Sb in this embodiment.
In place of the carbon-doped p-type GaAs collector contact layer 52 doped with Sb and the carbon-doped p-type GaAs layer 56a doped with Sb for forming an emitter ohmic contact, the same carbon concentration as in the present embodiment is used. 4 shows the collector current dependence of the cutoff frequency of a heterojunction bipolar transistor having the same element size manufactured by using a p-type GaAs that has not been manufactured. As shown in FIG. 6, the cut-off frequency of the transistor of the present embodiment is higher than that in the case of using the conventional technique in all the collector current ranges. This is because the addition of Sb suppressed the reduction in the activation rate of carbon and increased the hole concentration, thereby reducing the parasitic resistance of the emitter and the collector.

【0020】なお、上記実施例2〜3では、ガリウム,
砒素,アンチモン,シリコン、および炭素のソース材料
として固体のGa,アルシン,固体のSb,固体のS
i、および四臭化炭素を用いたガスソースMBE法によ
り結晶成長基板を作製したヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタについて説明したが、結晶成長基板の作製方法と
して、Gaのソース材料にトリエチルガリウムやトリメ
チルガリウム,砒素のソース材料にトリメチル砒素や第
3級ブチルアルシン,Sbのソース原料にスチビンやト
リメチルアンチモン,Siのソース原料にモノシランや
ジシラン,炭素のソース原料に四塩化炭素やトリメチル
ガリウム、またはトリメチル砒素のような原料を用いた
MOCVD法を使用しても同様の効果が得られる。
In Examples 2-3, gallium,
As a source material of arsenic, antimony, silicon, and carbon, solid Ga, arsine, solid Sb, solid S
The heterojunction bipolar transistor in which the crystal growth substrate is manufactured by the gas source MBE method using i and carbon tetrabromide has been described. Such as trimethyl arsenide or tertiary butyl arsine as a source material, stibine or trimethyl antimony as a source material of Sb, monosilane or disilane as a source material of Si, carbon tetrachloride, trimethyl gallium, or trimethyl arsenic as a source material of carbon Similar effects can be obtained by using the MOCVD method using raw materials.

【0021】また、前記p型GaAs層は、固体のG
a,As,Sbを用いることによりMBE法により成長
することも可能であるほか、上記原料を用いた金属有機
MBE(MOMBE)法により成長してもよい。またn型
のドーパントとして用いた前記シリコンはすずやセレン
など他のn型のドーパントで代用することも可能であ
る。またInGaPのp型のドーパントとして用いたマ
グネシウムは亜鉛など他のp型のドーパントで代用する
ことも可能である。
The p-type GaAs layer is formed of a solid G layer.
It is possible to grow by MBE method by using a, As, and Sb.
It may be grown by MBE (MOMBE). The silicon used as the n-type dopant can be replaced with another n-type dopant such as tin or selenium. In addition, magnesium used as a p-type dopant of InGaP can be replaced with another p-type dopant such as zinc.

【0022】また、上記実施例2〜3ではSbが添加さ
れた炭素ドープp型GaAs層の炭素濃度が2×1021
cm-3である場合について説明したが、上記濃度が4×1
20cm-3以上であれば同様の効果を得ることができる。
In Examples 2 and 3, the carbon concentration of the carbon-doped p-type GaAs layer to which Sb was added was 2 × 10 21
cm -3 , but the above concentration is 4 × 1
If it is 0 20 cm -3 or more, the same effect can be obtained.

【0023】また、上記実施例2〜3ではエミッタ層3
5および55にInGaP層を用いたInGaP/Ga
Asヘテロ接合バイポーラトランジスタについて示した
が、エミッタ層にAlGaAsを用いたAlGaAs/GaAsヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタや、ベース層34および
54にAlを含んだInGaP/AlGaAsヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタやAlGaAs/AlGaAsヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタについても全く同様に適用できる。
In the above embodiments 2 and 3, the emitter layer 3
InGaP / Ga using InGaP layers 5 and 55
Although an As heterojunction bipolar transistor has been described, an AlGaAs / GaAs heterojunction bipolar transistor using AlGaAs for the emitter layer, an InGaP / AlGaAs heterojunction bipolar transistor containing Al in the base layers 34 and 54, and an AlGaAs / AlGaAs heterojunction bipolar transistor. The same applies to transistors.

【0024】また、上記実施例2〜3ではエピタキシャ
ル成長層の構造が上からエミッタ,ベース,コレクタと
いうエミッタトップ型のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタについて説明したが、これには限らず上からコレク
タ,ベース,エミッタというコレクタトップ型のヘテロ
接合バイポーラトランジスタであってもよい。
Further, in the above embodiments 2 and 3, an emitter-top type heterojunction bipolar transistor in which the structure of the epitaxial growth layer is an emitter, a base and a collector from the top is explained. Collector-top type heterojunction bipolar transistor.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、高い濃度に炭素をドー
ピングすることによって生じるp型GaAs層の活性化
率低下を抑制することができ、4×1020cm-3以上の高
い炭素濃度で高い活性化率を有するp型GaAs層を形
成することが可能となる。また、本発明によるSbが添
加された炭素ドープp型GaAs層をn−p−nヘテロ
接合バイポーラトランジスタのベース層、およびp−n
−pヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタコン
タクト層およびコレクタコンタクト層に用いることによ
り、ベース抵抗やエミッタ抵抗およびコレクタ抵抗を低
減させることができ、超高速で動作するヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタが実現可能となる。
According to the present invention, it is possible to suppress the reduction activation ratio of p-type GaAs layer caused by doping carbon in high concentrations, at 4 × 10 20 cm -3 or more high carbon concentration It is possible to form a p-type GaAs layer having a high activation rate. Further, the carbon-doped p-type GaAs layer to which Sb is added according to the present invention is formed by using a base layer of an npn heterojunction bipolar transistor and a pn layer.
By using the -p heterojunction bipolar transistor for the emitter contact layer and the collector contact layer, the base resistance, the emitter resistance, and the collector resistance can be reduced, and a heterojunction bipolar transistor that operates at a very high speed can be realized.

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

【図1】本発明の一実施例の炭素ドープp型GaAs層
の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a carbon-doped p-type GaAs layer according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例での炭素濃度と活性化率の関
係を示す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a carbon concentration and an activation rate in one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例のn−p−nヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの断面図。
FIG. 3 is a sectional view of an npn heterojunction bipolar transistor according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の半導体装置の特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例のn−p−nヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an npn heterojunction bipolar transistor according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例の半導体装置の特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図7】従来の炭素ドープp型GaAs層の炭素濃度と
活性化率との関係を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a carbon concentration and an activation rate of a conventional carbon-doped p-type GaAs layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半絶縁性GaAs基板、2…Sbが添加された炭素
ドープp型GaAs層、31…半絶縁性GaAs基板、
32…高ドープn型GaAsコレクタコンタクト層、3
3…n型GaAsコレクタ層、34…Sbが添加された
炭素ドープp型GaAsベース層、35…n型Inx
1-xPエミッタ層、36a…高ドープn型GaAs
層、36b…高ドープn型InGaAs層、37…エミ
ッタ電極層、38…ベース電極層、39…コレクタ電極
層、51…半絶縁性GaAs基板、52…Sbが添加さ
れた炭素ドープp型GaAsコレクタコンタクト層、5
3…アンドープGaAsコレクタ層、54…高ドープn
型GaAsベース層、55…p型InGaPエミッタ
層、56a…Sbが添加された炭素ドープp型GaAs
層、56b…高ドープp型InGaAs層、57…エミッタ電
極層、58…ベース電極層、59…コレクタ電極層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semi-insulating GaAs substrate, 2 ... Carbon-doped p-type GaAs layer doped with Sb, 31 ... Semi-insulating GaAs substrate,
32 ... highly doped n-type GaAs collector contact layer, 3
3 ... n-type GaAs collector layer, 34 ... carbon-doped p-type GaAs base layer doped with Sb, 35 ... n-type In x G
a 1-x P emitter layer, 36a ... highly doped n-type GaAs
Layers, 36b: highly doped n-type InGaAs layer; 37, emitter electrode layer; 38, base electrode layer; 39, collector electrode layer; 51, semi-insulating GaAs substrate; 52, carbon-doped p-type GaAs collector doped with Sb Contact layer, 5
3: undoped GaAs collector layer, 54: highly doped n
-Type GaAs base layer, 55 ... p-type InGaP emitter layer, 56a ... carbon-doped p-type GaAs doped with Sb
Layers, 56b: highly doped p-type InGaAs layer; 57, emitter electrode layer; 58, base electrode layer; 59, collector electrode layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01S 3/18 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01S 3/18

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】GaAs基板上に薄膜が形成された構造を
有する半導体において、上記薄膜のうち少なくとも1つ
の層が炭素とアンチモンとを含むGaAs層からなるこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a structure in which a thin film is formed on a GaAs substrate, wherein at least one of the thin films is formed of a GaAs layer containing carbon and antimony.
【請求項2】前記炭素とアンチモンとを含むGaAs層
の格子定数が前記GaAs基板の格子定数の1倍以下で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a lattice constant of the GaAs layer containing carbon and antimony is one time or less of a lattice constant of the GaAs substrate.
【請求項3】請求項1または2記載の炭素とアンチモン
とを含むGaAs層をp型の導電性を有する半導体層と
して用いていることを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device, wherein the GaAs layer containing carbon and antimony according to claim 1 or 2 is used as a semiconductor layer having p-type conductivity.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010238773A (en) * 2009-03-30 2010-10-21 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface light emitting laser element

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