JPS60177672A - ヘテロ接合バイポ−ラ半導体装置 - Google Patents

ヘテロ接合バイポ−ラ半導体装置

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JPS60177672A
JPS60177672A JP3246584A JP3246584A JPS60177672A JP S60177672 A JPS60177672 A JP S60177672A JP 3246584 A JP3246584 A JP 3246584A JP 3246584 A JP3246584 A JP 3246584A JP S60177672 A JPS60177672 A JP S60177672A
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collector
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Toshio Oshima
利雄 大島
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、エミッタに於けるバンド・ギャップがベース
に於けるそれよりも広くなっているヘテロ接合バイポー
ラ半導体装置に関する。
従来技術と問題点 一般に、エミッタに於けるバンド・ギャップがベースに
於けるそれに比較して広くなっているヘテロ接合バイポ
ーラ半導体装置はエミッタの注入効率が極めて大きいこ
とが知られている。
第1図はへテロ接合バイポーラ半導体装置の従来例を表
す要部切断側面図である。
図に於いて、■は半絶縁性GaAs基板、2はn+型G
aAsコレクタ・コンタクト層、3はn型G ’a A
 sコレクタ層、4はp+型GaAsベース層、5はn
型AlGaAsエミツタ層、6はn+型GaAsエミッ
タ・コンタクト層、7は例えばイオン注入法で形成され
たp+型ベース・コンタクト層域(外部ベースN域)、
8はn1型コレクタ・コンタクト領域、9はメサ・エツ
チングで形成した素子間分離部分、1oはベース電極、
11はエミッタ電極、12はコレクタ電極をそれぞれ示
している。
このヘテロ接合バイポーラ半導体装置を製造するには、
例えば、分子ビーム・エピタキシャル成長(molec
ular beam epiLaxy:MBE)法を適
用し、半絶縁性GaAs基板1上にn+型GaAsコレ
クタ・コンタクト層2−n型GaAsコレクタ層3−p
+型GaAsベース層4−n型AllGaAsエミツタ
層5−n+型GaAsエミッタ・コンタクト層6を順に
エピタキシャル成長させ、その後は、適当なパターニン
グ、イオン注入、電極形成など通常のウェハ・プロセス
工程を経て完成される。
ところで、このヘテロ接合バイポーラ半導体装置におい
ては、p+型ベース・コンタクト領域7を形成すると、
その底面はn+型GaAsコレクタ・コンタクト層2に
近接するので、その間の耐圧は低いものとなる。
これとは、別に、この種のへテロ接合バイポーラ半導体
装置では、ベース・コレクタ接合或いはベース・エミッ
タ接合に於ける寄生容量が問題になっている。
第2図はへテロ接合バイポーラ半導体装置を第1図とは
別の切断面で表した要部切断側面図であり、第1図に関
して説明した部分と同部分は同記号で指示しである。
第2図では、p+型GaAsベース層4の下にn型Ga
Asコレクタ層3が形成され且つ上にn型AllGaA
sエミツタ層5が形成された構成になっているが、これ
は、n型GaAsコレクタ層3とn型AfGaAsエミ
ッタ層5の配置を逆にした、所謂、反転形へテロ接合バ
イポーラ半導体装置としたもの、或いは、n型Aj!G
aAs半導体層−p型GaAsエミッタ−n型AJGa
As半導体層の順に成長させたダブル・ヘテロ接合バイ
ポーラ半導体装置の構造を採ったものも存在する。
従って、便宜上、p+型GaAsベース層4を第2層と
し、これを基準にして第2層の下側にある半導体層を第
1層、上側にある半導体層を第3層とすると、第1層と
第2層の接合面積(太線)は第2層と第3層の接合面積
に比較し、かなり大きくなり、その分、寄生容量も大に
なる。
このように寄生容量が大であれば、半導体装置のスイッ
チング時間を速くすることができず、また、カット・オ
フ周波数も低くなる。
発明の目的 本発明は、エミッタに於けるバンド・ギャップがベース
に於けるそれ依りも広くなっているヘテロ接合バイポー
ラ半導体装置の耐圧を向上すると共に寄生容量を少なく
してスイッチング速度及びカット・オフ周波数を向上す
る。
発明の構成 本発明のへテロ接合バイポーラ半導体装置は、基板表°
面に選択的に形成された一導電型不純物導入領域と、該
基板上に形成されたコレクタ(或いはエミッタ)層及び
ベース層及びエミッタ(或いはコレクタ)層と、前記−
導電型不純物導入領域上を避は前記ベース層を貫通して
形成された反対導電型ベース・コンタクト領域とを備え
てなり、且つ、エミッタに於けるバンド・ギャップがベ
ースに於けるそれよりも広くなっている構成を採り、或
いは、前記構成に加えて、前記反対導電型ベース・コン
タクト領域が前記ベース層を貫通して前記基板に到達す
るよう形成された構成を採っている。
この構成に依れば、従来のような、高濃度の一導電型コ
レクタ(或いはエミッタ)層と反対導電型ベース・コン
タクト層域(外部ベース領域)と近接は回避されて耐圧
が向上し、また、反対導電型ベース・コンタクト領域と
コレクタ(或いはエミッタ)層とで生成される接合の面
積は少なくなる′ので、その結果、寄生容量も小さくな
り、スイッチング速度及びカット・オフ周波数は共に向
上する。
発明の実施例 第3図は本発明一実施例の要部切断側面図を表し、第1
図及び第2図に関して説明した部分と同部分は同記号で
指示しである。
図示の実施例が従来例と相違する点は、n+型コレクタ
・コンタクト層2に相当するn+型コレクタ・コンタク
ト層2′は、半絶縁性GaAs基板1の表面に選択的に
形成されていて、p+型ベース・コンタクト領域7は、
n+型゛コレクタ・コンタクト層2′を避けて形成され
ていることである。
この実施例を製造するには、半絶縁性GaAs基板1に
イオン注入法を適用することに依ってn4型コレクタ・
コンタクト層2′を選択的に形成し、次いで、例えば、
MBE法を適用することに依って半絶縁性GaAs基板
1上にn型GaAsコレクタ層3を厚さ例えば4000
 (人〕に、その上にp+型GaAsベース層4を厚さ
例えば500〔人〕に、その上にn型A Ilo、+ 
G a 6.7 A sエミッタ層を厚さ例えば200
0 (人〕に、その上にn+型GaAsエミッタ・コン
タクト層6を厚さ例えば1000 (人〕に、それぞれ
エピタキシャル成長させ、その後は、適当な六ターニン
グ、イオン注入、電極形成など通常のウェハ・プロセス
工程を経て完成すれば良い。因に、p+型GaAsベー
ス・コンタクト領域7を形成する場合に用いた不純物は
ベリリウム(Be)、そして、その濃度はI X 10
 ” (am−”)程度である。また、n+型コレクタ
・コンタクト領域8を形成する場合に用いた不純物はシ
リコン、そして、その濃度は6×10110111(c
1程度である。更にまた、ベース電極IOはチタン/白
金/金(Ti/Pt/Au)で、エミッタ電極11は金
・ゲルマニウム/金(Au−Ge/Au)で、コレクタ
電極は金・ゲルマニウム・金(Au−Ge−Au)でそ
れぞれ構成されている。
第3図に関して説明した実施例によれば、第1図・に見
られる従来例に於ける耐圧の問題は解消され、それに加
えて、各素子に於けるn+型コレクタ・コンタクト層2
′を適当に接続しておけば配線として利用することが可
能である。
第4図は本発明に於ける他の実施例を表す要部切断側面
図であり、第1図乃至第3図に関して説明した部分と同
部分は同記号で指示しである。
図示の実施例が第1図及び第2図に関して説明した従来
例と相違する点は、n+型コレクタ・コンタク]・層2
′が半絶縁性GaAs基板1の表面に選択的に形成され
且つp+型ベース・コンタクト領域7がn+型コレクタ
・コレクタ層2′を避けた位置に形成されていることに
あることは勿論であるが、その外に第3図に示した実施
例とも相違している。
即ち、p+型ベース・コンタクト領域7がp+型GaΔ
Sベース層4を貫通し半絶縁性GaAs恭仮1に達して
いる。
このようにすると、第2図の従来例で説明した第1層と
第2層の接合面積に相九する部分は第4図に於いても太
線で示しであるが、かなり小さなものとなってしまい、
そして、実質的に寄生容量として作用する部分は矢印S
Cで指示した部分のみである。
第4図に関して説明した実施例によれば、第2図に見ら
れる従来例に於ける寄生容量の問題は実質的に解消され
、高速性及びカット・オフ周波数は向上する。
第5図乃至第8図は第4図に見られる実施例を製造する
場合を解説する為の工程要所に於ける半導体装置の要部
切断側面図であり、次ぎに、これ等の図を参照しつつ説
明する。
第5図参照 (a) 半絶縁性G a A S基板1に適当なマスク
を形成した後、イオン注入法を適用し、例えば、シリコ
ン・イオンをドーズ量2 X 10 ” [cm、”)
程度に打ち込み、次ぎに、例えば、温度750〔℃〕で
時間20〔分〕間のアニールを行い、n+型コレクタ・
コンタクト層2′を深さ2000〜5000 (人〕程
度に形成する。
(bl−MBE法を適用し、n型G a A sコレク
タ層3を厚さ例えば4000 (人〕程度に形成し、引
続き、p+型GaAsペース層4、n型AffGaAs
エミツタ層5、n+型GaAsエミンタ・コンタクト層
6をそれぞれ厚さ例えば500 〔人)、2000 (
人)、1000 (人〕−程度に形成する。
(C1通常のフォト・リソグラフィ技術を適用し、n+
型GaAsエミッタ・コンタクト層6のパターニングを
行う。
第6図参照 (dl イオン注入法を適用し、例えば、ベリリウム(
Be)イオンをドーズ量l X I Q ” (w−’
)程度に打ち込み、温度720(”C)、時間40〔分
〕程度のアニールを行い、p+型ベース・コンタクト領
域7を形成する。
第7図参照 (el 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、n型Aj!GaAsエミッタ層5、p+型G
aAsベース層4、n型GaAsコレクタ層3のそれぞ
れを選択的にエツチングし、半絶縁性GaAs基板1の
表面を選択的に露出させ、る。
第8図参照 (fl 第3図について説明した実施例と同様に電極1
0.11.12を形成する。
これ等の電極10乃至12はそれぞれ材料が相違するの
で、別々に形成する必要がある。
第4図参照 (gl 通常の技法にて、素子間分離の為のエツチング
を行って完成する。
前記実施例では、ベース電極をAj!GaAs上に形成
する構造にしであるが、そのようにするとコンタクト抵
抗が高(なる場合がある。
これを回避するには、例えば、第3図及び第4図に見ら
れるベース電極lOの下地になっているAj!GaAs
をエツチングに依って除去したり、或いは、ベース電極
10の下にn+型GaAsエミッタ・コンタクト層6と
同様にGaAsのコンタクト層を介在させるようにして
も良く、その場合′は、ベリリウム・イオンの注入を該
GaAsのコンタクト層上から行うことができる。
発明の効果 本発明のへテロ接合バイポーラ半導体装置は、基板表面
に選択的に形成された一導電型不純物導入領域と、該基
板上に形成されたコレクタ(或いはエミッタ)層及びベ
ース層及びエミッタ(或いはコレクタ)層と、前記−導
電型不純物導入領域上を避は前記ベース層を貫通して形
成された反対導電型ベース・コンタクト領域とを備えて
なり、且つ、エミッタに於けるバンド・ギャップがベー
スに於けるそれよりも広くなっている構成を採り、或い
は、前記構成に加えて、前記反対導電型ベース・コンタ
クト領域が前記ベース層を貫通して前記基板に到達する
よう形成さた構成になっている。
この構成によれば、従来のこの種半導体装置に於けるよ
うな、高濃度の一導電型コレクタ(或いはエミッタ)層
と反対導電型ベース・コンタクト6ffJ!i(外部ベ
ース領域)との近接は回避されるので耐圧は向上し、ま
た、反対導電型ベース・コンタクト領域とコレクタ(或
いはエミッタ)層とで生成されるpn接合の面積は少な
(なり、ことに、寄生容量を生ずるpn接合の面積は低
減されるので、スイッチング速度及びカット・オフ周波
数は向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来例の要部切断側面図、第3図及
び第4図は本発明に於けるそれぞれ異なる実施例の要部
切断側面図、第5図乃至第8図は第4図に示した実施例
を製造する場合について説明する為の工程要所に於ける
半導体装置の要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、1は半絶縁性G a A s基板、2はn
+型GaAsコレクタ・コンタクト層、2′はn+型G
aAsコレクタ・コンタクト層、3はn型GaAsコン
タクト層、4はp+型GaAsベース層、5はn型Aβ
GaAsエミッタ層、6はn+型GaAsエミンタ・コ
ンタクト層、7は例えばp+型ベース・コンタクト領域
(外部ベース領域)、8はn+型コレクタ・コンタクト
領域、9′は素子間分離部分、lOはベース電極、11
はエミッタ電極、12はコレクタ電極をそれぞれ示して
いる。 第1図 第2図 1 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板表面に選択的に形成された一導電型不純物導入
    領域と、該基板上に形成されだコレクタ(或いはエミッ
    タ)層及びベース層及びエミッタ(或いはコレクタ)層
    と、前記−導電型不純物導入領域上を避は前記ベース層
    を貫通して形成された反対導電型ベース・コンタクト領
    域とを備えてなり、且つ、エミッタに於けるバンド・ギ
    ャップがベースに於けるそれよりも広くなっていること
    を特徴とするヘテロ接合バイポーラ半導体装置。 2、基板表面に選択的に形成された一導電型不純物導入
    領域と、該基板上に形成されたコレクタ(或いはエミッ
    タ)層及びベース層及びエミッタ(或いはコレクタ)層
    と、前記−導電型不純物導入領域上を避は前記ベース層
    を貫通して前記基板に到達するよう形成された反対導電
    型ベース・コンタクト領域とを備えてなり、且つ、エミ
    ッタに於けるバンド・ギャップがベースに於けるそれよ
    りも広くなっていることを特徴とするヘテロ接合バイポ
    ーラ半導体装置。
JP3246584A 1984-02-24 1984-02-24 ヘテロ接合バイポ−ラ半導体装置 Granted JPS60177672A (ja)

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JPH0460340B2 JPH0460340B2 (ja) 1992-09-25

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6281759A (ja) * 1985-10-05 1987-04-15 Fujitsu Ltd ヘテロ接合型バイポ−ラ・トランジスタ構造
JPS62295459A (ja) * 1986-06-16 1987-12-22 Hitachi Ltd 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6281759A (ja) * 1985-10-05 1987-04-15 Fujitsu Ltd ヘテロ接合型バイポ−ラ・トランジスタ構造
JPS62295459A (ja) * 1986-06-16 1987-12-22 Hitachi Ltd 半導体装置

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JPH0460340B2 (ja) 1992-09-25

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