JPS61268062A - ホットエレクトロン・トランジスタの製造方法 - Google Patents
ホットエレクトロン・トランジスタの製造方法Info
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- JPS61268062A JPS61268062A JP10936585A JP10936585A JPS61268062A JP S61268062 A JPS61268062 A JP S61268062A JP 10936585 A JP10936585 A JP 10936585A JP 10936585 A JP10936585 A JP 10936585A JP S61268062 A JPS61268062 A JP S61268062A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/7606—Transistor-like structures, e.g. hot electron transistor [HET]; metal base transistor [MBT]
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置、特に新しく開発されつつある、T
HET^(Tunneling Hot Electr
on TransferAmplifier)或いはI
IETolot Electron Transist
or)と呼ばれる半導体装置の改善に関する。
HET^(Tunneling Hot Electr
on TransferAmplifier)或いはI
IETolot Electron Transist
or)と呼ばれる半導体装置の改善に関する。
IJ在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進歩を続
けているが、更にこれを飛躍させるために、従来のトラ
ンジスタとは異なる動作原理に基づく新しい半導体装置
を実現する研究が行われている。
けているが、更にこれを飛躍させるために、従来のトラ
ンジスタとは異なる動作原理に基づく新しい半導体装置
を実現する研究が行われている。
前記HETはこの様な新しい動作原理に基づく半導体装
置であるが、そのベースコンタクトには後述の如き問題
点がありその解決が強く要望されている。
置であるが、そのベースコンタクトには後述の如き問題
点がありその解決が強く要望されている。
先に提案されたHETでは、第2図(a)のポテンシャ
ル図に示す動作が行われる。(M、Heiblum;
1980IEEE Electron Devices
Meeting)すなわち本装置はエミッタ、ベース
、コレクタの3領域と、ベースとエミッタ及びコレクタ
との間にそれぞれポテンシャルバリアを備えている。
ル図に示す動作が行われる。(M、Heiblum;
1980IEEE Electron Devices
Meeting)すなわち本装置はエミッタ、ベース
、コレクタの3領域と、ベースとエミッタ及びコレクタ
との間にそれぞれポテンシャルバリアを備えている。
この装置に例えば温度77Kにおいて、エミッタをベー
スに対して負の電位とするバイアス電圧を加えたとき、
電子がエミッターベース間のバリアをトンネル効果によ
り突き抜けて、エミッタ電流I。
スに対して負の電位とするバイアス電圧を加えたとき、
電子がエミッターベース間のバリアをトンネル効果によ
り突き抜けて、エミッタ電流I。
を構成する。
この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをもち、ベース
領域においてはエミッターベース間の電位差V□によっ
て伝導帯端に対してeV、、たけ高いエネルギー準位に
ある。電子はこのエネルギーによりホットエレクトロン
状態でコレクタに向かって進み、電子相互間、電子−格
子原子間及び電子−不純物原子間の衝突を総合したこの
方向(X方向)の平均自由行程を10とするとき、長さ
dlのベース領域を電子が通過する確率はexp(−d
m/1m)である。
領域においてはエミッターベース間の電位差V□によっ
て伝導帯端に対してeV、、たけ高いエネルギー準位に
ある。電子はこのエネルギーによりホットエレクトロン
状態でコレクタに向かって進み、電子相互間、電子−格
子原子間及び電子−不純物原子間の衝突を総合したこの
方向(X方向)の平均自由行程を10とするとき、長さ
dlのベース領域を電子が通過する確率はexp(−d
m/1m)である。
ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高さをφ9
、電子ビームのエネルギーの正常な幅の172をδとし
て、電子の前記エネルギー準位差のX成分がφ。+δよ
り大であるときは、エミ7り電流I。の大部分はコレク
タ側のバリアφ、を越え、ベース接地電流増幅率α=I
(/Itを1に漸近させることが出来る。
、電子ビームのエネルギーの正常な幅の172をδとし
て、電子の前記エネルギー準位差のX成分がφ。+δよ
り大であるときは、エミ7り電流I。の大部分はコレク
タ側のバリアφ、を越え、ベース接地電流増幅率α=I
(/Itを1に漸近させることが出来る。
このHETを半導体装置として実現した従来例の模式側
断面図を第2図世)に示す。
断面図を第2図世)に示す。
同図において、21は半絶縁性砒化ガリウム(GaAS
)基板、22.28及び29はn十型GaAsコンタク
ト層、23はn型GaAsコレクタ層、24は砒化アル
ミニウムガリウム(AIGaAs)バリア層、25はn
型GaAsベース層、26はAlGaAsバリア層、2
7はn型GaAsエミツタ層、30はコレクタ電極、3
1はベース電極、32はエミッタ電極、33は保護絶縁
膜である。
)基板、22.28及び29はn十型GaAsコンタク
ト層、23はn型GaAsコレクタ層、24は砒化アル
ミニウムガリウム(AIGaAs)バリア層、25はn
型GaAsベース層、26はAlGaAsバリア層、2
7はn型GaAsエミツタ層、30はコレクタ電極、3
1はベース電極、32はエミッタ電極、33は保護絶縁
膜である。
本従来例の半導体基体のコレクタ層23乃至エミツタ層
27は例えば下記例の如く構成されている。
27は例えば下記例の如く構成されている。
半導体層 組成 不純物濃度 厚さam −
’ nm 27 エミッタ GaAs 5X101
″10026 バリア Ale、 5Gao、 ?
A3 ノンドーズ 5025 ベース Ga
As 5X10Iff10024 バリア
Ale、2Ga6.7AS ノンドープ 1002
3 コレクタ GaAs 5X10”
200なお、n型GaAs層23.25及び27の不
純物濃度を上記例より少なく lX10’″’ G1
11−3程度とする例があるが、従来例では各半導体層
の組成と不純物濃度はそれぞれ均一にされている。
’ nm 27 エミッタ GaAs 5X101
″10026 バリア Ale、 5Gao、 ?
A3 ノンドーズ 5025 ベース Ga
As 5X10Iff10024 バリア
Ale、2Ga6.7AS ノンドープ 1002
3 コレクタ GaAs 5X10”
200なお、n型GaAs層23.25及び27の不
純物濃度を上記例より少なく lX10’″’ G1
11−3程度とする例があるが、従来例では各半導体層
の組成と不純物濃度はそれぞれ均一にされている。
この半導体基体にオーミック接触する電極のうちエミッ
タ及びコレクタ電極には特に問題は無いが、ベースコン
タクトの形成は容易ではない。
タ及びコレクタ電極には特に問題は無いが、ベースコン
タクトの形成は容易ではない。
すなわち本半導体装置は電子がベース領域を通過してコ
レクタに達する確率を高め、かつその走行時間を短縮す
るために、ベース層は不純物を低濃度としかつ厚さを出
来るだけ薄(することが望ましく、例えば電流増幅率β
−8程度を得るためにはベース層の厚さは前記従来例よ
り薄い20am程度とする必要がある。
レクタに達する確率を高め、かつその走行時間を短縮す
るために、ベース層は不純物を低濃度としかつ厚さを出
来るだけ薄(することが望ましく、例えば電流増幅率β
−8程度を得るためにはベース層の厚さは前記従来例よ
り薄い20am程度とする必要がある。
しかしながらHETはへテロ接合バイポーラトランジス
タ等とは異なり、中央のベース層がエミツタ層及びコレ
クタ層と同じくn型であるために、ベースコンタクト構
成部はエミッタ及びコレクタ領域等から空間的に分離し
て形成することが必要である。そのために前記従来例で
はベース層25をやや厚く成長し、その上の半導体層2
8〜26を選択的にエツチングして表出させたベース層
25上に、n十型GaAs層29を選択的に成長してコ
ンタクト領域とし、ここにベース電極31を形成してい
る。
タ等とは異なり、中央のベース層がエミツタ層及びコレ
クタ層と同じくn型であるために、ベースコンタクト構
成部はエミッタ及びコレクタ領域等から空間的に分離し
て形成することが必要である。そのために前記従来例で
はベース層25をやや厚く成長し、その上の半導体層2
8〜26を選択的にエツチングして表出させたベース層
25上に、n十型GaAs層29を選択的に成長してコ
ンタクト領域とし、ここにベース電極31を形成してい
る。
1本従来例においては、ベース電極31のコンタクト層
29とエミッタ1i27及びバリア層26との間に、ベ
ース層25が表出する領域を生じている。この領域の幅
はマスク合わせ精度等から例えば1−程度であるがここ
に表面空乏層を生じ、またバリア層26のエツチングの
際にベース層25が若干エツチングされることもあって
ベース層25の抵抗値を一層る。(特願昭59−139
692) 該構造によれば、この領域でベース層25
に表面空乏層を生ぜず、かつエツチングに上る厚さの減
少もないが、バリア層26はトンネル効果の確率などか
らその厚さが制限されるために、その表面空乏層がベー
ス層25に及ぶことが多い。
29とエミッタ1i27及びバリア層26との間に、ベ
ース層25が表出する領域を生じている。この領域の幅
はマスク合わせ精度等から例えば1−程度であるがここ
に表面空乏層を生じ、またバリア層26のエツチングの
際にベース層25が若干エツチングされることもあって
ベース層25の抵抗値を一層る。(特願昭59−139
692) 該構造によれば、この領域でベース層25
に表面空乏層を生ぜず、かつエツチングに上る厚さの減
少もないが、バリア層26はトンネル効果の確率などか
らその厚さが制限されるために、その表面空乏層がベー
ス層25に及ぶことが多い。
またベース電極31のコンタクト層29の選択的成長は
煩雑であるのみならず、一旦大気中に暴露されたベース
層25に表面準位が形成され、コンタクト層29の再成
長後には低電子濃度のディプリーションM域となって抵
抗値の上昇を招いている。
煩雑であるのみならず、一旦大気中に暴露されたベース
層25に表面準位が形成され、コンタクト層29の再成
長後には低電子濃度のディプリーションM域となって抵
抗値の上昇を招いている。
以上説明した如<、WETのベース電極を分離するため
に表出させるベース層に生ずる表面空乏層、或いはバリ
ア層からベース層に達する空乏層、及び一旦表出したベ
ース層のコンタクト再成長層との界面近傍に生ずる低電
子濃度のディブリーシゴン領域によってそのベース抵抗
が増大し、更にベース層の厚さを薄(することが困難で
あるために電流増幅率等の特性の向上が制約されている
。
に表出させるベース層に生ずる表面空乏層、或いはバリ
ア層からベース層に達する空乏層、及び一旦表出したベ
ース層のコンタクト再成長層との界面近傍に生ずる低電
子濃度のディブリーシゴン領域によってそのベース抵抗
が増大し、更にベース層の厚さを薄(することが困難で
あるために電流増幅率等の特性の向上が制約されている
。
この問題点に対処するためにベース層の不純物源5〜6
XIO”all−’程度に止まり、その効果はなお不
十分である。
XIO”all−’程度に止まり、その効果はなお不
十分である。
この新しい半導体装置に期待される特性を実現するため
に、ベース抵抗増大の要因を排除して低抵抗化、ベース
層厚さの削減を可能とし、かつ煩雑なベースコンタクト
層の選択的再成長のプロセスを必要としない構造の改善
が要望されている。
に、ベース抵抗増大の要因を排除して低抵抗化、ベース
層厚さの削減を可能とし、かつ煩雑なベースコンタクト
層の選択的再成長のプロセスを必要としない構造の改善
が要望されている。
〔問題点を解決するための手段〕。
前記問題点は、半絶縁性砒化ガリウム基板上に、n型砒
化ガリウム・コレクタコンタクト層、n型砒化ガリウム
・コレクタ層、ノンドープの砒化アルミニウムガリウム
第1バリア層、ベース層、ノンドープの砒化アルミニウ
ムガリウム第2バリア層、n型砒化ガリウム・エミッタ
層、n型砒化ガリウム・エミッタコンタクト層が順次積
層され、該ベース層は複数の同一厚さを有するノンドー
プの砒化ガリウム層相互間に、シリコンのアトミックプ
レーンドーピング層がそれぞれ設けられてなり、かつ該
コレクタコンタクト層、該ベース層及び該エミッタコン
タクト層に接して金ゲルマニウム/金よりなるコレクタ
電極、ベース電極及びエミッタ電極がそれぞれ設けられ
て、該エミッタ電2バリア層を°トンネル効果により突
き抜け、ホットエレクトロン状態で該ベース層を通過し
該第1バリア層のポテンシャルレベルを越えて、該コレ
クタ層に到蓮させる本発明による半導体装置により解決
される。
化ガリウム・コレクタコンタクト層、n型砒化ガリウム
・コレクタ層、ノンドープの砒化アルミニウムガリウム
第1バリア層、ベース層、ノンドープの砒化アルミニウ
ムガリウム第2バリア層、n型砒化ガリウム・エミッタ
層、n型砒化ガリウム・エミッタコンタクト層が順次積
層され、該ベース層は複数の同一厚さを有するノンドー
プの砒化ガリウム層相互間に、シリコンのアトミックプ
レーンドーピング層がそれぞれ設けられてなり、かつ該
コレクタコンタクト層、該ベース層及び該エミッタコン
タクト層に接して金ゲルマニウム/金よりなるコレクタ
電極、ベース電極及びエミッタ電極がそれぞれ設けられ
て、該エミッタ電2バリア層を°トンネル効果により突
き抜け、ホットエレクトロン状態で該ベース層を通過し
該第1バリア層のポテンシャルレベルを越えて、該コレ
クタ層に到蓮させる本発明による半導体装置により解決
される。
本発明によるベース層には、その厚さ方向に周期的に繰
り返してシリコン(St)のアトミックプレーンドーピ
ング(atomic plane doping)が行
われている。アトミックプレーンドーピングによれば1
.5X10”am−”程度と、従来通常行われている均
等なドーピングの2.5倍程度の高濃度のキャリア電子
が生成される。
り返してシリコン(St)のアトミックプレーンドーピ
ング(atomic plane doping)が行
われている。アトミックプレーンドーピングによれば1
.5X10”am−”程度と、従来通常行われている均
等なドーピングの2.5倍程度の高濃度のキャリア電子
が生成される。
このアトミックプレーンドーピングによる高濃度のキャ
リア電子によりベース層の抵抗率が大幅に低減し、かつ
空乏層の伸長は止められて、ベース層の低抵抗化、その
厚さの削減が可能となる。
リア電子によりベース層の抵抗率が大幅に低減し、かつ
空乏層の伸長は止められて、ベース層の低抵抗化、その
厚さの削減が可能となる。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図(alは本発明の実施例の模式側断面図、同図(
b)はその要部拡大図である。
b)はその要部拡大図である。
同図において、1は半絶縁性GaAs基板、2乃至8は
下記のエピタキシャル成長層、10はコレクタ電極、1
1はベース電極、12はエミッタ電極、13は保護絶縁
膜である。
下記のエピタキシャル成長層、10はコレクタ電極、1
1はベース電極、12はエミッタ電極、13は保護絶縁
膜である。
本実施例において各エピタキシャル成長層2乃至8は、
半絶縁性GaAs基板1上に例えば下記例の如く分子線
エピタキシャル成長方法により順次エピタキシャル成長
されている。
半絶縁性GaAs基板1上に例えば下記例の如く分子線
エピタキシャル成長方法により順次エピタキシャル成長
されている。
なおベース層5の成長は次の様に行われている。
すなわち、ASSGaビームによる厚さ約2nmOGa
As層5aの成長と、Gaビームを止めSiビームを入
射して面濃度約3 X I Q ’ z cIn−tの
Stのアトミックプレーンドーピング5bとを繰り返し
、GaAs層5aの成長を15回行って厚さ約30−a
mのベース層5としている。
As層5aの成長と、Gaビームを止めSiビームを入
射して面濃度約3 X I Q ’ z cIn−tの
Stのアトミックプレーンドーピング5bとを繰り返し
、GaAs層5aの成長を15回行って厚さ約30−a
mのベース層5としている。
半導体層 組成 不純物濃度 厚さω−’
nm 8 コンタクト GaAs 2X10”
507 エミッタ GaAs 5 X
10” 1006 バリア A16. aGao
、 6AS ノンドープ 255 ベース
305b (14層)
Si 3X10”cm−” −5a (
15層) GaAs ノンドープ 24 バ
リア Alo、 2Gao、 Js ノンドープ
1003 コレクタ GaAs 5xto”
2002 コンタクト GaAs 2
X 10重11200この半導体基体に、バリア層6
を残すベース電極分離領域と、ベース層5を表出するベ
ース電極形成領域とを選択的エツチングによって設け、
金ゲルマニウム/金(AuGe/Au)を蒸着し、例え
ば温度450℃、15秒程度の合金化熱処理を行ってベ
ース電極11を形成している。なおコレクタ電極10、
エミッタ電極12も同様にAuGe/Auを用いている
。
nm 8 コンタクト GaAs 2X10”
507 エミッタ GaAs 5 X
10” 1006 バリア A16. aGao
、 6AS ノンドープ 255 ベース
305b (14層)
Si 3X10”cm−” −5a (
15層) GaAs ノンドープ 24 バ
リア Alo、 2Gao、 Js ノンドープ
1003 コレクタ GaAs 5xto”
2002 コンタクト GaAs 2
X 10重11200この半導体基体に、バリア層6
を残すベース電極分離領域と、ベース層5を表出するベ
ース電極形成領域とを選択的エツチングによって設け、
金ゲルマニウム/金(AuGe/Au)を蒸着し、例え
ば温度450℃、15秒程度の合金化熱処理を行ってベ
ース電極11を形成している。なおコレクタ電極10、
エミッタ電極12も同様にAuGe/Auを用いている
。
本実施例のベース抵抗値は10〜20Ω程度で、前記従
来例の100Ω程度に比較して顕著に低減され、その結
果電流増幅率等の特性の改善が実現されている。
来例の100Ω程度に比較して顕著に低減され、その結
果電流増幅率等の特性の改善が実現されている。
以上説明した如く本発明によれば、ベース抵抗が低減さ
れて電流増幅率等の特性が改善され、かつ選択的再成長
が不要となり、これによってBETの開発が大きく前進
する効果が得られる。
れて電流増幅率等の特性が改善され、かつ選択的再成長
が不要となり、これによってBETの開発が大きく前進
する効果が得られる。
第1図(a)は本発明の実施例を示す模式側断面図、(
b)はその要部拡大図、 第2図(alは本装置の動作の説明図、伽)は従来例を
示す模式側断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2及び8は♂型GaAsコンタクト層、3はn型GaA
sコレクタ層、 4はAlGaAsバリア層、 5はベース層、 5aはノンドープのGaAs層 5bはSiアトミックプレーンドープ層、6はAlGa
Asバリア層、 7はn型GaAsエミツタ層、 10はコレクタ電極、 11はベース電極、 12はエミッタ電極、 13は保護絶縁膜を示す。 特鮨Iト工業譚陣長草々力t− $1 図
b)はその要部拡大図、 第2図(alは本装置の動作の説明図、伽)は従来例を
示す模式側断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2及び8は♂型GaAsコンタクト層、3はn型GaA
sコレクタ層、 4はAlGaAsバリア層、 5はベース層、 5aはノンドープのGaAs層 5bはSiアトミックプレーンドープ層、6はAlGa
Asバリア層、 7はn型GaAsエミツタ層、 10はコレクタ電極、 11はベース電極、 12はエミッタ電極、 13は保護絶縁膜を示す。 特鮨Iト工業譚陣長草々力t− $1 図
Claims (1)
- 半絶縁性砒化ガリウム基板(1)上に、n型砒化ガリウ
ム・コレクタコンタクト層(2)、n型砒化ガリウム・
コレクタ層(3)、ノンドープの砒化アルミニウムガリ
ウム第1バリア層(4)、ベース層(5)、ノンドープ
の砒化アルミニウムガリウム第2バリア層(6)、n型
砒化ガリウム・エミッタ層(7)、n型砒化ガリウム・
エミッタコンタクト層(8)が順次積層され、該ベース
層(5)は複数の同一厚さを有するノンドープの砒化ガ
リウム層(5a)相互間に、シリコンのアトミックプレ
ーンドーピング層(5b)がそれぞれ設けられてなり、
かつ該コレクタコンタクト層(2)、該ベース層(5)
及び該エミッタコンタクト層(8)に接して金ゲルマニ
ウム/金よりなるコレクタ電極(10)、ベース電極(
11)及びエミッタ電極(12)がそれぞれ設けられて
、該エミッタ電極(12)を該ベース電極(11)に対
し負の電位とし、該ベース電極(11)を該コレクタ電
極(10)に対し負の電位とするバイアス電圧を加えて
、電子を該エミッタ層(7)から該第2バリア層(6)
をトンネル効果により突き抜け、ホットエレクトロン状
態で該ベース層(5)を通過し該第1バリア層(4)の
ポテンシャルレベルを越えて、該コレクタ層(3)に到
達させることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10936585A JPS61268062A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | ホットエレクトロン・トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10936585A JPS61268062A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | ホットエレクトロン・トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61268062A true JPS61268062A (ja) | 1986-11-27 |
JPH0422342B2 JPH0422342B2 (ja) | 1992-04-16 |
Family
ID=14508382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10936585A Granted JPS61268062A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | ホットエレクトロン・トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61268062A (ja) |
-
1985
- 1985-05-23 JP JP10936585A patent/JPS61268062A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0422342B2 (ja) | 1992-04-16 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |