JPS61294857A - バイポ−ラトランジスタの製造方法 - Google Patents

バイポ−ラトランジスタの製造方法

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JPS61294857A
JPS61294857A JP13640285A JP13640285A JPS61294857A JP S61294857 A JPS61294857 A JP S61294857A JP 13640285 A JP13640285 A JP 13640285A JP 13640285 A JP13640285 A JP 13640285A JP S61294857 A JPS61294857 A JP S61294857A
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Kazuo Eda
江田 和生
Masaki Inada
稲田 雅紀
Toshimichi Oota
順道 太田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は高周波特性に優れたバイポーラトランジスタの
製造方法に関するものである。
従来の技術 従来のバイポーラトランジスタの代表的構造を第5図に
示す。図において、12はn型シリコン基板、13はエ
ピタキシャル成長によってその上に設けられたn生型コ
レクタ、14は拡散によって設けられたp型ベース、1
6は拡散または合金によって設けられたn型エミッタ、
16はコレクタ電極、17はベース電極、18はエミッ
タ電極である。
これはnpn)ランジスタであるが、pnpトランジス
タでも同様に構成することができる。
この例は同一の半導体材料すなわちシリコンを用いて、
エミッタ、ベース、コレクタを形成している。
ところで、エミッタをベースよりも禁制帯エネルギー幅
の大きい半導体を用いて形成(ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ)すると、非常に高い電流利得の得られるこ
とが知られている。これは材料を適当に選ぶことにより
、エミッターベース接合部のバンド構造を、電子に対し
てはあまり障壁にならず、ホールに対して大きな障壁と
なるように構成できることによる。その代表的な例は、
エミッタにムlx G & 、−x A 8を、ベース
とコレクタにGa Asを用いたものである。
更にこのような構造とすることにより、高周波特性がい
ちじるしく改善されることが知られている。バイポーラ
トランジスタの最大遮断周波数Fcは Fc==u籠τコー   (1) Rb;ベース抵抗 Cc; コレクタ容量 であられされる。エミッタをベースよシも禁制帯エネル
ギーの大きい半導体を用いて形成すると、前述の如く、
材料を適尚に選ぶことにより、エミッターベース接合部
のバンド構造を、電子に対してはあまり障壁にならず、
ホールに対して大きな障壁となるように構成できる。そ
のため、ベースのキャリア濃度(ホール濃度)を非常に
高くすることができる。したがって、ベース抵抗を極端
に小さくすることができ、その結果として最大遮断周波
数Fcの非常に大きな値が得られるものである。しかし
p型ベース層とn型コレクタ層との接合面積が大きくコ
レクタ容量が太きいため、(1)式かられかるように高
周波特性の充分優れたものが得られなかった。
発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、コレクタ容量およびエミッ
タ容量共に小さい素子を得ることが困難であり、高周波
時性の充分優れたものが得られない。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、コレクタ容量
およびエミッタ容量共に小さい構造を提供することを目
的としている。
問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するため、基板側にエミッタ
を有する構成において、あらかじめ半絶縁性半導体層を
形成したのち、エツチングによって該半絶縁性半導体層
の一部を除去し、その上にベース層およびコレクタ層を
分子線エピタキシーなどのエピタキシャル成長技術を用
いて再成長させることによって、コレクタ容量およびエ
ミッタ容量共に小さい構造を提供するものである。
作用 本発明は上記した構造により、コレクタ容量およびエミ
ッタ容量共に小さいので高周波特性が改善される。
実施例 第1図は本発明の構造の一実施例を示したものである。
第1図において、1は半絶縁性GaAs基板、2はn十
型Ga As  エミッタ1層(電極取り出し層)、3
はn聖人g、Ga1−:cAs (x=0.3 )エミ
ッタ2層、4はムA y G a 1− y A s 
(y == o、3 )半絶縁性半導体層、6はp型G
aAs  ベース層、6はn型GaAsコレクタ1層、
7はn生型GaAsコレクタ2層(電極取り出し層)、
8はエミッタ電極、9はベース電極、1oはコレクタ電
極である。
冬着の厚みは、1の半絶縁性GaAs基板が400μm
、2のn生型GaAs xミッタ1層が4000人、3
のn型ムJ xG a + −x A s Zミッタ2
層が20oO人、4のAlyGa、−、As半絶縁性半
導体層が2ooO人、5のp型GaA s ベース層が
1ooo人、6のn型GaAsコレクタ1層は1500
人、7の電極取り出し用n十型GaAsエミッタ2層は
1500人である。2〜7の各層は、分子線エピタキシ
ー(MBE)によって形成された。
次に本実施例の素子の製造方法について述べる。
第2図に示すように、まず10半絶縁性GaAs基板の
上に分子線エピタキシーにより、2〜4の各層を所定の
厚みに形成した。次に通常のホトリソグラフィー法によ
りレジストマスクを形成し、このレジストマスクによっ
て、第3図に示すように、4のA7!アGa、−アムB
半絶縁性半導体層の一部をエツチングして、3のエミッ
タ2層の一部を露出させた。この場合エツチングは第3
図の点線で示したように、エミッタ層内まですすんでも
かまわない。AA  Ga   ム8のエツチングは、
H2So47    f−7 −H2O2−H20混合液を用いて行なった。GaAs
基板として、(001)を用いることによシ、〔110
〕方向から見て第3図に示すような逆台形の形にエツチ
ング部を形成することができた。
次にレジストをアセトンで除去し、分子線エピタキシー
によね、1ooo人のp型Gaム8ベース層およびIE
500人のn型GaAsコレクタ1層、1000人のn
十型GaAs  sレジタ2層を第4図に示すように再
成長させた。
次にホトリングラフイー法によって、該半絶縁性半導体
層のある部分の一部をH2S04−H2O2−H20混
合液を用いてエツチングし、ベース層およびエミッタ1
層の一部を露出させた。
次に、レジスト部をアセトンで除去し、通常のホトリソ
グラフィーおよび真空蒸着および熱処理技術によシ、該
半絶縁性半導体層のない部分に10のコレクタ電極を、
露出させたペース、エミッタ層に、それぞれ9.8のペ
ース電極、エミッタ電極を形成した。
本実施例の構造のコレクタ容量Gaは、再成長部のコレ
クタとペースの接合面積に比例する。この面積はコレク
タのメサエッチングの面積と同じに成シ、シたがってホ
トリソグラフィーのマスクの寸法とすることができる。
そのためコレクタを基板側に形成した場合よシも面積を
小さくできることは明らかである。コレクタ容量がちい
さくなれば、(1)式より高周波特性の改善されること
は明らかである。
本実施例の構造のエミッ゛り容量Oeは6と3のpn接
合部の接合容量と、4と3の接合部の接合容量の和とな
る。
一般にpn接合の容量Cpnは a;接合部面積 q;電荷 Nム1; p型半導体のアクセプタ濃度HD2;n型半
導体のドナー濃度 ε1 ; p型半導体の誘電率 ε2in型半導体の誘電率 vb ; バイアス電圧 で与えられる。
これよシ、アクセプタ濃度とドナー濃度の差が大きい場
合には、近似的にその大きさの小さい方で決ることがわ
かる。本実施例のp型GaAsペース層のアクセプタ濃
度は1・107−1 n型GaAsエミッタ層のドナー
濃度は5・10/cm である。
したがってエミッタ容量は近似的に Op n cct        (3)となる。
一方、n型Ga As層と、人、5.Ga、−、ムB半
絶縁性半導体膚との接合容量は、半絶縁性半導体層のア
クセプタ濃度が1・1014/C−以下であるため、接
合容量は、このアクセプタ濃度の平方根に比例し、その
値は、(3)式の値よりもはるかに小さいものとなる。
もし半絶縁性半導体層がない場合には、4と3の接合容
量は、n型GaAs層のキャリア濃度が、1・1018
/cdと大きいため、この部分のエミッタ容量が大きな
ものとなる。p型Gaム8に代えてp型AJ工Ga、−
!ムBを用いても、接合容量はほとんどかわらない。以
上の理由から、本実施例のように、p型代−ス層とn型
GaAsエミッタ層との間に、半絶縁性半導体層を形成
することにより、同一面積の構成であればエミッタ容量
をはるかに小さくできる。
トランジスタの電流増幅率が1となる最大周波数Ftは Ft = (1/2yr) ” (A−Ce + B)
−’A、B;定数 で与えられる。
従って、エミッタ容量Oeを減らすことにより、高周波
特性を改善することができる。
本実施例では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの特
徴を生かして、ベース領域のキャリア濃度を極めて高く
できる(実施例では1・1o19/ctdのキャリア濃
度を用いた)ため、ベース抵抗Rhは極めて小さい。そ
のため最大遮断周波数の極めて高い高周波特性に優れた
トランジスタを得ることができる。
本実施例で得られたベテロ接合トランジスタは予想され
たようにコレクタ容量およびエミッタ容量が共に大幅に
小さくなったことから、同一寸法の場合、従来のものに
比べて高周波特性が非常に向上した。
本実施例分子線エピタキシー技術を用いたが、そのほか
に、例えば、有機金属化学気相成長(MO−CVD )
法を用いても同様に作成することができる。
また本実施例では、半導体としてGaAs−ムβ工Ga
1−.Asを用いたが、他の半導体材料、例えばInP
−InGaAsP等を用いても作成することができる。
またムe濃度として、x = 0.3 、 y = 0
.3を用いたが、これは0〜1の節回で任意に選ぶこと
ができる。
本実施例では、半絶縁性層としてA A  G a +
−ア五s(o、s)を用いたが、y=QすなわちGaA
sを用いても、コレクタ容量を低減させるということで
は、同じ効果を有することは明らかである。
本実施例では、y=0.3を用いたが、klア。
G a 、−アム8はGaAs  よシも禁制帯エネル
ギーが大きいため、これによりp型ベース電極数シ出し
用GaAs層とn型コレクタ層との間のもれ電流を、更
に少なくすることができる。もれ電流はトランジスタの
電流増幅率を低下させるため、もれ電流を低減させるこ
とにより電流増幅率を向上させることができる。
本実施例では、■−■化合物半導体を用いたが、シリコ
ン(St)を用いても分子線エピタキシーによシ同様の
プロセスを用いて、コレクタ容量およびエミッタ容量共
に極めて小さいバイポーラトランジスタを得ることがで
きた。得られたSiバイポーラトランジスタも優れた高
周波特性を示した。
本実施例では、エミッタ、コレクタをn型に、ベースを
p型にしたが、エミッタ、コレクタをp型に、ベースを
n型にすることもできる。
発明の効果 以上述べた如く、本発明は、コレクタ容量およびエミッ
タ容量共に著しく小さくすることにより、高周波特性に
優れたバイポーラトランジスタを、提供するものである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図〜第4図は
本発明の構造を実現するだめの製造途中の構造を示す図
、第5図は従来のバイポーラトランジスタの構造を示す
図である。 1・・・・・・半絶縁性GaAs基版、2・・・・・・
n生型GaAsエミッタ1層、3−−−−−− n型A
 l x G a 1−x A aエミッタ2層、4・
・・・・・AβアGa、−アAs半絶縁性半導体層、6
・・・・・・p型GaAsベース層、6・・・・・・n
型GaAs :7レジタ1層、7−−−−−− n十型
GaAsコレクタ2層(電極取り出し層)、8・・・・
・・エミッタ電極、9・・・・・・ベース電極、10・
・・・・・コレクタ電極、11・・・・・・レジスト。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の上にエミッタ層を形成し、その上に
    半絶縁性半導体層を形成した後、該半絶縁性半導体層の
    一部を除去して、該エミッタ層の一部を露出させ、その
    上にベース層、コレクタ層を順次エピタキシャル成長さ
    せ、次に該半絶縁性半導体層のない部分に形成された該
    コレクタ層の上に、コレクタ電極を、また該半絶縁性半
    導体層のある部分の一部を除去して、該ベース層、該エ
    ミッタ層の一部を露出させ、それぞれにベース電極、エ
    ミッタ電極を形成したことを特徴とするバイポーラトラ
    ンジスタの製造方法。
  2. (2)少なくともエミッタの禁制帯エネルギー幅がベー
    スの禁制帯エネルギー幅よりも大きいことを特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項記載のバイポーラトランジス
    タの製造方法。
  3. (3)半絶縁性半導体層の禁制帯エネルギー幅がベース
    の禁制帯エネルギー幅よりも大きいことを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載のバイポーラトランジスタ
    の製造方法。
  4. (4)III−V化合物半導体を用いたことを特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項記載のバイポーラトランジス
    タの製造方法。
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EP86304785A EP0206787B1 (en) 1985-06-21 1986-06-20 Heterojunction bipolar transistor and method of manufacturing same
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63168049A (ja) * 1986-12-29 1988-07-12 Nec Corp ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法
JPH02159723A (ja) * 1988-12-14 1990-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd バイポーラトランジスタの製造方法
JPH031542A (ja) * 1989-05-29 1991-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd バイポーラトランジスタの製造方法
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

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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

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