JPS61294859A - バイポ−ラトランジスタの製造方法 - Google Patents

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６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＋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ト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と用いて、
エミッタ、ベース、コレクタを形成している。

ところで高周波特性に関係するトランジスタの動作速度
は、電子の走行時間に依存する。特にベース走行時間が
重要であり、ベース長が短いほど動作速度は早くなる。

したがってベース長カ短いほど望ましいわけであるが、
このような構造で、良好なオーミックコンタクトをとり
ながら、ベース長を１０００Å以下にすることは実際問
題としてプロセス的に極めてむつかしい。

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ＡｌＸＧａ１−ｘＡｓを、ベースとコレクタ
にＧａＡｓ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 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りも禁制帯エネル
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。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
ベース長を短くすることは、このままでは困難であり、
そのために高周波特性の充分優れたものが得られていな
い。

第６図は、このベース電極の取り出しを改良した従来例
（特公昭５５−９８３０号公報）である。

図において、１９はｎ型Ｇ、ａＡｓ基板、２０はコレク
タを形成するｎ型ＧａＡｇ、２１はベースを形成するｐ
型ＧａＡｓ、２２はエミッタを形成するｎ型Ａ　Ｉ　Ｘ
　Ｇ　ａ　１．−　Ｘ　Ａ　ｇ　、　２３はベース電極
取す出ジッタめのｐ聖人１ｘＧａ１−ｘＡｓ、２４はコ
レクタ電極、２５はベース電極、２６はエミッタ電極で
ある。

まず１９のＧ２ＬＡｓ基板上に、液相エピタキシャル法
により、２Ｑ、２１．２２の各層を形成する。つぎにメ
サエッチングにより、２０のコレクタ層の一部を露出さ
せ、その部分に再び液相エピタキシャルによって２３の
ベース電極取り出しのためのｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ
層を形成しそれぞれに電極を形成したものである。

しかしこのような方法では、最初に形成した２１のｐ型
ＧａＡｓベース層と、後から形成した２３のｐ型Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓベース電極取り出し層との間にエネルギ
ーギャップと再成長時に形成されてしまった界面の電子
トラップが存在するために、ベース抵抗をそれほどひく
くずｊことができず、実質上１０００Ａ以下のベース長
を得ることはできなかった。

またｐ型ベース層とｎ型コレクタ層との接合面積が大き
くコレクタ容量が大きいため、（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、ベース長の短いコレクタ容
量の小さい素子を得ることが困難であり、高周波特性の
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、べ〒スミ極の
取り出しの容易さをたもったまま、極めてベース長が短
くかつコレクタ容量の小さい構造を提供することを目的
としている。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、基板側にエミッタ
を有する構造において、あらかじめ厚いベース電極取り
出し層を形成して２き、エツチングによってその一部を
除去したのち、極めて薄いベース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し、そ
の上にコレクタ層を成長させることによって、ベース電
極の取り出しの容易さを保ったまま、ベース長の極めて
短いかつコレクタ容量の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、ベース長が極めて短くか
つコレクタ容量が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＋
型Ｇ＆ムＳエミッタ１層（電極取り出し層）、３はｎ型
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ＝　０．３　）　ｘミッタ２
層、４はｐ型ＧａＡｓベース１層（電極取り出し層）、
５はｐ型ＧａＡｓベース２層、６はｎ型ＧａＡｓ＝＋レ
クタ１層、７はｎ十型ＧａムＳ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。

各層の厚みは、１の半絶縁性Ｇ＆ＡＳ基板が４００Ａｍ
１２のｎ十型ＧａＡｓエミッタ１層が４００ＯＡ、３の
ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓｘミッタ２層が２０００Ｘ、
４のｐ型Ｇ２ＬＡｓベース１層５ｏｏｏＸ、ｓのｐ型Ｇ
＆人Ｓベース２層が４００人、６のｎ型ＧＩＬＡＳ：Ｉ
レクタ１層は１５００人、７の電極取り出し用ｎ十型Ｇ
＆ムＳコレクタ２層は１５ｏｏＸ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１の半絶縁性Ｇ＆ムＳ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ｐ型Ｇ＋ｔＡｓベース１
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。

ＧａＡｓのエツチングは、１（２Ｓｏ４−Ｈ２０□−Ｈ
２０混合液を用いて行なった。ＧａＡｓ基板として、（
００１）を用いることにより、〔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
により、４００Ａのｐ型Ｇ！ＬＡＳベース２層および１
５００ムのｎｍＧ＆ムＳコレクタ１層、１５００Ａのｎ
＋型ＧａＡｓコｌｚクタ２層を第４図に示すように再成
長させた。

次にホトリソグラフィー法によって、該ベース１層（電
極取り出し層）のある゛部分の一部をＨ２Ｓｏ４Ｈ２０
２ＨｚＯ混合液を用いてエツチングし、ベース２ないし
１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り、該
ベース１層のない部分に１０のコそれぞれ９．８のベー
ス電極、エミッタ電極を形成した。

本実施例の構造コレクタ容量Ｇｃは、再成長部のコレク
タとベ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り、したがってホト
リソグラフィーのマスクの最小寸法とすることができる
。したがってコレクタを基板側に形成した場合よりも面
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。

さらに、本実施例の構造のベース長は、４００人と極め
て短い。バイポーラトランジスタの電子の走行時間ｔｓ
は、近似的に以下のように表わされることが知られてい
るう ｔｓ＝（ｓ／２）Ｒｂ−Ｃｃ＋（Ｒｂ／ＲＬ）−ｔ　ｂ
　＋（３Ｇ　Ｏ＋ＯＬ　）　ＲＬ（２）ＲＬ、負荷抵抗 ｔｂｉベース走行時間 一方、ベース走行時間は ｔ　ｂ　＝　Ｌ　ｂ　／　Ｖ　ｅ　　　　　　　　　　
　　（３１Ｌｂｉベース長 ｖｅＨベースにおける電子の速度 で与えられる。

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・１０”／ｄのキャリア濃度を用
いた）ため、ベース抵抗Ｒｂは極めて小さい。更にベー
ス長、Ｌｂを４００Ａという極めて短い長さに形成して
も、容易にベース電極が形成できる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ヘテロ接合トランジスタは予想され
たように゛以下の特徴を示した。まず４００゛人という
非常に薄いベースに良好なオーミック電極を形成するこ
とができた。そのためベース走行時間が短くなった。さ
らにコレクタ容量も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
。

本実施例では、ベース長として４００Ｘの例を示したが
、分子線エピタキシー技術を用いれば、更に薄くするこ
とが可能である。そのほかに、例えば、有機金属化学気
相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法を用いても同様の薄いベース
を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１ｘＧａ
１−ｘＡｓ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１濃度として、！＝０．３を用いたが、これは０
〜１の範囲で任意に選ぶことができる。

本実施例では、Ｉ−Ｖ化合物半導体を用いたが、シリコ
ン（Ｓｉ）を用いても分子線エピタキシーにより同様の
プロセスを用いて、ベース長４００人のバイポーラトラ
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、ベース電極の取り出しの容
易さを保ったまま、ベース長を著しく短くしかつコレク
タ容量を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た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、第６図は従来のへテロ接合トランジスタの構造を示
す図である。 １・・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・川・ｎ　
＋ＧＩＬＡＳエミッタ１層（電極取り出し層）、３・・
・・・・ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓエミッタ２層、４・
・・・・・ｐ型ＧａＡｓベース１層（電極取り出し層）
、６・・・・・・ｐ型ＧａＡｓベース２層、６・・・・
・・ｎ型ＧａＡｓコレクタ１層、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。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ばか１名ｆ−
−一暴績 ２−一エミフゲＩ（を渾にぷり出乙眉］第１図　　　　
３−・２ ４−−ｒ−ｘ　１（痛り石ｋＡｌ）宕しｉノＳ−−−２ ｆ−−−ｆｆＬググｆ（４を不【１之りｆ：ＬＭＩａ−
（０−ｃ磁 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ２３、〔虚箋＊−旨竺昧づ１ ｊ

Claims (3)

【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た後、その
   上にベースと同一導電型のベース電極取り出し層を形成
   し、次に該ベース電極取り出し層の一部をエッチングし
   て、該エミッタ層の一部を露出させた後、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
   該ベース電極取り出し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、また該ベース電極取り
   出し層のある部分の一部をエッチングして、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）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。