JPS61294861A - 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十型コ
レクタ、１４は拡散によって設けられたｐ型ベース、１
５は拡散または合金によって設けられたｎ型エミッタ、
１ｅ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、ｐｎｐｌ−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が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シ
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シ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
てはあまシ障壁にならず、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１ｘＧａ１−ｘＡＳヲ、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シ、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　＝Ｖ／”ロ〒四不ｉ丁　　　（１）Ｒｂ　ｉペー
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シ障壁にならず、
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。しだがって、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Ｇａ　Ａｓ基板、２ｏはコレク
タを形成するｎ型ＧａＡｓ、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聖人４ｘＣａ
１．Ａｓ　、　　２３はベース電極取り出しのだめのｐ
型Ａｌ、ＣＧ＆１−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Ｇａ　Ａｓ基板上に、液相エピタキシャル法
により、２０，２１．２２の各層を形成する。

つぎにメサエッチングによＪ）、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だめのｐ型ム１ｘＧＩ
Ｌ１−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
Ｇａ　Ａｓベース層と、後から形成した２３のｐ型Ａ　
Ｎｘ　Ｇａ　１ｘ　Ａ　ｓ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
れほどひくくすることができず、実質上１００ｏÅ以下
のベース長を得ることはできなかった。

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、ベース電極の
取シ出しの容易さをたもったまま、極めてベース長が短
くできる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、あらかじめ厚いベ
ース電極取り出し層を形成しておき、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、その上にエミッタ層を成長させることによっ
て、ベース電極の取シ出しの容易さを保ったまま、ベー
ス長の極めて短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ＧａムＳ基板、２はｎ十
型Ｇａ　Ａｓコレクタ１層（電極取り出し層）、３はｎ
型Ｇａ　Ａｓコレクタ２層、４はｐ型Ｇａｐｓベース１
層（電極取り出し層）、６はｐ型Ｇ＆人Ｓペース２層、
６はｎ型ム！ｘＧＩＬ１−ｘＡＳエミッタ１層（Ｘ＝０
．３）、７はｎ＋型Ｑ４ＡＢｘミッタ２層（電極取り出
し層）、８はコレクタ電極、９はベース電極、１０はエ
ミッタ電極である。

各層の厚みは、１の半絶縁性Ｇａ　Ａｓ基板が４００／
”Ｎ２のｎ十型Ｇａ　Ａｓコレクタ１層が４０００ム、
３のｎ型ＧａＡｓコレクタ２層が２０ｏＯ人、４のｐ型
Ｇ＆人Ｓベース１層５０００Ａ１５のｐ型ＧａＡｓ　ベ
ース２層が４００Ｘ、６のｎ型ム１ｘＧａ１−ｘＡＳエ
ミッタ１層は１５００人、７の電極取り出し用ｎ十型Ｇ
ａ　Ａｓエミッタ２層は１５ｏＯムである。

２〜７の各層は、分子線エピタキシー（ＭＢＩＣ）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Ｇａ　Ａｓ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ＧａλＳペース１
層の一部をエツチングして、３のコレクタ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、コレクタ層内まですすんでもかまわない。Ｇ
ａ　Ａ！！のエツチングは、Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２−）
１２０混合液を用いて行なった。Ｇａ　Ａｓ基板として
、（００１）を用いることによシ、〔１１ｏ〕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
によシ、４００Ａのｐ型ＧａＡｓ　ヘ−７，２層および
１０００人のｎ型ム１ｘＧ２Ｌ１−ｘＡＳエミッタ１層
、１６ｏＯｘのｎ十型ＧａＡｓエミ、、夕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ｕ２ｓｏ４−　Ｈ２
Ｏ２−Ｈ２０混合液を用いテエッチングし、ベース２な
いし１層およびコレクタ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のエミッタ電極を、露出さ
せたベース、コレクタ層に、それぞれ９．８のベース電
極、コレクタ電極を形成した。

本実施例の構造のベース長は、４ｏｏＸ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。

ｔｓ　＝　（５／２　）Ｒｂ　−Ｃｃ＋　（Ｒｂ／ＲＬ
　）　−ｔｂ＋（３Ｃｃ＋ＯＬ　）ＲＬ　　　　　　（
２）ＲＬ　ｉ負荷抵抗 ｔｂ；ベース走行時間 ＣＣ；負荷容量 一方、ペース走行時間は ｔｂ　：　Ｌｂ／Ｖ６　　　　　　　　　　　（３）Ｌ
ｂ　ｉベース長 ｖｅ；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・１ｏ”／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４００に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だ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４００Ａ
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。そのためペース走行時間が短くなっ
たことから、同−二ミッタ、ベース、コレクタ寸法の場
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４００にの例を示したが
、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！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。

また人！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、■−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シ同様の
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
性を示しだ。

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、コレクタ寸法型に、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Ｇａ　Ａｓ基板、２・・・・・
・ｎ　＋　ＧａＡｓコレクタ１層（電極取り出し層）、
３・・・・・・ｎ型Ｇａムｓコレクタ２／Ｌ　４・・・
・・・ｐｉＧａＡｓペース１層（電極取り出し層）、６
・・・・・・ｐ型Ｇａ　Ａｓベース２層、６・・・・・
・ｎ型ム１ｘＧａ１．Ａｓエミッタ１層、７・・・・・
・ｎ＋ＧａＡｓエミッタ２層（電極取り出し層）、８・
・・・・・コレクタ電極、９・・・・・・ベース電極、
１ｏ・・・・・・エミッタ電極、１１・・・・・・レジ
スト。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１−
一一基５反 ４−−−１−、ス　１（ｐ！を苓鳶ヒ身にり宮し用〕５
−−　・　２ Ｃ−−１ζブタｆ クー−−・　　２Ｃ電ｊモ取１撞Ｌ７りｔｔ−ｒ４０＝
−ｔＪｋ 第２図 第３図 １ｆ−−−よトしゾ又Ｙ 第４図 第５図 第６１１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の上にコレクタ層を形成した後、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、該コレクタ層の一部を露出させた後、その上にベー
   ス層、エミッ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エミ
   ッタ層の上に、エミッタ電極を、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
   、該コレクタ層の一部を露出させ、それぞれにベース電
   極、コレク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。