JPS62152165A - Bipolar transistor manufacturing method - Google Patents
Bipolar transistor manufacturing methodInfo
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- JPS62152165A JPS62152165A JP60295211A JP29521185A JPS62152165A JP S62152165 A JPS62152165 A JP S62152165A JP 60295211 A JP60295211 A JP 60295211A JP 29521185 A JP29521185 A JP 29521185A JP S62152165 A JPS62152165 A JP S62152165A
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Abstract
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に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a bipolar transistor with excellent high frequency characteristics.
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、14はn型シリコン基板、15はエ
ビタキンヤル成長によってその上に設けられたn+型コ
レクタ、1Gは拡散によって設けられたp型ベース、1
7は拡散または合金によって設けられたn型エミッタ、
18はコレクタ電極、19はベース電極、2oはエミッ
タ電極である。Prior Art A typical structure of a conventional bipolar transistor is shown in FIG. In the figure, 14 is an n-type silicon substrate, 15 is an n + type collector provided thereon by Evita kinial growth, 1G is a p-type base provided by diffusion, 1
7 is an n-type emitter provided by diffusion or alloying;
18 is a collector electrode, 19 is a base electrode, and 2o is an emitter electrode.
これはnpn トランジスタであるが、I)npトラン
ジスタでも同様に構成することができる。Although this is an npn transistor, an np transistor may also be used.
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。This example uses the same semiconductor material, silicon, to
It forms the emitter, base, and collector.
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。Incidentally, the operating speed of a transistor, which is related to high frequency characteristics, depends on the transit time of electrons. The base running time is particularly important; the shorter the base length, the faster the operating speed.
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。Therefore, the shorter the base length, the more desirable it is.
With such a structure, it is actually extremely difficult to reduce the base length to 1000 Å or less while maintaining good ohmic contact in terms of process.
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□Asを、ベースとコレクタに
GaAs用いたものである。By the way, it is known that when the emitter is formed using a semiconductor having a wider forbidden band energy width than the base (heterojunction bipolar transistor), a very high current gain can be obtained. This is due to the fact that, by choosing materials appropriately, the band structure of the emitter-base junction can be configured so that it does not provide much of a barrier to electrons, but provides a large barrier to holes. A typical example is
It uses AlXGa1□As for the emitter and GaAs for the base and collector.
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しられている。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
のハンド構造を、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、ベース抵抗を掻端
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、このままではベース電極の
取出しが困難であり、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。Furthermore, it is known that such a structure significantly improves high frequency characteristics. The maximum cutoff frequency Fc of a bipolar transistor is determined by Rb: base resistance and CC: collector capacitance. As mentioned above, if the emitter is formed using a semiconductor with higher forbidden band energy than the base,
By choosing materials appropriately, the hand structure of the emitter-base junction can be made to be less of a barrier to electrons.
It can be configured to provide a large barrier to holes. Therefore, the carrier concentration (hole concentration) of the base can be made very high. Therefore, the base resistance can be made extremely small, and as a result, a very large maximum cutoff frequency Fc can be obtained. However, if the base length is shortened, it is difficult to take out the base electrode, and therefore it is not possible to obtain sufficiently excellent high frequency characteristics.
第7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)である。図において、21は
n型GaAs基板、22はコレクタを形成するn型Ga
As、23はベースを形成するn型GaAs、24はエ
ミッタを形成するn型Δ]xGa、−0△S、25はベ
ース電極取り出しのためのp型A lXGa、−XAs
、26はコレクタ電極、27はベース電極、28はエミ
ッタ電極である。FIG. 7 shows a conventional example (Japanese Patent Publication No. 55-9830) in which the extraction of the base electrode is improved. In the figure, 21 is an n-type GaAs substrate, 22 is an n-type GaAs substrate forming the collector.
As, 23 is n-type GaAs forming the base, 24 is n-type Δ]xGa, -0ΔS forming the emitter, 25 is p-type Al 1XGa, -XAs for extracting the base electrode.
, 26 is a collector electrode, 27 is a base electrode, and 28 is an emitter electrode.
まず21のGaAs基板上に、液相エピタキシャル法に
より、22.23.24の各層を形成する。つぎにメサ
エッチングにより、22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25のベ
ース電極取り出しのためのp型AlxGa、−XAs層
を形成しそれぞれに電極を形成したものである。First, layers 22, 23, and 24 are formed on a GaAs substrate 21 by a liquid phase epitaxial method. Next, a part of the collector layer 22 was exposed by mesa etching, and a p-type AlxGa, -XAs layer for taking out the base electrode 25 was formed on that part again by liquid phase epitaxial method, and electrodes were formed in each. It is.
しかしこのような方法では、再成長時にベース層とベー
ス電極取出し層の間にトラップが形成されやすい。再成
長時の温度をあげればトラップが減少するが、ドーパン
トの相互拡散が起り接合部の急峻性がくずれ特性が低下
する。そのためベース抵抗をそれほどひくくすることが
できず、実質上1000Å以下のベース長を得ることは
困難であった。However, in such a method, traps are likely to be formed between the base layer and the base electrode extraction layer during regrowth. Raising the temperature during regrowth will reduce the number of traps, but interdiffusion of dopants will occur, causing the steepness of the junction to collapse and the characteristics to deteriorate. Therefore, it was not possible to reduce the base resistance so much, and it was practically difficult to obtain a base length of 1000 Å or less.
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、(11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。Furthermore, since the junction area between the p-type base layer and the n-type collector layer is large and the collector capacitance is large, it was not possible to obtain sufficiently excellent high frequency characteristics (as seen from equation 11).
また本従来例では、マスク合せの関係からエミッタ部の
面積は、エミッタ電極の面積よりも大きくなっている。Further, in this conventional example, the area of the emitter portion is larger than the area of the emitter electrode due to mask alignment.
すなわちp型ベース層とn型エミッタとの接合面積がエ
ミッタ電極面積よりも大きく、そのため電極のねりには
エミソターベース接合容量、すなわちエミッタ容lce
が大きかった。In other words, the junction area between the p-type base layer and the n-type emitter is larger than the emitter electrode area, so the bending of the electrode has an emitter base junction capacitance, that is, the emitter capacitance lce.
was big.
ところで、トランジスタの1i流増幅率が1となる最大
周波数Ftは
Ft= (1/2ff) ・ (A−Ce+B)−’
・・・・・・(2)
A、B、定数
で与えられる。 (S、M、Sze;Pysicsor
Sem1conductor Devices、
Jhon Wiley & 5ons、。By the way, the maximum frequency Ft at which the 1i current amplification factor of the transistor is 1 is Ft= (1/2ff) ・ (A-Ce+B)-'
......(2) Given by A, B, constants. (S, M, Sze; Physicsor
Sem1conductor Devices,
John Wiley & 5ons.
I n c、 、 pp、 283. 1969)
従って、エミッタ容量Ceが大きいと高周波特性が悪い
。I n c, , pp, 283. 1969)
Therefore, if the emitter capacitance Ce is large, high frequency characteristics are poor.
本従来において、エミッタを基板側に、コレクタを上側
に形成すればコレクタ容量がその電極面積の割に大きい
ものとなり、これもやはり(1)式かられかるように高
周波特性に好ましくない。In this conventional method, if the emitter is formed on the substrate side and the collector is formed on the upper side, the collector capacitance becomes large in proportion to the area of the electrode, which is also unfavorable for high frequency characteristics as seen from equation (1).
また本従来例の構造の場合、前述の如くマスク合せの関
係からエミッタ電極の面積は、エミ、り部の面積よりも
小さくなっている。エミッタ電極の面積はできるだけ大
きい方がよい。なぜなら電極のコンタクト抵抗がその面
積に比例し、コンタクト抵抗はトランジスタの容量分の
充電時間をおそくするためやはり高周波特性を低下させ
るからである。Further, in the case of the structure of this conventional example, the area of the emitter electrode is smaller than the area of the emitter and groove due to mask alignment as described above. The area of the emitter electrode should be as large as possible. This is because the contact resistance of the electrode is proportional to its area, and the contact resistance slows down the charging time for the transistor capacity, which also reduces the high frequency characteristics.
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、ベース長が短くかつ抵抗が
低く、コレクタ容量およびエミッタ容量の小さくかつ電
極コンタクト抵抗の小さい素子を得る゛ことが困難であ
り、高周波特性の充分価れたものが得られない。Problems to be Solved by the Invention With such a conventional configuration, it is difficult to obtain an element with a short base length, low resistance, small collector capacitance and emitter capacitance, and low electrode contact resistance, and the high frequency characteristics I don't get what I paid for.
本発明はかかる点に恵みなされたもので、へ−スミ掻の
取り出しの容易さをもったまま、極めてベース長が短く
かつ低く、更にコレクタ容量およびエミッタ容量が小さ
く、更にやはり高周波特性に関係する直列抵抗となる電
極コンタクト抵抗の低い構造を提供することを目的とし
ている。The present invention is advantageous in these respects, and has an extremely short and low base length while maintaining the ease of removing the hemi-sumi scraper, furthermore has small collector capacitance and emitter capacitance, and is also related to high frequency characteristics. The purpose is to provide a structure with low electrode contact resistance, which becomes series resistance.
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、あらかじめ半絶縁
性半導体層によって、コレクタ(またはエミッタ)と分
離された、その上に絶縁膜を有する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抗進縁膜、
核ベース電極取り出し層及び抗生絶縁性半導体層の一部
を除去したのち、分子線エピクキシーなどのエピタキシ
ャル成長技術を用いて、核露出コレクタ(またはエミッ
タ)層上部には、極めて薄いベース層とエミッタ(また
はコレクタ)層を、また抗進縁膜上部には′半絶縁性多
結晶状膜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、ブース長の極めて短くかつ
低く、更にコレクタ容量およびエミッタ容量が小さく、
更に電極コンタクト抵抗の低い構造を提供するものであ
る。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides a thick base electrode extraction layer which is separated from the collector (or emitter) by a semi-insulating semiconductor layer and has an insulating film thereon. By forming and etching an anti-adhesive film,
After removing a portion of the nuclear base electrode extraction layer and the antimicrobial insulating semiconductor layer, an extremely thin base layer and an emitter (or By growing a semi-insulating polycrystalline film on the top of the anti-adhesive film, the booth length can be extremely short and low while maintaining the ease of taking out the base electrode, and the collector capacitance can be reduced. and small emitter capacitance,
Furthermore, it provides a structure with low electrode contact resistance.
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
つ低く、更にコレクタ容量およびエミッタ容量小さく、
更に電極コンタクト抵抗が低いので高周波特性が改善さ
れる。Operation The present invention has an extremely short and low base length, and also has a small collector capacitance and emitter capacitance due to the above-described structure.
Furthermore, since the electrode contact resistance is low, high frequency characteristics are improved.
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。Example FIG. 1 shows an embodiment of the structure of the present invention.
第1図において、1は半絶縁性G a 、A s基板、
2はn生型GaAsコレクタ1層(T;、 掻取出し層
)、3はn型GaAsコレクタ2層、4はp型G5As
ヘース1層(電極取出し層)、5はp型(:、aAsベ
ース2層、6はn型A lx G a 1−x A s
(X= O−3)エミッタ1層、7はn十型GaA
sエミ、り2層(電極取出し層)、8はコレクタ電極、
9はベース電極、10はエミッタ1層、11はGaAs
半絶縁性半導体層である。12はS i O2絶縁膜、
12上部の5.6.7斜線部はS i O21i上に形
成されたため半!! Xi化した多結晶状11りである
。In FIG. 1, 1 is a semi-insulating Ga, As substrate,
2 is an n-type GaAs collector with one layer (T; scraped layer), 3 is an n-type GaAs collector with two layers, and 4 is a p-type G5As
Heath 1 layer (electrode extraction layer), 5 is p-type (:, aAs base 2 layers, 6 is n-type Alx Ga 1-x As
(X=O-3) Emitter 1 layer, 7 is n+ type GaA
S emitter, 2 layers (electrode extraction layer), 8 is collector electrode,
9 is a base electrode, 10 is an emitter layer, 11 is GaAs
It is a semi-insulating semiconductor layer. 12 is a SiO2 insulating film;
5.6.7 The shaded area at the top of 12 is half because it was formed on S i O21i! ! It is a polycrystalline 11 that has been converted to Xi.
各層の厚みは、lの半絶縁性GaAS基板が400μm
、2のn生型GaAsコレクタ1層が4000人、3の
n型GaAsコレクタ2層が2000人、4のp型Ga
Asヘース1層5000人、5のp型GaAsベース2
層が400人、6のn型AlXGa1−xAsAsエミ
ッタ1層500人、7の電穫取出し用n+型Gafi、
sエミッタ2層は1500人、11のGaAs半絶縁性
半導体層は2000人である。The thickness of each layer is 400 μm for l semi-insulating GaAS substrate.
, 2 n-type GaAs collector 1 layer has 4000 people, 3 n-type GaAs collector 2 layer has 2000 people, 4 p-type Ga
As Heath 1 layer 5000 people, 5 p-type GaAs base 2
400 layers, 500 layers per layer of 6 n-type AlXGa1-xAsAs emitters, 7 n+ type Gafi for electricity extraction,
The number is 1,500 for the second S emitter layer, and 2,000 for the 11 GaAs semi-insulating semiconductor layers.
2〜7.11の各層は、分子線エピタキシー(MBE)
によって形成された。12のS + 02膜は1000
人であり化学気相成長により形成された。Each layer of 2 to 7.11 is formed using molecular beam epitaxy (MBE).
formed by. 12 S+02 films are 1000
It is human and was formed by chemical vapor deposition.
次に本実施例の素子の製造方法について述べる。Next, a method for manufacturing the device of this example will be described.
第2図に示すように、まず1の半絶縁性GaAs基板の
上に分子線エピタキシーにより、2,3゜11.4の各
層を所定の厚みに形成した。次に化学気相成長により1
2のS i O21りを2000人の厚みに形成した。As shown in FIG. 2, first, layers of 2.3.degree. and 11.4 degrees were formed to a predetermined thickness on a semi-insulating GaAs substrate 1 by molecular beam epitaxy. Next, by chemical vapor deposition, 1
A SiO2 film of 2 was formed to a thickness of 2,000 people.
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、12のS i O2膜、4のp型GaAsベー
ス1層および11の半絶縁性半導体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2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。SiO□IIQのエツ
チングはフッ酸で、Qa、Asのエツチングは、H2’
So、−H20□−H20混合液を用いて行なった。G
aAs基板として、(OO1)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。Next, a resist mask is formed by a conventional photolithography method, and as shown in FIG. A part of the collector 2 layer of No. 3 was exposed by etching. In this case, the etching may proceed to the inside of the collector layer, as shown by the dotted line in FIG. Etching of SiO□IIQ is done with hydrofluoric acid, etching of Qa and As is done with H2'
The experiment was carried out using a mixed solution of So, -H20□-H20. G
By using (OO1) as an aAs substrate, (
The etched portion could be formed in the shape of an inverted trapezoid as shown in FIG. 3 when viewed from the 110) direction.
次にレジストをアセトンで除去し、フン酸でS i O
2を1000人除去して、第4図に示すように4のP型
ベース電極取出し層の一部の頭出しを行なった。Next, the resist was removed with acetone, and SiO was removed with hydrochloric acid.
After removing 1,000 layers of layer 2, a part of the P-type base electrode extraction layer of layer 4 was located as shown in FIG.
次に全体の上から分子線エピタキシーにより、400人
のp型GaASベース2層および1500人のn型Al
xGa、−x Asエミッタ1層、1500人のn十型
GaAsエミッタ2層を第5図に示すように再成長させ
た。Next, by molecular beam epitaxy, 400 layers of p-type GaAS base and 1500 layers of n-type Al were formed on top of the whole.
One layer of xGa, -xAs emitters and two layers of 1500 n+ type GaAs emitters were regrown as shown in FIG.
次にホトリソグラフィー法によって、抗進縁膜のある部
分の一部を11□So、−H20□H20?n合液およ
びフン酸を用いて工・ノチングし、ベース1層およびコ
レクタ1層の一部を露出させた。Next, by photolithography, a part of the anti-adhesive membrane was removed with 11□So, -H20□H20? Notching was performed using a mixture of n and hydrochloric acid to expose a portion of the base 1 layer and the collector 1 layer.
次に、レジスト部を7七トンで除去し、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、核
露出コレクク層上部に成長したエミッタ2上にlO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fipi、コレクタ電極形成した。Next, the resist portion was removed using 77 tons, and by ordinary photolithography, vacuum evaporation, and heat treatment techniques, an emitter electrode of lO was formed on the emitter 2 grown on the exposed base and collector layer. A base fipi and a collector electrode of 9.8 in diameter were formed respectively.
本実施例の構造のエミ’7り容iceは、再成長部のエ
ミッタとへ−スの接合面積に比例する。本実施例の場合
、露出コレクタ層上部にエピタキシャル成長した接合部
面積と絶縁+19上部に成長した多結晶状膜接合部面積
の和となる。本実施例では5のp型ベースを形成するた
めに13eを用い、■・10θ/ codのドーピング
を、また6のエミッタ1層を形1戊するためにSiを用
い5 lO”/aAの1′−ピングを行なった。しか
しえられた多結晶状)1りは106オームの高I託抗を
示し半絶縁性となっていた。そのためこの部分の接合容
量はほとんど無視することができる。したがってエミッ
ターベース接合部の面積は露出コレクタ部の面積とほぼ
同一となり最小とすることができる。またエミッタ電極
をエミッタエピタキシャル成長部面積より大きくとって
も、多結晶状膜の半絶縁性のためにショートや寄生容量
などの問題が発生しない。The emitter capacity of the structure of this embodiment is proportional to the junction area between the emitter and the base of the regrowth portion. In the case of this embodiment, the area is the sum of the area of the junction epitaxially grown on the exposed collector layer and the area of the polycrystalline film junction grown on the insulation +19. In this example, 13e is used to form the p-type base of No. 5 and doped with 1.10θ/cod, and Si is used to form the emitter layer of No. '-ping was carried out. However, the obtained polycrystalline one showed a high I resistance of 106 ohms and was semi-insulating. Therefore, the junction capacitance in this part can be almost ignored. The area of the emitter base junction is almost the same as the area of the exposed collector and can be minimized.Also, even if the emitter electrode is made larger than the area of the emitter epitaxial growth area, short circuits and parasitic capacitance may occur due to the semi-insulating nature of the polycrystalline film. Such problems do not occur.
すなわちコレクタ、エミッタ、エミ・ツタ電極のセルフ
ァライン構造となっている。したがってエミッタ電極を
エミッタ領域全面に形成することができる。コンタクト
抵抗は電極との接合部の面積に比例するので、これによ
りエミッタコンタクト抵抗を最小にすることができる。In other words, it has a self-line structure including a collector, an emitter, and an emitter/vine electrode. Therefore, the emitter electrode can be formed over the entire emitter region. Since the contact resistance is proportional to the area of the junction with the electrode, this allows the emitter contact resistance to be minimized.
直列抵抗の減少は容量分への充電時間を早めるので筒周
$を特性の改善に大いに貢献する。Reducing the series resistance speeds up the charging time for the capacitance, which greatly contributes to improving the cylinder circumference and characteristics.
本実施例の構造のコレクタ容量と、CCは5と3のPn
接合部の接合容量と、11と3の接合部の接合容量の和
となる。The collector capacitance of the structure of this example and CC are Pn of 5 and 3.
This is the sum of the junction capacitance of the junction and the junction capacitance of the junctions 11 and 3.
一般にpn接合の容量Cpnは
・・・・・・(3)
a;接合部面積
q;電荷
NAI;I)型半導体のアクセプタ濃度ND2;n型半
導体のドナー濃度
εl;p型半導体の誘電率
ε2;n型半導体の誘電率
■b;バイアス電圧
で与えられる。In general, the capacitance Cpn of a p-n junction is... (3) a; junction area q; charge NAI; acceptor concentration ND2 of the I) type semiconductor; donor concentration εl of the n-type semiconductor; dielectric constant ε2 of the p-type semiconductor ; Dielectric constant of n-type semiconductor ■b; Given by bias voltage.
これより、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0本実施例のp型GaAsベース層のアクセプタ濃
度は1.10”/cd、n型GaAsコレクタ層のドナ
ー濃度は5.10”/Ctaである。したがってコレク
タ容量は近似的にとなる。From this, it can be seen that when the difference between the acceptor concentration and the donor concentration is large, it is determined approximately by the smaller one.The acceptor concentration of the p-type GaAs base layer in this example is 1.10''/cd. , the donor concentration of the n-type GaAs collector layer is 5.10''/Cta. Therefore, the collector capacitance is approximately.
一方、n十型GaAs層と、半絶縁性GaAs層との接
合容量は、半絶縁性層の7クセブタ/店度が1・101
5/c++I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、(4)式の値よ
りもはるかに小さいものとなる。もし半絶縁性層がない
場合には、11と3の接合容量は、n+GaAs層のキ
ャリアl;度が、1・101I/dと大きいため、この
部分のコレクタ容量が大きなものとなる。P型GaAs
に代えてp型AIX Ga1−X As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型ベース電極爪り出し用GaAs層とn型
GaAsコレクタ層との間に、半絶縁性層を形成するこ
とにより、同一寸法の構成であればコレクタ容量をはる
かに小さくできる。On the other hand, the junction capacitance between the n-type GaAs layer and the semi-insulating GaAs layer is 1.101 when the semi-insulating layer has 7 cubic meters/storey.
5/c++I or less, the junction capacitance is proportional to the square root of this acceptor concentration, and its value is much smaller than the value of equation (4). If there is no semi-insulating layer, the junction capacitance between 11 and 3 will be as large as 1.101 I/d, so the collector capacitance of this portion will be large. P-type GaAs
Even if p-type AIX Ga1-X As is used instead, the junction capacitance remains almost unchanged. For the above reasons, as in this embodiment, by forming a semi-insulating layer between the GaAs layer for protruding the p-type base electrode and the n-type GaAs collector layer, if the structure has the same size, Collector capacity can be much smaller.
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。(W、P。Furthermore, the base length of the structure of this example is extremely short, 400 people. Transit time ts of electrons in bipolar transistor
is known to be approximately expressed as follows. (W, P.
Dumke et、al:5−olid 5tat
eElectron、、 vol、 15. no
。 12゜pp、 1339.Dec、 1972
)ts= (5/2)Rh−Cc+ (Rb/RL
)・ cb+ (3Cc+CL) RL・・・・・
・(5)
RL;負荷抵抗
tb:ベース走行時間
CC;負荷容量
一方、ベース走行時間は
t b = L b / V e −
f61Lb;ベース長
■e;ヘーベーおける電子の速度
で与えられる。Dumke et al:5-olid 5tat
eElectron,, vol, 15. no
. 12゜pp, 1339. Dec, 1972
)ts= (5/2)Rh−Cc+ (Rb/RL
)・ cb+ (3Cc+CL) RL・・・・
・(5) RL; Load resistance tb: Base running time CC; Load capacity On the other hand, the base running time is t b = L b / Ve −
f61Lb; Base length ■e; Given by the speed of electrons in Hebe.
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
している(実施例では1.10”/ Ctaのキャリア
濃度を用いた)他に、実際ベースとして動作する以外の
部分の厚みが5000人と厚いため、ベースの引出しに
まつわるパースミ氏抗を極めて低くできる。また本実施
例の製造方法を用いれば、極めて薄いベースに対しても
その引出しは極めて容易である。In this example, by taking advantage of the characteristics of a heterojunction bipolar transistor, the carrier concentration in the base region is made extremely high (a carrier concentration of 1.10"/Cta is used in the example). Since the thickness of the parts other than the base is 5,000 mm thick, the permeability resistance associated with drawing out the base can be extremely low.Furthermore, if the manufacturing method of this embodiment is used, it is extremely easy to draw out even an extremely thin base. .
以上述べた如く、本実施例の方法によれば、エミッタ容
Fi(Ce 、コレクタ容量Cc 、ベース抵抗Rh、
ベース長Lb、直列コンタクト抵抗のすべてを同時に減
少させることが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。As described above, according to the method of this embodiment, emitter capacitance Fi (Ce, collector capacitance Cc, base resistance Rh,
Since the base length Lb and the series contact resistance can all be reduced at the same time, it is possible to obtain a transistor with excellent high frequency characteristics and an extremely high maximum cutoff frequency.
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。そのためへ−ス走行時間が短くなった。さらに
コレクタ容量およびエミッタ容量も小さくなった。更に
ベースミ氏抗、電極コンタクト抵抗も小さくなった。以
上のことから、エミッタ面積を同一寸法にした場合、従
来のものに比べて高周波特性が非常に向上した。The heterojunction transistor obtained in this example exhibited the following characteristics as expected. First, we were able to form good ohmic electrodes on a very thin base made of 400 people. As a result, the travel time to the destination was shortened. Furthermore, the collector capacitance and emitter capacitance have also become smaller. Furthermore, the base resistance and electrode contact resistance have also been reduced. From the above, when the emitter area is made the same size, the high frequency characteristics are greatly improved compared to the conventional one.
本実施例では、ベース長として、400人の例を示した
が、分子線エピタキシー技術を用いれば、更に薄(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。In this example, an example of 400 base lengths is shown, but it is possible to make the base length even thinner by using molecular beam epitaxy technology. A similar thin base can also be created using the CVD method.
本実施例では絶縁膜としてS i O2をもちいたがS
iNでも同様な結果が得られており、その上に半導体が
エピタキシャル成長しない絶縁膜であればよい。In this example, SiO2 was used as the insulating film, but S
Similar results have been obtained with iN, and any insulating film on which a semiconductor is not epitaxially grown may be used.
また本実施例では、半導体としてGaAs−AlXGa
、−XAsを用いたが、他の半導体材料、例えばInP
−1nGaAsP等を用いても作成することができる。Further, in this example, GaAs-AlXGa is used as the semiconductor.
, -XAs, but other semiconductor materials such as InP
It can also be created using -1nGaAsP or the like.
またAI濃度として、x=0.3を用いたが、これはO
−1の範囲で任意に選ぶことができる。Also, x = 0.3 was used as the AI concentration, which is O
It can be arbitrarily selected within the range of -1.
本実施例では、半絶縁性層としてGaAsを用いたが、
A l y G a H−y A S (yは1以下
で任意)を用いても、エミッタ容量を低減させるという
ことでは、同し効果を有することはあきらかであり、更
にそのエネルギーバンドギヤ、プがGaAsよりも大き
いことからもれ電流少なくできる。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。In this example, GaAs was used as the semi-insulating layer, but
It is clear that even if A is larger than that of GaAs, so leakage current can be reduced. Since leakage current reduces the current amplification factor of the transistor, the current amplification factor can be improved by reducing the leakage current.
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。In this embodiment, the emitter and collector are of n-type and the base is of p-type, but the emitter and collector may be of p-type and the base of n-type.
本実施例では、基板側にコレクタを、上部にエミッタを
形成したが、同様の製造方法により基板側にエミッタを
、上部にコレクタを形成することもできる。この場合に
は上で述べた議論を、CeとCcを置きかえて考えれば
よく、この場合にもCe、Ccを共に小さくできること
はあきらかである。In this embodiment, the collector is formed on the substrate side and the emitter is formed on the upper part, but it is also possible to form the emitter on the substrate side and the collector on the upper part by a similar manufacturing method. In this case, the above discussion can be considered by replacing Ce and Cc, and it is clear that both Ce and Cc can be made smaller in this case as well.
この場合には、エミッタ電極のかわりにコレクタ電極の
コンタクト抵抗が減少するが、これもやはり容量分の充
電を早めるのに効果があり、高周波特性の改善に同様の
効果を有する。In this case, the contact resistance of the collector electrode is reduced instead of that of the emitter electrode, which is also effective in accelerating charging of the capacitance and has a similar effect in improving high frequency characteristics.
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かつ抵抗を低
くし、更にコレクタ容量およびエミッタ容量を小さくし
、更にコンタクト抵抗を低くすることにより、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。Effects of the Invention As described above, the present invention significantly shortens the base length and lowers the resistance while maintaining the ease of taking out the base electrode, further reduces the collector capacitance and emitter capacitance, and further reduces the contact resistance. By doing so, a bipolar transistor with excellent high frequency characteristics is provided.
第1図は本発明の一実施例によるバイポーラトランジス
タの製造方法を用いたトランジスタの断面図、第2図〜
第5図はそれぞれその製造過程の断面図、第6図は従来
のバイポーラトランジスタの断面図、第7図は従来のへ
テロ接合トランジスタの断面図である。
l・・・・・・半絶縁性GaAs5板、2・・・・・・
n+GaAsコレクタ(またはエミッタ)1層(′電極
取り出し層)、3・・・・・・n型GaAsコレクタ(
またはエミッタ)2層、4・旧・・p型GaへSベース
1層(TL電極取出し層)、5・・・・・・p型GaA
sベース2層、6・・・・・・n型GaAsエミッタ(
またはコレクタ)lI’3.7・・・・・・n 十G
a A sエミッタ(またはコレクタ)21ffl(電
極取り出し層)、8・・・・・コレクタ(またはエミッ
タ)電極、9・・・・・・ベース電極、10・・・・・
・エミッタ (またはコレクタ)電極、11・・・・・
・GaAs半絶縁性半導体層、12・・・・・・絶縁膜
、13・・・・・・レジスト。
代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第2図
第3図
第4図
第5図
第6図
第7図
□
=1
21′
、15
一/4
”?3FIG. 1 is a cross-sectional view of a transistor using a method for manufacturing a bipolar transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the manufacturing process, FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional bipolar transistor, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional heterojunction transistor. l...5 semi-insulating GaAs plates, 2...
n+GaAs collector (or emitter) 1 layer ('electrode extraction layer), 3... n-type GaAs collector (
or emitter) 2 layers, 4. old... p-type Ga to S base 1 layer (TL electrode extraction layer), 5... p-type GaA
s-base 2 layers, 6...n-type GaAs emitter (
or collector) lI'3.7...n 10G
a A s Emitter (or collector) 21ffl (electrode extraction layer), 8... Collector (or emitter) electrode, 9... Base electrode, 10...
・Emitter (or collector) electrode, 11...
-GaAs semi-insulating semiconductor layer, 12...insulating film, 13...resist. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao (1 person) Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 □ = 1 21', 15 1/4''?3
Claims (4)
を形成した後、その上に半絶縁性半導体層及びベース電
極取り出し層を順次エピタキシャル成長し、更にその上
に絶縁膜を形成した後、該絶縁膜、該ベース電極取出し
層及び該半絶縁性半導体層の一部をエッチングにより除
去して、該コレクタ(またはエミッタ)層の一部を露出
させた後、その上にベース層、エミッタ(またはコレク
タ)層を順次エピタキシャル成長させ、その時該絶縁膜
上部には半絶縁性多結晶状膜で成長させることによって
、エミッタ(またはコレクタ)−ベース接合容量を低減
しかつエピタキシャル成長したエミッタ(またはコレク
タ)部を他から絶縁するようにし、該エミッタ(または
コレクタ)部上面全面にエミッタ(またはコレクタ)電
極を、また該半絶縁性多結晶状膜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(またはエミッ
タ)層の一部を露出させ、それぞれにベース電極、コレ
クタ(またはエミッタ)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。(1) After forming a collector (or emitter) layer on a semiconductor substrate, a semi-insulating semiconductor layer and a base electrode extraction layer are sequentially epitaxially grown on it, and an insulating film is further formed on it, and then the insulating layer is formed on the semiconductor substrate. After removing a part of the film, the base electrode extraction layer, and the semi-insulating semiconductor layer by etching to expose a part of the collector (or emitter) layer, a base layer, an emitter (or collector) layer are formed thereon, and a part of the collector (or emitter) layer is exposed. ) layers are sequentially grown epitaxially, and at that time, a semi-insulating polycrystalline film is grown on top of the insulating film to reduce the emitter (or collector)-base junction capacitance and to separate the epitaxially grown emitter (or collector) from other parts. An emitter (or collector) electrode is formed on the entire upper surface of the emitter (or collector) part, and a part of the semi-insulating polycrystalline film is etched to form an emitter (or collector) electrode on the entire upper surface of the base layer and the collector. A method for manufacturing a bipolar transistor, characterized in that a part of a (or emitter) layer is exposed, and a base electrode and a collector (or emitter) electrode are formed on each layer.
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。(2) The method for manufacturing a bipolar transistor according to claim (1), wherein at least the forbidden band energy width of the emitter is larger than the forbidden band energy width of the base.
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) A method for manufacturing a bipolar transistor according to claim (1), characterized in that a III-V compound semiconductor is used.
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) The method for manufacturing a bipolar transistor according to claim (1), characterized in that silicon oxide or silicon nitride is used as the insulating film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60295211A JPS62152165A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Bipolar transistor manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60295211A JPS62152165A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Bipolar transistor manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62152165A true JPS62152165A (en) | 1987-07-07 |
JPH0575170B2 JPH0575170B2 (en) | 1993-10-20 |
Family
ID=17817639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60295211A Granted JPS62152165A (en) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | Bipolar transistor manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62152165A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5012318A (en) * | 1988-09-05 | 1991-04-30 | Nec Corporation | Hybrid semiconductor device implemented by combination of heterojunction bipolar transistor and field effect transistor |
US5111265A (en) * | 1988-12-06 | 1992-05-05 | Nec Corporation | Collector-top type transistor causing no deterioration in current gain |
US5138408A (en) * | 1988-04-15 | 1992-08-11 | Nec Corporation | Resonant tunneling hot carrier transistor |
JPH04267529A (en) * | 1991-02-22 | 1992-09-24 | Nec Corp | Collector top type heterojunction bipolar transistor and manufacture thereof |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP60295211A patent/JPS62152165A/en active Granted
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5138408A (en) * | 1988-04-15 | 1992-08-11 | Nec Corporation | Resonant tunneling hot carrier transistor |
US5012318A (en) * | 1988-09-05 | 1991-04-30 | Nec Corporation | Hybrid semiconductor device implemented by combination of heterojunction bipolar transistor and field effect transistor |
US5111265A (en) * | 1988-12-06 | 1992-05-05 | Nec Corporation | Collector-top type transistor causing no deterioration in current gain |
JPH04267529A (en) * | 1991-02-22 | 1992-09-24 | Nec Corp | Collector top type heterojunction bipolar transistor and manufacture thereof |
Also Published As
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JPH0575170B2 (en) | 1993-10-20 |
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