JPS6218761A - ヘテロ接合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ヘテロ接合トランジスタお
よびそ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４図に
示す。図において、１はｎ型シリコン基板、２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、３は拡散によって設けられたｐ型ベース、４は拡
散または合金によって設けられたｎ型エミッタ、６はコ
レクタ電極、６はベース電極、７はエミッタ電極である
。これはｎｐｎ）ランジスタであるが、ｐｎｐ）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の
大きい半導体を用いて形成すると、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ＡｇｘＧａ
、、Ａｓを、ベースとコレクタにＧ　ａ　Ａ　ｓを用い
たものである。

さら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　＝１／（２πＲｂＣｃ）　　　　　　・・・・・
・０）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。

更に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、ベース長を１０００Å以下に
することは実際問題としプロセス的に極めてむつかしい
。

第５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５５−３８２９号公報）である。

図において、８はｎ型ＧａＡｓ基板、９はコレクタを形
成するｎ　ｆＪＩ　ＧａＡａ、１０はベースを形成する
ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ、１１はエミッタを形成するｎ型Ａ
ｅｘＧａ１−エＡｓ、　　１２はベース電極取り出しの
ためのｐ型Ａ４工Ｇａ１−エＡｓ、１３はコレクタ電極
、１４はベース電極、１６はエミッタ電極である。まず
Ｇ　ａ　Ａ　ｔｓ基板８上に、液相エピタキシャル法に
より、各層９，１０．１１を形成する。つぎにメサエッ
チングにより、コレクタ層９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ベース電極１２の
取り出しのだめのｐ型Ａｌ工Ｇ　ａ　１−ｘＡ　ｓ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ｐ型Ｇ　ａ
　Ａ　Ｂベース層１０と、後から形成したｐ型Ａ　ｇ　
ｘ　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ　ａ層１２との間に、エネルギ
ーギャップおよび再成長時に形成されやすい界面の電子
トラップが存在するため、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
取り出しの容易さをもったまま、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。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記問題点を解決するため、あらかじめ厚いベ
ース層を形成しておき、エツチングによって、極めて薄
いベース層を形成した後、その上にエミッタ層を再成長
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、１６は半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ類、１
７はｎ型ＧａＡｓ：ｒレクタ層、１８はｎ型Ｇ　ａ　Ａ
　ｇコレクタ層、１９はｐ型Ｇ　ａ　Ａ　Ｓベース層、
２０はｎ型ＡｌｘＧａ１−、Ａｓｃミッタ層（ｘ＝０．
３）、２１は電極取り出し用計型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層、２
２はコレクタ電極、２３はベース電極、２４はエミッタ
電極である。

各層の厚みは、半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１６が４０
０ｐｍ　、　ｎ＋型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１７が４０００人
、ｎ型ＧａＡｇコレクタ層１８が２０００Ａ　　ｐ型Ｇ
　ａ　Ａ　ｓベース層１９凹部が５０ＯＡ、凸部が４０
００人、ｎ型Ａｌ！Ｇａ１＋ｘＡｓ　エミッタ層２０は
１５００人、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電極域シ出し用ｎ　型Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ層２１は１５００人　である。各層１７〜２
１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。

まず半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１６の上に分子線エピ
タキシーにより、各層１７〜１９を所定の厚みに形成し
た。次に化学気相成長（ＣＶＤ）　　法により、その上
に３０ｏｏへのＳ　ｘ　０２膜を形成した。次に通常の
ホトリソグラフィー法によシ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２図に示すように、メ
サ状にエツチングを行いｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓベース層１
９に凹部を形成した。第２図において、２６はＳ　１０
２１１！、　　２６はレジストである。

５ｌｏ２のエツチングは、ＨＦ（フッ酸）を用いて、Ｇ
ａＡｓ　、ＡｇｘＧａｌ−！Ａｓのエツチングは、Ｈ２
ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２ｏ混合液を用いて行なった。Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ基板として、（０ｏ１）を用いることによ
り、〔１１ｏ〕　方向から見て第２図に示すような低部
の方が上部よりも広い凹部を形成することができる。

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、１５００人のｎ型エミッタ領域および１６００
への電極取り出し用ｎ＋型Ｇ　ａ　Ａ　ａ膜を形成した
。ｐ＋ＧａＡｇ　１９凹部に形成された膜はエピタキシ
ャル成長しており、完全な単結晶膜であったがＳ　１０
２膜上に形成された膜は多結晶膜であった。

Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２ｏ混合液を用イテエッチン
グすると、単結晶膜と多結晶膜とでエツチング速度に大
きな差があシ、新たに成長させた単結晶膜がほとんどエ
ツチングされない間に多結晶膜を取り去ることができた
。

次にホトリソグラフィー法によって、エミッタおよびベ
ースを形成する部分にレジストマスクを形成し、このレ
ジストマスクを用いて、各層１８゜１９をＨ２ＳＯ４−
Ｈ２Ｏ２−Ｈ２Ｑ混合液を用いてエツチングし、コレク
タ電極形成部を露出させた。

次に、レジスト部をアセトンで、５１０２膜をＨＦによ
って除去し、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各オーミック電極２２．２３．
２４を形成した。

本実施例の構造のベース長は、６００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上８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）Ｒｈ−Ｃｃ＋（Ｒｂ／ＲＬ）−ｔｂ＋
（３Ｃｃ＋ＣＬ）ＲＬ　　　　　　・・・・・・＠）Ｒ
Ｌ；負荷抵抗 ｔｂ；ベース走行時間 Ｃ０；負荷容量 一方、ベース走行時間は ｔｂ　＝　Ｌｂ／Ｖｅ　　　　　　　　　　　−−−°
−°（３）Ｌｂ；ベース長 ｖｅ；ベースにおける電子速度 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Ｒｈは極めて小さい。更にベー
ス長ＬｂをＳＯＯ人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６００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
たことから、同一エミッタ、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６００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　−Ａ　ｌ！
ｘＧ　ａ　１−エＡｓを用いたが、他の半導体材料、例
えばＩｎＰ−ＩｎＧａＡｇＰ等を用いても作成すること
ができる。またＡＩ濃度として、Ｘ：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。

また本実施例では、ＳｉＯ２膜を利用したがＳｉ３Ｎ４
など他の材料からなる膜を用いても良い。

また本実施例では、第２図に示すように５ｉ０２膜およ
びレジストを用いてエツチングを行い、そののちレジス
トのみを除去してＳ　ｓ　０２膜の上にもＡｅｘＧ＆１
−ｘＡＩ＋およびＧ　ａ　Ａ　ｓを成長させたが、レジ
ストのみを用いてエツチングを行い、エツチングした後
、レジストを除去してそれから再成長させてもよい。こ
の場合には、ベース電極取り出し用層の上にもエミッタ
膜が形成されるので、ベースおよびコレクタの電極を形
成するために、エミッタ層およびベース層の一部エッチ
ングによって除去することが必要となるが、これは通常
のホトリングラフイーにより容易に行なえる。

本実施例では、エツチングの結晶方位依存性を利用して
、低部の広い凹部を形成しそこにエミッタを形成したが
、Ｓ　１０２膜とＧ　ａ　Ａ　ｓのエツチング速度の違
いを利用して、第３図に示すようにＳｉＯ２膜の張り出
しを形成し、この張り出しを利用してエミッタと電極形
成用ベース部分との分離を行うこともできる。第３図は
、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板として、（００１）を用い、Ｈ２
ＢＯ３−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２゜混合液を用いてエツチングし
た場合に〔１ｏｏ〕方向から見た時の断面である。これ
より３１０２膜が張シ出しを形成していることがわかる
。

また本実施例では、再成長時にエミッタから成長を始め
たが、ベースとエミッタの界面の特性を改善させるため
に、薄くベース層を再成長した後エミッタ層を成長させ
てもよい。

また本実施例では、エミッタおよびコレクタにそれぞれ
電極取り出し用層を設けたが、とれらの層は本質的には
なくてもよい。

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することによ
り、高周波特性に優れたヘテロ接合トランジスタを、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のトランジスタの断面図、第
２図は本発明の構造を実現するための製造途中の断面図
、第３図は本発明の構造を実現するだめの製造途中の他
の断面図、第４図は従来のバイポーラトランジスタの構
造を示す断面図、第６図は従来のへテロ接合トランジス
タの構造を示す断面図である。 １６・・・・・・半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、１７・
・・・・・ｎ　＋Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層、１８・・・・・・
ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓコレクタ層、１９・・印・ｐ型Ｇ　
ａ　Ａ　ｓベース層、２０・山・・ｎ型Ａ　ｌ　ｘ　Ｇ
　ａ　１ｘ　Ａ　ｓエミッタ層、２１・・・・・・ｎ　
＋Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　層、２２・・・・・・コレクタ電極
、２３・・・・・・ベース電極、２４・旧・・エミッメ
電極、２５・・・・・・Ｓ　１０２膜、２６・・・・・
・レジント。 第　１　図　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
／Ｉ！５’、、、コレクタ１９・　へ−ズ ２θ４２．エミッタ 第２図 りｌ 第３図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともコレクタ領域と、ベース領域と、エミ
   ッタ領域を有し、少なくとも前記エミッタ領域が、前記
   ベース領域を形成する半導体より禁制帯エネルギーの大
   きい半導体からなり、前記ベース領域の一部に凹部を有
   し、前記凹部に前記エミッタ領域を有することを特徴と
   するヘテロ接合トランジスタ。
2. （２）半導体基板の上に、コレクタ層と、ベース層を形
   成した後、エッチングによりベース層の一部に凹部を形
   成し、更にその上にベース層を形成する半導体よりも禁
   制帯エネルギー幅の大きい半導体を用いて、エミッタ層
   を形成した後、エッチングによって前記ベース層の一部
   および前記コレクタ層の一部を露出させ、前記コレクタ
   層、前記ベース層にそれぞれコレクタ電極およびベース
   電極を、また前記ベース凹部内のエミッタ層の上にエミ
   ッタ電極を設けたことを特徴とするヘテロ接合トランジ
   スタの製造方法。