JPS6221272A - 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　ｌ−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の
大きい半導体を用いて形成すると１．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Ａ　１　
ｘＧａ　１ｘ　Ａｓを、ベースとコレクタにＧａＡｓ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／　（２ｙｒＲｂＣｃ　）　　　　　　　
−−−−（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１０ｏｏ八以下に
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。

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５５−３８２９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型ＧａＡｓ、１０はベースを形成するｐ型Ｇａ
Ａｇ　、　　１１はエミッタを形成するｎ型ＡｌｘＧａ
１−ｘＡｓ　、　１２はベース電極取り出しのためのｐ
型Ａｌ工Ｇａ１ｘＡｓ　、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ＧａＡｓ
基板８上に、液相エピタキシャル法により、各層９，１
０．１１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取り出しのためのｐ
型Ａ　１　ｘＧａ　１−エＡｓ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ＧａＡ
ｓベース層１ｏと、後から形成したｐ型Ａ　１ｘＧａ　
１−エＡｓ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１ｏｏＯÅ以下のベース長を得ることはでき
なかった。

またこのような構造ではコレクターベース接合面積が大
きくコレクタ容量の大きくなることはさけがたい。コレ
クタ容量が大きいと、（１）式より分るように高周波特
性の良好なものが得られない。

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、ベース長の短くかつコレク
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、ベース電極の
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 本発明のへテロ接合トランジスタは、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、前記凹部に前記コレ
クタ領域を有することを特徴とする。

さらに、本発明のへテロ接合トランジスタの製造方法は
半導体基板の上に、ベース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を用いてエミッタ層を形成し
、つぎにベース層を形成し、エツチングによりベース層
の一部に凹部を形成し、更にその上にコレクタ層を形成
した後、エツチングによって前記ベース層および前記エ
ミッタ層の一部を露出させ、前記ベース層、前記エミッ
タ層に、それぞれベース電極、エミッタ電極を、まだ前
記ベース凹部内の前記コレクタ層の上にコレクタ電極を
設けたことを特徴とする。

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くできる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ＧａＡｇ基板、１７は
エミッタ電極取り出し用ｎ＋　型ＧａＡｓ層、１８はｎ
型ＡｌｘＧａ、　−エＡｓ　（ｘ＝０．３　）　エミッ
タ層、１９はｐ型ＧａＡｓベー１層、２ｏはｎ型ＧａＡ
ｓ　コレクタ層、２１は電極取り出し用ｎ＋型ＧａＡｓ
層、２２はエミッタ電極、２３はベース電極、２４はコ
レクタ電極である。

各層の厚みは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１６が４００μｍ
、　　ｎ＋型ＧａＡｓ層１７が４０００人、ｎ型エミッ
タ層１８が２ｏ００人、ｐ型ＧａＡｓベース層凹部１９
が６０ＯＡ、凸部が４０００人、ｎ型ＧａＡｓ　コレク
タ層２０は１６００人、コレクタ電極取り出し＋ 用ｎ　型ＧａＡｓ層２１は１５００八である。各層１７
〜２１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ＧａＡｓ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３０００
への９１０２膜を形成した。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２図に示すように、メサ状にエツチン
グを行いｐ型ＧａＡｇベース層１９に凹部を形成した。

第２図において、Ｓ　１０２膜２５．２６はレジストで
ある。

Ｓ　ｌ　０２のエツチングは、ＨＦ（フッ酸）を用いて
、ＧａＡｓ　＋　Ａ　ｌ　ｘＧａ　１ｘＡｓの−１−ッ
テングは、Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２Ｏ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、（１１０１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Ｏ 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、１６００人のｎ型エミッタ領域および１５００
への電極取り出し用ｎ　型ＧａＡｓ膜を形成した。ｐ　
＋　ＧａＡｇ部１９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５１０２膜上
に形成された膜は多結晶膜であった。

Ｈ２ＳＯ４−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２０混合液を用イ”Ｔ：　：
ｆ−）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り、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、コレクタおよびベ
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１９゜２ｏをＨ２ＳＯ４−
Ｈ２Ｏ２−Ｈ２ｏ混合液を用いてエツチングし、エミッ
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膜をガによっ
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２２，２３．２
４を形成した。

本実施例の構造のコレクタ容量Ｃｃは、再成長部のコレ
クタとベースの接合面積に比例する。したがって、コレ
クタを基板側に形成した場合よりもＣｃ　が大幅に小さ
くなることは明らかである。

コレクタ容量Ｃｃ　が小さくなれば、（１）式より高周
波特性野改善されることは明らかである。

本実施例の構造のベース長は、ＳＯＯ八と極めて短い。

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　＝　（６／２　）Ｒｂ−Ｃｃ＋　（Ｒｂ／ＲＬ　
）・ｔｂ＋（３Ｃａ＋ＣＬ）ＲＬ　　　　　　・・・・
・・（２）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 ｔｂ　：　Ｌｂ／Ｖｅ　　　　　　　　　　　　−−−
−−−（３）Ｌｂ；　　ベース長 ｖｅ；　　ベースにおける電子の速度 で与えられる０ 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　／（蒲のキャリア濃度を
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５００八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
数の榎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、５００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ＳＯＯ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、半導体とじでＧａＡｓ−ＡＩＸＧ膚
−ｘＡｓを用いたが、他の半導体材料、例えばＩ　ｎＰ
−Ｉ　ｎＧａＡｓ　Ｐ等を用いても作成することができ
る。壕だＡ１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。

また本実施例では、第２図に示すようにＳ　１０２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　１０２膜上にもＧａＡｓ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、そ
の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コレク
タ膜が形成されるので、ベースおよびエミッタの電極を
形成するために、コレクタ層の一部をエツチングによっ
て除去することが必要となるが、これは通常のホトリソ
グラフィーにより容易に行なえる。

また本実施例では、ＳｉＯ２膜を利用したがＳ　１３Ｎ
４など他の材料からなる膜を用いても良い。

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ＧａＡｓ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Ｓ　ｘ　０２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、
ＧａＡｓ基板として、（００１）を用い、Ｈ２ＢＯ３−
Ｈ２Ｏ２−Ｈ２ｏ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Ｓｉ
Ｏ２膜が張り出しを形成していることがわかる。

善させるために、薄くベース層を再成長した後コレクタ
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、こ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・Ｊり、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、第３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５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ＧａＡｓ基板、１７・・・・
・・ｎ＋ＧａＡｓ層、１　Ｂ−−−−−−ｎ型Ａｌ、Ｇ
ａ１．Ａｓ　ｘミッタ層、１９・・・・・・ｐ型ＧａＡ
ｓベース層、２ｏ・・・・・・ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
、２１・・・・・・ｎ＋ＧａＡｓ層、２２・・・・・・
工ミ、り電極、２３・・・・・・ベース電極、２４・・
・・・・コレクタ電極、２５６．５１０２膜、２６・・
・　レジスト０゜代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　
男　ほか１名２０４．コレクタ 第２図 第４図 第３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、前記凹部に前記コレク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、ベース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を用いてエミッタ層を
   形成し、つぎにベース層を形成し、エッチングによりベ
   ース層の一部に凹部を形成し、更にその上にコレクタ層
   を形成した後、エッチングによって前記ベース層および
   前記エミッタ層の一部を露出させ、前記ベース層、前記
   エミッタ層に、それぞれベース電極、エミッタ電極を、
   また前記ベース凹部内の前記コレクタ層の上にコレクタ
   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。