JPS6225455A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS6225455A
JPS6225455A JP16412885A JP16412885A JPS6225455A JP S6225455 A JPS6225455 A JP S6225455A JP 16412885 A JP16412885 A JP 16412885A JP 16412885 A JP16412885 A JP 16412885A JP S6225455 A JPS6225455 A JP S6225455A
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semiconductor
gaas
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superlattice
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Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Masao Yamane
正雄 山根
Shigeo Goshima
五島 滋雄
Yasunari Umemoto
康成 梅本
Tetsukazu Hashimoto
哲一 橋本
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Abstract

PURPOSE:To obtain a hetero junction bipolar transistor which operates at ultrahigh speed by using a superlattice structure in which an impurity is doped only in a semiconductor for forming a shallow impurity level, and using one or more base layers and the secondary carrier. CONSTITUTION:A p<+> type GaAs layer 31 in which B is doped as a dopent in density of 1X10<19>cm<-3>, an undoped p<-> type GaAs layer 32, and an n-type AlGaAs/GaAs superlattice layer 33 are laminated and epitaxially grown on a p<+> type GaAs substrate 30 in which Ge is doped as a dopant in density of 2X10<19>cm<-3>. Here, the layer 33 is formed of an undoped AlxGa1-xAs/n-type GaAs/undoped AlxGa1-xAs/n-type GaAs/undoped AlxGa1-xAs, further a p-type AlGaAs/GaAs superlattice layer 35 formed thereon is formed of an undoped AlxGa1-xAs/p-type GaAs, and the mixture crystal of the aluminum, the Si and the Be is specified. Thereafter, the entire surface is coated with a p-type GaAs layer 36, a window is opened at a superlattice layer, and a base electrode 59 is formed on the layer 33.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ヘテロ接合バイボーラトランジスタに係り、
特に温度特性に勝れ、’7’7/にの低温で超高速動作
に好適な半導体装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a heterojunction bibolar transistor,
In particular, the present invention relates to a semiconductor device which has excellent temperature characteristics and is suitable for ultra-high speed operation at low temperatures of 7'7/'.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、シリコン[Si]バイポーラトランジスタ、又は
GaAs層 A Q GaAs ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ[たとえば、プロスイーデインクスオン・
ザ・トウエルジス・コンファレンス・オン・ソリッド・
ステート・デバイセズ(Proceedings of
the 12th conference on 5o
lid 5tate Devices)1980、 P
 1 ]を77K[液体窒素温度]で動作させようとす
ると、キャリアの凍結[freezp out]のため
、エミッタ、ベース、コレクタ中担体数が激減するため
室温に比して性能劣化をまねき、デバイス上の興味を持
たれることがなかった。
Conventionally, silicon [Si] bipolar transistors or GaAs layer A Q GaAs heterojunction bipolar transistors [for example, prosthetic junction bipolar transistors]
The Twelges Conference on Solid
State Devices
the 12th conference on 5o
lid 5tate Devices) 1980, P
1] at 77K [liquid nitrogen temperature], the number of carriers in the emitter, base, and collector decreases drastically due to carrier freezing [freezp out], resulting in performance deterioration compared to room temperature, and the device I was never interested in it.

Siバイポーラトランジスタの場合、通常用いられるr
l型不純物ではリン(P)、砒素(As)の不純物レベ
ルEdは各々45 mV、 54 mVであり、n型不
純物であるホウ素(B)の不純物レベルEaは45mV
である。
In the case of Si bipolar transistors, the commonly used r
For l-type impurities, the impurity levels Ed of phosphorus (P) and arsenic (As) are 45 mV and 54 mV, respectively, and the impurity level Ea of boron (B), which is an n-type impurity, is 45 mV.
It is.

この様に深い不純物レベルの場合、77K(>6.4m
V)に冷却した場合、キャリアの凍結が起こることは良
く知られている。
For such deep impurity levels, 77K (>6.4 m
It is well known that when the carrier is cooled to V), the carrier freezes.

−力比合物半導体、例えば、G a A sの場合、n
型不純物である(Si)の不純物レベルは1017】−
3以上の高濃度では、キャリアの凍結は77に程度では
ほとんどおこらない。一方p型不純物ではBe、MKT
 Znにおいても10”cxr−”以上の高濃度では不
純物レベル(価電子帯端からのイオン化アクセプタまで
のエネルギー差)が非常として浅くなり、77にでの担
体の凍結は起こらないということが知られている(ヘテ
ロストラフチャー・レーザー・アカデミツク・プレス・
ニューヨーク(HeteroStructure  L
a5ers  、Academic  Press。
-For force ratio compound semiconductors, e.g. GaAs, n
The impurity level of (Si), which is a type impurity, is 1017】-
At high concentrations of 3 or higher, freezing of the carrier hardly occurs to the extent of 77%. On the other hand, p-type impurities include Be, MKT
It is known that even in Zn, at a high concentration of 10"cxr-" or higher, the impurity level (the energy difference from the valence band edge to the ionized acceptor) becomes extremely shallow, and freezing of the carrier at 77 does not occur. (Heterostraft Laser Academic Press)
New York (HeteroStructure L
a5ers, Academic Press.

Neti York)1978. p 132) 。Neti York) 1978. p. 132).

又、通常のGaAs層 A Q GaAsヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ[HBTと略すコの場合、npn
型ではn型A Q GaAsをエミッタとして又、pn
p型の場合p型をA Q GaAsをエミッタに用いて
いる。
In addition, a normal GaAs layer A Q GaAs heterojunction bipolar transistor [abbreviated as HBT, npn
In the type, n-type AQ GaAs is used as an emitter, and pn
In the case of p-type, p-type AQ GaAs is used for the emitter.

しかしながら、通常用いているAQ混晶比X(〜0.3
)では、n型不純物であるSi、n型不純物であるBe
、MgはDxセンターと呼ばれる60mV前後の比較的
深い不純物レベルを形成し、77にでキャリアの凍結が
起こり、HBTとしての性能は室温の場合に比べて一桁
以上の性能劣化が生じていた。
However, the commonly used AQ mixed crystal ratio X (~0.3
), Si is an n-type impurity and Be is an n-type impurity.
, Mg forms a relatively deep impurity level of around 60 mV called a Dx center, and carrier freezing occurs at 77°C, resulting in performance deterioration of HBT by more than an order of magnitude compared to the case at room temperature.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、77にの低温で、特に超高速を実現す
る。2次元状担体をベース層に用いるヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ構造を提供することにある。
The aim of the invention is to achieve particularly ultra-high speeds at low temperatures of 77°C. An object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor structure using a two-dimensional carrier as a base layer.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

GaAs/A Q GaAsヘテロ接合型バイポーラト
ランジスタの場合、不純物をドープしたA Q GaA
sを用いる限り、液体窒素温度(77K)で高速動作は
期待することは上記の通り不可能である。
In the case of GaAs/A Q GaAs heterojunction bipolar transistor, A Q GaA doped with impurities
As mentioned above, as long as s is used, it is impossible to expect high-speed operation at liquid nitrogen temperature (77K).

一方、n型A Q GaAsとアンドープGaAs単一
ヘテロ接合界面に蓄積炙る二次元電子ガス層は77に′
″C極めて高い移動度(〜117,0OOa&/ v−
s例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オン・アプライ
ド・フィジックス(Japanese Jaurnal
 of AppliedPhysics)20(I98
1) L455参照、))を示すことが実験的に知られ
ている。この様な高い移動度の系では、2次完電子ガス
層のシート抵抗ρ、2DIOは100Ω/口前後であり
、通常のnpn型G a A s/A Q GaAsH
B Tのベースシート抵抗の約1740である。即ち、
77にでの2次完電子ガス層をベース層として用いれば
通常のHBTの1/40程度も低いベース抵抗を持つH
B Tを実現できる可能性がある。
On the other hand, the two-dimensional electron gas layer accumulated at the single heterojunction interface between n-type AQ GaAs and undoped GaAs is 77'
"C extremely high mobility (~117,0OOa&/v-
For example, Japanese Journal on Applied Physics
of Applied Physics) 20 (I98
1) See L455, )) is known experimentally. In such a high-mobility system, the sheet resistance ρ, 2DIO of the secondary electron-perfect gas layer is around 100Ω/portion, and the normal npn type GaAs/AQ GaAsH
The base sheet resistance of BT is approximately 1740. That is,
If the secondary electron perfect gas layer in 77 is used as a base layer, H has a base resistance about 1/40 lower than that of a normal HBT
There is a possibility that BT can be realized.

又、A Q GaAs層 G a A s超格子[たと
えば文献ジャパニーズ・ジャーナル・オン・アプライド
・フィジックス(Japanese Jaurnal 
of AppliedPhysics)20(I983
)L627]を用いて、GaAs層のみに不純物をドー
プする構造を用いれば、担体凍結のない、不純物をドー
プしたA Q GaAs層と同一の効果を持たせること
が可能である。
Furthermore, AQ GaAs layer GaAs superlattice [for example, the literature Japanese Journal on Applied Physics (Japanese Journal on Applied Physics)
of Applied Physics) 20 (I983
) L627] and a structure in which only the GaAs layer is doped with impurities, it is possible to have the same effect as an A Q GaAs layer doped with impurities without carrier freezing.

即ち、従来のHB Tで不純物をドープされたA Q 
GaAs層の代りに、GaAsに不純物をドープをし、
A Q GaAsには不純物をドープしないA Q G
aAs/G a A s超格子を用いれば、77にでの
担体の凍結はほとんど生じなくなるということができる
That is, conventional HBT doped AQ
Instead of a GaAs layer, GaAs is doped with impurities,
A Q GaAs is not doped with impurities A Q G
It can be said that if an aAs/G a As superlattice is used, freezing of the carrier at 77 will hardly occur.

そこで、前記二項目を考慮して、発明者らはエミッタ(
及びベース)に超格子構造を有し、ベース層に二次元状
電子ガスを用いる新規なpnp型バイポーラトランジス
タを発明した。
Therefore, in consideration of the above two items, the inventors developed an emitter (
We have invented a new pnp bipolar transistor that has a superlattice structure in the base layer and the base layer and uses a two-dimensional electron gas in the base layer.

第1図(a)〜(d)に本発明のpnp型トランジスタ
の動作原理を説明するための半導体構造(第1図(a)
)とそのバンド構造(b) 、 (c) 、 (d)を
示す。
FIGS. 1(a) to 1(d) show a semiconductor structure for explaining the operating principle of the pnp transistor of the present invention (see FIG. 1(a)).
) and its band structures (b), (c), and (d) are shown.

発明の具体的動作原理をGaAs層 A Q GaAs
ヘテロ接合を用いた場合で説明する。
The specific operating principle of the invention is the GaAs layer A Q GaAs
The case will be explained using a heterojunction.

第1図(a)、 (b)に各々トランジスタ主要部断面
図(a)と対応するエネルギーバンド図(b)を示し第
1図(c)、(d)にバンド補足図を示す。
FIGS. 1(a) and 1(b) show a sectional view of the main part of a transistor (a) and a corresponding energy band diagram (b), respectively, and FIGS. 1(c) and 1(d) show supplementary band diagrams.

31はコレクタ層で1通常Be又はMgをp型不純物と
して有する不純物レベル〜10”m−’のG a A 
sである。32はp−(大幅1015au−3)GaA
s層で通常3000人前後である。本発明のポイントは
、n型A n GaAs層 GaAs超格子層33、及
びp型A Q GaAs層 GaAs超格子層35であ
る。ここでn型超格子層33とは、n型にドープされた
G a A 5332と故意には不純物をドープしない
か1通常101sロー1以下のドーピングレベルのA 
Q GaAs層331とを交互に重ねた超格子構造であ
る。
31 is the collector layer 1, which usually has Be or Mg as a p-type impurity and has an impurity level of ~10"m-'G a A
It is s. 32 is p-(significantly 1015au-3)GaA
There are usually around 3,000 people in the S class. The key points of the present invention are the n-type A n GaAs layer GaAs superlattice layer 33 and the p-type A Q GaAs layer GaAs superlattice layer 35 . Here, the n-type superlattice layer 33 is composed of n-type doped Ga A 5332 and A with a doping level of not intentionally doped with impurities or 1 usually 101 s low 1 or less.
It has a superlattice structure in which Q GaAs layers 331 are alternately stacked.

通常AQ混晶比又は0.15〜0.45の間で用いるこ
とが多い。そのエネルギーバンド図を第1図(d)に示
す。通常G a A s層332 、 AQGaAs層
331の層厚31人〜100人まで広い範囲で変化させ
ることは可能である。又、重要なことは。
Usually, AQ mixed crystal ratio or between 0.15 and 0.45 is often used. The energy band diagram is shown in FIG. 1(d). The thickness of the normal GaAs layer 332 and the AQGaAs layer 331 can be varied within a wide range from 31 to 100 layers. Also, something important.

n型超格子層33のコレクタ32側はAit GaAs
層331で形成されることが重要である。
The collector 32 side of the n-type superlattice layer 33 is Ait GaAs.
It is important that the layer 331 is formed.

一方p型超格子層35とは、p型にドープされたGaA
s352と故意には不純物をトープしないか、通常10
”am−’以下のドーピングレベルのA Q GaAs
層351とを交互に重ねた超格子構造である。この場合
も通常GaAs層352.AQ(EaAs層351の膜
厚は5人〜100人である。
On the other hand, the p-type superlattice layer 35 is p-doped GaA
s352 and do not intentionally tope impurities, usually 10
A Q GaAs with doping level below “am-”
It has a superlattice structure in which layers 351 are alternately stacked. In this case as well, the GaAs layer 352. The thickness of the AQ(EaAs layer 351) is 5 to 100.

又、この場合A Q GaAs層351は、n型超格子
かに遠ざかる程AQの混晶比を大きくして電流増幅率り
、を大きくすることもできる。
Further, in this case, the AQ GaAs layer 351 can increase the current amplification factor by increasing the mixed crystal ratio of AQ as the distance from the n-type superlattice increases.

この様な超格子構造を導入する最大の理由は、p型/n
型不純物を適当に選べばGaASの不純物のドナー及び
アクセプターレベルが浅いため、77にでの担体の凍結
を起こさないためである。
The biggest reason for introducing such a superlattice structure is that p-type/n
This is because if the type impurity is appropriately selected, the donor and acceptor levels of the impurity in GaAS are shallow, so that freezing of the carrier at 77 does not occur.

又、ここで言う超格子とは、担体が超格子全体に広がっ
ているものを言う。つまりA Q GaAa/GaAs
からなる井戸型ポテンシャルのG a A s側に局在
化するものではない。
Furthermore, the term "superlattice" as used herein refers to one in which the carriers are spread throughout the superlattice. In other words, A Q GaAa/GaAs
It is not localized on the Ga As side of the well-type potential consisting of .

トランジスタ設計の立場からは、n型超格子33と、p
−コレクタ層32のヘテロ接合界面に蓄積する二次元電
子ガス19をベース層に用いるが、第1図(e)に示す
バンド図の様にp−GaAa層32上にn型A Q G
aAs層 G a A a超格子層33′及びアンドー
プGaAs層32′を形成し更にn型A Q GaAs
層 GaAs超格子層33を形成してもよい。
From the standpoint of transistor design, the n-type superlattice 33 and the p
- The two-dimensional electron gas 19 accumulated at the heterojunction interface of the collector layer 32 is used as the base layer, but as shown in the band diagram shown in FIG. 1(e), n-type A Q G
aAs layer G a A a superlattice layer 33' and undoped GaAs layer 32' are formed, and further n-type A Q GaAs
Layer A GaAs superlattice layer 33 may be formed.

この様に2個の2次元電子ガス層19.19’を形成す
ればベース抵抗を半減できる。
By forming two two-dimensional electron gas layers 19 and 19' in this manner, the base resistance can be halved.

又、正孔のベース走5行時間を短くする目的で、P型超
格子とn型超格子のp−n接合35と33では、2次元
電子ガスの部分を除いてn型超格子は空乏化されており
、n型超格子の一部も空乏化されている。両性の空乏層
34(第1図(a))に示す通り、通常n型超格子中に
は担体の存在する中性領域を形成しない様にするのが普
通である。
In addition, in order to shorten the hole base travel time, at the p-n junctions 35 and 33 between the P-type superlattice and the n-type superlattice, the n-type superlattice is depleted except for the two-dimensional electron gas part. The n-type superlattice is also partially depleted. As shown in the amphoteric depletion layer 34 (FIG. 1(a)), it is normal to avoid forming a neutral region in which carriers exist in the n-type superlattice.

又、ベース層である二次元電子ガスの存在するp−Ga
As 32とn型A Q GaAs層 G a A s
超格子の伝導帯のエネルギーの飛びAED9が300 
m e V (超格子とG a A sの電子親和力の
差)と太きため、高い電流増幅率り、が大きくなり、又
、2次元電子ガスの膜厚が100人程庇上非常に薄いた
め。
In addition, the p-Ga base layer in which the two-dimensional electron gas exists
As 32 and n-type A Q GaAs layer Ga As
Energy jump in the conduction band of the superlattice AED9 is 300
Because the m e V (difference in electron affinity between the superlattice and Ga As) is large, the high current amplification factor becomes large, and the film thickness of the two-dimensional electron gas is very thin on the eaves of about 100 people. For.

正孔のベース走行時間は無視できる程になり、従来のp
np型HB Tでは、スピードが極端に遅くなるベース
走行時間の制限を取りはずすことができる様になった。
The base transit time of holes becomes negligible, and compared to the conventional p
With np-type HBTs, it is now possible to remove the base running time limit that causes extremely slow speeds.

次に、二次元状正孔をベース層に用いた場合の本発明の
概用をA Q GaAs (GaAs)/ G eヘテ
ロ接合を用いた新規なnpn型HB T ’二ついて第
2図(a)、(b)を用いて説明する。
Next, the general application of the present invention when two-dimensional holes are used in the base layer is shown in Figure 2 (a). ) and (b).

第2図(a)は新規なHB Tの主要部分の断面構造、
第2図(b)は対応するエネルギーパン1へ図である。
Figure 2(a) shows the cross-sectional structure of the main part of the new HBT.
FIG. 2(b) is a diagram of the corresponding energy pan 1.

Siを5 X I O1′rx−3程度含有するn+G
aAsコレクタ層41上にアンチモンsbを1.014
011−3程度含有するn−Geコレクタ層42を30
00人、Beを5 X 10”3−’含有するG a 
A s43を200人前後形成し、エミツタ層であるn
型A Q GaAs層 GaAs超格子45を3000
 A程度形成する。
n+G containing about 5 X I O1'rx-3 Si
1.014 antimony sb on the aAs collector layer 41
The n-Ge collector layer 42 containing about 0.011-3
00 people, Ga containing 5 x 10"3-' Be
About 200 people form A s43, and n is the emitter layer.
Type A Q GaAs layer GaAs superlattice 45 3000
A size is formed.

ここでn型超格子の不純物ドーピングレベル2XL O
”an−3程度である。
Here, the impurity doping level of the n-type superlattice is 2XL O
"It's about an-3.

GaAsとG、では価電子帯ギャップの不連続AEv7
のために、p型G a A s層43の中の自由正孔の
一部分はG、側42に蓄積し、二次元正孔ガス29を形
成する。室温では3,0OOcj/ v−s程度の移動
度でシート濃度は2 X I Q”an−”程度である
In GaAs and G, valence band gap discontinuity AEv7
Because of this, a portion of the free holes in the p-type GaAs layer 43 accumulates on the G side 42, forming a two-dimensional hole gas 29. At room temperature, the mobility is about 3,0OOcj/vs and the sheet density is about 2.times.IQ"an-".

一方p型G a A s層43の自由正孔の一部はn型
超格子45に移り、空間電荷層ガスが形成される。
On the other hand, some of the free holes in the p-type GaAs layer 43 move to the n-type superlattice 45, forming a space charge layer gas.

77にの低温では二次元正孔ガスの移動度は、50.0
00aJ/ v−sにもなりシート抵抗は20Ω/口前
後となり、極めて低いベース抵抗となる。
At a low temperature of 77°C, the mobility of the two-dimensional hole gas is 50.0
00aJ/vs, and the sheet resistance is around 20Ω/mouth, resulting in an extremely low base resistance.

二次元正孔ガスをベース層に用いるこの例では、n型超
格子45はn型G a A sに置きかえても、77に
で高速動作をさせることができる。
In this example in which a two-dimensional hole gas is used in the base layer, even if the n-type superlattice 45 is replaced with n-type GaAs, high-speed operation can be achieved at 77.

新規なpnp型HBTのところで説明した様に、複数個
の二次元正孔ガス層をベースに用いて更にベース抵抗を
減少されることが可能である。
As explained in the novel pnp HBT, it is possible to further reduce the base resistance by using multiple two-dimensional hole gas layers in the base.

以上本発明をGaAs/Al2GaAsヘテロ接合系、
AQGaAs (GaAs)ヘテロ接合系を用いた場合
で説明してきた。
As described above, the present invention is a GaAs/Al2GaAs heterojunction system,
The case has been explained using an AQGaAs (GaAs) heterozygous system.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を通して更に詳しく本発明を説明
する。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail through examples.

実施例1:コレクタ層を基板裏側に設ける場合の実施主
要工程を第3図に示す。
Embodiment 1: The main steps carried out in the case where the collector layer is provided on the back side of the substrate are shown in FIG.

Gsをp型ドーパントとしたpゝ−GaAs基板(濃度
: 2 X 1−0”am−3)30上に、MBE l
子線エピタキシー法)装置により、基板温度650℃で
、B、をp型ドーパントとしたp+GaAs層(濃度I
 X 10”■−1.厚さ5000人)31.アンドー
プ(結果的に101san−’のp−型になる)GaA
s層32は3000人、n型A Q GaAs層 G 
a A s超格子33は200人[アンドープA Q 
、G a 、、As50人/n型GaAs25人/アン
ドープA Q 、G a 1−xAs25As2聖 As25人:AQ混晶比x−0.3,Si不純物濃度4
 X 1 0”G!1−31 、 p型A Q GaA
s/GaAs超格子352000人[アンドープAQx
Gal−.As  25人/p型GaAs25人を40
ケ有する超格子;X〜0、3,BeをI X 1 0”
an−’程度有する]、BeをI X 1 0”m−’
含有するp型G a A s層36は2000人形成し
た[第3図(d)]。
MBE l
A p + GaAs layer (concentration I
X 10"■-1. Thickness 5000 layers) 31. Undoped (results in p-type of 101san-') GaA
S layer 32 has 3000 people, n type A Q GaAs layer G
a A s superlattice 33 has 200 people [undoped A Q
, Ga,, 50 As / 25 n-type GaAs / undoped A Q , Ga 1-x As25 As2 25 As: AQ mixed crystal ratio x-0.3, Si impurity concentration 4
X 1 0”G! 1-31, p-type A Q GaA
s/GaAs superlattice 352,000 people [undoped AQx
Gal-. As 25 people/p-type GaAs 25 people to 40
superlattice with
an-' degree], Be I X 10"m-'
The p-type GaAs layer 36 containing 2000 layers was formed [FIG. 3(d)].

続いて、全面にCVD法により5L02583000人
を形成しp型G a A s層36,p型超格子層35
をエツチングで除去し、通常のホトリソグラフィープロ
セスを用いてベース電極59を形成した。ベース電極と
してはAuGe/Ni/Auを用いた。次に、450’
C13分間のアロイをH2雰囲気で行った。同様に、裏
面にコレクタ11i極としてC r / A uを全面
に蒸着し、又p型G a A s層36にもエミッタ電
極としてC r / A uを形成した。
Subsequently, 5L02583000 layers are formed on the entire surface by CVD method to form a p-type GaAs layer 36 and a p-type superlattice layer 35.
was removed by etching, and a base electrode 59 was formed using a normal photolithography process. AuGe/Ni/Au was used as the base electrode. Next, 450'
Alloying for C13 minutes was carried out in H2 atmosphere. Similarly, Cr/Au was deposited on the entire back surface as a collector 11i electrode, and Cr/Au was also formed on the p-type GaAs layer 36 as an emitter electrode.

300℃10分間のアロイを行いオーミック接触を得た
[第3図(b)コ。
Ohmic contact was obtained by performing alloying at 300°C for 10 minutes [Fig. 3(b)].

次に素子間分離のためのメサエッチングを行った。Next, mesa etching was performed for isolation between elements.

本実施例ではn型超格子35のAQGaAsのAQ  
混晶比Xは0.3で均一であった。これは必ずしも必要
ではなく.n型超格子側で0.2、p型GaAs36側
で0.40とこう配をつけて電流増幅率h rtを大き
くすることもできる。
In this example, the AQ of the n-type superlattice 35 is
The mixed crystal ratio X was 0.3 and uniform. This is not necessarily necessary. The current amplification factor h rt can also be increased by adding a gradient of 0.2 on the n-type superlattice side and 0.40 on the p-type GaAs 36 side.

又通常プレーナー型HBTで行われている様に、半絶縁
性G a A s基板上に31以上のエピタキシャル層
を形成し、コレクタ電極をプレーナー的に形成すること
も可能である。
It is also possible to form a collector electrode in a planar manner by forming 31 or more epitaxial layers on a semi-insulating GaAs substrate, as is usually done in planar HBTs.

実施例2:二次元正孔ガスをベース層に用いた場合の実
施例を第4図(a)、(b)に示す。
Example 2: An example in which a two-dimensional hole gas is used in the base layer is shown in FIGS. 4(a) and 4(b).

Siを2 X 1 0”am−’含有するn型G a 
A s基板70上にMBE法によりSiを2 X 1 
0”a++−’含有するn+GaAs層71を5000
人コレクタ層として形成する.続いてSiをI X I
 Q”n−3含佇するG a A s層72を3000
人形成する。
n-type Ga containing 2×10”am-’ Si
2×1 Si is deposited on the As substrate 70 by the MBE method.
The n+GaAs layer 71 containing 0"a++-'
Formed as a human collector layer. Next, Si is I
The Ga As layer 72 containing Q"n-3 is 3000
Form people.

次にP型A Q GaAs/GaAs超格子73を20
0人[アンドープA Q xG a +−xAs5 0
人lp型G a A s25人/アンドープA Q x
G a 、、As25人/p型GaAs25人/アンド
ープA Q xG a 、、As25人/p型GaAs
25人アンドープA Q xG a 、−xAs25人
; x 〜O−45+ p型G a A sはp型不純
物としてBeをI X 10”■−1含有する]形成し
50人のSiをI X 10”C3I−’含有するG 
a A s層74を形成後、73と同様のp型A Q 
GaAs層 GaAs超格子75を300人[アンドー
プA Q zG a t−xAs25人IP型GaAs
25人が6ケからなる超格子=x〜0.45p型G a
 A sはp型不純物としてBeはI X 10”C1
1−’含有する]形成し更に、n型A Q GaAs/
GaAs超格子76を2000人[アンドープA n 
xG a 1−xAs50人/n型GaAs50人が2
0ケより形成される超格子=X〜Q−4.n型G a 
A sはSiを3 X 10”am−’含有している。
Next, a P-type AQ GaAs/GaAs superlattice 73 is
0 people [Undoped A Q xG a +-xAs5 0
Human lp type G a A s 25 people / Undoped A Q x
G a ,, 25 As / p-type GaAs 25 / undoped A Q x Ga ,, As 25 / p-type GaAs
25 undoped A Q xG a , -xAs25; ``C3I-'' containing G
After forming the a A s layer 74, the p-type A Q similar to 73 is formed.
GaAs layer GaAs superlattice 75 with 300 layers [Undoped A Q zGa t-xAs25 layers IP type GaAs
Super lattice consisting of 25 people and 6 pieces = x ~ 0.45p type Ga
As s is a p-type impurity, Be is I x 10”C1
1-'containing] and furthermore, n-type A Q GaAs/
2000 GaAs superlattice 76 [undoped A n
xG a 1-xAs50 people/n-type GaAs50 people is 2
Superlattice formed from 0=X~Q-4. n-type Ga
As contains 3 x 10"am-' of Si.

]形成し、更に、オーミック電極を取り易くするための
n+GaAs層77[Si不純物を3 X 10”′C
I!1− ’形成する]を2000人形成した[第4図
(d)]。
], and furthermore, an n+ GaAs layer 77 [Si impurity of 3 x 10'''C to facilitate the formation of an ohmic electrode.
I! 1-' Formation] was formed by 2000 people [Figure 4(d)].

Sin、をCVD法により全面に3000人形成した後
、裏面にコレクタtl!極67としてA u G e/
N i / A uを真空蒸着し、通常のリングラフィ
を用イてn”G a A s層77へのエミッタ電極6
8としてA u G e / N i / A uを蒸
着した。続いて400℃3分間のアロイをH2雰囲気で
行いオーシック接触を得た。
After forming 3000 Sin on the entire surface by CVD method, collector tl! is formed on the back side. As pole 67 A u G e/
Vacuum evaporate Ni/Au and use normal phosphorography to form the emitter electrode 6 on the n''GaAs layer 77.
8, A.sub.G e/N.sub.i/A.sub.u was deposited. Subsequently, alloying was performed at 400° C. for 3 minutes in an H2 atmosphere to obtain ossic contact.

次にn0型G a A s層77、n型超格子76をエ
ツチングで除去し、ベース電極69を通常の方法で形成
した。ベース電極にはCr / A uを用い、3′0
0℃、10分間のアロイを行った。
Next, the n0 type GaAs layer 77 and the n type superlattice 76 were removed by etching, and a base electrode 69 was formed by a conventional method. Cr/Au is used for the base electrode, 3'0
Alloying was performed at 0°C for 10 minutes.

以上の実施例ではA Q GaAs層 GaAsヘテロ
接合系で本発明を実施した場合について説明したが。
In the above embodiments, the present invention was implemented using an AQ GaAs layer GaAs heterojunction system.

他のヘテロ接合系でも本発明は有効である。The present invention is also effective in other heterozygous systems.

たとえば、I n P / I n GaAsP+ G
aAsP+ Q GaAsP。
For example, I n P / I n GaAsP+ G
aAsP+ Q GaAsP.

I n P/InGaAs、 I n As/GaAs
5 b 、Cb T e/InSb、GaSb/InA
s等である。
InP/InGaAs, InAs/GaAs
5b, CbTe/InSb, GaSb/InA
s etc.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、浅い不純物レベル(ドナー及びアクセ
プタ)を形成する半導体と浅い不純物レベルを形成する
半導体のみに不純物をドープする超格子構造を用いて、
二次元状担体を1ケ以上ベース層として用いるヘテロ接
合バイポーラトランジスタを形成したので、従来の様に
、77にの低温で担体が凍結することなく、77にでの
二次元担体の高い移動度のため、従来のHBTに比して
約1/40程度の低いベース抵抗を有することが可能と
なった。
According to the invention, using a superlattice structure in which only the semiconductor forming the shallow impurity level (donors and acceptors) and the semiconductor forming the shallow impurity level are doped with impurities,
Since we have formed a heterojunction bipolar transistor using one or more two-dimensional carriers as a base layer, the carriers do not freeze at low temperatures of 77°C, unlike conventional carriers, and the high mobility of the two-dimensional carriers at 77°C can be maintained. Therefore, it has become possible to have a base resistance about 1/40 lower than that of conventional HBTs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明のpnp型ヘテロトランジスタの縦断
面図と対応するエネルギーバンド図、第2図は、本発明
のnpn型ヘテロバイポーラトランジスタの縦断面図と
対応するエネルギーバンド図、第3図、第4図は本発明
トランジスタの縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a pnp-type hetero bipolar transistor of the present invention and an energy band diagram corresponding to it, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of an npn-type hetero bipolar transistor of the present invention and an energy band diagram corresponding to it, and FIG. , FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the transistor of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、高抵抗半導体( I )と、半導体(II)により少な
くとも1つのヘテロ接合が形成され、該半導体(II)に
、該半導体(II)が半導体( I )に比べて電子親和力
が小さい場合にはn型不純物を、半導体( I )より電
子親和力とエネルギー禁止帯幅の和が大きい場合にはp
型不純物をドープすることにより半導体( I )と半導
体(II)のヘテロ接合界面に二次元状担体形成し、かつ
該二次元状担体に電子的に接続する電極と、前記半導体
( I 、II)の両側に設けられ、かつ前記二次元状担体
と反対符号を有する導伝型半導体層(III)(IV)と、
前記半導体層(III、IV)に電子的に接続される少なく
とも2つの電極を形成するとともに前記不純物のレベル
を、n型不純物の場合伝導帯端からのドナーレベルE_
Dが、p型不純物の場合価電子帯端からのアクセプタレ
ベルE_Aが、液体窒素温度(77K■6.5meV)
程度以下にしたことを特徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記半導体(II)
(III)(IV)のうち少なくとも1つを、ドナーレベル
E_D又はアクセプタレベルE_Aが液体窒素温度以下
の半導体(A)と、該半導体Aより電子親和力の小さい
、或いは電子親和力とエネルギー禁止帯幅の和の大きい
、不純物を故意には含有しない半導体Bの超格子により
形成したことを特徴とする半導体装置。 3、特許請求の範囲第2項において、半導体層( I )
GaAsを、半導体層(IV)にp^−GaAs/p^+
GaAsを、半導体(II)の半導体(A)としてn型G
aAs、半導体(B)としてアンドープAlGaAsを
、半導体層(II)に接続する半導体層(III)の半導体
(A)としてp型GaAsを、半導体(B)としてアン
ドープAlGaAaをそれぞれ用いることを特徴とする
半導体装置。
[Claims] 1. At least one heterojunction is formed by a high-resistance semiconductor (I) and a semiconductor (II), and the semiconductor (II) has a higher resistance than the semiconductor (I). When the electron affinity is small, n-type impurity is used, and when the sum of electron affinity and energy gap width is larger than that of the semiconductor (I), p-type impurity is used.
A two-dimensional carrier is formed at the heterojunction interface between the semiconductor (I) and the semiconductor (II) by doping type impurities, and an electrode is electrically connected to the two-dimensional carrier, and the semiconductor (I, II) conductive semiconductor layers (III) and (IV) provided on both sides of the two-dimensional carrier and having opposite signs to the two-dimensional carrier;
At least two electrodes electronically connected to the semiconductor layer (III, IV) are formed, and the level of the impurity is adjusted to a donor level E_ from the conduction band edge in the case of an n-type impurity.
When D is a p-type impurity, the acceptor level E_A from the valence band edge is the liquid nitrogen temperature (77K 6.5meV)
1. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device has the following characteristics: 2. In claim 1, the semiconductor (II)
(III) At least one of (IV) is combined with a semiconductor (A) whose donor level E_D or acceptor level E_A is below the liquid nitrogen temperature, or whose electron affinity is smaller than that of the semiconductor A, or where the electron affinity and the energy forbidden band width are different. 1. A semiconductor device formed of a superlattice of semiconductor B which has a large sum and does not intentionally contain impurities. 3. In claim 2, the semiconductor layer (I)
GaAs is added to the semiconductor layer (IV) as p^-GaAs/p^+
GaAs as n-type G as semiconductor (A) of semiconductor (II)
aAs, undoped AlGaAs as the semiconductor (B), p-type GaAs as the semiconductor (A) of the semiconductor layer (III) connected to the semiconductor layer (II), and undoped AlGaAa as the semiconductor (B). Semiconductor equipment.
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