JPS6249656A - ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法

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JPS6249656A
JPS6249656A JP19077785A JP19077785A JPS6249656A JP S6249656 A JPS6249656 A JP S6249656A JP 19077785 A JP19077785 A JP 19077785A JP 19077785 A JP19077785 A JP 19077785A JP S6249656 A JPS6249656 A JP S6249656A
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JP
Japan
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layer
type
doped
base
emitter
Prior art date
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Application number
JP19077785A
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English (en)
Inventor
Masaki Inada
稲田 雅紀
Kazuo Eda
江田 和生
Toshimichi Oota
順道 太田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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 本発明は超高速・超高周波トランジスタとして有望なヘ
テロ接合バイポーラトランジスタに関するものである。
従来の技術 近年、バイポーラトランジスタのエミッタをベースより
もバンドギャップの大きい材料としたヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタは超高速・超高周波トランジスタの有
力候補の一つとして研究がさかんに行われるにいたって
いる。
以下図面を参照しながら、従来のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ(以下HBT)について説明する。
第4図Aは従来のエミッタが上方に位置した正常型のH
BTの構造を示し、第4図Bはトランジスタサイズを小
さくして高速化をはかるためにコレクタ面積を小さくす
る工夫を行ったものである。
第4図AとBにおいて、1は基板、2は高ドープのn型
にした層、3はn型にドープしたコレクタ層、4は高ド
ープのp型のベース層、5はn型にドープしたバンドギ
ャップの大きい材料のエミッタ層、6は高ドープのn型
のキャンプ層、7はエミッタ電極、8はベース電極、9
はコレクタ電極、10は高ドープのp型の領域、11は
イオン注入による絶縁領域である。
以上のように構成されたHBTについてエミッターベー
ス、ベース−コレクタの接合容量の面から以下その動作
について説明する。
HBTの高速動作の指標であるf7およびf。
は次のように表わされる。
ここに、■。はコレクタ電流、W、はベース巾、VIE
はコレクタ領域の電子の走向速度、2はコレクタの空乏
層の巾、CEIはエミッターベース間容量、CCIはコ
レクターベース間容量、C2は浮遊容量、W8はベース
巾、DIはベースでの電子の拡散係数、q、には自然定
数、Tは絶対温度である。
HBTでは、エミッタをベースよりもバンドギャップの
大きい材料にすることによりベースからエミッタへのホ
ールのリークがおさえられるので、通常のバイポーラト
ランジスタと反対にベースを高ドーピング、エミッタと
コレクタを低ドーピングにすることができる。このこと
によりトランジスタの高速・高周波化にとって重要なベ
ース抵抗の低減をはかることができ、fIIが大きくな
る。
さらに、一般にバイポーラトランジスタにおいてはCE
l1% CCIは接合容量のドーピングによる因子CE
I (n+  h)、Ccv、(n、h)と接合面積A
0、ACIとの積で表わされる。HBTでは、エミッタ
、コレクタが低ドープ、ベースが高ドープになっている
ため、Ctm (n、h) 、Ccm (n+  h)
はエミ7り、コレクタのドーピングにのみ依存しC□、
CCIは次のようになる。
CEI″J  nt   ° Ati+s    Cc
s”J nc−・ Act従って、HBTでは通常のバ
イポーラトランジスタに比べてC□、CCIが小さくな
りfTの増大が可能となる。さらにトランジスタのサイ
ズを小さくしてAo、A(1を小さくすることにより、
C0、CCIを小さくすることができるのでより高速・
高周波化が可能となる。
第4図Aの構成ではエミッタ面積A□はフォトリソグラ
フィーにより小さくできるが、コレクタ面積AC1はA
llはど小さくできない。第4図Bはこの点を解決する
ために考案されている構造であり、酸素イオンを深く注
入することによりコレクタ層の部分11を絶縁化し、A
(1を小さくし高速化をはかっている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、第4図Bのような構成ではイオン注入に
より多層構造の内部の特定の箇所に絶縁領域をつくるの
でその製法とともに質の良い絶縁領域をつくるのが難し
いという問題点があった。
本発明は上記問題点に鑑み、第4図Bの11に対応する
部分に質の良い絶縁領域を有する新しい構造のHBT及
びその製造方法を提供しようとするものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタは、高ドープのn型の下地の上に、下
地と格子整合する材料の半絶縁性の層であってその部分
を上下につきぬけたn型にドープしたコレクタ領域にか
えた層と、その上に格子整合する半導体材料の高ドープ
のp型ベースの層と、その上にコレクタ部分の上部に位
置するバンドギャップの大きい格子整合する半導体材料
からなるn型にドープしたエミッタ層とを、少なくとも
有することを特徴とする。
また、本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製
造方法は、高ドープのn型の下地の上に、下地と格子整
合する材料の半絶縁性の層とその層の上に界面が空気に
触れないように保護層を続けてエピタキシー形成し、当
該絶縁性の層の部分を上下につきぬけたn型にドープし
たコレクタ領域にかえた後、エピタキシー装置の中で空
気に触れないように保護層を除去し、当該層の上に、格
子整合する、p型にドープしたベース層とn型にドープ
したエミッタ層を順次エピタキシー形成して製造するこ
とを特徴とする。
作用 本発明の構成では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
のキャリア濃度に依存する容量が小さくできることに加
えて、エミッタの面積がフォトリソグラフィーにより小
さくできかつベース領域とつながった高ドープのp壁領
域の下に絶縁領域を確実に導入できることによりコレク
タ面積も確実に小さくできるので接合面積に依存する容
量成分を小さくでき、全体としてエミッターベース接合
容量およびベース−コレクタ接合容量を著しく小さくで
きる。これによりトランジスタの高速・高周波化をはか
ることができる。
本発明の製造方法を用いれば、従来の方法ではイオン注
入により層状構造の深部の特定の箇所を絶縁化すること
が難しくかつ絶縁化後のイオン注入、拡散などによる高
ドープのp壁領域の形成時に、形成された絶縁領域が変
成を受は質がおちるおそれがあるのに対して、確実にこ
の部分に良質の絶縁領域を導入できるのでコレクタ面積
を小さくできる。本発明による絶縁層はドープしない材
料で形成されているので、後工程の各種処理においても
変成しない。絶縁層の部分にn型にドープしたコレクタ
領域を形成するためにエピタキシーを中断して空気中に
取り出す必要があり界面がダメージを受ける心配がある
が、表面に1.A、を形成して界面を保護して取り出し
処理を施した後エピタキシー成長装置中でI、A、を除
去すると界面がダメージを受けずに良質のエピタキシー
膜が続けて形成できるので解決できる。
実施例 以下本発明の実施例のヘテロ接合バイポーラトランジス
タおよびその製造方法について図面を参照しながら説明
する。
第1図(a)、 (b)は本発明の実施例の概念図を示
すヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造を示すもの
である。
第1図(b)はベース電極の形成を容易にするためのも
のでありどちらを用いても良い。従来例の第4図中)と
は、コレクタ領域の周辺部に始めから形成された非ドー
プの半絶縁性の領域が形成されている点が異なっている
。第2図は実際の材料による実施例を示す、第3図はこ
れらの構造の製造方法の実施例を示す。まず、第3図(
a)のように半絶縁性ないし高ドープのn型のG、A3
基板の上に高ドープのn型のG−As層2を分子線エピ
タキシー成長し、その上に非ドープの半絶縁性のG、A
層11と1.Asの薄膜層13を分子線エピタキシー形
成する。ついで、bのように絶縁層11の部分3にフォ
トリソグラフィー法とSiのイオン注入の適用により上
下につきぬけたn型にドープしたコレクタ領域を形成す
る。その後分子線エピタキシー装置中に再び入れt−A
sをAs雰囲気中で完全に除去したのち、Cに示すよう
に、高ドープのp型のG−Asのベース層4、n型にド
ープしたバンドギャップの大きいAIX G−+−xA
sのエミッタ層5、高ドープのn型にドープしたG、A
sのキャップN6を順次エピタキシー形成する。ついで
ホトリソグラフィーとエツチング法によりdの構造とし
、エミッタ電極7、ベース電極8、コレクタ電極9を形
成する。
第1図(81,(b)に示す構成にすることによりヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ特有のキャリア濃度分布
によりキャリア濃度分布に依存するエミッターベース接
合容量、ベース−コレクタ接合容量を小さくできること
に加えて、エミッタ面積をフォトリソグラフィーにより
十分に小さくできかつコレクタ面積もコレクタ領域の周
辺部が絶縁層となっているので十分に小さくできる。こ
のことにより接合面積によるエミッターベース接合容量
、ベース−コレクタ接合容量も小さくできる。このため
、fア、「1の増大をはかることができる。
実施例の方法においては第1図(a)の方式を用いてい
るが第1図Bの方式にしても良い、第1図(blの方式
を用いても、高ドープのp型頭域は、絶縁層の領域にま
で入り込んで良いのでイオン注入、拡散などの方法によ
り形成するのが容易である。
なお、実際の実施例ではA 41 x G −t −A
 s −C;、 A、系の材料を用いているが、格子整
合する材料系たとえばTRxG−+−1LP  G、A
、系、I +’+xG−+−*A−1□A If 1−
A−−1−P系、G、A。
−G、系、G、P−S、系などを用いたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタにも本発明の構造および製造方法を
適用できることは勿論のことである。
また、実施例ではエミッタにのみベースよりもバンドギ
ャップの大きい材料を用いているが、コレクタにもベー
スよりもバンドギャップの大きい材料を用いたダブルヘ
テロ接合バイポーラトランジスタでも良いのはもちろん
のことである。また、製造方法として半絶縁性の層とそ
の上に1.A。
層のエピタキシー形成を行ったのちn型にドープしたコ
レクタ領域を形成する方法をとっているが、1、A、は
ど種々の処理に強くないが、A8を用いて表面をカバー
してエピタキシー装置から取り出しn型にドープした領
域を形成することもできる。また、I□G a I −
X A fiの混晶エピタキシー膜を用いることもでき
る。また、エピタキシー法としてはMBE法の他に種々
のものを適用することができる。
発明の効果 以上のように本発明では、エミッタとコレクタのうち、
少なくともエミッタにベースよりもバンドギャップの大
きい材料を用い、エミッタを上側に設けたヘテロ接合バ
イポーラトランジスタにおいて、高ドープのn型の下地
の上に格子整合する半絶縁性の層をエピタキシー形成し
、その部分を上下につきぬけたn型にドープしたコレク
タ領域にかえた後、当該層の上に格子整合する、半導体
材料のp型にドープしたベース層およびバンドギャップ
の大きい材料のn型にドープしたエミッタ層を順次エピ
タキシー形成する製造方法を用いて、コレクタの周辺部
が絶縁性の領域となった構造を有するヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの構造とする。このことにより、コレ
クタの面積をエミッタ面積とともに容易に小さくできる
ので、エミッターベース接合容量、ベース−コレクタ接
合容量を小さくでき、f7、f、を増大することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構造の概念図、第2図はその実際
の実施例の一例を示すヘテロ接合バイポーラトランジス
タの断面図、第3図は本発明の製造方法の実施例の一例
を示す多層構造の断面図、第4図は従来のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの構造を示す断面図である。 1・・・・・・基板結晶、2・・・・・・高ドープn型
下地層、3・・・・・・イオン注入n型コレクタ領域、
4・・・・・・高ドープn型下地層、5・・・・・・n
型ドープエミッタ層(バンドギャップ大)、6・・・・
・・高ドープn型キャップ層、7・・・・・・エミッタ
電極、8・・・・・・ベース電極、9・・・・・・コレ
クタ電極、10・・・・・・イオン注入または拡散、高
ドープp型領域、11・・・・・・エピタキシー形成絶
縁層。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ばか1名!−基板結
晶 ?−高ドープ几型下地層 3−一−イオン注入n型コレクタ領域 4− 高ドープPf!Jベース層 5−n型ドーブエミッ久畳(バンドギ艷)大)第 1 
図           6− 高ドープn型今ヤッフ
′層7−−一 エミ9り1z陽 8− ペース覚籟 ? −一 コレクタ覚狽 /−GαAs基板 2−一 窩ドープn型Ga As下を層3−−− イオ
ン注入n型0aAsコレクタ頓域4−高ドーブP%Ga
AS層 s−n型ドープAl5Got−zAsエミッタ層6−一
 窩ドープn型(3aAs牛?y)17−−一 エミッ
タti 8− ベースt@ 9−− コレクタtM 第 。 図           n  −一 エピタ
キシー形ILGaAs ?塚層rJ3図 (a) /−’を微結晶 2−高ドープnjI+下地層 3− nl!ドープコレクタ1 6− 高ト°−ブn型牛ヤッ71 7− エミッタt#L 8− ペースを極 7−−− コしフタt、1!

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バイポーラトランジスタのエミッタとコレクタの
    うち少なくともエミッタとしてベースよりもバンドギャ
    ップの大きい材料を用い、エミッタを上部に有するヘテ
    ロ接合バイポーラトランジスタにおいて、高ドープのn
    型の下地の上に、下地と格子整合する材料の半絶縁性の
    層であってこの半絶縁性の層の部分を上下につきぬけた
    n型にドープしたコレクタ領域にかえた層と、この半絶
    縁性の領域とn型にドープした領域からなる層の上に格
    子整合する半導体材料の高ドープのp型のベース層と、
    このp型のベース層の上にコレクタ部分の上部に位置す
    るバンドギャップの大きい格子整合する半導体材料から
    なるn型にドープしたエミッタ層とを、少なくとも有す
    ることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ
  2. (2)バイポーラトランジスタのエミッタとコレクタの
    うち、少なくともエミッタとしてベースよりもバンドギ
    ャップの大きい材料を用い、エミッタを上部に有するヘ
    テロ接合バイポーラトランジスタにおいて、高ドープの
    n型の下地の上に、下地と格子整合する半導体材料の半
    絶縁性の層とこの半絶縁性の層の表面保護層をエピタキ
    シー形成し、当該半絶縁層の部分を上下につきぬけたn
    型にドープしたコレクタ領域にかえた後、当該表面保護
    層を除去して、当該層の上に、格子整合する、半導体材
    料のp型にドープしたベース層およびバンドギャップの
    大きい半導体材料のn型にドープしたエミッタ層を順次
    エピタキシー形成することを特徴とするヘテロ接合バイ
    ポーラトランジスタの製造方法。
  3. (3)表面保護層としてInAsを用いることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載のヘテロ接合バイポーラ
    トランジスタの製造方法。
JP19077785A 1985-08-26 1985-08-29 ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法 Pending JPS6249656A (ja)

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EP86306552A EP0214802B1 (en) 1985-08-26 1986-08-22 Semiconductor device having an abrupt junction and method of manufacturing same using epitaxy
DE8686306552T DE3679618D1 (de) 1985-08-26 1986-08-22 Halbleiterbauelement mit einem abrupten uebergang und verfahren zu seiner herstellung mittels epitaxie.
US07/330,956 US5037769A (en) 1985-08-26 1989-03-28 Method of manufacturing semiconductor device

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