JPS6249658A - 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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JPS6249658A
JPS6249658A JP19078085A JP19078085A JPS6249658A JP S6249658 A JPS6249658 A JP S6249658A JP 19078085 A JP19078085 A JP 19078085A JP 19078085 A JP19078085 A JP 19078085A JP S6249658 A JPS6249658 A JP S6249658A
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JP
Japan
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emitter
type
collector
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Pending
Application number
JP19078085A
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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じて有望なヘ
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、従来のエミッタを下側に設け
た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下側に位置した逆構造型の
HBT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エミッ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型にドープしたベースよりもバンドギ
ャップの大きい材料のエミツタ層、4は高ドープのp型
のベース層、5はn型にドープしたコレクタ層、6は高
ドープのn型のキャップ層、7はコレクタ電極、8はベ
ース電極、9はエミッタ電極、10は高ドープのp型の
領域、14はバンドギャップの大きい材料の高ドープの
p型(p゛)とn型のp″nn接合る。
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fTおよびflは次のよ
うに表わされる。
ここで、■、はコレクタ電流、Wmはベース巾、vSL
はコレクタ領域の電子の走向速度、l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、C1は浮遊容量、W、はベース
巾、Dll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、ベースよりも大きなバンドギャップをもつ
材料をエミッタと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
ことによりベース砥抗を小さくすることができるのでf
lを大きくすることができる。さらに、一般にバイポー
ラトランジスタにおいてはC15CC11は接合のドー
ピングによる因子Ctm (n、  h) 、Ccs 
(n、h)と接合面積A0、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)はエミッタ、コレクタのドーピング
にのみ依存しCEB% Ccnは次のようになる。
CEmocJ nt  ・A’E1%  CcmocJ
 nc  ・Aem従って、HBTでは通常のバイポー
ラトランジスタに比べてCEB−、C(B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A11% ACI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が下側に設けられることか
らエミッタ共通の回路構成を有する集積化に適すること
の他に、コレクタが上側にあることからリソグラフィー
によりコレクタ面積を小さくできるのでコレクターベー
ス接合容量を小さくできf、の増大に有効である。しか
しながら、エミッタの面積が小さくならないのが難点で
ある。
第4図Bはこの点を解決するために提案されている構造
である。すなわち、エミッタの周辺部に図のようにベー
スとつながった高ドープのp型(po)の領域を形成す
ると、エミッタはバンドギャップの大きい材料でできて
いるためにバンドギャップの大きい材料からなるp″n
接合14がエミッタの周辺部に形成されているので電子
はこの接合部分を流れず、中心部にのみ流れ実質上エミ
ッタ面積が小さくなる。このことによりエミッターコレ
ク夕接合容量が小さくなるとするものである。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、中心部に電流の集
中が起り実質的なエミッタ面積が小さくなるとはいうも
のの、エミッターベース容量としてはエミッタの周辺部
のp″n接合部分も寄与するので大きくなってしまい、
CEIを小さくできないという問題点がある。
本発明は上記問題点に鑑み、逆構造HBTにおいて、エ
ミッタ面積を著しく小さくできる構造およびその製造方
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 上記問題点番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
地と格子整合するベースよりもバンドギャップの大きい
半導体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型にドープしたエミッ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したp型の
ベース層と、その上に格子整合するn型にドープしたコ
レクタ層であってエミッタの上部に位置した層を、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
するベースよりもバンドギャップの大きい半導体材料の
半絶縁性の層とそ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るn型にドープしたエミッタ領域に
かえた後、エピタキシー装置の中で空気に触れないよう
に当該保護層を除去し当該層の上に、格子整合する、半
導体材料のp型にドープしたベース層とn型にドープし
たコレクタ層を順次エピタキシー形成することを特徴と
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、コレク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
域の下に絶縁層を確実に導入できることによりエミッタ
面積を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
るので、トランジスタの高速化・高周波化が可能となる
本発明の製造方法を用いれば、確実に良質の絶縁性の層
を導入できるのでエミッ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
、後行程の各種処理においても変成しない。絶縁層の部
分にn型にドープしたエミッ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、をエ
ピタキシー形成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1.A、を除去する方法を適用すること
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。
従来例の第4図A、Bのエミツタ層内に形成されるバン
ドギャップの大きい材料のp+ n接合14に代って、
絶縁領域11が形成されている。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4図aのように半絶縁性ないし
高ドープのn型のG−Asの基板1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形成し、その上
に非ドープの半絶縁性のAffi、G□−X A 3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n型
にドープしたエミッタ領域を形成する。その後分子線エ
ピタキシー装置中に再び入れI 、A、をA8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G、Asの
コレクタ層5と高ドープのn型にドープしたG、八、の
キ十・ノブ層6を順次エピタキシー成長する。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
、コレクタ電極7、ベース電極8、エミッタ電極9を形
成する。
第1.2図に示す構造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
リア濃度の分布状態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、コレクタ面積をフォトリソグラフィーにより十分
に小さくできかつエミッタ面積もエミッタ領域の周辺部
が絶縁層となっているので、十分に小さくできる。これ
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−コレクタ接合容量を小さくできる。このため、r、
、r、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図へ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B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 I X G −+ −X
A s−G、A、の材料系を用いているが格子整合する
材料系たとえばI −NG−1−XA l   1 、
、XA 1−1−X A 5−IflP系、ll、XG
、、−、P−G、八、系、G、As−G、系、c、p−
sム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ヘテロ接
合バイポーラトランジスタでも良いのは勿論のことであ
る。また、製造方法として絶縁層とその上に1.A、層
のエピタキシー形成を行ったのち、高ドープのn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Δ、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高ドープのn型の領域を形成するこ
ともできる。また、1o八、の代りに■78G□−XA
s混晶エピタキシー膜を用いることもできる。また、エ
ビクキシー法としてはMBHの他に種々のものを適用す
ることができ7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、エミッタを下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、下地と格子整合するベースよりもバンドギャッ
プの大きい半導体材料の半絶縁性の層とその表面保護層
を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型にドープしたエミッタ領域にかえた後、
当該表面層を除去し、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とn型にドープし
たコレクタ層を順次エピタキシー形成する製造方法を用
いて、エミッタの周辺部が絶縁性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、エミッタ面積をコレクタ面積とともに
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著しく小さくでき、f、、
f□を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A、Bは本発明の基本構造の概念図、第本発明の
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A、Bは従来の逆構造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・・・・・・裁板結晶、2・・・・・・高ドープn型
下地層、3・・・・・・イオン注入n型ドープエミッタ
領域、4・・・・・・高ドープn型下地層、5・・・・
・・n型ドープコレクタ層、6・・・・・・高ドープn
型キャップ層、7・・・・・・コレクタ電極、8・・・
・・・ベース電極、9・・・・・・エミッタ電極、10
・・・・・・イオン注入高ドープp型領域、11・・・
・・・エピタキシー形成絶縁層(バンドギャップ大)。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名1・−基軟
綽品 2.、.1ド―ブn型−F共轡点。 3 ・、 イキ〉シ主入n型ド′−フ。 工Sツタ島、域; t ・= GaAs 暮AX 2・・・高ドーア/l型GaA s下地点、3・・・イ
r’iは入n聾ドーア 8・・・へ°−ス/ft、棧 (C> 1・1.i販鮎品 2・・・ 場6F−ブn型下嘩、

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
    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下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、下地と格子整合するベースよりもバンドギャ
    ップの大きい半導体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
    エミッ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
    材料の高ドープしたp型のベース層とこのp型にドープ
    した層の上にエミッタ部分の上部に位置する、格子整合
    する半導体材料のn型にドープしたコレクタ層とを、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、エミッタを下側に設けたヘ
    テロ接合バイポーラトランジスタにおいて、高ドープの
    下地の上に下地と格子整合するベースよりもバンドギャ
    ップの大きい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性の
    層の部分を上下につきぬけたn型にドープしたエミッタ
    領域にかえたのち、当該表面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
    ープしたコレク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。
JP19078085A 1985-08-29 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 JPS6249658A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4981807A (en) * 1988-10-31 1991-01-01 International Business Machines Corporation Process for fabricating complementary vertical transistor memory cell

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59210669A (ja) * 1982-09-17 1984-11-29 フランス国 高速ヘテロ接合バイポーラ半導体装置
JPS607771A (ja) * 1983-06-28 1985-01-16 Toshiba Corp 半導体装置
JPS60110188A (ja) * 1983-11-18 1985-06-15 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子

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