JPS6249662A - 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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JPS6249662A
JPS6249662A JP19078685A JP19078685A JPS6249662A JP S6249662 A JPS6249662 A JP S6249662A JP 19078685 A JP19078685 A JP 19078685A JP 19078685 A JP19078685 A JP 19078685A JP S6249662 A JPS6249662 A JP S6249662A
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JP
Japan
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layer
base
doped
emitter
type
Prior art date
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JP19078685A
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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)(BTの構造を示し、第4図伽)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)、 (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型のキャップ層、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frおよびr。
は次のように表わされる。
ここに、Icはコレクタ電流、W3はベース中、VSt
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、C0はエミッターベース間容量、Cclはコレ
クターベース間容量、CPは浮遊容量、W、はベース中
、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、flI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ハCt
 l、Cdは接合容量のドーピングによる因子CEI 
(nl  h)−Ccm (n、  h)と接合面積A
□、Act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 (nl  h) 、Ccm (rL  
h)はエミッタ、コレクタのドーピングにのみ依存しc
is、Celは次のようになる。
Ctm”J nt  ・A1m5  CcmocJ n
c  ・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00、C4が小さくなりf、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
て八〇、Ac++を小さくすることにより、Ctl、C
CI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Al、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AC
,はAo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、AC,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(bl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M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HB
T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
地と格子整合する半導体材料のn型にドープした層であ
ってその部分をコレクタ領域として残してその残りを上
下につきぬけた絶縁性の領域にかえた層と、その上に格
子整合する半導体材料の高ドープのp型のベース層と、
その上にコレクタ部分の上部に位置するベースよりもバ
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
合する半導体材料のn型にドープした層とその層の上に
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n型にドープした層の部分をコレクタ領
域として残しその残りを上下につきぬけた絶縁性の領域
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層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。n型にドープした層の部分に絶縁性の
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InAs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InAs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)、 (bl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図世)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(b)と
違って、コレクタ領域の周辺部がすべて絶縁層となって
いるので、n 81域を高ドープのp壁領域に変える必
要がない。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、
A、基板の上に高ドープのn型のG、A、層2を分子線
エピタキシー成長し、その上にn型にドープしたG−A
s層3とr、A、の薄膜層13を分子線エピタキシー形
成する。ついで、第3図すのようにn型のG、A、層3
の部分11にフォトリソグラフィー法と0.のイオン注
入の適用により上下につきぬけた絶縁性の領域11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
nAsをAs雰囲気中で完全に除去したのち、第3図C
に示すように高ドープのp型にドープした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A
 II X c、、−、Asのエミッタ層5、高ドープ
のn型にドープしたG−Asのキャンプ層6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
ング法により第3図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(a)、 (bl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、fT、f、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(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An、G□−8A、−〇、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
I、、G1−xP−G、A、系、I IIKGar −
xA*   −I  、1xA  l  l−、L  
A−−夏 、  P 系、  G、A。
−G、系、G、P−3i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I、%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、A、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、1、A、の代りに
I□G、1−xA、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導体材料のn型にドープした層を
エピタキシー形成し、その部分をコレクタ領域として残
してその残りを上下につきぬけた絶縁性の領域にかえた
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、fT、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断面図、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。 l・・・・・・基板結晶、2・・・・・・高ドープn型
下地層、3・・・・・・n型ドープコレクタ層、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・・・・・・イオン注入絶縁領域。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名4−一 窩
ドープP型ベース層 7− エミッタ電極 8− ペース電極 4−−一 高ドープP型GaAsペース層5−− n?
!IドープAtx、0ar−zAs7−一 エミッタ電
極 8− ペース電極 ′j′3図   ((1) 3−7IJ型ド一プGaAsコレクタ層l−基板結晶 6−−一 高ドープn型キャッフ〕督 7−m−エミψツタを得

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半導体材料のn型
    にドープした層であって、このn型にドープした層の部
    分をコレクタ領域として残しその残りを上下につきぬけ
    た絶縁性の領域にかえた層と、このn型のコレクタ領域
    と、絶縁性の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、この高ドープの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n
    型にドープした層とこのn型にドープした層の表面保護
    層をエピタキシー形成し、当該n型ドープ層の部分をコ
    レクタ領域として残して残りを上下につきぬけた絶縁性
    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。
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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
US07/330,956 US5037769A (en) 1985-08-26 1989-03-28 Method of manufacturing semiconductor device

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