JPH01233768A - バイポーラトランジスタ - 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〕 本発明はバイポーラトランジスタおよびその製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

バイポーラトランジスタは電界効果トランジスタに比べ
て電流駆動能力が大きいという優れた特徴を有している
。このため、近年、ＳｉのみならずＱ　ａ　Ａ　ｓなど
の化合物半導体を用いたバイポーラトランジスタの研究
開発が盛んに行われている。

特に、化合物半導体を用いたパイボーラトランジスタは
、エミッタ・ベース接合をへテロ接合に構成でき、ベー
スを高濃度としても、エミッタ注入効率を大きく保てる
など利点は大きい。

第３図は従来のバイポーラトランジスタの構造を説明す
るための半導体チップの断面図である。

第３図において、１５は半絶縁性基板、１６はコレクタ
層、１７ａは真性ベース領域、１７ｂはベース取り出し
領域、１８はエミッタ層、１９はエミッタ電極、２０は
ベース電極、２１はフレフタ電極である。

ベース層は真性ベース領域１７ａ及びベース取り出し領
域１７ｂによ多構成されておシ、それらはともに同一の
半導体材料からなっている。例えば％　　ｐｎｌ）型バ
イポーラトランジスタにおいて、真性ベース領域がｎ型
ＧａＡｓからなる場合には、ベース取り出し領域も同一
のｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓにより形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のバイポーラトランジスタにおいては、真
性ベース領域１７ａとベース取り出し領域１７ｂが同時
にコレクタ層１６上に堆積されるわけであるが、同一の
半導体材料によ多構成されるために、ベース取り出し領
域１７ｂＫおけるバルクの抵抗及びベース電極２０に対
するコンタクト抵抗は、真性ベース領域１７ａを形成す
る半導体材料により規定され、それらを充分に低減する
ことができない。このことは、半導体素子の高速・高周
波特性を低下させる原因の一つとなっている。

本発明の目的は、この問題点を解決し、ベース抵抗を低
減したバイポーラトランジスタ及びその製造方法を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のバイポーラトランジスタは、ｎ型ベース領域が
第１の半導体層からなる真性ベース領域及び第２の半導
体層からなるベース取り出し領域によ多構成され、前記
第１の半導体層の少なくとも一部がＧａＡｓからなり、
削記第２の半導体層の少なくとも一部がＩｎ、ＧａＯ中
の少なくとも一種とＡｓとの化合物もしくはＧｅの中の
いずれか一種からなるものである。

また、それを実現するための製造方法は、半絶縁性基板
上に堆積し゛た第１導電屋の第１の半導体層上に所定の
パターンの第２導電屋の第２の半導体層を形成する工程
と、全面に絶縁体層を堆積させた後、該絶縁体層上に所
定のパターンの第１のマスクを形成する工程と、該第１
のマスクを用いて前記絶縁体層並びに前記第２の半導体
層を順次にエツチングして除去することにより前記第１
の半導体層を算出する工程と、前記第１のマスクを除去
した後、前記絶縁体層を第２のマスクとして前記第１の
半導体層上に第２導電型の第３の半導体層並びに第１導
電型の第４の半導体層を順次選択的に形成する工程とを
含んで構成される。

〔作用〕

バイポーラトランジスタの最大発振周波数ｆｍａｘに ｆｍ”　＝　（ｆＴ／　ｓｙｒ　ｒｂＣＩＣ）　　、　
　　、・、。−（１）ｆＴ＝：＝（２π（τ。＋τ８＋
τ。＋τＣＣ））　　・・・・・・（２）と表わせる。

（１）式においてｆＴは遮断周波数、ｌｂはベース抵抗
、ＣＢｃはベース・コレクタ間容量であシ、（２）式に
おいてτｌ、ｒｉエミッタ時定数、τ８はベース走行時
間、τｃはコレクタ走行時間、τＣＣはコレクタ時定数
である。

従って、最大発振周波数ｆｍａｘを最大にするためには
、ベース抵抗ｌｂを低減することが非常に重要である。

通常、ベース抵抗ｒｂハ、真性ベース領域及びベース取
ル出し領域におけるバルクの抵抗と、ベース取り出し領
域とベース電極の間のコンタクト抵抗との和として考え
ることができるが、ベース取り出し領域を真性ベース領
域とは異なる半導体材料により形成することによって、
ベース取り出し領域におけるバルクの抵抗及びベース電
極との間のコンタ、クト抵抗を低減することが可能とな
る。

特に、ｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓに対しては１ｎＧａＡｓ、Ｉ
ｎＡａとＩｎＧａＡｓの積層及びＧｅが極めて低抵抗の
オーミックコンタクトを形成することから、本発明の手
段をとることＫよりてベース抵抗ｒｂは著しく低減され
、最大発振周波数ｆｍａｘを増大させることができる。

この場合、真性ベース領域とベース取り出し領域におけ
るキャリア密度は必ずしも同一である必要はなく、ベー
ス取り出し領域におけるキャリア密度を真性ベース領域
におけるキャリア密度よシも大ならしめた場合には、−
層効果的である。

〔実施例〕

次に本発明について図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図であシ、本発明ｔｐ
ｎｐ型バイポーラトランジスタに適用した場合を示す。

第１図においてｓ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓからなる半絶縁性基
板１上にはｐ−ＧｇＡｓからなるコレクタ層２が形成さ
れている。そして、このコレクタ層２上に形成された真
性ベース領域８はｎ−ＧａＡｓ、ベース取）出し領域３
はｎ−Ｇｅからなっておシ、ベース抵抗の低減がはから
れている。この場合、ｎ　−ＧａＡｓ並びにｎ−Ｇｅの
不純物密度はそれぞれＳｉドープ２Ｘ　Ｉ　Ｑ”ｃｍ−
”並びにＡｓドープ１×１０２０ｃＩＩＬ″″３とした
。

尚、第１図において５は絶縁領域、９はｐ　−ＡＩＧ　
ａ　Ａ　ｓからなるエミッタ層、１０は５ｉ０２膜、１
２ａはベース電極、１４ａはエミッタ電極、１４ｂはコ
レクタ電極である。

また、真性ベース領域８としては、エミツタ層９の界面
にＡＩを含む傾斜接合型のものそあってもよい。

第２図（ａ）〜（ｅ）は、第１図に示した本発明の一実
施例について、その製造方法を説明するための工程順に
示した半導体チップの断面図である。

まず、第２図（ａ）に示すように、ＧａＡｓからなる半
絶縁性基板１表面に第１の半導体層としてｐ　−ＧａＡ
ｓからなるコレクタ層２及び第２の半導体層としてｎ−
Ｇｅからなるベース取り出し領域３を分子線エピタキシ
ー法により順次形成する。続いて所定のパターンのホト
レジスト膜４を形成した後、該ホトレジスト膜４をマス
クとしてアンモニア。

過酸化水素及び水の混合液によりベース取り出し領域３
ｔ−エツチングしてコレクタ／１２表面を露出させる。

次に第２図（ｂ）に示すように、ホトレジスト膜４を除
去した後、バイポーラトランジスタを形成する部分を除
いて他の部分に水素イオンＨを注入し絶縁領域５を形成
する。続いて全面に５ｉｏ２ａ６を形成した後、開口部
形成用のホトレジスト膜７を形成し、このホトレジスト
膜７をマスクとして５ｉ０２膜６及びベース取り出し領
域３をリアクティブイオンビームエツチング及びアンモ
ニア、過酸化水素及び水の混合液を用いたエツチングに
より除去してコレクタ層２表面を露出する。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、ホトレジスト膜７を
除去した後、第３の半導体層としてｎ　−ＧａＡｓから
なる真性ベース領域８及び第４の半導体としてｐ−Ａｌ
ＧａＡｓからなるエミツタ層９を順次、減圧有機金属気
相成長法により開ロ部のコレクタ層２上に８１０２膜６
をマスクとして選択的に形成する。続いてＳ　ｉ０２膜
６をバッフアートフッ酸によりエツチングして除去し、
更に全面に５ｉ０２膜１０を形成する。

次に、第２図（ｄ）に示すように、従来と同様の工程を
用い、リアクティブイオンエツチングにより５ｉ０２膜
１０をエツチングして、コレクタ層２、ベース取り出し
領域３及びエミツタ層９の表面を露出するとともＩＩＣ
，５ｉ０２膜１０からなる側壁を形成する。続いてベー
ス電極形成用のホトレジスト膜１１を形成し、上方より
ベース取り出し領域３のオーミック金属のＡｕ層１２を
蒸着する。このときベース取り出し一領域３上にベース
電極１２ａが形成される。

次に、第２図（ｅ）に示すように、有機溶剤による洗浄
を行いホトレジスト膜１１を除去した後、エミッタ電極
及びコレクタ電極形成用のホトレジスト膜１３を形成し
、上方よジオ−ミック金属のＡｕＺｎＮｉ層１４を蒸層
中４゜このとき、コレクタ層２並びにエミツタ層９の表
面には、エミッタ電極１４ａ並びにコレクタ電極１４ｂ
が同時に形成される。

最後に、ホトレジス）ａｌ　３を除去することによｊ）
ＡｕＺｎＮｉ層１４をリ層中４フして第１図に示すよう
な化合物半導体のパイボーラトランジスタが完成する。

なお、第１図において５ｉ０２膜１０からなる側壁は各
電極間の絶縁を容易にするためのものであシ、必ずしも
ある必要性はない。

また、本発明の実施例においては、ベース取り出し領域
３をｎ−Ｇｅにより形成したものについて述べたが、こ
れに限らずｎ−ＩｎＧａＡｓやｎ−ＩｎＡｓとｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓの積層により形成したものＫついても効果は同
じである。

更に、上記実施例においてはエミッタトップ型のものに
ついて述べたが、これに限らずコレクタトップ型のもの
でもよい。更に、ベース取り出し領域の下に寄生容量を
減少させるための半導体層やベース取り出し領域よシも
正孔に対する電位障壁の大きな半導体層を有するｐｎｐ
型バイポーラトランジスタについても適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ベース取り出し領
域におけるバルクの抵抗及びベース電極との間のコンタ
クト抵抗が低減されるため、ベース抵抗が低減され、そ
の結果、最大発振周波数が増大することから高速・高周
波特性の非常に優れた化合物半導体のバイポーラトラン
ジスタを実現出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図（ａ）〜（
ｅ）は本発明の一実施例の製造方法を説明するための工
程順に示した半導体チップの断面図、第３図は従来のバ
イポーラトランジスタの一例の断面図である。 １・・・半絶縁性基板、２・・・コレクタ層、３・・・
ベース取り出し領域、４・・・ホトレジスト膜、５・・
・絶縁領域、６・・・５ｉ０２＠、？・・・ホトレジス
ト膜、８・・・真性ベース領域、９・・・エミツタ層、
１０・・・５ｉ０２膜、１１・・・ホトレジスト膜、１
２°°ａＡｕ屑、１２ａ・・・ベース電極、１３・・・
ホトレジスト膜、１４・・・ＡｕＺｎＮｉ層、１４ａ・
・・エミッタ電極、１４ｂ・・・コレクタ電極、１５・
・・半絶縁性基板、１６・・・コレクタ層、１７ａ・・
・真性ベース領域、１７ｂ・・・ベース取り出し領域、
１８・・・エミツタ層、１９・・・エミッタ電極、２０
・・・ベース電極、２１・・・コレクタ電極。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 茅　ｆ　図 １　：　半ｒ緑−）１８１（ｈ、４ｓ）　　　　　　　
　　ｌ？　　　：　　エミ・ソ、ｚン囃し’（／’−Ａ
ｌ（ｒａＡｓ　）２：ゴ［フタ層を戸−１ｒａＡｓ）　
　　　　　　／！７　：　Ｓｉθ２］ｆＩ３：へ°−ズ
」にす止り４貢Ａ（π−会）／、２ａ：へとスミ砂５：
秀と、ｔｓ２全２南町ｄ　　　　　　　　　　／４ｎ　
：　　エミ・ツタ雪キ会ｇ：真４１〜−ス３腿成（ｎ−
’ｒａ−Ａ　ｓ　）　　ＨＡ　：コ′ン７グＶｔ−＞第
　２　画 ＄　２　肥

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｎ型ベース領域が第１の半導体層からなる真性ベ
   ース領域及び第２の半導体層からなるベース取り出し領
   域により構成され、前記第１の半導体層の少なくとも一
   部がＧａＡｓからなり、前記第２の半導体層の少なくと
   も一部がＩｎ、Ｇａの中の少なくとも一種とＡｓとの化
   合物、もしくはＧｅの中のいずれか一種からなることを
   特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. （２）半絶縁性基板上に堆積した第１導電型の第１の半
   導体層上に所定のパターンの第２導電型の第２の半導体
   層を形成する工程と、全面に絶縁体層を堆積させた後該
   絶縁体層上に所定のパターンの第１のマスクを形成する
   工程と、該第１のマスクを用いて前記絶縁体層並びに前
   記第２の半導体層を順次にエッチングして除去すること
   により前記第１の半導体層を露出する工程と、前記第１
   のマスクを除去した後、前記絶縁体層を第２のマスクと
   して前記第１の半導体層上に第２導電型の第３の半導体
   層並びに第１導電型の第４の半導体層を順次選択的に形
   成する工程とを含むことを特徴とするバイポーラトラン
   ジスタの製造方法。