JPH03218675A - Compound semiconductor device - Google Patents

Compound semiconductor device

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JPH03218675A
JPH03218675A JP2009028A JP902890A JPH03218675A JP H03218675 A JPH03218675 A JP H03218675A JP 2009028 A JP2009028 A JP 2009028A JP 902890 A JP902890 A JP 902890A JP H03218675 A JPH03218675 A JP H03218675A
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邦男 津田
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、化合物半導体装置に係り、特にn型Al x
 Ga1− x Asへのコンタクトの形成に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a compound semiconductor device, particularly an n-type Al x
Regarding the formation of contacts to Ga1-xAs.

(従来の技術) 砒化ガリウム(GaAs)は、シリコン(St)に比べ
て、移動度が約6倍もあり、また半絶縁性基板を容易に
得ることができる等の利点を有していることから、高速
デバイス用材料として有望視されている。
(Prior art) Gallium arsenide (GaAs) has advantages such as having a mobility approximately six times that of silicon (St) and being able to easily obtain a semi-insulating substrate. Therefore, it is seen as a promising material for high-speed devices.

そしてこのGaAsにアルミニウム(^l)を添加した
砒化アルミニウムガリウム( Al x Ga+− x
 As)は格子定数がGaAsに極めて近( 、GaA
sとの間で良好なエビタキシャル成長を行うことが可能
であることから、これらの間のへテロ接合を利用した^
1xGa+− X As/ GaAs系のへテロ接合デ
バイスの開発が盛んに行われている。
And aluminum gallium arsenide (Al x Ga+- x
As) has a lattice constant very close to that of GaAs ( , GaA
Since it is possible to perform good epitaxial growth with s, we used the heterojunction between them.
1xGa+-XAs/GaAs-based heterojunction devices are being actively developed.

例えばAt x Ga+− x Asをワイドギャップ
エミッタとして用いたAl x Ga+− x As/
 GaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(H B
 T)や、Al x Ga+− X Asを電子供給層
として用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)な
ど、多くのデハイスの開発が行われている。
For example, Al x Ga+- x As/ using At x Ga+- x As as a wide gap emitter.
GaAs heterojunction bipolar transistor (HB
Many de-Hys devices are being developed, such as T) and high electron mobility transistors (HEMT) using Al x Ga + - x As as an electron supply layer.

これらのデバイスの高性能化にはオーミックコンタクト
の低減か極めて重要な役割を果たす。
Reducing ohmic contact plays an extremely important role in improving the performance of these devices.

一般に、^l X Ga+− xAs層(0くX≦1)
上には低抵抗のオーミックコンタクトは形成しにくいた
め、表面にAt X Ga+− X Asかくるような
デバイスであっても、この上にオーミックコンタクト用
のキャップ層としてn + GaAs層を形成したもの
が用いられる。
Generally, ^l X Ga+- xAs layer (0x≦1)
Since it is difficult to form a low-resistance ohmic contact on the top, even if the device has At is used.

そして、電極金属材料の組成や、合金化のための熱処理
温度等について様々な工夫がなされている。
Various ideas have been made regarding the composition of the electrode metal material, the heat treatment temperature for alloying, and the like.

しかしながら、GaAsやAl x Ga+− X A
sは、Siに比べてバンドギャップが大きく、かつ得ら
れる電子濃度の上限も低いため、コンタクト抵抗の低減
には限界かある。
However, GaAs and Al x Ga+-
Since s has a larger band gap than Si and also has a lower upper limit of the electron concentration that can be obtained, there is a limit to the reduction in contact resistance.

そこで最近、よりバンドギャップの小さいIn>(Ga
+− x Asをコンタクト層として用いる方法が提案
されている(J.Vac.Sc t.Techno1.
,19 (3)1981PP626〜627)。
Therefore, recently, In>(Ga), which has a smaller bandgap,
A method using +-x As as a contact layer has been proposed (J. Vac. Sc t. Techno 1.
, 19 (3) 1981 PP626-627).

その一例として、n型GaAs層へのコンタクトを形成
する際に、n十型1nx Ga+− X As層とn+
InAs層を介在させた場合の、n型GaAs層から、
n十型Inx Ga1− X As層、n+lnAs層
を経て、金属電極に至る理想的エネルギーバンド図を、
第5図に示す。
As an example, when forming a contact to an n-type GaAs layer, an n+ type 1nx Ga+-
From an n-type GaAs layer with an InAs layer interposed,
The ideal energy band diagram leading to the metal electrode through the n-type Inx Ga1-X As layer and the n+lnAs layer is
It is shown in FIG.

ここでは、GaAs層とlnAs層とのバンドを滑らか
につなぐために、これらの間にInX Gal− X 
As ( X −0−1)の組成傾斜層が挿入されてい
る。InAs層と電極との間にはショットキバリアがな
いため、低抵抗のコンタクトを得ることができる。
Here, in order to smoothly connect the bands of the GaAs layer and the lnAs layer, InX Gal-
A compositionally graded layer of As (X -0-1) is inserted. Since there is no Schottky barrier between the InAs layer and the electrode, a low resistance contact can be obtained.

ところで、lnAs層とGaAs層との間にには、約7
96という大きな格子不整がある。
By the way, there is a gap of about 7
There is a large lattice irregularity of 96.

このため、lnGaAs層にはミスフィット転位が発生
する。このl nGaAs層の膜厚が臨界厚以下の場合
には転位は発生しない。しかし、低抵抗のオーミックコ
ンタクトを得るためには1nの混晶比Xは1に近いほど
よく、臨界厚はXが1に近い程小さい。
Therefore, misfit dislocations occur in the InGaAs layer. If the thickness of this lnGaAs layer is less than the critical thickness, no dislocations will occur. However, in order to obtain a low-resistance ohmic contact, the closer the 1n mixed crystal ratio X is to 1, the better, and the closer X is to 1, the smaller the critical thickness.

この臨界厚はXか0.5である場合、数十A以下である
。さらに、Xが1に近い程、バンドを滑らかにつなぐた
めに必要なInx Ga1− x As組成傾斜層の厚
さは厚くなる。一方、素子性能、プロセス等を考えると
コンタクト層の厚さは薄いほうが好ましい。このような
理由から、結局のところ、実用的な構造て低抵抗オーミ
ックコンタクトを得るためにはミスフィット転位の発生
は避けられない。
This critical thickness is several tens of amps or less when X is 0.5. Furthermore, the closer X is to 1, the thicker the InxGa1-xAs compositionally graded layer is required to smoothly connect the bands. On the other hand, in consideration of device performance, process, etc., it is preferable that the contact layer be thinner. For these reasons, the occurrence of misfit dislocations is unavoidable in order to obtain a low resistance ohmic contact with a practical structure.

そして、このような転位は、特に中間層であるInx 
Ga+− x As組成傾斜層に集中し、この領域のキ
ャリアを補償してしまうため、キャリア濃度の低下を招
くという問題があった。
Such dislocations are particularly important in the intermediate layer Inx
There is a problem in that the Ga+- x As concentrates in the gradient composition layer and compensates for carriers in this region, leading to a decrease in carrier concentration.

ところで、通常得られるキャリア濃度の上限はエピタキ
シャル成長の条件等に依存するものの、lnAsSGa
Asそれそれについて約2×1019CII1−31×
10l9C#l−3程度であることが知られているが、
InAs/ [nx Ga+− x As/ GaAs
構造においては、特に、lnx Ga1− xAs中間
層で、キャリア濃度の大きなディップが生じてしま゛う
。Inx Ga+− X As層を充分に厚くすれば転
位密度(cm−3)も低下し、デイツブも減少する。
By the way, although the upper limit of the carrier concentration that can be obtained normally depends on the epitaxial growth conditions, etc.,
As it about 2×1019CII1-31×
It is known that it is about 10l9C#l-3,
InAs/ [nx Ga+- x As/ GaAs
In the structure, a large dip in carrier concentration occurs particularly in the lnx Ga1-xAs intermediate layer. If the Inx Ga+-

しかしなから、この構造をn型オーミックコンタクトを
有する半導体装置に適用することを考えると、膜厚を増
加させることは実用的でない。
However, when this structure is applied to a semiconductor device having an n-type ohmic contact, increasing the film thickness is not practical.

第6図に、シリコンドープのInAs/ lnx Ga
1− xAs/GaAs構造中のキャリア濃度分布を測
定した結果を示す。ここて、lnx Ga1− x A
sの膜厚は500人とし、InAs, lnx Ga+
− x Asについてはシリコンを1.  5 X 1
 019cm−3ドーピングした。この図からも明らか
なように、Inx Ga+− x As層中では、キャ
リア濃度は大きく落ち込み、特にGaAs層との界面近
傍ではキャリアの存在しない領域も形成されている。こ
のような状態では、半導体層に垂直な方向に電流を流し
た場合のコンタクト抵抗は5×10−6ΩcIItと高
いものであった。
Figure 6 shows silicon-doped InAs/lnx Ga
The results of measuring the carrier concentration distribution in the 1-xAs/GaAs structure are shown. Here, lnx Ga1- x A
The film thickness of s is 500, InAs, lnx Ga+
- x For As, silicon is 1. 5 x 1
019cm-3 doped. As is clear from this figure, the carrier concentration in the InxGa+-xAs layer drops significantly, and regions where no carriers exist are also formed, especially near the interface with the GaAs layer. In such a state, the contact resistance when a current was passed in a direction perpendicular to the semiconductor layer was as high as 5×10 −6 ΩcIIt.

このように、InAs/電極界面で低抵抗のコンタクト
を得ることかできても、コンタクト部全体としては十分
な低抵抗化をはかることができないという問題かあった
In this way, even if a low-resistance contact can be obtained at the InAs/electrode interface, there is a problem in that the resistance of the contact portion as a whole cannot be sufficiently reduced.

(発明が解決しようとする課題) このように、lnx Ga1− X As層を用いてn
型GaAs層へのオーミックコンタクトを形成するに際
し、lnx Ga1− X AS組成傾斜層中で、ミス
フィット転位によるキャリアの補償により、キャリア濃
度が低下し、高抵抗となる領域か形成され、コンタクト
抵抗が大きくなってしまうという問題があった。
(Problem to be solved by the invention) In this way, by using the lnx Ga1-
When forming an ohmic contact to a type GaAs layer, the carrier concentration decreases due to compensation of carriers by misfit dislocations in the lnx Ga1- The problem was that it got too big.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、InxGa
+− x As層を用いてn型GaAs層へのオーミッ
クコンタクトを形成するに際し、Inx Ga+− x
 As組成傾斜層中でのキャリア濃度の低下により高抵
抗層が形成されるという問題を回避し、極低抵抗のオー
ミックコンタクトを実現することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances.
+- x When forming an ohmic contact to the n-type GaAs layer using the As layer, Inx Ga+- x
The purpose of this invention is to avoid the problem of formation of a high resistance layer due to a decrease in carrier concentration in an As composition gradient layer, and to realize an ohmic contact with extremely low resistance.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) そこで本発明では、n型Alx Ga+− x As層
に、1nX Ga1− X As組成傾斜層および組成
が一様なInxGa+− x Asコンタクト層を介し
て電極金属層を形成するに際し、lnx Ga+− x
 As組成傾斜層をn型として活性化される不純物1度
よりも多いn型不純物をドーブしたもので構成するよう
にしている。
(Means for Solving the Problems) Therefore, in the present invention, an electrode metal layer is formed on the n-type Alx Ga+- x As layer via a 1nX Ga1- x As compositionally graded layer and an Inx Ga+- x As contact layer having a uniform composition. In forming lnx Ga+- x
The As composition gradient layer is doped with an n-type impurity of more than 1 degree of impurity activated as an n-type.

そして望ましくは、[nx Ga+− x^S組成傾斜
層中の、該1nxGa+− X Asコンタクト層に接
する領域のキャリア濃度が、該At x Ga+− X
 As層に接する領域のキャリア濃度よりも高くなるよ
うに構成している。
Preferably, the carrier concentration in the region in contact with the 1nxGa+-X As contact layer in the [nx Ga+-
The carrier concentration is configured to be higher than the carrier concentration in the region in contact with the As layer.

また、望ましくは、該1nx’Ga+− x As組成
傾斜層中の、該Al x Ga+− x As層に接す
る領域のn型不純物濃度が、該1rH Ga+− X 
Asコンタクト層に接する領域のn型不純物濃度よりも
高くなるように構成している。
Further, desirably, the n-type impurity concentration of the region in contact with the Al x Ga+- x As layer in the 1nx'Ga+-
The n-type impurity concentration is configured to be higher than the n-type impurity concentration in the region in contact with the As contact layer.

(作用) 本発明者らは、第6図に示したような、シリコンドープ
のlnAs/ Inx Ga+− x As/ GaA
stJi造中のキャリア濃度分布の測定結果に基ついて
様々な考察を重ね、種々の実験を行った結果、lnx 
Ga1− x As組成傾斜層へのn型不純物ドープ量
を大幅に大きくすることにより、この層中のキャリア濃
度の極端な落ち込みかなくなることを発見した。
(Function) The present inventors have developed silicon-doped lnAs/Inx Ga+- x As/GaA as shown in FIG.
As a result of various considerations and various experiments based on the measurement results of carrier concentration distribution during stJi formation, lnx
It has been discovered that by significantly increasing the amount of n-type impurity doped into the Ga1-xAs compositionally graded layer, only an extreme drop in the carrier concentration in this layer can be eliminated.

本発明は、これに着目してなされたものである。The present invention has been made with this in mind.

すなわち、本発明によれば、Inx Ga+− x A
s組成傾斜層へのn型不純物ドープ量をn型として活性
化される不純物濃度よりも多く設定することにより、縦
方向に電流を流す場合においても、極めて低抵抗のコン
タクトを得ることができる。
That is, according to the present invention, Inx Ga+- x A
By setting the amount of n-type impurity doped into the s-composition graded layer to be higher than the concentration of impurities activated as n-type, a contact with extremely low resistance can be obtained even when a current is passed in the vertical direction.

また、このとき、lnx Ga+− x As組成傾斜
層中の、該1nx Ga+− x Asコンタクト層に
接する領域のキャリア濃度が、該^I X Ga1− 
X As層に接する領域のキャリア濃度よりも高くなる
ように構成することによって、さらにコンタクト抵抗を
低くすることができる。
Moreover, at this time, the carrier concentration in the region in contact with the 1nx Ga+- x As contact layer in the lnx Ga+- x As compositionally graded layer is ^I x Ga1-
By configuring the carrier concentration to be higher than the region in contact with the X As layer, the contact resistance can be further reduced.

さらにまた、該++1X Ga+− x As組成傾斜
層中の、該Al x Ga+− x As層に接する領
域のn型不純物濃度が、該1nx Ga+− x As
コンタクト層に接する領域のn型不純物濃度よりも高く
することによって、この層中のキャリア濃度を高め、さ
らにより低抵抗のコンタクトを得ることが可能となる。
Furthermore, the n-type impurity concentration of the region in contact with the Al x Ga+- x As layer in the ++1X Ga+- x As compositionally graded layer is such that
By making the n-type impurity concentration higher than the n-type impurity concentration in the region in contact with the contact layer, it becomes possible to increase the carrier concentration in this layer and obtain a contact with further lower resistance.

実験結果から、この不純物濃度は、3X1019cam
−3以上であるのが望ましい。
From the experimental results, this impurity concentration is 3X1019cam
-3 or more is desirable.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1 第1図は、AIGaAs/ GaAsヘテロ接合を用い
た本発明の第1の実施例のへテロ接合バイポーラトラン
ジスタを示す断面図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing a heterojunction bipolar transistor according to a first embodiment of the present invention using an AIGaAs/GaAs heterojunction.

このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、膜厚200
0人のn型Alo.a Gao.7^S層5および膜厚
300人のn型^I X Ga1− X As組成傾斜
層(x −0.3→0)6とからなるエミツタ層へのコ
ンタクトが、膜厚500人のn十型GaAs層7と、膜
厚400Aのn十型1nx Ga+− x As組成傾
斜層(x一〇一1)8と、膜厚400人のn十型1 n
As層9とから構成され、このn十型1nAs層9およ
びn十型1nX Ga+− x As層8の不純物濃度
を3.  5.x 1 0 19cn+−3と高濃度に
し、この上にCr/Au層からなるエミッタ電極13を
形成したことを特徴とするものである。このどきlnx
 Ga1− x As組成傾斜層8の不純物濃度は第2
図(a)に示すように3.5X1019CIll−3と
なっている。ここで、n型不純物としてはSt, p型
不純物としてはBeを用いた。
This heterojunction bipolar transistor has a film thickness of 200 mm.
0 n-type Alo. a Gao. The contact to the emitter layer consisting of the 7^S layer 5 and the n-type^I type GaAs layer 7, a film thickness of 400A, n-type 1nx Ga+- x As composition gradient layer (x1011) 8, and a film thickness of 400A, n-type 1n
The impurity concentration of the n0-type 1nAs layer 9 and the n0-type 1nX Ga+-x As layer 8 is set to 3. 5. It is characterized in that it has a high concentration of x 1 0 19cn+-3, and an emitter electrode 13 made of a Cr/Au layer is formed thereon. Kondoki lnx
The impurity concentration of the Ga1- x As compositionally graded layer 8 is the second
As shown in figure (a), it is 3.5×1019CIll-3. Here, St was used as the n-type impurity and Be was used as the p-type impurity.

すなわち、このヘテロ接合バイボーラトランジスタは、
半絶縁性GaAs基板1上に積層されコレクタコンタク
ト層を構成する膜厚5000Aのn+型GaAs層2と
、この上層に順次積層され低濃度コレクタ層を構成する
膜厚5000人のn一型GaAs層3と、ベース層を構
成する膜厚100〇八のp+ GaAs層4と、エミッ
タ層を構成する膜厚2000人のn型Ato.3Gao
.7As層5および膜厚300人のn型Alx Ga+
− x As組成傾斜層(X −0.3 →0 )6と
から素子領域か構成されており、エミッタ層へのコンタ
クトが、n十型GaAs層7と、n十型InX Ga+
− x As組成傾斜層(x−0→1)8と、n+型I
nAs層9とから構成されている。
In other words, this heterojunction bibolar transistor is
An n+ type GaAs layer 2 with a thickness of 5000 Å is laminated on a semi-insulating GaAs substrate 1 and constitutes a collector contact layer, and an n1 type GaAs layer 2 with a thickness of 5000 Å is laminated in order on top of this layer and constitutes a low concentration collector layer. 3, a p+ GaAs layer 4 with a thickness of 10,008 cm constituting the base layer, and an n-type Ato. 3 Gao
.. 7As layer 5 and film thickness 300mm n-type Alx Ga+
-x As composition gradient layer (X -0.3 →0) 6 constitutes the element region, and the contact to the emitter layer is formed by the n+ type GaAs layer 7 and the n+ type InX Ga+
- x As composition gradient layer (x-0→1) 8 and n+ type I
It is composed of an nAs layer 9.

そして、各層にコンタクトするようにエミッタ電極10
、ベース電1fill、コレクタ電極12が彰成されて
いる。
Then, an emitter electrode 10 is placed in contact with each layer.
, a base electrode 1fill, and a collector electrode 12 are formed.

このヘテロ接合バイポーラトランジスタの各半導体層は
、基板上にエビタキシャル成長させる必要があり、この
エビタキシャル成長法としては、分子線エビタキシー法
(MBE法)、ガスソース分子線エビタキシー法(GS
MBE法)、または、有機金属気相成長法(MOCVD
法)等が用いられる。ここでは、MBE法を用いた。
Each semiconductor layer of this heterojunction bipolar transistor needs to be grown epitaxially on the substrate, and the epitaxial growth methods include molecular beam epitaxy (MBE) and gas source molecular beam epitaxy (GS).
MBE method) or metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD
law) etc. are used. Here, the MBE method was used.

ここで、n十型1nx Ga+− x As組成傾斜層
(x −0→1)8において、Xは0,1の間を下から
上に向かって大きくなるように設定されており、こうす
ることにより、n+型GaAs層7とn十型lnAs層
9との間における伝導帯をなめらかにつなぐことができ
る。
Here, in the n-type 1nx Ga + - x As composition gradient layer (x -0 → 1) 8, X is set to increase from bottom to top between 0 and 1. As a result, the conduction band between the n+ type GaAs layer 7 and the n+ type lnAs layer 9 can be smoothly connected.

このHBTのn+型GaAs層7と、n十型1nxGa
1− X As中間層すなわち組成傾斜層(X−0→1
)8と、n十型1nAs層9とにおけるキャリア濃度を
測定した結果を第2図(b)に示す。この図からも明ら
かなように、n十型lnx Ga+− x As中間層
でのキャリア濃度の落ち込みはほとんどなくなっている
ことがわかる。
The n+ type GaAs layer 7 and the n+ type 1nxGaAs layer 7 of this HBT
1-X As intermediate layer or compositionally graded layer (X-0→1
) 8 and the n0-type 1nAs layer 9. The results of measuring the carrier concentrations are shown in FIG. 2(b). As is clear from this figure, there is almost no drop in the carrier concentration in the n-type lnx Ga+-x As intermediate layer.

このようにして得られたHBTのエミッタコンタクト抵
抗は、7X10−8Ωcdとなっており、従来例のHB
Tの5×10 6ΩC一に比べて極めて小さいものであ
った。
The emitter contact resistance of the HBT obtained in this way is 7X10-8Ωcd, which is different from that of the conventional HB.
It was extremely small compared to 5×10 6 ΩC of T.

このように、本発明のHBTてはエミッタ抵抗を極めて
低くすることができるため、従来例のHBTに比べてト
ランスコンダクタンスGII1が向上し、より電流密度
の高い領域での動作が可能となった。
As described above, since the HBT of the present invention can have an extremely low emitter resistance, the transconductance GII1 is improved compared to the conventional HBT, making it possible to operate in a higher current density region.

また、トランジスタの性能指数の1っであるカットオフ
周波数fTは90GHzとなり、従来の70のGHzに
比べて大幅に向上している。
In addition, the cutoff frequency fT, which is one of the performance indicators of a transistor, is 90 GHz, which is significantly improved compared to the conventional 70 GHz.

なお、同様の構造において、n十型1nx Ga+− 
xAs中間層8の不純物濃度のみを変化させたHBTの
、不純物濃度とコンタクト抵抗率との関係を測定した結
果を第1表に示す。
In addition, in the same structure, n-type 1nx Ga+-
Table 1 shows the results of measuring the relationship between impurity concentration and contact resistivity of HBTs in which only the impurity concentration of the xAs intermediate layer 8 was changed.

第1表 この場合、得られるn型キャリア濃度の上限はオヨソ2
×10l9cII1−3程度であるが、この表からも明
らかなように、n十型1口X Ga+− x As中間
層8の不純物濃度を3 X 1 0 19cm−3以上
としたとき極めて低いコンタクト抵抗を得ることができ
る。
Table 1 In this case, the upper limit of the n-type carrier concentration obtained is Oyoso 2
×10l9cII1-3, but as is clear from this table, when the impurity concentration of the n-type single-hole X Ga+- can be obtained.

実施例2 次に本発明の第2の実施例として、第1図に示した実施
例1のHBTと同一構造でInx Ga+− x As
組成傾斜層8の不純物濃度を層中で変化させた例につい
て説明する。
Example 2 Next, as a second example of the present invention, a HBT with the same structure as the HBT of Example 1 shown in FIG.
An example in which the impurity concentration of the compositionally graded layer 8 is varied within the layer will be described.

すなわち、この実施例2のHBTは、lnxGa1−x
As組成傾斜層8の不純物濃度を第3図(a)に示すよ
うに、InxGa1− X As組成傾斜層8中でのn
型不純物濃度が、該GaAs層7側から、該1nAsコ
ンタクト層9側にかけて徐々に低くなるようにしている
。すなわち、該GaAs層7に接する領域のn型不純物
濃度d1は、該1 nAsコンタクト層9に接する領域
のn型不純物濃度d2よりも高くなっている。
That is, the HBT of Example 2 has lnxGa1-x
As shown in FIG. 3(a), the impurity concentration of the As compositionally graded layer 8 is InxGa1-
The type impurity concentration is made to gradually decrease from the GaAs layer 7 side to the 1nAs contact layer 9 side. That is, the n-type impurity concentration d1 in the region in contact with the GaAs layer 7 is higher than the n-type impurity concentration d2 in the region in contact with the 1 nAs contact layer 9.

このとき、lnAsコンタクト層9に接する領域のn型
不純物濃度d2を3.5×1019CIll−3とし、
GaAs層7に接する領域のn型不純物濃度diを5.
0×10190II+−3とした。
At this time, the n-type impurity concentration d2 in the region in contact with the lnAs contact layer 9 is set to 3.5×1019 CIll-3,
The n-type impurity concentration di in the region in contact with the GaAs layer 7 is set to 5.
It was set as 0x10190II+-3.

このHBTのn十型GaAs層7と、n十型In>(G
a+− x As中間層すなわち組成傾斜層(x−0−
1)8と、n十型1 nAs層9とにおけるキャリア濃
度を?定した結果を第3図(b)に示す。この図からも
明らかなように、n十型In)( Ga+− X As
中間層でのキャリア濃度の落ち込みはほとんどなくなっ
すおり、Inx Ga+− x As組成傾斜層中の、
InAsコンタクト層に接する領域のキャリア濃度D2
が、該GaAs層に接する領域のキャリア濃度D1より
も高くなっている。
The n+ type GaAs layer 7 of this HBT and the n+ type In>(G
a+- x As intermediate layer or compositionally graded layer (x-0-
1) What is the carrier concentration in 8 and n-type 1 nAs layer 9? The determined results are shown in Figure 3(b). As is clear from this figure, n-type In) (Ga+-
As the drop in carrier concentration in the intermediate layer almost disappears, the Inx Ga+-x As composition gradient layer
Carrier concentration D2 in the region in contact with the InAs contact layer
is higher than the carrier concentration D1 in the region in contact with the GaAs layer.

このようにして得られたHBTのエミッタコンタクト抵
抗は、5×10−8ΩC−となっており、実施例lのH
BTよりも小さくなっており、さらには従来例のHBT
の5X10−6ΩC一に比べると極めて小さいものであ
った。
The emitter contact resistance of the HBT thus obtained was 5 x 10-8 ΩC-, which was the same as that of H in Example 1.
It is smaller than BT and even smaller than conventional HBT.
It was extremely small compared to 5×10 −6 ΩC.

このように、実施例2のHBTではエミッタ抵抗を極め
て低くすることができるため、さらにトランスコンダク
タンスGiが向上し、より電流密度の高い領域での動作
が可能となった。
In this way, in the HBT of Example 2, the emitter resistance can be made extremely low, so the transconductance Gi is further improved, and operation in a region with higher current density is possible.

また、トランジスタの性能指数の1ってあるカットオフ
周波数frは100GHzとなり、実施例1のHBTの
カットオフ周波数f■よりもさらに向上している。
Further, the cutoff frequency fr, which is one of the performance indexes of the transistor, is 100 GHz, which is further improved than the cutoff frequency f■ of the HBT of the first embodiment.

なお、同様の構造において、n十型1nxGa+− x
As中間層8の不純物濃度変化の勾配は同一とし不純物
濃度レベルのみを変化させたHBTの、不純物濃度とコ
ンタクト抵抗率との関係を測定した結果を第2表に示す
In addition, in a similar structure, n-type 1nxGa+- x
Table 2 shows the results of measuring the relationship between impurity concentration and contact resistivity for HBTs in which the slope of impurity concentration change in the As intermediate layer 8 is the same and only the impurity concentration level is changed.

第2表 この場合、得られるn型キャリア濃度の上限はおよそ2
X1019C『3程度てあるが、この表からも明らかな
ように、n十型1nx Ga+− X As中間層8の
不純物濃度を3×1019C『3以上としたとき極めて
低いコンタクト抵抗を得ることができる。
Table 2 In this case, the upper limit of the n-type carrier concentration obtained is approximately 2
X1019C'3, but as is clear from this table, extremely low contact resistance can be obtained when the impurity concentration of the n0-type 1nx Ga+- .

実施例3 なお、前記実施例2のHBTては、Inx Ga+− 
xAs組成傾斜層8の不純物濃度は、GaAs層7側か
ら、該1 nAsコンタクト層9側にかけて徐々に低く
なるようにしたが、第3の実施例として、第4図(a)
に示すように、InxGal− X As組成傾斜層8
のn型不純物濃度が、該GaAs層7に接する領域から
ややInAsコンタクト層9側に入った領域で高くなっ
たのち、さらに徐々に低くなるようにしてもよい。
Example 3 The HBT of Example 2 is Inx Ga+-
The impurity concentration of the xAs compositionally graded layer 8 was made to gradually decrease from the GaAs layer 7 side to the 1 nAs contact layer 9 side.
As shown in FIG.
The n-type impurity concentration may be increased in a region slightly closer to the InAs contact layer 9 than the region in contact with the GaAs layer 7, and then gradually lowered.

この場合の}IBTのn十型GaAs層7と、n十型I
nX Ga+− x As中間層すなわち組成傾斜層(
x−0−+1)8と、n十型InAs層9とにおけるキ
ャリア濃度を測定した結果を第4図(b)に示す。この
図からも明らかなように、n十型1nx Ga+− x
 As中間層てのキャリア濃度の落ち込みはまったくな
くなっており、lnx Ga+− X As組成傾斜層
中の、InAs−7ンタクト層に接する領域のキャリア
濃度D2が、該GaAs層に接する領域のキャリア濃度
D1よりも高くなっている。そして、コンタクト抵抗は
4×10−8ΩC一とさらに低くなっている。
In this case, the n+ type GaAs layer 7 of the IBT and the n+ type I
nX Ga+- x As intermediate layer or compositionally graded layer (
The results of measuring the carrier concentration in x-0-+1) 8 and n-type InAs layer 9 are shown in FIG. 4(b). As is clear from this figure, n-type 1nx Ga+- x
There is no drop in the carrier concentration in the As intermediate layer at all, and the carrier concentration D2 in the region in contact with the InAs-7 contact layer in the Inx Ga+- It is higher than that. The contact resistance is even lower at 4×10 −8 ΩC.

なお、各半導体層の不純物濃度や厚さについては、実施
例に限定されることなく必要に応じて適宜変更可能であ
る。
Note that the impurity concentration and thickness of each semiconductor layer are not limited to the embodiments and can be changed as necessary.

加えて、その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することが可能である。
In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof.

〔効果〕〔effect〕

以上説明してきたように、本発明によれば、n型Al 
x Gal− X As層へのコンタクトを、lnx 
Ga+− xAs組成傾斜層と組成が一様なlnx G
a+− x Asコンタクト層と電極金属層とによって
形成するに際し、lnx Ga1− x As組成傾斜
層をn型として活性化される不純物濃度よりも多いn型
不純物をドープするようにしているため、Inx Ga
1− X As組成傾斜層の厚さを十分薄くしたままで
もこの部分におけるキ八ヤリア濃度の低下による高抵抗
化もなく、低抵抗のコンタクトを形成することか可能と
なる。
As explained above, according to the present invention, n-type Al
x Gal-
Ga+- xAs composition gradient layer and lnx G with uniform composition
When forming the a+- x As contact layer and the electrode metal layer, the Inx Ga1- Ga
Even if the thickness of the 1-X As compositionally graded layer is kept sufficiently thin, there is no increase in resistance due to a decrease in the carrier concentration in this portion, making it possible to form a contact with low resistance.

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

第1図は本発明の第1の実施例のへテロ接合バイポーラ
トランジスタを示す断面図、第2図(a)は同トランジ
スタのエミッタコンタクト部の各層のn型不純物濃度と
深さとの関係を示す断面図、第2図(b)はキャリア濃
度と深さとの関係を示す断面図、第3図(a)は本発明
の第2の実施例の同トランジスタのエミッタコンタクト
部の各層のn型不純物濃度と深さとの関係を示す断面図
、第3図(b)は同トランジスタのキャリア濃度と深さ
との関係を示す断面図、第4図(a)は本発明の第3の
実施例の同トランジスタのエミッタコンタクト部の各層
のn型不純物濃度と深さとの関係を示す断面図、第4図
(b)は同トランジスタのキャリア濃度と深さとの関係
を示す断面図、第5図はn型GaAs/n十型1nx 
Ga+− x As/ InAs電極構造の理想的エネ
ルギーバンド図、第6図は従来のシリコンドープn型G
aAs/n十型!nx Ga+− x As/ lnA
s電極構造における各層のキャリア濃度と深さとの関係
を示す断面図である。 1・・・半絶縁性GaAs基板、2−n十型GaAs層
、3−−・n一型GaAs層、4 − p +GaAs
層、5−n型^lo、a Gao.y As層、6・=
n型^1 x Ga+− x As組成傾斜層(x−0
.3 −+0 ) 、7=・n+型GaAs層、8− 
 n+型Inx Ga+− x As組成傾斜層(x 
−0 −”1) 、’L・・n十型I nAs層、10
・・・エミツタ電極、11・・・ベース電極、12・・
・コレクタ電極。 完 1 図 (0) (b) 第2 図 第5図 500 0  5C0100015の 距1! (A) 第6図 InAsコンタ7ト,胃 500 05001αy:>+5oo 距稚(八) (0) 第3 Inたコン97ト眉 距離(人) (0.) 第4 [nAsコンフフト5i 距雅(A) (b) 図 距W fA) (b) 図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heterojunction bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2(a) shows the relationship between the n-type impurity concentration and depth of each layer of the emitter contact portion of the same transistor. 2(b) is a sectional view showing the relationship between carrier concentration and depth, and FIG. 3(a) is a sectional view showing the n-type impurity in each layer of the emitter contact portion of the same transistor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3(b) is a cross-sectional view showing the relationship between the carrier concentration and depth of the transistor, and FIG. 4(a) is a cross-sectional view showing the relationship between the carrier concentration and depth of the same transistor. A cross-sectional view showing the relationship between the n-type impurity concentration and depth of each layer of the emitter contact portion of a transistor, FIG. 4(b) is a cross-sectional view showing the relationship between the carrier concentration and depth of the transistor, and FIG. 5 is an n-type impurity concentration. GaAs/n type 1nx
Ideal energy band diagram of Ga+- x As/InAs electrode structure, Figure 6 shows conventional silicon-doped n-type G
aAs/n type 10! nx Ga+- x As/ lnA
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the relationship between carrier concentration and depth of each layer in the s-electrode structure. 1...Semi-insulating GaAs substrate, 2-n 10 type GaAs layer, 3--n 1 type GaAs layer, 4-p+GaAs
layer, 5-n type ^lo, a Gao. y As layer, 6.=
n-type^1 x Ga+- x As composition gradient layer (x-0
.. 3 −+0), 7=・n+ type GaAs layer, 8−
n+ type Inx Ga+- x As composition gradient layer (x
-0-"1), 'L...n ten-type InAs layer, 10
... Emitter electrode, 11... Base electrode, 12...
・Collector electrode. Complete 1 Figure (0) (b) Figure 2 Figure 5 Distance 1 of 500 0 5C0100015! (A) Fig. 6 InAs contour 7, stomach 500 05001 αy: > + 5oo distance (8) (0) 3rd Intacon 97 eyebrow distance (person) (0.) 4th [nAs comfort 5i distance ( A) (b) Figure distance W fA) (b) Figure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)n型Al_xGa_1_−_xAs層(0≦x≦
1)と、組成が徐々に変化するIn_xGa_1_−_
xAs(0≦x≦1)組成傾斜層と、 組成の一様なIn_xGa_1_−_xAs(0<x≦
1)コンタクト層と 金属電極層とからなるコンタクト構造を含 む化合物半導体装置において、 前記In_xGa_1_−_xAs組成傾斜層がn型と
して活性化される不純物濃度よりも多いn型不純物をド
ープしたもので構成されていることを特徴とする化合物
半導体装置
(1) n-type Al_xGa_1_-_xAs layer (0≦x≦
1) and In_xGa_1_-_ whose composition gradually changes
xAs (0≦x≦1) composition gradient layer and uniform composition In_xGa_1_-_xAs (0<x≦
1) In a compound semiconductor device including a contact structure consisting of a contact layer and a metal electrode layer, the In_xGa_1_-_xAs compositionally graded layer is doped with an n-type impurity higher than an impurity concentration that is activated as an n-type. A compound semiconductor device characterized by
(2)前記In_xGa_1_−_xAs組成傾斜層中
の、前記In_xGa_1_−_xAsコンタクト層に
接する領域のキャリア濃度が、前記Al_xGa_1_
−_xAs層に接する領域のキャリア濃度よりも高くな
るように構成したことを特徴とする請求項(1)に記載
の化合物半導体装置。
(2) The carrier concentration in the region in contact with the In_xGa_1_-_xAs contact layer in the In_xGa_1_-_xAs compositionally graded layer is such that the Al_xGa_1_
-_x The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is configured to have a higher carrier concentration than the region in contact with the As layer.
(3)前記In_xGa_1_−_xAs組成傾斜層中
の、前記Al_xGa_1_−_xAs層に接する領域
のn型不純物濃度が、前記In_xGa_1_−_xA
sコンタクト層に接する領域のn型不純物濃度よりも高
くなるように構成したことを特徴とする請求項(1)ま
たは(2)に記載の化合物半導体装置。
(3) The n-type impurity concentration of the region in contact with the Al_xGa_1_-_xAs layer in the In_xGa_1_-_xAs compositionally graded layer is such that the In_xGa_1_-_xA
3. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is configured to have a higher n-type impurity concentration than a region in contact with the s-contact layer.
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DE69030355T DE69030355T2 (en) 1989-11-27 1990-11-23 Compound semiconductor arrangement
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005260255A (en) * 1996-02-19 2005-09-22 Sharp Corp Compound semiconductor device and manufacturing method thereof

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