JPH0337317B2 - - Google Patents
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- JPH0337317B2 JPH0337317B2 JP60144571A JP14457185A JPH0337317B2 JP H0337317 B2 JPH0337317 B2 JP H0337317B2 JP 60144571 A JP60144571 A JP 60144571A JP 14457185 A JP14457185 A JP 14457185A JP H0337317 B2 JPH0337317 B2 JP H0337317B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/30—Devices controlled by electric currents or voltages
- H10D48/32—Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H10D48/36—Unipolar devices
- H10D48/362—Unipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions, e.g. hot electron transistors [HET], metal base transistors [MBT], resonant tunnelling transistors [RTT], bulk barrier transistors [BBT], planar doped barrier transistors [PDBT] or charge injection transistors [CHINT]
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はホツトエレクトロントランジスタ
（Hot Electron Transistor；HET）或いは
THETA（Tunneling Hot Electron Transfer
Amplifier）と呼ばれる新しく開発されつつある
半導体装置の製造方法の改善に関する。 現在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進
歩を続けているが、更にこれを飛躍させるため
に、従来のトランジスタとは異なる動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。 前記HETはこの様な新しい動作原理に基づく
半導体装置であるが、そのベースコンタクトには
後述の如き問題点がありこれを解決する製造方法
が強く要望されている。 〔従来の技術〕 先に提案されたHETでは、第３図ａのポテン
シヤル図に示す動作が行われる。（M.Heiblum；
1980IEEE Electron Devices Meeting） すなわち本装置はエミツタ、ベース、コレクタ
の３領域と、ベースとエミツタ及びコレクタとの
間にそれぞれポテンシヤルバリアを備えている。
この装置に例えば温度77Kにおいて、エミツタを
ベースに対して負の電位とするバイアス電圧を加
えたとき、電子がエミツタ−ベース間のバリアを
トンネル効果により突き抜けて、エミツタ電流IE
を構成する。 この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、ベース領域においてはエミツタ−ベース間の
電位差VBEによつて伝導帯端に対してeVBEだけ高
いエネルギー準位にある。電子はこのエネルギー
によりホツトエレクトロン状態でコレクタに向か
つて進み、電子相互間、電子−格子間及び電子−
不純物原子間の衝突を総合したこの方向（Ｘ方
向）の平均自由行程をleとするとき、長さdBのベ
ース領域を電子が通過する確率はexp（−dB／le）
である。 ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高
さをφC、電子ビームのエネルギーの正常な幅の
１／２をδとして、電子の前記エネルギー準位差の
Ｘ成分がφC＋δより大であるときは、エミツタ
電流IEの大部分はコレクタ側のバリアφCを越え、
ベース接地電流増幅率α＝IC／IEを１に漸近させ
ることが出来る。 このHETを半導体装置として実現した従来例
の模式側断面図を第３図ｂに示す。 同図において、２１は半絶縁性砒化ガリウム
（GaAs）基板、２２及び２８はn+型GaAsコンタ
クト層、２３はｎ型GaAsコレクタ層、２４は砒
化アルミニウムガリウム（AlGaAs）バリア層、
２５はｎ型GaAsベース層、２６はAlGaAsバリ
ア層、２７はｎ型GaAsエミツタ層、３０はコレ
クタ電極、３１はベース電極、３２はエミツタ電
極、３３は保護絶縁膜である。 本従来例の半導体基体のコレクタ層２３乃至エ
ミツタ層２７は例えば下記例の如く構成されてい
る。
（Hot Electron Transistor；HET）或いは
THETA（Tunneling Hot Electron Transfer
Amplifier）と呼ばれる新しく開発されつつある
半導体装置の製造方法の改善に関する。 現在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進
歩を続けているが、更にこれを飛躍させるため
に、従来のトランジスタとは異なる動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。 前記HETはこの様な新しい動作原理に基づく
半導体装置であるが、そのベースコンタクトには
後述の如き問題点がありこれを解決する製造方法
が強く要望されている。 〔従来の技術〕 先に提案されたHETでは、第３図ａのポテン
シヤル図に示す動作が行われる。（M.Heiblum；
1980IEEE Electron Devices Meeting） すなわち本装置はエミツタ、ベース、コレクタ
の３領域と、ベースとエミツタ及びコレクタとの
間にそれぞれポテンシヤルバリアを備えている。
この装置に例えば温度77Kにおいて、エミツタを
ベースに対して負の電位とするバイアス電圧を加
えたとき、電子がエミツタ−ベース間のバリアを
トンネル効果により突き抜けて、エミツタ電流IE
を構成する。 この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、ベース領域においてはエミツタ−ベース間の
電位差VBEによつて伝導帯端に対してeVBEだけ高
いエネルギー準位にある。電子はこのエネルギー
によりホツトエレクトロン状態でコレクタに向か
つて進み、電子相互間、電子−格子間及び電子−
不純物原子間の衝突を総合したこの方向（Ｘ方
向）の平均自由行程をleとするとき、長さdBのベ
ース領域を電子が通過する確率はexp（−dB／le）
である。 ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高
さをφC、電子ビームのエネルギーの正常な幅の
１／２をδとして、電子の前記エネルギー準位差の
Ｘ成分がφC＋δより大であるときは、エミツタ
電流IEの大部分はコレクタ側のバリアφCを越え、
ベース接地電流増幅率α＝IC／IEを１に漸近させ
ることが出来る。 このHETを半導体装置として実現した従来例
の模式側断面図を第３図ｂに示す。 同図において、２１は半絶縁性砒化ガリウム
（GaAs）基板、２２及び２８はn+型GaAsコンタ
クト層、２３はｎ型GaAsコレクタ層、２４は砒
化アルミニウムガリウム（AlGaAs）バリア層、
２５はｎ型GaAsベース層、２６はAlGaAsバリ
ア層、２７はｎ型GaAsエミツタ層、３０はコレ
クタ電極、３１はベース電極、３２はエミツタ電
極、３３は保護絶縁膜である。 本従来例の半導体基体のコレクタ層２３乃至エ
ミツタ層２７は例えば下記例の如く構成されてい
る。
前者のベース層に直接ベース電極を形成する製
造方法では、合金化領域がベース電極下のバリア
を損ないベース−コレクタ間の漏れ乃至短絡を招
き易く、また後者のベースコンタクト層を選択再
成長する製造方法では、選択エツチングをベース
層で停止する制御が極めて困難である。 従つて従来報告されている例ではベース層を厚
くすることなどを余儀無くされており、HETの
目標とする増幅率、動作時間等の特性から大きく
隔たつている。 この新しい半導体装置に期待される特性を実現
するために、ベースコンタクト形成の制約を排除
するHETの製造方法の改善が切望されている。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、半絶縁性砒化ガリウム基板上
に、ノンドープの砒化ガリウム・バツフア層とシ
リコンをドープしたｎ型砒化ガリウム・コレクタ
層とを成長し、ストライプ状のメサ形に該バツフ
ア層までエツチングして該コレクタ層を部分的に
残し、該エツチング領域にノンドープの砒化ガリ
ウム埋め込み層を該コレクタ層と等しい高さに成
長し、該コレクタ層及び該埋め込み層上に、砒化
アルミニウムガリウム第１バリア層、砒化ガリウ
ム・ベース層、砒化アルミニウムガリウム第２バ
リア層、シリコンをドープしたｎ型砒化ガリウ
ム・エミツタ層を順次積層成長し、該エミツタ層
を選択的にエツチングして該コレクタ層上にエミ
ツタ領域を画定し、次いで該エミツタ領域に接し
金ゲルマニウム／金／タングステンシリサイドか
らなるエミツタ電極と、該コレクタ層上で該第２
バリア層に接し金ゲルマニウム／金からなるコレ
クタ電極と、該埋め込み層上で該第２バリア層に
接し金ゲルマニウム／金からなるベース電極とを
形成し、熱処理により該コレクタ層に達するコレ
クタ合金化領域及び該ベース層を越えるベース合
金化領域を形成し、かつ該コレクタ合金化領域を
該コレクタ層以外の領域から電気的に分離する絶
縁分離領域を形成する工程を有する本発明による
ホツトエレクトロントランジスタの製造方法によ
り解決される。 〔作用〕 本発明の製造方法においては、半導体基板上に
成長したコレクタ層をメサ形にエツチングし、エ
ツチングされた領域にノンドープの埋め込み層を
成長して、HETのエミツタ→バリア→ベース→
バリア→コレクタからなる動作領域とコレクタ電
極の引出しに必要なストライプ状の範囲にコレク
タ層を画定し、その周囲は電気的に分離される状
態として、ベース電極はこの埋め込み層上に形成
する。 この結果従来の如きベース層とコレクタ層間の
干渉がなくなり、ベースコンタクトに必要な合金
化領域等が制約されず、良好なオーミツク接触を
確保し、かつベース層の厚さ等の選択の自由度の
拡大が可能となる。 〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図ａ乃至ｇは本発明の実施例の工程順模式
側断面図であり、図ａ乃至ｅは同一切断面による
側断面図、図ｆ，ｇはこれに直交する２切断面に
よる側断面図である。 半絶縁性GaAs基板１上に分子線エピタキシヤ
ル成長方法（MEB法）等により、例えば厚さ
0.3μｍ程度のノンドープのGaAsバツフア層２を
介して、例えばシリコン（Si）を５×1013cm-3程
度の高濃度にドープしたｎ型GaAsコレクタ層３
を厚さ0.3μｍ程度にエピタキシヤル成長する。
〔第１図ａ〕 このコレクタ層３上に、例えば二酸化シリコン
SiO2）のマスク４を設けてエツチング処理を行
い、コレクタ層３をストライプ状のメサ形に成形
する。〔第１図ｂ〕ただし同図はストライプに垂
直方向の側断面を示す。 マスク４を除去することなく、MBE法等によ
りノンドープのGaAs埋め込み層５をコレクタ層
３と等しい高さに成長する。この際にマスク４上
には多結晶状態のGaAsが堆積するが、これを弗
酸により除去しマスク４も除去する。〔第１図ｃ〕 コレクタ層３及び埋め込み層５上にMBE法等
により、AlGaAs第１バリア層６、GaAsベース
層７、AlGaAs第２バリア層８及びｎ型GaAsエ
ミツタ層９を、例えば下記例の如く順次積層成長
する。〔第１図ｄ〕
造方法では、合金化領域がベース電極下のバリア
を損ないベース−コレクタ間の漏れ乃至短絡を招
き易く、また後者のベースコンタクト層を選択再
成長する製造方法では、選択エツチングをベース
層で停止する制御が極めて困難である。 従つて従来報告されている例ではベース層を厚
くすることなどを余儀無くされており、HETの
目標とする増幅率、動作時間等の特性から大きく
隔たつている。 この新しい半導体装置に期待される特性を実現
するために、ベースコンタクト形成の制約を排除
するHETの製造方法の改善が切望されている。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、半絶縁性砒化ガリウム基板上
に、ノンドープの砒化ガリウム・バツフア層とシ
リコンをドープしたｎ型砒化ガリウム・コレクタ
層とを成長し、ストライプ状のメサ形に該バツフ
ア層までエツチングして該コレクタ層を部分的に
残し、該エツチング領域にノンドープの砒化ガリ
ウム埋め込み層を該コレクタ層と等しい高さに成
長し、該コレクタ層及び該埋め込み層上に、砒化
アルミニウムガリウム第１バリア層、砒化ガリウ
ム・ベース層、砒化アルミニウムガリウム第２バ
リア層、シリコンをドープしたｎ型砒化ガリウ
ム・エミツタ層を順次積層成長し、該エミツタ層
を選択的にエツチングして該コレクタ層上にエミ
ツタ領域を画定し、次いで該エミツタ領域に接し
金ゲルマニウム／金／タングステンシリサイドか
らなるエミツタ電極と、該コレクタ層上で該第２
バリア層に接し金ゲルマニウム／金からなるコレ
クタ電極と、該埋め込み層上で該第２バリア層に
接し金ゲルマニウム／金からなるベース電極とを
形成し、熱処理により該コレクタ層に達するコレ
クタ合金化領域及び該ベース層を越えるベース合
金化領域を形成し、かつ該コレクタ合金化領域を
該コレクタ層以外の領域から電気的に分離する絶
縁分離領域を形成する工程を有する本発明による
ホツトエレクトロントランジスタの製造方法によ
り解決される。 〔作用〕 本発明の製造方法においては、半導体基板上に
成長したコレクタ層をメサ形にエツチングし、エ
ツチングされた領域にノンドープの埋め込み層を
成長して、HETのエミツタ→バリア→ベース→
バリア→コレクタからなる動作領域とコレクタ電
極の引出しに必要なストライプ状の範囲にコレク
タ層を画定し、その周囲は電気的に分離される状
態として、ベース電極はこの埋め込み層上に形成
する。 この結果従来の如きベース層とコレクタ層間の
干渉がなくなり、ベースコンタクトに必要な合金
化領域等が制約されず、良好なオーミツク接触を
確保し、かつベース層の厚さ等の選択の自由度の
拡大が可能となる。 〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図ａ乃至ｇは本発明の実施例の工程順模式
側断面図であり、図ａ乃至ｅは同一切断面による
側断面図、図ｆ，ｇはこれに直交する２切断面に
よる側断面図である。 半絶縁性GaAs基板１上に分子線エピタキシヤ
ル成長方法（MEB法）等により、例えば厚さ
0.3μｍ程度のノンドープのGaAsバツフア層２を
介して、例えばシリコン（Si）を５×1013cm-3程
度の高濃度にドープしたｎ型GaAsコレクタ層３
を厚さ0.3μｍ程度にエピタキシヤル成長する。
〔第１図ａ〕 このコレクタ層３上に、例えば二酸化シリコン
SiO2）のマスク４を設けてエツチング処理を行
い、コレクタ層３をストライプ状のメサ形に成形
する。〔第１図ｂ〕ただし同図はストライプに垂
直方向の側断面を示す。 マスク４を除去することなく、MBE法等によ
りノンドープのGaAs埋め込み層５をコレクタ層
３と等しい高さに成長する。この際にマスク４上
には多結晶状態のGaAsが堆積するが、これを弗
酸により除去しマスク４も除去する。〔第１図ｃ〕 コレクタ層３及び埋め込み層５上にMBE法等
により、AlGaAs第１バリア層６、GaAsベース
層７、AlGaAs第２バリア層８及びｎ型GaAsエ
ミツタ層９を、例えば下記例の如く順次積層成長
する。〔第１図ｄ〕
以上説明した如く本発明によれば、ベース電極
及びその合金化領域がコレクタ層から分離された
領域にコンタクト形成上の制約なく設けられ、ベ
ース層自体の自由度も増加し、抵抗値の低減、電
流増幅率の向上などの特性改善が実現され、
HETの開発が大きく前進する効果が得られる。
及びその合金化領域がコレクタ層から分離された
領域にコンタクト形成上の制約なく設けられ、ベ
ース層自体の自由度も増加し、抵抗値の低減、電
流増幅率の向上などの特性改善が実現され、
HETの開発が大きく前進する効果が得られる。
第１図ａ乃至ｇは本発明の実施例を示す工程順
模式側断面図、第２図は本実施例の伝導帯のダイ
アグラム、第３図ａはHETの動作の説明図、第
３図ｂは従来例を示す模式側断面図である。 図において、 １は半絶縁性GaAs基板、２はノンドープの
GaAsバツフア層、３はｎ型GaAsコレクタ層、
４はマスク、５はノンドープのGaAs埋め込み
層、６はAlGaAs第１バリア層、（６ａはノンド
ープ、６ｂはｎ型、６ｃはノンドープ）、７はノ
ンドープのGaAsベース層、８はAlGaAs第２バ
リア層、（８ａはノンドープ、８ｂはｎ型）、９は
ｎ型GaAsエミツタ層、９Ｅはエミツタ領域、１
０はコレクタ電極、１０Ａはコレクタ合金化領
域、１１はベース電極、１１Ａはベース合金化領
域、１２はエミツタ電極、１３絶縁分離領域を示
す。
模式側断面図、第２図は本実施例の伝導帯のダイ
アグラム、第３図ａはHETの動作の説明図、第
３図ｂは従来例を示す模式側断面図である。 図において、 １は半絶縁性GaAs基板、２はノンドープの
GaAsバツフア層、３はｎ型GaAsコレクタ層、
４はマスク、５はノンドープのGaAs埋め込み
層、６はAlGaAs第１バリア層、（６ａはノンド
ープ、６ｂはｎ型、６ｃはノンドープ）、７はノ
ンドープのGaAsベース層、８はAlGaAs第２バ
リア層、（８ａはノンドープ、８ｂはｎ型）、９は
ｎ型GaAsエミツタ層、９Ｅはエミツタ領域、１
０はコレクタ電極、１０Ａはコレクタ合金化領
域、１１はベース電極、１１Ａはベース合金化領
域、１２はエミツタ電極、１３絶縁分離領域を示
す。
Claims (1)
- １ 半絶縁性砒化ガリウム基板１上に、ノンドー
プの砒化ガリウム・バツフア層２とシリコンをド
ープしたｎ型砒化ガリウム・コレクタ層３とを成
長し、ストライプ状のメサ形に該バツフア層２ま
でエツチングして該コレクタ層３を部分的に残
し、該エツチング領域にノンドープの砒化ガリウ
ム埋め込み層５を該コレクタ層３と等しい高さに
成長し、該コレクタ層３及び該埋め込み層５上
に、砒化アルミニウムガリウム第１バリア層６、
砒化ガリウム・ベース層７、砒化アルミニウムガ
リウム第２バリア層８、シリコンをドープしたｎ
型砒化ガリウム・エミツタ層９を順次積層成長
し、該エミツタ層９を選択的にエツチングして該
コレクタ層３上にエミツタ領域９Ｅを画定し、次
いで該エミツタ領域９Ｅに接し金ゲルマニウム／
金／タングステンシリサイドからなるエミツタ電
極１２と、該コレクタ層３上で該第２バリア層８
に接し金ゲルマニウム／金からなるコレクタ電極
１０と、該埋め込み層５上で該第２バリア層８に
接し金ゲルマニウム／金からなるベース電極１１
とを形成し、熱処理により該コレクタ層３に達す
るコレクタ合金化領域１０Ａ及び該ベース層７を
越えるベース合金化領域１１Ａを形成し、かつ該
コレクタ合金化領域１０Ａを該コレクタ層３以外
の領域から電気的に分離する絶縁分離領域１３を
形成する工程を有することを特徴とするホツトエ
レクトロントランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144571A JPS627158A (ja) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | ホットエレクトロントランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144571A JPS627158A (ja) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | ホットエレクトロントランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS627158A JPS627158A (ja) | 1987-01-14 |
| JPH0337317B2 true JPH0337317B2 (ja) | 1991-06-05 |
Family
ID=15365293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60144571A Granted JPS627158A (ja) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | ホットエレクトロントランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS627158A (ja) |
-
1985
- 1985-07-03 JP JP60144571A patent/JPS627158A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS627158A (ja) | 1987-01-14 |
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