JPH0453107B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高周波特性に優れたバイポーラトラン
ジスタの製造方法に関するものである。

従来の技術 従来のバイポーラトランジスタの代表的構造を
第５図に示す。図において、１２はｎ型シリコン
基板、１３はエピタキシヤル成長によつてその上
に設けられたｎ＋型コレクタ、１４は拡散によつ
て設けられたｐ型ベース、１５は拡散または合金
によつて設けられたｎ型エミツタ、１６はコレク
タ電極、１７はベース電極、１８はエミツタ電極
である。

これはnpnトランジスタであるが、pnpトラン
ジスタでも同様に構成することができる。

この例は同一の半導体材料すなわちシリコンを
用いて、エミツタ、ベース、コレクタを形成して
いる。

ところで高周波特性に関係するトランジスタの
動作速度は、電子の走行時間に依存する。特にベ
ース走行時間が重要であり、ベース長が短いほど
動作速度は早くなる。したがつてベース長が短い
ほど望ましいわけであるが、このような構造で、
良好なオーミツクコンタクトをとりながら、ベー
ス長を1000〓以下にすることは実際問題としてプ
ロセス的に極めてむつかしい。

ところで、エミツタをベースよりも禁制帯エネ
ルギー幅の大きい半導体を用いて形成（ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ）すると、非常に高い
電流利得の得られることが知られている。これは
材料を適当に選ぶことにより、エミツタ−ベース
接合部のバンド構造を、電子に対してはあまり障
壁にならず、ホールに対して大きな障壁となるよ
うに構成できることによる。その代表的な例は、
エミツタにAlxGa1−xAsを、ベースとコレクタ
にGaAsを用いたものである。

更にこのような構造とすることにより、高周波
特性がいちじるしく改善されることが知られてい
る。バイポーラトランジスタの最大遮断周波数
Fcは Fc＝√１（8） …(1) Rb；ベース抵抗 Cc；コレクタ容量 であらわされる。エミツタをベースよりも禁制帯
エネルギーの大きい半導体を用いて形成すると、
前述の如く、材料を適当に選ぶことにより、エミ
ツタ−ベース接合部のバンド構造を、電子に対し
てはあまり障壁にならず、ホールに対して大きな
障壁となるように構成できる。そのため、ベース
のキヤリア濃度（ホール濃度）を非常に高くする
ことができる。したがつて、ベース抵抗を極端に
小さくすることができ、その結果として最大遮断
周波数Fcの非常に大きな値が得られるものであ
る。しかしベース長を短くすることは、このまま
では困難であり、そのために高周波特性の充分優
れたものが得られていない。

第６図は、このベース電極の取り出しを改良し
た従来例（特公昭55−9830号公報）である。図に
おいて、１９はｎ型GaAs基板、２０はコレクタ
を形成するｎ型GaAs、２１はベースを形成する
ｐ型GaAs、２２はエミツタを形成するｎ型
AlxGa1−xAs、２３はベース電極取り出しのた
めのｐ型AlxGa1−xAs、２４はコレクタ電極、
２５はベース電極、２６はエミツタ電極である。

まず１９のGaAs基板上に、液相エピタキシヤ
ル法により、２０，２１，２２の各層を形成す
る。つぎにメサエツチングにより、２０のコレク
タ層の一部を露出させ、その部分に再び液相エピ
タキシヤルによつて２３のベース電極取り出しの
ためのｐ型AlxGa1−xAs層を形成しそれぞれに
電極を形成したものである。

しかしこのような方法では、最初に形成した２
１のｐ型GaAsベース層と、後から形成した２３
のｐ型AlxGa1−xAsベース電極取り出し層との
間にエネルギーギヤツプと再成長時に形成されて
しまつた界面の電子トラツプが存在するために、
ベース抵抗をそれほどひくくすることができず、
実質上1000Å以下のベース長を得ることはできな
かつた。

またｐ型ベース層とｎ型コレクタ層との接合面
積が大きくコレクタ容量が大きいため、(1)式から
わかるように高周波特性の充分優れたものが得ら
れなかつた。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、ベース長の短いコ
レクタ容量の小さい素子を得ることが困難であ
り、高周波特性の充分優れたものが得られない。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、ベー
ス電極の取り出しの容易さをもつたまま、極めて
ベース長が短くかつコレクタ容量の小さい構造を
提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、基板側に
エミツタを有する構造において、あらかじめ厚い
ベース電極取り出し層を形成しておき、エツチン
グによつてその一部を除去したのち、極めて薄い
ベース層を分子線エピタキシーなどのエピタキシ
ヤル成長技術を用いて再成長し、その上にコレク
タ層を成長させることによつて、ベース電極の取
り出しの容易さを保つたまま、ベース長の極めて
短いかつコレクタ容量の小さい構造を提供するも
のである。

作 用 本発明は上記した構造により、ベース長が極め
て短くかつコレクタ容量が小さいので高周波特性
が改善される。

実施例 第１図は本発明の構造の一実施例を示したもの
である。第１図において、１は半絶縁性GaAs基
板、２はｎ＋型GaAsエミツタ１層（電極取り出
し層）、３はｎ型AlxGa1−xAs（Ｘ＝0.3）エミツ
タ２層、４はｐ型GaAsベース１層（電極取り出
し層）、５はｐ型GaAsベース２層、６はｎ型
GaAsコレクタ１層、７はｎ＋型GaAsコレクタ
２層（電極取り出し層）、８はエミツタ電極、９
はベース電極、１０はコレクタ電極である。

各層の厚みは、１の半絶縁性GaAs基板が400μ
ｍ、２のｎ＋型GaAsエミツタ１層が4000Å、３
のｎ型AlxGa1−xAsエミツタ２層が2000Å、４
のｐ型GaAsベース１層5000Å、５のｐ型GaAs
ベース２層が400Å、６のｎ型GaAsコレクタ１
層は1500Å、７の電極取り出し用ｎ＋型GaAsコ
レクタ２層は1500Åである。２〜７の各層は、分
子線エピタキシー（MBE）によつて形成された。

次に本実施例の素子の製造方法について述べ
る。第２図に示すように、まず１の半絶縁性
GaAs基板の上に分子線エピタキシーにより、２
〜４の各層を所定の厚みに形成した。次に通常の
ホトリソグラフイー法によりレジストマスクを形
成し、このレジストマスクによつて、第３図に示
すように、４のｐ型GaAsベース１層の一部をエ
ツチングして、３のエミツタ２層の一部を露出さ
せた。この場合エツチングは第３図の点線で示し
たように、エミツタ層内まですすんでもかまわな
い。GaAsのエツチングは、H₂SO₄−H₂O₂−
H₂O混合液を用いて行なつた。GaAs基板とし
て、（001）を用いることにより、〔110〕方向から
見て第３図に示すような逆台形の形にエツチング
部を形成することができた。

次にレジストをアセトンで除去し、分子線エピ
タキシーにより、400Åのｐ形GaAsベース２層
および1500Åのｎ型GaAsコレクタ１層、1500Å
のｎ＋型GaAsコレクタ２層を第４図に示すよう
に再成長させた。

次にホトリソグラフイー法によつて、該ベース
１層（電極取り出し層）のある部分の一部を
H₂SO₄−H₂O₂−H₂O混合液を用いてエツチング
し、ベース２ないし１層およびエミツタ１層の一
部を露出させた。

次に、レジスト部をアセトンで除去し、通常の
ホトリソグラフイーおよび真空蒸着および熱処理
技術により、該ベース１層のない部分に１０のコ
レクタ電極を、露出させたベース、エミツタ層
に、それぞれ９，８のベース電極、エミツタ電極
を形成した。

本実施例の構造コレクタ容量Ccは、再成長部
のコレクタとベースの接合面積に比例する。この
面積はコレクタのメサエツチングの面積と同じに
成り、したがつてホトリソグラフイーのマスクの
最小寸法とすることができる。したがつてコレク
タを基板側に形成した場合よりも面積を小さくで
きることは明らかである。コレクタ容量がちいさ
くなれば、(1)式より高周波特性の改善されること
は明らかである。

さらに、本実施例の構造のベース長は、400Å
と極めて短い。バイポーラトランジスタの電子の
走行時間tsは、近似的に以下のように表わされる
ことが知られている。

ts＝（５／２）Rb・Cc＋（Rb／RL）・tb ＋（3Cc＋CL）RL (2) RL；負荷抵抗 tb；ベース走行時間 Cc；負荷容量 一方、ベース走行時間は tb＝Lb／Ve (3) Lb；ベース長 Ve；ベースにおける電子の速度 で与えられる。

本実施例では、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの特徴を生かして、ベース領域のキヤリア濃
度を極めて高くできる（実施例では１・10¹⁹／cm³
のキヤリア濃度を用いた）ため、ベース抵抗Rb
は極めて小さい。更にベース長Lbを400Åという
極めて短い長さに形成しても、容易にベース電極
が形成できるため最大遮断周波数の極めて高い高
周波特性に優れたトランジスタを得ることができ
る。

本実施例で得られたヘテロ接合トランジスタは
予想されたように以下の特徴を示した。まず400
Åという非常に薄いベースに良好なオーミツク電
極を形成することができた。そのためベース走行
時間が短くなつた。さらにコレクタ容量も小さく
なつたことから、同一寸法の場合、従来のものに
比べて高周波特性が非常に向上した。

本実施例では、ベース長として400Åの例を示
したが、分子線エピタキシー技術を用いれば、更
に薄くすることが可能である。そのほかに、例え
ば、有機金属化学気相成長（MO−CVD）法を
用いても同様の薄いベースを作成することができ
る。

また本実施例では、半導体としてGaAs−
AlxGa1−xAsを用いたが、他の半導体材料、例
えばInP−InGaAsP等を用いても作成することが
できる。またAl濃度として、ｘ＝0.3を用いたが、
これは０〜１の範囲で任意に選ぶことができる。

本実施例では、−化合物半導体を用いた
が、シリコン（Si）を用いても分子線エピタキシ
ーにより同様のプロセスを用いて、ベース長400
Åのバイポーラトランジスタを得ることができ
た。得られたSiバイポーラトランジスタも優れた
高周波特性を示した。

本実施例では、エミツタ、コレクタをｎ型に、
ベースをｐ型にしたが、エミツタ、コレクタをｐ
型に、ベースをｎ型にすることができる。

発明の効果 以上述べた如く、本発明は、ベース電極の取り
出しの容易さを保つたまま、ベース長を著しく短
くしかつコレクタ容量を小さくすることにより、
高周波特性に優れたバイポーラトランジスタを、
提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図〜
第４図は本発明の構造を実現するための製造途中
の構造を示す図、第５図は従来のバイポーラトラ
ンジスタの構造を示す図、第６図は従来のヘテロ
接合トランジスタの構造を示す図である。 １……半絶縁性GaAs基板、２……ｎ＋GaAs
エミツタ１層（電極取り出し層）、３……ｎ型
AlxGa1−xAsエミツタ２層、４……ｐ型GaAs
ベース１層（電極取り出し層）、５……ｐ型
GaAsベース２層、６……ｎ型GaAsコレクタ１
層、７……ｎ＋GaAsコレクタ２層（電極取り出
し層）、８……エミツタ電極、９……ベース電極、
１０……コレクタ電極、１１……レジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の上にエミツタ層を形成した後、
   その上にベースと同一導電型のベース電極取り出
   し層を形成し、次に該ベース電極取り出し層の一
   部をエツチングして、該エミツタ層の一部を露出
   させた後、その上にベース層、コレクタ層を順次
   エピタキシヤル成長させ、次に該ベース電極取り
   出し層のない部分に形成された該コレクタ層の上
   に、コレクタ電極を、また該ベース電極取り出し
   層のある部分の一部をエツチングして、該ベース
   層、該エミツタ層の一部を露出させ、それぞれに
   ベース電極、エミツタ電極を形成したことを特徴
   とするバイポーラトランジスタの製造方法。 ２ 少なくともエミツタの禁制帯エネルギー幅が
   ベースの禁制帯エネルギー幅よりも大きいことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のバイポー
   ラトランジスタの製造方法。 ３ −化合物半導体を用いたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のバイポーラトラン
   ジスタの製造方法。