JPH0575169B2

JPH0575169B2 -

Info

Publication number: JPH0575169B2
Application number: JP60295201A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Eda; Masaki Inada; Toshimichi Oota
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-12-25
Filing date: 1985-12-25
Publication date: 1993-10-20
Also published as: JPS62152164A

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６図に示す。図において、１３はｎ型シリコン
基板、１４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、１５は拡散によつ
て設けられたｐ型ベース、１６は拡散または合金
によつて設けられたｎ型エミツタ、１７はコレク
タ電極、１８はベース電極、１９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はわちシリコンを
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1000Å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、エミツターベース
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Ａ１_xGa_1-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（2） (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
ツター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
ではベース電極の取出しが困難であり、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７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）である。図におい
て、２０はｎ型GaAs基板、２１はコレクタを形
成するｎ型GaAs、２２はベースを形成するｐ型
GaAs、２３はエミツタを形成するｎ型Ａ１_x
Ga_1-xAs、２４はベース電極取り出しのためのｐ
型Ａ１_xGa_1-xAsP２５はコレクタ電極、２６はベ
ース電極、２７はエミツタ電極である。

まず２０のGaAs基板上に、液相エピタキシヤ
ル法により、２１，２２，２３の各層を形成す
る。つぎにメサエツチングにより、２１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２４のベース電極取り出しの
ためのｐ型Ａ１_xGa_1-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、再成長時にベース
層とベース電極取出し層の間にトラツプが形成さ
れやすい。再成長時の温度をあげればトラツプが
減少するが、ドーパントの相互拡散が起り接合部
の急峻性がくずれ特性が低下する。そのためベー
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困難であつ
た。

また本従来例では、マスク合せの関係からエミ
ツタ部の面積は、エミツタ電極の面積よりも大き
くなつている。すなわちｐ型ベース層とｎ型エミ
ツタ層との接合面積がエミツタ電極面積よりも大
きく、そのため電極の大きさの割にはエミツター
ベース接合容量、すなわちエミツタ容量Ceが大
きかつた。

ところで、トランジスタの電流増幅率が１とな
る最大周波数Ftは Ft＝（１／2π）・（Ａ・Ce＋Ｂ）^-1 (2) Ａ、Ｂ；定数で与えられる。

従つて、エミツタ容量Ceが増大すると高周波
特性が悪化する。

本従来例において、エミツタを基板側に、コレ
クタを上側に形成すればコレクタ容量がその電極
面積の割に大きいものとなり、これもやはり(1)式
からわかるように高周波特性に好ましくない。

また本従来例の構造の場合、前述の如くマスク
合せの関係からエミツタ電極の面積は、エミツタ
部の面積よりも小さくなつている。エミツタ電極
の面積はできるだけ大きい方が良い。なぜなら電
極のコンタクト抵抗がその面積に比例し、コンタ
クト抵抗はトランジスタの容量分の充電時間をお
そくするためやはり高周波特性を低下させるから
である。

発明が解決しようとする問題点このように従来の構成では、ベース長が短くか
つ抵抗が低く、接合容量が小さくかつ電極コンタ
クト抵抗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低く、更に接合容量が小さ
く、更にやはり高周波特性に関係する直列抵抗と
なる電極コンタクト抵抗の低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、あらかじ
め、その上に絶縁膜を有する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該絶
縁膜、該ベース電極取り出し層の一部を除去した
のち、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、該薄膜化されたベース電極取
出し層または該露出コレクタ（またはエミツタ）
層上部には、極めて薄いベース層とエミツタ（ま
たはコレクタ）層を、また該絶縁膜上部には半絶
縁性多結晶状膜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
長の極めて短くかつ低く、更に接合容量が小さ
く、更に電極コンタクト抵抗の低い構造を提供す
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
て短くかつ低く、更に接合容量が小さく、更に電
極コンタクト抵抗が低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コレクタ１層（電極取出し
層）、３はｎ型GaAsコレクタ２層、４はｐ型
GaAsベース１層（電極取出し層）、５はｐ型
GaAsベース２層、６はｎ型Ａ１_xGa_1-xAs（ｘ＝
0.3）エミツタ１層、７はｎ＋型GaAsエミツタ２
層（電極取出し層）、８はコレクタ電極、９はベ
ース電極、１０はエミツタ電極である。

１１はSiO₂絶縁膜、１１上部の５，６，７斜
線部はSiO₂膜上に形成されたため半絶縁化した
多結晶状膜である。

各層の厚みは、１の半絶縁性GaAs基板が400μ
ｍ、２のｎ＋型GaAsコレクタ１層が4000Å、３
のｎ型GaAsコレクタ２層が2000Å、４のｐ型
GaAsベース１層が5000Å、５のｐ型GaAsベー
ス２層が400Å、６のｎ型Ａ１_xGa_1-xAsエミツタ
１層は1500Å、７の電極取出し用ｎ＋型GaAsエ
ミツタ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。
１１のSiO₂膜は1000Åであり化学気相成長によ
り形成された。

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、
２，３，４の各層を所定の厚みに形成した。次に
化学気相成長により１１のSiO₂膜を2000Å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、１１の
SiO₂膜、４のｐ型GaAsベース１層一部をエツチ
ングして、３のコレクタ２層の一部を露出させ
た。この場合エツチングは第２図の点線で示した
ように、コレクタ層内まですすんでもかまわない
し、また４のベース１層を薄く残しておいても良
い。SiO₂膜のエツチングはフツ酸で、GaAsのエ
ツチングは、H₂SO₄−H₂O₂−H₂の混合液を用い
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、フツ酸で
SiO₂を1000Å除去して、第４図に示すように４
のｐ型ベース電極取出し層の一部の頭出しを行な
つた。

次に全体の上から分子線エピタキシーにより、
400Åのｐ型GaAsベース２層および1500Åのｎ
型Ａ１_xGa_1-xAsエミツタ１層、1500Åのｎ＋型
GaAsエミツタ２層を第５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、該絶縁膜
のある部分の一部をH₂SO₄−H₂O₂−H₂O混合液
およびフツ酸を用いてエツチングし、ベース１層
およびコレクタ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、該露出コレクタ層上部に成長したエ
ミツタ２上に１０のエミツタ電極を、露出させた
ベース、コレクタ層に、それぞれ９，８のベース
電極、コレクタ電極を形成した。

本実施例の製造のエミツタ容量Ceは、再成長
部のエミツタとベースの接合面積に比例する。本
実施例の場合、露出コレクタ層上部にエピタキシ
ヤル成長した接合部面積と絶縁膜上部に成長した
多結晶状膜接合部面積の和となる。本実施例では
５のｐ型ベースを形成するためにBeを用い１・
10¹⁹／cm³のドーピングを、また６のエミツタ１層
を形成するためにSiを用い５・10¹⁷／cm³のドーピ
ングを行なつた。しかしえられた多結晶状膜は
10⁶オームの高抵抗を示し半絶縁性となつていた。
そのためこの部分の接合容量はほとんど無視する
ことができる。したがつてエミツタベース接合部
の面積は露出コレクタ部の面積とほぼ同一となり
最小とすることができる。またエミツタ電極をエ
ミツタエピタキシヤル成長部面積より大きくとつ
ても、多結晶状膜の半絶縁性のためにシヨートや
寄生容量などの問題が発生しない。すなわちコレ
クタ、エミツタ、エミツタ電極のセルフアライン
構造となつている。したがつてエミツタ電極をエ
ミツタ領域全面に形成することができる。コンタ
クト抵抗は電極との接合部の面積に比例するの
で、これによりエミツタコンタクト抵抗を最小に
することができる。

直列抵抗の減少は容量分への充電時間を早める
ので高周波特性の改善に大いに貢献する。

本実施例の方法で、単にエミツタとコレクタを
おきかえて作れば、コレクタ容量を小さくするこ
とができる。またコレクタの電極コンタクト抵抗
を小さくすることができる。電極のコンタクト抵
抗が問題となるのは、その面積の小さいほうであ
り、この場合にはコレクタ電極となる。いずれに
しても本実施例の方法を用いれば接合容量及び電
極コンタクト抵抗を減らすことができ、高周波特
性を改善することができる。

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 ……(3) 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 ……(4) 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
度を極めて高くしている。（実施例では１・
10¹⁹／cm³のキヤリア濃度を用いた）他に、実際ベ
ースとして動作する以外の部分の厚みが5000Åと
厚いため、ベースの引出しにまつわるベース抵抗
を極めて低くできる。また本実施例の製造方法を
用いれば、極めて薄いベースに対してもその引出
しは極めて容易である。

また、本実施例によれば、接合容量（Ceまた
はCc）、ベース抵抗Rb、ベース長Lb、直列コン
タクト抵抗のすべてを同時に減少させることがで
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。さらに接合容量も小さくなつ
た。更にベース抵抗、電極コンタクト抵抗も小さ
くなつた。以上のことから、エミツタ面積を同一
寸法にした場合、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。

本実施例では絶縁膜としてSiO₂をもちいたが
SiNでも同様な結果が得られており、その上に半
導体がエピタキシヤル成長しない絶縁膜であれば
よい。

また本実施例では、半導体としてGaAs−Al_x
Ga_l-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、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型にすることもできる。

本実施例では、基板側にコレクタを、上部にエ
ミツタを形成したが、前述した如く同様の製造方
法により基板側にエミツタを、上部にコレクタを
形成することもできる。この場合にも接合容量と
電極コンタクト抵抗を小さくでき、高周波特性を
改善できることはあきらかである。

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
くかつ抵抗を低くし、更に接合容量を小さくし、
更にコンタクト抵抗を低くすることにより、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図は本発明によるバイポーラトランジスタ
の製造方法を用いて形成したトランジスタの断面
図、第２図〜第５図はその製造途中の断面図、第
６図は従来のバイポーラトランジスタの断面図、
第７図は従来のヘテロ接合トランジスタの断面図
である。１……半絶縁性GaAs基板、２……ｎ＋GaAs
コレクタ（またはエミツタ）１層（電極取り出し
層）、３……ｎ型GaAsコレクタ（またはエミツ
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エミツタ（またはコレクタ）１層、
７……ｎ＋GaAsエミツタ（またはコレクタ）２
層（電極取り出し層）、８……コレクタ（または
エミツタ）電極、９……ベース電極、１０……エ
ミツタ（またはコレクタ）電極、１１……絶縁
膜、１２……レジスト。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体基板の上にコレクタ（またはエミツ
タ）層及びベース電極取り出し層を順次エピタキ
シヤル成長し、更にその上に絶縁膜を形成した
後、該絶縁膜、該ベース電極取出し層の一部をエ
ツチングにより除去して、核ベース電極取出し層
の一部を薄膜化ないしは該コレクタ（またはエミ
ツタ）層の一部を露出させ、その上にベース層、
エミツタ（またはコレクタ）層を順次エピタキシ
ヤル成長させ、その時該絶縁膜上部には半絶縁性
多結晶状膜で成長させることによつて、エミツタ
（またはコレクタ）−ベース接合容量を低減しかつ
エピタキシヤル成長したエミツタ（またはコレク
タ）部を他から絶縁するようにし、該エミツタ
（またはコレクタ）部上部全面にエミツタ（また
はコレクタ）電極を、また該半絶縁性多結晶状膜
のある部分の一部をエツチングして、該ベース
層、該コレクタ（またはエミツタ）層の一部を露
出させ、それぞれにベース電極、コレクタ（また
はエミツタ）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。４絶縁膜として酸化珪素または窒化珪素を用い
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。