JPH0575170B2 - - Google Patents
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- JPH0575170B2 JPH0575170B2 JP60295211A JP29521185A JPH0575170B2 JP H0575170 B2 JPH0575170 B2 JP H0575170B2 JP 60295211 A JP60295211 A JP 60295211A JP 29521185 A JP29521185 A JP 29521185A JP H0575170 B2 JPH0575170 B2 JP H0575170B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- emitter
- collector
- layer
- base
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Bipolar Transistors (AREA)
Description
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、１４はｎ型シリコン
基板、１５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、１６は拡散によつ
て設けられたｐ型ベース、１７は拡散または合金
によつて設けられたｎ型エミツタ、１８はコレク
タ電極、１９はベース電極、２０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AlxGa1-xAsを、ベースとコレクタに
GaAs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しられてい
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、２１はｎ型GaAs基板、２２はコレクタを形
成するｎ型GaAs、２３はエースを形成するｐ型
GaAs、２４はエミツタを形成するｎ型AlxGa1-x
As、２５はベース電極取り出しのためのｐ型Alx
Ga1-xAs、２６はコレクタ電極、２７はベース電
極、２８はエミツタ電極である。 まず２１のGaAs基板上に、液相エピタキシヤ
ル法により、２２，２３，２４の各層を形成す
る。つぎにメサエツチングにより、２２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２５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、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。 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、そのため電極のわり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。（S.M.Sze；Pysics of
Semiconductor Devices、Jhon Wiiley＆Sons.、
Inc.、pp.283、1969） 従つて、エミツタ容量Ceが大きいと高周波特
性が悪い。 本従来において、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よい。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 このような従来の構成では、ベース長が短くか
つ抵抗が低く、コレクタ容量およびエミツタ容量
の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、更にコレクタ容量およ
びエミツタ容量が小さく、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
め半絶縁性半導体層によつて、コレクタ（または
エミツタ）と分離された、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
ツチングによつて核絶縁膜、核ベース電極取り出
し層及び核半絶縁性半導体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、核露出コレクタ（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、また核絶縁膜上部には
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、ブ
ース長の極めて短くかつ低く、更にコレクタ容量
およびエミツタ容量が小さく、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、更にコレクタ容量およびエミツ
タ容量小さく、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
GsAs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AlxGa1-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、１１はGaAs半
絶縁性半導体層である。１２はSiO2絶縁膜、１
２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5000Å、５のｐ型GaAsベース
２層が400Å、６のｎ型AlxGa1-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、１１のGaAs半絶縁性半導体層
は2000Åである。２〜７，１１の各層は、分子線
エピタキシー（MBE）によつて形成された。１
２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、
２，３，１１，４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１２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、
１２のSiO2膜、４のｐ型GaAsベース１層および
１１の半絶縁性半導体層の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。SiO2
膜のエツチングはフツ酸で、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、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を頭出しを行な
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AlxGa1-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、核絶縁膜
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、核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、コレクタ電極形成した。 本実施例の構造のエミツタ容量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像部に成長した
多結晶状膜接合面積の和となる。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
を性するために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ーベース接合部
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。 本実施例の構造のコレクタ容量と、Ccは５と
３のPn接合部の接合容量と、１１と３の接合部
の接合容量の和となる。 一般にpn接合の容量Cpnは
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、１４はｎ型シリコン
基板、１５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、１６は拡散によつ
て設けられたｐ型ベース、１７は拡散または合金
によつて設けられたｎ型エミツタ、１８はコレク
タ電極、１９はベース電極、２０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AlxGa1-xAsを、ベースとコレクタに
GaAs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しられてい
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、２１はｎ型GaAs基板、２２はコレクタを形
成するｎ型GaAs、２３はエースを形成するｐ型
GaAs、２４はエミツタを形成するｎ型AlxGa1-x
As、２５はベース電極取り出しのためのｐ型Alx
Ga1-xAs、２６はコレクタ電極、２７はベース電
極、２８はエミツタ電極である。 まず２１のGaAs基板上に、液相エピタキシヤ
ル法により、２２，２３，２４の各層を形成す
る。つぎにメサエツチングにより、２２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２５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、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。 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、そのため電極のわり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。（S.M.Sze；Pysics of
Semiconductor Devices、Jhon Wiiley＆Sons.、
Inc.、pp.283、1969） 従つて、エミツタ容量Ceが大きいと高周波特
性が悪い。 本従来において、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よい。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 このような従来の構成では、ベース長が短くか
つ抵抗が低く、コレクタ容量およびエミツタ容量
の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、更にコレクタ容量およ
びエミツタ容量が小さく、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
め半絶縁性半導体層によつて、コレクタ（または
エミツタ）と分離された、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
ツチングによつて核絶縁膜、核ベース電極取り出
し層及び核半絶縁性半導体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、核露出コレクタ（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、また核絶縁膜上部には
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、ブ
ース長の極めて短くかつ低く、更にコレクタ容量
およびエミツタ容量が小さく、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、更にコレクタ容量およびエミツ
タ容量小さく、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
GsAs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AlxGa1-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、１１はGaAs半
絶縁性半導体層である。１２はSiO2絶縁膜、１
２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5000Å、５のｐ型GaAsベース
２層が400Å、６のｎ型AlxGa1-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、１１のGaAs半絶縁性半導体層
は2000Åである。２〜７，１１の各層は、分子線
エピタキシー（MBE）によつて形成された。１
２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、
２，３，１１，４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１２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、
１２のSiO2膜、４のｐ型GaAsベース１層および
１１の半絶縁性半導体層の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。SiO2
膜のエツチングはフツ酸で、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、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を頭出しを行な
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AlxGa1-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、核絶縁膜
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、核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、コレクタ電極形成した。 本実施例の構造のエミツタ容量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像部に成長した
多結晶状膜接合面積の和となる。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
を性するために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ーベース接合部
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。 本実施例の構造のコレクタ容量と、Ccは５と
３のPn接合部の接合容量と、１１と３の接合部
の接合容量の和となる。 一般にpn接合の容量Cpnは
【化】
ａ；接合部面積
ｑ；電荷
NA1；ｐ型半導体のアクセプタ濃度
ND2；ｎ型半導体のドナー濃度
ε1；ｐ型半導体の誘電率
ε2；ｎ型半導体の誘電率
Vb；バイアス電圧
で与えられる。
これより、アクセプタ濃度とドナー濃度の差が
大きい場合には、近似的にその大きさの小さい方
で決ることがわかる。本実施例のｐ型GaAsベー
ス層のアクセプタ濃度は1.1019／cm3、ｎ型GaAs
コレクタ層のドナー濃度は5.1017／cm3である。し
たがつてコレクタ容量は近似的に Cpn〓√2 ……(4) となる。 一方、ｎ＋型GaAs層と、半絶縁性GaAs層と
の接合容量は、半絶縁性層のアクセプタ濃度が
１・1015／cm3以下であるため、接合容量は、この
アクセプタ濃度の平方根に比例し、その値は、(4)
式の値よりもはるかに小さいものとなる。もし半
絶縁性層がない場合には、１１と３の接合容量
は、ｎ＋GaAs層のキヤリア濃度が１・1018／cm3
と大きいため、この部分のコレクタ容量が大きな
ものとなる。Ｐ型GaAsに代えてｐ型AlxGa1-xAs
を用いても接合容量はほとんどかわらない。以上
の理由から、本実施例のように、ｐ型ベース電極
取り出し用GaAs層とｎ型GaAsコレクタ層との
間に、半絶縁性層を形成することにより、同一寸
法の構成であればコレクタ容量をはるかに小さく
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。（W.P.Dumke et.al：Solid
State Electron.、vol.15、no.12、pp.1339、
Dec.1972） ts＝（５／２）Rb・Cc＋（Rb／RL）・tb＋
（3Cc＋CL）RL……(5) 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 ……(6) 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。 以上述べた如く、本実施例の方法によれば、エ
ミツタ容量Ce、コレクタ容量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。さらにコレクタ容量およびエ
ミツタ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−Alx
Ga1-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、半絶縁性層としてGaAsを用い
たが、AlyGa1-yAs（ｙは１以下で任意）を用いて
も、エミツタ容量を低減させるということでは、
同じ効果を有することはあきらかであり、更にそ
のエネルギーバンドギヤツプがGaAsよりも大き
いことからもれ電流少なくできる。もれ電流はト
ランジスタの電流増幅率を低下させるため、もれ
電波を低減させることにより電流増幅率を向上さ
せることができる。 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、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。この場合には上で述べた議論を、Ce
とCcを置きかえて考えればよく、この場合にも
Ce、Ccを共に小さくできることはあきらかであ
る。 この場合には、エミツタ電極のかわりにコレク
タ電極のコンタクト抵抗が減少するが、これもや
はり容量分の充電を早めるのに効果があり、高周
波特性の改善に同様の効果を有する。 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、更にコレクタ容量およびエ
ミツタ容量を小さくし、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。
大きい場合には、近似的にその大きさの小さい方
で決ることがわかる。本実施例のｐ型GaAsベー
ス層のアクセプタ濃度は1.1019／cm3、ｎ型GaAs
コレクタ層のドナー濃度は5.1017／cm3である。し
たがつてコレクタ容量は近似的に Cpn〓√2 ……(4) となる。 一方、ｎ＋型GaAs層と、半絶縁性GaAs層と
の接合容量は、半絶縁性層のアクセプタ濃度が
１・1015／cm3以下であるため、接合容量は、この
アクセプタ濃度の平方根に比例し、その値は、(4)
式の値よりもはるかに小さいものとなる。もし半
絶縁性層がない場合には、１１と３の接合容量
は、ｎ＋GaAs層のキヤリア濃度が１・1018／cm3
と大きいため、この部分のコレクタ容量が大きな
ものとなる。Ｐ型GaAsに代えてｐ型AlxGa1-xAs
を用いても接合容量はほとんどかわらない。以上
の理由から、本実施例のように、ｐ型ベース電極
取り出し用GaAs層とｎ型GaAsコレクタ層との
間に、半絶縁性層を形成することにより、同一寸
法の構成であればコレクタ容量をはるかに小さく
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。（W.P.Dumke et.al：Solid
State Electron.、vol.15、no.12、pp.1339、
Dec.1972） ts＝（５／２）Rb・Cc＋（Rb／RL）・tb＋
（3Cc＋CL）RL……(5) 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 ……(6) 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。 以上述べた如く、本実施例の方法によれば、エ
ミツタ容量Ce、コレクタ容量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。さらにコレクタ容量およびエ
ミツタ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−Alx
Ga1-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、半絶縁性層としてGaAsを用い
たが、AlyGa1-yAs（ｙは１以下で任意）を用いて
も、エミツタ容量を低減させるということでは、
同じ効果を有することはあきらかであり、更にそ
のエネルギーバンドギヤツプがGaAsよりも大き
いことからもれ電流少なくできる。もれ電流はト
ランジスタの電流増幅率を低下させるため、もれ
電波を低減させることにより電流増幅率を向上さ
せることができる。 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、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。この場合には上で述べた議論を、Ce
とCcを置きかえて考えればよく、この場合にも
Ce、Ccを共に小さくできることはあきらかであ
る。 この場合には、エミツタ電極のかわりにコレク
タ電極のコンタクト抵抗が減少するが、これもや
はり容量分の充電を早めるのに効果があり、高周
波特性の改善に同様の効果を有する。 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、更にコレクタ容量およびエ
ミツタ容量を小さくし、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。
第１図は本発明の一実施例によるバイポーラト
ランジスタの製造方法を用いたトランジスタの断
面図、第２図〜第５図はそれぞれその製造過程の
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……GaAs
半絶縁性半導体層、１２……絶縁膜、１３……レ
ジスト。
ランジスタの製造方法を用いたトランジスタの断
面図、第２図〜第５図はそれぞれその製造過程の
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……GaAs
半絶縁性半導体層、１２……絶縁膜、１３……レ
ジスト。
Claims (1)
- 【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）層を形成した後、その上に半絶縁性半導体層
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及び該半絶縁性半導
体層の一部をエツチングにより除去して、該コレ
クタ（またはエミツタ）層の一部を露出させた
後、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）一ベ
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
面全面にエミツタ（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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60295211A JPS62152165A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | バイポ−ラトランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60295211A JPS62152165A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | バイポ−ラトランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62152165A JPS62152165A (ja) | 1987-07-07 |
| JPH0575170B2 true JPH0575170B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=17817639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60295211A Granted JPS62152165A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | バイポ−ラトランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62152165A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138408A (en) * | 1988-04-15 | 1992-08-11 | Nec Corporation | Resonant tunneling hot carrier transistor |
| US5012318A (en) * | 1988-09-05 | 1991-04-30 | Nec Corporation | Hybrid semiconductor device implemented by combination of heterojunction bipolar transistor and field effect transistor |
| JP2687519B2 (ja) * | 1988-12-06 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2770583B2 (ja) * | 1991-02-22 | 1998-07-02 | 日本電気株式会社 | コレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法 |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP60295211A patent/JPS62152165A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62152165A (ja) | 1987-07-07 |
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