JPH06140416A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor

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JPH06140416A
JPH06140416A JP4288525A JP28852592A JPH06140416A JP H06140416 A JPH06140416 A JP H06140416A JP 4288525 A JP4288525 A JP 4288525A JP 28852592 A JP28852592 A JP 28852592A JP H06140416 A JPH06140416 A JP H06140416A
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JP
Japan
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type
layer
collector
inp
heterojunction bipolar
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Application number
JP4288525A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Nakagawa
敦 中川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06140416A publication Critical patent/JPH06140416A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベース・コレクタ容量の低減による最大発振
周波数fmaxが向上され、イオン注入による素子間分離と
コレクタ電極の基板表面からの取り出しによりトランジ
スタ構造の平坦化が図れるInP系ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタを提供する。 【構成】 n型InPからなる第1のコレクタ層3a、n
型(In0.53Ga0.47As)0 .5(In0.52Al0.48As)0.5からな
る第2のコレクタ層3b、p型(In0.53Ga0.47As)0.5
(In0.52Al0.48As)0.5からなるベース層4、エミッタ
がn型InP層5により構成されており、第2のコレクタ
層を選択的にエッチング除去して絶縁膜を形成し、また
絶縁膜をマスクにしてn型InGaAs層を再成長してコレク
タ電極用コンタクト層を形成する。
(57) [Abstract] [Purpose] An InP-based hetero that can improve the maximum oscillation frequency fmax by reducing the base-collector capacitance and flatten the transistor structure by separating elements by ion implantation and taking the collector electrode out of the substrate surface. A junction bipolar transistor is provided. [Structure] First collector layers 3a, n made of n-type InP
Type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0 .5 (In0.52Al 0.48 As) the second collector layer 3b, p-type consisting of 0.5 (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5
A base layer 4 made of (In0.52Al 0.48 As) 0.5 and an emitter made of an n-type InP layer 5 are formed, and an insulating film is formed by selectively removing the second collector layer by etching. The n-type InGaAs layer is regrown using the mask to form a contact layer for the collector electrode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はヘテロ接合バイポーラト
ランジスタに関する。
This invention relates to heterojunction bipolar transistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HB
T)は高い電流駆動能力とすぐれた高周波特性を合わせ
持つ次世代の超高速デバイスとして注目されている。す
でに、AlGaAs/GaAs系HBTにおいては、単体素子の最高速
として遮断周波数ftが100GHzが越えるものが報告され、
一方、1/4分周器やMUX・DMUXなどのデジタル回路への応
用においてその高速性が実証されつつある。またHBTを
マイクロ帯やミリ波帯のアナログICへの応用やデジタ
ル回路の遅延時間の低減するために最高発振周波数fmax
の向上が検討されている。またAlGaAs/GaAs系HBTのベー
ス・エミッタダイオードのオン電圧は、Siのバイポー
ラの場合は、約0.8Vであるのに対して、1.35〜1.50Vと
約70〜80%も大きく、消費電力の増大を招くという問題
点を有している。 第1の課題である高い最高発振周波
数fmaxを有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを実
現するために第1のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
が提案されており、以下図面を参照しながら、一例につ
いて説明する。
2. Description of the Related Art Heterojunction bipolar transistor (HB
T) is attracting attention as a next-generation ultra-high speed device that has both high current drive capability and excellent high frequency characteristics. AlGaAs / GaAs HBTs have already been reported to have a cutoff frequency ft exceeding 100 GHz as the highest speed of a single element.
On the other hand, its high speed is being demonstrated in applications to digital circuits such as 1/4 frequency dividers and MUX / DMUX. In addition, in order to apply HBT to micro band and millimeter wave band analog IC and to reduce delay time of digital circuit, maximum oscillation frequency fmax
Is being considered. The on-voltage of the AlGaAs / GaAs HBT base-emitter diode is approximately 0.8V in the case of Si bipolar, but is 1.35 to 1.50V, which is approximately 70 to 80%, which is a large power consumption increase. It has a problem of causing A first heterojunction bipolar transistor has been proposed in order to realize a first problem, that is, a heterojunction bipolar transistor having a high maximum oscillation frequency fmax, and an example will be described below with reference to the drawings.

【0003】図4は第1の従来例のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの素子断面図である。半絶縁性の半絶縁
性GaAs基板21上に高濃度n型GaAsからなる第1のコン
タクト層22、n型GaAsからなるコレクタ層23、高濃
度p型GaAsらなるベース層24、n型AlGaAsからなるエ
ミッタ層25、さらに高濃度n型GaAsからなる第1のコ
ンタクト層26aと高濃度n型InGaAsからなる第2のコ
ンタクト層26bを順次形成したエピタキシャル構造を
有している。WSiからなるエミッタ電極7をマスクに
して外部ベース領域に相当する第1及び第2のコンタク
ト層26a、26bとエミッタ層25をエッチング除去
し、エミッタ電極7をマスクにしてプロトンを注入し
て、外部ベース領域下のコレクタ層23aのドナー濃度
を低減し、トランジスタ動作時においてコレクタ層23
aが完全に空乏化されている。従ってベース・コレクタ
容量CBCが低減されるので、高い最高発振周波数fmaxを
有するヘテロ接合バイポーラトランジスタが実現でき
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an element of a first conventional heterojunction bipolar transistor. On a semi-insulating semi-insulating GaAs substrate 21, a first contact layer 22 made of high-concentration n-type GaAs, a collector layer 23 made of n-type GaAs, a base layer 24 made of high-concentration p-type GaAs, and n-type AlGaAs. Has an epitaxial structure in which a first contact layer 26a made of high-concentration n-type GaAs and a second contact layer 26b made of high-concentration n-type InGaAs are sequentially formed. Using the emitter electrode 7 made of WSi as a mask, the first and second contact layers 26a and 26b corresponding to the external base region and the emitter layer 25 are removed by etching, and the emitter electrode 7 is used as a mask to inject protons to the outside. The donor concentration of the collector layer 23a below the base region is reduced so that the collector layer 23a can operate during transistor operation.
a is completely depleted. Therefore, since the base-collector capacitance C BC is reduced, a heterojunction bipolar transistor having a high maximum oscillation frequency fmax can be realized.

【0004】図5は第2の従来例のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの素子断面図とエネルギーバンド図であ
る。半絶縁性のInP基板1上に高濃度n型InGaAsからな
る第1のコンタクト層32、n型InGaAsからなるコレク
タ層33、高濃度p型InGaAsらなるベース層34、n型
InPからなるエミッタ層35、さらに高濃度n型InGaAs
36からなる第2のコンタクト層を順次形成したエピタ
キシャル構造を有している。ウェットエッチングにより
エミッタメサ、ベースメサ、コレクタメサを順次形成す
る。エミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極を形成し
た後、ポリイミドを用いて平坦化を行なう。ベースとコ
レクタがInGaAsで構成されており、その移動度はGaAsの
約1.5倍と大きいことや、Γ-Lバレー間エネルギー差が
大きいためコレクタ空乏層内において長距離に渡る速度
オーバーシュートが起こり易いことなどにより、遮断周
波数 ft=165GHz が得られており、優れた高周波特性が
実証されている。またInGaAsは、バンドギャップが0.76
eVとGaAsやSiに比べて小さいために、ベース層の材料の
バンドギャップに起因するターンオン電圧が低くなるた
めに、低消費電力化に有利である。またInP基板の熱伝
導率はGaAsに比べて50%改善されている(アイ・イ-・イ-・イ- エ
レクトロン テ゛ハ゛イス レタース゛,IEEE Electron DeviceLett. vol.
10, pp. 267-269, 1989)。
FIG. 5 is a device sectional view and energy band diagram of a second conventional heterojunction bipolar transistor. On the semi-insulating InP substrate 1, a first contact layer 32 made of high-concentration n-type InGaAs, a collector layer 33 made of n-type InGaAs, a base layer 34 made of high-concentration p-type InGaAs, an n-type
InP emitter layer 35, and high-concentration n-type InGaAs
It has an epitaxial structure in which a second contact layer 36 is sequentially formed. An emitter mesa, a base mesa, and a collector mesa are sequentially formed by wet etching. After forming the emitter electrode, the base electrode, and the collector electrode, planarization is performed using polyimide. The base and collector are made of InGaAs, and its mobility is about 1.5 times that of GaAs, and the energy difference between the Γ and L valleys is large, so a velocity overshoot over a long distance easily occurs in the collector depletion layer. As a result, a cutoff frequency ft = 165 GHz has been obtained, and excellent high frequency characteristics have been demonstrated. InGaAs has a band gap of 0.76
Since it is smaller than eV and GaAs or Si, the turn-on voltage due to the bandgap of the material of the base layer is low, which is advantageous for low power consumption. In addition, the thermal conductivity of the InP substrate is improved by 50% compared to GaAs (I-I-I-Electron Device Device Letters, IEEE Electron Device Lett. Vol.
10, pp. 267-269, 1989).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら第1の従
来例のHBTは外部ベース層を通してのプロトン注入によ
るダメージによりベース抵抗RBが増大するので、ベー
ス・コレクタ容量CBCの低減量とベース抵抗RB増大量
の最適化を図る必要がある。またGaAsは比誘電率が約1
3.0と大きいためにプロトン注入によるベース・コレ
クタ容量の低減を効果的にするためにコレクタ層の厚み
を厚くする必要がある。
However, in the HBT of the first conventional example, since the base resistance R B increases due to damage due to the proton injection through the external base layer, the reduction amount of the base-collector capacitance C BC and the base resistance R B are increased. B It is necessary to optimize the amount of increase. GaAs has a relative permittivity of about 1
Since it is as large as 3.0, it is necessary to increase the thickness of the collector layer in order to effectively reduce the base-collector capacitance by proton injection.

【0006】第2の従来例ではコレクタ層とコレクタコ
ンタクト層がエネルギィーバンドギャップの小さいInGa
Asを用いているために、プロトンや酸素のイオン注入に
よる素子間分離が困難である。素子間分離のためのメサ
エッチングにより段差が生じ、HBTを集積する上で大き
な問題を有している。
In the second conventional example, the collector layer and the collector contact layer are made of InGa having a small energy band gap.
Since As is used, it is difficult to separate elements by ion implantation of protons and oxygen. A step occurs due to mesa etching for element isolation, which is a major problem in integrating HBTs.

【0007】本発明は上記問題点に鑑み、ベース抵抗を
増大させることなくベース・コレクタ容量CBCを低減さ
せることにより、最高発振周波数fmaxを向上させ、低オ
ン電圧による低消費電力化とイオン注入による素子間分
離を用いた平坦化プロセスのよる高集積化を可能とする
ヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供するものであ
る。
In view of the above problems, the present invention improves the maximum oscillation frequency fmax by reducing the base-collector capacitance C BC without increasing the base resistance, lowering the power consumption by low on-voltage and ion implantation. The present invention provides a heterojunction bipolar transistor capable of high integration by a planarization process using element isolation by.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、In
P基板上に少なくともn型InPからなる第1のコレクタ
層、InP基板と格子整合してInPとのコンダクションバン
ドオフセット(△Ec)をほとんど発生させない組成比
を有しているn型Inx(GayAl1-y)1-xAsからなる第2のコ
レクタ層、InP基板と格子整合したp型Inx(GayAl1-y)
1-xAsからなるベース層、n型不純物が導入されたInP基
板と格子整合したInPからなるエミッタ層が順次形成さ
れたエピタキシャル層構造で構成されており、外部ベー
ス領域におけるn型Inx(GayAl1-y)1 -xAsからなる第2の
コレクタ層を選択的にエッチング除去した箇所に絶縁膜
が形成されているという構成を備えたものである。
In order to solve the above problems, the heterojunction bipolar transistor of the present invention is
A first collector layer made of at least n-type InP on the P substrate, and an n-type In x (lattice-matched with the InP substrate and having a composition ratio that hardly causes a conduction band offset (ΔEc) with InP ( Ga y Al 1-y ) 1-x As second collector layer, p-type In x (Ga y Al 1-y ) lattice-matched with InP substrate
1-x base layer made of As, the emitter layer made of InP with n-type impurities are introduced InP substrate and lattice-matched is constituted by an epitaxial layer structure which are sequentially formed, n-type in the external base region an In x ( The second collector layer made of Ga y Al 1-y ) 1 -x As has a structure in which an insulating film is formed at a portion selectively removed by etching.

【0009】またn型Inx(GayAl1-y)1-xAsからなる第2
のコレクタ層を選択的にエッチング除去した箇所に絶縁
膜をマスクにしてn型InPまたはn型InxGa1-xAs層を再
成長してコレクタ電極コンタクト層が形成されていると
いう構成を備えたものである。
A second type of n-type In x (Ga y Al 1-y ) 1-x As
The collector electrode contact layer is formed by regrowth of the n-type InP or n-type In x Ga 1-x As layer using the insulating film as a mask at the location where the collector layer of FIG. It is a thing.

【0010】[0010]

【作用】上記した本発明のヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタによる作用は以下のようになる。 (1)図6はInP基板に格子整合したIn0.53Ga0.47As、I
n0.52Al0.48As、InPと(In0.53Ga0.47As)x(In0.52Al
0.48As)1-x(0≦x≦1)のフラットバンドダイグラムを
示しており、InPとコンダクションバンドオフセット
(△Ec)を発生させない(In0.53Ga0.47As)x(In
0.52Al0.48As)1-xの組成比xは0.5である。第2のコレ
クタ層がn型(In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al0.48A
s)0.5から形成される時、コレクタが2つの材料系によ
り構成されているにもかかわらず、伝導帯において障壁
は生じない。n型(In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al
0.48As)0.5からなる第2のコレクタ層は第1のコレク
タ層に対して選択的にエッチング除去できるので、第1
のコレクタ層上に除去した第2のコレクタ層の膜厚に相
当する絶縁膜を面内均一に形成できる。 (2)エミッタがn型InP、ベースがp型(In0.53Ga
0.47As)0.5(In0.52Al0.48As)0.5により構成されてい
る場合、0.25eVのバレンスバンドオフセット(△
Ev)により、ベースからエミッタへのホールの注入を
十分に阻止できる。またベース・エミッタのビルトイン
ポテンシャルは約1.0eVであり、GaAs/AlGaAs系に比べて
60%で低オン電圧化が可能となる。 (3)選択的に第2のコレクタ層を除去した後、n型In
Pからなる第1のコレクタ層上に高濃度n型InxGa1-xAs
層またはn型InP層の再成長層からなるコレクタ電極用
のコンタクト層の形成と大きなエネルギーバンドギャッ
プを有したコレクタ層のイオン注入による素子間分離を
用いた平坦化プロセスにより、高集積化が可能となる。
The operation of the above-described heterojunction bipolar transistor of the present invention is as follows. (1) Figure 6 shows In 0.53 Ga 0.47 As, I lattice-matched to InP substrate.
n 0.52 Al 0.48 As, InP and (In 0.53 Ga 0.47 As) x (In0.52Al
0.48 As) 1-x (0 ≦ x ≦ 1) flat band diagram is shown, which does not generate conduction band offset (ΔEc) with InP (In 0.53 Ga 0.47 As) x (In
The composition ratio x of 0.52 Al 0.48 As) 1- x is 0.5. The second collector layer is n-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5 (In 0.52 Al 0.48 A
s) When formed from 0.5, no barrier occurs in the conduction band, even though the collector is made up of two material systems. n-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5 (In 0.52 Al
The second collector layer made of 0.48 As) 0.5 can be selectively etched away with respect to the first collector layer.
An insulating film corresponding to the film thickness of the removed second collector layer can be uniformly formed on the collector layer in the plane. (2) The emitter is n-type InP and the base is p-type (In 0.53 Ga
0.47 As) 0.5 (In0.52Al 0.48 As) 0.5 When composed of 0.25 eV valence band offset (△
Ev) can sufficiently prevent injection of holes from the base to the emitter. Also, the built-in potential of the base and emitter is about 1.0 eV, which is higher than that of the GaAs / AlGaAs system.
A low on-voltage can be achieved at 60%. (3) After selectively removing the second collector layer, n-type In
High concentration n-type In x Ga 1-x As on the first collector layer made of P
Layer or n-type InP layer regrowth layer for collector electrode formation and flattening process using element isolation by ion implantation of collector layer with large energy band gap enables high integration Becomes

【0011】[0011]

【実施例】以下本発明の実施例を記載する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0012】図1は本発明の第1のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ一の実施例の主要断面図である。この実
施例の構成が図4に示した第1の従来例の構成と異なる
点は、InP系の材料系であり、コレクタ層がn型InP層と
InPとコンダクションバンドオフセット(△Ec)を発
生させないn型(In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al0.4 8A
s)0.5層により構成され、ベースがp型(In0.53Ga0.47
As)0.5(In0.52Al0.4 8As)0.5層、エミッタがn型InP
層により構成されている点である。また外部ベース領域
直下に絶縁膜を設け、コレクタ電極用コンタクト層が再
成長膜により構成されていることである。
FIG. 1 is a main cross-sectional view of one embodiment of the first heterojunction bipolar transistor of the present invention. The structure of this embodiment is different from the structure of the first conventional example shown in FIG. 4 in that it is an InP-based material system and the collector layer is an n-type InP layer.
N-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5 (In0.52Al 0.4 8 A that does not generate conduction band offset (△ Ec) with InP
s) It is composed of 0.5 layers and the base is p-type (In 0.53 Ga 0.47
As) 0.5 (In0.52Al 0.4 8 As) 0.5 layer, emitter is n-type InP
The point is that it is composed of layers. In addition, an insulating film is provided immediately below the external base region, and the collector electrode contact layer is composed of a regrown film.

【0013】次に、図2に示した素子の製造工程図を用
いて実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
方法を説明する。半絶縁性のInP基板1上に分子エピタ
キシーにより2x1016/CM3のn型不純物を含有する厚さ20
0nmのn型InPからなる第1の第1のコレクタ層3a、2x
1016/CM3のn型不純物を含有する厚さ300nmのn型(In
0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al0.48As)からなる第2の
コレクタ層3b、4x1019/CM3のp型不純物を含有する厚
さ100nmのp型(In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al 0.48A
s)からなるベース層4、5x1017/CM3のn型不純物を含
有する厚さ30nmのn型InPからなるエミッタ層5、4x10
19/CM3のn型不純物を含有する厚さ 100nmのn型In0.53
Ga0.47Asからなるコンタクト層6を順次積層し、スパッ
タ蒸着およびリアクティブイオンエッチング(RIE)に
よるパターン形成によりWSiからなるエミッタ電極7を
形成し、これをマスクにして、ベース層をストッパーと
した外部ベース領域におけるコンタクト層6、エミッタ
層5を選択的なエッチング除去によりエミッタメサを形
成する。全面にSiO2膜8を形成後、フォトレジストをマ
スクにしてSiO2膜8、ベース層4、第2のコレクタ層を
選択的にエッチング除去し、ベースメサを形成する。
(図2A)n型InP層からなる第2のコレクタ層上に厚
さ300nmのSiO2からなる絶縁膜9を形成し、次にコレク
タ電極を形成する箇所の絶縁膜8を除去し、絶縁膜9を
マスクにしてMOCVDによりn型In0.53Ga0. 47Asから
なるコレクタ電極コンタクト層2を形成する。(図2
B)プロトンイオン注入により素子間分離領域10を設
け、エミッタ引出し電極11、コレクタ電極12とベー
ス電極13の形成により、ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの製造工程は完了する。
Next, referring to the manufacturing process diagram of the element shown in FIG.
Of the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment
The method will be described. Molecular epitaxy on semi-insulating InP substrate 1
2x10 by Kissie16/CM3Thickness of 20 including n-type impurities
First first collector layers 3a, 2x made of 0 nm n-type InP
Ten16/CM3300nm thick n-type (In
0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al0.48As) second
Collector layer 3b, 4x1019/CM3Thickness containing p-type impurities
100 nm p-type (In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al 0.48A
s) base layer 4, 5x1017/CM3Containing n-type impurities
Emitter layer 5 made of n-type InP having a thickness of 30 nm, 4x10
19/CM3N-type In with a thickness of 100 nm containing n-type impurities0.53
Ga0.47The contact layer 6 made of As is sequentially stacked to form a sputter
Deposition and reactive ion etching (RIE)
By patterning the emitter electrode 7 made of WSi
Formed, and using this as a mask, the base layer serves as a stopper
Contact layer 6 and emitter in the external base region
Form emitter mesa by selective etching away of layer 5
To achieve. SiO on the entire surface2After forming the film 8, the photoresist is
Suku and SiO2The film 8, the base layer 4, and the second collector layer
It is selectively etched away to form a base mesa.
(Fig. 2A) Thickness on the second collector layer consisting of n-type InP layer
300 nm SiO2Forming an insulating film 9 made of
The insulating film 8 at the location where the electrode electrode is formed, and the insulating film 9 is removed.
N-type In by MOCVD using as a mask0.53Ga0. 47From As
Then, the collector electrode contact layer 2 is formed. (Fig. 2
B) Element isolation region 10 is provided by proton ion implantation.
The emitter extraction electrode 11, the collector electrode 12 and the base
Of the heterojunction bipolar transistor
The manufacturing process of the transistor is completed.

【0014】図3は本発明のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ一の第2の実施例の主要断面図である。この実
施例の構成が図1に示した第1の実施例の構成と異なる
点は、コレクタ層がn型InP層からなる第1のコレクタ
層3a、n型(In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al0.48A
s)0.5層からなる第2のコレクタ層3bとn型InP層か
らなる第1のコレクタ層3cからなる三層構造により構
成されている点である。ベースメサを形成する際にp型
(In0.53Ga0.47As)0.5(In0.52Al0.48As)0.5層からな
るベース層4とn型InPからなる第3のコレクタ層との
選択エッチングを利用した第3のコレクタ層のサイドエ
ッチングによりコレクタ領域の面積を上部のエミッタ領
域と同程度まで縮小できるので、ベース・コレクタ容量
をさらに低減できる。
FIG. 3 is a main sectional view of a second embodiment of the heterojunction bipolar transistor of the present invention. The structure of this embodiment is different from the structure of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the first collector layer 3a whose collector layer is an n-type InP layer and the n-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5 ( In0.52Al 0.48 A
s) It has a three-layer structure composed of a second collector layer 3b composed of 0.5 layers and a first collector layer 3c composed of an n-type InP layer. A third method utilizing selective etching between the base layer 4 made of p-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5 (In0.52Al 0.48 As) 0.5 layer and the third collector layer made of n-type InP when forming the base mesa. Since the area of the collector region can be reduced to the same extent as the upper emitter region by side etching the collector layer of, the base-collector capacitance can be further reduced.

【0015】[0015]

【発明の効果】このように本発明により、ベース抵抗を
増大させることもなく外部ベース領域直下に比誘電率の
絶縁膜を設けることによりベース・コレクタ容量を低減
でき、最大発振周波数fmaxを向上させることができる。
InGaAsに比べてワイドギャップ材料であるInPで構成さ
れているコレクタへのプロトンイオン注入による素子間
分離と基板表面に形成された再成長InGaAs層からなるコ
レクタ電極コンタクト層により、InP系のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの構造の平坦化を実現でき、高集
積化を容易にする。またGaAs/AlGaAs系HBTに比べてエミ
ッタ・ベースダイオードが低オン電圧であり、低消費電
力化を提供できる。
As described above, according to the present invention, the base-collector capacitance can be reduced and the maximum oscillation frequency fmax can be improved by providing an insulating film having a relative dielectric constant directly below the external base region without increasing the base resistance. be able to.
InP-based heterojunction bipolar with a collector electrode contact layer composed of re-grown InGaAs layer formed on the surface of the substrate and element isolation by proton ion implantation into the collector composed of InP, which is a wider gap material than InGaAs The transistor structure can be flattened, and high integration can be facilitated. In addition, the emitter / base diode has a lower on-voltage than the GaAs / AlGaAs HBTs, which can provide low power consumption.

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

【図1】本発明の第1の実施例であるヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの主要断面図
FIG. 1 is a main cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor that is a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例であるのヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの製造工程図
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a heterojunction bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】第2の実施例のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの主要断面図
FIG. 3 is a main sectional view of a heterojunction bipolar transistor according to a second embodiment.

【図4】第1の従来であるヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの主要断面図
FIG. 4 is a main cross-sectional view of a first conventional heterojunction bipolar transistor.

【図5】(A)は第2の従来例のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタの主要断面図 (B)はエネルギーバンド図
5A is a main cross-sectional view of a second conventional heterojunction bipolar transistor, and FIG. 5B is an energy band diagram.

【図6】InP基板に格子整合したIn0.53Ga0.47As、In0.5
2Al0.48As、InPと(In0.53Ga0. 47As)x(In0.52Al0.48A
s)1-x(0≦x≦1)のフラットバンドダイグラムを示し
ている図
FIG. 6 In 0.53 Ga 0.47 As, In0.5 lattice-matched to InP substrate
2Al 0.48 As, InP and (In 0.53 Ga 0. 47 As) x (In0.52Al 0.48 A
s) Diagram showing 1-x (0 ≤ x ≤ 1) flat band diagram

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性InP基板 2 再成長コレクタ電極用コンタクト層(高濃度n型In
GaAs) 3a 第1のコレクタ層(n型InP) 3b 第2のコレクタ層(n型(In0.53Ga0.47As)0.5
(In0.52Al0.48As)0.5) 4 ベース層(高濃度p型(In0.53Ga0.47As)0.5(In
0.52Al0.48As)0.5) 5 エミッタ層(n型InP) 6 コンタクト層(高濃度n型InGaAs) 7 エミッタ電極(WSi) 8 絶縁膜(SiO2) 9 絶縁膜(SiO2) 10 素子間分離領域(プロトン注入領域) 11 エミッタ引出し電極 12 コレクタ電極 11 ベース電極
1 Semi-insulating InP substrate 2 Contact layer for regrown collector electrode (high concentration n-type In
GaAs) 3a First collector layer (n-type InP) 3b Second collector layer (n-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5
(In0.52Al 0.48 As) 0.5 ) 4 Base layer (high concentration p-type (In 0.53 Ga 0.47 As) 0.5 (In
0.52Al 0.48 As) 0.5 ) 5 Emitter layer (n-type InP) 6 Contact layer (high concentration n-type InGaAs) 7 Emitter electrode (WSi) 8 Insulating film (SiO 2 ) 9 Insulating film (SiO 2 ) 10 Isolation region (Proton injection region) 11 Emitter extraction electrode 12 Collector electrode 11 Base electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】InP基板上に少なくともn型InPからなる第
1のコレクタ層、InP基板と格子整合したn型Inx(GayAl
1-y)1-xAsからなる第2のコレクタ層、p型不純物が導
入されたInP基板と格子整合したベース層、n型不純物
が導入されたInP基板と格子整合したエミッタ層が順次
形成されたエピタキシャル層構造で構成されていること
を特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
1. A first collector layer made of at least n-type InP on an InP substrate, and n-type In x (Ga y Al) lattice-matched with the InP substrate.
1-y ) A second collector layer made of 1-x As, a base layer lattice-matched with the InP substrate doped with p-type impurities, and an emitter layer lattice-matched with the InP substrate doped with n-type impurities are sequentially formed. Heterojunction bipolar transistor, characterized in that the heterojunction bipolar transistor is constituted by a controlled epitaxial layer structure.
【請求項2】第2のコレクタ層を構成しているn型In
x(GayAl1-y)1-xAsがInPとのコンダクションバンドオフ
セット(△Ec)をほとんど発生させない組成比を有し
ていることを特徴とする請求項1に記載のヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ。
2. An n-type In forming a second collector layer
x (Ga y Al 1-y ) 1-x As heterojunction bipolar according to claim 1, characterized in that it has a conduction band offset (△ Ec) a little raises the composition ratio of InP Transistor.
【請求項3】ベース層がInP基板と格子整合したp型Inx
(GayAl1-y)1-xAsで構成されていることを特徴とする請
求項1に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
3. A p-type In x having a base layer lattice-matched with an InP substrate.
The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the heterojunction bipolar transistor is composed of (Ga y Al 1-y ) 1-x As.
【請求項4】内部ベース領域外におけるn型Inx(GayAl
1-y)1-xAsからなる第2のコレクタ層を選択的にエッチ
ング除去し、該エッチング除去した箇所に絶縁膜を形成
することを特徴とする請求項1に記載のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ。
4. An n-type In x (Ga y Al) outside the internal base region
2. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the second collector layer made of 1-y ) 1-x As is selectively removed by etching, and an insulating film is formed at a portion removed by the etching.
【請求項5】内部ベース領域外におけるn型Inx(GayAl
1-y)1-xAsからなる第2のコレクタ層を選択的にエッチ
ング除去し、該エッチング除去した箇所に絶縁膜をマス
クにしてn型InP層またはn型InxGa1-xAs層を形成する
ことを特徴とする請求項1に記載のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ。
5. An n-type In x (Ga y Al) outside the internal base region
1-y ) The second collector layer made of 1-x As is selectively removed by etching, and an n-type InP layer or an n-type In x Ga 1-x As layer is formed by using the insulating film as a mask at the removed etching portion. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the heterojunction bipolar transistor is formed.
【請求項6】InP基板上に少なくともn型InPからなる第
1のコレクタ層、InP基板と格子整合したn型Inx(GayAl
1-y)1-xAsからなる第2のコレクタ層、n型InPからなる
第3のコレクタ層、InP基板と格子整合したp型Inx(Gay
Al1-y)1-xAsからなるベース層、n型不純物が導入され
たInP基板と格子整合したInPからなるエミッタ層が順次
形成されたエピタキシャル層構造で構成され、パターン
ニングされた該ベース層をマスクにして第2のコレクタ
をエッチング除去した箇所に絶縁膜を形成することを特
徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
6. A first collector layer made of at least n-type InP on an InP substrate, and n-type In x (Ga y Al) lattice-matched with the InP substrate.
1-y ) 2nd collector layer made of 1-x As, 3rd collector layer made of n-type InP, p-type In x (Ga y
The patterned base is composed of an epitaxial layer structure in which a base layer made of Al 1-y ) 1-x As and an emitter layer made of InP lattice-matched with an InP substrate having an n-type impurity introduced are sequentially formed. A heterojunction bipolar transistor characterized in that an insulating film is formed at a portion where the second collector is removed by etching using the layer as a mask.
【請求項7】絶縁膜をマスクにして該第1のコレクタ層
のみまたは第1及び第2のコレクタ層を選択的にエッチ
ング除去した後、n型InP層またはn型InxGa1-xAs層
を再成長してコレクタ電極コンタクト層を形成している
を特徴とする請求項6に記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ。
7. The n-type InP layer or the n-type In x Ga 1-x As after selectively removing the first collector layer or the first and second collector layers by etching using the insulating film as a mask. The heterojunction bipolar transistor according to claim 6, wherein the layer is regrown to form a collector electrode contact layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492664B2 (en) 2000-06-27 2002-12-10 Nec Corporation Heterojunction bipolar transistor with reduced offset voltage
JP2006202862A (en) * 2005-01-19 2006-08-03 Sony Corp Heterojunction semiconductor device and manufacturing method thereof

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