JPH07201284A - 真空トランジスタ及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エミッタ部を高精度でしかも高い再現性にて形
成でき、しかも、エミッタ部とベース部の間の距離を短
くし得る真空トランジスタ及びその作製方法を提供す
る。 【構成】真空トランジスタは、（イ）（１１１）Ｂ面を
有する化合物半導体基板１０と、（ロ）基板１０上に形
成され、基板の［-1,-1,0］方向、［-1,0,-1］方向及び
［0,-1,-1］方向と各辺が直交する正三角形形状のマス
ク領域１２と、（ハ）マスク領域１４内に形成された、
正三角形形状の開口部１４と、（ニ）化合物半導体結晶
から成り、開口部１４上に形成され、各面が化合物半導
体結晶の｛1,1,0｝面から構成された三角錘形状のエミ
ッタ部１６と、（ホ）化合物半導体結晶から成り、マス
ク領域１４の外側の基板１０上に形成され、エミッタ部
の各面と対向し且つ平行する面を有し、頂面に導電層２
０が形成されたベース部１８と、（ト）コレクタ部３２
から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機金属気相成長法に
よる所謂選択エピタキシャル成長技術を適用した、化合
物半導体から構成された真空トランジスタ及びその作製
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】所謂真空トランジスタが、高速動作が可
能でしかも高電流密度を得ることができる電子素子とし
て着目されている。この真空トランジスタにおいては、
真空中でエミッタ部から電子を放出させてコレクタ部へ
と電子を走行させ、電子のコレクタ部への到達をベース
部によって制御する。真空トランジスタの特性を向上さ
せるための鍵は、エミッタ部の電子を放出する部分の形
状を如何に正確に再現できるかにある。

【０００３】通常、真空トランジスタのエミッタ部は、
フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、
タングステンやモリブデン等の金属材料を微細加工する
ことにより形成される。エミッタ部の電子を放出する部
分は、例えば、角錘の頂点やエッジ形状とする必要があ
る。

【０００４】また、エミッタ部とコレクタ部との間の距
離が短いほど、低電位差で真空中に電子を引き出すこと
ができ、コレクタ部に到達したときの電子のエネルギー
を小さくしておくことができる。それ故、電子が緩和し
て消費されるエネルギーも小さくなる。このように電子
のエネルギーを小さく抑えることで、真空トランジスタ
の低消費電力や低発熱が実現される。また、エミッタ部
とコレクタ部との間の距離が短ければ、電子が通過する
距離が短くなり、高速動作が可能になる。しかも、電子
パス（電子の通路）とベースの間の距離が短い程、相互
コンダクタンスｇ_mも向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】真空トランジスタのエ
ミッタ部の形状精度や、エミッタ部、ベース部及びコレ
クタ部の間の距離の精度は、フォトリソグラフィ技術及
びエッチング技術によって大きく左右される。然るに、
現在のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によ
っては、エミッタ部を高い精度でしかも高い再現性をも
って形成することは極めて困難である。また、エミッタ
部、ベース部及びコレクタ部の間の距離を短くすること
や、高い精度でしかも高い再現性をもってこれらの距離
を一定の値に規定することは、極めて困難である。

【０００６】従って、本発明の目的は、エミッタ部を高
い精度でしかも高い再現性をもって形成することがで
き、しかも、エミッタ部、ベース部及びコレクタ部の間
の距離を短くすることができる構造を有する真空トラン
ジスタ、及びその作製方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係る真空トランジスタは、
（イ）（１１１）Ｂ面を有する化合物半導体基板と、
（ロ）化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に形成され
た正三角形の平面形状を有し、この正三角形の各辺が、
化合物半導体基板の［−１，−１，０］方向、［−１，
０，−１］方向及び［０，−１，−１］方向と直交する
マスク領域と、（ハ）各辺がマスク領域の各辺と平行で
ある正三角形の形状を有する、マスク領域内に形成され
た開口部と、（ニ）化合物半導体結晶から成り、開口部
の底部に露出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上
に形成され、三角錘の形状を有し、三角錘の各面は化合
物半導体結晶の｛１１０｝面から構成されたエミッタ部
と、（ホ）化合物半導体結晶から成り、マスク領域の外
側にマスク領域に隣接して化合物半導体基板の（１１
１）Ｂ面上に形成され、三角錘形状を有するエミッタ部
の各面と対向し且つ平行する面を有し、頂面に導電層が
形成されたベース部と、（ヘ）エミッタ部の上方に、エ
ミッタ部と対向して設けられたコレクタ部、から成るこ
とを特徴とする。

【０００８】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る真空トランジスタは、（イ）（１１１）Ｂ
面を有する化合物半導体基板と、（ロ）化合物半導体基
板の（１１１）Ｂ面上に形成され、長手方向が化合物半
導体基板の［０，−１，１］方向と一致し、且つ幅方向
が化合物半導体基板の［２，−１，−１］方向と一致し
た、帯状の第１、第２、第３及び第４のマスク領域と、
（ハ）化合物半導体結晶から成り、第１のマスク領域と
第２のマスク領域との間に露出した化合物半導体基板の
（１１１）Ｂ面上に形成され、第１又は第２のマスク領
域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平行四辺
形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は化合物半
導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が化合物
半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するエミッタ部
と、（ニ）化合物半導体結晶から成り、第２のマスク領
域と第３のマスク領域との間に露出した化合物半導体基
板の（１１１）Ｂ面上に形成され、第２又は第３のマス
ク領域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平行
四辺形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は化合
物半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が化
合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するベース
部と、（ホ）化合物半導体結晶から成り、第３のマスク
領域と第４のマスク領域との間に露出した化合物半導体
基板の（１１１）Ｂ面上に形成され、第３又は第４のマ
スク領域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平
行四辺形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は化
合物半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が
化合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するコレ
クタ部、から成ることを特徴とする。

【０００９】本発明の第１及び第２の態様に係る真空ト
ランジスタにおいては、化合物半導体基板、エミッタ部
及びベース部はＧａＡｓから構成することができる。

【００１０】上記の目的を達成するための本発明の第１
の態様に係る真空トランジスタの作製方法は、（イ）化
合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上にマスク層を形成し
た後、このマスク層を選択的に除去することによって、
各辺が化合物半導体基板の［−１，−１，０］方向、
［−１，０，−１］方向及び［０，−１，−１］方向と
直交する正三角形の平面形状を有するマスク領域を形成
し、併せて、各辺がマスク領域の各辺と平行な正三角形
の形状を有する開口部をマスク領域内に形成する工程
と、（ロ）化合物半導体結晶から成り、三角錘の形状を
有し、三角錘の各面は化合物半導体結晶の｛１１０｝面
から構成されたエミッタ部を、開口部の底部に露出した
化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相成
長法にてエピタキシャル成長させ、同時に、化合物半導
体結晶から成り、三角錘形状を有するエミッタ部の各面
と対向し且つ平行する面を有するベース部を、マスク領
域の外側に且つマスク領域に隣接した化合物半導体基板
の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相成長法にてエピタキ
シャル成長させる工程と、（ハ）ベース部の頂面に導電
層を形成する工程と、（ニ）エミッタ部の上方に、コレ
クタ部をエミッタ部と対向して設ける工程、から成るこ
とを特徴とする。

【００１１】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る真空トランジスタの作製方法は、（イ）化
合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上にマスク層を形成し
た後、マスク層を選択的に除去することによって、長手
方向が化合物半導体基板の［０，−１，１］方向と一致
し、且つ幅方向が化合物半導体基板の［２，−１，−
１］方向と一致する、帯状の第１、第２、第３及び第４
のマスク領域を形成する工程と、（ロ）化合物半導体結
晶から成り、第１又は第２のマスク領域の幅方向と平行
な面で切断したときの形状が平行四辺形であり、かかる
平行四辺形の下底及び上底は化合物半導体結晶の［１，
１，１］方向と直交し、斜辺が化合物半導体結晶の
［０，１，１］方向と直交するエミッタ部を、第１のマ
スク領域と第２のマスク領域との間に露出した化合物半
導体基板の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相成長法にて
エピタキシャル成長させ、同時に、化合物半導体結晶か
ら成り、第２又は第３のマスク領域の幅方向と平行な面
で切断したときの形状が平行四辺形であり、かかる平行
四辺形の下底及び上底は化合物半導体結晶の［１，１，
１］方向と直交し、斜辺が化合物半導体結晶の［０，
１，１］方向と直交するベース部を、第２のマスク領域
と第３のマスク領域との間に露出した化合物半導体基板
の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相成長法にてエピタキ
シャル成長させ、更に、同時に、化合物半導体結晶から
成り、第３又は第４のマスク領域の幅方向と平行な面で
切断したときの形状が平行四辺形であり、かかる平行四
辺形の下底及び上底は化合物半導体結晶の［１，１，
１］方向と直交し、斜辺が化合物半導体結晶の［０，
１，１］方向と直交するベース部を、第３のマスク領域
と第４のマスク領域との間に露出した化合物半導体基板
の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相成長法にてエピタキ
シャル成長させる工程、から成ることを特徴とする。

【００１２】本発明の第１及び第２の態様に係る真空ト
ランジスタの作製方法においては、化合物半導体基板、
エミッタ部及びベース部はＧａＡｓから構成することが
できる。

【００１３】

【作用】本発明においては、マスク領域を除く化合物半
導体基板の（１１１）Ｂ面上に選択的に化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長させる。従って、所定の形状及
び寸法を有するマスク領域を形成しさえすれば、正確な
形状及び寸法を有するエミッタ部及びベース部（場合に
よってはコレクタ部も）を形成することができる。その
結果、エミッタ部を高い精度でしかも高い再現性をもっ
て形成することができ、しかも、エミッタ部、ベース部
及びコレクタ部の間の距離を短くすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００１５】（実施例１）実施例１は、本発明の第１の
態様の真空トランジスタ、及び第１の態様の真空トラン
ジスタの作製方法に関する。実施例１の真空トランジス
タの模式図を、図１及び図２に示す。図１の（Ａ）は、
図１の（Ｂ）の線Ａ−Ａに沿って真空トランジスタを切
断したときの模式的な一部平面図である。また、図１の
（Ｂ）は、図１の（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って真空トラン
ジスタを切断したときの模式的な一部断面図である。更
に、図２の（Ａ）及び図３の（Ａ）は、図１の（Ｂ）の
線ＩＩ−ＩＩ及び線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って真空トラン
ジスタを切断したときの模式的な一部平面図であり、図
２の（Ｂ）及び図３の（Ｂ）は、図２の（Ａ）及び図３
の（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って真空トランジスタを切断し
たときの模式的な一部断面図である。

【００１６】実施例１の真空トランジスタは、例えばＧ
ａＡｓから成りそして（１１１）Ｂ面を有する化合物半
導体基板１０と、化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ
面上に形成されたマスク領域１２、マスク領域１２内に
形成された開口部１４、エミッタ部１６、ベース部１
８、及びコレクタ部３２から構成されている。

【００１７】マスク領域１２は、例えばＳｉＯ₂あるい
はＳｉＮから成り、正三角形の平面形状を有する。この
正三角形の各辺は、化合物半導体基板１０の［−１，−
１，０］方向、［−１，０，−１］方向及び［０，−
１，−１］方向と直交している。マスク領域１２内に形
成された開口部１４は正三角形の形状を有する。この正
三角形の各辺は、マスク領域１２の各辺と平行であり、
しかもマスク領域１２の各辺と等距離に位置する。開口
部１４の底部には、化合物半導体基板１０の（１１１）
Ｂ面が露出している。尚、ここで、（１１１）Ｂ面と
は、例えばＧａＡｓから成る化合物半導体基板１０の最
表面がＡｓ原子層から構成された状態を意味する。

【００１８】エミッタ部１６は化合物半導体結晶（具体
的には、例えばＧａＡｓ結晶）から成る。そして、三角
錘の形状を有し、開口部１４の底部に露出した化合物半
導体基板１０の（１１１）Ｂ面上に形成されている。こ
の三角錘の各面は、ＧａＡｓから成る化合物半導体結晶
の｛１１０｝面（例えば（−１，０，−１）面、（０，
−１，−１）面及び（−１，−１，０）面）から構成さ
れている。

【００１９】ベース部１８は化合物半導体結晶（具体的
には、例えばＧａＡｓ結晶）から成り、マスク領域１２
の外側にマスク領域１２に隣接した化合物半導体基板１
０の（１１１）Ｂ面上に形成されている。そして、三角
錘形状を有するエミッタ部１６の各面１６Ａ，１６Ｂ，
１６Ｃと対向し且つ平行する面１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ
を有する。これらの面１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、例え
ば（１，０，１）面、（０，１，１）面及び（１，１，
０）面から構成されている。ベース部１８の頂面には導
電層２０が形成されている。

【００２０】コレクタ部３２は、エミッタ部１６の上方
に、エミッタ部１６と対向して設けられている。コレク
タ部３２は、例えば、ガラス等の絶縁基体３０上に形成
された導電材料から形成されている。

【００２１】エミッタ部１６に適切な電圧を印加した状
態で、ベース部１８の導電層２０に正の電位を加える。
これによってエミッタ部１６から放出された電子は、ベ
ース部１８の導電層２０に印加された電位によって制御
され、コレクタ部３２に到達する。従って、コレクタ部
３２からエミッタ部１６へと流れる電流をベース部１８
に印加する電位によって制御することができる。

【００２２】エミッタ部１６は三角錘の形状を有し、こ
の三角錘の各面１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃ（図１の（Ｂ）
参照）は、化合物半導体結晶の｛１１０｝面から構成さ
れている。従って、３つの面１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃに
よって三角錘の頂点１６Ｄが正確に規定される。それ
故、開口部１４の正三角形の一辺の長さが決まれば、エ
ミッタ部１６の頂点１６Ｄの高さも正確に規定される。
尚、これらの面１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｃと化合物半導体
基板１０の表面との成す角度は３５度である。従って、
エミッタ部１６の頂点１６Ｄからコレクタ部３２までの
距離を再現性良くしかも正確に規定することができる。

【００２３】図１の（Ｂ）に示すように、三角錘形状を
有するエミッタ部１６の各面１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと
対向し且つ平行するベース部１８の各面１８Ａ，１８
Ｂ，１８Ｃが化合物半導体基板１０の表面との成す角度
は３５度である。従って、三角錘形状を有するエミッタ
部１６の各面１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと、これらの面と
対向し且つ平行するベース部１８の各面１８Ａ，１８
Ｂ，１８Ｃとの間の距離は、マスク領域１２の幅（マス
ク領域１２の外側の辺と開口部１４の辺とで規定される
幅）に依存する。それ故、正確な幅を有するマスク領域
１２を形成すれば、これらの各面の間の距離を正確に且
つ再現性良く規定することができる。

【００２４】以下、実施例１の真空トランジスタの作製
方法を、図２〜図６を参照して説明する。尚、エミッタ
部１６及びベース部１８の形成方法は、基本的には、有
機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に基づいた所謂選択
エピタキシャル成長技術を応用している。また、ＭＯＣ
ＶＤ法における原料ガスの供給量は、ＭＯＣＶＤ反応装
置内の分圧で表わした。尚、ＭＯＣＶＤ反応装置内の全
圧は０．１気圧とした。

【００２５】［工程−１００］ （化合物半導体基板１
０の調製） 先ず、例えばＧａＡｓから成る化合物半導体基板１０の
（１１１）Ｂ面上に、０．１μｍ程度の厚さのＳｉＯ₂
又はＳｉＮから成るマスク層１２ＡをＣＶＤ法等にて堆
積させる（図４の模式的な斜視図を参照）。次に、通常
のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い
て、マスク層１２Ａを選択的に除去して、正三角形の平
面形状を有するマスク領域１２を形成する（図５参
照）。この正三角形の各辺は、化合物半導体基板１０の
［−１，−１，０］方向、［−１，０，−１］方向及び
［０，−１，−１］方向と直交している。同時に、マス
ク領域１２内に、正三角形の形状を有し、正三角形の各
辺がマスク領域１２の各辺と平行である開口部１４を形
成する。

【００２６】尚、図５の（Ａ）は化合物半導体基板１０
等の模式的な一部平面図であり、図５の（Ｂ）は、図５
の（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って化合物半導体基板１０等を
切断したときの化合物半導体基板１０等の模式的な一部
断面図である。尚、平面図においてマスク領域１２を明
確にするために、マスク領域１２に斜線を付した。以下
の平面図においても同様である。

【００２７】［工程−１１０］ （エミッタ部１６及び
ベース部１８の形成）次に、化合物半導体結晶（例え
ば、ＧａＡｓ結晶）から成り、三角錘の形状を有し、三
角錘の各面が化合物半導体結晶の｛１１０｝面から構成
されたエミッタ部１６を、開口部１４の底部に露出した
化合物半導体基板１０の（１１１）Ｂ面上に有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）にてエピタキシャル成長させ
る。同時に、化合物半導体結晶（例えば、ＧａＡｓ結
晶）から成り、三角錘形状を有するエミッタ部１６の各
面１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと対向する面１８Ａ，１８
Ｂ，１８Ｃを有するベース部１８を、マスク領域１２の
外側に且つマスク領域１２に隣接した化合物半導体基板
１０の（１１１）Ｂ面上に、ＭＯＣＶＤ法にてエピタキ
シャル成長させる。ＭＯＣＶＤの条件を以下に例示す
る。 基板加熱温度 ： ８００゜Ｃ Ｇａ原料ガス ： ＴＭＧ（トリメチルガリウム） 供給量 ： ３×１０^-6気圧 Ａｓ原料ガス ： アルシン 原料ガス分圧比： ２００ 尚、原料ガス分圧比とは、ＭＯＣＶＤ反応装置内におけ
るＡｓ原料ガス／Ｇａ原料ガスの圧力比を意味する。

【００２８】このような条件で化合物半導体結晶（例え
ばＧａＡｓ結晶）を化合物半導体基板１０の（１１１）
Ｂ面上に選択的にエピタキシャル成長させることによっ
て、化合物半導体基板１０上にのみ且つ化合物半導体基
板１０に対して垂直方向（あるいは斜め方向）に化合物
半導体が結晶成長し、マスク領域１２上には結晶成長し
ない。若しくは、マスク領域１２上に化合物半導体が結
晶成長しても、マスク領域１２の縁部近傍のみに結晶成
長するだけである。従って、所謂選択エピタキシャル成
長を達成することができる。

【００２９】開口部の底部に露出した化合物半導体基板
の（１１１）Ｂ面上には、エミッタ部１６がＭＯＣＶＤ
法によるエピタキシャル成長によって形成される。この
際、化合物半導体結晶の例えば［−１，−１，０］方向
が化合物半導体基板の［−１，−１，０］方向と平行に
なるように、エミッタ部１６の一部分が開口部１４の中
心部に向かう方向にエピタキシャル成長する。同様に、
化合物半導体結晶の例えば［０，−１，−１］方向が化
合物半導体基板の［０，−１，−１］方向と平行になる
ように、エミッタ部１６の一部分が開口部１４の中心部
に向かう方向にエピタキシャル成長する。また、化合物
半導体結晶の例えば［−１，０，−１］方向が化合物半
導体基板の［−１，０，−１］方向と平行になるよう
に、エミッタ部１６の一部分が開口部１４の中心部に向
かう方向にエピタキシャル成長する。

【００３０】このような化合物半導体結晶のエピタキシ
ャル成長によって、エミッタ部１６の形状は三角錘とな
り、三角錘の各面１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは化合物半導
体結晶の｛１１０｝面、例えば（−１，０，−１）面、
（０，−１，−１）面及び（−１，−１，０）面から構
成されている。

【００３１】一方、マスク領域１２の外側に且つマスク
領域１２に隣接した化合物半導体基板１０の（１１１）
Ｂ面上にベース部１８がＭＯＣＶＤ法にてエピタキシャ
ル成長される。この際、化合物半導体結晶の例えば
［１，１，０］方向が化合物半導体基板の［−１，−
１，０］方向と平行になるように、ベース部１８の一部
分が開口部１４の中心部に向かう方向にエピタキシャル
成長する。同様に、化合物半導体結晶の例えば［０，
１，１］方向が化合物半導体基板の［０，−１，−１］
方向と平行になるように、ベース部１８の一部分が開口
部１４の中心部に向かう方向にエピタキシャル成長す
る。また、化合物半導体結晶の例えば［１，０，１］方
向が化合物半導体基板の［−１，０，−１］方向と平行
になるように、ベース部１８の一部分が開口部１４の中
心部に向かう方向にエピタキシャル成長する。

【００３２】このような化合物半導体結晶のエピタキシ
ャル成長によって、三角錘形状を有するエミッタ部１６
の各面１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと対向し且つ平行する面
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ、即ち｛１１０｝面、例えば
（１，０，１）面、（０，１，１）面及び（１，１，
０）面が形成される。

【００３３】エミッタ部１６及びベース部１８のエピタ
キシャル成長中の状態を示す模式的な一部平面図及び一
部断面図を、図２の（Ａ）及び（Ｂ）、並びに図３の
（Ａ）及び（Ｂ）に示す。

【００３４】以上の選択エピタキシャル成長によって、
図６の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、エミ
ッタ部１６及びベース部１８が形成される。尚、図６の
断面図は、図５の（Ａ）の線Ｂ−Ｂと同様の線に沿って
化合物半導体基板１０等を切断したときの化合物半導体
基板１０等の模式的な一部断面図である。

【００３５】［工程−１２０］ （導電層２０の形成） エミッタ部１６が三角錘の形状となった時点で、ＭＯＣ
ＶＤ法の条件を以下に例示する条件に切り替え、ベース
部１８の頂面にｎ−ＧａＡｓから成る導電層２０を形成
する（図６の（Ｂ）参照）。尚、エミッタ部１６は既に
三角錘の形状が形成されているので、この工程で更に結
晶成長することはない。 基板加熱温度 ： ８００゜Ｃ Ｇａ原料ガス ： ＴＭＧ（トリメチルガリウム） 供給量 ： ３×１０^-6気圧 Ａｓ原料ガス ： アルシン 原料ガス分圧比： ２００ ｎ型ドーパント： Ｓｉ₂Ｈ₆ 供給量 ： １×１０^-8気圧 次いで、導電層２０を選択的に除去して、導電層２０に
配線部を形成する（図示せず）。

【００３６】［工程−１３０］ （コレクタ部３２の形
成） その後、エミッタ部１６の上方に、エミッタ部１６と対
向した位置にコレクタ部３２を設ける。コレクタ部３２
は、例えば、真空蒸着法等によってガラス等の絶縁基体
３０上にＩＴＯ等の導電材料層を成膜した後、所望の形
状に導電材料層をエッチングすることによって形成する
ことができる。最後に絶縁基体３０と化合物半導体基板
１０とを組み立てることによって真空トランジスタが完
成する。

【００３７】（実施例２）実施例２は、本発明の第２の
態様の真空トランジスタ、及び第２の態様の真空トラン
ジスタの作製方法に関する。実施例２の真空トランジス
タを模式的に図７に示す。図７の（Ａ）は、真空トラン
ジスタの模式的な一部平面図であり、図７の（Ｂ）は、
図７の（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って真空トランジスタを切
断したときの模式的な一部断面図である。

【００３８】実施例２の真空トランジスタは、例えばＧ
ａＡｓから成りそして（１１１）Ｂ面を有する化合物半
導体基板１０と、帯状の第１、第２、第３及び第４のマ
スク領域４０，４２，４４，４６と、エミッタ部５０
と、ベース部５２と、コレクタ部５４から構成されてい
る。

【００３９】帯状の第１、第２、第３及び第４のマスク
領域４０，４２，４４，４６は、例えばＳｉＯ₂あるい
はＳｉＮから成り、化合物半導体基板１０の（１１１）
Ｂ面上に形成されており、長手方向が化合物半導体基板
１０の［０，−１，１］方向と一致し、且つ幅方向が化
合物半導体基板１０の［２，−１，−１］方向と一致し
ている（図８を参照）。

【００４０】エミッタ部５０は、化合物半導体結晶（例
えばＧａＡｓ結晶）から成り、第１のマスク領域４０と
第２のマスク領域４２との間に露出した化合物半導体基
板１０の（１１１）Ｂ面上に形成されている。そして、
第１又は第２のマスク領域の幅方向と平行な面で切断し
たときの形状が平行四辺形であり、かかる平行四辺形の
下底及び上底５０Ｂは化合物半導体結晶の［１，１，
１］方向と直交し、斜辺５０Ａ，５０Ｄが化合物半導体
結晶の［０，１，１］方向と直交している（図７の
（Ｃ）の拡大された一部断面図参照）。

【００４１】ベース部５２も、化合物半導体結晶（例え
ばＧａＡｓ結晶）から成り、第２のマスク領域４２と第
３のマスク領域４４との間に露出した化合物半導体基板
１０の（１１１）Ｂ面上に形成されている。そして、第
２又は第３のマスク領域の幅方向と平行な面で切断した
ときの形状が平行四辺形であり、かかる平行四辺形の下
底及び上底は化合物半導体結晶の［１，１，１］方向と
直交し、斜辺（例えば、参照番号５２Ａ）が化合物半導
体結晶の［０，１，１］方向と直交している。

【００４２】コレクタ部５４も、化合物半導体結晶（例
えばＧａＡｓ結晶）から成り、第３のマスク領域４４と
第４のマスク領域４６との間に露出した化合物半導体基
板１０の（１１１）Ｂ面上に形成されている。そして、
第３又は第４のマスク領域の幅方向と平行な面で切断し
たときの形状が平行四辺形であり、かかる平行四辺形の
下底及び上底は化合物半導体結晶の［１，１，１］方向
と直交し、斜辺（例えば、参照番号５４Ａ）が化合物半
導体結晶の［０，１，１］方向と直交している。

【００４３】エミッタ部５０に適切な電圧を印加した状
態で、ベース部５２に正の電位を加える。これによって
エミッタ部５０のエッジ部５０Ａから放出された電子
は、ベース部５２に印加された電位によって制御され、
コレクタ部５４に到達する。従って、コレクタ部５４か
らエミッタ部５０へと流れる電流をベース部５２に印加
する電位によって制御することができる。

【００４４】エミッタ部５０のエッジ部５０Ｃは、化合
物半導体結晶の（１，１，１）面５０Ｂと例えば（−
１，０，−１）面５０Ｄとが交差する稜から構成されて
いる。従って、エミッタ部５０のエッジ部５０Ｃが正確
に規定される。尚、（０，１，１）面５０Ｄと化合物半
導体基板１０の表面との成す角度は３５度である。

【００４５】ベース部５２の斜面（例えば、参照番号５
２Ａ）及びコレクタ部５４の斜面（例えば、参照番号５
４Ａ）と化合物半導体基板１０の表面との成す角度も３
５度である。従って、第１のマスク領域４０と第２のマ
スク領域４２の間隔、第２のマスク領域４２と第３のマ
スク領域４４の間隔、及び第３のマスク領域４４と第４
のマスク領域４６の間隔を正確に規定すれば、エミッタ
部５０、ベース部５２及びコレクタ部５４の間隔を正確
にしかも再現性良く制御することができる。

【００４６】以下、実施例２の真空トランジスタの作製
方法を、図８を参照して説明する。尚、エミッタ部５
０、ベース部５２及びコレクタ部５４の形成方法は、実
施例１と同様に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
に基づいた所謂選択エピタキシャル成長技術を応用して
いる。また、ＭＯＣＶＤ法における原料ガスの供給量
は、ＭＯＣＶＤ反応装置内の分圧で表わした。尚、ＭＯ
ＣＶＤ反応装置内の全圧は０．１気圧とした。

【００４７】［工程−２００］ （化合物半導体基板１
０の調製） 先ず、例えばＧａＡｓから成る化合物半導体基板１０の
（１１１）Ｂ面上に、０．１μｍ程度の厚さのＳｉＯ₂
又はＳｉＮから成るマスク層１２ＡをＣＶＤ法等にて堆
積させる（図４の模式的な斜視図を参照）。次に、通常
のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用い
て、マスク層１２Ａを選択的に除去して、帯状の第１、
第２、第３及び第４のマスク領域４０，４２，４４，４
６を形成する（図８の模式的な斜視図を参照）。これら
のマスク領域は、長手方向が化合物半導体基板１０の
［０，−１，１］方向と一致し、且つ幅方向が化合物半
導体基板１０の［２，−１，−１］方向と一致してい
る。

【００４８】［工程−２１０］ （エミッタ部５０、ベ
ース部５２及びコレクタ部５４の形成） 次に、化合物半導体結晶（例えば、ＧａＡｓ結晶）から
成るエミッタ部５０、ベース部５２及びコレクタ部５４
を、各マスク領域の間に露出した化合物半導体基板１０
の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）にてエピタキシャル成長させる。ＭＯＣＶＤの条件
を以下に例示する。 基板加熱温度 ： ８００゜Ｃ Ｇａ原料ガス ： ＴＭＧ（トリメチルガリウム） 供給量 ： ３×１０^-6気圧 Ａｓ原料ガス ： アルシン 原料ガス分圧比： ２００

【００４９】このような条件で化合物半導体結晶（例え
ばＧａＡｓ結晶）を化合物半導体基板１０の（１１１）
Ｂ面上に選択的にエピタキシャル成長させることによっ
て、化合物半導体基板１０上にのみ且つ化合物半導体基
板１０に対して垂直方向（あるいは斜め方向）に化合物
半導体が結晶成長し、マスク領域上には結晶成長しな
い。若しくは、マスク領域上に化合物半導体が結晶成長
しても、マスク領域の縁部近傍のみに結晶成長するだけ
である。従って、所謂選択エピタキシャル成長を達成す
ることができる。

【００５０】マスク領域の間に露出した化合物半導体基
板の（１１１）Ｂ面上には、エミッタ部５０、ベース部
５２及びコレクタ部５４がＭＯＣＶＤ法によるエピタキ
シャル成長によって形成される。この際、ＧａＡｓから
成る化合物半導体結晶の例えば［０，１，１］方向が斜
面となるように、そして（１１１）面が頂面となるよう
に、化合物半導体結晶がエピタキシャル成長する。その
結果、マスク領域の幅方向を含む平面でエミッタ部５
０、ベース部５２及びコレクタ部５４を切断したときの
断面形状は平行四辺形となる。

【００５１】その後、エミッタ部５０、ベース部５２及
びコレクタ部５４に電極（図示せず）を形成する。

【００５２】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した各種条件は例示であり、適
宜変更することができる。結晶面や方向は例示であり、
等価の結晶面や方向に置き換えることができる。実施例
では、ＧａＡｓから成る化合物半導体基板上にＧａＡｓ
から成る化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させた
が、その他、化合物半導体基板及び化合物半導体結晶の
組み合わせとして、その他、化合物半導体基板としてＩ
ｎＰ、化合物半導体結晶としてＡｌＧａＩｎＡｓの組み
合わせを用いることができる。

【００５３】本発明の第１の態様に係る真空トランジス
タにおいては、例えば蛍光物質層をコレクタ部３２の表
面に形成しておけば、高密度で画像や文字等を表示し得
る表示装置を容易に作製することができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明においては、エミッタ部を高い精
度でしかも高い再現性をもって形成することができ、し
かも、エミッタ部、ベース部及びコレクタ部の間の距離
を短くすることができる。また、本発明においては、１
回のマスク層の形成、１回のフォトリソグラフィ技術及
びエッチング技術の適用、更には１回のＭＯＣＶＤ法に
よる選択エピタキシャル成長によって真空トランジスタ
を作製することができ、従来の真空トランジスタが複雑
なフォトリソグラフィ技術、エッチング技術や成膜技術
を必要とするのに比べて、作製工程が極めて簡素であ
る。また、従来の技術と異なり、マスク領域の形状や大
きさ、方向等を厳密に制御しなくとも、高い精度の形
状、寸法を有するエミッタ部、ベース部及びコレクタ部
を形成することができる。従って、フォトリソグラフィ
技術やエッチング技術そのものを極めて正確に制御する
必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の真空トランジスタの模式図である。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿って真空トランジスタ
を切断したときの、模式的な一部平面図及びその一部断
面図である。

【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って真空トランジ
スタを切断したときの、模式的な平面図及びその一部断
面図である。

【図４】実施例１の真空トランジスタの作製方法を説明
するための化合物半導体基板等の模式的な一部平面図で
ある。

【図５】図４に引き続き、実施例１の真空トランジスタ
の作製方法を説明するためのエミッタ部等の模式的な一
部平面図及び一部断面図である。

【図６】図５に引き続き、実施例１の真空トランジスタ
の作製方法を説明するためのエミッタ部等の模式的な一
部平面図及び一部断面図である。

【図７】実施例２の真空トランジスタの模式図である。

【図８】実施例２の真空トランジスタの作製方法を説明
するための化合物半導体基板等の模式的な一部の斜視図
である。

【符号の説明】

１０ 化合物半導体基板 １２，４０，４２，４４，４６ マスク領域 １２Ａ マスク層 １４ 開口部 １６，５０ エミッタ部 １８，５２ ベース部 ２０ 導電層 ３０ 絶縁基体 ３２，５４ コレクタ部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）（１１１）Ｂ面を有する化合物半導
   体基板と、 （ロ）該化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に形成さ
   れた正三角形の平面形状を有し、該正三角形の各辺が、
   化合物半導体基板の［−１，−１，０］方向、［−１，
   ０，−１］方向及び［０，−１，−１］方向と直交する
   マスク領域と、 （ハ）各辺が該マスク領域の各辺と平行である正三角形
   の形状を有する、該マスク領域内に形成された開口部
   と、 （ニ）化合物半導体結晶から成り、該開口部の底部に露
   出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に形成さ
   れ、三角錘の形状を有し、三角錘の各面は該化合物半導
   体結晶の｛１１０｝面から構成されたエミッタ部と、 （ホ）化合物半導体結晶から成り、前記マスク領域の外
   側にマスク領域に隣接して化合物半導体基板の（１１
   １）Ｂ面上に形成され、三角錘形状を有するエミッタ部
   の各面と対向し且つ平行する面を有し、頂面に導電層が
   形成されたベース部と、 （ヘ）前記エミッタ部の上方に、エミッタ部と対向して
   設けられたコレクタ部、 から成ることを特徴とする真空トランジスタ。
2. 【請求項２】（イ）（１１１）Ｂ面を有する化合物半導
   体基板と、 （ロ）該化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に形成さ
   れ、長手方向が化合物半導体基板の［０，−１，１］方
   向と一致し、且つ幅方向が化合物半導体基板の［２，−
   １，−１］方向と一致した、帯状の第１、第２、第３及
   び第４のマスク領域と、 （ハ）化合物半導体結晶から成り、第１のマスク領域と
   第２のマスク領域との間に露出した化合物半導体基板の
   （１１１）Ｂ面上に形成され、第１又は第２のマスク領
   域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平行四辺
   形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は該化合物
   半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が該化
   合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するエミッ
   タ部と、 （ニ）化合物半導体結晶から成り、第２のマスク領域と
   第３のマスク領域との間に露出した化合物半導体基板の
   （１１１）Ｂ面上に形成され、第２又は第３のマスク領
   域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平行四辺
   形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は該化合物
   半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が該化
   合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するベース
   部と、 （ホ）化合物半導体結晶から成り、第３のマスク領域と
   第４のマスク領域との間に露出した化合物半導体基板の
   （１１１）Ｂ面上に形成され、第３又は第４のマスク領
   域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平行四辺
   形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は該化合物
   半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が該化
   合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するコレク
   タ部、 から成ることを特徴とする真空トランジスタ。
3. 【請求項３】化合物半導体基板、エミッタ部及びベース
   部はＧａＡｓから成ることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の真空トランジスタ。
4. 【請求項４】（イ）化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面
   上にマスク層を形成した後、該マスク層を選択的に除去
   することによって、各辺が化合物半導体基板の［−１，
   −１，０］方向、［−１，０，−１］方向及び［０，−
   １，−１］方向と直交する正三角形の平面形状を有する
   マスク領域を形成し、併せて、各辺がマスク領域の各辺
   と平行な正三角形の形状を有する開口部を該マスク領域
   内に形成する工程と、 （ロ）化合物半導体結晶から成り、三角錘の形状を有
   し、三角錘の各面は該化合物半導体結晶の｛１１０｝面
   から構成されたエミッタ部を、該開口部の底部に露出し
   た化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に有機金属気相
   成長法にてエピタキシャル成長させ、 同時に、化合物半導体結晶から成り、三角錘形状を有す
   るエミッタ部の各面と対向し且つ平行する面を有するベ
   ース部を、前記マスク領域の外側に且つマスク領域に隣
   接した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に有機金属
   気相成長法にてエピタキシャル成長させる工程と、 （ハ）該ベース部の頂面に導電層を形成する工程と、 （ニ）前記エミッタ部の上方に、コレクタ部をエミッタ
   部と対向して設ける工程、 から成ることを特徴とする真空トランジスタの作製方
   法。
5. 【請求項５】（イ）化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面
   上にマスク層を形成した後、該マスク層を選択的に除去
   することによって、長手方向が化合物半導体基板の
   ［０，−１，１］方向と一致し、且つ幅方向が化合物半
   導体基板の［２，−１，−１］方向と一致する、帯状の
   第１、第２、第３及び第４のマスク領域を形成する工程
   と、 （ロ）化合物半導体結晶から成り、第１又は第２のマス
   ク領域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平行
   四辺形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は該化
   合物半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺が
   該化合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交するエ
   ミッタ部を、第１のマスク領域と第２のマスク領域との
   間に露出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に有
   機金属気相成長法にてエピタキシャル成長させ、 同時に、化合物半導体結晶から成り、第２又は第３のマ
   スク領域の幅方向と平行な面で切断したときの形状が平
   行四辺形であり、かかる平行四辺形の下底及び上底は該
   化合物半導体結晶の［１，１，１］方向と直交し、斜辺
   が該化合物半導体結晶の［０，１，１］方向と直交する
   ベース部を、第２のマスク領域と第３のマスク領域との
   間に露出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ面上に有
   機金属気相成長法にてエピタキシャル成長させ、 更に、同時に、化合物半導体結晶から成り、第３又は第
   ４のマスク領域の幅方向と平行な面で切断したときの形
   状が平行四辺形であり、かかる平行四辺形の下底及び上
   底は該化合物半導体結晶の［１，１，１］方向と直交
   し、斜辺が該化合物半導体結晶の［０，１，１］方向と
   直交するベース部を、第３のマスク領域と第４のマスク
   領域との間に露出した化合物半導体基板の（１１１）Ｂ
   面上に有機金属気相成長法にてエピタキシャル成長させ
   る工程、 から成ることを特徴とする真空トランジスタの作製方
   法。
6. 【請求項６】化合物半導体基板、エミッタ部及びベース
   部はＧａＡｓから成ることを特徴とする請求項４又は請
   求項５に記載の真空トランジスタの作製方法。