JPS62152164A - バイポ−ラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ビタキンヤル成長によってその上に設けられたｎ十型コ
レクタ、１５は拡散によって設けられたｐ型ベース、１
Ｇは拡散または合金によって設けられたｎ型エミッタ、
１７はコレクタ電極、１８はベース電極、１９はエミッ
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、
エミッタ１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、ベース基が短いほど動作速度は早くなる。

したがってベース基が短いほど望ましいわけであるが、
このような構造で、良好なオーミッ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、エミッ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く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
、エミッ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、
エミッタにＡｌｘＧａ、−ｘ　Ａｓ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 Ｒｂ；ベース抵抗 ＣＣ；コレクタ容量 であられされる、エミッ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、エミッターベース接合部
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、ベースのキャリア１度（ホール濃度）を非常に
高くすることができる。したがって、ベース抵抗を穫端
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
く特公昭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Ｇａ
Ａｓ、２２はベースを形成するｎ型ＧａＡｓ、２３はエ
ミッタを形成するｎ型Ａ　ｌｘ　Ｇａ１−ＸＡ５１２４
はベース電極取り出しのためのｐ型Ａ　Ｉ　Ｘ　Ｇ　ａ
　１−　Ｘ　Ａ　ｓ　Ｐ　２５はコレクタ電極、２６は
ベース電極、２７はエミッタ電極である。

まず２０のＧａＡｓ基板上に、液相エピタキンヤル法に
より、２１．２２．２３の各層を形成する。つぎにメサ
エッチングにより、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ャルによって２４のベ
ース電極取り出しのためのｐ型ＡｌｘＧａ、−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ップが形成されやすい。再成
長時の温度をあげればトラ、プが残少するが、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。そのためへ−大抵抗をそれほどひくくすることが
できず、実質上１０００Å以下のベース基を得ることは
困難であった。

また本従来例では、マスク合せの関係からエミノク部の
面積は、エミ、り電極の面積よりも大きくなっている。

すなわちｐ型ベース層とｎ型エミノク層との接合面積が
エミッタ電極面積よりも人きく、そのため電極の大きさ
のδすにはエミノターベース接合容量、すなわちエミッ
タ容４ｉｔＣｅが大きかった。

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）”　　
（２１Ａ、Ｂ、定数 で与えられる。

従っ゛（、エミッタ容量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、エミッタを基板側に、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＋１１式かられかるように
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
係からエミッタ電極の面積は、エミ、り部の面積よりも
小さくなっている。エミッ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ｌ−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（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、高周波特性の充分価れ
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たもったまま、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、あらかしめ、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、エツチングによって該絶縁膜、該ベース電極数
り出し層の一部を除去したのち、分子線エピタキシーな
どのエピタキシャ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
ミッタ）層上部には、極めて薄いベース層とエミッタ（
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って、へ−スミ極の取
り出しの容易さを保ったまま、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、災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、ｌは半絶縁性ＱａＡｓ法板、２はｎ十
型ＧａＡｓコレクタ１層（電極取出し層）、３はｎ型Ｇ
ａＡｓコレクタ２Ｎ、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
ＡｌＸＣａ、−。

Ａｓ　（ｘ＝０．３）エミッタ１層、７はｎ十型ＧａＡ
ｓエミッタ２層（電極取出し層）、８はコレクタ電極、
９はベース電極、ＩＯはエミッタ電極である。

１１はＳ　ｉ　Ｏ２進縁膜、１１上部の５．　６．　７
斜線部は５１０２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、■の半１色縁性ＧａＡｓ基手反が４０（
１μｍ、２のｎ十型ＧａＡｓコレクタ１層が４０００人
、３のｎ型ＧａＡｓＤレクタ２層が２０００人、４のｐ
型ＧａＡｓベースＩＩＭが５０００人、５のｐ型ＧａＡ
ｓベース２層が４００人、６のｎ型ＡｌＸＧａ１−ｘＡ
ｓエミッタ１層は１５００人、７のＨ％取出し用ｎｆ型
ＧａＡｓエミッタ２層は１５００人である。２〜７の各
層は、分子線エピタキシー（ＭＢＩＥ）によって形成さ
れた。１１の３１０２膜は１０００人であり化学気相成
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５
ＩＯ２膜を２０００人の１７みに形成した。次に通常の
ホトリソグラフィ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って、第３図に示すように、１
１の５ｉｎ２膜、４のｐ型ＧａＡｓベース】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回の点線で示したように、コ
レクタ層内まですず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。Ｓ　ｉ　Ｏ２膜のエ
ツチングはフ・７酸で、ＧａＡｓのエツチングは、Ｈ２
ＳＯ４−１１２０□−１１□０混合ン良を用いて行なっ
た。Ｇａ八へ基キ反として、（ＯＯ１）を用いることに
より、［１１０１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、フッ酸でＳ　ｉ　Ｏ
２を１０００人除去して、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った。

次に全体の上から分子線エピタキシーにより、４００人
のｐ型ＧａＡｓヘ−ス２層および１５００人のｎ型ＡＩ
Ｘ　Ｇａ１−Ｘ　ＡｓＩミッタ１層、１５００人のｎ十
型ＧａＡｓエミッタ２層を第５図に示すように再成長さ
せた。

次にホトリソグラツイーン去によって、該１色縁膜のあ
る部分の一部をＨ２ＳＯ，−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２０混合ン＆
およびフン酸を用いてエツチングＬ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
グラフィ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ッタ２上にｌＯのエ
ミッタ電極を、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。

本実施例の構造のエミッタ容量Ｃｅは、再成長部のエミ
ッ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ャ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Ｂ
ｅを用いｌ・１０”／Ｃｄのドーピングを、また６のエ
ミッタ１層を形成するためにＳｉを用い５・１０”／ｃ
Ｍのドーピングを行なった。しかしえられた多結晶状＋
１Ｘは１０６オームの高抵抗を示し半絶縁性となってい
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。したがってエミノ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。またエミッタ電極をエミノクエピタキ７ヤル
成長部面積より大きくとっても、多結晶状膜の半絶縁性
のためにショ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、エミッタ、エミッタ電極のセルファ
ライン構造となっている。したがってエミッタ電極をエ
ミノクｊｆｔ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
よりエミッ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、車にエミッ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凍らすことができ、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、４００人と極め
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。

、　　　・　　　　゛ 〔舎　　「Ｉ　　　、　　　か　　　酔３６．） ｔｓ＝　　（５／２）Ｒｂ　−Ｃｃ’　　（Ｒｂ／ＲＬ
）・　ｔ　　ｂ＋　　（３Ｃｃ＋ＣＬ）ＲＬＲＬ；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 ｔ　ｂ　＝　Ｌ　ｂ　／　Ｖ　ｅ　　　　　　　　　　
（４１Ｌｂｉベース長 ＶｅＨ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、ベース領域のキャリア濃度を極めて高く
している。（実施例では１・ｌＯθ／ｃＩＩｌのキャリ
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５０００人と厚いため、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）
、ベース砥抗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人という非常
に薄いベースに良好なオーミ７り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った。さらに
接合容量も小さくなった。更にベース抵抗、電極コンタ
クト（氏抗も小さくなった０以上のことから、エミッタ
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４００人の例を示したが
、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Ｓ　ｒ　０２をもちいたがＳ
ｉＮでも同様な結果が得られており、その上に半導体が
エピタキシャ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　−Ａ　ｌ　
ｘ　Ｇ　ａ　＋　−ｘ　Ａ　ｓを用いたが、他の半導体
材料、例えばＩｎＰ−１ｎＧａＡｓＰ等を用いても作成
することができる。またＡｔ；５度として、Ｘ＝０．３
を用いたが、これは０〜１の範囲で任意にｉ５ｆふこと
かできる。

本実施例では、エミッタ、コレクタをｎ型に、ベースを
ｐ型にしたが、エミッタ、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、」二部にエミッタ
を形成したが、前述した如く同様の製造方法により基板
側にエミッタを、」二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
易さを保ったまま、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図は従来のハイボー
ラトランノスクの断面図。 第７図は従来のへテロ接合トランジスタの断面図である
。 １・・・・・・半絶縁性ＧａΔＳ基板、　　２・・・・
・ｎ→−ＧａＡｓコレクタ（またはエミッタ）１層（電
（すｊ取り出し府）、３・・・・・・ｎ型Ｇ　３　＋’
１３コレクタ（またはエミッタ）２層、４・・・・・・
ｐ型Ｇａ　Ａ　Ｓベース１層（電極取り出し層）、５　
・・・・ｐ型ＧａＡｓへ一ス２層、６・・・・・・ｎ型
Ｇ　ａ　７’ｌ　Ｓエミッタ（またはコレクタ）１層、
７・・・・・・ｎ＋ＧａＡｓエミッタ（またはコレクタ
）２層（電極取り出し層）、８・・・・・・コレクタ（
またはエミッタ）電極、９・・・・・・ベース電極、１
０・・・・・・エミッタ（またはコレクタ）電極、１１
・・・・・・絶縁膜、１２・・・・・・レジスト代理人
の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／−−−基捩 、３−−　コレクタＺ（ｄｈ＋１エミ９り２）４−−−
〜−スｌｃ宅７極取上し用ノ σ−−−ベース２ に−−一　エミ・１りＨｄｔ−ｔｌコレ７り１２７−−
−　エミッタ？（ｊ　７ｓ　＋ココレフ７２）第１図　
δＩ’／、ｔｏ−・−ち再 １／−，４１へ泥恥層し 第２図 第３図 第４図 第５図 に 第６図 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の上にコレクタ（またはエミッタ）層
   及びベース電極取り出し層を順次エピタキシャル成長し
   、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ッ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
   （またはエミッタ）層の一部を露出させ、その上にベー
   ス層、エミッタ（またはコレクタ）層を順次エピタキシ
   ャル成長させ、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ってエミッタ（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ャル成長
   したエミッタ（またはコレクタ）部を他から絶縁するよ
   うにし、該エミッタ（またはコレクタ）部上部全面にエ
   ミッタ（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ッチングして、該ベース層
   、該コレクタ（またはエミッタ）層の一部を露出させ、
   それぞれにベース電極、コレクタ（またはエミッタ）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. （２）少なくともエミッ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. （３）III−Ｖ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. （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。