JPS62221151A - Hetero junction bipolar transistor and manufacture thereof - Google Patents

Hetero junction bipolar transistor and manufacture thereof

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JPS62221151A
JPS62221151A JP6412886A JP6412886A JPS62221151A JP S62221151 A JPS62221151 A JP S62221151A JP 6412886 A JP6412886 A JP 6412886A JP 6412886 A JP6412886 A JP 6412886A JP S62221151 A JPS62221151 A JP S62221151A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
type
emitter
base region
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Application number
JP6412886A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiko Hiraoka
佳子 平岡
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the hetero-junction bipolar transistor having low emitter size effect by a method wherein an external base region is formed by doping impurities in the depth reaching the second semiconductor layer but not reaching the first semiconductor layer in such a manner that an emitter region is surrounded by the external base region, and a base electrode is formed adjoining to the third semiconductor layer located in the external base region. CONSTITUTION:A wafer, on which n<+> type GaAs layer 12, an n-type GaAs layer 13, a p<+> type GaAs layer 14, an n-type AlGaAs layer 15 and an n<+> GaAs layer 16 are epitaxially grown successively, is used as a semiinsulating substrate 11. After the n<+>GaAs layer 16 located on the circumference of an emitter region has been removed, an ion-implanted external base region 17 is formed by ion-implanting impurities on the p<+> GaAs layer 14 from above the n-AlGaAs layer 15 in such a manner that the impurities exactly reach the p<+> GaAs layer 14, and a base electrode 18 is formed on the external base region consisting of n-AlGaAs. Damages are introduced in the ion implantation process, the part having a large recoupling rate per unit time is present a little in the ion-implanted external base region only. Accordingly, the emitter size effect can be reduced substantially.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製
造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor and a method for manufacturing the same.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

エミッタ層またはコレクタ層にベース層よシも禁制帯幅
の大きい半導体全相いるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタは大きい電流増幅率、低いベース抵抗、ベース押し
出し効果の抑制等の特長を有するものとして注目されて
いる。エミッタサイズが比較的大きいヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタでは、これらの長所が生かされ、大き
い電流増幅率が得られている。ところがエミッタサイズ
が小さくなると電流増幅率が著しく減少する。いわゆる
エミッタサイズ効果が見られ、従来から問題になってい
る。以下にこの問題をエミツタ層にAlGaAs、ベー
ス層とコレクタ層にGaAsを用いた場合上例に挙げて
1図を用いて説明する。
Heterojunction bipolar transistors, in which the emitter layer or collector layer is made entirely of semiconductors with large forbidden band widths as well as the base layer, are attracting attention as having features such as a large current amplification factor, low base resistance, and suppressed base extrusion effect. . Heterojunction bipolar transistors with relatively large emitter sizes take advantage of these advantages and achieve large current amplification factors. However, as the emitter size becomes smaller, the current amplification factor decreases significantly. A so-called emitter size effect is observed and has been a problem for some time. This problem will be explained below with reference to FIG. 1, taking as an example the case where AlGaAs is used for the emitter layer and GaAs is used for the base layer and collector layer.

第4図はヘテロ接合バイポーラトランジスタの開発初期
に見られた構造である5 41はn生型G a A s
基板であり、この上にn型G a A sコレクタ層4
2、P型G a A sベース庖43.n型AlGaA
sエミツタ層44が順次成長形成されている。エミツタ
層の外側はメサエッチングされ、霧出したベースWI4
3にベース電極46が形成されている。
Figure 4 shows the structure seen at the early stage of the development of heterojunction bipolar transistors. 5 41 is an n-type Ga As
A substrate, on which an n-type GaAs collector layer 4 is formed.
2. P type Ga As base plate 43. n-type AlGaA
The s-emitter layer 44 is sequentially grown and formed. The outside of the emitter layer is mesa-etched, and the base WI4 is misted out.
A base electrode 46 is formed at 3.

47はエミッタ電極である。47 is an emitter electrode.

この様な構造では露出したベース層の表面で再結合が盛
んに起り、一定量のベース電流が生じる。
In such a structure, recombination occurs actively on the exposed surface of the base layer, and a certain amount of base current is generated.

エミッタサイズが小さくなるとこの表面再結合に起因す
るベース電流の全ベース電流に対する寄与が急激に増加
し、電流増幅率h F Eが減少する。
As the emitter size becomes smaller, the contribution of the base current due to this surface recombination to the total base current increases rapidly, and the current amplification factor h FE decreases.

(Nakaj ima O,、Nagata K、 、
  Itoル、  l5hibashi T。
(Nakajima O, Nagata K, ,
Itol, l5hibashi T.

and Sugeta T、 ” Emi tter−
Base Junction Si jeEffect
 on Curront Ga1n Hfe of A
!J3aAs/QaA5Heterojunction
 Bipotar Transistors ”、 J
apaneseJ、 of Appt−Phyo・、2
4p−L596(1985))すなわち、仮りに表面再
結合に起因する一定量のベース電流iIoとおき、真性
ベース領域で発生するベース電流をXJB (ただしX
はエミッター幅)。
and Sugeta T.
Base Junction Si jeEffect
on Current Ga1n Hfe of A
! J3aAs/QaA5Heterojunction
Bipotar Transistors”, J
apaneseJ, of Appt-Phyo・, 2
4p-L596 (1985)) In other words, suppose that a fixed amount of base current iIo due to surface recombination is set, and the base current generated in the intrinsic base region is XJB (where X
is the emitter width).

コレクタ電流をxJcとおくと、電流増幅率h?に−1
゜ の逆数++yl=JB/Jc+Io/10C−Jc)と
表わされ、エミツタ幅が小さくなるとhr篇は減少する
ことがわかる。
If the collector current is xJc, the current amplification factor h? ni-1
It is expressed as the reciprocal of ++yl=JB/Jc+Io/10C-Jc), and it can be seen that the hr decreases as the emitter width becomes smaller.

第5図は最近よく採用されるようになっ之構造で、エミ
ッタ領域の外側にZn拡散やMgtたはBeなどのイオ
ン注入により外部ベース領域となる低抵抗のP生型層4
9を形成したものである。45はベース・コレクタ間を
分離する九めの高抵抗層である。エミッタ領域には電極
とのオーミック接触をよくするために表面にn生型Ga
As層48t−設けである。、第4図の構造ではベース
電極46と真性トランジスタ領域の間の寄生抵抗が太き
かつ念ので、これを改善するために第5図の構造が考え
られた。
Figure 5 shows a structure that has recently become popular, in which a low-resistance P-type layer 4 is formed outside the emitter region to become an external base region by Zn diffusion or ion implantation of Mgt or Be.
9 was formed. 45 is the ninth high resistance layer separating the base and collector. In the emitter region, there is n-type Ga on the surface to improve ohmic contact with the electrode.
An As layer 48t is provided. In the structure shown in FIG. 4, the parasitic resistance between the base electrode 46 and the intrinsic transistor region is large, so the structure shown in FIG. 5 was devised to improve this problem.

ところでこの構造では外部ベース領域49t?形成する
。拡散あるいはイオン注入工程でダメージが導入され、
多数の発生・再結合中心が外部ベース領域中に生じるた
めに、一定量のベース−電流が外部ベース領域で発生す
る。従って前述の例と同様にエミッタサイズが小さくな
ると電流増幅率hpxが減少する。
By the way, in this structure, the external base area 49t? Form. Damage is introduced during the diffusion or ion implantation process,
Due to the large number of generation and recombination centers occurring in the extrinsic base region, a certain amount of base-current is generated in the extrinsic base region. Therefore, as in the previous example, as the emitter size decreases, the current amplification factor hpx decreases.

ところで、第5図の構造のヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタを2次元シミュレーションで解析した結果次のこ
とが明らかになった。第3図は第5図の1点鎖線に沿っ
てホール濃度、電子濃度。
By the way, as a result of analyzing the heterojunction bipolar transistor having the structure shown in FIG. 5 by two-dimensional simulation, the following was clarified. Figure 3 shows the hole concentration and electron concentration along the dashed line in Figure 5.

単位時間あたりの再結合率がどのように変化しているか
をグラフに表わしたものである。ホール濃度は外部ベー
ス領域でほぼ一定で、コレクタ領域で急激に減少する。
This graph shows how the recombination rate changes per unit time. The hole concentration is approximately constant in the extrinsic base region and decreases rapidly in the collector region.

電子濃度は外部ベース領域のA L G a A s層
では小さいが、外部ベース領域のGaAs層で急激に増
加し、コレクタ層でさらに増加する。ところで単位時間
あたシの再結合率Uは次式で表わされる。ただし4Tp
とTnはそれぞれホールと電子の寿命、pはホール濃度
nは電子濃度、niは真性電子濃度、noとpoはそれ
ぞれ捕獲中心準位に換算した熱平衡電子・ホール濃度で
ある。この式からTp(!−Tnが小さく。
The electron concentration is small in the A L Ga As layer of the extrinsic base region, but increases rapidly in the GaAs layer of the extrinsic base region, and further increases in the collector layer. By the way, the recombination rate U per unit time is expressed by the following equation. However, 4Tp
and Tn are the lifetimes of holes and electrons, respectively, p is the hole concentration, n is the electron concentration, ni is the intrinsic electron concentration, and no and po are the thermal equilibrium electron and hole concentrations converted to the trap center level, respectively. From this equation, Tp(!-Tn is small.

Pn積が大きいほど単位時間あたpの再結合率が大きい
ことがわかる。計算した結果は第3図の[C)であり、
外部ベース領域にあるG a A s層で主に再結合が
生じていることがわかった。
It can be seen that the larger the Pn product, the higher the recombination rate of p per unit time. The calculated result is [C] in Figure 3,
It was found that recombination mainly occurred in the Ga As layer in the external base region.

以上の結果から、ダメージが導入されている外部ベース
領域中にあるG a A s層の体積が少ないほどエミ
ッタサイズ効果が減少することが期待される。
From the above results, it is expected that the emitter size effect decreases as the volume of the GaAs layer in the external base region into which damage is introduced decreases.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は上述したような従来の問題点を解決し、
エミッタサイズ効果が小さいヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems,
It is an object of the present invention to provide a heterojunction bipolar transistor with a small emitter size effect and a method for manufacturing the same.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジスタの概要
を図面を用いて説明する。
The outline of the heterojunction bipolar transistor according to the present invention will be explained using the drawings.

第1Mは本発明の構造の代表的な例を模式的に表わした
ものである。図中11はたとえば半絶縁性G a A 
s基板のような基板、12はたどえばn+型GaAs層
、13はたとえばn型G a A s層でこれら2つの
層がコレクタとなる第1導電型の第1半導体層である。
1M schematically represents a typical example of the structure of the present invention. In the figure, 11 is, for example, a semi-insulating G a A
A substrate such as an s-substrate, 12 is an n+ type GaAs layer, and 13 is, for example, an n-type GaAs layer, and these two layers are a first conductivity type first semiconductor layer serving as a collector.

14はたとえばP十型GaAs層のようなベースとなる
第2導電型の第2半導体層。
14 is a second semiconductor layer of a second conductivity type serving as a base, such as a P-type GaAs layer.

15はたとえばn型AlGaAs、16はたとえばn+
型GaAsでこれら2つの層がエミッタとなる第1導電
型の第3半導体層である。J7はP中型外部ベース領域
で、14のP中型G a A s層にかろうじて達っす
るように形成されている。18はベース電極でA L 
G a A s層に接している。19はベース・コレク
タ間を分離するための高抵抗層120はエミッタ電極、
21はコレクタ電極である。
15 is, for example, n-type AlGaAs, and 16 is, for example, n+
These two layers are the third semiconductor layer of the first conductivity type, which is GaAs type and serves as an emitter. J7 is a P medium-sized external base region, which is formed so as to barely reach the 14 P medium-sized Ga As layers. 18 is the base electrode A L
It is in contact with the GaAs layer. 19 is a high resistance layer 120 for separating the base and collector, an emitter electrode;
21 is a collector electrode.

このようなヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造す
る本発明の方法は半絶縁性基板11にn+型G a A
 s層12.n型GaAs層13.P中型G a A 
s層14.n型A t G a A s層15.n+−
GaAs層161”順次エピタキシャル成長したウェー
ハを用いる。エミッタ領域の周囲のn + G a A
 s層16を除去(、り(7)ち、n −A tG a
 A s層17上から不純物t=p+−′−GaAs層
14にちょうど達つするようにイオン注入して、イオン
注入外部ベース領域17全形成し、n  A tG a
 A sから成る外部ベース領域上にベース電極18を
設ける。
The method of the present invention for manufacturing such a heterojunction bipolar transistor includes an n+ type Ga A on a semi-insulating substrate 11.
s layer 12. n-type GaAs layer 13. P medium size G a A
s layer 14. n-type AtGaAs layer 15. n+-
A wafer is used in which a 161" GaAs layer is epitaxially grown sequentially. n + Ga A around the emitter region.
Removal of the s layer 16 (, Ri (7), n -A tG a
Ions are implanted from above the A s layer 17 so as to just reach the impurity t=p+-'-GaAs layer 14 to form the entire ion-implanted external base region 17.
A base electrode 18 is provided on the external base region consisting of As.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

次に本発明による効果全第2図を参照して説明する。第
2図は第1図の構造のヘテロ接合バイポーラトランジス
タを2次元シミュレーシ冒ンで解析し、第1図の1点鎖
線に沿ってホール濃度、電子濃度、単位時間あたりの再
結合率をグラフに表わしたものである。従来構造につい
て同様のプロット?し之結果、第3図と比較すると、ホ
ール濃度と電子濃度はほぼ同様の変化をしているが、単
位時間あたりの再結合率は非常に異った変化をしている
ことがわかる5発生再結合中心が大量に存在しているイ
オン注入外部ベース領域は主にkAG a A s層内
に限られているので%巣位時間あたりの再結合率が大き
いのは、イオン注入外部ベース領域中にわずかに存在す
るG a A s層内のみである。従って、外部ベース
領域で発生する一定量のベース電流IOがほぼ消滅しエ
ミッタサイズ効果は著しく低減する。
Next, the effects of the present invention will be explained with reference to FIG. Figure 2 is a graph of the hole concentration, electron concentration, and recombination rate per unit time along the dashed-dotted line in Figure 1, using a two-dimensional simulation to analyze the heterojunction bipolar transistor with the structure shown in Figure 1. This is expressed in Similar plot for conventional structure? As a result, when compared with Figure 3, it can be seen that the hole concentration and electron concentration change in almost the same way, but the recombination rate per unit time changes very differently. The ion-implanted extrinsic base region where a large number of recombination centers exist is mainly limited to the kAG a As layer, so the recombination rate per % position time is large in the ion-implanted extrinsic base region. It exists only in the GaAs layer, which is slightly present in the . Therefore, a certain amount of base current IO generated in the external base region is almost eliminated, and the emitter size effect is significantly reduced.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の詳細な説明する。第6図はAzGaAs
−GaAsヘテロ接合を用いた一実施例のバイポーラト
ランジスタの製造工程を示したものである。まず半絶縁
性G a A s基板61上にコレクタとなる第1半導
体層としてn生型G a A s層62、続いてn凰G
 a A s層63をエピタキシャル成長させる。続い
てベースとなる第2半導体層としてP中型GaAs層1
614ピタキシャル成長させ、更にエミッタとなる第3
半導体層として。
The present invention will be explained in detail below. Figure 6 shows AzGaAs
- This figure shows the manufacturing process of an embodiment of a bipolar transistor using a GaAs heterojunction. First, an n-type GaAs layer 62 is placed on a semi-insulating GaAs substrate 61 as a first semiconductor layer which becomes a collector, and then an n-type GaAs layer 62 is placed on a semi-insulating GaAs substrate 61.
The a As layer 63 is epitaxially grown. Next, a P medium-sized GaAs layer 1 is formed as a second semiconductor layer to serve as a base.
614 pitaxially grown, and a third layer that becomes an emitter.
As a semiconductor layer.

n型Gax−xAtxAsでxi−oから0.3まで連
続的に変化させ念いわゆるグレーディング層65゜n型
GaQ、7At0.3As66 、n生型G a A 
s層67t−−’−ビタキシャル成長させる。この実施
例では各半導体4t−MBE法によシエビタキシャル成
長させているが、MOCVD法を用いることも可能であ
る。各層の厚さはn十型GaAs層62が0.5μm、
n型GaAs層63が0.5 A m 、 P中型G 
a A s層64が0. IJim、n型Gat−xA
txAsグレーディング層65が0.03μm 、 n
型Ga017AtQ、3AS/白66が0.1μm。
The so-called grading layer 65°n-type GaQ, 7At0.3As66, n-type GaA is continuously changed from xi-o to 0.3 with n-type Gax-xAtxAs.
The s-layer 67t--' is grown bitaxially. In this example, the semiconductors are grown in a shear bitaxial manner by the 4t-MBE method, but it is also possible to use the MOCVD method. The thickness of each layer is 0.5 μm for the n-type GaAs layer 62;
The n-type GaAs layer 63 is 0.5 A m, P medium G
aAs layer 64 is 0. IJim, n-type Gat-xA
The txAs grading layer 65 has a thickness of 0.03 μm, n
Type Ga017AtQ, 3AS/white 66 is 0.1 μm.

n生型G a A s層62でS i 7jE 2X 
1018m−3、n型GaAs層63でSiが5×10
16.−3.P+型GaAs層64でBeが5X101
”m−3,n型Ga1−xA t x A sグレーデ
ィング層65で、Siが3xtoL7m−3,n生型G
 a A s層67でSiが5 ×I O18cm−3
テある。次にエミッタ領域となる部分にホトリソグラフ
ィーにより酸化膜(S i O2)マスク68を形成し
、これを用いて最上層のn生型GaAs層67をエツチ
ングしてn型G a 0.7 A L o、 s A 
s層66を露出させた。この状態が第6図(a)である
S i 7jE 2X in n-type Ga As layer 62
1018m-3, n-type GaAs layer 63 with Si of 5×10
16. -3. Be is 5×101 in the P+ type GaAs layer 64
"m-3, n-type Ga1-xA t x As grading layer 65, Si is 3xtoL7m-3, n-type G
In the a As layer 67, Si is 5 × I O18 cm-3
There is. Next, an oxide film (S i O 2 ) mask 68 is formed by photolithography in the portion that will become the emitter region, and using this, the uppermost n-type GaAs layer 67 is etched to form an n-type Ga 0.7 A L o, s A
The s-layer 66 was exposed. This state is shown in FIG. 6(a).

次に酸化膜マスク68を残し友ままZnとAsをそれぞ
れ加速電圧100 keV、ドーズ量1×1o15cf
R−2Cイオン注入し、赤外線ランプで850℃2秒の
アニールを行った。その結果、P生型G a A s層
64にちょうど接触するようにP中型外部ベース領域6
9が形成され、第7図に示すような表面濃度1×10”
3−3の急峻なキャリアプロファイルが得られた。この
時、イオン注入によるダメージk G aAs層内に導
入しないために、なるべくP+型GaAs層64の上に
ちょうど接触し、P生型G a A s層64の内部に
は侵入しないようなイオン注入条件を選ぶことが望まし
い、l続いて、エミッタ領域から外部ベース領域の一部
をおおうマスクを形成し、B’i加速電圧150 ke
Vドーズ量5X 10 ”eyn−2及び70 keV
 、 2x 10−12cW1−2 テ二重イオン注入
し、アニール全行ってベースとコレクタを分離するため
の高抵抗層70を形成した。この状態が第6図[b)で
ある。
Next, leaving the oxide film mask 68, Zn and As are each deposited at an acceleration voltage of 100 keV and a dose of 1×1o15cf.
R-2C ions were implanted, and annealing was performed at 850° C. for 2 seconds using an infrared lamp. As a result, the P medium external base region 6 is in contact with the P green Ga As layer 64.
9 is formed, and the surface concentration is 1×10” as shown in FIG.
A steep carrier profile of 3-3 was obtained. At this time, in order to prevent damage caused by the ion implantation from being introduced into the GaAs layer, the ion implantation should be carried out so as to contact exactly on the P+ type GaAs layer 64 and not to penetrate into the inside of the P+ type GaAs layer 64. It is desirable to select the conditions, then form a mask covering part of the extrinsic base region from the emitter region, and apply a B'i acceleration voltage of 150 ke.
V dose 5X 10”eyn-2 and 70 keV
, 2x 10-12 cW1-2 Te double ion implantation was performed, and annealing was performed to form a high resistance layer 70 for separating the base and collector. This state is shown in FIG. 6 [b].

次に、P串型外部ベース領域上にA u Z n合金を
蒸着、アロイしてベース電@71を形成した。
Next, an A u Z n alloy was deposited and alloyed on the P-shaped external base region to form a base electrode @71.

この時の接触抵抗は5X10−70・−程度であった。The contact resistance at this time was approximately 5X10-70.

さらに、素子分離用の高抵抗層72をプロトンのイオン
注入により形成し、コレクタ電極数9出しの次めのエツ
チングを行っ之のち、AuGe合金膜を蒸着してエミッ
タ電極73.コレクタ電極74を形成した。完成し次状
態は第6図TC)である。
Furthermore, a high-resistance layer 72 for element isolation is formed by ion implantation of protons, and after etching is performed to form nine collector electrodes, an AuGe alloy film is deposited to form emitter electrodes 73. A collector electrode 74 was formed. Once completed, the next state is shown in Figure 6 (TC).

エミツタ幅Xが20μmから0.8μmの素子を製作し
た。念だし、もう一方のエミツタ幅は20μmに固定し
である。電流増幅率hrzのエミツタ幅依存性は第8図
の実線のようになり、すべてのサイズの素子で300程
度の値が得られ友。
Elements with an emitter width X of 20 μm to 0.8 μm were manufactured. Just to be sure, the width of the other emitter is fixed at 20 μm. The dependence of the current amplification factor hrz on the emitter width is as shown by the solid line in Figure 8, and a value of about 300 can be obtained for all sizes of elements.

従来構造、たとえば第5図のようにイオン注入で形成し
たP中型外部ベース領域が、P型G a A s層43
をつき抜けて1n型G a A s層42へ侵入してい
る場合には、その侵入の深さがn型GaAs42とP生
型G a A s層43の界面からαlμw程度の時、
第8図の破線のようであった。すなわち、エミツタ幅X
が20μmの時h1罵は250程度であったのが、Xが
0.8μmになると10程度にまで著しく減少していた
。従って、本発明にょフエミッタサイズ効果が著しく改
善されていることは明らかである。
In the conventional structure, for example, as shown in FIG.
When the penetration depth is about αlμw from the interface between the n-type GaAs 42 and the P-type GaAs layer 43,
It looked like the broken line in Figure 8. In other words, the emitter width
When X was 20 μm, h1 was about 250, but when X became 0.8 μm, it significantly decreased to about 10. Therefore, it is clear that the emitter size effect of the present invention is significantly improved.

〔発明の他の実施例〕[Other embodiments of the invention]

本発明の他の実施例を第9図に示す。半絶縁性GaAs
基板91上にコレクタ層となるn生型GaAs91とn
型GaAs層93をエピタキシャル成長し次のちベース
層となるP+型GaAs層94.さらにエミツタ層とな
るn型AlGaAs層95.n型G a A s層96
及び、n中型’G a A s層97を順次エピタキシ
ャル成長した5次に、エミッタ領域を残して最上部のn
生型GaAs層97t″除去し、n型GaAs層98を
露出させる。
Another embodiment of the invention is shown in FIG. Semi-insulating GaAs
On the substrate 91 are n-type GaAs 91 and n
A type GaAs layer 93 is epitaxially grown, and then a P+ type GaAs layer 94 which becomes a base layer is formed. Further, an n-type AlGaAs layer 95 serving as an emitter layer. n-type GaAs layer 96
Then, an n-medium sized GaAs layer 97 is epitaxially grown in sequence, and then the uppermost n layer is formed, leaving an emitter region.
The raw GaAs layer 97t'' is removed to expose the n-type GaAs layer 98.

次にZnとAs=jHイオン注入して、P生型の外部ベ
ース領域98をP生型G a A s層94に達し。
Next, Zn and As=jH ions are implanted to extend the P-type external base region 98 to the P-type GaAs layer 94.

n型GaAs層93には達っしない深さに形成し念。さ
らにBのイオン注入でベース・コレクタ間に高抵抗領域
99t−形成したのち、外部ベース98上にベース電極
100をA u Z n合金を蒸着することにより形成
した。従来がらAlGaAsはAtを含むために酸化し
やすく、電極形成の再現性もよくないという問題点があ
ったが、この構造では、素子の最上部はすべてG a 
A sでおおわれ、かつ電極もGaAs上に設けられる
ようになっているので、この問題点をとり除くことがで
きる。ただし、この構造では真性トランジスタ領域の他
に5表面部でG a A sホモ接合が形成されるため
、このホモ接合をなくす意味で、エミッタ領域とベース
電極の間にBt−イオン注入して高抵抗層101Th形
成している。なお102はエミッタ電極である。
It should be formed at a depth that does not reach the n-type GaAs layer 93. Furthermore, after forming a high resistance region 99t between the base and collector by ion implantation of B, a base electrode 100 was formed on the external base 98 by vapor depositing an AuZn alloy. Conventionally, AlGaAs contains At, so it easily oxidizes, and the reproducibility of electrode formation is poor.
Since it is covered with As and the electrodes are also provided on GaAs, this problem can be eliminated. However, in this structure, in addition to the intrinsic transistor region, a GaAs homojunction is formed on the 5th surface, so in order to eliminate this homojunction, Bt- ions are implanted between the emitter region and the base electrode. A resistance layer 101Th is formed. Note that 102 is an emitter electrode.

この実施例ではエミツタ幅Xが20μmの場合。In this example, the emitter width X is 20 μm.

hIP!!!は300.Xが0.8 II mの場合に
100であッfc、。
hIP! ! ! is 300. If X is 0.8 II m, then 100 is fc.

前記の実施例(第8図実線)に比べると、エミッタサイ
ズ効果が大きいが、これは、イオン注入で形成したP生
型外部領域が、前記の実施例では。
The emitter size effect is larger than in the previous embodiment (solid line in FIG. 8), but this is because the P-type external region formed by ion implantation is in the above embodiment.

P生型GaAs層(第6図64)の上部までしか達っし
ていないのに対し、この実施例ではP生型GaAs層(
第9図94)の内部まで達しておシ。
In this example, the P-type GaAs layer (Fig. 6, 64) reaches only the top of the P-type GaAs layer (Fig. 6, 64).
It reached the inside of Figure 9 (94).

イオン注入領域中にあるCaAs層内で再結合電流が発
生しているためである。
This is because a recombination current is generated within the CaAs layer in the ion implantation region.

しかしながら従来構造の場合(第8図破線)に比べれば
著しくエミッタサイズ効果が改善されているのは明らか
である。
However, it is clear that the emitter size effect is significantly improved compared to the conventional structure (broken line in FIG. 8).

以上実施例はA4GaAs/GaAsによるヘテロ接合
バイポーラトランジスタの場合であるが1本発明は他の
半導体材料を用い九場合にも適用することができる。ま
た、上記実施例では外部ベース領域をイオン注入により
形成したが、Zn等の拡散などの他の方法により、外部
ベース領域を形成する場合にも、外部ベース形成工程で
電子゛やホールの拡散長が減少する場合には本発明は有
効である。
Although the embodiment described above is a case of a heterojunction bipolar transistor made of A4GaAs/GaAs, the present invention can also be applied to cases using other semiconductor materials. Further, in the above embodiment, the external base region was formed by ion implantation, but when forming the external base region by other methods such as diffusion of Zn, etc., the diffusion length of electrons and holes may be changed in the external base forming process. The present invention is effective when .

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

第1図は本発明の構造の代表的な例を模式的に表わし念
もので、11は半絶縁性G a A s基板、12はn
生型G a A s層(第1半導体層)%13はn型G
aAs層(第1半導体層)114はP+型G a A 
s層(第2半導体層)、15はn型AlGaAs層(第
3半導体rv1)、16はn串型GaAs層(第3半導
体層)、17はP生型外部ベース領域、18はベース電
極、19は高抵抗層。 20はエミッタ電極、21はコレクタ電極である。 第2図及び第3図は本発明と従来のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを2次元シミュレーションで解析した結
果を示す図である。第4図及び第5図は従来のヘテロ接
合バイポーラトランジスタを示す図である。第6図及び
第7図は本発明の一実施例のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの構造及び爬造工徨を示す図で、61は半絶縁
性GaAs基板、62!f:、n+型GaAs層(第1
半導体層)。 63はn型GaAs層(第1半導体層)、64はP+G
aAs層(第2半導体Jtり、65はn型G a hA
txksグレーディング層(第3半導体層)、66はn
型GaoyyAzo、aAs層(第3半導体層)、67
はn串型GaAs層(第3半導体層)、68は酸化H(
S i O2)マスク、69はP生型外部ベース領域、
70は高抵抗層、71はベース?電極、72は高抵抗層
、73はエミッタ電極、74はコレクタ電極である。 第8図は上記実施例のバイポーラトランジスタの電流増
幅率のエミツタ幅依存性を従来例と比較して示す図であ
る。 第9図は本発明の他の実施例のヘテロバイポーラトラン
ジスタの構造を示す図で、91は半絶縁性G a A 
s基板、92Un+型GaAs層(第1半導体層)93
はn型G a A s屓(第1半導体層)94はP生型
G a A s N (第2半導体層)95はn型Al
GaAs層(第3半導体層)、96はn型GaAs層(
第3半導体層)、97はn + 型G a A s層(
第3半導体層)、98はP生型外部ベース領域、99は
高抵抗層、100はベース電極、101は高抵抗層、1
02はエミッタ電極である。 第1図 第  4 図 第  5 図 第6図 第7図 工し、り暢 ()4%) 第  8 図 第  9 図
FIG. 1 schematically shows a typical example of the structure of the present invention, in which 11 is a semi-insulating GaAs substrate, 12 is an n
Raw Ga As layer (first semiconductor layer) %13 is n-type G
The aAs layer (first semiconductor layer) 114 is P+ type Ga A
s layer (second semiconductor layer), 15 is an n-type AlGaAs layer (third semiconductor rv1), 16 is an n-shaped GaAs layer (third semiconductor layer), 17 is a P-type external base region, 18 is a base electrode, 19 is a high resistance layer. 20 is an emitter electrode, and 21 is a collector electrode. FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the results of two-dimensional simulation analysis of the present invention and conventional heterojunction bipolar transistors. FIGS. 4 and 5 are diagrams showing conventional heterojunction bipolar transistors. 6 and 7 are diagrams showing the structure and structure of a heterojunction bipolar transistor according to an embodiment of the present invention, in which 61 is a semi-insulating GaAs substrate, 62! f:, n+ type GaAs layer (first
semiconductor layer). 63 is an n-type GaAs layer (first semiconductor layer), 64 is P+G
aAs layer (second semiconductor Jt layer, 65 is n-type Ga hA
txks grading layer (third semiconductor layer), 66 is n
Type GaoyyAzo, aAs layer (third semiconductor layer), 67
68 is an n-shaped GaAs layer (third semiconductor layer), and 68 is an oxidized H (
S i O2) mask, 69 is a P-type external base region,
Is 70 the high resistance layer and 71 the base? The electrodes 72 are high resistance layers, 73 are emitter electrodes, and 74 are collector electrodes. FIG. 8 is a diagram showing the emitter width dependence of the current amplification factor of the bipolar transistor of the above embodiment in comparison with that of the conventional example. FIG. 9 is a diagram showing the structure of a hetero bipolar transistor according to another embodiment of the present invention, in which 91 is a semi-insulating G a A
s substrate, 92 Un+ type GaAs layer (first semiconductor layer) 93
is n-type GaAs (first semiconductor layer) 94 is P-type GaAsN (second semiconductor layer) 95 is n-type Al
GaAs layer (third semiconductor layer), 96 is an n-type GaAs layer (
97 is an n + type Ga As layer (
3rd semiconductor layer), 98 is a P-type external base region, 99 is a high resistance layer, 100 is a base electrode, 101 is a high resistance layer, 1
02 is an emitter electrode. Figure 1 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Construction (4%) Figure 8 Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)コレクタとなる第1導電型の第1半導体層、ベー
スとなる第2導電型の第2半導体層及びエミッタとなる
第1導電型の第3半導体層が順次積層され、第3半導体
層の少なくとも第2半導体層に接する部分の禁制帯幅が
第2半導体層のそれより大きいウエーハを用いて構成さ
れたヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記
第3半導体層にエミッタ領域を取り囲むように前記第2
半導体層に達し、かつ前記第1半導体層には達っしない
深さの第2導電型外部ベース領域が設けられ、この外部
ベース領域中の第3半導体層に接してベース電極が形成
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。(2)半絶縁性GaAs基板に、第1導電型
の第1半導体層としてn^+型GaAs層が形成され、
第1導電型の第3半導体層としてn型AlGaAs層及
びn^+型GaAs層が形成されている特許請求の範囲
第1項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 (3)基板に、コレクタとなる第1導電型の第1半導体
層、ベースとなる第2導電型の第2半導体層、及びこの
第2半導体層と接する部分の禁制帯幅が第2半導体層の
それより大きい、エミッタとなる第1導電型の第3半導
体層を順次エピタキシャル成長させる工程と、エミッタ
領域を取り囲むように不純物をドープして前記第2半導
体層に達し、かつ前記第1半導体層には達しない深さの
外部ベース領域を形成する工程と、前記外部ベース領域
中の第3半導体層に接してベース電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタの製造方法。 (4)基板として、半絶縁性GaAs基板を用い、第1
半導体層としてn^+型GaAs層とn型GaAs層、
第2半導体層としてP^+型GaAs層、第3半導体層
としてn型AlGaAs層とn^+型GaAs層を順次
エピタキシャル成長させる特許請求の範囲第3項記載の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
[Claims] (1) A first semiconductor layer of the first conductivity type that serves as a collector, a second semiconductor layer of the second conductivity type that serves as a base, and a third semiconductor layer of the first conductivity type that serves as an emitter are sequentially laminated. In a heterojunction bipolar transistor configured using a wafer in which a forbidden band width of at least a portion of the third semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer is larger than that of the second semiconductor layer, an emitter region is provided in the third semiconductor layer. said second so as to surround
A second conductivity type external base region is provided with a depth that reaches the semiconductor layer but does not reach the first semiconductor layer, and a base electrode is formed in contact with the third semiconductor layer in the external base region. A heterojunction bipolar transistor characterized by: (2) An n^+ type GaAs layer is formed as a first conductivity type first semiconductor layer on a semi-insulating GaAs substrate,
2. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein an n-type AlGaAs layer and an n^+-type GaAs layer are formed as the third semiconductor layer of the first conductivity type. (3) The substrate includes a first semiconductor layer of a first conductivity type that serves as a collector, a second semiconductor layer of a second conductivity type that serves as a base, and a second semiconductor layer that has a forbidden band width of a portion in contact with the second semiconductor layer. a step of sequentially epitaxially growing a third semiconductor layer of the first conductivity type that is larger than that of the emitter, and doping impurities so as to surround the emitter region to reach the second semiconductor layer and to the first semiconductor layer. A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor, comprising: forming an external base region with a depth that does not reach the same depth; and forming a base electrode in contact with a third semiconductor layer in the external base region. . (4) Using a semi-insulating GaAs substrate as the substrate, the first
As a semiconductor layer, an n^+ type GaAs layer and an n type GaAs layer,
4. The method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 3, wherein a P^+ type GaAs layer is epitaxially grown as the second semiconductor layer, and an n type AlGaAs layer and an n^+ type GaAs layer are sequentially grown as the third semiconductor layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5053346A (en) * 1990-01-12 1991-10-01 Texas Instruments Incorporated Method for making a high speed gallium arsenide transistor
US5340755A (en) * 1989-09-08 1994-08-23 Siemens Aktiegensellschaft Method of making planar heterobipolar transistor having trenched isolation of the collector terminal

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US5340755A (en) * 1989-09-08 1994-08-23 Siemens Aktiegensellschaft Method of making planar heterobipolar transistor having trenched isolation of the collector terminal
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