JP2643546B2 - Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenide - Google Patents
Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenideInfo
- Publication number
- JP2643546B2 JP2643546B2 JP2172217A JP17221790A JP2643546B2 JP 2643546 B2 JP2643546 B2 JP 2643546B2 JP 2172217 A JP2172217 A JP 2172217A JP 17221790 A JP17221790 A JP 17221790A JP 2643546 B2 JP2643546 B2 JP 2643546B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- base
- layer
- germanium
- collector
- gaas
- 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
Links
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はゲルマニウムと砒化ガリウムを用いたヘテロ
接合バイポーラトランジスタ(HBT)の製造方法に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor (HBT) using germanium and gallium arsenide.
(従来の技術) ゲルマニウムと砒化ガリウムを用いたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの従来例としては、例えば木村(本
願発明の発明者)らによる文献「フォーティーセブンス
・アニュアル・デイバイス・リサーチ・コンファレン
ス」(47th Annual Device Research Conference)II A
−8に、超高速、低消費電力素子としてゲルマニウム
(以下Ge)と砒化ガリウム(GaAs)のヘテロ接合を用い
たバイポーラトランジスタが記述されている。GeとGaAs
のヘテロ接合の作製には分子線エピタキシー(MBE)法
が用いられ、Geの分子線は電子銃を用いて生成されてい
た。(Prior Art) As a conventional example of a heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenide, for example, the document “Forty Sevens Annual Devices Research Conference” (47th Annual) by Kimura (the inventor of the present invention) et al. Device Research Conference) II A
No. -8 describes a bipolar transistor using a heterojunction of germanium (hereinafter Ge) and gallium arsenide (GaAs) as an ultra-high-speed, low-power-consumption device. Ge and GaAs
Molecular beam epitaxy (MBE) was used to fabricate the heterojunction, and Ge molecular beams were generated using an electron gun.
(発明が解決しようとする課題) GaAs上のGeの成長に電子銃(Eガン)成長法を用いる
従来までの方法は、Geの成長レートとして数μm/時間の
オーダーの実用的な値が可能であり良好な特性を持つn
−GaAs/p−Geダイオードの作製が可能である。しかしコ
レクタとなるn型のGeの作製に際し、ドーパントにアン
チモン(Sb)を用いた場合ではドーピング濃度が1×10
16cm-3以下と小さくp−Ge/n−Geダイオードより成るベ
ース・コレクタ間でのリーク電流が大きい。また砒素
(As)を用いた場合では濃度の制御性に乏しくコレクタ
層の作製ができないという欠点があった。Geの成長にク
ヌーセンセル(K−cell)を用いた方法では良質のn型
Geが得られリーク電流の無いベース/コレクタ接合を作
製することができるが、セルは通常窒化ほう素で構成さ
れており、窒化ホウ素の分解が始まる温度である1250℃
以上には加熱できないため、成長レート数千オングスト
ローム/時間のオーダーに留まってしまう。ジュラ・エ
レス(Djula−Eres)らによる文献アプライド・フィズ
ィックス・レターズ(Applied Physics Letters)誌第5
5巻9号858頁からにあるように、Geの成長レートが遅い
場合はGaAs層からのGa原子やAs原子のオートドーピング
によりGaAs層との界面付近ではGe層中にドナーとアスセ
プターが高濃度に混在し、n−GaAs/p−Geダイオードの
特性が劣化すると考えられる。(Problems to be Solved by the Invention) The conventional method using the electron gun (E-gun) growth method for growing Ge on GaAs can provide a practical value of several μm / hour as the Ge growth rate. N with good characteristics
-GaAs / p-Ge diode can be manufactured. However, when antimony (Sb) is used as a dopant when fabricating n-type Ge serving as a collector, the doping concentration is 1 × 10
The leakage current between the base and the collector made of a p-Ge / n-Ge diode is as small as 16 cm -3 or less. Also, when arsenic (As) is used, there is a disadvantage that the controllability of the concentration is poor and a collector layer cannot be formed. In the method using Knudsen cell (K-cell) for growing Ge, a good quality n-type
Although Ge can be obtained and a base / collector junction without leakage current can be produced, the cell is usually composed of boron nitride, and the temperature at which decomposition of boron nitride starts is 1250 ° C.
Since the heating cannot be performed any more, the growth rate is on the order of several thousand angstroms / hour. Applied Physics Letters, No. 5 by Djula-Eres et al.
As shown in Vol. 5, No. 9, p. 858, when the growth rate of Ge is slow, high concentration of donor and asceptor in Ge layer near the interface with GaAs layer by auto-doping of Ga and As atoms from GaAs layer. It is considered that the characteristics of the n-GaAs / p-Ge diode are deteriorated.
(課題を解決するための手段) 本発明は、エミッタ層となる砒化ガリウム上にベー
ス、コレクタ層となるゲルマニウムを形成するnpn型ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
ベース層のうちエミッタ層と接するゲルマニウムは電子
銃を用いた分子線エピタキシャル成長法を用い、コレク
タ層と接するゲルマニウムはクヌーセンセルを用いた分
子線エピタキシャル成長法を用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の製造方法である。(Means for Solving the Problems) The present invention relates to a method of manufacturing an npn-type heterojunction bipolar transistor in which germanium as a base and a collector layer is formed on gallium arsenide as an emitter layer.
Manufacturing of a heterojunction bipolar transistor characterized in that germanium in contact with the emitter layer of the base layer uses molecular beam epitaxial growth using an electron gun, and germanium in contact with the collector layer uses molecular beam epitaxial growth using a Knudsen cell. Is the way.
(作用) 以下本発明者による実験の結果得られたデータを基に
図面を用いて本発明の作用を説明する。第2図は従来の
Ge/GaAsHBTの構造図である。エミッタ層8として、Siを
1×1017cm-3のキャリア濃度となるようにドープしたn
型GaAs層8上にGeを2μm/時間の成長レートで電子銃成
長法により1000Å成長してp型ベース層9をつくり、続
いてイオン化クヌーセンセルによりSbをドープしながら
同様に電子銃成長法によりGeを5000Å成長することによ
りn型コレクタ層10をつくっている。第3図は製作した
HBTのエミッタ接地電流電圧特性である。エミッタ−コ
レクタ間電圧(VEC)印加に対し、コレクタ電流(LC)
は飽和を示さない。第4図(a),(b)はそれぞれこ
の素子のエミッタ・ベース間電流電圧特性及びベース・
コレクタ間電流電圧特性である。第4図(a)を見ると
エミッタ・ベース接合の特性は良好であるとわかるが、
(b)を見るとベース・コレクタをなすGeのpn接合ダイ
オードに逆方向電圧を印加したときリーク電流が生じて
いることがわかる。また第5図(a),(b)に0.2μm
/時間の成長レートでK−cellを用いて成長したHBTのエ
ミッタ・ベース間及びベース・コレクタ間での電流−電
圧特性をそれぞれ示す。第4図(a),(b)と比較し
てベース・コレクタ間での逆方向リーク電流は小さい
が、この場合はエミッタ・ベース間での逆方向リーク電
流が増え、また順方向での理想計数が1を大きく上回
る。これらの結果から、 (1)HBTのエミッタ・ベースを構成するn型GaAs/p型G
eダイオードの特性は電子銃成長法による、成長レート
が数μm/時間のゲルマニウムの成長法を用いた場合の法
がよい。(Operation) Hereinafter, the operation of the present invention will be described with reference to the drawings based on data obtained as a result of an experiment by the present inventors. Figure 2 shows a conventional
It is a structural diagram of Ge / GaAsHBT. As the emitter layer 8, n doped with Si so as to have a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3.
Ge is grown on the GaAs layer 8 at a growth rate of 2 .mu.m / hour by 1000.degree. By an electron gun growth method to form a p-type base layer 9, which is then doped with Sb by an ionized Knudsen cell and then similarly grown by an electron gun growth method. The n-type collector layer 10 is formed by growing Ge by 5000 °. Figure 3 made
It is a common emitter current-voltage characteristic of HBT. Collector current (L C ) against emitter-collector voltage (V EC ) application
Does not show saturation. 4 (a) and 4 (b) show the emitter-base current-voltage characteristics and the base-base current characteristics of this device, respectively.
This is a current-voltage characteristic between collectors. FIG. 4 (a) shows that the characteristics of the emitter-base junction are good.
It can be seen from (b) that a leakage current is generated when a reverse voltage is applied to the Ge pn junction diode serving as the base and collector. FIGS. 5 (a) and 5 (b) show 0.2 μm
4 shows current-voltage characteristics between an emitter and a base and between a base and a collector of an HBT grown using a K-cell at a growth rate of / hour. 4 (a) and 4 (b), the reverse leakage current between the base and the collector is small, but in this case, the reverse leakage current between the emitter and the base increases, and the ideal in the forward direction. The count is much greater than one. From these results, (1) n-type GaAs / p-type G constituting the emitter / base of HBT
The characteristic of the e-diode is preferably a method using an electron gun growth method and using a germanium growth method with a growth rate of several μm / hour.
(2)HBTのベース・コレクタを構成するp型Ge/n型Ge
ダイオードの特性はクヌーセンセル成長法による、成長
レートが数千オングストローム/時間の成長法を用いた
場合の方がよい。(2) p-type Ge / n-type Ge forming the base collector of HBT
Diode characteristics are better when using a Knudsen cell growth method with a growth rate of several thousand angstroms / hour.
ことがわかる。従って、GaAsをエミッタ、Geをベース、
コレクタに用いたnpn型のHBTを製造するとき、MBE法を
用いてエミッタとなるGaAs上にベース、コレクタを為す
Geを成長する際に、Geの成長を、初めは電子銃成長法に
よる、成長レートが数μm/時間のGeの成長法を用い、そ
の後はK−cell成長法による、成長レートが数千オング
ストローム/時間の成長法を用いてGaAs上にGeを成長す
ることにより理想的なGe/GaAsHBTを作製することができ
る。You can see that. Therefore, GaAs is the emitter, Ge is the base,
When manufacturing an npn-type HBT used as a collector, the base and collector are formed on GaAs as the emitter using the MBE method.
At the time of growing Ge, the growth rate of Ge is initially set to several μm / hour by using an electron gun growth method, and then to several thousand angstroms by K-cell growth method. An ideal Ge / GaAs HBT can be manufactured by growing Ge on GaAs using the / h growth method.
(実施例) 第1図は本発明の実施例のGe/GaAsHBTの構造図であ
る。エミッタ層1として、Siを1×1017cm-3のキャリア
濃度となるようにドープしたn型GaAs上に、始めは2μ
m/時間の成長レートで電子銃成長法により500ÅのGe層
2を成長し、続いてK−cellにより0.2μm/時間の成長
レートで500ÅのGe層3を成長しp型ベース層をつく
る。さらに続いてイオン化クヌーセンセルによりSbをド
ープしながらKe−cellによりGeを5000Å成長することに
よりn型コレクタ層4をつくっている。ベースのエミッ
タ端近傍は電子銃成長法によるGeの成長を行い、コレク
タ端近傍はK−cellによりGeの成長を行うこの成長法に
より理想的なGe/GaAsHBTを作製することができた。FIG. 1 is a structural view of a Ge / GaAs HBT according to an embodiment of the present invention. An emitter layer 1 is formed on n-type GaAs doped with Si so as to have a carrier concentration of 1 × 10 17 cm -3.
A 500 ° Ge layer 2 is grown at a growth rate of m / hour by an electron gun growth method, and then a 500 ° Ge layer 3 is grown at a growth rate of 0.2 μm / hour by a K-cell to form a p-type base layer. Subsequently, while doping Sb with an ionized Knudsen cell, Ge is grown at 5000 ° by a Ke-cell to form an n-type collector layer 4. Ge was grown near the emitter end of the base by an electron gun growth method, and Ge was grown near the collector end by a K-cell. By this growth method, an ideal Ge / GaAs HBT could be manufactured.
本実施例では、1000Åの厚さのベース層を電子銃成長
法とK−cell成長法で半々つまり500Åずつ成長したが
これに限る必要はない。ただし、トランジスタ動作時に
ベース層にはエミッタ層側とコレクタ層側ともに空乏層
が生じるが、電子銃成長とK−cell成長の境目の部分は
この空乏層にかからないよう両成長法による膜厚比(あ
るいは不純物濃度等)を考慮することが特性上望まし
い。In the present embodiment, the base layer having a thickness of 1000 ° is grown by an electron gun growth method and a K-cell growth method by half, that is, by 500 °. However, the present invention is not limited to this. However, when the transistor operates, a depletion layer is formed in the base layer on both the emitter layer side and the collector layer side, and the boundary between the electron gun growth and the K-cell growth has a film thickness ratio by both growth methods so as not to cover the depletion layer. Alternatively, it is desirable in terms of characteristics to consider impurity concentration.
(発明の効果) 本発明によれば、コレクタリーク電流の小さい理想的
なGe/GaAsHBTが作製できる。(Effect of the Invention) According to the present invention, an ideal Ge / GaAs HBT having a small collector leak current can be manufactured.
第1図は本発明によるGe/GaAsHBTの構造図。第2図は従
来のGe/GaAsHBTの構造図。第3図は従来のGe/GaAsHBTの
エミッタ接地電圧特性を表す図。第4図は従来の電子銃
成長法による、成長レートが2μm/時間のゲルマニウム
の成長法を用いて制作したHBTのエミッタ・ベース間及
びベース・コレクタ間電流電圧特性図。第5図はクヌー
センセル成長法を用いた、成長レートが数千オングスト
ローム/時間の成長法を用いて制作したHBTのエミッタ
・ベース間及びベース・コレクタ間電流電圧特性図であ
る。 図に於て 1……n型GaAs層、2……Eガン成長p型Ge層、 3……Kセル成長p型Ge層、4……Kセル成長n型Ge
層、 5……コレクタ電極、6……ベース電極、 7……エミッタ電極、8……n型GaAs層、 9……Eガン成長p型Ge層、 10……Eガン成長n型Ge層、11……コレクタ電極、 12……ベース電極、13……エミッタ電極 である。FIG. 1 is a structural diagram of a Ge / GaAs HBT according to the present invention. FIG. 2 is a structural diagram of a conventional Ge / GaAs HBT. FIG. 3 is a diagram showing a common emitter voltage characteristic of a conventional Ge / GaAs HBT. FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics between an emitter and a base and between a base and a collector of an HBT produced by a conventional electron gun growth method using a germanium growth method with a growth rate of 2 μm / hour. FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram between the emitter and the base and between the base and the collector of the HBT manufactured by the growth method using the Knudsen cell growth method at a growth rate of several thousand angstroms / hour. In the figure, 1 ... n-type GaAs layer, 2 ... p-type Ge layer grown by E-gun, 3 ... p-type Ge layer grown by K cell, 4 ... n-type Ge grown by K cell
Layer 5 Collector electrode 6 Base electrode 7 Emitter electrode 8 n-type GaAs layer 9 E-grown p-type Ge layer 10 E-grown n-type Ge layer 11 ... collector electrode, 12 ... base electrode, 13 ... emitter electrode.
Claims (1)
ス、コレクタ層となるゲルマニウムを形成するnpn型ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
ベース層のうちエミッタ層と接するゲルマニウムは電子
銃を用いた分子線エピタキシャル成長法を用い、コレク
タ層と接するゲルマニウムはクヌーセンセルを用いた分
子線エピタキシャル成長法を用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の製造方法。1. A method of manufacturing an npn-type heterojunction bipolar transistor in which germanium as a base and collector layers is formed on gallium arsenide as an emitter layer,
Manufacturing of a heterojunction bipolar transistor characterized in that germanium in contact with the emitter layer of the base layer uses molecular beam epitaxial growth using an electron gun, and germanium in contact with the collector layer uses molecular beam epitaxial growth using a Knudsen cell. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2172217A JP2643546B2 (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2172217A JP2643546B2 (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0461345A JPH0461345A (en) | 1992-02-27 |
| JP2643546B2 true JP2643546B2 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=15937768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2172217A Expired - Lifetime JP2643546B2 (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643546B2 (en) |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP2172217A patent/JP2643546B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0461345A (en) | 1992-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5620907A (en) | Method for making a heterojunction bipolar transistor | |
| US4771326A (en) | Composition double heterojunction transistor | |
| Sugii et al. | beta-SiC/Si heterojunction bipolar transistors with high current gain | |
| US5965931A (en) | Bipolar transistor having base region with coupled delta layers | |
| US4821082A (en) | Heterojunction bipolar transistor with substantially aligned energy levels | |
| GB1404996A (en) | Transistor | |
| JP2764966B2 (en) | Heterostructure bipolar transistor and molecular beam epitaxy. | |
| US4825265A (en) | Transistor | |
| JPH08293505A (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2533541B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JP2643546B2 (en) | Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor using germanium and gallium arsenide | |
| JPH09283533A (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JP2505805B2 (en) | Hot carrier transistor | |
| US4972246A (en) | Effective narrow band gap base transistor | |
| EP0779652A2 (en) | Method for making a heterojunction bipolar transistor | |
| JP2963704B2 (en) | Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor | |
| JPS63200567A (en) | Hetero junction bipolar transistor and manufacture thereof | |
| JP2679336B2 (en) | Germanium / gallium arsenide junction manufacturing method | |
| JP2600969B2 (en) | Germanium-gallium arsenide junction and heterostructure bipolar transistor | |
| JP2621854B2 (en) | High mobility transistor | |
| JP2800246B2 (en) | Manufacturing method of vertical transistor | |
| JP2758611B2 (en) | Bipolar transistor element | |
| JPS6225455A (en) | semiconductor equipment | |
| JPH061783B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2703349B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device |