(57)【要約】【課題】コレクタ層に用いる材料のバンドギャップを大きくし、コレクタ層の膜厚・キャリア濃度を変更せずに高耐圧化を図ることができるヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供する。【解決手段】半絶縁性化合物半導体基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、ノンアロイ層が順次形成されてなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記エミッタ層はＩｎＧａＰからなり、前記コレクタ層はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）からなり、さらに前記コレクタ層は、前記サブコレクタ層側から前記ベース層側へｘが大きくなるグレーデッド層と、前記グレーデッド層上に形成されるｘが一定の定混晶比層とを有するものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性化合物半導体基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、ノンアロイ層が順次形成されてなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記エミッタ層はＩｎＧａＰからなり、前記コレクタ層はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）からなり、さらに前記コレクタ層は、前記サブコレクタ層側から前記ベース層側へｘが大きくなるグレーデッド層と、前記グレーデッド層上に形成されるｘが一定の定混晶比層とを有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。
【請求項２】
請求項１において、前記グレーデッド層の前記サブコレクタ層側はｘ＝０のＧａＡｓからな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。
【請求項３】
請求項２において、前記コレクタ層は、前記定混晶比層上にｘ＝０のＧａＡｓ層を有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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を用いて有機金属気相成長法のエピタキシャル成長によって形成するヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ；ＨＢＴ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＳｉ（シリコン）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長を活かして、高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。
【０００３】
ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）は電源が正電源だけで良く、携帯電話の低コスト・小型化の要求から近年需要が高まっている。
【０００４】
ＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性基板上に結晶成長したサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層及びノンアロイ層よりなる。
【０００５】
基板は、単結晶成長させるための下地である。
【０００６】
サブコレクタ層は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。
【０００７】
コレクタ層はベース層から電子を引き抜く働きを持つキャリア濃度の小さなｎ型のＧａＡｓ層である。
【０００８】
ベース層は電流を制御する働きを持つｐ型のＧａＡｓ層又はＩｎＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層からなる。
【０００９】
エミッタ層は電子をベースに層に注入し、かつベース層からの正孔の注入を抑止する働きを持つｎ型のＩｎＧａＰ層又はＡｌＧａＡｓ層からなる。
【００１０】
エミッタコンタクト層は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。
【００１１】
ノンアロイ層は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。
【００１２】
ＨＢＴ用エピタキシャルウェハの構造例を表１に示した。
【００１３】
【表１】
2010283027.tif 000002
【００１４】
表１に示したようにＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、ノンアロイ層が順次エピタキシャル成長されて形成される。
【００１５】
結晶成長のことをエピタキシャル成長と言う。エピタキシャル層の名称のｎ−はエピタキシャル層がｎ型であることを表し、ｎ+−、ｎ-−はそれぞれキャリア濃度が大きいｎ型、キャリア濃度が小さいｎ型を表している。ｐ+−はキャリア濃度が大きいｐ型を表している。厚さの単位はｎｍ（１０-9ｍ）、キャリア濃度の単位はｃｍ-3である。
【００１６】
表１に示したＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【００１７】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性基板をサセプタにセットし、成長炉内で加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層を成長する。
【００１８】
ｎ+−ＧａＡｓ、ｎ-−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）とＡｓ原料のＡｓＨ3（アルシン）、及びｎ型ドーパントを基板に供給する。なお、Ｇａ原料として他にＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料としては他にＡｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）がある。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉ（珪素）やＳｅ（セレン）がある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓｅ（セレン化水素）がある。
【００１９】
ｐ+−ＧａＡｓを成長する場合には、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3及びｐ型ドーパントを基板に供給する。ｐ型ドーパントの元素としてはＣ（炭素）がある。Ｃ原料としてはＣＣｌ3Ｂｒ（ブロモトリクロロメタン）、ＣＢｒ4（テトラブロモメタン）がある。
【００２０】
ｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3とＰ原料のＰＨ3（ホスフィン）、及びＩｎ原料のＩｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）を基板に供給する。なお、Ｐ原料として他にＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）、Ｉｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）がある。
【００２１】
ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓを成長する場合には、ｎ型ドーパントであるＳｅを高濃度にドーピングさせるため、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、及びＨ2Ｓｅを基板に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００５−１０９３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術では、コレクタ層にはｎ-−ＧａＡｓ層が用いられている。このコレクタ層を高耐圧化することができれば、ＨＢＴにおいてより高い電圧で使用することが可能になり、更なる高出力化を図ることができる。
【００２４】
コレクタ層を高耐圧化するためには、「コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の膜厚を厚くする」「コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層のキャリア濃度を下げる」ことが挙げられる。
【００２５】
しかし、膜厚を厚くすると多くのノイズが入るようになり、ＨＢＴでの高周波特性が落ちてしまう。また、キャリア濃度を下げると、電圧をかけた際の容量変化が大きくなってしまう。
【００２６】
以上のことより、コレクタ層にｎ-−ＧａＡｓを用いてＨＢＴの基本電気的特性を劣化させることなく、コレクタ層の膜厚・キャリア濃度を変更して高耐圧化を図ることは困難であった。
【００２７】
そこで、特許文献１ではコレクタ層をＧａＡｓ層の代わりにＡｌＧａＡｓ層で形成すると共に、そのＡｌＧａＡｓ層にキャリア濃度を下げるために酸素ドープしてコレクタ層の高耐圧化を図ることが提案されている。この特許文献１ではコレクタ層にＡｌＧａＡｓを用いることでＧａＡｓ層に比べてバンドギャップを大きくすることができるが、コレクタ層に酸素をドープするためコレクタ層のキャリア濃度が下がり、上述したよう電圧をかけた際の容量変化が大きくなってしまう、という問題がある。
【００２８】
本発明の目的は上記課題を解決し、コレクタ層に用いる材料のバンドギャップを大きくし、コレクタ層の膜厚・キャリア濃度を変更せずに高耐圧化を図ることができるヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、半絶縁性化合物半導体基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、ノンアロイ層が順次形成されてなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記エミッタ層はＩｎＧａＰからなり、前記コレクタ層はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）からなり、さらに前記コレクタ層は、前記サブコレクタ層側から前記ベース層側へｘが大きくなるグレーデッド層と、前記グレーデッド層上に形成されるｘが一定の定混晶比層とを有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である。
【００３０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記グレーデッド層の前記サブコレクタ層側はｘ＝０のＧａＡｓからな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である。
【００３１】
請求項３の発明は、請求項２において、前記コレクタ層は、前記定混晶比層上にｘ＝０のＧａＡｓ層を有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である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の膜厚・キャリア濃度を変更せずに高耐圧化を図ることができるヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供するために、ＧａＡｓよりもバンドギャップの大きな材料ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓを用い、これをコレクタ層中に挿入することで、ＨＢＴの基本電気的特性を劣化させずに高耐圧化を図ることができた。コレクタ層を高耐圧化することができれば、ＨＢＴにおいてより高い電圧で使用することが可能になり、更なる高出力化を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好適な一実施の形態を詳述する。
【００３４】
本発明では、コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の膜厚・キャリア濃度を変更せずに高耐圧化を図ることができるヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供するために、ＧａＡｓよりもバンドギャップの大きな材料ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓを用い、コレクタ層中に挿入することにした。ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓのバンドギャップは、ＧａＡｓの１．４３５［ｅＶ］からＡｌＡｓの２．１６［ｅＶ］まで混晶比を変更することで可変であり、ＧａＡｓの１．４３５［ｅＶ］よりも大きくできるので、ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ層をコレクタ層中に挿入することにより、ＨＢＴの基本電気的特性を劣化させることなく高耐圧化を図るものである。
【００３５】
すなわち本発明は、半絶縁性化合物半導体基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、ノンアロイ層が順次形成されてなるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記エミッタ層はＩｎＧａＰからなり、前記コレクタ層はＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ（０≦ｘ≦１）からなり、さらに前記コレクタ層は、前記サブコレクタ層側から前記ベース層側へｘが大きくなるグレーデッド層と、前記グレーデッド層上に形成されるｘが一定の定混晶比層とを有するヘテロ接合バイポーラトランジスタである。
【００３６】
従来技術を用いて表１のようなＨＢＴ用エピタキシャルウェハを製作した場合では、コレクタ層を高耐圧化するためには、「コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の膜厚を厚くする」「コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層のキャリア濃度を下げる」ことが挙げられる。しかし、膜厚を厚くすると多くのノイズが入るようになり、ＨＢＴでの高周波特性が落ちてしまう。また、キャリア濃度を下げると、電圧をかけた際の容量変化が大きくなってしまう、という問題がある。
【００３７】
本発明では、コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の膜厚・キャリア濃度を変更せずに高耐圧化を図るために、ＧａＡｓよりもバンドギャップの大きな材料ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓを用い、これをコレクタ層中に挿入することで、ＨＢＴの基本電気的特性を劣化させることなく高耐圧化を図るものである。コレクタ層を高耐圧化することができれば、ＨＢＴにおいてより高い電圧で使用することが可能になり、更なる高出力化を図ることができる。
【実施例】
【００３８】
次に本発明の実施例を説明する。
【００３９】
表２は、本発明のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す表である。
【００４０】
【表２】
2010283027.tif 000003
【００４１】
表２において、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に厚さ６００ｎｍでキャリア濃度５×１０18ｃｍ-3のｎ+−ＧａＡｓ層（サブコレクタ層）が成長され、そのサブコレクタ層上に、まず、厚さ５０ｎｍでキャリア濃度１×１０16ｃｍ-3でサブコレクタ層側からベース層側に向けて徐々にＡｌの混晶比が増加するように変化させたｎ-−ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ（ｇｒａｄｅｄ：０→ｘ）層が成長され、その上に厚さ５０ｎｍでキャリア濃度１×１０16ｃｍ-3のｎ-−ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ層が成長され、さらにその上に厚さ５００ｎｍでキャリア濃度１×１０16ｃｍ-3のｎ-−ＧａＡｓ層が成長され形成されてＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ層が挿入されたコレクタ層が形成される。このコレクタ層上に、厚さ７０ｎｍでキャリア濃度４×１０19ｃｍ-3のｐ+−ＧａＡｓ層（ベース層）が成長され、ベース層上に厚さ１００ｎｍでキャリア濃度５×１０17ｃｍ-3のｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層（エミッタ層）が成長され、エミッタ層上に厚さ１００ｎｍでキャリア濃度５×１０18ｃｍ-3のｎ+−ＧａＡｓ層（エミッタコンタクト層）が成長され形成される。このエミッタコンタクト層上に厚さ５０ｎｍでキャリア濃度１×１０19ｃｍ-3のｎ+−Ｉｎ0→0.50Ｇａ1→0.50Ａｓ（ｇｒａｄｅｄ）層が成長され、その上に厚さ５０ｎｍでキャリア濃度１×１０19ｃｍ-3のｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層が成長されノンアロイ層が形成される。
【００４２】
この表２に示したＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長条件を説明する。
【００４３】
成長炉内圧力は５０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素である。ウエハには半絶縁性ＧａＡｓウエハを用いた。
【００４４】
サブコレクタ層であるｎ+−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を使用した。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は２００ｃｃ／分である。ＡｓＨ3の流量は５０ｃｃ／分である。Ｓｉ2Ｈ6の流量は４００ｃｃ／分である。
【００４５】
ｎ-−ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ（ｇｒａｄｅｄ：０→ｘ）層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、成長開始時のそれらの流量はそれぞれ０ｃｃ／分、４５ｃｃ／分、３００ｃｃ／分及び２０ｃｃ／分とし、グレーデッドにそれぞれの流量を１００ｃｃ／分、５０ｃｃ／分、３００ｃｃ／分及び２０ｃｃ／分まで変化させる。
【００４６】
ｎ-−ＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ１００ｃｃ／分、５０ｃｃ／分、３００ｃｃ／分及び２０ｃｃ／分である。
【００４７】
コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、６００ｃｃ／分及び１０ｃｃ／分である。
【００４８】
ベース層であるｐ+−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3及びＣＢｒ4を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２０ｃｃ／分及び２０ｃｃ／分である。
【００４９】
エミッタ層であるｎ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層の成長にはＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＰＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分及び５０ｃｃ／分である。
【００５０】
エミッタコンタクト層であるｎ+−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、３００ｃｃ／分及び３００ｃｃ／分である。
【００５１】
ノンアロイ層であるｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ４００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分及び１００ｃｃ／分である。
【００５２】
従来技術・本発明についてそれぞれＨＢＴを作製し、コレクタ耐圧（ＢＶｂｃｏ）をそれぞれ測定した。
【００５３】
ＨＢＴの基本電気的特性でもある電流利得βとともに表３に示す。
【００５４】
【表３】
2010283027.tif 000004
【００５５】
本発明では、ＧａＡｓよりもバンドギャップの大きなＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ層をコレクタ層中に挿入することで、コレクタ耐圧２９．７［Ｖ］、電流利得β１０４とすることができるが、これに対して従来技術ではコレクタ耐圧２２．２［Ｖ］、電流利得β１０２であるため、ＨＢＴの基本電気的特性を劣化させずに高耐圧化を図ることができた。コレクタ層を高耐圧化することにより、ＨＢＴにおいてより高い電圧で使用することが可能になり、更なる高出力化を図ることができる。
【００５６】
上述の実施例では、サブコレクタ層とコレクタ層の間にＡｌxＧａ(1-X)Ａｓ層を挿入する例で説明したが、コレクタ層とベース層の間に挿入することでも高耐圧化を図ることができる。またコレクタ層の全てをＡｌＡｓ層で形成することでも高耐圧化を図ることができる。
【００５７】
尚、コレクタ層の高耐圧化方法としては、ＡｌＡｓ層を他の材料に変えることでも適用できる。ＧａＡｓよりもバンドギャップが大きなＡｌＰＳｂでも適用可能である。