(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層を有するコレクタ層と、
インジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層からなり、前記コレクタ層の主面に設けられたベース層と、
第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層からなり、前記ベース層の主面に設けられたエミッタ層と、
前記エミッタ層の主面に設けられたエミッタキャップ層と、
前記ベース層と前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
を備え、
前記コレクタ層の主面は、前記コレクタ層の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜しており、
前記第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層は、前記ベース層から前記エミッタキャップ層の方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなり、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層はマグネシウム添加ＩｎＧａＮ層である、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】
六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、当該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜した主面を有する支持基体を更に備え、
前記コレクタ層は前記支持基体の主面に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記支持基体はＧａＮからなることを特徴とする請求項２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層は、前記ベース層から前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項５】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法であって、
六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり当該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜した主面を有する支持基体を用意する工程と、
前記支持基体の前記主面に、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層と第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層とを有するコレクタ層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記コレクタ層をエピタキシャル成長させた後に、インジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層からなるベース層を、前記コレクタ層の主面にエピタキシャル成長させる工程と、
前記ベース層をエピタキシャル成長させた後に、第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層からなるエミッタ層を前記ベース層の主面にエピタキシャル成長させる工程と、
前記エミッタ層をエピタキシャル成長させた後に、エミッタキャップ層を前記エミッタ層の主面にエピタキシャル成長させる工程と、
を備え、
前記第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層は、前記ベース層と前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられ、
前記第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層は、前記ベース層から前記エミッタキャップ層の方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなり、
前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層はマグネシウム添加ＩｎＧａＮ層である、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、及び、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、絶縁性基板（サファイア、ＳｉＣ）にバッファ層、ｎ＋ＧａＮサブコレクタ層、ｎ−ＧａＮコレクタ層、ｎ−ＩｎＧａＮ組成傾斜層、ｐ−ＩｎＧａＮベース層、ｎ＋ＩｎＧａＮ組成傾斜エミッタ層、ｎ＋ＧａＮエミッタ層を順次積層し、次に、ｎ＋ＧａＮエミッタ層の表面にＮｉ／Ｔｉマスクを形成した後にＲＩＥによってｐ−ＩｎＧａＮベース層を一部表出させ、次に、Ｎｉ／Ｔｉマスクを形成しＲＩＥによって下部のｎ＋ＧａＮサブコレクタ層を一部表出させ、次に、Ｎｉ／Ａｕオーミック電極をｐ−ＩｎＧａＮベース層に形成し、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極をｎ＋ＧａＮエミッタ層とｎ＋ＧａＮサブコレクタ層とに形成することによって作成されたものとなっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】D.M.Keogh, P.M.Asbeck, T.Chung, J.Limb, D.Yoo, J.-H.Ryou, W.Lee,S.-C.Shen and R.D.Dupuis, “High current gain InGan/GaN HBTs with 300℃ operating temperature”, ELECTRONICS LETTERS, 25th May 2006, Vol.42, No.11.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１の場合、異種基板（サファイアやＳｉＣの絶縁性基板）上にエピ層が形成されるので、エピ層に発生する応力を緩和するためにｐ−ＩｎＧａＮベース層から貫通転位が発生し、エピ層の結晶性が低下する。さらにこの場合、この貫通転位周囲のホールが補償され、エミッタ−コレクタ間の電流リークが誘起されるので、トランジスタ動作が劣化する虞がある。また、非特許文献１の場合、ベース層の抵抗を下げるためにホール密度を増加させる目的でＧａＮではなくバンドギャップの小さいＩｎＧａＮをベース層に用いているが、成長面にｃ面方位を用いる場合には、Ｉｎの取り込みを向上させるためにエピ層を低温成長させるとＩｎ凝集の発生が増大するので、比較的に高いＩｎ組成比及び結晶性を有するＩｎＧａＮを成長させることが困難となる。そこで、本発明は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、良好なＩｎ組成比及び結晶性を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ、及び、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層を有するコレクタ層と、インジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層からなり、前記コレクタ層の主面に設けられたベース層と、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層からなり、前記ベース層の主面に設けられたエミッタ層と、を備え、前記コレクタ層の主面は、前記コレクタ層の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜している、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、コレクタ層の主面は、コレクタ層の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜しているので、Ｉｎ組成比が比較的高く、Ｉｎ凝集（液滴）の発生が低減されている。Ｉｎ凝集の発生が低減されていることによって、Ｉｎ凝集を起点として導入される転位も低減されるので、エミッタ−コレクタ間のリーク電流が抑制できる。
【０００７】
本発明に係るへテロ接合バイポーラトランジスタでは、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり、当該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜した主面を有する支持基体を更に備え、前記コレクタ層は前記支持基体の主面に設けられ、また、支持基体はＧａＮからなるのが好ましい。このように、支持基体が、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層と同種の窒化ガリウム系半導体からなるので、格子定数差に起因する応力を緩和するために生じる貫通転位が低減される。更に、支持基体の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜した支持基体の主面にコレクタ層及びベース層が形成されるので、ベース層の主面の面方位も６０度以上８０度以下の角度で傾斜したものとなっている。
【０００８】
本発明に係るへテロ接合バイポーラトランジスタでは、前記エミッタ層の主面に設けられたエミッタキャップ層と、前記ベース層と前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に設けられた第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層と、を更に備え、前記第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層は、前記ベース層から前記エミッタキャップ層の方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなり、前記ｐ型窒化ガリウム系半導体層はマグネシウム添加ＩｎＧａＮ層である。このように、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層のＩｎ組成が、前記ベース層から前記エミッタキャップ層の方向に減少しているので、エミッタ層が低転位となっている。また、ベース層のＩｎ組成が比較的高いので、ベース層に添加されるマグネシウムが比較的少なく、よってベース層からエミッタ層に拡散されるマグネシウムも低減されているので、エミッタ層は、マグネシウムによるキャリア補償の低減された高品質な半導体となっている。
【０００９】
本発明に係るへテロ接合バイポーラトランジスタでは、前記第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層は、前記ベース層から前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなる。このように、第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層のＩｎ組成が、前記ベース層から前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の方向に減少しているので、第３のｎ型窒化ガリウム系半導体層が低転位となっている。
【００１０】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり当該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜した主面を有する支持基体を用意する工程と、前記支持基体の前記主面に、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層を有するコレクタ層をエピタキシャル成長させる工程と、前記コレクタ層をエピタキシャル成長させた後に、インジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層からなるベース層を、前記コレクタ層の主面にエピタキシャル成長させる工程と、前記ベース層をエピタキシャル成長させた後に、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層からなるエミッタ層を前記ベース層の主面にエピタキシャル成長させる工程と、を備える、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法によれば、コレクタ層の主面は、コレクタ層の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜しているので、Ｉｎ組成比が比較的高く、Ｉｎ凝集（液滴）の発生が低減されている。Ｉｎ凝集の発生が低減されていることによって、Ｉｎ凝集を起点として導入される転位も低減されるので、エミッタ−コレクタ間のリーク電流が抑制できる。更に、支持基体が、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層と同種の窒化ガリウム系半導体からなるので、格子定数差に起因する応力を緩和するために生じる貫通転位が低減される。更に、支持基体の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度で傾斜した主面にコレクタ層が形成されるので、このコレクタ層上に形成されるベース層の主面も６０度以上８０度以下の角度で傾斜したものとなっている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、良好なＩｎ組成比及び結晶性を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ、及び、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す図である。
【図２】実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ１の構成を説明するための図である。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ１は、支持基体３、コレクタ層５、ベース層７、エミッタ層９、エミッタキャップ層１１、エミッタ電極１３、ベース電極１５及びコレクタ電極１７を備える。コレクタ層５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａ及びｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂを有する。ベース層７は、第１の領域７ａ及び第２の領域７ｂを有する。支持基体３、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａ、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂ、ベース層７、エミッタ層９及びエミッタキャップ層１１は、この順に積層されている。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａ、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂ、ベース層７、エミッタ層９及びエミッタキャップ層１１は、支持基体３上においてエピタキシャル成長によって形成されたものである。
【００１５】
支持基体３は、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなる導電性自立ＧａＮ基板である。支持基体３は、主面Ｓ１と、主面Ｓ１の反対側の裏面Ｓ２とを有する。主面Ｓ１は、支持基体３の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸方向に６０度以上８０度以下の角度で傾斜している。
【００１６】
コレクタ層５は、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａは、支持基体３の主面Ｓ１に設けられており、支持基体３に接している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａの主面Ｓ３に設けられており、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａとベース層７との間に設けられている。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａ及びベース層７に接している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂの主面Ｓ４（ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａの主面Ｓ３も同様）は、コレクタ層５の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸方向に６０度以上８０度以下の角度で傾斜している。
【００１７】
ベース層７は、インジウムを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層からなる。ベース層７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂの主面Ｓ４（すなわち、コレクタ層５の主面）に設けられており、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂに接している。第１の領域７ａ及び第２の領域７ｂは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂの主面Ｓ４に沿って並んで配置されており、互いに接している。第１の領域７ａ及び第２の領域７ｂは、何れも、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂに接している。
【００１８】
エミッタ層９は、ｎ型窒化ガリウム系半導体からなる層である。エミッタ層９は、ベース層７の第１の領域７ａの主面Ｓ５に設けられている。なお、ベース層７の主面は、第１の領域７ａの主面Ｓ５と第２の領域７ｂの主面Ｓ６とからなる。エミッタキャップ層１１は、エミッタ層９の主面Ｓ７に設けられており、エミッタ層９に接している。
【００１９】
エミッタ電極１３は、エミッタキャップ層１１の主面Ｓ８に設けられ、ベース電極１５は、ベース層７の第２の領域７ｂの主面Ｓ６に設けられ、コレクタ電極１７は、支持基体３の裏面Ｓ２に設けられている。
【００２０】
支持基体３はＧａＮからなり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａはｎ型ＧａＮからなり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂはｎ型ＩｎＧａＮからなり、ベース層７の第１の領域７ａ及び第２の領域７ｂは何れもＭｇドープされたｐ型ＩｎＧａＮからなり、エミッタ層９はｎ型ＩｎＧａＮからなり、エミッタキャップ層１１はｎ型ＩｎＧａＮからなる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂは、ベース層７からｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａの方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなる。エミッタ層９は、第１の領域７ａからエミッタキャップ層１１の方向に減少するインジウム組成のＩｎＧａＮからなる。ベース電極１５は、Ｎｉ／Ａｕオーミック電極であり、第２の領域７ｂの主面Ｓ６に設けられている。エミッタ電極１３は、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極であり、エミッタキャップ層１１の表面Ｓ８に設けられている。コレクタ電極１７は、Ｔｉ／Ａｌオーミック電極であり、支持基体３の裏面Ｓ２に設けられている。
【００２１】
次に、実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ１の製造方法（実施例）について説明する。Ｇａ原料として、トリメチルガリウムを用いた。Ｉｎ原料として、トリメチルインジウムを用いた。Ｎ原料としては、高純度アンモニアを用いた。キャリアガスとしては、純化した水素を用いた。高純度アンモニアの純度は、９９．９９９％以上であり、純化水素の純度は９９．９９９９９５％以上であった。ｎ型ドーパントとして水素ベースのシランを用い、ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。
【００２２】
まず、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなり当該六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対してｍ軸方向に６０度以上８０度以下の角度で傾斜した主面Ｓ１を有する支持基体３を用意した。この支持基体３は、ＨＶＰＥ法により得られた導電性自立ＧａＮ基板であった。支持基体３の厚みは４００μｍ程度であり、ｎ型ドーパントの濃度は、５．０×１０１８ｃｍ−３程度であった。次に、支持基体３上に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造の窒化物半導体膜（支持基体３、コレクタ層５、ベース層７、エミッタ層９及びエミッタキャップ層１１に対応）を、ＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル成長させた。まず、アンモニアと水素の高温雰囲気中において支持基体３をクリーニングした。
【００２３】
このクリーニング後の支持基体３の主面Ｓ１に、六方晶系窒化ガリウム系半導体からなるｎ型ＧａＮ層（ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａに対応）を形成した。これによって、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａに対応するｎ型ＧａＮ層が形成された。このｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａに対応するｎ型ＧａＮ層の厚みは２００ｎｍ程度であり、ｎ型ドーパントの濃度は、２．０×１０１７ｃｍ−３程度であった。
【００２４】
そしてこのｎ型ＧａＮ層の主面に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂに対応するｎ型ＩｎＧａＮ層を形成した。このｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂに対応するｎ型ＩｎＧａＮ層の形成の場合、形成時間の経過にともなってトリメチルガリウムとトリメチルインジウムの供給比を徐々に変えつつ成長温度を変化させることによってＩｎ組成を増加させた。このｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂに対応するｎ型ＩｎＧａＮ層の厚みは３０ｎｍ程度であり、ｎ型ドーパントの濃度は２．０×１０１８ｃｍ−３程度であり、Ｉｎ組成比は３％以下であった。以上のようにして、コレクタ層５に対応する半導体層を形成した。
【００２５】
次に、上記のようにして形成したコレクタ層５に対応する半導体層の主面（ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂに対応するｎ型ＩｎＧａＮ層）に、ベース層７に対応したｐ型ＩｎＧａＮ層を形成した。このベース層７に対応するｐ型ＩｎＧａＮ層の厚みは１００ｎｍ程度であり、ｐ型ドーパントの濃度は２．５×１０１８ｃｍ−３程度であり、Ｉｎ組成比は３％〜４％の範囲内であった。
【００２６】
次に、上記のようにして形成したベース層７に対応するｐ型ＩｎＧａＮ層の主面に、エミッタ層９に対応する他のｎ型ＩｎＧａＮ層を形成した。このエミッタ層９に対応するｎ型ＩｎＧａＮ層の形成の場合、形成時間の経過にともなってトリメチルガリウムとトリメチルインジウムの供給比を徐々に変えつつ成長温度を変化させることによってＩｎ組成を減少させた。このエミッタ層９に対応するｎ型ＩｎＧａＮ層の厚みは３０ｎｍ程度であり、ｎ型ドーパントの濃度は１．０×１０１９ｃｍ−３程度であり、Ｉｎ組成比は４％以下であった。
【００２７】
次に、上記のようにして形成したエミッタ層９に対応するｎ型ＩｎＧａＮ層の主面に、エミッタキャップ層１１に対応する他のｎ型ＧａＮ層を形成した。このエミッタキャップ層１１に対応するｎ型ＧａＮ層の厚みは７０ｎｍ程度であり、ｎ型ドーパントの濃度は、１．０×１０１９ｃｍ−３程度であった。
【００２８】
次に、エミッタキャップ層１１に対応するｎ型ＧａＮ層の主面にＮｉ／Ｔｉマスクを形成してＲＩＥを施すことによって、ｐ型ＩｎＧａＮ層の主面の一部（第２の領域７ｂの主面Ｓ６に対応）を表出させた。これによって、エミッタ層９及びエミッタキャップ層１１が形成された。次に、ｐ型ＩｎＧａＮ層のうち表出された第２の領域７ｂの主面Ｓ６にＮｉ／Ａｕオーミック電極であるベース電極１５を形成し、エミッタキャップ層１１の表面Ｓ８にＴｉ／Ａｌオーミック電極であるエミッタ電極１３を形成し、更に、支持基体３の裏面Ｓ２にＴｉ／Ａｌオーミック電極であるコレクタ電極１７を形成した。以上によって、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ１を製造した。
【００２９】
以上説明した構成のヘテロ接合バイポーラトランジスタ１によれば、コレクタ層５のｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂの主面Ｓ４は、コレクタ層５の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度でｍ軸方向に傾斜しているので、Ｉｎ組成比が比較的高く、Ｉｎ凝集（液滴）の発生が低減されている。Ｉｎ凝集の発生が低減されていることによって、Ｉｎ凝集を起点として導入される転位も低減されるので、エミッタ−コレクタ間のリーク電流が抑制できる。なお、支持基体３の六方晶系窒化ガリウム系半導体のｃ軸に対して６０度以上８０度以下の角度でｍ軸方向に傾斜した主面Ｓ１にコレクタ層５のｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａ及びｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂとベース層７とが形成されるので、ベース層７の主面の面方位も６０度以上８０度以下の角度でｍ軸方向に傾斜したものとなっている。
【００３０】
一般に、ＩｎＧａＮ層をエピタキシャル成長させる場合にはｃ面からわずかにオフした面においてエピタキシャル成長させるが、エピタキシャル成長が高温の場合には、安定面付近のステップ間隔の広いテラスに吸着したＩｎは脱離を引き起こすためＩｎ組成が上がらない。一方、Ｉｎ取り込み率を上げるために低温でエピタキシャル成長させた場合、Ｉｎ凝集が生じるとともにＧａのマイグレーションも阻害されるため結晶性が低下する。しかしながら、ｃ軸からｍ軸方向へ６０度以上８０度以下の角度でオフした自立ＧａＮ基板である支持基体３を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ１の場合であって、特に支持基体３の主面１のオフ角が例えば７５度の場合には、｛１０−１１｝面方向にステップが稠密に形成されているので、テラスに吸着した活性種が即座にステップに取り込まれる。このため、比較的低温で行うＩｎＧａＮ成長でも高い結晶性を得る事ができ、更に、結晶性を向上させるために成長温度を上げる余地も生じる。ステップ端ではＧａとＩｎの原子半径の差からＩｎが取り込まれにくいが、ステップがｍ面方向に進行することで原子半径差が緩和され、比較的容易にＩｎが取り込まれるので、高組成のＩｎＧａＮ膜を形成することができる。
【００３１】
ここで、実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ１において、支持基体３の主面Ｓ１（及び、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂの主面Ｓ４）の特徴と、ベース層７におけるＩｎ取り込み及びＩｎ偏析との関係を示す実験結果を図２に示す。図２において、二重丸のシンボルは特に良好な特性を示し、一重丸のシンボルは良好な特性を示し、三角のシンボルは特に通常の特性を示し、クロスのシンボルは劣る特性を示す。特徴的な角度として、ｃ軸からｍ軸の方向への傾斜角６３度、７０度、７１度、７２度、７８度、７９度、８０度が示される。なお、上記の説明において、例えば面方位（２０−２１）や（１０−１１）のような記法を用いている。本実施形態に説明を考慮するとき、結晶学的に等価な面において、当業者は、本実施形態に記載された発明の効果が得られると考える。したがって、例えば「（２０−２１）」という面方位は、等価な（２−２０１）、（−２２０１）、（２０−２１）、（−２０２１）、（０２−２１）、（０−２２１）を含むと考えることができる。  
【００３２】
更に、支持基体３が、コレクタ層５、ベース層７及びエミッタ層９と同種の窒化ガリウム系半導体からなるので、格子定数差に起因する応力を緩和するために生じる貫通転位が低減される。一般に、窒化物半導体の成膜には下地にサファイア、ＳｉＣ等の異種基板が用いられるが、下地基板とエピタキシャル膜の格子定数差に起因する応力が成長界面に発生し、これを緩和する形でエピタキシャル膜に貫通転位が生じる。この貫通転位はバイポーラトランジスタのベース層においてホールキャリアの補償中心として働くため、転位周囲の領域はｎ型のエミッタ層から導入される電子に対して障壁として働かず、トランジスタ動作においてエミッタ−コレクタ間のリーク電流が生じ、性能を低下させる。これに対し、実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ１の場合、導電性自立ＧａＮ基板である支持基体３を下地に用いることによってエピタキシャル膜に発生する貫通転位を低減することができる。実際、異種基板としてサファイア基板を用いた場合、サファイア基板上のバッファ層の貫通転位密度が例えば１．０×１０８ｃｍ−２程度であるのに対し、支持基体３のようなＧａＮ基板を用いた場合には、ＧａＮ基板上のエピタキシャル層の貫通転位密度が例えば１．０×１０６ｃｍ−２程度となっており、サファイア基板を用いた場合よりもＧａＮの支持基体３を基板に用いた場合のほうが、基板上に形成するエピタキシャル層（特にベース層７）への転位の導入が低減される。
【００３３】
更に、絶縁性の異種基板を用いた場合、トランジスタ形成プロセスにおいてｎ型のコレクタ層にオーミック電極を形成する際にはＲＩＥによりｎ型のコレクタ層を表出する必要があるが、実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ１の場合、導電性自立ＧａＮ基板である支持基体３が用いられているので、エピ成長面とは反対側の面（支持基体３の裏面Ｓ２）にオーミック電極（コレクタ電極１７）を形成することでｎ型のコレクタ層５への電気的接触を得ることができる。
【００３４】
更に、エミッタ層９のＩｎ組成が、ベース層７からエミッタキャップ層１１の方向に減少しているので、エミッタ層９が低転位となっている。更に、コレクタ層５のｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂのＩｎ組成が、ベース層７からｎ型窒化ガリウム系半導体層５ａの方向に減少しているので、ｎ型窒化ガリウム系半導体層５ｂが低転位となっている。更に、ベース層７のＩｎ組成が比較的高いので、ベース層７に添加されるＭｇが比較的少なくすることができ、よってベース層７からエミッタ層９に拡散されるＭｇも低減されているので、エミッタ層９は、Ｍｇによるキャリア補償の低減された高品質な半導体となっている。
【符号の説明】
【００３５】
１…ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、１１…エミッタキャップ層、１３…エミッタ電極、１５…ベース電極、１７…コレクタ電極、３…支持基体、５…コレクタ層、５ａ，５ｂ…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、７…ベース層、９…エミッタ層、７ａ…第１の領域、７ｂ…第２の領域。
【図１】
0005526687.tif 000002
【図２】
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