【手続補正書】
【提出日】令和3年4月20日(2021.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと略す）は、エミッタにベースよりバンドギャップの大きい半導体材料を用いるバイポーラトランジスタであり、高い電流増幅率と低いベース抵抗を同時に実現することができる。なかでもＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長され且つＧａＡｓとの格子不整合による格子歪の緩和のない化合物半導体層によりトランジスタの真性部分を構成したＨＢＴ（以下、ＧａＡｓＨＢＴと称す）は、特にｎｐｎ型トランジスタとして用いられた場合、エミッタコレクタ間を流れる電流の主担体である伝導電子の移動度が高いため高周波用途に好適である。このためＧａＡｓＨＢＴは移動体通信やＷｉＦｉ用のＲＦ電力増幅器として広く用いられている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
通常のＧａＡｓＨＢＴではベース層、コレクタ層共に主材料として基板と同じＧａＡｓが用いられ、格子定数が基板と同じであるため格子不整合による格子歪の緩和はない。しかし本発明に係るＧａＡｓＨＢＴではベース層にＩｎＧａＡｓを用いる（非特許文献１、非特許文献２、特許文献１参照）。ＩｎＧａＡｓは格子定数が基板であるＧａＡｓより大きく、その差はＩｎ含有量にほぼ比例するが、トランジスタとして良好な特性を得るため、格子不整合による格子歪の転位発生による緩和、即ち歪緩和のない疑似格子整合（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ）成長により圧縮歪を維持したまま成長させる。ＩｎＧａＡｓ層の厚さが臨界膜厚を超えると転位発生による歪緩和が起こり、結晶内に格子欠陥が発生する。格子欠陥はベースを走行する伝導電子（少数キャリア）のホールとの再結合中心として作用し、また再結合の際に放出されるエネルギーがさらに格子欠陥を増殖する。ベース層中の伝導電子のような少数キャリアをトランジスタ動作に用いるバイポーラトランジスタでは、電界効果型トランジスタのような多数キャリアを用いるトランジスタに比べ、歪緩和による格子欠陥の発生をさらに厳しく抑える必要がある。このため、ＩｎＧａＡｓベース層の厚さは上記臨界膜厚に比べ十分に薄くする。例えばＩｎＧａＡｓベース層の組成をＩｎｊＧａ１−ｊＡｓと記述した際のＩｎ含有量ｊが０．１の場合ベース層の厚さは４０ｎｍ程度以下、０．０７の場合は６０ｎｍ程度以下とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図１は本願第１の発明によるＧａＡｓＨＢＴの主要構成要素を示す半導体層構造である。ＧａＡｓ基板１００上にサブコレクタ層１１０、コレクタ層１２０、ＩｎＧａＡｓベース層１３０、第１のエミッタ層１５０、エミッタコンタクト層１６０がエピタキシャル成長により形成される。ＧａＡｓ基板１００の面方位は（１００）である。サブコレクタ層１１０、コレクタ層１２０、第１のエミッタ層１５０、エミッタコンタクト層１６０はｎ型半導体、ＩｎＧａＡｓベース層１３０はｐ型である。サブコレクタ層１１０、コレクタ層１２０、ＩｎＧａＡｓベース層１３０、第１のエミッタ層１５０はｎｐｎ型トランジスタの真性部分を構成しており、これらの層は何れもＧａＡｓとの格子不整合による格子歪の緩和のない半導体層を用いる。サブコレクタ層１１０およびコレクタ層１２０には例えば基板材料と同じＧａＡｓを用いる。或はＧａＡｓとの格子不整合が殆どない別の半導体、例えばＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓや、それらの半導体の積層構造を用いてもよい。ＩｎＧａＡｓベース層１３０は疑似格子整合（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ）成長により圧縮歪を維持したまま歪緩和させずに成長させる。第１のエミッタ層１５０には本願第１の発明の特徴であるＣｕＰｔ型秩序を有するＩｎＧａＰを用いる。ＣｕＰｔ型秩序とは、［０００６］で述べたように結晶の（１１１）方向にＧａＰとＩｎＰの単分子層が交互に配列する構造である。従来のＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａＰのバンドギャップ（Ｅｇ）は１．８９ｅＶであるが、ＣｕＰｔ型秩序を有するＩｎＧａＰではＥｇが１．８９ｅＶを下回り、秩序化が増すにつれて小さくなる。完全に秩序化された理想的結晶の組成はＩｎｉＧａ１−ｉＰと記述した際のＩｎ含有量ｉが０．５であり、ＩｎＧａＰ２と表される化合物になるが、実用上ｉは０．４８から０．５の範囲にあれば問題ない。ｉがこの範囲にあれば同時にＧａＡｓとの格子不整合も殆どなくなるため、歪緩和のない層を容易に成長することができる。ＣｕＰｔ型秩序を有するＩｎＧａＰを第１のエミッタ層１５０に用いることによる効果は後述する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図１７は本願第２の発明によるＧａＡｓＨＢＴの主要構成要素を示す半導体層構造である。ＧａＡｓ基板２００上にサブコレタ層２１０、コレクタ層２２０、第１のＩｎＧａＡｓベース層２３０、第２のＩｎＧａＡｓベース層２４０、エミッタ層２５０、エミッタコンタクト層２６０がエピタキシャル成長により形成される。ＧａＡｓ基板２００の面方位は（１００）である。サブコレクタ層２１０、コレクタ層２２０、エミッタ層２５０、エミッタコンタクト層２６０はｎ型半導体、第１のＩｎＧａＡｓベース層２３０、第２のＩｎＧａＡｓベース層２４０はｐ型である。サブコレクタ層２１０、コレクタ層２２０、第１のＩｎＧａＡｓベース層２３０、第２のＩｎＧａＡｓベース層２４０、エミッタ層２５０はｎｐｎ型トランジスタの真性部分を構成しており、これらの層は何れもＧａＡｓとの格子不整合による格子歪の緩和のない半導体層を用いる。サブコレクタ層２１０およびコレクタ層２２０には例えば基板材料と同じＧａＡｓを用いる。或はＧａＡｓとの格子不整合が殆どない別の半導体、例えばＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓや、それらの半導体の積層構造を用いてもよい。第１のＩｎＧａＡｓベース層２３０および第２のＩｎＧａＡｓベース層２４０は疑似格子整合（ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ）成長により圧縮歪を維持したまま歪緩和させずに成長させる。ここで本発明の特徴として、第１のＩｎＧａＡｓベース層２３０中のｐ型不純物濃度をＮｐ１、第２のＩｎＧａＡｓベース層２４０中のｐ型不純物濃度をＮｐ２とした時、Ｎｐ２＜Ｎｐ１の関係が成り立つ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に順次形成されたコレクタ層とベース層とエミッタ層とを有するｎｐｎ型バイポーラトランジスタであって、
前記コレクタ層とベース層とエミッタ層は何れも前記ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長され且つＧａＡｓとの格子不整合による格子歪の緩和が実質的にない化合物半導体層から成り、
前記ベース層は疑似格子整合成長されたＩｎＧａＡｓ層を少なくとも含み、且つ
前記エミッタ層はＣｕＰｔ型秩序を有するＩｎＧａＰ層を少なくとも含むことを特徴とする化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
ＧａＡｓ基板上に順次形成されたコレクタ層とベース層とエミッタ層とを有するｎｐｎ型バイポーラトランジスタであって、
前記コレクタ層とベース層とエミッタ層は何れも前記ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長され且つＧａＡｓとの格子不整合による格子歪の緩和が実質的にない化合物半導体層から成り、
前記ベース層は疑似格子整合成長された第１のＩｎＧａＡｓ層と第１のＩｎＧａＡｓ層上に同じく疑似格子整合成長された第２のＩｎＧａＡｓ層とを少なくとも含み、且つ
前記第２のＩｎＧａＡｓ層のｐ型不純物濃度は前記第１のＩｎＧａＡｓ層のｐ型不純物濃度より小さいことを特徴とする化合物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。