(57)【要約】【課題】ＨＢＴ、ＨＥＭＴという異種類のトランジスタを、極めて小さい接続抵抗の下で接続した構成を持つ化合物半導体エピタキシャルウェハを提供すること。【解決手段】同一ウェハ内で、一単位のＨＢＴエピタキシャル層（ＨＢＴ構造４０）の上に一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層（ＨＥＭＴ構造５０）を積層した構造とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一ウェハ内で、一単位のＨＢＴエピタキシャル層の上に一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層を積層した構造を有することを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
一単位のＨＢＴエピタキシャル層と次の一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層との間にバラスト層を設けたことを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、一単位のＨＢＴエピタキシャル層を構成する層におけるベース層が、ガリウム、アルミニウム、インジウムなどのIII族原子と砒素、燐、窒素などのＶ族原子の組み合わせで構成された結晶半導体からなることを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１又は２記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層を構成する層における電子供給層がＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰからなることを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる特性をもつトランジスタ構造を同一ウェハ内に作製（集積回路化）した化合物半導体エピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の動作は、基本的には通常のバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）と同様で、ｎｐｎ型ＢＪＴではエミッタからコレクタに向かって流れる電子量を、ベース電流（ホール電流）により制御し、トランジスタを動作させている。ホール電流を増やす事によりコレクタ電流が増大する。ホール電流を更に増やすとベースからエミッタに向かってホールが漏れだし、トランジスタの電流増幅率が低下する。しかし、エミッタにバンドギャップの大きな半導体材料を用いたｎｐｎ型ＨＢＴではベース・エミッタ界面に障壁ができ、ホールのエミッタへの漏れを抑えることができる。ＨＢＴでは電流増幅率を低下させずに、コレクタ電流を大きくできる。
【０００３】
代表的な構造を図２に示す。半絶縁性のＧａＡｓ基板１８上にサブコレクタ層１９となるｎ型ＧａＡｓ層を５００nm、コレクタ層２０となるｎ型ＧａＡｓ層を７００nm、ベース層２１となるｐ型ＧａＡｓ層を８０nm、エミッタ層２２となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＰ層（ｙ＝０．４８）を４０nm、エミッタコンタクト層２３となるｎ型ＧａＡｓ層を１００nm、グレーデッド（ｇｒａｄｅｄ）ノンアロイ層２４となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＡｓ層（ｙ＝０→０．５）を５０nm、均一組成ノンアロイ層２５となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＡｓ層（ｙ＝０．５）を５０nmが順に積層形成されている。
【０００４】
一方、高速電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）において、ＩｎＧａＡｓ層をチャネル層とし、チャネルの両側または片側に電子供給層を持つヘテロ接合ＨＥＭＴは、電子の高速移動の利点を活かして高速動作が可能なだけでなく、マイクロ波帯等の超高周波帯における高出力、且つ高効率動作が可能である。
【０００５】
代表的なＨＥＭＴの構造を図３に示す。半絶縁性のＧａＡｓ基板２６上にアンドープＧａＡｓバッファ層２７、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層２８、アンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層２９、アンドープＩｎＧａＡｓチャネル層３０、アンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層３１、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層３２、ｎ型ＧａＡｓキャップ層３３が順に積層形成されている。
【０００６】
これらトランジスタは主に携帯端末の送受信用パワー増幅器に用いられてきたが、近年、音声、データだけで動画像などの大容量で多様な情報を高速で送受信する必要がでてきた。このため、携帯端末の中で最も電力消費する部品である送信用パワー増幅器にも高性能化が求められ、低電圧で動作し、且つ消費電力を少なくしなければならい。これらはパワー増幅器の効率を上げることにより要望に答えることができるが、一般に増幅器を高効率で動作させた場合には出力信号の歪が大きくなるという問題がある。歪により隣接する通信チャネルへの電波が漏れだし、隣の信号と干渉し、送信データが異なったデータになる。
【０００７】
そこで、図４に示すように、電流駆動能力の高いＨＢＴ、ＨＥＭＴを１つの増幅器モジュールに複数用い、出力信号の歪を抑え、高い振幅を持つ出力信号が得られるパワー増幅器モジュールを使用している。
【０００８】
しかし、１つの増幅器モジュールにＨＢＴ、ＨＥＭＴという複数のトランジスタを配置し両者を配線すると、配線や寄生容量からの抵抗が入り、より消費電力を要し、且つ熱を発生する。
【０００９】
なお、従来、異なる特性を持つトランジスタを上下に積層し集積回路化を図る技術として特開２００３−３７１１４号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１は、基板上に１つのＨＢＴが作製できるように設計した場合には、同一の特性を持つＨＢＴしか、そのウェハを用いて作製することができないことから、同一ウェハ内に一単位のＨＢＴを複数積層することで、異なる特性を持つＨＢＴを作製し集積回路化を図る技術である。
【特許文献１】特開２００３−３７１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、異なる特性を持つＨＢＴの如く、同種トランジスタの集積回路化を図る技術（特許文献１）とは異なり、図４に示したように、ＨＢＴ、ＨＥＭＴという異種類のトランジスタが、極めて小さい接続抵抗の下でカスケード接続され集積回路化されることが要請される場合がある。すなわち、図４のようにＨＢＴ、ＨＥＭＴという異種類のトランジスタを別々に作製し両者をカスケード接続して使用すると、配線や寄生容量からの抵抗が入り、より消費電力を要し、且つ熱を発生するからである。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＨＢＴ、ＨＥＭＴという異種類のトランジスタを、極めて小さい接続抵抗の下で接続した構成を持つ化合物半導体エピタキシャルウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェハは、同一ウェハ内で、一単位のＨＢＴエピタキシャル層の上に一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層を積層した構造を有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項１は、一単位のＨＢＴエピタキシャル層と次の一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層との間にバラスト層が存在する形態と、バラスト層が存在しない形態とを含む。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、一単位のＨＢＴエピタキシャル層と次の一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層との間にバラスト層を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、一単位のＨＢＴエピタキシャル層を構成する層におけるベース層が、ガリウム、アルミニウム、インジウムなどのIII族原子と砒素、燐、窒素などのＶ族原子の組み合わせで構成された結晶半導体からなることを特徴とする。
【００１７】
例えば、上記一単位のＨＢＴエピタキシャル層は、半導体ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓで形成されたサブコレクタ層、ＧａＡｓで形成されたコレクタ層、ＧａＡｓで形成されたベース層、そのベース層１８よりも大きなエネルギーギャップを持つＩｎＧａＰ（もしくはＡｌＧａＡｓ）で形成されたエミッタ層で構成される。
【００１８】
なお、半導体基板は、ＧａＡｓ基板の他、Ｓｉ、ＩｎＰ基板を使用することもできる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１又は２記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層を構成する層における電子供給層がＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰからなることを特徴とする。
【００２０】
上記一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層は、代表的には、バッファー層、電子供給層、スペーサ層、チャネル層、スペーサ層、電子供給層を、少なくとも有して構成されるが、電子供給層がチャネル層の下層または上層のみからなる構成とすることもできる。
【００２１】
また例えば、上記一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層は、（１）上記電子供給層がＳｉのδドープ層からなる構造、（２）上記電子供給層がＳｉドーパントしたｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなる構造、（３）上記電子供給層がＳｉドーパントしたｎ−ＩｎＧａＰ層からなる構造、（４）上記電子供給層のドーパントがＳｉ、Ｓｅ、Ｔｅである構造、といった構成を採ることができる。
【００２２】
＜発明の要点＞
図４のようにＨＢＴとＨＥＭＴのトランジスタを２段にカスケード接続して使用すると、その配線や寄生容量からの抵抗が入り、より消費電力を要し、且つ熱を発生する。そこで、図１に示すように、ＨＢＴ構造とＨＥＭＴ構造を上下２段に積層したエピタキシャル構造として、配線を必要としないカスケード接続の２段のトランジスタを作製すれば、抵抗成分を軽減することが可能となり、より消費電力を低減して、熱源を低下することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハによれば、同一ウェハ内で、一単位のＨＢＴエピタキシャル層の上に一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層を積層した構造としたので、単独に作製されたＨＢＴとＨＥＭＴのトランジスタを配線によりカスケード接続した場合に較べ、極めて小さい抵抗値でカスケード接続を達成することができる。従って、カスケード接続半導体装置全体としての消費電力を低減することができる。このことは、送信用パワー増幅器において、低電圧で動作し、出力信号の歪を抑え、且つ消費電力を軽減することが可能であることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２５】
図１の如く、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、ＨＢＴ構造４０を成長し、更にその上にＨＥＭＴ構造５０を成長する。これは、同一ウェハ内で、一単位のＨＢＴエピタキシャル層（ＨＢＴ構造４０）の上に一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層（ＨＥＭＴ構造５０）を積層した構造である。その際、一単位のＨＢＴエピタキシャル層（ＨＢＴ構造４０）と次の一単位のＨＥＭＴエピタキシャル層（ＨＥＭＴ構造５０）との間には、高抵抗層としてのバラスト層７を介在させる。
【００２６】
詳細構造は以下の通りである。
【００２７】
上記ＨＢＴ構造４０は、ウェハの第１層たる半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に、順次第２層から第６層までとして積層した、バッファ層２、サブコレクタ層３、コレクタ層４、ベース層５、エミッタ層６で構成される。ここでのＨＢＴ構造４０においては、図２に示したエミッタコンタクト層２３、グレーデッドノンアロイ層２４、均一組成ノンアロイ層２５は不要であり、存在しない。
【００２８】
上記に続き、第７層として、上記ＨＢＴ構造４０と次のＨＥＭＴ構造５０との間に介在させるべく、高抵抗層としてのバラスト層７を設ける。
【００２９】
このバラスト層７を介して、上記ＨＢＴ構造４０上に積層されるＨＥＭＴ構造５０は、順次第８層から第１７層までとして積層した、バッファ層８、電子供給層９、スペーサ層１０、チャネル層１１、スペーサ層１２、電子供給層１３を、少なくとも有して成る。これはチャネル層１１の両側に電子供給層９、１３を設け、そのチャネル層１１と電子供給層９、１３の間にそれぞれ一つのスペーサ層１０又は１２を挿入した構造である。
【００３０】
図示の実施形態のＨＥＭＴ構造５０では、更に第１４層〜第１７層として、ショットキー層１４、ストッパー層１５、ノンアロイ層１６、１７を順に積層した構造となっている。このＨＥＭＴ構造５０における第１４層〜第１７層は事情により省略することができる。
【００３１】
上記のようにＧａＡｓ基板上にヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）構造を成長し、更にそのＨＢＴ構造上に高速移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造を成長することにより、両トランジスタをカスケード接続して使用する場合の消費電力を低減することができる。
【実施例】
【００３２】
上記効果を確認すべく、下記の一実施例について試作した。
【００３３】
半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、ＨＢＴ構造４０として、バッファ層２となるアンドープＧａＡｓ層、サブコレクタ層３となるｎ型ＧａＡｓ層、コレクタ層４となるｎ型ＧａＡｓ層、ベース層５となるｐ型ＧａＡｓ層、エミッタ層６となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＰ層（ｙ＝０．４８）を順に積層した。次いで、バラスト層７となるｎ型ＧａＡｓ層（例えば厚さ２００nm、ドーピング濃度３×１０17cm-3）を積層した。
【００３４】
更に、ＨＥＭＴ構造５０として、バッファ層８となるアンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０．２８）、電子供給層９となるｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０．３）、スペーサ層１０となるアンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０．３）、チャネル層１１となるアンドープＩｎyＧａ1-yＡｓ層（ｙ＝０．１８）、スペーサ層１２となるアンドープＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０．３）、電子供給層１３となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＰ層（ｙ＝０．４８）を順に積層した。そして、この上に、ショットキー層１４となるアンドープＧａＡｓ層、ストッパー層１５となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＰ層（ｙ＝０．４８）、ノンアロイ層１６、１７となるｎ型ＩｎyＧａ1-yＡｓ層（ｙ＝０．５）を順に積層し、図１の構造のエピタキシャルウェハを得た。
【００３５】
本試作例のエピタキシャルウェハによれば、ＨＢＴ構造４０においては、ベース抵抗２２０Ω／ｓｑで利得１２０（電流密度１ｋＡ／cm2）と増幅し、またＨＥＭＴ構造５０においては、移動度４０００cm2／ｖ・ｓ、シートキャリア濃度：２．１×１０12cm-2、ピンチオフ電圧：−０．５Ｖと動作した。
【００３６】
従って、従来と同等のデバイス特性のＨＢＴ構造４０とＨＥＭＴ構造５０を有することが明らかであり、しかも、そのＨＢＴとＨＥＭＴのカスケード接続を有配線する場合に較べ、極めて小さい抵抗値の下でカスケード接続を達成することができた。
【００３７】
すなわち、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハによれば、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に上下２段にＨＢＴとＨＥＭＴのトランジスタ構造を作製することで、カスケード接続半導体装置全体としての消費電力を低減することができた。このことは、送信用パワー増幅器において、低電圧で動作し、出力信号の歪を抑え、且つ消費電力を軽減することが可能であることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を示す図である。
【図２】従来の代表的なＨＢＴ構造を示す図である。
【図３】従来の代表的なＨＥＭＴ構造を示す図である。
【図４】従来のパワー増幅器モジュールを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
２  バッファ層
３  サブコレクタ層
４  コレクタ層
５  ベース層
６  エミッタ層
７  バラスト層
８  バッファ層
９  電子供給層
１０  スペーサ層
１１  チャネル層
１２  スペーサ層
１３  電子供給層
１４  ショットキー層
１５  ストッパー層
１６、１７  ノンアロイ層
４０  ＨＢＴ構造
５０  ＨＥＭＴ構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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