(57)【要約】【課題】  熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量を向上したＨＢＴを備えた半導体装置を提供する。【解決手段】  化合物半導体からなる基板の主面上に、順に形成されたサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層４およびエミッタ層５、ならびにコレクタ層４と電気的に接続されたコレクタ電極、ベース層４と電気的に接続されたベース電極、エミッタ層５上に形成され、エミッタ層５と電気的に接続されたエミッタメサ層６Ｍ、およびエミッタメサ層６Ｍと電気的に接続されたエミッタ電極１３を備えたＨＢＴであって、このエミッタメサ層６Ｍが、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６と、半導体層６上のｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂと、高濃度半導体層６Ｂ上のｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７とを有する。【選択図】  図３
2006185990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体からなるバイポーラトランジスタを含む半導体装置であって、
前記バイポーラトランジスタは、
基板と、
前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、
前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、
前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、
前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、
前記エミッタメサ層は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層上の第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成され、前記第２半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、
前記第２半導体層のキャリア濃度は、前記第１半導体層のキャリア濃度以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２半導体層の厚さは、前記第１半導体層の厚さより薄いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１半導体層は、ＧａＡｓ層からなり、
前記第２半導体層は、ＧａＡｓ層からなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バラスト抵抗層は、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＡｓ層、または、ＧａＩｎＡｓＰ層のいずれかからなることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
化合物半導体からなるバイポーラトランジスタを含む半導体装置であって、
前記バイポーラトランジスタは、
基板と、
前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、
前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、
前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、
前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、
前記エミッタメサ層は、
ＧａＡｓ層からなる第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成され、前記第1半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを含み、
前記基板の主面に平行な平面において前記エミッタメサ層は、前記基板の［０１−１］方向の長さが、前記基板の［０１１］方向の長さより長いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
化合物半導体からなるバイポーラトランジスタを含む半導体装置であって、
前記バイポーラトランジスタは、
基板と、
前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、
前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、
前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、
前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、
前記エミッタメサ層は、
ＧａＡｓ層からなる第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成され、前記第1半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを含み、
前記エミッタメサ層の断面は、その側面部が、順テーパ状に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記バラスト抵抗層は、ＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＩｎＡｓ層、または、ＧａＩｎＡｓＰ層のいずれかからなることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項８】
化合物半導体からなるバイポーラトランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、
前記バイポーラトランジスタは、
基板と、
前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、
前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、
前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、
前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、
前記エミッタ電極をマスクとしたウエットエッチングにより、前記エミッタメサ層の側面部を順テーパ状、または、くびれ状に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記エミッタメサ層は、
ＧａＡｓ層からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上のＧａＡｓ層からなる第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成され、前記第２半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、
前記第２半導体層のキャリア濃度を、前記第１半導体層のキャリア濃度以上にすることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記エミッタメサ層は、
ＧａＡｓ層からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成され、前記第１半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、
前記バラスト抵抗層は、ＡｌＧａＡｓ層からなり、
リン酸：過酸化水素：水の混合液、または、リン酸：過酸化水素：エチレングリコールの混合液でウエットエッチングを行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記エミッタメサ層は、
ＧａＡｓ層からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成され、前記第１半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、
前記バラスト抵抗層は、ＧａＩｎＡｓＰ層からなり、
塩酸：硝酸：水の混合液でウエットエッチングを行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記エミッタメサ層は、
ＧａＡｓ層からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成され、前記第１半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、
前記バラスト抵抗層は、ＡｌＩｎＡｓ層からなり、
硫酸：過酸化水素：水の混合液でウエットエッチングを行うことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記基板の主面に平行な平面において前記基板の［０１−１］方向の前記エミッタメサ層の長さを、前記基板の［０１１］方向の長さより長くすることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
電力増幅器を含む電子装置であって、
前記電力増幅器は、化合物半導体からなる１または複数のバイポーラトランジスタから構成され、
前記バイポーラトランジスタは、
基板と、
前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、
前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、
前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、
前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、
前記エミッタメサ層は、
第１半導体層と、
前記第１半導体層上の第２半導体層と、
前記第２半導体層上に形成され、前記第２半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、
前記第２半導体層のキャリア濃度は、前記第１半導体層のキャリア濃度以上であることを特徴とする電子装置。
【請求項１５】
前記基板の主面に平行な平面において前記エミッタメサ層は、前記基板の［０１−１］方向の長さが、前記基板の［０１１］方向の長さより長いことを特徴とする請求項１４記載の電子装置。
【請求項１６】
前記電子装置は、無線通信機器に搭載され、
前記電力増幅器の動作周波数は、５００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１４記載の電子装置。
【請求項１７】
前記電力増幅器は、複数の前記バイポーラトランジスタが多段接続されて構成され、
各バイポーラトランジスタ間には、整合回路用の受動部品が接続されていることを特徴とする請求項１４記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴ（Hetero-junction Bipolar Transistor）と称する）に適用して有効な技術に関するものであり、さらにはそれを用いた電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信機器の需要の急成長に伴い、通信機器に用いられる電力増幅器の研究開
発が盛んに行われている。移動体通信機用電力増幅器に用いられる半導体トランジスタと
してはＨＢＴ、電界効果トランジスタ、シリコン（Ｓｉ）−ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などがある。この中でＨＢＴは、入出力特性の線形性にすぐれていること、正電源のみで動作し、負電源発生回路・部品が不要であること、出力電力密度が高く、チップ面積が小さくて済むため省スペースかつ低コストであることなどの特徴を有する。このため、移動体通信機用の電力増幅器向けトランジスタとして中心的に用いられている。
【０００３】
しかし、ＨＢＴにおいては熱暴走と呼ばれる熱起因の不安定動作現象が存在するため、その動作安定化のためにいわゆるバラスト抵抗と呼ばれる安定化抵抗が用いられる。その実現のための手段としてＩｎＧａＰエミッタ層上にＡｌＧａＡｓバラスト抵抗層を用いた技術が、再公表特許ＷＯ９８／５３５０２号、第１表に示されている（特許文献１）。
【特許文献１】ＷＯ９８／５３５０２号公報（第１表）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、無線通信機器に適用されるＲＦ（Radio Frequency）電力増幅器モジュール（電子装置）を開発している。この開発過程において本発明者らは、ＲＦ電力増幅器モジュール用のＨＢＴに関して２つの課題を見出した。
【０００５】
まず１つめの課題は、これまでの技術には、例えば前記ＷＯ９８／５３５０２号公報にて示されたような技術には、ＨＢＴに通電に対する信頼性に難点があることを見出した。すなわち、前記ＡｌＧａＡｓバラスト抵抗層を有する構造のＨＢＴでは通電中の特性劣化が著しいことを見出した。
【０００６】
そこで、本発明者らは、バラスト抵抗層を含む構造のＨＢＴが通電により特性劣化する原因について検討するために図２３、図２４に示すようなそれぞれ異なる断面構造を有するＨＢＴを作製して、それらＨＢＴの信頼性比較を行った。
【０００７】
図２３は、本発明者らが検討したバラスト抵抗層を含む構造のＨＢＴの概略断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ層からなる基板１０１の上にｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層１０２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層１０３、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層１０４、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層１０５、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層１０７、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０８、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０９を順次積層した層構造から構成されている。図２３の中で１１１、１１２、１１３はそれぞれ、コレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。
【０００８】
図２４は、図２３で示した構造のＨＢＴとの比較のために本発明者らが検討したバラスト抵抗層を含まない構造のＨＢＴの概略断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ層からなる基板１０１の上にｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層１０２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層１０３、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層１０４、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層１０５、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層１０６、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０８、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０９を順次積層した層構造から構成されている。図２４の中で１１１、１１２、１１３はそれぞれ、コレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。
【０００９】
図２３、図２４で示したようなＨＢＴに対してコレクタ電流密度４０ｋＡ／ｃｍ２、接合温度２１０℃の同一条件にて通電試験を３００時間実施したところ、図２３で示したエミッタ層１０５上にバラスト抵抗層１０７を含む構造のＨＢＴでは試験を施した２０個のＨＢＴ全てが劣化した。これに対して、図２４で示したバラスト抵抗層を含まない構造のＨＢＴにおいては、２０個のＨＢＴに対して通電試験を行ったが劣化したＨＢＴは存在しなかった。
【００１０】
上記信頼性比較の結果から、ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層の直上にＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層を有するＨＢＴの素子寿命が短い理由は以下の様に考えられる。一般に空乏層内であれば中性領域に比べ再結合中心での正孔と電子の再結合が発生し易いことから、ベースから注入された正孔は概ね、エミッタの空乏層内で再結合すると考えられる。またＡｌＧａＡｓには、ＤＸセンターなどの深い不純物準位が多く存在し、それが非発光再結合中心として作用することが考えられる。これらから、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層からｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層側に逆注入された正孔が拡散によりＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層にまで到達すると、拡散して来た正孔がＤＸセンターなどの不純物準位を介して電子と再結合し、この時放出されたエネルギーで格子欠陥が増殖して素子劣化に至ると考えられる。すなわち、加速的に再結合電流が増えるため、ベース電流が増えることによるｈＦＥが低下（劣化）すると考えられる。
【００１１】
したがって、ＨＢＴの通電に対する信頼性を向上するには、ＤＸセンターなどの再結合中心が多いＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層を空乏化させないことが有効であると考える。
【００１２】
次に２つめの課題は、本発明者らが検討した図２５に示すような構造のＨＢＴにおいてベース−エミッタ接合（以下、Ｂ−Ｅ接合と称する）が破壊することを見出した。
【００１３】
図２５は、本発明者らが検討した、バラスト抵抗層と、そのバラスト抵抗層下の半導体層とを含む構造のＨＢＴの要部を示す概略断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ層からなる基板１０１の上にｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層１０２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層１０３、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層１０４、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層１０５、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層１０７、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０８、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０９を順次積層した層構造から成っている。図２５の中で１１１、１１２、１１３はそれぞれ、コレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極である。
【００１４】
図２５で示したようなＨＢＴに例えば静電気により発生する過剰な電圧を印加したところ、Ｂ−Ｅ接合で破壊（以下、静電破壊と称する）が起こることがあった。このような静電破壊に至るには、例えばエミッタ電極側から過剰な電子がベース側に流れ込みＢ−Ｅ接合が破壊することが考えられる。
【００１５】
したがって、Ｂ−Ｅ接合の静電破壊を防止するためには、エミッタ電極側からの過剰分の電子をベース側に流れ込ませないようにすることが有効であると考える。
【００１６】
また、図２４に示したようなバラスト抵抗層を含まない構造のＨＢＴに対し、図２５に示すようなバラスト抵抗層と、その下の半導体層とを含む構造のＨＢＴが、静電破壊し易いことを見出した。
【００１７】
そこで、本発明者らは、図２４および図２５に示すような構造を有するＨＢＴに対して要部観察を行った。図２６、図２７は、それぞれ図２４、図２５に示したＨＢＴの要部の概略断面図である。ここで、図２６および図２７に示す符号１０６Ｍは、エミッタ層１０５とエミッタ電極１１３との間に形成された半導体層からなるエミッタメサ層である。すなわち、本願においては、エミッタメサ層とは、エミッタ層上に形成されたエミッタ電極までの半導体層であって、概ねエミッタ電極と同じ形状に加工された層とする。なお、エミッタ層とエミッタメサ層を含めてエミッタ層と称する場合もあるが、本願においては、エミッタ層は、ベース層と物理的に接してｐｎ接合を形成し、かつ例えばｎｐｎバイポーラトランジスタであれば電子をベースに向かって注入する機能を持つ半導体層とし、エミッタメサ層と区別する。したがって、図２６ではエミッタメサ層１０６Ｍは、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層１０６、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０８およびｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０９から構成され、図２７ではエミッタメサ層１０６Ｍは、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層１０７、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０８およびｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層１０９から構成される。
【００１８】
図２６および図２７を比較して解るように、図２７で示したＨＢＴのエミッタメサ層１０６Ｍの断面形状は、図２６で示したＨＢＴのそれが順テーパ状であるのに対し、くびれている。このくびれ部で電界集中が起こり、図２４に示したようなバラスト抵抗層を含まない構造のＨＢＴに対し、図２５に示すようなバラスト抵抗層１０７と、その下の半導体層１０６とを含む構造のＨＢＴが、静電破壊し易いと考えられる。
【００１９】
例えばＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層１０７と、その下のＧａＡｓ層からなる半導体層１０６とを含むＨＢＴのエミッタメサ層１０６Ｍの断面形状がくびれとなる理由としては、次のように考えられる。すなわち、エミッタメサ層１０６Ｍはエミッタ電極１１３をマスクにウエットエッチングにより形成されるのであるが、そのエッチング液として例えばリン酸：過酸化水素：水＝１：２：４０の混合液を用いた場合、エミッタメサ層１０６Ｍを構成するＡｌＧａＡｓが、ＧａＡｓよりエッチレートが大きいためにくびれが起こるものと考えられる。しかしながら、例えばＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層は、上述したように、熱起因の不安定動作を安定させるために必要不可欠である。
【００２０】
したがって、ＨＢＴの静電破壊に対する信頼性を向上するには、上述のくびれ部で電界集中を起こりにくくすることが有効であると考える。
【００２１】
本発明の目的は、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量を向上したＨＢＴを備えた半導体装置およびその製造技術を提供することにある。
【００２２】
また本発明の他の目的は、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量を向上したＨＢＴを備えた電力増幅器を有する電子装置を提供することにある。
【００２３】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２５】
本発明による半導体装置は、化合物半導体からなるバイポーラトランジスタを含む半導体装置であって、前記バイポーラトランジスタが、基板と、前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層上に形成されたベース層と、前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、前記エミッタメサ層が、第１半導体層と、前記第１半導体層上の第２半導体層と、前記第２半導体層上に形成され、前記第２半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、前記第２半導体層のキャリア濃度は、前記第１半導体層のキャリア濃度以上である。
【００２６】
また、本発明による半導体装置の製造方法は、化合物半導体からなるバイポーラトランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、前記バイポーラトランジスタが、基板と、前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層上に形成されたベース層と、前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、前記エミッタ電極をマスクとしたウエットエッチングにより、前記エミッタメサ層の側面部を順テーパ状、または、くびれ状に形成する。
【００２７】
さらに、本発明による電子装置は、電力増幅器を含む電子装置であって、前記電力増幅器は、化合物半導体からなる１または複数のバイポーラトランジスタから構成され、前記バイポーラトランジスタが、基板と、前記基板の主面上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層上に形成されたベース層と、前記ベース層上に形成されたＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層と、前記コレクタ層と電気的に接続されたコレクタ電極と、前記ベース層と電気的に接続されたベース電極と、前記エミッタ層上に形成され、前記エミッタ層と電気的に接続されたエミッタメサ層と、前記エミッタメサ層と電気的に接続されたエミッタ電極とを有し、前記エミッタメサ層が、第１半導体層と、前記第１半導体層上の第２半導体層と、前記第２半導体層上に形成され、前記第２半導体層よりも比抵抗の大きい半導体層からなるバラスト抵抗層とを有し、前記第２半導体層のキャリア濃度は、前記第１半導体層のキャリア濃度以上である。
【発明の効果】
【００２８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２９】
熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量が向上するＨＢＴを備えた半導体装置を提供することができる。
【００３０】
また、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量が向上するＨＢＴを備えた半導体装置を有する電子装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態で示す半導体装置の一例として、複数のＨＢＴから構成される大電力用マルチフィンガーＨＢＴを備えた半導体装置を図１〜図３により説明する。図１は半導体装置の概略平面図であり、エミッタ配線１６を透視した状態が示されている。図２は図１のＡ−Ａ’線における半導体装置の概略断面図である。図３は図１における半導体装置の要部の概略断面図である。本実施の形態では、複数のＨＢＴから構成される半導体装置を示すが、１つのＨＢＴを備えた半導体装置であっても良い。なお、１つのＨＢＴ（以下、基本ＨＢＴと称する）のエミッタ面積は１０８μｍ２ある。
【００３３】
例えば半絶縁性ＧａＡｓの化合物半導体からなる基板１に、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３、膜厚０．６μｍ）２が形成される。このサブコレクタ層２の上部に、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層（Ｓｉ濃度１×１０１６ｃｍ−３、膜厚１．０μｍ）３、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層（Ｃ濃度４×１０１９ｃｍ−３、膜厚１５０ｎｍ）４、例えばｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層（ＩｎＰモル比０．５、Ｓｉ濃度３×１０１７ｃｍ−３、膜厚３０ｎｍ）５の各層が形成される。このエミッタ層５を介して、ベース電極１２が配置される。
【００３４】
他方、エミッタ層５上には、エミッタ層５と電気的に接続されたエミッタメサ層６Ｍが形成される。このエミッタメサ層６Ｍは、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１７ｃｍ−３、膜厚９０ｎｍ）６、例えばｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１８ｃｍ−３、膜厚３０ｎｍ）６Ｂ、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層（ＡｌＡｓモル比０．３３、Ｓｉ濃度１×１０１７ｃｍ−３、膜厚１２０ｎｍ）７、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ）８、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層（ＩｎＡｓモル比０．５、Ｓｉ濃度１×１０１９ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ）９から構成される。
【００３５】
ここで、バラスト抵抗層７は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７／（ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂ／）ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６／ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５の構造において、（ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂ／）ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６より比抵抗の高い半導体層である。
【００３６】
そして、エミッタメサ層６Ｍ上には、エミッタメサ層６Ｍと電気的に接続されたエミッタ電極１３が設けられる。また、サブコレクタ層２上で、前記コレクタ層３の両側部に対向して、コレクタ電極１１が形成される。図１に示すように、平面的構成は、コレクタ電極１１がエミッタ電極１３を囲う形態、すなわちコレクタ領域がエミッタ領域を囲う形態となっている。
【００３７】
ここで、エミッタメサ層６Ｍは、エミッタ層５上に形成されたエミッタ電極１３までの半導体層であって、概ねエミッタ電極１３と同じ形状に加工された半導体層である。
【００３８】
前記コレクタ電極１１、ベース電極１２、エミッタ電極１３の具体例を示すならば、各々ＡｕＧｅ（膜厚６０ｎｍ）／Ｎｉ（膜厚１０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）を積層して成るコレクタ電極１１、Ｔｉ（膜厚５０ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）を積層して成るベース電極１２、ＷＳｉ（Ｓｉモル比０．３、膜厚０．３μｍ）エミッタ電極１３である。また、図１における符号１０は電極と配線とを電気的に接続するコンタクトであり、符号１４、１５、１６はそれぞれコレクタ配線、ベース配線、エミッタ配線であり、符号１７、１８、１９はＨＢＴ外部との電気的接続のための金属パッドである。また、図２における符号２０、２１、２２は、例えば酸化シリコンなどからなる層間絶縁膜である。
【００３９】
ところで、例えばＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７は抵抗体として動作することが必要であり、量子力学的なトンネル効果を発現しないためにその厚さは１０ｎｍ以上であることが必要である。ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７の厚さは、量子力学的なトンネル効果を発現せず且つその抵抗体としての特性の要請に応じて定められる。その値は２００ｎｍ程度をも用い得る。また、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６およびｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂは、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５とｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７との間の、いわゆる半導体層としての役割を担っている。また、本実施例ではｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層のＡｌＡｓモル比が０．３３の場合を示したが、零以上であれば良い。
【００４０】
本実施の形態にて示した基本ＨＢＴ２０個をコレクタ電流密度４０ｋＡ／ｃｍ２、接合温度２１０℃の条件にて通電試験を実施したところ、良好な信頼性が確認できた。この理由について以下に考察する。
【００４１】
ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６およびｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂをｎ型ＧａＡｓと近似すると、エミッタ層５、半導体層６および高濃度半導体層６Ｂのキャリア濃度が、例えば３×１０１７ｃｍ−３では、Ｂ−Ｅ接合のエミッタ側に、その接合面から約８０ｎｍの空乏層が伸びると考えることができる（図３における符号Ａ１は、Ｂ−Ｅ接合の空乏化領域である）。一方、エミッタ層５上に形成されているエミッタメサ層６Ｍの表面（側面）では、表面ポテンシャルにより空乏化し（図３における符号Ａ２は、表面の空乏化領域である）、この表面の空乏化領域Ａ２の表面トラップ準位で再結合が発生し、再結合電流が流れる。したがって、バラスト抵抗層７の表面領域を、Ｂ−Ｅ接合面から離す必要がある。
【００４２】
この結果、エミッタ層５、半導体層６および高濃度半導体層６Ｂのキャリア濃度が、概ね３×１０１７ｃｍ−３では、空乏層の伸び８０ｎｍの２〜３倍程度以上、Ｂ−Ｅ接合面からバラスト抵抗層７を引き離すのが好ましい。すなわち、Ｂ−Ｅ接合面からバラスト抵抗層７に至る半導体層６または高濃度半導体層６Ｂの面濃度（シートキャリア濃度）Ｎｓを、３×１０１７ｃｍ−３×８０ｎｍ×３倍＝約７×１０１２ｃｍ−２以上にするのが概ねの目安となる。高濃度半導体層６Ｂの厚さ、キャリア濃度をＴＨ、ＮＨ、半導体層６の厚さ、キャリア濃度をＴＬ、ＮＬおよびエミッタ層５の厚さ、キャリア濃度をＴＩ、ＮＩとすると、
Ｎｓ＝ＴＨ×ＮＨ＋ＴＬ×ＮＬ＋ＴＩ×ＮＩ＞７×１０１２ｃｍ−２  （１）
の関係が目安となる。
【００４３】
一方、半導体層６の厚さＴＬと、高濃度半導体層６Ｂの厚さＴＨは、エミッタメサ層６Ｍの厚さを薄くする必要があるため、それぞれの厚さも薄くするのが好ましい。なぜならエミッタメサ層６Ｍが厚い場合は、エミッタ上の配線の形成が困難になり易くなるからである。図４は本発明者らが検討したＨＢＴを備えた半導体装置の概略断面図であり、エミッタメサ層６Ｍが厚い状態を示している。
【００４４】
図４に示すように、リフトオフ法で配線を加工する場合、エミッタの配線１６がエミッタメサ層６Ｍの段差部で断線するもしくは薄くなり問題となる。またＡｕ配線をスパッタエッチにより加工する場合、エミッタ層５の段差部で配線の加工をするとエッチ残りし、ショートし易くなる問題も起こる。ところでコレクタ層３は、例えばテーパをつけて加工する方法が適用できるので、上部の配線が断切れする問題を回避できる。しかしながら、この方法はエミッタメサ層６Ｍには適用できない。なぜならテーパをつけて加工するとエミッタメサ層６Ｍとエミッタ層５の接合面の長さＬｅが大きくなり、また加工の制御が困難となるからである。すなわち、この接合面の長さＬｅでＢ−Ｅ接合の大きさが決まるため、ＨＢＴの主要な特性がばらついてしまうからである。なお、イオン打ち込みによるアイソレーションにより平坦に形成できる可能性もあるが、エミッタメサ層６Ｍ部に欠陥が入り、ＨＢＴの信頼性が低下するので適用できない。
【００４５】
したがって、半導体層６の厚さＴＬと、高濃度半導体層６Ｂの厚さＴＨは、それぞれ厚さを薄くするのが好ましく、概ね
ＴＨ＋ＴＬ＜１５０ｎｍ  （２）
の関係が成立することが好ましい。
【００４６】
また、半導体層６の厚さＴＬが薄すぎると、Ｂ−Ｅ接合の耐圧Ｂｖｃｂｏが低下するため、半導体層６の厚さＴＬは、
ＴＬ≧５０ｎｍ  （３）
が好ましい。なお、半導体層６の厚さＴＬが例えば５０ｎｍ程度のとき、耐圧Ｂｖｃｂｏは７Ｖ程度である。
【００４７】
本実施の形態では、高濃度半導体層６Ｂの厚さＴＬ＝３０ｎｍ程度、キャリア濃度ＮＨ＝３×１０１８ｃｍ−３、半導体層６の厚さＴＬ＝９０ｎｍ程度、キャリア濃度ＮＬ＝３×１０１７ｃｍ−３およびエミッタ層５の厚さＴＩ＝３０ｎｍ、キャリア濃度ＮＩ＝３×１０１７ｃｍ−３することで、面濃度Ｎｓ＝１．３×１０１１ｃｍ−２を含め、式（１）、（２）、（３）すべてを満たしている。したがって、バラスト抵抗層７下部に、高濃度の半導体層である高濃度半導体層６Ｂを挿入して、Ｂ−Ｅ接合からの空乏層の伸びを、完全にバラスト抵抗層７まで達しないようにすることで、バラスト抵抗層７での再結合電流を無くし、通電信頼度の向上を図ることができる。なお、本実施の形態では、エミッタ層５とバラスト抵抗層７との間に、半導体層６および高濃度半導体層６Ｂを挿入しているが、半導体層６は挿入せずにｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１８ｃｍ−３、膜厚１００ｎｍ）６Ｂのみの構造でも良い。
【００４８】
また、本実施の形態で示したＨＢＴでは、順方向の静電破壊耐圧が、図２５に示した高濃度半導体層を含まない構造のＨＢＴよりも１０Ｖ程度高い３０Ｖ程度に向上した。静電破壊に至るには、例えばエミッタ電極側から過剰な電子がベースに流れ込みＢ−Ｅ接合が破壊する。したがって、エミッタメサ層６Ｍに高濃度の半導体層である高濃度半導体層６Ｂを挿入することによりＢ−Ｅ接合容量が増加し、過剰な電荷の一部を高濃度の半導体層である高濃度半導体層６Ｂで吸収し、Ｂ−Ｅ接合の破壊を緩和することができると考えられる。
【００４９】
以上より、本実施の形態で示したＨＢＴは、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊についても良好なＨＢＴであることが確認できた。
【００５０】
次に、本実施の形態で示す大電力用マルチフィンガーＨＢＴを備えた半導体装置の製造技術を図５〜図１３により説明する。図５〜図１２は、本実施の形態における半導体装置の製造工程中の概略断面図である。図１３は、本発明者らが検討した半導体装置の要部を示す概略断面図である。なお、図１２は、図１のＡ−Ａ’線における半導体装置の概略断面図である。
【００５１】
図５に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板からなる基板１上に、ｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３、膜厚０．６μｍ）２、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層（Ｓｉ濃度１×１０１６ｃｍ−３、膜厚１．０μｍ）３、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層（Ｃ濃度４×１０１９ｃｍ−３、膜厚１５０ｎｍ）４、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層（ＩｎＰモル比０．５、Ｓｉ濃度３ｘ１０１７ｃｍ−３、膜厚３０ｎｍ）５を、有機金属気相エピタキシー法により成長する。
【００５２】
続いて、エミッタ層５上に、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１７ｃｍ−３、膜厚９０ｎｍ）６、ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１８ｃｍ−３、膜厚３０ｎｍ）６Ｂ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層（ＡｌＡｓモル比０．３３、Ｓｉ濃度１×１０１７ｃｍ−３、膜厚１２０ｎｍ）７、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層（Ｓｉ濃度１×１０１９ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ）８、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層（ＩｎＡｓモル比０．５、Ｓｉ濃度１×１０１９ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ）９を有機金属気相エピタキシー法により成長する。その後、高周波スパッタ法を用いてＷＳｉ（Ｓｉモル比０．３、膜厚０．３μｍ）層をウエハ全面に堆積する。
【００５３】
次に、図６に示すように、このＷＳｉ層をホトリソグラフィー及びＣＦ４を用いたドライエッチングにより加工し、エミッタ電極１３を形成する。ここで、エミッタ電極１３は、図１で示したように、平面形状が矩形形状で、その長手方向がウエハの［０１−１］方向となるように形成する。
【００５４】
次に、図７に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７、ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂおよびｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６を所望の形状に加工してエミッタ領域を形成する。加工方法の例は次の通りである。エミッタ電極１３をマスクとして、エッチング液（エッチング液の組成例、リン酸：過酸化水素水：水＝１：２：４０）を用いたウエットエッチングによりｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７、ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂおよびｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６の不要領域を除去する。すなわち、エミッタメサ層６Ｍを形成する。なお、エミッタ電極１３の長手方向がウエハの［０１−１］方向となるように形成されているので、エミッタメサ層６Ｍの長手方向もウエハの［０１−１］方向となるように形成されることとなる。
【００５５】
次に、図８に示すように、通例のリフトオフ法を用いて、エミッタ層５を貫通してベース層４上に、Ｔｉ（膜厚５０ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）ベース電極１２を形成する。
【００５６】
次に、図９に示すように、ホトリソグラフィー及びウエットエッチングにより、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４、及びｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層３の各所望領域を除去して、ｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層２を露出させてベース領域を形成する。エッチング液は以下の通りである。ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５をエッチングする場合のエッチング液としては塩酸を用い、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４及びｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層３をエッチングする場合のエッチング液の組成例は、リン酸：過酸化水素：水＝１：２：４０である。
【００５７】
次に、図１０に示すように、通例のリフトオフ法によりコレクタ電極１１を形成し、３５０℃にて３０分間アロイを施す。コレクタ電極１１の構成は、ＡｕＧｅ（膜厚６０ｎｍ）／Ｎｉ（膜厚１０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚２００ｎｍ）の積層体である。
【００５８】
次に、図１１に示すように、ＣＶＤ法により形成した例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜２０のエミッタ電極１３およびコレクタ電極１１上を開孔し、金属膜を形成する。このエミッタ電極１３上の金属膜は、コンタクト１０を形成し、コレクタ電極１１上の金属膜は、コレクタ配線１４を形成する。
【００５９】
次に、図１２に示すように、ＣＶＤ法により形成した例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜２１のコンタクト１０上を開孔し、金属膜を形成する。このコンタクト１０上の金属は、エミッタ配線１６を形成する。その後、ＣＶＤ法により層間絶縁膜２２を形成して、大電力用マルチフィンガーＨＢＴを備えた半導体装置が完成する。
【００６０】
本実施の形態では、エミッタ層５とバラスト抵抗層７との間に、高濃度半導体層６Ｂを挿入することで、Ｂ−Ｅ接合から伸びた空乏層によりバラスト抵抗層を空乏化させないこと、およびエミッタ電極側からの過剰分の電子をベース側に流れ込ませないこととしている。したがって、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊についても良好なＨＢＴが得られることとなる。
【００６１】
ところで、本実施の形態では、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向となるようにＨＢＴが形成されているが、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向以外の方向となるように形成したＨＢＴについて検討する。図１３は本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向となるようにＨＢＴでは、図３にも示したように、エミッタメサ層６Ｍの側面部が比較的なだらかなくびれ形状となっている。一方、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向以外の、例えば［０１１］方向となるように、ＨＢＴが形成された場合、図１３に示すように、エミッタメサ層６Ｍの側面部が図３のそれよよりも比較的急峻なくびれ状となっている。このような急峻な形状のエミッタメサ層６Ｍでは、応力および電界が集中すると考えられる。
【００６２】
したがって、ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層では、応力集中による格子欠陥が生じる。仮に、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４からｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５側に逆注入された正孔が拡散によりＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層にまで到達すると、拡散して来た正孔がＤＸセンターを介して電子と再結合し、この時放出されたエネルギーで格子欠陥が増殖して素子劣化に至ると考えられる。また、ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層では、電界集中によりＨＢＴが静電破壊し易くなると考えられる。
【００６３】
しかしながら、上述したようにエミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向となるようにエミッタメサ層６Ｍを形成することで、エミッタメサ層６Ｍの側面部を比較的なだらかなくびれ形状にし、エミッタメサ層６Ｍの側面部での応力集中および電界集中を緩和することができ、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量が向上したＨＢＴを得ることができる。
【００６４】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、バラスト抵抗層にＡｌＧａＡｓを用いたが、本実施の形態では、バラスト抵抗層にＡｌＧａＩｎＰ、または、ＧａＩｎＡｓＰを用いたＨＢＴを備えた半導体装置の一例として説明する。なお、前記実施の形態１と重複する内容についての説明は省略する。
【００６５】
本実施の形態で示す半導体装置は、前記実施の形態１で図２を用いて説明したように、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４上には、例えばｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５と、エミッタ層５と電気的に接続されたエミッタメサ層６Ｍと、エミッタメサ層６Ｍと電気的に接続されたエミッタ電極１３とが形成されている。
【００６６】
このエミッタメサ層６Ｍは、前記実施の形態１で図３を用いて説明したように、エミッタ層５上に、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６、例えばｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂ、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰ、または、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層からなるバラスト抵抗層７、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９の順で形成されている。
【００６７】
このエミッタメサ層６Ｍの加工方法は、前記実施の形態１で図７を用いて説明したように、エミッタ電極１３をマスクとして、エッチング液を用いたウエットエッチングによりｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ、または、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層からなるバラスト抵抗層７、ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層６Ｂおよびｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６の不要領域を除去する。ここで、バラスト抵抗層７がｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなる場合、エッチング液は硫酸：過酸化水素：水の混合液を用い、またバラスト抵抗層７がｎ型ＧａＩｎＡｓＰ層からなる場合、エッチング液は塩酸：硝酸：水の混合液を用いる。なお、前記実施の形態１で図３を用いて説明したように、本実施の形態で示すエミッタメサ層６Ｍも、その断面形状がなだらかなくびれ形状となる。
【００６８】
前記実施の形態１のＨＢＴは、バラスト抵抗層７にＡｌＧａＡｓを用いたが、本実施の形態に示すように、バラスト抵抗層７にＡｌＧａＩｎＰ、または、ＧａＩｎＡｓＰを用いたＨＢＴでも、同等の特性を得ることができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、高濃度半導体層６Ｂがバラスト抵抗層７と半導体層６との間に挿入した場合を示すが、高濃度半導体層６Ｂが挿入されなくとも良い。しかしながら、前記実施の形態１で示したように、バラスト抵抗層７下部に、高濃度の半導体層である高濃度半導体層６Ｂを挿入することにより、Ｂ−Ｅ接合からの空乏層の伸びを、完全にバラスト抵抗層７まで達しないようにすることで、バラスト抵抗層７での再結合電流を無くし、通電信頼度の向上を図ることができる。また、エミッタメサ層６Ｍに高濃度の半導体層である高濃度半導体層６Ｂを挿入することにより、Ｂ−Ｅ接合容量が増加し、過剰な電荷の一部を高濃度の半導体層である高濃度半導体層６Ｂで吸収し、Ｂ−Ｅ接合の破壊を緩和することができる。
【００７０】
（実施の形態３）
前記実施の形態１では、エミッタメサ層６Ｍがバラスト抵抗層７とその下の高濃度半導体層６Ｂとを含む場合を示したが、本実施の形態では、バラスト抵抗層７および高濃度半導体層６Ｂを含まない場合、および高濃度半導体層６Ｂのみ含まない場合のエミッタメサ層６Ｍを有するＨＢＴを備えた半導体装置の一例として図１４〜図１８により説明する。なお、前記実施の形態１と重複する内容についての説明は省略する。
【００７１】
図１４は、本実施の形態の一例における半導体装置の要部の概略断面図である。図１５は、本実施の形態の一例における半導体装置の製造工程中の概略平面図である。図１６は、本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。図１７は、本実施の形態の他の一例における半導体装置の要部の概略断面図である。図１８は、本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。
【００７２】
本実施の形態で示す半導体装置は、前記実施の形態１で図２を用いて説明したように、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４上には、例えばｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５と、エミッタ層５と電気的に接続されたエミッタメサ層６Ｍと、エミッタメサ層６Ｍと電気的に接続されたエミッタ電極１３とが形成されている。
【００７３】
まず、バラスト抵抗層７および高濃度半導体層６Ｂを含まない場合について説明する。このエミッタメサ層６Ｍは、図１４に示すように、エミッタ層５上に、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１７ｃｍ−３、膜厚９０ｎｍ）６、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９の順で形成されている。なお、図１４に示すように、本実施の形態で示すエミッタメサ層６Ｍは、その断面形状が順テーパ状となる。
【００７４】
このように順テーパ状のエミッタメサ層６Ｍを形成するには、まず、図１５に示すように、矩形形状のエミッタ電極１３の長手方向がウエハ１Ｗの［０１−１］方向となるように形成する。次いで、前記実施の形態１で図７を用いて説明したように、エミッタ電極１３をマスクとして、エッチング液（リン酸：過酸化水素：水＝１：２：４０の混合液）を用いたウエットエッチングによりｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６の不要領域を除去する。すなわち、エミッタ電極１３の長手方向がウエハの［０１−１］方向となるように形成されているので、エミッタメサ層６Ｍの長手方向もウエハの［０１−１］方向となるように形成されることとなる。
【００７５】
この場合に、図１４に示したように、エミッタメサ層６Ｍの側面部が順テーパ状となる。なお、図１５に示すように、エミッタ電極１３すなわちエミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハ１Ｗの［０１−１］方向以外の、例えば［０１１］方向となるように、ＨＢＴが形成された場合、図１６に示すように、エミッタメサ層６Ｍの側面部が逆テーパ状となる。
【００７６】
次に、高濃度半導体層６Ｂのみ含まない場合について説明する。エミッタメサ層６Ｍのコンタクト層８と半導体層６との間に、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７を挿入した場合、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向となるようにエミッタメサ層６Ｍを形成すると、図１７に示すように、エミッタメサ層６Ｍの側面部がなだらかなくびれ状となっている。一方、エミッタメサ層６Ｍのコンタクト層８と半導体層６との間に、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７を挿入した場合、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハ１Ｗの［０１１］方向となるようにエミッタメサ層６Ｍを形成すると、図１８に示すように、エミッタメサ層６Ｍの側面部が図１７のそれよりも比較的急峻なくびれ状となっている。
【００７７】
このエミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハ１Ｗの［０１−１］方向となるように形成されたエミッタメサ層６Ｍを有するＨＢＴ（以下、順メサＨＢＴを称する）と、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハ１Ｗの［０１１］方向となるように形成されたエミッタメサ層６Ｍを有するＨＢＴ（以下、逆メサＨＢＴと称する）の通電信頼性試験を行った。なお、矩形形状したエミッタメサ層６Ｍの平面形状が、概ね４μｍ、２８μｍ程度とした。
【００７８】
その結果、逆メサＨＢＴでは、１００時間以下の短時間でｈＦＥの低下が生じ、実用に耐えることができないことがわかった。一方、順メサＨＢＴでは、１００時間以上の信頼性試験に耐える良好な結果が得られた。
【００７９】
このような結果は、急峻なくびれ状のエミッタメサ層６Ｍでは、応力が集中し、特に、ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７で応力集中による格子欠陥が生じていると考えられる。仮に、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４からｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５側に逆注入された正孔が拡散によりＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７にまで到達すると、拡散して来た正孔が応力集中による格子欠陥によりできた不純物準位を介して電子と再結合し、この時放出されたエネルギーでさらに格子欠陥が増殖し、この時放出されたエネルギーで格子欠陥が増殖して素子劣化に至ると考えられる。すなわち、加速的に再結合電流が増えるため、ベース電流が増えることによるｈＦＥが低下（劣化）するものと考えられる。しかしながら、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向となるようにエミッタメサ層６Ｍを形成することで、図１７に示したように、エミッタメサ層６Ｍの側面部を比較的なだらかなくびれ状にし、エミッタメサ層６Ｍの側面部での応力集中を緩和することで、バラスト抵抗層７には応力集中による格子欠陥の発生を抑制することができる。
【００８０】
また、ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７では、電界集中によりＨＢＴが静電破壊し易くなると考えられる。しかしながら、上述したようにエミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向となるようにエミッタメサ層６Ｍを形成することで、エミッタメサ層６Ｍの側面部を比較的なだらかなくびれ状にし、エミッタメサ層６Ｍの側面部での電界集中を緩和することができる。
【００８１】
以上より、本実施の形態で示したＨＢＴは、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊についても良好なＨＢＴであることが確認できた。
【００８２】
（実施の形態４）
前記実施の形態１および３では、主にＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層を形成するために、そのエッチング液にリン酸：過酸化水素：水の混合液を用いた場合を示したが、本実施の形態では、エッチング液にリン酸：過酸化水素：エチレングリコールの混合液で形成したエミッタメサ層６Ｍを有するＨＢＴを備えた半導体装置の一例として図１９により説明する。なお、前記実施の形態１と重複する内容についての説明は省略する。
【００８３】
本実施の形態で示す半導体装置は、前記実施の形態１で図２を用いて説明したように、例えばｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層４上には、例えばｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層５と、エミッタ層５と電気的に接続されたエミッタメサ層６Ｍと、エミッタメサ層６Ｍと電気的に接続されたエミッタ電極１３とが形成されている。図１９は、本実施の形態の一例における半導体装置の要部の概略断面図である。
【００８４】
このエミッタメサ層６Ｍは、図１９に示すように、エミッタ層５上に、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７、例えばｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９の順で形成されている。
【００８５】
このエミッタメサ層６Ｍの加工方法は、前記実施の形態１で図７を用いて説明したように、エミッタ電極１３をマスクとして、エッチング液を用いたウエットエッチングによりｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層９、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層８、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層７およびｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層６の不要領域を除去する。ここで、エッチング液はリン酸：過酸化水素：エチレングリコールの混合液である。この場合、図１９に示したようにエミッタメサ層６Ｍの側面部が順テーパ状となっている。
【００８６】
さらに、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向とし、かつ、エッチング液をリン酸：過酸化水素：エチレングリコールの混合液で形成したエミッタメサ層６Ｍを有するＨＢＴの通電信頼性試験を行ったところ、このＨＢＴが、前記実施の形態３で示したエッチング液をリン酸：過酸化水素：水の混合液で形成したエミッタメサ層６Ｍを有する前記実施の形態３で示すＨＢＴより、良好な信頼性結果が得られた。また、静電破壊強度も、前記実施の形態３で示したＨＢＴより、良好な結果が得られた。
【００８７】
このような結果より、エミッタメサ層６Ｍの長手方向がウエハの［０１−１］方向とし、かつ、エッチング液をリン酸：過酸化水素：エチレングリコールの混合液でエミッタメサ層６Ｍを形成することで、より応力集中および電界集中が緩和されるものと考えられる。
【００８８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態で示す電子装置の一例として、前記実施の形態１〜４で示した半導体装置を有する電子装置を図２０〜図２２により説明する。なお、本実施の形態では、半導体装置は、例えばＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）などの電力増幅器であり、電子装置は、例えば電力増幅器モジュールである。
【００８９】
図２０は、電力増幅器５１のブロック構成図である。本例は、増幅段が２段構成の電力増幅器である。図中、２４、２５はそれぞれ第１の増幅回路、第２の増幅回路であり、又、符号２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、それぞれ入力整合回路、段間整合回路、出力整合回路である。増幅される高周波信号は、高周波入力端子２７から電力増幅器に入力され、上記整合回路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、増幅回路２４、２５を介して増幅された後、高周波出力端子２８から出力される。なお、上記第１の増幅回路２４、第２の増幅回路２５は、それぞれエミッタ面積１０８μｍ２の基本ＨＢＴを１０並列、６０並列接続してなるマルチフィンガーＨＢＴから構成されている。すなわち単位ＨＢＴ各々のベース、エミッタ、及びコレクタが互いに接続され、並列接続とされている。
【００９０】
図２１、図２２は、それぞれ電力増幅器モジュール６３の実装形態を示す概略断面図及び概略平面図である。電力増幅器モジュール６３は、その使用周波数が約５００ＭＨｚ以上であり、例えば使用周波数が約８００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚのＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）方式、使用周波数が約１．８ＧＨｚ〜１．９ＧＨｚのＤＣＳ（Digital Cellular System）方式、またはそれら２方式の両方に対応する送信用電力増幅器モジュールである。実装基板６０に電力増幅器５１、及び受動素子５２が搭載される。符号５４は導体層を示し、電力増幅器５１との電気信号接続を構成する。この例では複数の実装基板６０、６１、及び６２が積層されて用いられている。
【００９１】
ここで、上記基本ＨＢＴは、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板からなる基板上に、ｎ型ＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層（Ｓｉ濃度５×１０１８ｃｍ−３、膜厚０．６μｍ）、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコレクタ層（Ｓｉ濃度１×１０１６ｃｍ−３、膜厚１．０μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ層からなるベース層（Ｃ濃度４×１０１９ｃｍ−３、膜厚１５０ｎｍ）、ｎ型ＩｎＧａＰ層からなるエミッタ層（ＩｎＰモル比０．５、Ｓｉ濃度３×１０１７ｃｍ−３、膜厚３０ｎｍ）、ｎ型ＧａＡｓ層からなる半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１７ｃｍ−３、膜厚９０ｎｍ）、ｎ＋型ＧａＡｓ層からなる高濃度半導体層（Ｓｉ濃度３×１０１８ｃｍ−３、膜厚３０ｎｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるバラスト抵抗層（ＡｌＡｓモル比０．３３、Ｓｉ濃度１×１０１７ｃｍ−３、膜厚１２０ｎｍ）、ｎ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層（Ｓｉ濃度１×１０１９ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ）、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層（ＩｎＡｓモル比０．５、Ｓｉ濃度１×１０１９ｃｍ−３、膜厚５０ｎｍ）を具備したＨＢＴである。すなわち、上記ＨＢＴは、熱的安定性と信頼性を両立し、さらに静電破壊耐量が向上したＨＢＴである。したがって、このＨＢＴを備えた電力増幅器は、大電流・高周波動作、さらに信頼性向上が要求される電力増幅器モジュール６３に適しているといえる。
【００９２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９３】
例えば、前記実施の形態では、基板としてＧａＡｓ基板からなる化合物半導体を適用した場合について説明したが、ＩｎＰ（インジウムリン）基板からなる化合物半導体を提供しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における半導体装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置の要部の概略断面図である。
【図４】本発明者らが検討した半導体装置の概略断面図である。
【図５】実施の形態１における半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図６】図５に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図７】図６に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図１０】図９に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図１２】図１１に続く半導体装置の製造工程中の概略断面図である。
【図１３】本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における半導体装置の要部の概略断面図である。
【図１５】実施の形態３における半導体装置の製造工程中の概略平面図である。
【図１６】本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３における半導体装置の要部の概略断面図である。
【図１８】本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における半導体装置の要部の概略断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態５における電力増幅器のブロック図である。
【図２１】図２０の電力増幅器を備えた電子装置の概略断面図である。
【図２２】図２１の電力増幅器を備えた電子装置の概略断面図である。
【図２３】本発明者らが検討した半導体装置の概略断面図である。
【図２４】本発明者らが検討した半導体装置の概略断面図である。
【図２５】本発明者らが検討した半導体装置の概略断面図である。
【図２６】本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。
【図２７】本発明者らが検討した半導体装置の要部の概略断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  基板
１Ｗ  ウエハ
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  半導体層
６Ｂ  高濃度半導体層
６Ｍ  エミッタメサ層
７  バラスト抵抗層
８  コンタクト層
９  コンタクト層
１０  コンタクト
１１  コレクタ電極
１２  ベース電極
１３  エミッタ電極
１４  コレクタ配線
１５  ベース配線
１６  エミッタ配線
１７  パッド
１８  パッド
１９  パッド
２０  層間絶縁膜
２１  層間絶縁膜
２２  層間絶縁膜
２４  増幅回路
２５  増幅回路
２６ａ  入力整合回路
２６ｂ  段間整合回路
２６ｃ  出力整合回路
２７  高周波入力端子
２８  高周波出力端子
５１  電力増幅器
５２  受動素子
５４  導体層
６０  実装基板
６１  実装基板
６２  実装基板
６３  電力増幅器モジュール
１０１  基板
１０２  サブコレクタ層
１０３  コレクタ層
１０４  ベース層
１０５  エミッタ層
１０６  半導体層
１０６Ｍ  エミッタメサ層
１０７  バラスト抵抗層
１０８  コンタクト層
１０９  コンタクト層
１１１  コレクタ電極
１１２  ベース電極
１１３  エミッタ電極
Ａ１  Ｂ−Ｅ接合の空乏化領域
Ａ２  表面の空乏化領域
Ｌｅ  長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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