(57)【要約】【課題】２次元正孔ガス層をｐ型ベースとし且つ窒化物系半導体からなり高速に動作するバイポーラトランジスタを実現できるようにする。【解決手段】バイポーラトランジスタは、窒化物半導体からなる第１の半導体層１４を含むエミッタ層と、第１の半導体層１４と比べてバンドギャップが小さい窒化物半導体からなり且つ第１の半導体層１４と接して形成された第２の半導体層１５を含むベース層と、第２の半導体層１５における第１の半導体層１４とは反対側の面と接して形成された窒化物半導体からなる第３の半導体層１６を含むコレクタ層とを備えている。第２の半導体層１５における第１の半導体層１５と第２の半導体層１４との界面領域には、２次元正孔ガス層が発生し、ベース層の一部と接するように選択的に形成されたベース電極１９は、２次元正孔ガス層とオーミック接続している。【選択図】図１
2008016615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体層を含むエミッタ層と、
前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが小さく且つ前記第１の窒化物半導体層と接して形成された第２の窒化物半導体層を含むベース層と、
前記第２の窒化物半導体層における前記第１の窒化物半導体層とは反対側の面と接して形成された第３の窒化物半導体層を含むコレクタ層と、
前記第２の窒化物半導体層における前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面領域に発生する２次元正孔ガス層と、
前記ベース層の一部と接するように選択的に形成され、前記２次元正孔ガス層とオーミック接続したベース電極とを備えていることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体層はIII族元素としてガリウムを含み、
前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層のガリウム面と接していることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記ベース層は、前記第２の窒化物半導体層と前記ベース電極との間に形成され、前記第２の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第４の窒化物半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第４の窒化物半導体層は、ｐ型の不純物がドープされた半導体材料からなることを特徴とする請求項３に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記エミッタ層は、前記第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層と反対側の面に形成され、前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが小さい第５の窒化物半導体層と、該第５の窒化物半導体層における前記第１の窒化物半導体層と反対側の面に形成され、前記第５の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第６の窒化物半導体層とが積層された共鳴トンネルダイオード構造を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記第２の窒化物半導体層は、不純物がドープされていない半導体材料からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記第２の窒化物半導体層と、前記第３の窒化物半導体層とは同一の半導体材料からなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項８】
基板をさらに備え、
前記エミッタ層、ベース層及びコレクタ層は、前記基板の上に前記エミッタ層から順次形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記基板は、サファイア又は炭化硅素からなることを特徴とする請求項８に記載のバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイポーラトランジスタに関し、特に高速動作が可能なバイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子が半導体基板に対して垂直方向に走行する縦型デバイスの一種に、化合物半導体のヘテロ接合を利用したヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）がある。ＨＢＴはベース層とエミッタとの間にバンドオフセットがあるため、正孔（ホール）がベース層中に閉じ込められるので、ベース層中のホール濃度を高くしても、エミッタからコレクタへの電子の注入効率が低下しない。その結果、低いベース層抵抗が得られ、高い最大発振周波数（ｆｍａｘ）を実現できる。
【０００３】
しかし、トランジスタを高速動作させる際のもう一つの指標である電流遮断周波数（ｆｔ）を高くするためには、ベース層の不純物濃度を低くし且つ厚さを薄くして、エミッタから注入された電子がベース層中において散乱されない構造とすることが望ましい。この点に鑑みて、アンドープのヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）をエミッタとして、ｎ型のヒ化ガリウム（ｎ−ＧａＡｓ）からなるコレクタとの界面に形成されるｐ型反転層を用いる反転ベース層バイポーラトランジスタ（Inversion base Transistor：ＩＢＴ）が１９８０年代半ばに提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００４】
このＩＢＴはベース層の厚さが極めて薄くなることと、従来のＨＢＴで発生していた電子とｐ型不純物との散乱がなくなるため、極めて高いｆｔが期待できる。
【０００５】
しかし、ＨＢＴは携帯電話端末用の高出力トランジスタとして実用化に成功しているのに対し、ＩＢＴは研究の域を出ずに今日に至っている。この理由のひとつは、ＧａＡｓとＡｌＡｓのヘテロ接合界面において結晶性の問題により電子トラップが発生して、良好な反転層が得られない結果、十分な電流利得が得られなかったためと推測される。
【０００６】
一方、近年ワイドバンドギャップ材料とし窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物系半導体の結晶成長技術が大きく進歩してきた。ＧａＮはバンドギャップが３．４ｅＶで、ＧａＡｓの１．４ｅＶに比べて大きく、絶縁破壊電界が１桁高いことにより高耐圧デバイスに適している。さらに、電子の飽和速度もＧａＡｓよりも高いため、高速性も大いに期待される。このＧａＮを用いて、電子を半導体基板に対して平行に電子を走行させるＦＥＴの開発が活発に行われている。具体的な構造としては、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）とＧａＮをヘテロ接合させるＨＦＥＴ（Hetero-structure field effect transistor）が一般的である。この場合、自発分極と格子歪に起因するピエゾ分極を有することにより、ヘテロ接合界面には不純物をドープしなくても、１×１０１３ｃｍ−２程度の２次元電子ガスが発生して、大きい電流を流すことが可能である。その結果、携帯電話用基地局の送信用デバイスなどに、ＧａＮ系ＨＦＥＴは実用化されつつある。
【０００７】
縦型デバイスの代表であるＨＢＴに関しても、窒化物系半導体を用い、分極によって発生するベース層中の電界を利用して電子を高速でベース層を走行させるＨＢＴが開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。しかし、ＧａＮ系デバイスにおいては、横型のＨＦＥＴに比べて縦型のＨＢＴの開発はあまり進んでいない。その大きな理由は、窒化物系半導体ではｐ型ドーパントの活性化率が低く、高濃度のｐ型層を得ることが難しいことにある。例えば、ＧａＮにｐ型不純物としてＭｇを１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３ドーピングしても得られるキャリア濃度は５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３程度にすぎない。このため、１×１０１９ｃｍ−３以上のキャリア濃度が容易に得られるＧａＡｓ系やＩｎＰ系のＨＢＴに比べて、ベース層抵抗の低減が困難である。従って、ｐ型不純物ではなく反転層を用いるＩＢＴは、窒化物半導体に好都合な縦型デバイスと考えられる。
【特許文献１】特開２００５−７９４１７号公報
【非特許文献１】K. Matsumoto、他，"GaAs Inversion-Base Bipolar Transistor (GaAs IBT)", IEEE Electron Device Letters，１９８６年，Ｖｏｌ．ＥＤＬ−７，Ｎｏ．１１，ｐ．６２７−６２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ｉ−ＧａＮからなるコレクタ層と、ｉ−ＧａＮからなるベース層と、ｉ−ＡｌＧａＮからなるエミッタ層とが基板の上に順次積層された構造のＩＢＴは、正常に動作しない。
【０００９】
基板の上に有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させると、通常Ｇａ面を上にして成長するため、ベース層はエミッタ層の窒素（Ｎ）面と接する。従って、図９のバンド図に示すようにｉ−ＡｌＧａＮからなるエミッタ層とｉ−ＧａＮからなるベース層との界面には、自発分極とピエゾ分極とにより正の固定電荷が発生し、それを補償する２次元電子ガスが発生する。この状態でエミッタ層とベース層との間に負の電圧ＶＥＢを印加しても、２次元電子ガスの濃度が低くなるだけで正孔は発生しない。つまり、バイポーラトランジスタとして動作しない。
【００１０】
また、エミッタ層とベース層との界面にｐ型不純物を導入したとしても、正の固定電荷のために高いｐ型濃度を実現することは困難である。従って、窒化物系半導体を用いた場合には、通常考えられているコレクタ層とベース層とエミッタ層とを順次積層した構造のトランジスタを形成しても、アンドープ層又はｎ型層を反転した反転層をｐ型ベースとしたＩＢＴとして動作させることができないという問題がある。
【００１１】
本発明では前記従来の問題を解決し、アンドープ層又は低濃度のｎ型層に形成される２次元正孔ガス層をｐ型ベースとし且つ窒化物系半導体からなり高速に動作するバイポーラトランジスタを実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明はバイポーラトランジスタを、２次元正孔ガス層と、その２次元正孔ガス層とオーミック接続されたベース電極とを備えた構成とする。
【００１３】
具体的に、本発明に係るバイポーラトランジスタは第１の窒化物半導体層を含むエミッタ層と、第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが小さく且つ第１の窒化物半導体層と接して形成された第２の窒化物半導体層を含むベース層と、第２の窒化物半導体層における第１の窒化物半導体層とは反対側の面と接して形成された第３の窒化物半導体層を含むコレクタ層と、第２の窒化物半導体層における第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面領域に発生する２次元正孔ガス層と、ベース層の一部と接するように選択的に形成され、２次元正孔ガス層とオーミック接続したベース電極とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のバイポーラトランジスタによれば、２次元正孔ガス層と、２次元正孔ガス層とオーミック接続されたベース電極とを備えているため、ベース層における２次元正孔ガス層が発生している領域であるベース領域に注入される電子の量を、ベースエミッタ間に印加する電圧の値に応じて制御することが可能となる。また、コレクタ層の側に発生する内部電界により、ベース領域に注入された電子は、コレクタ層に到達するので、バイポーラトランジスタとして動作させることができる。
【００１５】
本発明のバイポーラトランジスタにおいて、第１の窒化物半導体層はIII族元素としてガリウムを含み、第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層のガリウム面と接していることが好ましい。このような構成とすることにより、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面領域に２次元正孔ガス層を確実に生成させることができる。
【００１６】
本発明のバイポーラトランジスタにおいて、ベース層は、第２の窒化物半導体層とベース電極との間に形成され、第２の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第４の窒化物半導体層を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、ベース電極とベース層との間にポテンシャル障壁を形成できる。従って、エミッタから直接ベース電極に注入されるベース電流を低減することができるので、電流増幅率が高く且つ高速に動作するバイポーラトランジスタを実現できる。
【００１７】
この場合において、第４の窒化物半導体層は、ｐ型の不純物がドープされた半導体材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、ベース電極の接触抵抗を確実に小さくすることができる。
【００１８】
本発明のバイポーラトランジスタにおいて、エミッタ層は、第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層における第２の窒化物半導体層と反対側に面に形成され、第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが小さい第５の窒化物半導体層と、該第５の窒化物半導体層における第１の窒化物半導体層と反対側の面に形成され、第５の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第６の窒化物半導体層とが積層された共鳴トンネルダイオード構造を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、エミッタ層からベース領域へ共鳴トンネル効果により電子が注入される。従って、エミッタのダイナミック抵抗が小さくなるので、エミッタ充電時間が短くすることができる。その結果、遮断周波数ｆｔが高いバイポーラトランジスタを実現できる。
【００１９】
本発明のバイポーラトランジスタにおいて、基板をさらに備え、エミッタ層、ベース層及びコレクタ層は、基板の上にエミッタ層から順次形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、エミッタ層からベース領域に注入された電子が、不純物散乱されることなく、コレクタ層に到達する。従って、通常のバイポーラトランジスタよりも高速性が高いホットエレクトロントランジスタを実現できる。
【００２０】
この場合において基板は、サファイア又は炭化硅素からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るバイポーラトランジスタによれば、２次元正孔ガス層をｐ型ベースとし且つ窒化物系半導体からなり高速に動作するバイポーラトランジスタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。
【００２３】
図１に示すように本実施形態のトランジスタは、面方位の（０００１）面を主面とするサファイア基板１１の上に形成された、反転ベース層バイポーラトランジスタ（ＩＢＴ）である。
【００２４】
サファイア基板１１の主面上には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２が形成され、バッファ層１２の上には、高濃度ドープ層１３と、エミッタ層である第１の半導体層１４と、ベース層である第２の半導体層１５と、コレクタ層である第３の半導体層１６と、高濃度ドープ層１７とが順次エピタキシャル成長により形成されている。
【００２５】
高濃度ドープ層１３は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のｎ型不純物を含み、厚さが５００ｎｍのｎ＋−ＧａＮからなる。第１の半導体層１４は、膜厚が１０ｎｍのアンドープのｉ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる。第２の半導体層１５は、アンドープで膜厚が３０ｎｍのｉ−ＧａＮからなる。第３の半導体層１６は、１×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１７ｃｍ−３のｎ型不純物を含み、厚さが３００ｎｍのｎ−ＧａＮからなる。高濃度ドープ層１７は、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のｎ型不純物を含み、厚さが２０ｎｍのｎ＋−ＧａＮからなる。
【００２６】
高濃度ドープ層１７の上にはコレクタ電極１８が形成され、第２の半導体層１５の上には、ベース電極１９が形成され、高濃度ドープ層１３の上にはエミッタ電極２０が形成されている。
【００２７】
図２は、本実施形態のバイポーラトランジスタにおいて第１の半導体層１４と第２の半導体層１５との間に電圧ＶＥＢを印加した際のバンド構造を示している。一般に有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により、ＧａＮを結晶成長させた場合、ガリウム（Ｇａ）面が成長する。従って、本実施形態のバイポーラトランジスタは、エミッタである第１の半導体層１４の上面はＧａ面であり、ベースである第２の半導体層１５は、第１の半導体層１４のＧａ面と接している。このため、第１の半導体層１４と第１の半導体層１４と比べてバンドギャップが小さい第２の半導体層１５との界面には２次元正孔ガス層が発生する。本実施形態の場合には、２次元正孔ガスの濃度は、１×１０１３ｃｍ−２程度となる。
【００２８】
従って、第２の半導体層１５の上に形成されたベース電極１９と、第２の半導体層１５における２次元正孔ガスが存在する領域であるベース領域とが等電位となる。つまり、２次元正孔ガスとベース電極１９とが電気的にオーミック接続された状態となり、ベース層における２次元正孔ガス層が発生している領域であるベース領域に注入される電子の量が、ＶＥＢの値に応じて制御される。さらに、第３の半導体層１６の側に発生する内部電界により、ベース領域に注入された電子が第３の半導体層１６に到達するバイポーラトランジスタ動作が実現する。
【００２９】
本発明において、ベース領域は２次元正孔ガスが発生している領域であるため、ベース領域の厚さは実質的に２次元正孔ガス層の厚さにより決定される。２次元正孔ガス層の厚さは１０ｎｍ以下と極めて薄いため、バイポーラトランジスタの動作速度を高くすることができる。２次元正孔ガス層の厚さは、薄すぎるとベース層抵抗が高くなってしまうため、３ｎｍ〜１０ｎｍとすることが好ましい。
【００３０】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図３は第２の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図３において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように本実施形態のバイポーラトランジスタは、ベースがｉ−ＧａＮからなる第２の半導体層１５と、ｐ型にドープされたｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第４の半導体層２１とにより形成されており、ベース電極１９は、第４の半導体層２１の上に形成されている。
【００３２】
本実施形態においては、エミッタ層である第１の半導体層１４から第２の半導体層１５におけるベース電極１９の下側の領域である外部ベース領域に注入された電子が、ベース電極１９に到達する確率を、ｉ−ＧａＮからなる第２の半導体層１５とｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第４の半導体層２１とのバンドオフセットの効果により小さくすることができる。
【００３３】
図４は本実施形態の外部ベース領域と第１の半導体層１４とにおけるバンド構造を示している。図４に示すように、ｐ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第４の半導体層２１によりポテンシャル障壁が形成されている。このポテンシャル障壁は、第１の半導体層１４から外部ベース領域に注入された電子が、ベース電極１９に到達する確率を小さくする。これにより、ベース電流が低減されるため、電流増幅率が高く且つ高速に動作するバイポーラトランジスタを実現できる。
【００３４】
以下に、本実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法について図面を参照して説明する。図５及び図６は本実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法を工程順に示している。
【００３５】
まず、図５（ａ）に示すように、面方位の（０００１）面を主面とするサファイア基板１１の上にＡｌＮからなるバッファ層１２を形成する。続いて、バッファ層１２の上に、厚さが５００ｎｍのｎ＋−ＧａＮからなる高濃度ドープ層１３、アンドープで厚さが１０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第１の半導体層１４、アンドープで厚さが３０ｎｍのｉ−ＧａＮからなる第２の半導体層１５、ｐ型にドープされた厚さが３０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＮからなる第４の半導体層２１をＭＯＣＶＤ法により順次エピタキシャル成長する。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように第４の半導体層２１の上に、厚さが１００ｎｍのシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜３０を堆積した後、通常のフォトリソグラフィとウエットエッチング工程により、第４の半導体層２１を露出する開口部３０ａを形成する。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜３０をマスクとして、塩素ガスを用いたドライエッチングを行い、第４の半導体層２１をエッチングして、第２の半導体層１５を露出する。
【００３８】
次に、図５（ｄ）に示すようにＭＯＣＶＤにより、第２の半導体層１５の開口部から露出した部分の上に、ｎ型にドープされた厚さ３００ｎｍのｎ−ＧａＮからなる第３の半導体層１６と、ｎ型にドープされた厚さが２０ｎｍのｎ＋−ＧａＮからなる高濃度ドープ層１７とを順にエピタキシャル再成長する。なお、窒化物半導体はＳｉＯ２膜３０の上には成長されないため、第２の半導体層１５における開口部から露出した部分のみに第３の半導体層１６と高濃度ドープ層１７とが成長される選択再成長となる。
【００３９】
次に、図６（ａ）に示すようにＳｉＯ２膜３０をフッ酸によりウエットエッチングして除去する。さらに、図６（ｂ）に示すように通常のフォトリソグラフィと塩素ガスを用いたドライエッチングにより、第４の半導体層２１、第２の半導体層１５及び第１の半導体層１４の一部を選択的にエッチングして高濃度ドープ層１３を露出する。
【００４０】
次に、図６（ｃ）に示すように通常のフォトリソグラフィによりレジストパターン（図示せず）を形成した後、厚さが２０ｎｍのＴｉと厚さが３００ｎｍのＡｌとを蒸着して、レジストパターン上に蒸着された金属膜をリフトオフすることにより、高濃度ドープ層１３及び高濃度ドープ層１７の上にエミッタ電極２０及びコレクタ電極１８をそれぞれ形成する。続いて、６５０℃で熱処理を行うことによりエミッタ電極２０及びコレクタ電極１８をオーミック接触させる。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように通常のフォトリソグラフィとリフトオフとを用いて、厚さが１００ｎｍのＰｄと厚さが３００ｎｍのＡｕとが積層されたベース電極１９を第４の半導体層２１の上に形成する。続いて、４５０℃で熱処理を行うことによりベース電極１９をオーミック接触させる。
【００４２】
なお、本実施形態では基板としてサファイア基板を用いたが、炭化硅素（ＳｉＣ）基板を用いても構わない。ＳｉＣ基板はコストが高いが、格子定数がＧａＮに近くエピタキシャル膜質が良好な半導体層が得られる。
【００４３】
また、高濃度ドープ層１３及び高濃度ドープ層１７には、シリコン等のｎ型不純物を１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３となるように導入し、第３の半導体層１６には、１×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１７ｃｍ−３となるようにｎ型不純物を導入すればよい。また、第１の半導体層１４の膜厚は１０ｎｍ〜３０ｎｍとすることが好ましく、第２の半導体層１５の膜厚は１０ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましく、第３の半導体層１６の膜厚は２００ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚とすることが好ましい。
【００４４】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図７は第３の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図７において図３と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００４５】
図７に示すように本実施形態のバイポーラトランジスタは、エミッタ層が、共鳴トンネルダイオード構造２４により形成されていることを特徴とする。具体的に、エミッタ層は、下から順次積層された第６の半導体層２３と第５の半導体層２２と第１の半導体層１４とからなる。
【００４６】
第１の半導体層１４及び第６の半導体層２３は、アンドープで厚さが５ｎｍのｉ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなり、第５の半導体層２２は、アンドープで厚さが４ｎｍのｉ−ＧａＮからなる。図８は本実施形態のバイポーラトランジスタのバンド構造を示している。図８に示すように、第１の半導体層１４及び第６の半導体層２３が障壁層となり、第５の半導体層２２が井戸層となった、共鳴トンネルダイオード構造２４が形成されている。このような構成とすることにより、エミッタ層からベース領域へ共鳴トンネル効果により電子が注入される。このため、エミッタのダイナミック抵抗が小さくなるので、エミッタ充電時間が短くなる。その結果、遮断周波数ｆｔが高いバイポーラトランジスタを実現できる。
【００４７】
各実施形態において、第１の半導体層１４にｉ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎを用い、第２の半導体層にｉ−ＧａＮを用いる例を示した。この他にも、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体から選択した２種類の化合物の、バンドギャップが大きい方を第１の半導体層１４とし、バンドギャップが小さい方を第２の半導体層１５とすればよい。なお、第１の半導体層はアンドープが望ましいが、ｎ型不純物濃度が１０１７ｃｍ−３台以下のｎ型であってもよく、ｐ型不純物濃度が１０１６ｃｍ−３台以下であればｐ型でもよい。また、第３の半導体層１６は、２次元正孔ガス層の厚さを薄くするため及びベースに注入された電子のベースコレクタ界面での散乱を防ぐために、第２の半導体層１５と同一の組成比を有する窒化物半導体とすることが好ましいが、異なる組成比の窒化物半導体を用いてもよい。また、第３の半導体層１６のｎ型不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３〜５×１０１７ｃｍ−３の範囲が望ましいが、アンドープであってもよく、ｐ型不純物濃度が１０１６ｃｍ−３台以下であればｐ型でもよい。
【００４８】
ベース領域における電子の散乱を低減してバイポーラトランジスタを高速に動作させるためには、ベースとなる第２の半導体層１５がアンドープであることが好ましい。しかし、１０１６ｃｍ−３台以下であればｎ型又はｐ型の不純物が含まれていても問題ない。
【００４９】
各実施形態において、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板の上にＧａ面を成長させる場合について説明した。しかし、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等を用いてＮ面を成長させることも可能であり、この場合においては第２の半導体層が第１の半導体層１４のＧａ面と接するように、半導体層の積層の順序を変更すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るバイポーラトランジスタは、２次元正孔ガス層をｐ型ベースとし且つ窒化物系半導体からなり高速に動作するバイポーラトランジスタを実現でき、高速動作が可能なバイポーラトランジスタ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るバイポーラトランジスタのバンド構造を示すバンド図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るバイポーラトランジスタの外部ベース領域におけるバンド構造を示すバンド図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るバイポーラトランジスタのバンド構造を示すバンド図である。
【図９】従来のトランジスタにおける課題を説明するためのバンド構造を示すバンド図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１    基板
１２    バッファ層
１３    高濃度ドープ層
１４    第１の半導体層
１５    第２の半導体層
１６    第３の半導体層
１７    高濃度ドープ層
１８    コレクタ電極
１９    ベース電極
２０    エミッタ電極
２１    第４の半導体層
２２    第５の半導体層
２３    第６の半導体層
２４    共鳴トンネルダイオード構造
３０    シリコン酸化膜
【図１】
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【図２】
2008016615.tif 000004
【図３】
2008016615.tif 000005
【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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