(57)【要約】【課題】コレクタ抵抗が小さいＨＢＴ用エピタキシャルウェハ及びヘテロ接合バイポーラトランジスタを得る。【解決手段】ＨＢＴのサブコレクタ層６とコレクタ層５又はコレクタ電極１０との間に、サブコレクタ層６を構成する材料よりもバンド間エネルギーが小さい材料から成る接触抵抗低減層（中間層）１１を形成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層が順に積層形成され、前記サブコレクタ層の上方にコレクタ電極が、前記ベース層の上方にベース電極が、前記エミッタ層の上方にエミッタ電極が形成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記サブコレクタ層とコレクタ層との間に、前記サブコレクタ層を構成する材料よりもバンド間エネルギーが小さい材料から成る中間層を形成したことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記サブコレクタ層がＧａＡｓから成り、前記中間層がＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＳｂから成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用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記中間層の厚さが臨界膜厚以下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用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記中間層と前記コレクタ層との間にコレクタストッパ層を設けたことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハを用い、そのサブコレクタ層上の中間層にコレクタ電極を形成して作製したことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用エピタキシャルウェハ及びこれを用いたＨＢＴ素子、特にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＨＢＴ及びＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴのコレクタ抵抗を小さくする構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓを代表とする化合物半導体を用いた高周波用デバイスは、歪みが小さく、効率の良いＧＨｚ以上の高周波特性を実現できることから、携帯電話を初めとする多くの通信機器における増幅器などに広く使用されている。そのなかでもエミッタ・ベース接合にヘテロ接合を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は、エミッタ層３のバンドギャップがベース層４のバンドギャップよりも広いことにより、エミッタ注入効率を高くすることができるため、高周波特性に優れ、携帯電話用高出力トランジスタ等に広く使用されている。
【０００３】
このＨＢＴはエミッタ／ベース接合がＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合により構成されるのが一般的である。しかし最近は、デバイス特性向上或いは信頼性向上の観点から、エミッタ層をＡｌＧａＡｓエミッタ層からＩｎＧａＰエミッタ層に置き換えることが検討され、一部においては作製されている。　これは、活性な原子であるＡｌを含むＡｌＧａＡｓ層をエミッタ層として用いた場合には、ＡｌＧａＡｓ層に深い準位に起因する多くの非発光性再結合中心が形成され、この非発光性再結合中心を介してＨＢＴの劣化が進行するためであり、Ａｌを含まないＩｎＧａＰ層をエミッタ層として用いることによって劣化の問題を解決しようとするものである。
【０００４】
図２にＨＢＴ構造を有するエピタキシャルウェハにおける典型的断面構造をＧａＡｓ系を例にとり示す。
【０００５】
表面からノンアロイ層（ノンアロイコンタクト層）１、エミッタコンタクト層２、以下、エミッタ層３、ベース層４、コレクタ層５、サブコレクタ層６で、基板７は半絶縁基板である。ノンアロイ層１は、主材料であるＧａＡｓに対してバンドギャップの小さなＩｎＧａＡｓで、ｎ型ドーパント（Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅなど）を高濃度ドープし、エミッタ電極８との接触抵抗を小さくする働きをする。
【０００６】
エミッタコンタクト層２は、ｎ型ドーパント（ＧａＡｓ中のＳｉなど）を高濃度（例えば３Ｅ１８ｃｍ−３）に添加した低抵抗の層で、エミッタ層３とノンアロイ層１間の直列抵抗を下げる働きをする。ここで３Ｅ１８ｃｍ−３は３×１０１８ｃｍ−３を意味する。
【０００７】
エミッタ層３はベース層４よりバンド間エネルギーの大きな材料が用いられ、ＧａＡｓベースの場合は、ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰが知られている。
【０００８】
ベース層４は、ｐ型でドーピングが高濃度（例えば１Ｅ１９ｃｍ−３以上）の層である。ドーパントは、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓの場合Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃなどが用いられる。
【０００９】
コレクタ層５は低濃度のｎ型層で、この層の厚さとドーパント濃度で、重要なトランジスタ特性である耐圧や高周波特性に大きく影響するコレクタ容量を決定する。
【００１０】
サブコレクタ層６はコレクタ電極１０と接する層で、コレクタ抵抗を極力小さくするためｎ型ドーパント（ＧａＡｓ中のＳｉなど）を高濃度（例えば３Ｅ１８ｃｍ−３）に添加している。
【００１１】
これらのエピタキシャルウェハは分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）や有機金属エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ）を用いて作製される。エミッタ接地の場合は、コレクタ電極１０に正の電圧を印加し、ベース電極９よりベース電流Ｉｂを信号入力として流し、出力となるコレクタ電流Ｉｃを制御する（図２）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＢＴのトランジスタ特性を向上するには、コレクタ抵抗を極力小さくする必要がある。すなわち、トランジスタ特性を損ねることなく、コレクタ抵抗を下げることができれば、結果的にＨＢＴのトランジスタ特性が向上すると考えられる。
【００１３】
このコレクタ抵抗は、サブコレクタ層そのものの抵抗と、コレクタ電極とサブコレクタ層の接触抵抗が主な抵抗成分である。たとえばＧａＡｓ系ＨＢＴの場合は、ＩｎＧａＡｓを用いたノンアロイエミッタ層の抵抗に比べ、ＧａＡｓ層のサブコレクタ層はその接触抵抗が１桁以上大きく、コレクタ抵抗が大きくなる要因となっている。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コレクタ抵抗が小さいＨＢＴ用エピタキシャルウェハ及びヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１６】
請求項１の発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層が順に積層形成され、前記サブコレクタ層の上方にコレクタ電極が、前記ベース層の上方にベース電極が、前記エミッタ層の上方にエミッタ電極が形成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、前記サブコレクタ層とコレクタ層との間に、前記サブコレクタ層を構成する材料よりもバンド間エネルギーが小さい材料から成る中間層を形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、前記サブコレクタ層がＧａＡｓから成り、前記中間層がＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＳｂから成ることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、前記中間層の厚さが臨界膜厚以下であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、前記中間層と前記コレクタ層との間にコレクタストッパ層を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、請求項１〜４のいずれかに記載のへテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハを用い、そのサブコレクタ層上の中間層にコレクタ電極を形成して作製したことを特徴とする。
【００２１】
＜発明の要点＞
本発明では、コレクタ電極が接する層をサブコレクタ層よりバンド間エネルギーが小さい層（中間層）とする。すなわち、コレクタ電極が設けられたＨＢＴの姿で見た場合、半絶縁性基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層が順に積層形成され、前記サブコレクタ層の上方にコレクタ電極が、前記ベース層の上方にベース電極が、前記エミッタ層の上方にエミッタ電極が形成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記サブコレクタ層とコレクタ電極との間に、前記サブコレクタ層を構成する材料よりもバンド間エネルギーが小さい材料から成る中間層を形成したことを特徴とする。これにより、本発明では、コレクタ抵抗が小さいＨＢＴ構造を容易に得ることができる。なお、エミッタ／ベース接合は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合又はＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合のいずれであってもよい。
【００２２】
上記中間層は、ＧａＡｓサブコレクタ層の場合は、ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＳｂを用いる。ただし、その厚さは臨界膜厚以下とするのがよい。
【００２３】
その理由として、電極の接触抵抗は、電極と接する層のバンド間エネルギーに大きく依存する。バンド間エネルギーが小さいほど接触抵抗は小さくなる。ＩｎＧａＡｓはＩｎの濃度を高くするほどバンド間エネルギーが小さくなる。しかし一方で、Ｉｎ濃度を高くすると格子定数が大きくなり、下地であるＧａＡｓとの格子ミスマッチにより欠陥が発生する恐れがある。この欠陥発生は、Ｉｎの濃度とＩｎＧａＡｓ層の厚さで決まっており、欠陥が発生する（あるいは結晶がこわれる）厚さを臨界膜厚という。ここで挿入するＩｎＧａＡｓは臨界膜厚以下でなければならない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２５】
図１に本発明の実施形態に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴ用エピタキシャルウェハの構造を示す。これは、半絶縁性ＧａＡｓ基板７上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、サブコレクタ層６、接触抵抗低減層（中間層）１１、コレクタストッパ層１２、コレクタ層５、ベース層４、エミッタ層３、エミッタコンタクト層２、グレーデッドノンアロイ層１３、ノンアロイ層１を順次成長した構造を有する。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
すなわち、表１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板７上に、サブコレクタ層６として厚さ５００ｎｍのｎ＋型ＧａＡｓ（キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）が成長され、その上に接触抵抗低減層（中間層）１１として厚さ１５ｎｍのｎ＋型ＩｎＧａＡｓ（Ｉｎ混晶比０．１５、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）が成長されている。
【００２８】
この接触抵抗低減層（中間層）１１の上には、コレクタストッパ層１２として１０ｎｍのｎ＋型ＩｎＧａＰ（Ｉｎ混晶比０．５２、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）、コレクタ層５として７００ｎｍのｎ−型ＧａＡｓ（キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３）、ベース層４として８０ｎｍのｐ＋型ＧａＡｓ（キャリア濃度４×１０１９ｃｍ−３）が成長されている。
【００２９】
さらに、このベース層４上には、エミッタ層３として４０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＰ（Ｉｎ混晶比０．５２、キャリア濃度３×１０１７ｃｍ−３）、エミッタコンタクト層２として２００ｎｍのｎ＋型ＧａＡｓ（キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）が成長され、さらに、このエミッタコンタクト層２の上に、厚さ４０ｎｍ、キャリア濃度が２×１０１９ｃｍ−３のｎ＋型ＩｎｙＧａ１−ｙ　Ａｓ（ｙ＝０→０．５）から成るグレーデッドノンアロイ層１３が成長されている。このグレーデットノンアロイ層１３は、Ｉｎ混晶比ｙを下面から上面にかけて０から０．５まで徐々に増加させた構造となっている。
【００３０】
さらにまた、このグレーデッドノンアロイ層１３の上に、ノンアロイ層１として４０ｎｍのｎ＋型ＩｎＧａＡｓ（Ｉｎ混晶比０．５、キャリア濃度２×１０１９ｃｍ−３）が成長されている。
【００３１】
上記のノンアロイ層１、ベース層４及び接触抵抗低減層（中間層）１１の上には、それぞれエミッタ電極８、ベース電極９及びコレクタ電極１０が形成されて、ヘテロ接合バイポーラトランジスタが構成される。
【００３２】
換言すれば、半絶縁性基板７上にサブコレクタ層６、コレクタ層５、ベース層４及びエミッタ層３が順に積層形成され、上記サブコレクタ層６の上方にコレクタ電極１０が、上記ベース層４の上方にベース電極９が、上記エミッタ層３の上方にエミッタ電極８が形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタが構成され、上記サブコレクタ層６とコレクタ電極１０との間に、上記サブコレクタ層６を構成する材料よりもバンド間エネルギーが小さい材料から成る中間層として接触抵抗低減層１１が形成される。
【００３３】
上記した接触抵抗低減層１１のｎ＋型ＩｎＧａＡｓはメタルとの接触抵抗が低いので、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ系メタルでもコンタクトをとることができる。すなわち、トランジスタ特性を損ねることなく、コレクタ抵抗を下げることができ、その結果としてＨＢＴのトランジスタ特性を向上することができる。
【００３４】
上記構成において本発明の効果を確認するため、表１に示す構造で、ＩｎＧａＡｓ接触抵抗低減層１１の挿入のあるもの（実施例）と、無いもの（比較例）をＭＯＶＰＥ法にて成長し、ＨＢＴを作製して、その特性を比較した。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
表２において、接触抵抗低減層（中間層）１１の挿入の無い比較例を「標準品」、挿入のある実施例を「発明品」と表している。
【００３７】
コレクタ電極１０は、その直上にあるＩｎＧａＰコレクタストッパ層１２を選択的にエッチングすることによって、挿入したＩｎＧａＡｓ接触抵抗低減層（中間層）１１を表面に出し、その上にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ（２００Å／５０Å／５００Å）を蒸着し、５００℃で３分アロイ処理することで形成した。ＴＬＭパターンを用いてその接触抵抗を測定した。エミッタ電極８、ベース電極９にはＡｕを用い、特に熱処理は施していない。エミッタ電極８のサイズは５０μｍ×５０μｍで、ＨＢＴのガンメルプロットをとり、電流利得、ベース電流やコレクタ電流のＮ値、コレクタ接触抵抗等を評価した。
【００３８】
結果は表２に示す通りであり、電流利得やＮ値での直流特性では、両者に有意な差は認められなかった。しかし、コンタクト層の接触抵抗（コレクタ接触抵抗）については、通常の標準品（比較例）が２．５×１０−５Ω・ｃｍであるのに対し、発明品では１．２×１０−６Ω・ｃｍと大きく低減できた。すなわちトランジスタ特性を損ねることなく、コレクタ抵抗を下げることができた。
【００３９】
上記実施例では、接触抵抗低減層１１にＩｎＧａＡｓを用いたが、接触抵抗低減層１１はコレクタ電極１０が接するサブコレクタ層よりバンド間エネルギーが小さい層であればよく、ＧａＡｓサブコレクタ層の場合はＩｎＧａＡｓの他にＩｎＧａＳｂを用いることもできる。ただし、その膜厚には限界がある。この限界は臨界膜厚として知られている。すなわち、臨界膜厚は、Ｉｎ混晶比依存性が大きく、その値はＭａｔｔｈｅｗらによって報告されている（Ｊ．Ｗ．Ｍａｔｔｈｅｗｓ　ａｎｄ　Ａ．Ｅ．Ｂｌａｋｅｓ，　Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，　２７（１９７４）１１８）。歪みが大きく、結晶性が悪化すると、ＨＢＴの特性は著しく劣化する。よって厚さはこの臨界膜厚以下とすべきである。
【００４０】
また上記実施形態ではＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴ用エピタキシャルウェハの場合について説明したが、本発明はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＨＢＴ用エピタキシャルウェハの場合についても適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ及びヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、サブコレクタ層とコレクタ層又はコレクタ電極との間に、サブコレクタ層を構成する材料よりもバンド間エネルギーが小さい材料から成る中間層を形成したので、トランジスタ特性を損ねることなく、コレクタ抵抗を下げることができ、結果としてＨＢＴのトランジスタ特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＨＢＴの横断面図である。
【図２】従来のＨＢＴの横断面図である。
【符号の説明】
１　ノンアロイ層
２　エミッタコンタクト層
３　エミッタ層
４　ベース層
５　コレクタ層
６　サブコレクタ層
７　基板
１１　接触抵抗低減層（中間層）
１２　コレクタストッパ層
１３　グレーデッドノンアロイ層
【図１】
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【図２】
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