(57)【要約】【課題】ベース／エミッタ界面の伝導帯エネルギーの不連続部分をなくし、オフセット電圧を減少させたヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供すること。【解決手段】第１導電型のコレクタ層３と、第２導電型のＧａＡｓベース層４と、第１導電型のＩｎＧａＰエミッタ層５とが順次積層された構造を具備するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ＩｎＧａＰエミッタ層５が、そのベース層近傍に、混晶比ｘ、ｙをベース層側から連続的に変化させたＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層５ａをもつ構造とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のＧａＡｓベース層と、第１導電型のＩｎＧａＰエミッタ層とが順次積層された構造を具備するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
ＩｎＧａＰエミッタ層が、そのベース層近傍に、組成比ｘ、ｙをベース層側から連続的に変化させたＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層をもつことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
上記組成比ｘ、ｙがベース直上で、（ｘ、ｙ）＝（０、１）から（０．４８、０）までなめらかに変化することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項３】
上記組成比ｘ、ｙが、ベガードの法則のａ（格子定数）＝５．４５１＋０．４１８４ｘ＋０．２０２４−０．０１３７ｘｙにおいて、ａ（格子定数）が一定になるように変化することを特徴とする請求項２に記載の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）に係り、特にオフセット電圧の小さい構造のＨＢＴに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＢＴは、低歪みの信号増幅が可能で、単一電源での使用ができる等の優れた特徴を持つことから、デジタル通信、ミリ波システムなどのキーデバイスとして注目されている。
【０００３】
近年、ＡｌＧａＡｓに代わってＩｎＧａＰをエミッタに用いるＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴの研究開発が活発に行われており、既に寿命試験の結果で、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＨＢＴよりも長寿命であるとの報告もある。
【０００４】
この化合物半導体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、図４に示すように半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、順次、サブコレクタ層２として５００〜１０００nmのｎ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度３〜５×１０18cm-3）、コレクタ層３として２００〜１２００nmのアンドープＧａＡｓまたはｎ-型ＧａＡｓ（キャリア濃度１〜３０×１０16cm-3）、ベース層４として５０〜１００nmのｐ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度２〜４×１０19cm-3）、エミッタ層５として３０〜８０nmのｎ型ＩｎＧａＰ（キャリア濃度３〜５×１０17cm-3）、エミッタコンタクト層６として１００〜３００nmのｎ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度３〜５×１０18cm-3）、ノンアロイ層７として１００〜１５０nmのｎ+型ＩｎＧａＡｓ（キャリア濃度１〜５×１０19cm-3）を成長した構成を有する。
【０００５】
そして、従来のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴの構造は、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡｓサブコレクタ層２、ＧａＡｓコレクタ層３、及びＧａＡｓベース層４を順次形成し、ベース層４の上にベース電極９と、ＩｎＧａＰエミッタ層５とを独立して形成し、エミッタ層５の上にＧａＡｓエミッタコンタクト層６及びＩｎＧａＡｓノンアロイ層７と、エミッタ電極１０を形成し、サブコレクタ層２の上にコレクタ電極８を形成した構造となっている。
【０００６】
ベース層・ノンアロイ層間に流れる電流（ベース電流Ｉｂ）によって、サブコレクタ層・ノンアロイ層間の大きな電流（コレクタ電流Ｉｃ）を制御する。
【０００７】
ところで、ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＧａＡｓ系では、ＡｌxＧａ1-xＡｓとＧａＡｓは格子整合しているため、伝導帯のエネルギー不連続値を変化させるためには、Ａｌの組成比ｘを変えてＡｌxＧａ1-xＡｓの禁制帯幅を変えれば良かった。ところが、ＩｎＧａＰ系の場合、ＩｎxＧａ1-xＰとＧａＡｓはある組成比のみで格子整合する。具体的には、ＩｎxＧａ1-xＰエミッタ層はＩｎ組成比ｘ＝０．４８においてのみＧａＡｓベース層に格子整合する。したがってＩｎxＧａ1-xＰ／ＧａＡｓ系のＨＢＴの設計の自由度は特定の組成比ｘに限定されるため極めて小さい。
【０００８】
一方、ＨＢＴでは、図５に示すように、ヘテロ接合を形成しているベース層・エミッタ層の伝導帯のエネルギーＥｃにエネルギー差ΔＥｃが存在する。このエミッタＩｎＧａＰ層の伝導帯と、ベースＧａＡｓ層の伝導帯のエネルギーとのバンド不連続は約０．２ｅＶも存在する。このため、電流−電圧特性においてオフセット電圧として現れてしまうが、格子整合の観点からバンド不連続値を小さくできない問題があった。
【０００９】
特開平８−２８８３００号公報（特許文献１）には、ベース層上全面にスペーサ層を形成した構成が示されている。このスペーサ層は、ベース層の多数キャリアに対してエミッタ層よりポテンシャル障壁が高く、且つエミッタ層の多数キャリアに対してはほとんど障壁とならないので、トランジスタの動作に大きな変化を起こすことがない。そして、このスペーサ層は、ベース層の多数キャリアキャリアおよび少数キャリアに対してポテンシャル障壁として働くので、ベース層が露出する場合に比べて表面再結合を抑えられる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２８８３００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴの問題点は、図５に示すようにベース／エミッタ界面付近の伝導帯にＧａＡｓベース層とＩｎＧａＰエミッタ層のエネルギーバンドの差から生じるエネルギー不連続部分（突起）ができてしまうことである。この突起がエミッタからベースへ電子が流れるのを阻害し、トランジスタの電気特性のひとつであるオフセット電圧が上昇してしまう。
【００１２】
しかしながら、ＩｎＧａＰ系の場合、ＩｎxＧａ1-xＰとＧａＡｓはある組成比のみで格子整合するため、格子整合の観点からバンド不連続値を小さくできないという問題があり、より有効な解決手段が望まれている。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ベース／エミッタ界面の伝導帯エネルギーの不連続部分をなくし、オフセット電圧を減少させたヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することにある。
【００１４】
【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。
【００１５】
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は、第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のＧａＡｓベース層と、第１導電型のＩｎＧａＰエミッタ層とが順次積層された構造を具備するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ＩｎＧａＰエミッタ層が、そのベース層近傍に、組成比ｘ、ｙをベース層側から連続的に変化させたＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層をもつことを特徴とする。
【００１６】
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において、上記組成比ｘ、ｙがベース直上で、（ｘ、ｙ）＝（０、１）から（０．４８、０）までなめらかに変化することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、上記組成比ｘ、ｙが、ベガードの法則のａ（格子定数）＝５．４５１＋０．４１８４ｘ＋０．２０２４−０．０１３７ｘｙにおいて、ａ（格子定数）が一定になるように変化することを特徴とする。
【００１８】
＜発明の要点＞
本発明においては、ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層をＩｎＧａＰエミッタ層とＧａＡｓベース層の間に入れているため、これによりバンドギャップの変化がなめらかになり、図２に示すように伝導帯のベース／エミッタ間のバンド不連続部分がなくなり、電子がエミッタからベースに容易に流れやすくなる。
【００１９】
格子定数、バンド構造パラメータなどの結晶組成依存性に関しては、信頼性のあるデータ得られており、この物理量のうち、格子定数は一般に組成比に対して直線的に変化する（ベガードの法則）。そこで、このベガードの法則を扱うことにより、バンドギャップの変化がなめらかになるよう特定することができる。本発明では、このベガードの法則により特定されるＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yを、ＩｎＧａＰエミッタ層とＧａＡｓベース層の間に入れることにより、ＩｎxＧａ1-xＰエミッタ層がＩｎ組成比ｘ＝０．４８においてのみＧａＡｓベース層に格子整合するという要請を満足させる。
【００２０】
【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。
【００２１】
図１の化合物半導体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、従来の図４の場合と同様に、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、順次、サブコレクタ層２として５００〜１０００nmのｎ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度３〜５×１０18cm-3）、コレクタ層３として２００〜１２００nmのアンドープＧａＡｓまたはｎ-型ＧａＡｓ（キャリア濃度１〜３０×１０16cm-3）、ベース層４として５０〜１００nmのｐ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度２〜４×１０19cm-3）、エミッタ層５として全体の厚さが３０〜８０nmのｎ型ＩｎＧａＰ（キャリア濃度３〜５×１０17cm-3）層５b及びＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-y層５a、エミッタコンタクト層６として１００〜３００nmのｎ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度３〜５×１０18cm-3）、ノンアロイ層７として１００〜１５０nmのｎ+型ＩｎＧａＡｓ（キャリア濃度１〜５×１０19cm-3）を成長した構成を有する。
【００２２】
上記おいて、エミッタ層５は、本発明に従い、ベース近傍のエミッタ材料にＩｎＧａＰを用いるのではなく、ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yを使用する。すなわち、ベース層側のエミッタ層５ａとしてＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層（エミッタ層）５ａを設け、その上に、ＩｎＧａＰエミッタ層５ｂを設けている。このＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層（エミッタ層）５ａの組成比ｘ、ｙは、ベース直上（ｘ、ｙ）＝（０、１）から（０．４８、０）までなめらかに変化する。このとき（ｘ、ｙ）は任意ではなく、ベガードの法則のａ（格子定数）＝５．４５１＋０．４１８４ｘ＋０．２０２４−０．０１３７ｘｙにおいて、ａ（格子定数）が一定になるように（ｘ、ｙ）が変化する。
【００２３】
従来の場合と同様に、上記ベース層４の上にベース電極９と、ＩｎＧａＰエミッタ層５とを独立して形成し、エミッタ層５の上にＧａＡｓエミッタコンタクト層６及びＩｎＧａＡｓノンアロイ層７と、エミッタ電極１０を形成し、サブコレクタ層２の上にコレクタ電極８を形成して、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴを構成した。
【００２４】
このようにＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yをＩｎＧａＰエミッタ層とＧａＡｓベース層の間に入れた構造とすると、これによりバンドギャップの変化がなめらかになり、図２に示すように伝導帯のベース／エミッタ間のバンド不連続部分がなくなり、電子がエミッタからベースに容易に流れやすくなる。
【００２５】
本発明の効果を確認するため、上記実施形態の構造（図１）のヘテロ接合バイポーラトランジスタのオフセット電圧を、従来のＨＢＴ（図４）のオフセット電圧と比較した。図３は両ＨＢＴの電流−電圧特性をベース電流ＩB1、ＩB2、ＩB3をパラメータとして示すもので、縦軸Ｉｃはコレクタ電流、横軸ＶCEはコレクタ・エミッタ電圧であり、実線が本発明（実施形態）、点線が従来例である。この電圧−電流特性図（図３）中に示すように、本発明の構造におけるＨＢＴのオフセット電圧は、従来のＨＢＴの場合に比べ、オフセット電圧が約０．１Ｖ減少した。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＧａＡｓベース層、ＡｌＧａＡｓエミッタ層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、ＩｎＧａＰエミッタ層のベース層近傍に、混晶比ｘ、ｙをベース層側から連続的に変化させたＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層を入れているため、これによりバンドギャップの変化がなめらかになり、伝導帯のベース／エミッタ間のバンド不連続部分がなくなって、電子がエミッタからベースに容易に流れやすくなる。
【００２７】
よって本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造によれば、コレクタ電流・電圧特性に見られるオフセット電圧を減少させることができる。これにより優れた特性のヘテロバイポーラトランジスタを作製することができ、低電圧動作の電力増幅器を構成した場合には、良好な効率を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴのエピタキシャルウェハ構造を示す図である。
【図２】本発明のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴのエネルギーバンド図である。
【図３】本発明のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴのオフセット電圧を、従来のＨＢＴと比較して示したＶCE−Ｉｃ特性曲線図である。
【図４】従来のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴのエピタキシャルウェハ構造を示す図である。
【図５】従来のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴのエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
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
５ｂ  ＩｎＧａＰエミッタ層
５ａ  ＩｎxＧａ1-xＡｓyＰ1-yグレーデッド層（エミッタ層）
６  エミッタコンタクト層
７  ノンアロイ層
【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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