(57)【要約】【課題】コンタクト層の格子緩和の影響を抑えて電流増幅率特性を改善できるようにすること。【解決手段】ＧａＡｓ基板１上に、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５、及びＩｎＧａＡｌＡｓから成るコンタクト層６がこの順序で形成されている化合物半導体装置において、コンタクト層６が、Ｉｎ組成が電極金属と良好なオーミック接触状態を得るのに必要な値となっていて電極金属と接している第１の層６Ａと、格子緩和の影響の低減のため第１の層６Ａに接して設けられた第２の層６Ｂとを含み、第２の層６Ｂが複数の層６１〜６５より成り、且つＩｎ組成がその層厚方向に沿って変化する層界面を少なくとも１つ有している構成とした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に、コレクタ層、ベース層、エミッタ層及び一般式Ｉｎｘ　Ｇａｙ　Ａｌｚ　Ａｓ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表され金属電極と直接接するコンタクト層がこの順序で形成されている薄膜半導体エピタキシャル基板において、
前記コンタクト層が、前記電極金属と接しており、Ｉｎ組成が前記電極金属と良好なオーミック接触状態を得るのに必要な値となっている第１の層と、該第１の層と接して設けられた第２の層を含み、
該第２の層が、Ｉｎ組成の異なる複数の層からなることを特徴とする薄膜半導体エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記複数の層におけるＩｎ組成値が、前記第１の層から離れるにつれて小さくなることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル基板。
【請求項３】
前記複数の層における少なくとも１つの層は、Ｉｎ組成値が、膜厚方向に沿って連続的に変化し且つこれと接する他の第２の層のＩｎ組成値とは、接する部分において異なることを特徴とする請求項１又は２記載のエピタキシャル基板。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載のエピタキシャル基板を用いてなることを特徴とする化合物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓ基板上にバイポーラトランジスタ等の各種の電子デバイスを形成した化合物半導体装置の製造に好適な薄膜半導体エピタキシャル基板及び化合物半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体を用いて各種の高性能電子デバイスが製造されているが、その中でも、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は、エミッタ注入効率を高めるためエミッタ層にベース層よりもバンドギャップの大きい物質を用いてエミッタ−ベース接合をヘテロ接合としたバイポーラトランジスタであり、マイクロ波帯以上の周波数領域で使用する半導体素子として好適なため、次世代携帯電話用の半導体素子として期待されている。
【０００３】
ＨＢＴの構造は、例えばＧａＡｓ系ＨＢＴの場合、一般的には半絶縁性ＧａＡｓ基板上に有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、コレクタ層、ベース層、エミッタ層を次々に結晶成長させ、通常、エミッタ層上に電極との接触抵抗を低減させることを目的としたコンタクト層が形成される。このコンタクト層は低抵抗性を確保するためバンドギャップが小さいことが必要であり、この理由から、コンタクト層にはＩｎＧａＡｓ層が用いられ、且つＩｎの組成は約０．５程度の比較的大きな値とされるのが一般的である。このように、コンタクト層のＩｎ組成の値は比較的大きなものとなっているのでＧａＡｓとは格子整合せず、したがって、コンタクト層はその成長の過程で格子緩和を起こし、コンタクト層の下部の層となっているデバイス動作を司るエミッタ層及びベース層の結晶を劣化させ、デバイス特性、特に電流増幅率を劣化させてしまうという不具合が生じる。
【０００４】
この問題を解決するため、従来においては、コンタクト層とエミッタ層との間にもう１つ層を設け、このコンタクト層の下部の層のＩｎ組成の値をエミッタ層側からコンタクト層側に向けて徐々に大きくし、これによりその膜厚方向に沿ってＧａＡｓからＩｎＧａＡｓへ徐々に変化するグレーデッド層を設け、格子緩和の影響がエミッタ層及びベース層に及ぼされるのを抑えるようにした構成が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｉｎ組成の値をその膜厚方向に沿って連続的に変化させたグレーデッド層を設けることによっては、格子緩和の影響によってエミッタ層及びベース層における結晶性が劣化するのを充分に抑えることはできず、コンタクト層の格子緩和によりトランジスタの増幅率などの特性に劣化が生じるのを充分に改善することはできなかった。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした薄膜半導体エピタキシャル基板及び化合物半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者等は、コンタクト層におけるＩｎ組成と格子緩和との関係について種々検討した結果、コンタクト層をＩｎ組成の異なる複数の層とすることがコンタクト層における格子緩和によるエミッタ層及びベース層の結晶性劣化を抑えるのに有効であることを見出すと共に、そのＩｎ組成をその層厚（膜厚）方向に沿って段階的に変化させることにより、一層劣化を抑制し得ることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
本発明によれば、コンタクト層の下部層の部分に、Ｉｎ組成の異なる複数の層を形成することにより、コンタクト層における格子緩和がエミッタ層及びベース層に及ぼす影響を従来に比べて大きく低減させることができる。
【０００９】
請求項１の発明によれば、ＧａＡｓ基板上に、コレクタ層、ベース層、エミッタ層及び一般式Ｉｎｘ　Ｇａｙ　Ａｌｚ　Ａｓ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表され金属電極と直接接するコンタクト層がこの順序で形成されている薄膜半導体エピタキシャル基板において、
前記コンタクト層が、前記電極金属と接しており、Ｉｎ組成が前記電極金属と良好なオーミック接触状態を得るのに必要な値となっている第１の層と、該第１の層と接して設けられた第２の層を含み、
該第２の層が、Ｉｎ組成の異なる複数の層からなることを特徴とする薄膜半導体エピタキシャル基板が提案される。
【００１０】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記複数の層におけるＩｎ組成値が、前記第１の層から離れるにつれて小さくなることを特徴とするエピタキシャル基板が提案される。
【００１１】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明において、前記複数の層における少なくとも１つの層は、Ｉｎ組成値が、膜厚方向に沿って連続的に変化し且つこれと接する他の第２の層のＩｎ組成値とは、接する部分において異なることを特徴とするエピタキシャル基板が提案される。
【００１２】
請求項４の発明によれば、請求項１〜３いずれかに記載のエピタキシャル基板を用いてなることを特徴とする化合物半導体装置が提案される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）製造用の薄膜半導体エピタキシャル基板の層構造図が示されている。図１は、エピタキシャル基板１０の層構造を説明するだけの模式的な図であり、図１における各層の厚みの比率は意味を持たないものである。
【００１５】
エピタキシャル基板１０は、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、サブコレクタ層２、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５、及びコンタクト層６をこの順序で化合物半導体薄膜結晶層として順次積層して成るものである。
【００１６】
本実施の形態では、サブコレクタ層２はｎ＋　−ＧａＡｓ層（キャリア濃度約３×１０１８ｃｍ−３）として形成され、コレクタ層３はｉ−ＧａＡｓ層として形成され、ベース層４はｐ＋　−ＧａＡｓ層（キャリア濃度約４×１０１９ｃｍ−３）として形成されている。そして、エミッタ層５は、ｎ−ＩｎＧａＰ層５ａ（キャリア濃度約３×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−ＧａＡｓ層５ｂ（キャリア濃度約３×１０１７ｃｍ−３）、及びｎ＋　−ＧａＡｓ層５ｃ（キャリア濃度約３×１０１８ｃｍ−３）を順次積層することによって形成されている。
【００１７】
エミッタ層５の上には、一般式Ｉｎｘ　Ｇａｙ　Ａｌｚ　Ａｓ（ただし、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表されるコンタクト層６が形成されている。コンタクト層６は、エミッタ電極として働く電極金属が直接接触するようにして設けられる第１の層６Ａと、第１の層６Ａとエミッタ層５との間に挟まれることとなる第２の層６Ｂとから成っている。
【００１８】
第１の層６Ａは、金属電極との間の良好な電気的接触を確保するため、Ｉｎ組成が、通常０．３以上となっている。好ましくは０．５±０．１、より好ましくは０．５±０．０５である。膜厚は５００Åである。
【００１９】
一方、第２の層６Ｂは、第１の層６ＡとＧａＡｓ層であるエミッタ層５との格子不整合によりコンタクト層６に生じる格子緩和がエミッタ層５及びベース層４に対して与える影響を小さく抑えるために設けられた層であり、第２の層６Ｂは、複数の層から成り、且つＩｎ組成がその層厚（膜厚）方向に沿って変化する層界面を少なくとも１つ有している構成となっている。
【００２０】
本実施の形態では、第２の層６Ｂは、第１ＩｎＧａＡｓ層６１〜第５ＩｎＧａＡｓ層６５をこの順序で積層して成っており、これらの各層の層内のＩｎ組成は０．０８、０．１６、０．２４、０．３２、０．４０となっている。すなわち、ここでは、コンタクト層６を構成する各層のＩｎ組成値が相互に異なっており、各層の層内におけるＩｎ組成値は一様に所定の一定値であり、且つ、エミッタ層５から第１の層６Ａに向けてＩｎ組成値が順次大きくなるように構成されている。したがって、第２の層６Ｂを構成する各層の間には、Ｉｎ組成値が層厚方向に沿って不連続に変化する層界面が形成されている。
【００２１】
このように、第２の層６Ｂにおいては、結局、その層厚方向に沿ってのＩｎ組成値を連続的に変化させるのではなく、段階的に変化させるようにしており、これによりコンタクト層６とその下のＧａＡｓ層であるエミッタ層５との間の格子不整合によるコンタクト層６の格子緩和に因るエミッタ層５及びベース層４への転位、欠陥の伝播が起こりにくくなっている。
【００２２】
図２には、図１に示したエピタキシャル基板１０を用いて作製されたヘテロ接合バイポーラトランジスタの一例が示されている。図２に示したトランジスタ２０の各部のうち、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。２１はコレクタ電極、２２はベース電極、２３はコンタクト層６の第１の層６Ａに直接接触するようにして設けられたエミッタ電極である。
【００２３】
図１に示したエピタキシャル基板１０を用いて図２に示す如きＨＢＴを製作すれば、第１の層６ＡのＩｎ組成値を０．５程度の値としてエミッタ電極２３との間の良好な電気的接触を図るようにしても、第１の層６Ａ内の格子緩和によるエミッタ層５及びベース層４への悪影響が抑えられ、エミッタ層５及びベース層４における結晶性を大きく損ねるのが防止でき、得られたＨＢＴの増幅率とベースのシート抵抗（ＢＲｓ）の比、すなわちβ／ＢＲｓは従来のものに比べて高くなり、増幅率特性の改善されたＨＢＴを実現することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態の一例について説明したが、本発明は、この一実施形態に限定されるものではない。すなわち、各層のＩｎ組成、各層の層厚等は上述した一例に限定されるものではない。例えば、コンタクト層６の第１の層６Ａと第２の層６Ｂとの層厚、層厚比も本実施の形態の通りでなくとも、同様の効果を得ることができる。更に、コンタクト層６の第２の層６Ｂの層数は５層である必要は無く、Ｉｎ組成がその層厚方向に沿って不連続に変化する層界面が少なくとも１つ設けられているようになっていればよい。また、製造方法も、ＭＯＣＶＤ法に限定されず、公知の適宜の方法を用いてもよいことは勿論である。
【００２５】
第２の層６Ｂは次に例示するような態様をとりうる。
（１）２層構造で、各層のＩｎ組成比が異なる。
（２）２層構造で、一方の層のＩｎ組成比が層内で所定の一定値となっており、他方の層のＩｎ組成比はその層厚方向に沿って連続的に変化するようになっている。この結果、一方の層と他方の層との間に、第２の層６Ｂ内においてその層厚方向に沿ってＩｎ組成値が不連続に変化する層界面が形成されている。すなわち、不連続に変化する点の集合が層界面となっている。
（３）３層以上の層構造で、各層のＩｎ組成比が相互に異なる所定の値となっている。
（４）（３）で、各層のＩｎ組成値がエミッタ層５から第１の層６Ａに向けて順次増えるのではなく、適宜に増減するようになっている。
（５）２層以上の層構造で、Ｉｎ組成値が層厚方向に沿って変化しない層と、Ｉｎ組成値が層厚方向に沿って変化する層とが混在している。
ここで、Ｉｎ組成を連続的に変化させる層において、Ｉｎ組成は増方向に変化する以外に減方向に変化する形態を含んでいても良い。したがって、例えばＩｎ組成が増方向に変化した後Ｉｎ組成が減方向に変化するオーバーシュート状態となった後所定の一定値に落ち着くような変化形態とすることもできる。
【００２６】
【実施例】
図１に示すエピタキシャル基板をＭＯＣＶＤ法によって作製した。半導体膜に伝導性を持たせる為の不純物として、ｎ型用としてＳｉを、ｐ型用としてＣを用いた。先ず、（１００）面を出したＧａＡｓ基板１上にサブコレクタ層２としてｎ型のＧａＡｓを成長する。次にコレクタ層３として、不純物を導入しないでＧａＡｓを成長する。該コレクタ層３上に、ベース層４としてｐ型のＧａＡｓを成長する。該ベース層４上にｎ型のＩｎＧａＰからなるエミッタ層５ａを成長する。その上にエミッタ層５ｂとしてｎ型のＧａＡｓを成長し、ＨＢＴ構造を作製する。該構造上に本発明の特徴であるコンタクト層を作製する。先ず、該エミッタ層５ｃ上に段階状にＩｎ組成を変えた一連のｎ型のＩｎＧａＡｓ層６Ｂを成長する。本実施例では段階的にＩｎ組成の変わる層は６１〜６５の５層からなる。それぞれの層のＩｎ組成は０．０８、０．１６、０．２４、０．３２、０．４０である。各々の層の膜厚は約１００Åとした。最後に６Ｂ層上にコンタクト層６Ａとしてｎ型のＩｎＧａＡｓを約５００Å成長し、本発明によるＨＢＴを作製した。このようにして作製したＨＢＴについて特性の測定を行ったところ、本発明によるＨＢＴにおいては、従来トランジスタの増幅率とベースのシート抵抗（ＢＲｓ）の比β／ＢＲｓ＝０．４６であったものがβ／ＢＲｓ＝０．５０となる効果が得られた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、コンタクト層を、電極金属と接しておりＩｎ組成が電極金属と良好なオーミック接触状態を得るのに必要な値となっている第１の層と、格子緩和の影響の低減のため第１の層に接して設けられＩｎ組成がその層厚方向に沿って不連続に変化する層界面が少なくとも１つ設けられている第２の層とを含む構成としたので、コンタクト層の格子緩和による、エミッタ層及びベース層の各結晶の劣化が低減され、従来の手法によるコンタクト層を用いた場合に比べ、トランジスタの増幅率とベースのシート抵抗（ＢＲｓ）の比、β／ＢＲｓが高いＨＢＴを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジスタ製造用の化合物半導体エピタキシャル基板の層構造を模式的に示す層構造図。
【図２】図１に示したエピタキシャル基板を用いて作製されたヘテロ接合バイポーラトランジスタの層構造の一例を示す図。
【符号の説明】
１　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
６　コンタクト層
６Ａ　第１の層
６Ｂ　第２の層
１０　エピタキシャル基板
２０　トランジスタ
【図１】
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【図２】
2004079678.tif 000004