(57)【要約】【課題】ｐ型キャリアの移動度を向上させ、且つベース抵抗を小さくすることが可能な構造のＨＢＴ用エピタキシャルウェハを提供すること。【解決手段】ｎ型のコレクタ層３と、ｐ型のＧａＡｓ系半導体から成るベース層４と、ｎ型のＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＡｓから成るエミッタ層５とが順次積層されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造を具備する化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、上記ベース層４の平面内に、選択的に、よりバンドギャップの小さい半導体から成る量子井戸領域１４ｂを形成し、該量子井戸にｐ型キャリアの２次元ホールガスを発生させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型のコレクタ層と、ｐ型のＧａＡｓ系半導体から成るベース層と、ｎ型のＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＡｓから成るエミッタ層とが順次積層されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造を具備する化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
上記ベース層の平面内に、選択的に、よりバンドギャップの小さい半導体から成る量子井戸領域を形成し、該量子井戸にｐ型キャリアの２次元ホールガスを発生させ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２】
請求項１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、
上記量子井戸領域を上記ベース層の平面内に多数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３】
請求項１又は２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、
上記ｐ型のＧａＡｓ系半導体ベース層がｐ型のＧａＡｓから成り、その平面内に選択的に形成した上記量子井戸領域がアンドープのＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＳｂ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４】
請求項１又は２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、
上記ｐ型のＧａＡｓ系半導体ベース層がｐ型のＡｌＧａＡｓから成り、その平面内に選択的に形成した上記量子井戸領域がアンドープのＧａＡｓ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体エピタキシャルウェハ、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴ）を実現するエピタキシャルウェハ（以下ＨＢＴ用エピタキシャルウェハ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、例えば図５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ｎ-型ＧａＡｓ（キャリア濃度１〜３０×１０l6cm-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）、ノンアロイ層６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（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このように従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいて、ＧａＡｓ基板上にＨＢＴ積層構造を成長させる場合、ベース層は、通常、炭素などのｐ型ドーパントを添加した単層構造となっている。
【特許文献１】特開２０００−３４０５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハには次のような課題があった。
【０００７】
ＨＢＴの高周波応答特性の目安となる最大発振周波数（以下ｆmax）は、ベース抵抗（Ｒb）の平方根に反比例する。すなわちベース抵抗が小さいほどｆmaxは大きくなり、より高周波での動作が可能になる。ベース抵抗を小さくするためには、より高密度のｐ型ドーパントをより高い移動度を保ったままドーピングする必要がある。
【０００８】
しかしｐ型キャリアは、ｎ型キャリアに比べ一般的に移動度が小さく、ドーピング量を増やしてもベース抵抗を下げる効果が限られてしまうのが問題であった。図６に、このベース抵抗（Ｒb）と最大発信周波数（ｆmax）の関係を示す。
【０００９】
【数１】
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ここで、ｆmax：最大発振周波数、ｆT：電流利得遮断周波数、Ｃbc：コレクタ容量、Ｒb：ベース抵抗である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ｐ型キャリアの移動度を向上させ、且つベース抵抗を小さくすることが可能な構造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提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ベース層のｐ型キャリアを２次元ホールガス化することにより移動度を向上させ、ベース抵抗を小さくしたものである。
【００１２】
具体的には、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。
【００１３】
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、ｎ型のコレクタ層と、ｐ型のＧａＡｓ系半導体から成るベース層と、ｎ型のＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＡｓから成るエミッタ層とが順次積層されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造を具備する化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、上記ベース層の平面内に、選択的に、よりバンドギャップの小さい半導体から成る量子井戸領域を形成し、該量子井戸にｐ型キャリアの２次元ホールガスを発生させることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１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、上記量子井戸領域を上記ベース層の平面内に多数形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２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、上記ｐ型のＧａＡｓ系半導体ベース層がｐ型のＧａＡｓから成り、その平面内に選択的に形成した上記量子井戸領域がアンドープのＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＳｂから成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１又は２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、上記ｐ型のＧａＡｓ系半導体ベース層がｐ型のＡｌＧａＡｓから成り、その平面内に選択的に形成した上記量子井戸領域がアンドープのＧａＡｓから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００１８】
請求項１の発明によれば、ベース層の平面内に、選択的に、よりバンドギャップの小さい半導体から成る量子井戸領域が形成され、この量子井戸にホールが落ち込んでｐ型キャリアの２次元ホールガスが発生する。したがって、このｐ型キャリアの２次元ホールガス化により移動度が向上するため、ドーピング量を増やして効果的にベース抵抗を下げることができる。このベース抵抗が低減した結果として、高周波での利得が増大し、雑音が低下する。
【００１９】
よって、本発明により、最大発振周波数ｆmaxの大きなＨＢＴを製作可能なＨＢＴ用エピタキシャルウェハを得ることができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、上記量子井戸領域を上記ベース層の平面内に多数形成しているため、ヘテロ接合界面に形成される量子井戸へのホールの落ち込みを多くして、十分なホールを量子井戸に留めておくことができる。
【００２１】
ベース層の構成としては、基本となる材料であるｐ型のＧａＡｓ系半導体ベース層がｐ型のＧａＡｓから成り、その平面内に選択的に形成した上記量子井戸領域がアンドープのＩｎＧａＡｓ又はＧａＡｓＳｂから成る構成がある。また、上記ｐ型のＧａＡｓ系半導体ベース層がｐ型のＡｌＧａＡｓから成り、その平面内に選択的に形成した上記量子井戸領域がアンドープのＧａＡｓから成る構成でもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明によるＨＢＴ用エピタキシャルウェハの１例である。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、従来例と同様に、基本的には、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ｎ-型ＧａＡｓ（キャリア濃度１〜３０×１０l6cm-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）、ノンアロイ層６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。
【００２４】
具体的には、この図１の場合、順次、サブコレクタ層２として７００nmのｎ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度５×１０18cm-3）、コレクタ層３として７００nmのｎ-型ＧａＡｓ（キャリア濃度２×１０l6cm-3）、ベース層４として厚さ７０nmのｐ+型ＧａＡｓ（キャリア濃度４×１０19cm-3）、エミッタ層５として４０nmのｎ型ＩｎＧａＰ（キャリア濃度３×１０17cm-3）、ノンアロイ層６として１００nmのｎ+型ＩｎＧａＡｓ（キャリア濃度２×１０19cm-3）を成長した構成となっている。
【００２５】
しかし、従来例と異なり、ベース層４は、ｐ型のＧａＡｓ系半導体から成るベース層１４ａの平面内に、選択的によりバンドギャップの小さい半導体から成る多数の量子井戸領域１４ｂを形成した構造となっている。ここでｐ型のＧａＡｓ系半導体から成るベース層（ベース層基礎部）１４ａは炭素などのｐ型ドーパントをドープしたｐ−ＧａＡｓから成り、またその平面内に選択的に形成された各量子井戸領域１４ｂはノンドープのｕｎ−ＩｎＧａＡｓから成り、ベース層４の全体は、この両者を平面内で平行な方向に重ねた多層構造となっている。
【００２６】
各量子井戸領域１４ｂは、この実施形態の場合、図３に示すようにドット状に設けられる。この図３のようなドット状の構造を作製する場合には、例えば、ｐ−ＧａＡｓエピタキシャルウェハ上にリソグラフィーによって、微細な穴が多く空いたパターンを形成し、それらの穴部分をエッチングによって除去し、穴部分にｕｎ−ＩｎＧａＡｓを再成長させるといった方法が利用できる。
【００２７】
上記の如く構成したＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおけるベース層４のエネルギーダイアグラムを図２に示す。この図２はベース層４の平面方向への図である。
【００２８】
ベース層４を、ベース層基礎部１４ａの平面内に選択的に量子井戸領域１４ｂを形成した構造としたことにより、図２で示した様に、量子井戸へホールが落ち込み２次元ホールガス１５として溜まることになる。したがって、別途にベース抵抗を小さくできる。
【００２９】
上記実施形態では、ベース層４のベース層基礎部１４ａと量子井戸領域１４ｂの材料の組み合わせを、ｐ−ＧａＡｓとｕｎ−ＩｎＧａＡｓの組み合わせの場合について説明したが、ｐ−ＡｌＧａＡｓとｕｎ−ＧａＡｓの組み合わせや、ｐ−ＧａＡｓとｕｎ−ＧａＡｓＳｂの組み合わせ、といったバンドギャップの大きいｐ型半導体とそれよりもバンドギャップの小さい半導体の組み合わせによることが可能である。
【００３０】
また上記実施形態では、ベース層基礎部１４ａの平面内に選択的にドット状量子井戸領域１４ｂを形成した構造について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、半導体加工技術と組合せて、図４のようにストライプ状に量子井戸領域１４ｂをエピタキシャル成長させることもできる。このストライプ状のベース層構造は、例えば、電子ビーム露光によって細線パターンを形成し、上記と同様に、この細線部を除去し、この細線部のスリット穴部分１４ｃにｕｎ−ＩｎＧａＡｓを再成長させるといった方法で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいて、ベース層に２次元ホールガスが発生する様子を示すエネルギーダイアグラムである。
【図３】本発明の一実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハのベース層の構造を示す模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハのベース層の構造を示す模式図である。
【図５】従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハを示す模式図である。
【図６】ＨＢＴのベース抵抗とｆmaxの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
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
６  ノンアロイ層
１４ａ  ベース層基礎部
１４ｂ  量子井戸領域
１４ｃ  スリット穴部分
１５  ２次元ホールガス
【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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