(57)【要約】本発明は、加工ダメージのあるｐ型窒化物半導体上にＩｎを含むｐ型窒化物半導体を再成長することにより、加工ダメージが修復され、オーミック特性が大幅に改善されたｐ型窒化物半導体構造を提供すること、また、電流利得および立ち上がり電圧を大幅に改善することができるｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタを提供することである。エッチングによる加工を施したｐ型窒化物半導体（２）上に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体層（８）を設ける。また、ベース層がｐ型窒化物半導体であるバイポーラトランジスタにおいて、エミッタ層（１）をエッチングすることにより露出されたｐ型ＩｎＧａＮベース層（２）の表面に、再成長させたＩｎを含むｐ型ＩｎＧａＮベース層（８）を設ける。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングによる加工を施したｐ型窒化物半導体上に、再成長させたＩｎを含むｐ型窒化物半導体層を設けたことを特徴とするｐ型窒化物半導体構造。
【請求項２】
前記Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体層が、ｐ型ＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載のｐ型窒化物半導体構造。
【請求項３】
基板上に、ｎ型コレクタ層と、該ｎ型コレクタ層上に設けられたｐ型ベース層と、該ｐ型ベース層上に設けられたｎ型エミッタ層とを備え、該ｎ型エミッタ層をエッチングすることにより露出された前記ｐ型ベース層の表面に、再成長させたＩｎを含むｐ型窒化物半導体層を設けたことを特徴とするｐ型窒化物半導体構造。
【請求項４】
前記ｐ型窒化物半導体層が、ｐ型ＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項３に記載のｐ型窒化物半導体構造。
【請求項５】
前記ｐ型ベース層が、ｐ型ＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のｐ型窒化物半導体構造。
【請求項６】
前記ｐ型ＩｎＧａＮベース層のＩｎ組成は５〜３０％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のｐ型窒化物半導体構造。
【請求項７】
前記ｐ型窒化物半導体層のＩｎ組成は、前記ｐ型ＩｎＧａＮベース層のＩｎ組成よりも高いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のｐ型窒化物半導体構造。
【請求項８】
基板上に、ｎ型コレクタ層と、該ｎ型コレクタ層上に設けられたｐ型ベース層と、該ｐ型ベース層上に設けられたｎ型エミッタ層とを備え、前記ｐ型ベース層がｐ型窒化物半導体であるバイポーラトランジスタにおいて、
前記ｎ型エミッタ層をエッチングすることにより露出された前記ｐ型ベース層の表面に、再成長させたＩｎを含むｐ型窒化物半導体層を設けたことを特徴とするｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記ｐ型窒化物半導体層が、ｐ型ＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項８に記載のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタ。
【請求項１０】
前記ｐ型ベース層が、ｐ型ＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項８又は９に記載のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタ。
【請求項１１】
前記ｐ型ベース層と前記ｎ型コレクタ層との間にＩｎ組成を徐々に変化させたグレーデッド層を設けたことを特徴とする請求項８，９又は１０に記載のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタ。
【請求項１２】
前記ｐ型ＩｎＧａＮベース層のＩｎ組成は５〜３０％であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタ。
【請求項１３】
前記ｐ型窒化物半導体層のＩｎ組成は、前記ｐ型ＩｎＧａＮベース層のＩｎ組成よりも高いことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ｐ型窒化物半導体構造及びバイポーラトランジスタに関し、より詳細には、窒化物半導体を有するｐ型窒化物半導体構造及び高出力パワーアンプなどに利用されるｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタに関するものである。
【背景技術】  一般に、窒化物半導体は、バンドギャップが大きいという特徴を有するので、様々な光・電子デバイスに用いられている。エッチングなどで加工したｐ型窒化物半導体の表面は、加工によってダメージを受ける。このダメージは、ｎ型の伝導性を示すために、加工したｐ型窒化物半導体の表面にオーミック電極を形成しても良好な電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を得ることができない（例えば、非特許文献１；Ｔ．Ｍａｋｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｋｕｍａｋｕｒａ，ａｎｄ  Ｎ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２２１，Ｐ．３５０−３５５（２０００）参照、また、非特許文献２；Ｔ．Ｍａｋｉｍｏｔｏ，Ｋ．Ｋｕｍａｋｕｒａ，ａｎｄ  Ｎ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ）１８８，Ｎｏ．１，Ｐ．１８３−１８６，（２００１）参照）。
このダメージの影響を減少させることを目的として、ダメージを受けた層の上に、新たにｐ型半導体を成長する方法が報告されている。ここでは、ベース層がｐ型窒化物半導体であるｎｐｎ型窒化物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ；Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に関する研究を中心に説明する。
ＦＩＧ．９Ａ〜ＦＩＧ．９Ｅは、ＨＢＴを作製する典型的なプロセスの一例を示す図で、ＦＩＧ．９ＡはＨＢＴ構造の結晶成長、ＦＩＧ．９Ｂはエッチングによるベース層の面出し、ＦＩＧ．９Ｃはエッチングによるサブ・コレクタ層の面出し、ＦＩＧ．９Ｄはベース層へのｐ型電極の形成、ＦＩＧ．９Ｅはエミッタ層及びサブ・コレクタ層へのｎ型電極の形成状態を各々示す図である。
ＦＩＧ．９Ａに示すように、ＨＢＴ構造は、ｎ型サブ・コレクタ層２４と、このｎ型サブ・コレクタ層２４上に積層されたｎ型コレクタ層２３と、このｎ型コレクタ層２３上に積層されたｐ型ＩｎＧａＮベース層２２と、このｐ型ＩｎＧａＮベース層２２上に積層されたｎ型ＧａＮエミッタ層２１とから構成されている。次に、ＦＩＧ．９Ｂに示すように、エッチングによりベース層２２の面出しを行う。次に、ＦＩＧ．９Ｃに示すように、エッチングによりｎ型サブ・コレクタ層２４の面出しを行う。次に、ＦＩＧ．９Ｄに示すように、面出しされたベース層２２上にｐ型電極（ベース電極）２５を形成する。次に、ＦＩＧ．９Ｅに示すように、エミッタ層２１及び面出しされたｎ型サブ・コレクタ層２４上にｎ型電極２６を形成する。
このようなＨＢＴ作製プロセスでは、ベース電極２５を形成するために、エミッタ層２１をエッチングで除去してベース層２２の表面を露出させる。この露出したベース層２２の表面にベース電極２５を形成する。この露出したベース層２２の表面は、エッチングダメージを受けているために、ベース層２２がｐ型ＧａＮの場合のベース電極は良好なＩ−Ｖ特性を示さない。さらに、作製したＨＢＴは良好なエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性を示さない。
つまり、従来のＨＢＴのエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性では、電流利得が小さく、また、立ち上がり電圧が大きいという問題があった。このベース層の表面のダメージの影響を減少させることを目的として、ダメージを受けたｐ型窒化物半導体ベース層の上に、新たなｐ型半導体を成長する方法が報告されている。
以下、これらの従来方法について説明する。
ダメージの影響を減少させるための一番目の方法は、ダメージを受けた表面にｐ型ＧａＮを再成長する方法である（例えば、非特許文献３；Ｌ．Ｓ．ＭｃＣａｒｔｈｙ，Ｐ．Ｋｏｚｏｄｏｙ，Ｍ．Ｊ．Ｗ．Ｒｏｄｗｅｌｌ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｕ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ，ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．６，Ｐ．２７７−２７９（１９９９）参照、また、非特許文献４；Ｂ．Ｓ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，Ｄ．Ｊ．Ｈ．Ｌａｍｂｅｒｔ，Ｊｉａｎ  Ｊａｎｇ  Ｈｕａｎｇ，Ｍ．Ｍ．Ｗｏｎｇ，Ｕ．Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ，Ｔｉｎｇ  Ｇａｎｇ  Ｚｈｕ，Ｈ．Ｋ．Ｋｗｏｎ，Ｚ．Ｌｉｌｉｅｎｔａｌ−Ｗｅｂｅｒ，Ｍ．Ｂｅｎａｒａｍａ，Ｍ．Ｆｅｎｇ，Ｒ．Ｄ．Ｄｕｐｕｉｓ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．３，Ｐ．４９０−４９４（２００１）参照）。
ＦＩＧ．１０は、エッチングダメージを受けたｐ型ＧａＮにｐ型ＧａＮを再成長した場合の従来例に係るＨＢＴ構造を示す模式図で、ｐ型窒化物半導体ベース層の上に、新たなｐ型半導体を成長させた従来のＨＢＴ構造を示す模式図である。このＨＢＴ構造は、ｎ型ＧａＮサブ・コレクタ層３４と、このｎ型ＧａＮサブ・コレクタ層３４上に積層されたｎ型ＧａＮコレクタ層３３と、このｎ型ＧａＮコレクタ層３３上に積層されたｐ型ＧａＮベース層３２と、このｐ型ＧａＮベース層３２上に積層されたｎ型ＡｌＧａＮエミッタ層３１と、面出しされたｐ型ＧａＮベース層３２上に形成された外部再成長ｐ型ＧａＮベース層３５とから構成され、面出しされたｎ型ＧａＮサブ・コレクタ層３４上にはコレクタ電極３７が形成され、外部再成長ｐ型ＧａＮベース層３５上にはベース電極３６が形成され、ｎ型ＡｌＧａＮエミッタ層３１上にはエミッタ電極３８が形成されている。
しかしながら、上述したいずれの非特許文献に記載のものも、ベース層の再成長を行なっているのにもかかわらず、ＨＢＴの電流利得は１０以下であり、大きな値は得られていない。
また、上述した非特許文献３では、エミッタ接地Ｉ−Ｖ特性における立ち上がり電圧は、４Ｖ以上である。さらに、上述した非特許文献４では、報告されているエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性は漏れ電流が大きいので、立ち上がり電圧を測定することは不可能である。
このように、エッチングによって露出したベース層の上にｐ型ＧａＮを再成長（「外部ベース層」と呼ぶこともある）しても、ＨＢＴの特性はほとんど改善されなかった。ｐ型窒化物半導体の典型的な例であるｐ型ＧａＮを用いた再成長の場合では、再成長界面に存在する加工ダメージを修復できなかったために、ＨＢＴの特性が改善されなかったものと考えられる。このことは、良好なＨＢＴを作製するためには、再成長する材料が重要であることを示している。
二番目の方法は、ｐ型ＧａＮを再成長する代わりに、ダメージを受けた表面にｐ型ＧａＡｓを再成長する方法である（例えば、非特許文献５；Ｋ．Ｐ．Ｌｅｅ，Ａ．Ｐ．Ｚｈａｎｇ，Ｇ．Ｄａｎｇ，Ｆ．Ｒｅｎ，Ｊ．Ｈａｎ，Ｓ．Ｎ．Ｇ．Ｃｈｕ，Ｗ．Ｓ．Ｈｏｂｓｏｎ，Ｊ．Ｌｏｐａｔａ，Ｃ．Ｒ．Ａｂｅｒｎａｔｈｙ，Ｓ．Ｊ．Ｐｅａｒｔｏｎ，Ｊ．Ｗ．Ｌｅｅ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ４５，Ｐ．２４３−２４７（２００１）参照）。ｐ型ＧａＡｓの正孔濃度は１０２０ｃｍ−３であり、室温におけるｐ型ＧａＮの正孔濃度よりも１００倍以上も高い。良好なＨＢＴ特性を得ることを目的として、この高い正孔濃度に注目した報告である。
しかしながら、ｐ型ＧａＡｓの再成長を行なっても、エミッタ接地Ｉ−Ｖ特性における電流利得は５以下、立ち上がり電圧は３．５Ｖ以上であり、良好なＨＢＴ特性が得られていない。この場合も、ｐ型ＧａＮベース層とｐ型ＧａＡｓ成長層の間に存在する加工ダメージを修復することができなかったために、ＨＢＴ特性が改善されなかったものと考えられる。このことは、ただ単に、加工ダメージを受けたｐ型ＧａＮの上に再成長した層の正孔濃度を高くしても、良好なＨＢＴを作製することはできないことを示している。
この他に特許文献として、特開平５−１７５２２５号公報及び特開平５−２９１２８２号公報がある。この公報のものは、接合容量の低減化を図るために、ｐ型ＧａＡｓ外部ベース層を高抵抗化したＡｌＧａＡｓ外部エミッタ層上に再成長させたものである。また、特開平７−２４５３１６号公報のものは、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層上にｎ型ＩｎＧａＰエッチングストッパ層を介してｐ型ＧａＡｓ外部ベース層を形成したものである。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加工したｐ型窒化物半導体の表面上に良好なオーミック電極を形成することが困難であった点を解決し、良好なオーミック電極を形成することのできるｐ型窒化物半導体構造を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、従来のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタの電流利得が他の半導体で作製したバイポーラトランジスタの電流利得よりも著しく小さかった点を解決し、電流利得を飛躍的に向上させたｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、従来のｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタの立ち上がり電圧がバンドギャップから予想される値よりも著しく大きかった点を解決し、バンドギャップから予想される値に近い値まで減少させることのできるｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタを提供することにある。
【発明の開示】
本発明は、エッチングによる加工を施したｐ型窒化物半導体上に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体層を設けたことを特徴とするｐ型窒化物半導体構造である。
また、本発明は、ベース層がｐ型窒化物半導体であるバイポーラトランジスタにおいて、エミッタ層をエッチングすることにより露出されたｐ型ベース層の表面に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体層を設けたことを特徴とするｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタである。
すなわち、本発明は、加工したｐ型窒化物半導体上にＩｎを含むｐ型窒化物半導体を再成長した構造であることを最も主要な特徴とする。なお、従来の技術とは、再成長したｐ型窒化物半導体にＩｎが含まれている点が異なる。
加工ダメージを受けたｐ型窒化物半導体上にＩｎを含むｐ型窒化物半導体を成長させた場合には、Ｉｎ原子によって良好な再成長界面が得られ、加工ダメージを大幅に減少させることができる。その結果、良好なオーミック電極を形成することができる。本発明をバイポーラトランジスタの外部ｐ型ベース層の再成長に適用すれば、加工ダメージにより発生するベース漏れ電流が減少する。その結果、飛躍的な電流利得の向上及び低い立ち上がり電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】  ＦＩＧ．１は、本発明のＨＢＴ構造を示す模式図である。
ＦＩＧ．２は、実施例で使用したｎｐｎ型ＨＢＴの層構造を示す模式図である。
ＦＩＧ．３は、ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層の再成長を行なった後の様子を示す模式図である。
ＦＩＧ．４は、実施例における再成長ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層付近の詳細を示した図である。
ＦＩＧ．５は、ｐ型ＩｎＧａＮを再成長した場合のＩ−Ｖ特性（本発明）と再成長をしなかった場合（従来構造）のＩ−Ｖ特性の比較図である。
ＦＩＧ．６は、従来の方法で作製したＨＢＴのエミッタ接地特性の一例を示す図である。
ＦＩＧ．７は、実施例におけるＨＢＴのエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
ＦＩＧ．８は、立ち上がり電圧を調べるために、小さな電流値で測定したエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
ＦＩＧ．９Ａ〜ＦＩＧ．９Ｅは、ＨＢＴを作製する典型的な従来のプロセス（再成長無し）の一例を示す図である。
ＦＩＧ．１０は、エッチングダメージを受けたｐ型ＧａＮにｐ型ＧａＮを再成長した場合の従来例に係るＨＢＴ構造を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
ＦＩＧ．１は、本発明のＨＢＴ構造を示す模式図で、ｐ型窒化物半導体バイポーラトランジスタの構成図である。
このＨＢＴ構造は、ｎ型ＧａＮサブ・コレクタ層５と、このｎ型ＧａＮサブ・コレクタ層５上に積層されたｎ型ＧａＮコレクタ層４と、このｎ型ＧａＮコレクタ層４上に積層されたグレーデッドＩｎＧａＮ層３と、このグレーデッドＩｎＧａＮ層３上に積層されたｐ型ＩｎＧａＮベース層２と、このｐ型ＩｎＧａＮベース層２上に積層されたｎ型ＧａＮエミッタ層１と、面出しされたｐ型ＩｎＧａＮベース層２上に形成された外部再成長ｐ型ＩｎＧａＮベース層８とから構成されていて、面出しされたｎ型ＧａＮサブ・コレクタ層５上にはコレクタ電極１０が形成され、外部再成長ｐ型ＩｎＧａＮベース層８上にはベース電極９が形成され、ｎ型ＧａＮエミッタ層１上にはエミッタ電極１１が形成されている。
このＨＢＴは、ベース層２がｐ型窒化物半導体であるＨＢＴにおいて、エミッタ層１をエッチングすることにより露出させたｐ型ベース層２の表面に、Ｉｎを含むｐ型窒化物半導体層８を成長させたｐ型窒化物半導体ＨＢＴである。本発明におけるｐ型ベース層２は、Ｉｎを含むｐ型ＩｎＧａＮである。
以下に、本発明のＨＢＴの作製方法について説明する。
まず、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いてＳｉＣ基板７上にｎｐｎ型ＨＢＴを作製した。ＦＩＧ．２は、成長した層構造を示す模式図である。エミッタ層１はｎ型ＧａＮ（Ｓｉ；５×１０１９ｃｍ−３、４０ｎｍ）、ベース層２はｐ型ＩｎＧａＮ（Ｉｎ；７％、Ｍｇ；１×１０１９ｃｍ−３、１００ｎｍ）、グレーデッド層３はＩｎＧａＮ（３０ｎｍ）、コレクタ層４はｎ型ＧａＮ（Ｓｉ；１×１０１７ｃｍ−３、５００ｎｍ）、サブ・コレクタ層５はｎ型ＧａＮ（１μｍ）、バッファー層６はＡｌＮ（１００ｎｍ）、基板７はＳｉＣであり、ダブルヘテロ構造を採用した。コレクタ層４はトリメチルガリウム、アンモニアを用いて１０００℃で成長した。グレーデッドＩｎＧａＮ層３、ベース層２、コレクタ層４は、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、アンモニアを用いて７８０℃で成長した。ｐ型不純物にはＭｇ原子を用い、ｎ型不純物にはＳｉ原子を用いた。ＩｎＧａＮ中のＩｎ組成は、Ｘ線二結晶法を用いて、ＩｎＧａＮ結晶が完全に緩和していると仮定して、ベガード則を適用して求めた。また、測定に用いたＩｎＧａＮの厚膜は１００ｎｍから２００ｎｍ程度である。
ベース層２にはｐ型ＩｎＧａＮを用いているが、このｐ型ＩｎＧａＮのＩｎ組成が大きくなるとＧａＮとの格子定数差が大きくなるため、欠陥密度が増加する。この結果、少数キャリアの寿命が短くなるので、電流利得が小さくなる恐れがある。そこで、本実施例におけるｐ型ＩｎＧａＮのＩｎ組成は７％と比較的小さな値を用いた。これに対して、Ｉｎ組成が小さいと加工ダメージの影響が大きくなるので（例えば、非特許文献１参照）、電流利得と加工ダメージの関係はトレードオフの関係にあると考えられる。かかる点から、ｐ型ＩｎＧａＮベース層２のＩｎ組成は、５％から３０％程度が望ましく、ｐ型窒化物半導体層８のＩｎ組成は、ｐ型ＩｎＧａＮベース層２のＩｎ組成よりも高いことが望ましい。
また、ｐ型ＩｎＧａＮベース層２とｎ型ＧａＮコレタタ層４とを単純に接合させると、ベース層２とコレクタ層４との間に伝導帯不連続によるスパイクが発生する。このスパイクは、エミッタ層１からベース層２に注入された電子がコレタタ層４へ走行するのを妨げるので、電流利得を減少させる。この影響を無くすために、ベース層２とコレクタ層４との間にＩｎ組成を徐々に変化させたグレーデッドＩｎＧａＮ層３を挿入した。
まず、塩素ガスを用いたドライエッチング（反応性イオンエッチング）によって、ＦＩＧ．２に示すＨＢＴ層構造を加工し、ベース層２の表面およびサブ・コレクタ層５の表面を露出させた。
次に、ｐ型窒化物半導体層８を再成長させたくない部分をＳｉＯ２マスクで覆った。その後、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、シクロペンタジエニルマダネシウム（Ｍｇ原子の原料ガス）、アンモニアを用いて、ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８をｐ型ＩｎＧａＮベース層２上に再成長させた。この再成長の成長温度は、ベース層２を成長させた温度（本実施例では７８０℃）よりも低い温度とすることが望ましいので、本実施例では７５０℃とした。
この再成長させるｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８のＩｎ組成は、ｐ型ＩｎＧａＮ層２のＩｎ組成よりも高いことが望ましい。ＦＩＧ．３は、再成長を行なった後の様子を示す模式図である。この後、ＳｉＯ２マスク１２をＨＦで除去し、各電極（ベース電極９、コレクタ電極１０、エミッタ電極１１）を電子ビーム蒸着により形成した。このようにして、ＦＩＧ．１に示したＨＢＴを最終的に作製した。この場合、エミッタ電極１１の大きさは、５０μｍ×３０μｍである。
本実施例で再成長させたｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８の詳細な構造をＦＩＧ．４に示す。エッチングして露出させたｐ型ＩｎＧａＮベース層２上には、Ｉｎ組成が２０％のｐ型ＩｎＧａＮ層１７を１００ｎｍ再成長し、引き続き、Ｉｎ組成が３０％の厚さの薄いｐ型ＩｎＧａＮ層１３を２ｎｍ成長した。これらの再成長ｐ型ＩｎＧａＮ層に含まれるＭｇ濃度は４×１０１９ｃｍ−３である。本実験例のように、Ｉｎ組成が３０％の厚さの薄いｐ型ＩｎＧａＮ層１３とＩｎ組成が２０％のｐ型ＩｎＧａＮ層１２の間には、結晶の歪みによる分極電荷１４が発生する。この分極電荷が大きいことが窒化物半導体の特徴であり、ＧａＡｓ系やＩｎＰ系の化合物半導体では分極電荷の大きさは無視できるほど小さい。Ｉｎ組成が低いＩｎＧａＮの上にＩｎ組成が高いＩｎＧａＮを成長した場合には、その界面に負の分極電荷が発生する。この性質を生かして、ｐ型窒化物半導体と金属の間の接触抵抗を低くすることができる（例えば、特開２００３−００７９９８号公報「低抵抗窒化物半導体およびその作製方法」（熊倉、牧本、小林）、あるいは、非特許文献６：Ｋ．Ｋｕｍａｋｕｒａ，Ｔ．Ｍａｋｉｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｎ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７９，Ｎｏ．１６，ｐｐ．２５８８−２５９０（２００１）参照）。
つまり、この厚さの薄いｐ型ＩｎＧａＮ層は金属との接触抵抗を小さくする役割であり、本発明の本質的な部分についての記載はない。これに対して、ｐ型ＩｎＧａＮベース層２上に再成長した厚さが１００ｎｍでＩｎ組成が２０％のｐ型ＩｎＧａＮ層１７の再成長が本発明の本質的な部分であることに注意が必要である。
この２０％のｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層１７のＭｇ濃度は、７％のｐ型ＩｎＧａＮベース層２よりも高いことが望ましい。一方、Ｍｇ濃度が高くなりすぎると正孔キャリア濃度が減少することがわかっている。以上のことから、Ｍｇ濃度は、１×１０１９ｃｍ−３から２×１０２０ｃｍ−３の間であることが望ましい。また、２０％のｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層１７の厚さが薄いと再成長の効果が期待できず、厚い場合にはデバイス作製の障害となる恐れがある。従って、この厚さは１ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが望ましい。
ここで、ＦＩＧ．４に示したようにエッチングによる欠陥は、ｐ型ＩｎＧａＮベース層２の上に正の電荷１６を発生させる。この正の電荷１６がオーミック特性を悪くしている原因である。本実施例では、このＩｎ組成が２０％のｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層１７が完全に歪んでいるわけではないが、この層とＩｎ組成が７％のｐ型ＩｎＧａＮベース層２の間にもある程度の負の分極電荷１５が発生することが期待できる。この負の電荷１５が欠陥による正の電荷１６を打ち消すことによって、オーミック特性が良好になることが期待できる。従って、再成長ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層１７のＩｎ組成は、ｐ型ＩｎＧａＮベース層２のＩｎ組成よりも高いことが望ましい。
本実施例で再成長させたｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８上に２つのＰｄ／Ａｕ電極９を形成し、その電極間のＩ−Ｖ特性を測定した。電極の大きさは、５０μｍ×８０μｍであり、その間隔は２０μｍである。電極がついていない部分は、再成長ベース層８を再成長していない。このため、すべての電流は、７％のｐ型ＩｎＧａＮベース層２と２０％の再成長ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層１７の界面を通過することになる。
ＦＩＧ．５は、ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８を再成長させた場合のＩ−Ｖ特性（実施例）と再成長をしなかった場合（従来方法）とのＩ−Ｖ特性の比較図である。従来方法では、エッチングダメージのために、良好なオーミック特性が得られなかった。これに対して、本実施例のように、ｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８を再成長させた場合には、Ｉ−Ｖ特性が大幅に改善されていることがわかる。
本発明を使用せずに、ＦＩＧ．９の典型的なＨＢＴプロセスによって、ＨＢＴを作製した。非特許文献２で紹介されているエミッタ接地特性の一例を図５に示す。このＨＢＴでは、ｐ型ＩｎＧａＮ層をベース層に用いているので、加工ダメージはｐ型ＧａＮの場合よりも少ない。それにもかかわらず、電流利得の最大値は２０程度であり、立ち上がり電圧は６Ｖ程度である。立ち上がり電圧が期待値から予想される値からのズレは５Ｖ以上である。
これに対して、本実施例におけるＨＢＴのエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性をＦＩＧ．７に示す。電流利得の最大値は３０００以上である。ＦＩＧ．８は、立ち上がり電圧を調べるために、小さな電流値で測定したエミッタ接地Ｉ−Ｖ特性である。ＦＩＧ．８から、立ち上がり電圧は０．２７Ｖであることがわかる。ｎ型ＧａＮエミッタ層１とＩｎ組成が７％のｐ型ＩｎＧａＮベース層２の伝導帯不連続量は０．２Ｖであるので、この不連続量にほぼ等しい立ち上がり電圧が得られた。立ち上がり電圧が期待値から予想される値からのズレは０．１Ｖ以下である。このように、従来方法で作製した場合に比べ、本実施例におけるＨＢＴは、電流利得は１００倍以上に大幅に増加し、立ち上がり電圧が期待値から予想される値からのズレも１／５０以下に激減した。
以上のように、再成長層にｐ型ＩｎＧａＮ外部ベース層８を用いることにより、ＨＢＴの特性を大幅に改善することができる。ｐ型窒化物半導体に含まれるＩｎ原子によって、加工ダメージが修復されたためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明では、加工ダメージのあるｐ型窒化物半導体の上にＩｎを含むｐ型窒化物半導体を再成長することにより、加工ダメージが修復され、オーミック特性が大幅に改善される。このため、本発明をＨＢＴのベース層に適用すれば、電流利得および立ち上がり電圧を大幅に改善することができるという利点がある。
【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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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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