(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたコレクタまたはエミッタ層と、該コレクタまたはエミッタ層上に形成されたベース層と、該ベース層上に形成されたエミッタまたはコレクタメサとからなり、ベース電極はベース層上に形成されており、さらにベース層の自由表面と接触しメサの側面と接触している電気絶縁素子を含み、
前記メサがｎドーピングされたＧａｘＩｎ１−ｘＰによって構成され、ベース層はｐドーピングされたＧａＡｓによって構成され、電気絶縁素子はホウ素を２．５〜５×１０１２ｃｍ−２のインプランテーション量含むＧａｘＩｎ１−ｘＰによって形成され、
前記絶縁素子の幅が前記メサの幅と同じ大きさである、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を基材とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記電気絶縁素子がメサの両側面にそれぞれ１ミクロンの幅を有し、前記メサが２ミクロンの幅を有している、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】
メサが表面上に、ＴｉＷＳｉ、ＷＮ、またはＴｉＷでできたオーム接触層を含む、請求項１または２に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項４】
トランジスタを覆うパッシベーション層をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項５】
脚部および中央部を有するヒートシンクをさらに含み、該ヒートシンクの中央部がメサ上にあり、脚部が基板上にある、請求項１から４のいずれか一項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項６】
複数の半導体層のエピタキシャル成長を含み、該半導体層のうちベース層を構成する一つのｐ型にドーピングされたＧａＡｓ層が、エミッタとコレクタとを構成する二つのｎ型にドーピングされた層の間に含まれ、該二つのｎ型にドーピングされた層のうちベース層の上に位置するエミッタまたはコレクタ層がｎドーピングされたＧａｘＩｎ１−ｘＰ層である、請求項１に記載されたＩＩＩ−Ｖ半導体材料を基材とするヘテロ接合バイポーラトランジスタを作成する方法であって、さらに、
ベース層の上に位置するエミッタまたはコレクタ層中に、幅lのマスクを介して電気絶縁性のホウ素イオンを２．５〜５×１０１２ｃｍ−２のインプランテーション量でイオン注入するステップと、
ドーピングされた半導体素子の両側で電気絶縁素子を規定するように、局部的に電気絶縁性にされた層を、幅ｌより大きな幅Ｌのマスクを介してエッチングするステップと
を含む方法。
【請求項７】
ベース層の上に位置するエミッタまたはコレクタ層とベース層とがイオン注入に関して異なる電気伝導率の変化を有する、請求項６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを作成する方法。
【請求項８】
幅ｌのマスクがＴｉ／Ａｕ型の金属で作成される、請求項６または７に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを作成する方法。
【請求項９】
幅ｌのマスクがレジンで作成される、請求項６から８のいずれか一項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを作成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラトランジスタに関し、特に電流が基板の表面に直角に送られる縦型構造ヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。これらのトランジスタはマイクロ波の適用分野に使用される。
【０００２】
【従来の技術】
バイポーラトランジスタは、メサ形成すなわち隆起パターンまたはエンボスパターンにエッチングされた少なくとも一つの表面層を有する、半導体材料層のスタックによって構成される。図１は、基板Ｓ、サブコレクタＳＣ、コレクタＣ、ベースＢおよびエミッタＥを含むヘテロ接合バイポーラトランジスタすなわちＨＢＴの標準的構造を示す。従来は、エミッタの表面上に整合層の重ね合せによってコンタクトＣＥが作られている。側方には、二つのコンタクトＣＢ1、ＣＢ2がベースの両側のコレクタ中に作られる。
【０００３】
この形式の縦型構造は、図１に示す自由表面Ｓ1、Ｓ2において電子／正孔再結合の問題が生じる。この再結合は、電流利得の劣化をもたらす主な要因となる。
【０００４】
トランジスタの寸法が小さいほど、この現象は大きくなり、表面再結合現象の演じる役割はより大きくなる。したがって、このような構造のマイクロ波への適用はこの問題によってひどく不利になる。実際に、マイクロ波動作では、バイポーラトランジスタは、平行に位置するいくつかの基本トランジスタ（フィンガとも呼ばれる）からなる。ベース抵抗を制限するために、エミッタの幅を、したがって各フィンガの幅を制限することが必要である。一般的にはフィンガの幅は、１００ＧＨｚ以下の周波数を使用する適用例では２μｍ程度とすることができ、エミッタのフィンガの長さは約３０ミクロンにすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特にＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ型材料でできたＨＢＴトランジスタに関連して、この問題に関係があるいくつかの解決策がすでにもたらされている。したがって、エミッタとベースとの間の表面上に、非常に薄くしたがって過疎な幅広ギャップを有する半導体材料を残すことによって、パッシベーション層を導入することが提案されている。これは、ベース／パッシベーション層における再結合性の電気欠陥の出現を防止する。さらに具体的には、図２は、エミッタＥが、ベースＢを構成するＧａＡｓ層上に付着されたＧａＡｌＡｓ層の部分エッチングによって得られる特別のアーキテクチャを有する構造を示す。二つのコンタクトＣＢ1、ＣＢ2が、エミッタ層の表面Ｓ'１、Ｓ'２上に作られる。それから適切な処理によって、これらのコンタクトを厚さｅ0に拡散させる。この構成では、以前にはベースの自由表面で良好な条件を有していたベース中の電子／正孔再結合は、ベースの上に維持されるエミッタの厚さｅ0によって制限される。しかしながら、このタイプの構造の問題点は、コンタクトについて達成される拡散を完全に制御することができず、したがって時間と温度による変化を受け続けるかぎり、その安定性が低いことにある。
【０００６】
このため、本発明は、ベースの一部分上に位置しエミッタメサの側面に直接接触する電気絶縁素子によって表面再結合が最小化になる、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを提案する。
【０００７】
本発明は、メサがエミッタメサである構造、ならびにメサコレクタのメサである構造に適用することができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さらに詳しくは、本発明の目的は、コレクタ、ベースおよびエミッタを含み、かつベース上に位置するメサを有し、さらにベースの自由表面と接触しメサの側面と接触している電気絶縁素子を含み、前記素子の幅が前記メサの幅と同じ大きさである、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を基材とするヘテロ接合バイポーラトランジスタである。
【０００９】
本発明の一変形実施例によれば、メサはｐドーピングされたＧａxＩｎ1-xＰによって構成されたエミッタのメサであり、ベースはＧａyＩｎ1-yＡｓによって構成され、電気絶縁素子はホウ素イオンを含むＧａxＩｎ1-xＰによって形成されている。
【００１０】
メサが表面上に、ＴｉＷＳｉ、ＷＮ、ＴｉＷ、またはその他の耐火金属でできたオーム接触層を含むと有利である。
【００１１】
本発明の一変形実施例では、バイポーラトランジスタはパッシベーション層を含む。
【００１２】
本発明の一変形実施例では、バイポーラトランジスタは、一方がメサ上にあり他方が基板上にあるブリッジ形状のヒートシンクを含む。
【００１３】
本発明の目的はまた、エミッタとコレクタとを構成する数個のｎ型（またはｐ型）にドーピングされた層の間に、ベースを構成する一枚のｐ型（またはｎ型）にドーピングされた層を有する半導体エピタキシアル成長層を含む、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を基材とするヘテロ接合バイポーラトランジスタを作成する方法であり、前記方法はさらに、
ベース層の上に位置する上部層中に、幅ｌのマスクを介して電気絶縁イオンをイオンインプランテーションするステップと、
ドーピングされた半導体素子（４０）の両側で電気絶縁素子（６１）を規定するように、部分的に電気絶縁性にされた層を、幅ｌより大きな幅Ｌのマスクを介してエッチングするステップとを含む。
【００１４】
上部層と呼ばれる層とベース層は、イオンインプランテーションに関して異なる種類の挙動を有すると有利である。上部層と呼ばれる層のみが、前記イオンインプランテーションによってその電気的性質が修正される。
【００１５】
添付の図面を参照して非限定的な例によって行う下記の説明から、本発明はさらに明らかに理解され、その他の利点も明らかになろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジスタの、エミッタが上部にある構造の場合を図３に概略的に示す（本発明はコレクタが上部にある構造にも適用可能であることに留意されたい）。本発明によるバイポーラトランジスタは、基板１０、サブコレクタ２１、コレクタ２０、ベース３０、およびエミッタ４０を含む。コレクタのオームコンタクト８１、８２はサブコレクタ層２１上に位置し、ベースのオームコンタクト９１、９２はベース上のエミッタミサ４０の両側に位置し、エミッタミサ４０の側面は電気絶縁素子６１と接触している。エミッタのオームコンタクト４２はメサ４０全体上および絶縁素子６１上に位置する。
【００１７】
Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ／ＧａＡｓでｎｐｎにドーピングされたバイポーラトランジスタに関連して、本発明をさらに詳しく説明する。リンを基材とする物質とヒ素を基材とする物質を選択すると、層ごとに異なる選択的なエッチングまたはイオンインプランテーションなどの操作に関する挙動が可能となる。これが本発明に関連する重要な点である。
【００１８】
この形式のトランジスタは、
半絶縁ＧａＡｓ基板と、
（典型的濃度が約４×１０18ｃｍ-3の）ｎドーピングされたＧａＡｓでできたサブコレクタ層と、
（典型的濃度が約２×１０16ｃｍ-3の）ｎドーピングされたＧａＡｓコレクタ層と、
（典型的濃度が約７×１０19ｃｍ-3の）ｐドーピングされたＧａＡｓでできたベース層と、
（典型的濃度が約３×１０17ｃｍ-3の）ｎドーピングされたＧａＩｎＰでできたエミッタ層とを含む。
【００１９】
ＧａＩｎＰエミッタのメサは、ＧａＡｓ上の選択的エッチングによって良く制御された形で規定される。同様にＧａＩｎＰとＧａＡｓは、図４と図５の曲線に示すように、イオンインプランテーションに関して非常に異なる種類の挙動を示す。
【００２０】
曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、イオンインプランテーションの前、その間、１０分後、１時間後に行った測定に関する。
【００２１】
図４および図５は、２００ｋＶでホウ素インプランテーションした、ｎドーピングされたＧａＩｎＰとｐドーピングされたＧａＡｓの、（それぞれの）電気伝導率の感度の差を析出イオン量の関数として示したものである。これらの図は、電気伝導率の変化を４１６℃におけるアニール時間の関数として示している。ｎ型ＧａＩｎＰの場合には、物質は５×１０12ｃｍ-2のインプランテーション量で１０5ｏｈｍ・ｃｍよりずっと高い電気抵抗率を有する。この現象によって、上述の素子６１を規定するように実際に絶縁するｎドーピングされたＧａＩｎＰ層を作成することが可能であり、同時にｐドーピングされたＧａＡｓの層は実際上同じ電気抵抗を保持する。
【００２２】
この形式のヘテロ接合バイポーラトランジスタを得るために使用される本発明による製造方法を、次にさらに詳細に説明する。この方法は、図６ａから図６ｆに図示する主要ステップを含む。
【００２３】
ＧａＡｓ基板１０を使用して下記の層、すなわち
サブコレクタ層２１（ｎドーピングされたＧａＡｓ）、
コレクタ層２０（ｎドーピングされたＧａＡｓ）、
ベース層３０（ｐドーピングされたＧａＡｓ）、
エミッタ層４０（ｎドーピングされたＧａＩｎＰ）、
接触層４１（ＧａＩｎＡｓ）
のエピタキシアル成長が達成される。
【００２４】
耐火オームコンタクトを設けるために、耐火金属の層４２（ＴｉＷＳｉ，ＷＮ；ＴｉＷ，．．）がオフサイトに付着される。
【００２５】
エピタキシ中に本質的にベース半導体層中にトラップされた水素の除去を容易にするように、エミッタのメサ（後述する）を規定した後に構造を焼なましできることから、結果的に耐火物質の使用の主な利点が生まれる。実際に耐火金属は、水素の開放に必要な高温を支えるために使用される。留意すべきことは、メサの存在が、接合によってひき起こされるポテンシャルウェルの中に閉じ込められたベースの受容体原子の中にトラップされた水素の外拡散の可能性を増すことである。こうして行われる層の積み重ねを図６ａに示す。
【００２６】
第二段階では、共通基板のバッチアウトで作られるバイポーラトランジスタを絶縁するために、インプランテーション保護マスク５０をレジンで作り、深い電気絶縁イオンインプランテーション（Ｈ，Ｈｅ，Ｂ，Ｏ，Ｆ，・・）を実施して、構成部分の寄生物を減らし、絶縁ウェル５１、５２によって構成部分間を絶縁する（図６ｂ）。
【００２７】
それから幅ｌの肥厚金属被覆物６０を蒸着し、次にエミッタのオームコンタクトを標準的なリフトオフ法で蒸着し、次いで、エミッタ層４０に絶縁領域６１を規定するように、２００ｋＶでホウ素による選択的パッシベーションイオンインプランテーションを行う。インプランテーションのステップは、本質的に図６ｃに示す凹状メサ４０に向かう。金属被覆物６０は、一般的な幅２μｍ、厚さ約１μｍのＴｉ／Ａｕにしてもよい。エミッタの上に金属被覆物が存在するので、このマスクによって保護された半導体材料はその最初の導電性を保存している。耐火物質でできた金属被覆物は、大きなエネルギー損失なしにイオンをこれに通過させるために十分に薄い。ホウ素インプランテーション量は２．５×１０12ｃｍ-2であり、これは露出されたＧａＩｎＰ層のみが絶縁物になる程度である。イオンの分散終端は、ベースの物質のインプランテーションに対する感度が低いために、ベースを妨害することなくベースを通過する。反対に、弱いｎ型ドーピング（約２×１０16ｃｍ-3）のＧａＡｓコレクタも、大きな障害を伴うことなくこの分散終端によって電気的にわずかに変化することがある。
【００２８】
幅Ｌの感光性レジン７０の第二エッチングマスクが作られる。耐火金属をＳＦ6ベースの反応性乾式エッチングによってエッチングを行う。それから、ＧａＡｓ層４１をＳｉＣｌ4ベースの反応性イオンエッチングによってエッチングを行い、そしてホウ素インプラントＧａＩｎＰ層６１をＨＣｌベースの化学的エッチングで処理する。一般的には、ＧａＡｓ層を、ＳｉＣｌ4などの塩素化反応性イオンエッチングによって、または例えばクエン酸を使用する湿式エッチングによってエッチングすることができる。ＧａＩｎＰ層は、純粋な塩酸または希塩酸を基材にした溶液によってエッチングすることができる。こうして、図６ｄに示すように、エミッタのメサ４０のいずれの側にも電気絶縁素子６１を規定することができる。電気絶縁素子は、ベースを効果的にパッシベーションするために一般的には少なくとも０．３μｍの幅を有する。１μｍの幅では、マイクロ波構成部分を得るための十分な妥協が可能である。実際に、マイクロ波の利得は、エミッタの活動ゾーンとベースのオームコンタクトの条片縁との間の間隔ミクロン当たり約１ｄＢから１０ＧＨｚだけ低下する。この原因は、ベースとベースコレクタ抵抗器とのアクセス抵抗の増加である。
【００２９】
図６ｅに示す次のステップでは、ベースのメサが乾式エッチング（塩素化ＲＩＥ）または複合エッチング（ＲＩＥとこれに続く化学的エッチング）によってエッチングされ、それからコレクタのオームコンタクト８１、８２が作られる。
【００３０】
次にベースのオームコンタクトを作る。このベースのオームコンタクトは金属層９４の形状を有し、エミッタのメサと自動整合する。それから図６ｆに示すように、ベースコレクタ寄生キャパシタンスを減少させるために、外部ベースをエッチングする。オームコンタクトの金属被覆物は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ合金またはＭｏ／Ａｕ合金で作ることができる。ＰｔもＰｄも含まない金属被覆物の使用は、周辺の水素分子との触媒反応の出現を妨げる。（ヒ素化合物を基材とする上部層の湿式エッチングの場合に）耐火金属の下に容易に得られる約０．１μｍのオーバーハングによって、ベースの条片の中に高周波で伝播する現象を制限して、構成部分のマイクロ波操作に都合の良い厚いベース金属被覆物を可能にする。
【００３１】
この方法とこの結果として得られる構成部分が有する多くの利点には、下記が含まれる。
【００３２】
厚い素子６１は厚いパッシベーションをもたらし、すぐれた長期安定性をもたらす。
【００３３】
耐火金属４２の使用によって、エミッタのメサを規定した後にベースの中に存在する水素の容易な除去を考えることができ、したがって装置の信頼性の向上が可能となる。
【００３４】
上記の方法は、第２７３６４６８号として公開され、本出願人によって出願されたフランス特許出願に記載されているような、より従来型の厚いパッシベーション層の存在と、さらにエミッタ層の中に組み込まれた安定抵抗器の存在とも両立できる。パッシベーション層１００を含む本発明による例示的なトランジスタを図７に示す。
【００３５】
得られる構成部分は、第２７３７３４２号として公開され、本出願人によって出願されたフランス特許出願に記載されているような、上部ヒートシンクの製法と両立できるものである。パッシベーション層１００とヒートシンク１０１とを含む本発明による例示的な構成部分を図８に示す。上記の説明では、マスク素子６０は金属素子である。このマスク素子をレジンで作って、その後除去することもできる。この場合、ヒートシンクをエミッタのレベルと接触して層９４の上に直接置くこともできる。実際、メサ４０と素子６１とを含むユニットの全幅すなわち寸法Ｌは、図９に示すように、パッシベーション層１００を局部的に除去してヒートシンクを層９４の上に直接置くのに十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘテロ接合バイポーラトランジスタの標準的な構造を示す図である。
【図２】電子／正孔再結合を制限するために特殊な構成のエミッタのメサを使用した、従来の技術によるヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図である。
【図３】本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図である。
【図４】本発明によるトランジスタにおける「エミッタ」層を構成するｎドーピングされたＧａＩｎＰの抵抗率の、イオンインプランテーションにおけるホウ素イオン量の関数としての変化を示すグラフである。
【図５】本発明によるトランジスタにおけるベース層を構成するｐドーピングされたＧａＡｓの抵抗率の、イオンインプランテーションにおけるホウ素イオン量の関数としての変化を示すグラフである。
【図６ａ】本発明によるトランジスタの製造方法の主要ステップを示す図である。
【図６ｂ】本発明によるトランジスタの製造方法の主要ステップを示す図である。
【図６ｃ】本発明によるトランジスタの製造方法の主要ステップを示す図である。
【図６ｄ】本発明によるトランジスタの製造方法の主要ステップを示す図である。
【図６ｅ】本発明によるトランジスタの製造方法の主要ステップを示す図である。
【図６ｆ】本発明によるトランジスタの製造方法の主要ステップを示す図である。
【図７】パッシベーション層を含むバイポーラトランジスタの一例を示す図である。
【図８】特に幅ｌのマスクの上に置かれたヒートシンクを含むバイポーラトランジスタの第一例を示す図である。
【図９】幅ｌのマスクがないメサの上に置かれたヒートシンクを含むバイポーラトランジスタの第二例を示す図である。
【符号の説明】
１０  基板
２０  コレクタ
２１  サブコレクタ
３０  ベース
４０  エミッタ
４１  接触層
４２  エミッタのオームコンタクト、耐火金属層
５１、５２  絶縁ウェル
６０  肥厚金属被覆物
６１  電気絶縁素子
８１、８２  コレクタのオームコンタクト
９１、９２  ベースのオームコンタクト
９４  金属層
１００  パッシベーション層
１０１  ヒートシンク
【図１】
0004509236.tif 000002
【図２】
0004509236.tif 000003
【図３】
0004509236.tif 000004
【図４】
0004509236.tif 000005
【図５】
0004509236.tif 000006
【図６ａ】
0004509236.tif 000007
【図６ｂ】
0004509236.tif 000008
【図６ｃ】
0004509236.tif 000009
【図６ｄ】
0004509236.tif 000010
【図６ｅ】
0004509236.tif 000011
【図６ｆ】
0004509236.tif 000012
【図７】
0004509236.tif 000013
【図８】
0004509236.tif 000014
【図９】
0004509236.tif 000015