(57)【要約】【課題】特にＧａＡｓＳｂ系ベース層を有するＨＢＴにおいて、ＨＢＴ素子の特性を劣化させることなく、素子表面を部分的に不活性化するＨＢＴを提供する。【解決手段】所定の材質の基板１上に形成したコレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５を含む層構造の少なくとも側壁をＡｌ酸化膜８で覆っている構造とする。基板１としてＩｎＰを、ベース層４に、少なくとも一層はＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）を用いる（ｘ，ｙ：組成比、０．０≦ｘ≦０．２，０．２≦ｙ≦０．８）。すなわち、基板１上に、エミッタ層５、ベース層４、コレクタ層３を含むＨＢＴの層構造を結晶成長により作製した後、エッチングによりメサ状に加工し、さらに、表面に堆積させた前記Ａｌ化合物を酸化させることによりＡｌ酸化膜８を形成し、電極形成領域に堆積させたＡｌ酸化膜８をエッチングにより除去して電極９を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ定めた材質の基板上に、エミッタ層、ベース層、コレクタ層を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタの層構造を結晶成長により作製する工程と、作製した前記層構造をエッチングによりメサ状に加工する工程と、表面にＡｌ化合物を堆積させ、堆積させた前記Ａｌ化合物を酸化させることにより、Ａｌ酸化膜を形成する工程と、電極形成領域に堆積させた前記Ａｌ酸化膜をエッチングにより除去して電極を形成する工程と、を有す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の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、前記Ａｌ酸化膜により、少なくとも、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ素子の層構造の側壁を覆ってい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の製造方法。
【請求項３】
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の製造方法において、前記基板としてＩｎＰを用い、前記ベース層に、少なくとも一層はＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）を用いている（ｘ，ｙ：組成比、０．０≦ｘ≦０．２，０．２≦ｙ≦０．８）ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、表面に堆積させるＡｌ化合物として、ＡｌＡｓもしくはＡｌＳｂを用いてい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の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、層構造形成および／またはＡｌ化合物堆積の手法として、有機金属気相成長法または分子線エピタキシ法を用いてい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の製造方法。
【請求項６】
あらかじめ定めた材質の基板上に形成したエミッタ層、ベース層、コレクタ層を含む層構造の少なくとも側壁をＡｌ酸化膜で覆ってい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。
【請求項７】
請求項６に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記基板としてＩｎＰを用い、前記ベース層に、少なくとも一層はＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）を用いている（ｘ，ｙ：組成比、０．０≦ｘ≦０．２，０．２≦ｙ≦０．８）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８】
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において、前記Ａｌ酸化膜が、ＡｌＡｓもしくはＡｌＳｂのＡｌ化合物を酸化させることにより形成されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法およびヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＰ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterostructure Bipolar Transistor：ＨＢＴ）のベース層材料として、優れた高周波特性と高耐圧特性を同時に実現することが可能となるＧａＡｓＳｂが注目されている（非特許文献１参照）。しかし、この材料系では、ＧａＡｓＳｂベース層近傍において、表面での少数キャリアの再結合確率が高いため、表面を不活性化処理しないと、電流注入密度を上げても、高電流利得が得にくいという特性がある（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ効果）。この表面を不活性化する方法としては、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜を、化学気相堆積法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）やスパッタリングなどで堆積することが考えられるが、この場合、堆積膜とＨＢＴ素子の表面との間に欠陥を生じたり、堆積膜の密着性に問題を生じたりする場合があった。また、これらの不活性化方法では、堆積時の温度が一般に高く、ＨＢＴ素子自身に劣化を生じる恐れもある。
【非特許文献１】Ｃ．Ｒ．Bolognesiら３名,“３００GHz ＩｎＰ／ＧａＡｓＳｂ/ＩｎＰ Double ＨＢＴｓwith High Current Capability and ＢＶＣＥＯ≧６Ｖ”、ＩＥＥＥ，Electron Device Letters，２００１年発行、Vol.２２，No.８，ｐ．３６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）特にＧａＡｓＳｂ系ベース層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）において、素子の特性を劣化させることなく、素子表面を部分的に不活性化する製造方法およびそのヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。
【０００５】
第１の技術手段は、あらかじめ定めた材質の基板上に、エミッタ層、ベース層、コレクタ層を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタの層構造を結晶成長により作製する工程と、作製した前記層構造をエッチングによりメサ状に加工する工程と、表面にＡｌ化合物を堆積させ、堆積させた前記Ａｌ化合物を酸化させることにより、Ａｌ酸化膜を形成する工程と、電極形成領域に堆積させた前記Ａｌ酸化膜をエッチングにより除去して電極を形成する工程と、を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法とすることを特徴とする。
【０００６】
第２の技術手段は、前記第１の技術手段に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、前記Ａｌ酸化膜により、少なくとも、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ素子の層構造の側壁を覆っていることを特徴とする。
【０００７】
第３の技術手段は、前記第１または第２の技術手段に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、前記基板としてＩｎＰを用い、前記ベース層に、少なくとも一層はＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）を用いている（ｘ，ｙ：組成比、０．０≦ｘ≦０．２，０．２≦ｙ≦０．８）ことを特徴とする。
【０００８】
第４の技術手段は、前記第１ないし第３の技術手段のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、表面に堆積させるＡｌ化合物として、ＡｌＡｓもしくはＡｌＳｂを用いていることを特徴とする。
【０００９】
第５の技術手段は、前記第１ないし第４の技術手段のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、層構造形成および／またはＡｌ化合物堆積の手法として、有機金属気相成長法または分子線エピタキシ法を用いていることを特徴とする。
【００１０】
第６の技術手段は、あらかじめ定めた材質の基板上に形成した、エミッタ層、ベース層、コレクタ層を含む層構造の少なくとも側壁をＡｌ酸化膜で覆っているヘテロ接合バイポーラトランジスタとすることを特徴とする。
【００１１】
第７の技術手段は、前記第６の技術手段に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記基板としてＩｎＰを用い、前記ベース層に、少なくとも一層はＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）を用いている（ｘ，ｙ：組成比、０．０≦ｘ≦０．２，０．２≦ｙ≦０．８）ことを特徴とする。
【００１２】
第８の技術手段は、前記第６または第７の技術手段に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記Ａｌ酸化膜が、ＡｌＡｓもしくはＡｌＳｂのＡｌ化合物を酸化させることにより形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の製造方法およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）によれば、ＨＢＴ素子表面にＡｌ化合物を成膜し、そのＡｌ化合物を酸化して酸化アルミニウム膜とすることによって、素子表面を部分的に不活性化することを可能としているので、特に、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ系ＨＢＴにおいて、ベース層近傍の表面における少数キャリアの再結合を抑制し、電流利得などの素子特性を向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係わるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法およびヘテロ接合バイポーラトランジスタの最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（発明の概要）
まず、本発明の概要について説明する。ＧａＡｓＳｂ系の材料からなるベース層に有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterostructure Bipolar Transistor：以下、ＨＢＴと略記する）において、ＨＢＴを構成する各層をメサ状に加工した際に生じる層構造の側壁およびその側壁の近傍を含む表面に、有機金属気相成長法ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor  Deposition）によって、極薄膜のＡｌ化合物（ＡｌＡｓまたはＡｌＳｂ）をエピタキシャル成長させ、この極薄膜を酸化して酸化アルミニウム膜とすることによって、層構造の側壁および該側壁の近傍の表面を不活性化するという製造方法に関するものである。かかる製造方法を採用することにより、ＨＢＴ特にＧａＡｓＳｂ/ＩｎＰ系ＨＢＴにおけるｐｅｒｉｐｈｅｒｙ効果を抑制することが可能となり、高電流利得を得ることができる。
【００１６】
（素子構造）
次に、本発明により作製されるＨＢＴの素子構造について図１を用いて説明する。図１は、本発明による製造方法によって作製されたＨＢＴの基本構造を模式的に示す断面図である。図１には、本発明の基本的な構造を示しているが、本発明の説明に必要のない部分については省略されている。また、従来一般に用いられているＨＢＴ素子の基本構造を、比較のため、図２に示している。
【００１７】
本発明の特徴は、図１と図２との比較から明らかなように、ＨＢＴを構成する各層をメサ状に加工した際に生じる、少なくとも層構造の側壁をアルミニウム酸化膜ＡｌＯｘ（理想的には、Ａｌ２Ｏ３膜）で覆っていることであり、これにより、素子表面を不活性化する構造を形成している。さらに、本発明は、各層に不用意な劣化を生じさせることがない製造方法を用いていることにも、その特徴を有している。
【００１８】
（製造方法）
次に、本発明によるＨＢＴの製造方法の一例について、図３ないし図８の製造工程図を用いて順次説明する。ここに、図３ないし図８は、本発明によるＨＢＴの製造方法における第１製造工程から第６製造工程に至る各工程でそれぞれ作製されるＨＢＴ中間作製物を説明する断面図である。
【００１９】
まず、図３に示す第１製造工程において、有機金属気相成長法ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）や分子線エピタキシ法ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）などの結晶成長装置を用いて、あらかじめ定めた材質の基板１上に、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、キャップ層６を順次形成したＨＢＴの層構造を作製する。
【００２０】
次の図４に示す第２製造工程においては、第１製造工程で作製したＨＢＴの層構造を図４の断面形状に示すようにリソグラフィとエッチングによりメサ状に加工する。ここで、寄生容量を低減するために行うエアブリッジ加工等を施しても本発明の趣旨には反しない。
【００２１】
次に、図５に示す第３製造工程において、再び、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）などの結晶成長装置を用いて、表面にＡｌ化合物７を結晶成長させる。特に、ベース層にＧａＡｓＳｂやＡｌＧａＡｓＳｂなどを用いているＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ系ＨＢＴの場合、ＡｌＡｓやＡｌＳｂを極薄膜で成長させることによって、表面にダメージを極力与えることなく成膜することが可能である。また、この材料は、次の第４製造工程で行うＡｌ化合物７の酸化が速やかに進むという特徴も有している。なお、成膜に際しては、例えばＭＯＣＭＤ法で行う場合は、低温で分解する有機金属材料を使用して成膜温度を低くすると、結晶成長の面方位依存性を抑えること、また、表面との境界部に遷移層が生じにくくなることから、なお、望ましい。
【００２２】
次に、図６に示す第４製造工程において、表面に成膜したＡｌ化合物７をメタノール／水混合蒸気雰囲気下などで酸化させて、アルミニウム酸化膜ＡｌＯｘ８を形成する。このとき、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ系ＨＢＴに対して、Ａｌ化合物７としてＡｌＡｓやＡｌＳｂを用いていた場合は、完全に酸化させる必要はなく、界面近傍に数原子層ほど残していてもかまわない。これは、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ系ＨＢＴのバンドラインナップを考えたときに、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ系材料に対してバンドギャップが大きいＡｌＡｓやＡｌＳｂは、基本的に、ＨＢＴ内を走行するキャリアに対してバリア層として働くためであり、残留していても、ＨＢＴ素子の動作には影響がないためである。逆に、わずかに残しておいた方が界面に不用意な結晶欠陥が入りにくいため、効果的に表面を不活性化とすることができる。
【００２３】
次に、図７に示す第５製造工程において、電極形成のために、電極形成位置にあるＡｌ酸化膜ＡｌＯｘ８（および、ＡｌＡｓやＡｌＳｂを用いていた場合は、ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ）をリソグラフィとエッチングなどで除去する。
【００２４】
最後に、図８に示す第６製造工程において、電極用の金属材料を所定の位置に蒸着して、電極９を形成する。以上の製造工程を経ることにより、図１に示すように、層構造の少なくとも側壁をＡｌＯｘ８のＡｌ酸化膜で覆ったＨＢＴ素子の構造を作製することができる。
【実施例】
【００２５】
本実施例としては、基本となる素子構造に、ＩｎＡｌＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ ＨＢＴを用いているが、本発明は、この構造に限定されることなく、適用可能である。図９は、本発明によるＨＢＴの製造方法の一実施例として作製したＩｎＡｌＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ  ＨＢＴ素子の基本構造を示す断面図であり、基板として、Ｆｅ−ｄｏｐｅｄ  ＩｎＰ（００１）基板１Ａ、サブコレクタ層としてＳｉ−ｄｏｐｅｄ  ｎ型ＩｎＰサブコレクタ層２Ａ、コレクタ層としてＩｎＰコレクタ層３Ａ、ベース層としてＣ−ｄｏｐｅｄ  Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）ベース層４Ａ、エミッタ層としてＩｎ（ｚ）Ａｌ（１−ｚ）Ｐエミッタ層５Ａ、キャップ層としてＳｉ−ｄｏｐｅｄ  ＩｎＰおよびＳｉ−ｄｏｐｅｄ  Ｉｎ（０．５３）Ｇａ（０．４７）Ａｓキャップ層６Ａをそれぞれ形成するように構成している。
【００２６】
なお、各層の組成は、Ｃ−ｄｏｐｅｄ  Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｓｂ（１−ｙ）ベース層４Ａの少なくとも一層のＡｌ組成ｘが０．０≦ｘ≦０．２、Ａｓ組成ｙが、０．２≦ｙ≦０．８の範囲にあることが望ましく、本実施例においては、Ａｌ組成ｘをエミッタからコレクタに向かって０．０５→０．０に、また、Ａｓ組成ｙを０．４５としている。また、Ｉｎ（ｚ）Ａｌ（１−ｚ）Ｐエミッタ層５Ａについては、Ｉｎ組成ｚをベース／エミッタ界面から遠ざかる方向に０．２５→０．００としている。なお、本構造の詳細な構造については、説明に支障のない範囲で省略している。また、ドーパント、各層の構成材料、その組成については、本記述に限定されることなく、所定の素子動作を実現できるものであれば、他材料であってもかまわない。
【００２７】
ＩｎＡｌＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ  ＨＢＴ素子の作製工程は、前述した製造方法と同様であり、以下の通りである。まず、ＭＢＥ、ＭＯＣＭＤなどの結晶成長装置により所定の層構造を基板１Ａ上に形成する。次に、リソグラフィとエッチングとにより、図９のようなメサ構造を形成する。次に、ＭＯＣＶＤを用いて、表面にＡｌＳｂ膜を結晶成長した後、酸化させて酸化アルミニウム膜ＡｌＯｘ８とする。次に、電極形成のために、電極形成位置にある酸化アルミニウム膜ＡｌＯｘ８をリソグラフィとエッチングなどで除去し、オーミック電極としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着したのちリフトオフすることで、エミッタ、ベース、コレクタ電極９Ａを形成する。この結果、ＨＢＴ層構造の側壁およびその側壁近傍を含め、素子表面の大半を酸化アルミニウム膜ＡｌＯｘ８で覆うことになり、絶縁層および表面不活性化層が形成されている状態になる。
【００２８】
比較対象として、酸化アルミニウム層を形成していないＨＢＴを、同様に、作製し、電流注入密度を上げていったときの電流利得を比較したところ、本発明によるＨＢＴ素子の場合は、電流注入密度１００ｋＡ／ｃｍ２において、２倍程度の電流利得の改善が得られた。
【００２９】
以上のように、本発明によるＨＢＴの製造方法により作製するＨＢＴにおいては、特に、ＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ系ＨＢＴにおいては、ベース層近傍での表面再結合を抑制することができ、電流利得などの素子特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による製造方法によって作製されたＨＢＴの基本構造を模式的に示す断面図である。
【図２】従来のＨＢＴの基本構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明による第１製造工程において結晶成長により作製したＨＢＴ層溝造を示す断面図である。
【図４】本発明による第２製造工程においてリソグラフィとエッチングによりメサ状に加工した後の構造を示す断面図である。
【図５】本発明による第３製造工程において再度結晶成長にてＡｌ化合物を成膜した後の構造を示す断面図である。
【図６】本発明による第４製造工程においてＡｌ化合物を酸化して酸化アルミニウム膜とした後の構造を示す断面図である。
【図７】本発明による第５製造工程において電極形成部の酸化アルミニウム膜を除去した後の構造を示す断面図である。
【図８】本発明による第６製造工程において電極形成後の構造を示す断面図である。
【図９】本発明によるＨＢＴの製造方法の一実施例として作製したＩｎＡｌＰ／ＡｌＧａＡｓＳｂ／ＩｎＰ  ＨＢＴ素子の基本構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…基板、１Ａ…Ｆｅ−ＩｎＰ（００１）基板、２…サブコレクタ層、２Ａ…ｎ型ＩｎＰサブコレクタ層、３…コレクタ層、３Ａ…ＩｎＰコレクタ層、４…ベース層、４Ａ…ＡｌＧａＡｓＳｂベース層、５…エミッタ層、５Ａ…ＩｎＡｌＰエミッタ層、６…キャップ層、６Ａ…ｎ型ＩｎＰ／ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層、７…Ａｌ化合物、８…Ａｌ酸化膜、９…電極、９Ａ…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極。
【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９】
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