(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板と、
前記ＩｎＰ基板上に設けられたＩｎＧａＡｓサブコレクタ層と、
前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓコレクタ層と、
前記ＩｎＧａＡｓコレクタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓベース層と、
前記ＩｎＧａＡｓベース層上に設けられたＩｎＰエミッタ層と、
前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層と前記ＩｎＧａＡｓコレクタ層との間に設けられると共に前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層上に設けられたＩｎＰ挿入層と、
前記ＩｎＰエミッタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層と、
前記ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層上に設けられたエミッタ電極と、
前記ＩｎＰエミッタ層上に設けられ、前記ＩｎＰエミッタ層を通して前記ＩｎＧａＡｓベース層に接続するベース電極と、
前記ＩｎＰ挿入層の一部が除去されて形成された開口部に露出した前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層上に直接に設けられたコレクタ電極と
を備え、
前記ＩｎＧａＡｓコレクタ層、前記ＩｎＧａＡｓベース層及び前記ＩｎＰエミッタ層は前記ＩｎＰ挿入層上において主要部メサを構成する、バイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記ＩｎＰ挿入層の厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記ＩｎＰ挿入層のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１または請求項２に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
無機絶縁膜を更に備え、前記無機絶縁膜は、前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層、前記ＩｎＰ挿入層、前記ＩｎＧａＡｓコレクタ層、前記ＩｎＧａＡｓベース層、前記ＩｎＰエミッタ層、および前記ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層を覆っている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記無機絶縁膜は前記ＩｎＰ挿入層上に直接に設けられている、請求項４に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記開口部及び前記主要部メサを除いて、前記ＩｎＰ挿入層は前記無機絶縁膜と前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層との間にある、請求項４または請求項５に記載のバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体から構成されるバイポーラトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＰ基板上に形成されるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系のヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Hetero-junction Bipolar Transistor：ＨＢＴ)は、光通信システムの増幅器として使用されつつある。このＨＢＴは、ｎ+型ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層、ｎ型ＩｎＧａＡｓコレクタ層、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓベース層、ｎ-型ＩｎＰエミッタ層、およびｎ+型エミッタコンタクト層をこの順にＩｎＰ基板上に形成することにより構成される。上記のように、コレクタ層およびサブコレクタ層は、いずれもＩｎＧａＡｓからなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＨＢＴは、以下のように製造される。すなわち、先ず、サブコレクタ層を形成するためのサブコレクタ膜と、コレクタ層を形成するためのコレクタ膜と、ベース層を形成するためのベース膜と、エミッタ層を形成するためのエミッタ膜と、エミッタコンタクト層を形成するためのエミッタコンタクト膜とをこの順にＩｎＰ基板上に成長する。次に、第１のエッチングマスクを用いてエミッタコンタクト膜をエッチングして、所定の形状のエミッタコンタクト層を形成する。次いで、第２のエッチングマスクを用いて、エミッタ膜、ベース膜、およびコレクタ膜をエッチングして、エミッタ層、ベース層、およびコレクタ層を形成する。この後、第３のエッチングマスクを用いてサブコレクタ膜をエッチングし、サブコレクタ層を形成するとともに、素子分離を行う。引き続き、エミッタ層上にエミッタ電極を形成し、ベース層上にベース電極を形成し、サブコレクタ層上にコレクタ電極を形成すると、ＨＢＴが完成する。
【０００４】
上記の製造手順に関し、本発明者は以下の問題を見出した。第２のエッチングマスクを用いてコレクタ膜をエッチングする際、コレクタ膜とサブコレクタ膜とはいずれもＩｎＧａＡｓからなるため、コレクタ膜とサブコレクタ膜との界面でエッチングを停止させるのが難しい。サブコレクタ層上にコレクタ膜の一部が残っていると、コレクタ電極は、サブコレクタ層に比べて電子濃度が低いコレクタ膜上に設けられることとなる。そのため、コレクタ電極の接触抵抗を十分に下げることができなくなる。コレクタ膜を確実に除去するためにはオーバーエッチングが効果的であるが、エッチングし過ぎるとサブコレクタ膜が薄くなってしまう。サブコレクタ膜が薄くなると、十分な厚さを有するサブコレクタ層を得ることができなくなり、コレクタ抵抗が増大してしまうこととなる。また、コレクタ膜をエッチングする際には、エッチング速度は基板面内で僅かながら異なるため、エッチング後、基板面内でのサブコレクタ層の厚さが異なってしまう。このため、同一基板から得られるＨＢＴの特性にばらつきが生じてしまうこととなる。
【０００５】
本発明は、サブコレクタ層がエッチングされて薄くなってしまうことに起因するコレクタ抵抗の増加を防止できる構造を有するバイポーラトランジスタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバイポーラトランジスタは、ＩｎＰ基板と、ＩｎＰ基板上に設けられたＩｎＧａＡｓサブコレクタ層と、ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓコレクタ層と、ＩｎＧａＡｓコレクタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓベース層と、ＩｎＧａＡｓベース層上に設けられたＩｎＰエミッタ層と、ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層とＩｎＧａＡｓコレクタ層との間に設けられたＩｎＰ挿入層と、前記ＩｎＰエミッタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層と、前記ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層上に設けられたエミッタ電極と、前記ＩｎＰエミッタ層上に設けられ、前記ＩｎＰエミッタ層を通して前記ＩｎＧａＡｓベース層に接続するベース電極と、前記ＩｎＰ挿入層の一部が除去されて形成された開口部に露出した前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層上に直接に設けられたコレクタ電極とを備える。
【０００７】
上記の構成のバイポーラトランジスタは、ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層とＩｎＧａＡｓコレクタ層との間にＩｎＰ挿入層を有する。このようなバイポーラトランジスタを製造する際には、ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層を形成するためのサブコレクタ膜と、ＩｎＰ挿入層を形成するための挿入膜と、ＩｎＧａＡｓコレクタ層を形成するためのコレクタ膜とがこの順に堆積される。ここで、コレクタ膜はＩｎＧａＡｓから構成され、挿入膜はＩｎＰから構成される。コレクタ膜をエッチングしてコレクタ層を形成するときには、ＩｎＧａＡｓに比べＩｎＰに対するエッチング速度が遅いエッチング液を用いることにより、挿入膜を殆どエッチングすることなく、コレクタ膜の不要部のみを除去できる。挿入膜がエッチングされないため、挿入膜の下地であるサブコレクタ膜もまたエッチングされることはない。したがって、サブコレクタ膜から形成されるＩｎＧａＡｓサブコレクタ層の厚さが薄くなってしまうことはない。そのため、ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層がエッチングされて薄くなってしまうことに起因するコレクタ抵抗の増加を防止できる。
【０００８】
また、エミッタ層は、ベース層を構成するＩｎＧａＡｓよりもエネルギーバンドギャップが大きいＩｎＰから構成されることとなるため、正孔がベース層からエミッタ層の方向に移動するのを抑制できる。故に、電流増幅率が向上される。
【０００９】
また、上記のバイポーラトランジスタは、(１)ＩｎＰエミッタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層と、(２)ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層上に設けられたエミッタ電極と、(３)ＩｎＰエミッタ層上に設けられ、ＩｎＰエミッタ層を通してＩｎＧａＡｓベース層に接続するベース電極と、(４)ＩｎＰ挿入層上に設けられ、ＩｎＰ挿入層を通してＩｎＧａＡｓサブコレクタ層に接続するコレクタ電極と、を更に備える。このようにすれば、エミッタ層を除去してベース上にベース電極を直接形成し、且つ、挿入層を除去してサブコレクタ層上にコレクタ電極を直接形成する場合に比べ、製造工程数を低減できる。
【００１０】
また、上記のバイポーラトランジスタは、(１)ＩｎＰエミッタ層上に設けられたＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層と、(２)ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層上に設けられたエミッタ電極と、(３)ＩｎＰエミッタ層上に設けられ、ＩｎＰエミッタ層を通してＩｎＧａＡｓベース層に接続するベース電極と、(４)ＩｎＰ挿入層の一部が除去されて露出したＩｎＧａＡｓサブコレクタ層上に設けられたコレクタ電極と、を更に備えるようにしてもよい。この場合には、コレクタ抵抗をより低減できる。
【００１１】
また、挿入層の厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であると好ましい。このようにすれば、上述のコレクタ膜をエッチングする際、挿入層がエッチングされずに残ることを確実にできる。
【００１２】
さらに、挿入層のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3以上２×１０19ｃｍ-3以下であると好ましい。このようにすれば、挿入層がバイポーラトランジスタを流れる電流を阻害することがなく、結果として当該バイポーラトランジスタは所望の特性を発揮できる。
【００１３】
また、上記のバイポーラトランジスタは、無機絶縁膜を更に備え、無機絶縁膜は、ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層、ＩｎＰ挿入層、ＩｎＧａＡｓコレクタ層、ＩｎＧａＡｓベース層、ＩｎＰエミッタ層、およびＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層を覆っていると好ましい。このようにすれば、上記各層のうち電極または他の半導体層に接しない部分の半導体面が不動態化されるとともに、バイポーラトランジスタを使用する環境からのナトリウムや水分の浸入が防止される。
上記のバイポーラトランジスタでは、前記無機絶縁膜は前記ＩｎＰ挿入層上に直接に設けられていることができる。また、上記のバイポーラトランジスタでは、前記開口部及び前記主要部メサを除いて、前記ＩｎＰ挿入層は前記無機絶縁膜と前記ＩｎＧａＡｓサブコレクタ層との間にあることができる。
【００１４】
上記バイポーラトランジスタは、(１)半導体基板上にＩｎＧａＡｓから構成されるサブコレクタ膜を設ける工程と、(２)サブコレクタ膜上に、ＩｎＰから構成される半導体膜を設ける工程と、(３)この半導体膜上に、ＩｎＧａＡｓから構成されるコレクタ膜を設ける工程と、(４)コレクタ膜上に、ＩｎＧａＡｓから構成されるベース膜を設ける工程と、(５)ベース膜上に、ＩｎＰから構成されるエミッタ膜を設ける工程と、(６)エミッタ膜をエッチングしてＩｎＰエミッタ層を形成する工程と、(７)ベース膜をエッチングしてＩｎＧａＡｓベース層を形成する工程と、(８)ＩｎＧａＡｓに比べＩｎＰに対するエッチング速度が遅いエッチング液を用いて、コレクタ膜の一部をエッチングしてＩｎＧａＡｓコレクタ層を形成するとともに半導体膜を露出させる工程と、を備える製造方法により製造されることができる。また、上記のエッチング液は、リン酸および過酸化水素を含むと好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバイポーラトランジスタの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、III−Ｖ族化合物半導体系のＨＢＴ、特にＩｎＰ基板を用いて製造されるＨＢＴについて説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面においては、ＩｎＰ基板上に成長される各エピタキシャル層の層厚の比率など、寸法比率は説明のものとは必ずしも一致していない。また、結晶面方位および結晶軸方向は、例示的に示されたものであり、結晶学的に等価な面方位および軸方向を含む。
【００１６】
（第１の実施形態）
初めに、第１実施形態によるＨＢＴの構成について説明する。図１(Ａ)は、第１実施形態のＨＢＴの平面図である。図１(Ｂ)は、図１(Ａ)のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。このＩ−Ｉ線は半導体結晶の結晶方位の〔０１−１〕方向に伸びる線である。
【００１７】
図１(Ｂ)を参照すると、ＨＢＴ１は、半絶縁性ＩｎＰから構成される基板２と、基板２上に形成されたサブコレクタ層３と、サブコレクタ層３上に形成された挿入層４と、挿入層４上に形成された主要部メサ１０と、主要部メサ１０上に形成されたエミッタコンタクトメサ８とを有する。主要部メサ１０は、コレクタ層５、ベース層６、およびエミッタ層７を含んでいる。
【００１８】
サブコレクタ層３、主要部メサ１０に含まれる各層４〜６、およびエミッタコンタクトメサ８の材料、厚さ、添加される不純物、およびキャリア濃度を例示すると、表１に示す通りである。表１の通り、サブコレクタ層３、挿入層４、コレクタ層５、エミッタ層７、およびエミッタコンタクトメサ８には、ドナー不純物としてシリコン(Ｓｉ)が添加されている。エミッタ層７は、不純物が意図的に添加されないＩｎＰから形成されている。ベース層６にはアクセプタ不純物として炭素(Ｃ)が添加されている。アクセプタ不純物として炭素を用いる場合には、ベース層に添加される不純物の濃度を最大４．０×１０19ｃｍ-3程度とできる。このため、亜鉛(Ｚｎ)をアクセプタ不純物として用いる場合に比べ、ベース層６の正孔濃度を高くすることができる。よって、炭素をアクセプタ不純物とすれば、Ｚｎの場合に比べ、高い電流増幅率を有するＨＢＴを製造することが可能である。
【表１】
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【００１９】
また、挿入層４およびエミッタ層７はＩｎＰから構成され、これらを除く他の層またはメサはＩｎxＧａ1-xＡｓから構成される(以下、ＩｎＧａＡｓと記す)。このＩｎＧａＡｓのＩｎ組成比ｘはＩｎＰ基板に対して格子整合するように選択され、好ましくはｘ＝０．５３である。ここで、格子整合とは半導体層の格子定数と基板の格子定数との差が概ね−０．１〜＋０．１％の場合を意味する。
【００２０】
図１(Ａ)を参照すると、エミッタコンタクトメサ８の平面形状は略長方形であり、その長辺は結晶方位の〔０１１〕方向に伸び、短辺は結晶方位の〔０１−１〕方向に伸びている。また、エミッタコンタクトメサ８の結晶方位〔０１１〕方向に伸びる側面は、図１(Ｂ)に示される通り、逆メサ状に形成されている。
【００２１】
エミッタコンタクトメサ８上にはエミッタ電極２１が設けられ、エミッタ層７上にはベース電極２２が設けられ、挿入層４上にはコレクタ電極２３が設けられている。エミッタ電極２１は、図１(Ａ)に示す通り、略長方形であり、その幅は１μｍ程度であり、長さは１０μｍ〜１００μｍの範囲とできる。ベース電極２２は２つ設けられており、その間にエミッタコンタクトメサ８が配置されている。また、ＨＢＴ１ではコレクタ電極２３は主要部メサ１０の一側面に向かい合うよう設けられているが、主要部メサ１０が間に配置されるように２つ設けてもよい。これらの電極２１，２２，２３はいずれも白金(Ｐｔ)、チタン(Ｔｉ)、Ｐｔ、金(Ａｕ)といった金属からなる膜を含む。ここで、Ａｕ膜の厚さは１６０ｎｍ程度とでき、他の金属膜の厚さは２０ｎｍ程度とできる。これらの金属膜を真空蒸着し熱処理を行うことにより、電極２１，２２，２３は形成される。なお、ベース電極２２は、エミッタ層７上に設けられているが、熱処理中に金属原子がエミッタ層７を通過しベース層６へ拡散するため、ベース層６と実質的に接続されている。
【００２２】
図２は、ＨＢＴ１のエネルギーバンド構造を示す模式図である。図示の通り、エミッタ層７を挟むエミッタコンタクトメサ８およびベース層６(ＩｎＧａＡｓ)との界面において、伝導帯の下端Ｅcおよび価電子帯の上端Ｅvに不連続が生じている。エミッタ層７は、ＩｎＰから構成されるため、ＩｎＧａＡｓよりもエネルギーバンドギャップが大きい。よって、エミッタ層７は電子および正孔の何れに対しても障壁層となる。しかし、エミッタ層７の厚さは１０ｎｍ程度であるため、伝導帯中の電子は、エミッタ層７をトンネルしてエミッタコンタクトメサ８からベース層６へ容易に移動できる。一方、価電子帯中の正孔は、エミッタ層７をトンネルできないため、ベース層６からエミッタコンタクトメサ８へ容易には移動できない。このため、ベース電流が低減され、ＨＢＴ１の電流増幅率を向上される。
【００２３】
また、エミッタ層７と同様に挿入層４もまたＩｎＰで構成されるため、挿入層４を挟むコレクタ層５およびサブコレクタ層３との界面において、伝導帯の下端Ｅcおよび価電子帯の上端Ｅvに不連続が生じている。ＨＢＴ１の動作中には、伝導帯中の電子はコレクタ層５からサブコレクタ層３へ向かう方向へ移動する。コレクタ層５内には図２から分かる通り強い電界があり、この電界により電子は高い運動エネルギー有することとなるため、挿入層４により形成される障壁層を容易に乗り越えることができる。また、電子は挿入層４をトンネルすることも容易である。よって、挿入層４は、電子にとって障壁としては機能しない。一方、正孔に対しては、挿入層４は、エミッタ層７と同様、依然として障壁として働き得る。
【００２４】
挿入層４の厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であると好ましい。この厚さが１０ｎｍより薄い場合には、後述するように、コレクタ層５となるべき半導体膜をエッチングする際に、挿入層４までがエッチングにより除去されてしまう虞がある。５０ｎｍよりも厚い場合には、電子のトンネル確率が低下するため、挿入層４が電子に対する障壁として機能する虞がある。
【００２５】
また、挿入層４の電子濃度は１．０×１０18ｃｍ-3以上であると好ましい。電子濃度がこれよりも低いと、挿入層４内では、伝導帯の下端Ｅcとフェルミ準位とのエネルギー差が大きくなるため、伝導帯における障壁の高さが高くなってしまう。そのため、電子が障壁を乗り越えることが難しくなり、電子の走行に影響が生じる。なお、挿入層４の電子濃度の上限値は、ＩｎＧａＡｓにＳｉを添加する場合に達成される上限値とすることができる。ＩｎＧａＡｓの電子濃度の上限値は、Ｓｉ添加の場合、２．０×１０19ｃｍ-3程度である。
【００２６】
以上の通り、ＨＢＴ１は、ＩｎＧａＡｓから構成されるコレクタ層５の下地層として、ＩｎＰから構成される挿入層４を有する。この挿入層４により奏される効果は後述する。
【００２７】
（ＨＢＴ１の製造方法）
続いて、ＨＢＴ１の製造方法を説明する。図３(Ａ)〜(Ｃ)、図４(Ａ)〜(Ｃ)、および図５(Ａ)〜(Ｃ)は、ＨＢＴ１の製造方法を説明する図である。これらの図は、ＨＢＴ１を半導体結晶方位の〔０１−１〕方向に沿って切断した面を示す。
【００２８】
（エピタキシャル成長工程）
エピタキシャル成長工程について説明する。先ず、半絶縁性のＩｎＰからなる基板２を用意する。次いで、図３(Ａ)に示す通り、基板２の(１００)面上に、サブコレクタ膜３０、挿入膜４０、コレクタ膜５０、ベース膜６０、エミッタ膜７０、およびエミッタコンタクト膜８０をこの順にエピタキシャル成長する。これらの膜のエピタキシャル成長には、有機金属化学気相堆積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ)装置を使用できる。ＭＯＣＶＤ装置では、原料として、トリエチルガリウム(Triethyl Gallium：ＴＥＧａ)、トリメチルインジウム(Trimethyl Indium：ＴＭＩｎ)、アルシン(ＡｓＨ3)、およびホスフィン(ＰＨ3)を用いることができる。また、エピタキシャル成長される半導体層の導電型およびキャリア濃度の制御のため、ｎ型不純物ドーピング原料としてシラン(ＳｉＨ4)を、ｐ型不純物ドーピング原料として四臭化炭素(ＣＢｒ4)を用いることができる。
【００２９】
これらの原料を適宜組み合わせてＭＯＣＶＤ装置のチャンバに供給し、さらに原料の供給量を適宜調整することによって、所定の組成比およびキャリア濃度を有する半導体層が得られる。各半導体層の成長温度は適宜設定されて良いが、結晶性を考慮すれば、いずれの層についても６００℃〜７５０℃が好ましい。
【００３０】
ここで、サブコレクタ膜３０は、上述のサブコレクタ層３を実現するための半導体膜である。そのため、サブコレクタ膜３０の材料、厚さ、およびキャリア濃度は、図２に示すサブコレクタ層３と同様である。また、コレクタ膜５０およびコレクタ層５と、ベース膜６０およびベース層６と、エミッタ膜７０およびエミッタ層７と、エミッタコンタクト膜８０およびエミッタコンタクトメサ８についても、サブコレクタ膜３０およびサブコレクタ層３と同様の関係を有する。
【００３１】
（エミッタコンタクトメサ形成工程）
図３(Ｂ)を参照すると、エミッタコンタクト膜８０上にエッチングマスク５１が形成されている。エッチングマスク５１の平面形状は略長方形であり、その長辺は結晶方位の〔０１１〕方向に伸び、その短辺は結晶方位の〔０１−１〕方向に伸びている。エッチングマスク５１は、エミッタコンタクト膜８０上にレジスト膜を形成し、所定のパターンを有するフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによりレジスト膜をパターンニングすることにより形成される。
【００３２】
次に、リン酸(Ｈ3ＰＯ4)と過酸化水素水(Ｈ2Ｏ2)と純水(Ｈ2Ｏ)とがＨ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝５：１：１０の比率で混合された混合液をエッチング液(以降、エッチング液Ｐとする)として用い、エミッタコンタクト膜８０のエッチングマスクが形成されていない部分を除去する。このエッチング液ＰのＩｎＰに対するエッチング速度は、ＩｎＧａＡｓに対するエッチング速度よりも十分に小さい。そのため、エミッタコンタクト膜８０がエッチングされてエミッタ膜７０が露出した後には、エッチングが実質上停止される。これにより、図３(Ｃ)に示す通り、エミッタコンタクトメサ８が形成される。
【００３３】
この後、エッチングマスク５１を有機溶剤により除去すると、エミッタコンタクトメサ形成工程が終了する。なお、エッチング液Ｐは、ＩｎＧａＡｓに対して異方性を有しており、特定の結晶方位の方向に速いエッチング速度を有する。そのため、エミッタコンタクトメサ８の結晶方位の〔０１１〕方向に沿うエッジには、逆メサ状の側面が形成されている。
【００３４】
（主要部メサ形成工程）
図４(Ａ)を参照すると、エミッタコンタクトメサ８が設けられたエミッタ膜７０上にエッチングマスク５２が形成されている。エッチングマスク５２は、略矩形状であり、その矩形の一対の辺が〔０１１〕方位に沿って伸びている。エッチングマスク５２は、エミッタコンタクトメサ８およびエミッタ膜７０上にレジスト膜を形成し、所定のパターンを有するフォトマスクを用いたフォトリソグラフィによりレジスト膜をパターンニングすることにより形成される。
【００３５】
次いで、エッチングマスク５２を用いてエッチングを行う。このエッチングは２段階に行なわれる。先ず、塩酸と純水とのエッチング液をエッチング液として、エッチングマスクで覆われていない部分のエミッタ膜７０(ｎ型ＩｎＰ)を除去する。このエッチング液のＩｎＧａＡｓに対するエッチング速度は非常に遅いため、エミッタ膜７０が除去されてベース膜６０が露出すると、エッチングが実質的に停止される。これにより、先ず、エミッタ層７が得られる。
【００３６】
その後、エッチングマスク５２を残したまま、エッチング液Ｐを用いて、ベース膜６０およびコレクタ膜５０の所定の部分を除去する。エッチング液Ｐは、上述の通り、ＩｎＰに対するエッチング速度が極めて遅いため、コレクタ膜５０(ＩｎＧａＡｓ)が除去されて、挿入膜４０(ＩｎＰ)が露出すると、エッチングが実質的に停止される。よって、コレクタ膜５０の除去されるべき部分を確実に除去することができ、しかも、エッチングが進行するのを防止できる。
【００３７】
このエッチングの後、エッチングマスク５２を除去すると、図４(Ｂ)に示す通り、ベース層６およびコレクタ層５が得られる。図示の通り、これらの層５，６の結晶方位〔０１１〕の方向に伸びるエッジは逆メサ構造を有する。
【００３８】
（サブコレクタメサ形成工程）
図４(Ｃ)を参照すると、エミッタコンタクトメサ８、エミッタ層７、ベース層６、コレクタ層５、および挿入膜４０を覆うエッチングマスク５３が形成されている。エッチングマスク５３の平面形状は略矩形状であり、その矩形の一対の辺が〔０１１〕方位に沿って伸びている。エッチングマスク５３は、エッチングマスク５１，３２と同様に形成される。
【００３９】
次いで、エッチングマスク５３を用いてエッチングを行う。このエッチングは２段階に行なわれる。先ず、塩酸と純水とのエッチング液をエッチング液として、エッチングマスクで覆われていない部分の挿入膜４０(ｎ型ＩｎＰ)を除去する。挿入膜４０が除去されてサブコレクタ膜３０が露出すると、エッチングが実質的に停止される。これにより、先ず、挿入層４が得られる。
【００４０】
その後、エッチングマスク５３を残したまま、エッチング液Ｐを用いて、サブコレクタ膜３０の所定の部分を除去する。サブコレクタ膜３０(ＩｎＧａＡｓ)が除去されて、基板２(ＩｎＰ)が露出すると、エッチングが実質的に停止される。よって、サブコレクタ膜３０の除去されるべき部分を確実に除去することができる。エッチング後、エッチングマスク５３を除去すると、図５(Ａ)に示すように、サブコレクタ層３が形成される。サブコレクタ層３が形成されることにより、基板２上に複数個作製されるＨＢＴ１は互いに電気的に分離される。
【００４１】
（電極形成工程）
図５(Ｂ)を参照すると、挿入層４および基板２を覆うマスク層６１が形成されている。マスク層６１は、サブコレクタ層３までが形成された後、基板２上にレジスト膜を形成し、エミッタコンタクトメサ８、エミッタ層７、挿入層４の所定の位置に開口部が形成されるようなパターンを有するフォトマスクでレジスト膜をパターニングすることにより形成される。
【００４２】
マスク層６１が形成された基板２上に真空蒸着法により金属膜８１を形成する。金属膜８１は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、およびＡｕといった金属がこの順に堆積されて形成される。ここで、Ａｕの厚さは１６０ｎｍであり、他の金属の厚さは２０ｎｍとできる。上述の通り、エミッタコンタクトメサ８は逆メサ状の側面を有しているため、当該メサ８の上面の幅は下面よりも広く、上面は庇状に張り出している。真空蒸着装置内の蒸着源からの金属原子は当該上面に妨げられるため、エミッタ層７には金属膜８１は堆積されない領域ができる。この領域によって、金属膜８１は、図５(Ｃ)に示す通り、エミッタコンタクトメサ８上に堆積された部分(エミッタ電極２１)と、エミッタ層７上に堆積された部分(ベース電極２２)とが分離されることとなる。
【００４３】
また、ベース層６およびコレクタ層５もまた逆メサ状の側面を有しているため、ベース層６上に形成されたエミッタ層７の幅は、コレクタ層５の下面よりも広く、エミッタ層７は庇状に張り出すこととなる。よって、挿入層４には金属膜８１は堆積されない領域ができる。この領域によって、金属膜８１は、図５(Ｂ)に示す通り、エミッタ層７上に堆積された部分と、挿入層４上に堆積された部分とが分離されることとなる。蒸着後、マスク層６１を除去すると、図６(Ａ)に示す通り、エミッタ電極２１、ベース電極２２およびコレクタ電極２３が形成される。
【００４４】
上述の手順により、各電極２１，２２，２３を形成すれば、堆積された金属膜をエッチングする工程を行わなくても、電極２１，２２，２３が確実に分離される。その上、ベース電極２２をエミッタコンタクトメサ８に接することなく可能な限り近づけることができる。具体的には、エミッタコンタクトメサ８とベース電極２２との間隔は、０．３μｍ程度とすることも可能である。各電極２１，２２，２３が接触しない程度に、これらの間隔を可能な限り近づければ、ベース−コレクタ間抵抗が低減される。
【００４５】
各電極２１，２２，２３が形成された後、基板２に対して、高純度窒素ガス雰囲気下で４００℃、約１分間熱処理を行うと、これらの電極２１，２２，２３のオーム性接触が実現される。なお、ベース電極２２は、エミッタ層７上に形成されているが、エミッタ層７の厚さは１０ｎｍ程度であるため、ベース電極２２を構成する金属原子が熱処理中にエミッタ層７を通過してベース層６まで拡散するため、ベース層６と実質的に接続することとなる。また、コレクタ電極２３は、挿入層４上に形成されているが、コレクタ電極２３を構成する金属原子が熱処理中に挿入層４(約２０ｎｍ)を通過してサブコレクタ層３まで拡散するため、サブコレクタ層３と実質的に接続することとなる。
【００４６】
（仕上げ工程）
次いで、電極２１，２２，２３の形成まで終了した基板２上に絶縁膜１１をプラズマＣＶＤ法により堆積する。絶縁膜１１は、ＳｉＮといった無機絶縁物から構成されることができる。このような無機絶縁物から構成される絶縁膜１１により、各層３〜７およびエミッタコンタクトメサ８の側面が不動態化されるとともに、外部からのナトリウムや水分の浸入が防止される。よって、ＨＢＴ１の信頼性が向上される。次に、所定のリソグラフィおよびエッチングにより、ベース電極２２およびコレクタ電極２３のそれぞれの上に開口部、すなわちヴィアホールを形成する。次いで、レジスト膜／ＳｉＯ2膜／レジスト膜といった三層マスクを形成し、真空蒸着法によりＴｉ、Ｐｔ、およびＡｕといった金属からなる金属膜を堆積する。堆積後、三層マスクを除去すると、各ヴィアホールが埋め込まれると共に、各電極２２，２３に接続する引き出し配線３２，３３が形成される(図６(Ｂ)参照)。
【００４７】
この後、引き出し配線３２，３３および絶縁膜１１上に絶縁膜１２をプラズマＣＶＤ法により堆積する。絶縁膜１２は、絶縁膜１１と同様に、ＳｉＮといった無機絶縁物であることができる。このような材料から構成される絶縁膜１２により、完成後のＨＢＴ１の半導体部および金属部に外部から水分が進入するのが防止されるため、ＨＢＴ１の信頼性が向上される。次に、当該絶縁膜１２上にＳＯＧ(Spin-on-glass)膜１３を形成する。ＳＯＧ膜１３をＲＩＥにより平坦化エッチングした後、さらに絶縁膜１４を堆積する。続いて、所定のリソグラフィとエッチングとにより、エミッタ電極２１上にヴィアホールを形成する。このヴィアホールの形成に用いたレジストマスクを残したままＡｕを真空蒸着し、レジストマスクを除去すると、ヴィアホールがＡｕプラグ２４で埋め込まれる。この後、引き出し配線３２，３３と同様の手順により引き出し配線３１を形成する。以上で、図６(Ｃ)に示すＨＢＴ１が完成する。
【００４８】
上記の製造方法においては、エピタキシャル成長工程において、サブコレクタ膜３０、挿入膜４０、およびコレクタ膜がこの順に成長される。コレクタ膜５０はＩｎＧａＡｓで構成され、挿入層４を形成するための挿入膜４０はＩｎＰで構成される。よって、ベース膜６０およびコレクタ膜５０をリン酸系のエッチング液Ｐでエッチングしてベース層６およびコレクタ層５を形成する際、挿入膜４０が露出したところでエッチングを実質的に停止できる。そのため、コレクタ膜５０の不要な部分を確実に除去できる。コレクタ電極２３が形成されるべき部分にコレクタ膜５０が残ると、コレクタ電極２３はコレクタ膜５０上に形成されることとなる。この場合、コレクタ膜５０の抵抗率の比較的低いため、コレクタ抵抗が増大してしまう。しかし、上記の製造方法によれば、不要な部分のコレクタ膜５０が確実に除去されるので、コレクタ抵抗の増大を防止できる。
【００４９】
しかも、第１の実施形態によるＨＢＴ１は挿入層４を有しているため、サブコレクタ膜３０がエッチングされることはない。すなわち、サブコレクタ膜３０は、当該エッチングにより薄くなることがないため、サブコレクタ膜３０から所望の厚さを有するサブコレクタ層３が形成される。サブコレクタ層３が薄くなってしまうとコレクタ抵抗が増大してしまうが、第１の実施形態によるＨＢＴ１では、サブコレクタ層３の厚さを所望の厚さとできるため、コレクタ抵抗の低下が防止される。
【００５０】
さらに、コレクタ膜５０のエッチングによりサブコレクタ膜３０がエッチングされることがないため、サブコレクタ膜３０の厚さが基板面内で異なってしまうという事態を避けることができる。したがって、基板全面で特性のばらつきの少ないＨＢＴ１が得られる。
【００５１】
さらにまた、挿入層４は以下の効果を奏する。本発明者の研究の結果から、挿入層４が設けられていない場合には、サブコレクタ層３からエミッタ層７へコレクタ層５の側面およびベース層６の側面を介して流れるリーク電流は必ずしも無視できないことが分かった。しかし、ＨＢＴ１はサブコレクタ層３およびコレクタ層５よりもエネルギーバンドギャップが大きい挿入層４を備えるため、このようなリーク電流が防止される。
【００５２】
また、挿入層４が無い場合には、サブコレクタ層３上にはＳｉＮといった無機絶縁物から構成される絶縁膜１１が直接設けられる。サブコレクタ層３を構成するＩｎＧａＡｓに絶縁膜１１が直接設けられる場合には、これらの界面には多数の界面準位が形成される。ＨＢＴ１は、サブコレクタ層３と絶縁膜１１との間に挿入層４を有している。絶縁膜１１が挿入層４を構成するＩｎＰ上に直接設けられる場合は、ＩｎＧａＡｓ上に直接設けられる場合に比べ、界面準位密度が低減される。また、挿入層４を形成するための挿入膜４０は、サブコレクタ層３を形成するためのサブコレクタ膜３０と格子整合している。しかも、これらの膜３０，４０は、ＭＯＣＶＤ装置中で連続的に成長されるため、挿入層４とサブコレクタ層３との界面においては、界面準位は殆ど形成されない。したがって、挿入層４を設けると、界面準位を介して流れるリーク電流を低減できる。
【００５３】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態によるＨＢＴについて説明する。第２の実施形態のＨＢＴは、コレクタ電極がサブコレクタ層に直接設けられている点を除き、第１の実施形態によるＨＢＴ１と同一の構成を有する。以下、相違点を中心に第２の実施形態のＨＢＴを説明する。
【００５４】
図７は、第２の実施形態のＨＢＴを示す断面図である。同図の通り、ＨＢＴ１０においては、挿入層４に開口部４ａが設けられている。そして、この開口部４ａにおいて、コレクタ電極２３がサブコレクタ層３に直接形成されている。コレクタ電極２３のオーミック接触性は、サブコレクタ層３に対し容易に実現されるため、ＨＢＴ１に比べ、ＨＢＴ１０ではコレクタ抵抗が更に低減される。
【００５５】
ＨＢＴ１０は以下の通り製造される。すなわち、第１の実施形態において説明した製造手順に従い、エピタキシャル成長工程、エミッタコンタクトメサ形成工程、主要部メサ形成工程、サブコレクタメサ形成工程を実施する。エピタキシャル工程において、ＨＢＴ１と同様にＩｎＰから構成される挿入膜４０が設けられるため、サブコレクタメサ形成工程の終了後は、ＨＢＴ１０は図４(Ｂ)に示す構成を有する。この後、第１の実施形態の電極形成工程で使用したマスク層６１と同様のマスク層を形成する。このマスク層を用いて、マスク層の開口部に露出する挿入層をエッチングにより除去する。続いて、エミッタ、コレクタ電極およびベース電極を形成する。以降、仕上げ工程を実施すると、図７に示すＨＢＴ１０が完成する。
【００５６】
第２の実施形態によるＨＢＴ１０においても、製造の際、ＩｎＰから構成される挿入層を形成するための挿入膜が設けられる。よって、ベース膜およびコレクタ膜をエッチングする際、挿入膜４０が露出したところでエッチングを実質的に停止できる。そのため、第１の実施形態によるＨＢＴ１と同様の効果を奏する。
【００５７】
以上、幾つかの実施形態を参照しながら、本発明に係るバイポーラトランジスタを説明したが、本発明はこれらに限られることなく、種々に変形可能である。
【００５８】
エッチングマスク５１は、上述のＨＢＴ１の製造方法においてはレジストから構成されていたが、窒化シリコン(以下、ＳｉＮ)といった無機絶縁物から形成されてよい。ＳｉＮからエッチングマスク５１を形成する場合には、先ず、化学気相堆積法(Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ)により、ＳｉＮ膜をエミッタコンタクト膜８０上に堆積する。次に、ＳｉＮ膜上にレジスト膜を形成し、レジスト膜をパターニングしてエッチングマスクを形成する。次いで、エッチングマスクを用いてＳｉＮ膜をＲＩＥによりエッチングし、エッチング後、エッチングマスクを除去すると、ＳｉＮからなるエッチングマスク５１が形成される。このようなエッチングマスク５１を用い、エッチング液Ｐによりエミッタコンタクト膜８０をエッチングしてもエミッタコンタクトメサ８を形成することができる。
【００５９】
また、エミッタ層７の厚さは、ＨＢＴ１においては１０ｎｍとしたが、これに限らず、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であると好ましい。５ｎｍ以下であると、エミッタ領域の厚さが薄くなり過ぎるためにエミッタとして機能しなくなり、トランジスタ動作が実現されなくなる。また、エミッタ層７の厚さが２０ｎｍ以上であると、ベース電極２２を構成する金属原子がベース層６まで到達できなくなってしまう。また、ベース電極２２は、エミッタ層７の一部を除去してベース層６を露出させた後、露出したベース６上に直接設けるようにしてもよい。
【００６０】
上記のエッチング液における混合比率は、例示に過ぎず、適宜変更してよいことは言うまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブコレクタ層がエッチングされて薄くなってしまうことに起因するコレクタ抵抗の増加を防止できる構造を有するバイポーラトランジスタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(Ａ)は、第１実施形態のＨＢＴの平面図である。図１(Ｂ)は、図１(Ａ)のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態によるＨＢＴのエネルギーバンド構造を示す模式図である。
【図３】図３(Ａ)〜(Ｃ)は、第１の実施形態によるＨＢＴの製造方法を説明する図である。
【図４】図４(Ａ)〜(Ｃ)は、第１の実施形態によるＨＢＴの製造方法を説明する図である。
【図５】図５(Ａ)〜(Ｃ)は、第１の実施形態によるＨＢＴの製造方法を説明する図である。
【図６】図６(Ａ)〜(Ｃ)は、第１の実施形態によるＨＢＴの製造方法を説明する図である。
【図７】図７は、第２の実施形態のＨＢＴを示す断面図である。
【符号の説明】
１，１０・・・ＨＢＴ、２・・・基板、３・・・サブコレクタ層、４・・・挿入層、４ａ・・・開口部、５・・・コレクタ層、６・・・ベース層、７・・・エミッタ層、８・・・エミッタコンタクトメサ、１０・・・主要部メサ、１１，１２，１４・・・絶縁膜、１３・・・ＳＯＧ膜、２１・・・エミッタ電極、２２・・・ベース電極、２３・・・コレクタ電極、２４・・・プラグ、３０・・・サブコレクタ膜、３１，３２，３３・・・引き出し配線、４０・・・挿入膜、５０・・・コレクタ膜、６０・・・ベース膜、６１・・・マスク層、７０・・・エミッタ膜、８０・・・エミッタコンタクト膜、８１・・・金属膜。
【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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