JP2000174031A

JP2000174031A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JP2000174031A
Application number: JP10343426A
Authority: JP
Inventors: Naoki Furuhata; 直規古畑
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】良質なパッシベーション膜を用いることによ
り、高性能化及び高信頼性を図る。【解決手段】半絶縁性のＧａＡｓ基板１０上に、厚さ
１００ｎｍのｉ−ＧａＡｓのバッファ層１１が形成され
ている。そして、バッファ層１１上に、厚さ１０００ｎ
ｍのｎ−ＧａＡｓのコレクタ層１２、厚さ８０ｎｍのｐ
−ＧａＡｓのベース層１３及び厚さ１００ｎｍのｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓのエミッタ層１４が順次に積層されたＨＢＴ
において、パッシベーション膜１９をＧａＳ（硫化ガリ
ウム）膜で形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ（以下、「ＨＢＴ」とも表記する。）
に関し、特に、表面再結合電流の発生を抑制してデバイ
ス特性及び信頼性を向上させた、III-V族化合物半導体
を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】III-V族化合物半導体を用いたＨＢＴ
は、優れた高周波特性と高い電流駆動能を有するため、
移動体通信機や光通信システムにおける、高周波素子や
高出力素子への応用が有望視され、すでに一部で実用化
されている。ＨＢＴの実用化にあたっては、デバイス特
性の向上とともに、その信頼性の向上が重要であり、こ
の目的のため、従来から種々のＨＢＴ構造が提案されて
きた。

【０００３】ＨＢＴのデバイス特性を向上させるために
は、ベース中の電子の走行時間を短縮させることと、エ
ミッタ・ベース間の再結合電流を抑制することが必要と
なる。特に、ベース層が露出している構造のＨＢＴにお
いては、その露出部分が再結合中心となり、表面再結合
電流が増加する。すると、電流増幅率が低下するととも
に雑音特性が劣化してデバイス特性が劣化する。

【０００４】また、ＨＢＴの信頼性は、高温通電試験中
の電流増幅率の変動で評価される。そして、試験中に電
流増幅率が低下するＨＢＴには、多くの場合ベース電流
のリークが見られる。したがって、ベース層表面の再結
合電流の増加が、試験中のＨＢＴ素子の電流増幅率の低
下の原因、すなわち信頼性の劣化の原因と考えられる。

【０００５】このため、近年のＨＢＴにおいては、ベー
ス層の露出部分をなくすため、図１１に模式的に示すよ
うなヘテロガードリング５０を設けることが一般的であ
る。ヘテロガードリング５０を設けることにより、外部
エミッタを空乏化させて、ベース表面を外部に露出しな
いようにして保護することができる。その結果、ベース
表面出の再結合電流が抑制されベースリーク電流が低減
して、電流増幅率の向上が見られた。しかし、単にヘテ
ロガードリング５０を設けただけでは、ベースリーク電
流の発生を十分に抑制することはできず、ＨＢＴの信頼
性を向上させるには至っていない。

【０００６】そこで、ベースリーク電流の発生をより一
層抑制するために、ＨＢＴのパッシベーション膜が注目
された。パッシベーション膜としては、ＳｉＯ₂、Ｓｉ
ＮまたはＳｉＯＮなどの絶縁膜が一般に用いられてい
る。そして、文献１：「中島ら、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス、第３１巻、第
２３４３−２３４８頁、１９９２年（O. Nakajima et a
l. Japanese Journal ofApplied Physics, Vol. 31, p
p. 2343 - 2348, 1992）」には、パッシベーション膜を
ＳｉＮとＳｉＯ₂とで比較したところ、ＳｉＯ₂の方がＳ
ｉＮよりも劣化が少ないことが報告されている。

【０００７】ところが、これらの絶縁膜を、ＧａＡｓを
はじめとするIII-V族化合物半導体上に堆積すると、界
面に準位が形成される上、界面に応力がかかり歪みを生
じるという問題がある。この歪みは、III-V族化合物半
導体の格子欠陥の原因となる。そして、格子欠陥は、再
結合中心となるため、表面再結合電流が増加して信頼性
が低下する原因となる。

【０００８】そこで、界面準位の形成を緩和する技術
が、文献２：「シー・ジェイ・サンドロフら、アプライ
ド・フィジックス・レターズ、第５１巻、第３３−３５
頁、１９８７年（C. J. Sandroff et al. Applied Phys
ics Letters, Vol. 51 pp. 33- 35, 1987）」及び文献
３：「エス・シカタら、ジャーナル・オブ・アプライド
・フィジックス、第６９巻、第２７１７−２７１８頁、
１９９１年（S. Shikataet al. Journal of applied Ph
ysics, Vol. 69 pp. 2717 - 2718, 1991）」に開示され
ている。

【０００９】これらの文献に開示の技術によれば、硫化
ナトリウム（ＮａＳ）又は硫化アンモニウム［（Ｎ
Ｈ₄）₂Ｓ_X］の溶液にＨＢＴを浸漬して、ＨＢＴの表面
に硫黄（Ｓ）原子を付着させることにより界面準位を低
下させることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
文献２又は文献３に開示の技術によりＨＢＴの表面に付
着させただけの硫黄原子は、不安定なため蒸発しやす
く、時間の経過とともに表面から次第に脱離してしま
う。このため、硫黄原子の付着により界面準位を恒久的
に低下させることは困難であり、良質なパッシベーショ
ン膜は未だに得られていなかった。

【００１１】本発明は、上記の事実にかんがみなされた
ものであり、良質なパッシベーション膜を用いることに
より、高性能化及び高信頼性を図ったヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、本発明の請求項１記載のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタによれば、半導体基板上に、それぞれIII-V族
化合物半導体からなる第１導電型のコレクタ層、第２導
電型のベース層及び第１導電型のエミッタ層が順次に積
層され、パッシベーション膜が形成された構成を有する
ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、パッシベ
ーション膜を、III族原子を含む硫化物により構成して
ある。

【００１３】このように、本発明では、パッシベーショ
ン膜をIII族原子を含む硫化物により構成してあるの
で、硫黄原子が界面のダングリングボンドと結合するこ
とにより、界面準位を低下させることができる。また、
III族原子を含む硫化物の膜をIII-V族化合物半導体上に
形成しても、界面にかかる応力が少なく、歪みを生じる
おそれが少ない。このため、III-V族化合物半導体の界
面に格子欠陥が発生することを抑制することができる。
このように、III族原子を含む硫化物をパッシベーショ
ン膜として形成することにより、表面再結合電流の発生
を抑制して、電流増幅率や雑音特性といったデバイス特
性の向上を図ることができる。

【００１４】その上、III族原子を含む硫化物は、上述
した文献３記載の溶液状態の硫化物とは異なり、安定し
た固体層として形成される。このため、III族原子を含
む硫化物によりパッシベーション膜を形成すれば、界面
準位を恒久的に低下させておくことができる。したがっ
て、デバイスの信頼性の向上を図ることができる。

【００１５】また、請求項２記載の発明によれば、パッ
シベーション膜を硫化ガリウム（ＧａＳ）、硫化アルミ
ニウム（ＡｌＳ）又は硫化インジウム（ＩｎＳ）として
ある。

【００１６】これらのＧａＳ、ＡｌＳ及びＩｎＳは、い
ずれもワイドギャップの安定した結晶構造を有する。こ
のため、これらの硫化物を材料とすれば、十分な絶縁性
を有し、かつ、短期間で変性するおそれのないパッシベ
ーション膜が得られるので、デバイスの信頼性のより一
層の向上を図ることができる。

【００１７】また、請求項３記載の発明によれば、パッ
シベーション膜を、硫化物の膜と絶縁膜とにより構成さ
れた二重膜とした構成としてある。また、請求項４記載
の発明によれば、絶縁膜を、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂
膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）またはシリコン酸化
窒化膜（ＳｉＯＮ膜）としてある。このように、パッシ
ベーション膜を二重膜とすれば、パッシベーション膜を
厚くした場合の強度補完に有効である。

【００１８】また、請求項５記載の発明によれば、コレ
クタ層と前記ベース層との間に、当該コレクタ層の不純
物濃度よりも高濃度の不純物がドーピングされたサブコ
レクタ層を設け、当該サブコレクト層上に、コレクタ電
極を設けた構成としてある。

【００１９】このように、高不純物濃度のサブコレクタ
層を設ければ、コレクタ電極と接触抵抗を低減してコレ
クタ抵抗を低減することができる。その結果、デバイス
の特性、特に、遮断周波数を向上させることができる。
また、遮断周波数の向上に伴って、最高発振周波数も向
上する。また、コレクト抵抗を低減することにより、雑
音特性も改善される。

【００２０】また、請求項６記載の発明によれば、エミ
ッタ層上に、当該エミッタ層の禁制帯幅よりも禁制帯幅
が狭く、かつ、当該エミッタ層の不純物濃度よりも不純
物濃度が高いエミッタキャップ層を設け、当該エミッタ
キャップ層上にエミッタ電極を設けた構成としてある。

【００２１】このように、高不純物濃度で禁制帯幅の狭
いエミッタキャップ層を設ければ、エミッタ電極との接
触抵抗を低減してエミッタ抵抗を低減することができ
る。その結果、デバイスの特性、特に、遮断周波数を向
上させることができる。また、遮断周波数の向上に伴っ
て、最高発振周波数も向上する。また、エミッタ抵抗を
低減することにより、雑音特性も改善される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。［第１実施形態］先ず、図１を参照して、第１実施形態
のＨＢＴの構成について説明する。図１は、第１実施形
態のＨＢＴの構成を説明するための断面図を示す。

【００２３】図１に示すように、本実施形態のＨＢＴに
おいては、半絶縁性のＧａＡｓ基板１０上に、厚さ１０
０ｎｍのｉ−ＧａＡｓのバッファ層１１が形成されてい
る。そして、バッファ層１１上に、厚さ１０００ｎｍの
ｎ−ＧａＡｓのコレクタ層１２、厚さ８０ｎｍのｐ−Ｇ
ａＡｓのベース層１３及び厚さ１００ｎｍのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓのエミッタ層１４が順次に積層されている。さら
に、本実施例では、エミッタ層１４上に、厚さ１００ｎ
ｍのｎ⁺−ＧａＡｓのエミッタキャップ層１５が形成さ
れている。

【００２４】本実施形態では、コレクタ層１２には、ｎ
型の不純物のケイ素原子（Ｓｉ）が５×１０¹⁷ｃｍ^-3の
濃度でドーピングされている。また、ベース層１３に
は、ｐ型の不純物の炭素原子（Ｃ）が５×１０¹⁹ｃｍ^-3
の濃度でドーピングされている。また、エミッタ層１４
には、Ｓｉが３×１０¹⁷ｃｍ^-3の濃度でドーピングされ
ている。そして、エミッタ層の禁制帯幅は、ベース層の
禁制帯幅よりも広くなっている。また、エミッタキャッ
プ層１５には、Ｓｉが１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の高濃度で
ドーピングされている。

【００２５】また、ベース層１３は、コレクタ層１２上
の位置部分に形成されており、コレクタ層１２上のその
他の一部分には、コレクタ電極１６が形成されている。
また、エミッタ層１４も、ベース層１３上の位置部分に
形成されており、ベース層１３上のその他の一部分に
は、ベース電極１７が形成されている。また、エミッタ
層１４は、途中で一段狭くなっている。そして、エミッ
タキャップ層１５上には、エミッタ電極１８が形成され
ている。

【００２６】本実施形態では、コレクタ電極１６は、Ａ
ｕ（金）／Ｇｅ（ゲルマニウム）／Ｎｉ（ニッケル）合
金からなり、ベース電極１７は、Ｔｉ（チタン）／Ｐｔ
（白金）／Ａｕ合金からなり、また、エミッタ電極１８
は、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）からなる。

【００２７】そして、ＨＢＴの上面は、各電極上に開口
部を有するパッシベーション膜１９で覆われている。す
なわち、コレクタ層１２上の、ベース層１３もコレクタ
電極１６も形成されていない領域は、パッシベーション
膜１９で覆われている。また、ベース層１２上の、エミ
ッタ層１４もベース電極１７も形成されていない領域も
パッシベーション膜１９で覆われている。さらに、この
パッシベーション膜１９は、エミッタ層１４及びエミッ
タキャップ層１５の側面も覆っている。特に、本実施形
態では、このパッシベーション膜１９を、III族原子を
含む硫化物であるＧａＳ（硫化ガリウム）により形成し
ている。

【００２８】このように、パッシベーション膜をIII族
原子を含む硫化物であるＧａＳにより構成すれば、Ｓ
（硫黄）原子が界面のダングリングボンドと結合するこ
とにより、例えばベース層１３の界面準位を低下させる
ことができる。また、ベース層をはじめとする各ＧａＡ
ｓ層上にＧａＳ膜を形成しても、格子定数が近いため界
面にかかる応力が少なく、各ＧａＡｓ層に歪みを生じる
おそれが少ない。このため、各ＧａＡｓ層の界面に格子
欠陥が発生することを抑制することができる。

【００２９】したがって、ＧａＳからなるパッシベーシ
ョン膜を形成することにより、ＨＢＴの表面再結合電流
の発生を抑制して、電流増幅率や雑音特性といったデバ
イス特性の向上を図ることができる。たとえば、コレク
タ電流密度１×１０⁴Ａ／ｃｍ²において、電流増幅率２
００という高い値が得られ、また、エミッタサイズ依存
性も少なかった。また、雑音特性も２ＧＨｚにおいて、
Ｆ_min＝０．６ｄＢと良好であった。さらに、コレクタ
電圧２．０Ｖ、コレクタ電流密度２×１０⁴Ａ／ｃｍ²、
ジャンクション温度２００℃の条件下で信頼性試験を行
った結果、連続１０００時間、デバイス特性が変化する
ことはなかった。

【００３０】また、ＧａＳ膜は、ワイドギャップの安定
した結晶構造を有する固体層である。このため、ＧａＳ
膜を用いれば、十分な絶縁性を有し、かつ、短期間で変
性するおそれのないパッシベーション膜が得られるの
で、デバイスの信頼性のより一層の向上を図ることがで
きる。なお、ＧａＳの代わりに、硫化アルミニウム（Ａ
ｌＳ）又は硫化インジウム（ＩｎＳ）を用いてパッシベ
ーション膜１９を形成しても同様の効果が得られる。

【００３１】［第２実施形態］次に、図２を参照して、
本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２
実施形態のＨＢＴの構成を説明するための断面図であ
る。本実施例のＨＢＴの構成は、コレクタ層１２とベー
ス層１３との間に、厚さ５００ｎｍのｎ−ＧａＡｓのサ
ブコレクタ層２１を設け、コレクタ層１２の厚さを５０
０ｎｍとした点を除いては、上述した第１実施形態のＨ
ＢＴの構成と同一である。このため、第１実施形態と同
一構成成分には、同一の符号を付してその詳細な説明を
省略する。

【００３２】このサブコレクタ層２１には、コレクタ層
１２の不純物濃度（５×１０¹¹ｃｍ^-3）よりも高濃度と
なるように、Ｓｉを１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピングさ
れている。そして、このサブコレクタ層２１上に、コレ
クタ電極１６が設けられている。

【００３３】このように、高不純物濃度のサブコレクタ
層２１を設ければ、コレクタ電極と接触抵抗を低減して
コレクタ抵抗を低減することができる。その結果、デバ
イスの特性のうちの遮断周波数を特に向上させることが
できる。また、遮断周波数の向上に伴って、最高発振周
波数も向上する。さらに、デバイス特性のうちの雑音特
性も改善される。

【００３４】次に、図８及び図９を参照して、第２実施
形態のＨＢＴの製造方法について説明する。図８の
（Ａ）〜（Ｃ）は、ＨＢＴの製造方法を説明するための
前半の断面工程図であり、図９の（Ａ）〜（Ｃ）は、図
８の（Ｃ）に続く後半の断面工程図である。

【００３５】先ず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１０上に、分
子線エピタキシ法（ＭＢＥ）又は有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）により、バッファ層１１、コレクタ層１
２、サブコレクタ層２１、ベース層１３、エミッタ層１
４及びエミッタキャップ層１５を順次に成長させる（図
８の（Ａ））。

【００３６】なお、コレクタ層１２及びサブコレクタ層
２１以外の各層の厚さ、材料及び不純物濃度は、上述の
第１実施形態のものと実質的に同一である。またコレク
タ層１２及びサブコレクタ層２１の厚さ、材料及び不純
物濃度は、完成後のＨＢＴにおけるものと実施的に同一
である。

【００３７】次に、エミッタキャップ層１５上全面にＷ
Ｓｉ層（図示せず）を形成し、このＷＳｉ層上に、レジ
ストパタン２４を形成する。そして、このレジストパタ
ン２４をエッチングマスクとして用いて、ＷＳｉ層に対
してドライエッチングを行い、レジストパタン２４直下
にエミッタ電極１８を画成する（図８の（Ｂ））。

【００３８】続いて、このレジストパタン２４およびエ
ミッタ電極１８をエッチングマスクとして用いて、エミ
ッタキャップ層１５及びエミッタ層１４に対して、ウエ
ットエッチングを行う。このウエットエッチングでは、
エミッタ層１４の途中までエッチングを行い、エッチン
グマスク外に露出したエミッタ層１４を厚さ４０ｎｍ残
す（図８の（Ｃ））。

【００３９】さらに、エミッタ層１４に対して、ウエッ
トエッチングを行って、エッチングマスク露出したエミ
ッタ層１４を、エッチングマスクの周辺部分を残して除
去し、その下のベース層１３露出させる。すなわち、こ
のウエットエッチングによりエミッタ層１４が画成され
る。次に、露出したベース層１３上の一部分のち、画成
されたエミッタ層１４の近傍に、ベース電極１７を形成
する（図９の（Ａ））。

【００４０】次に、エミッタ電極１８上からベース電極
１７上にわたりレジストパターン（図示せず）を形成
し、このレジストパターンをエッチングマスクとして用
いて、ベース層１３の露出部分に対してエッチングを行
い、その下のコレクタ層１２を露出させる。そして、露
出したコレクタ層１２上にコレクタ電極１６を形成する
（図９の（Ｂ））。

【００４１】最後に、デバイス上全面に、ＭＢＥ法によ
り、ＧａＳ１９を堆積して、パッシベーションを行い、
各電極部分上のみ開口して、ＨＢＴを完成させる（図９
の（Ｃ））。なお、ＧａＳ１９をＭＢＥ法により堆積す
るにあたっては、原料として、金属ガリウム（Ｇａ）と
硫化水素（Ｈ₂Ｓ）とを用いると良い。また、ＧａＳ１
９の代わりに、ＡｌＳやＩｎＳもＭＢＥ法により形成す
ることができる。

【００４２】また、ＧａＳ１９は、ＭＯＶＰＥ法により
堆積しても良い。その場合、III族原子の原料としての
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）と、硫黄原子の原料とし
てＨ2Ｓとを用いると良い。また、III族原子の原料とし
ては、このほかに、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）を用
いても良い。また、ＧａとＳとのクラスターである
［（ｔ−Ｂｕ）ＧａＳ］₄を用いれば、一つの原料から
ＧａＳを形成することができる。

【００４３】また、ＡｌＳをＭＯＶＰＥ法により堆積す
る場合には、III族原子の原料としてトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を用いると良い。また、ＩｎＳを堆積す
る場合には、III族原子の原料としてトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＩ）を用いると良い。

【００４４】［第３実施形態］次に、図３を参照して、
本発明の第３実施形態について説明する。図３は、第３
実施形態のＨＢＴの構成を説明するための断面図であ
る。本実施例のＨＢＴの構成は、エミッタ層１４上のＧ
ａＡｓのエミッタキャップ層１５上に、ＩｎＧａＡｓの
エミッタキャップ層２３を設け、このエミッタキャップ
層２３上にエミッタ電極１８を設けた構成としてある。

【００４５】そして、ＩｎＧａＡｓのエミッタキャップ
層２３の禁制帯幅は、ＧａＡｓのエミッタキャップ層１
５の禁制帯幅よりも狭く、高濃度の不純物ドーピングが
可能である。そこで、本実施形態では、ＩｎＧａＡｓの
エミッタキャップ層２３に、不純物としてＳｉをエミッ
タ層１４よりも高濃度の１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピン
グしている。

【００４６】なお、第２実施形態では、エミッタ層１４
及びエミッタキャップ層１５の厚さを第１実施形態での
厚さに対して半減させ、かつ、エミッタキャップ層２３
を設けた点除いては、上述した第１実施形態のＨＢＴの
構成と同一である。このため、第１実施形態と同一構成
成分には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略す
る。

【００４７】このように、高不純物濃度で禁制帯幅の狭
いエミッタキャップ層２３を設ければ、エミッタ電極１
８との接触抵抗を低減してエミッタ抵抗を低減すること
ができる。その結果、デバイスの特性のうちの特に遮断
周波数を向上させることができる。さらに、遮断周波数
の向上に伴って最高発振周波数も向上する。また、エミ
ッタ抵抗を低減することにより、デバイス特性のうちの
雑音特性も改善される。

【００４８】［第４実施形態］次に、図４を参照して、
本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４
実施形態のＨＢＴの構成を説明するための断面図であ
る。本実施例のＨＢＴは、パッシベーション膜２２を、
ＧａＳ１９の膜と絶ＳｉＯ₂膜の絶縁膜とにより構成さ
れた二重膜とした点を除いては、上述の第１実施形態と
同一の構成を有する。このため、第１実施形態と同一の
構成成分には、同一の符号を付してその詳細な説明を省
略する。

【００４９】このように、パッシベーション膜を二重膜
とすれば、パッシベーション膜を厚くした場合の強度補
完に有効である。なお、絶縁膜として、ＳｉＯ₂膜２０
の代わりに、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）またはシリコ
ン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成しても良い。

【００５０】［第５実施形態］先ず、図５を参照して、
第５実施形態のＨＢＴの構成について説明する。図５
は、第５実施形態のＨＢＴの構成を説明するための断面
図を示す。

【００５１】図５に示すように、本実施形態のＨＢＴに
おいては、半絶縁性のＩｎＰ基板３０上に、厚さ１００
ｎｍのｉ−ＩｎＰまたはｉ−ＩｎＡｌＡｓのバッファ層
３１が形成されている。そして、このバッファ層３１上
に、厚さ１０００ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓのコレクタ層
３２、厚さ８０ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓのベース層３３
及び厚さ１００ｎｍのｎ−ＩｎＰまたはｎ−ＩｎＡｌＡ
ｓのエミッタ層３４が順次に積層されている。さらに、
本実施例では、エミッタ層３４上に、厚さ１００ｎｍの
ｎ⁺−ＩｎＧａＡｓのエミッタキャップ層３５が形成さ
れている。

【００５２】本実施形態では、コレクタ層３２には、ｎ
型の不純物のケイ素原子（Ｓｉ）が５×１０¹⁷ｃｍ^-3の
濃度でドーピングされている。また、ベース層３３に
は、ｐ型の不純物のベリリウム（Ｂｅ）が５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3の濃度でドーピングされている。また、エミッタ層
３４には、Ｓｉが３×１０¹⁷ｃｍ^-3の濃度でドーピング
されている。そして、エミッタ層の禁制帯幅は、ベース
層の禁制帯幅よりも広くなっている。また、エミッタキ
ャップ層３５には、Ｓｉが１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の高濃
度でドーピングされている。

【００５３】また、ベース層３３は、コレクタ層３２上
の位置部分に形成されており、コレクタ層３２上のその
他の一部分には、コレクタ電極３６が形成されている。
また、エミッタ層３４も、ベース層３３上の位置部分に
形成されており、ベース層３３上のその他の一部分に
は、ベース電極３７が形成されている。また、エミッタ
層３４は、途中で一段狭くなっている。そして、エミッ
タキャップ層３５上には、エミッタ電極３８が形成され
ている。また、本実施形態では、各電極は、それぞれ第
１実施形態と同じ材料で形成されている。

【００５４】そして、ＨＢＴの上面は、各電極上に開口
部を有するパッシベーション膜１９で覆われている。そ
して、本実施形態では、このパッシベーション膜１９
を、III族原子を含む硫化物であるＧａＳにより形成し
ている。

【００５５】このように、ＧａＳでパッシベーション膜
を形成することにより、ＨＢＴの表面再結合電流の発生
を抑制して、電流増幅率や雑音特性といったデバイス特
性の向上を図ることができる。たとえば、コレクタ電流
密度１×１０⁴Ａ／ｃｍ²において、電流増幅率５００と
いう高い値が得られ、また、エミッタサイズ依存性も少
なかった。また、雑音特性も２ＧＨｚにおいて、Ｆ_min
＝０．４ｄＢと良好であった。さらに、コレクタ電圧
２．０Ｖ、コレクタ電流密度２×１０⁴Ａ／ｃｍ²、ジャ
ンクション温度２００℃の条件下で信頼性試験を行った
結果、連続１０００時間、デバイス特性が変化すること
はなかった。

【００５６】なお、本実施形態においても、ＧａＳの代
わりに、硫化アルミニウム（ＡｌＳ）又は硫化インジウ
ム（ＩｎＳ）を用いてパッシベーション膜１９を形成し
ても同様の効果が得られる。

【００５７】［第６実施形態］次に、図６を参照して、
本発明の第６実施形態について説明する。図６は、第６
実施形態のＨＢＴの構成を説明するための断面図であ
る。本実施例のＨＢＴの構成は、コレクタ層３２とベー
ス層３３との間に、厚さ５００ｎｍのｎ−ＧａＡｓのサ
ブコレクタ層４０を設け、かつ、コレクタ層３２の厚さ
を５００ｎｍとした点を除いては、上述した第５実施形
態のＨＢＴの構成と同一である。このため、第５実施形
態と同一構成成分には、同一の符号を付してその詳細な
説明を省略する。

【００５８】このサブコレクタ層４０には、コレクタ層
３２の不純物濃度（５×１０¹¹ｃｍ^-3）よりも高濃度と
なるように、Ｓｉを１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上ドーピングさ
れている。そして、このサブコレクタ層４０上に、コレ
クタ電極３６が設けられている。

【００５９】このように、高不純物濃度のサブコレクタ
層４０を設ければ、上述の第１実施形態と同様に、コレ
クタ電極と接触抵抗を低減してコレクタ抵抗を低減する
ことができる。その結果、デバイスの特性のうちの遮断
周波数を特に向上させることができる。また、遮断周波
数の向上に伴って、最高発振周波数も向上する。さら
に、デバイス特性のうちの雑音特性も改善される。

【００６０】次に、図１０を参照して、第６実施形態の
ＨＢＴの製造方法について説明する。図１０の（Ａ）〜
（Ｃ）は、第６実施形態のＨＢＴの製造方法を説明する
ための前半の断面工程図であり、後半の工程は、第２実
施例で説明した図９の（Ａ）〜（Ｃ）に示す工程と同様
である。

【００６１】先ず、半絶縁性ＩｎＰ基板３０上に、ＭＢ
Ｅ法又はＭＯＶＰＥ法により、バッファ層３１、コレク
タ層３２、サブコレクタ層４０、ベース層３３、エミッ
タ層３４及びエミッタキャップ層３５を順次に成長させ
る（図１０の（Ａ））。

【００６２】なお、コレクタ層３２及びサブコレクタ層
４０以外の各層の厚さ、材料及び不純物濃度は、上述の
第５実施形態のものと実質的に同一である。またコレク
タ層３２及びサブコレクタ層４０の厚さ、材料及び不純
物濃度は、完成後のＨＢＴにおけるものと実質的に同一
である。

【００６３】次に、エミッタキャップ層３５上全面にＷ
Ｓｉ層（図示せず）を形成し、このＷＳｉ層上に、レジ
ストパタン２４を形成する。そして、このレジストパタ
ン２４をエッチングマスクとして用いて、ＷＳｉ層に対
してドライエッチングを行い、レジストパタン２４直下
にエミッタ電極３８を画成する（図１０の（Ｂ））。

【００６４】続いて、このレジストパタン２４およびエ
ミッタ電極３８をエッチングマスクとして用いて、エミ
ッタキャップ層３５及に対して、燐酸系または硫酸系の
エッチャントによりウエットエッチングを行う。このウ
エットエッチングでは、エミッタキャップ層３５のみが
エッチングされ、エッチング層３４の表面でエッチング
が停止する（図１０の（Ｃ））。以下の工程は、上述し
た第２実施例において、図９に示した工程と同様である
ので詳細な説明を省略する。

【００６５】［第７実施形態］次に、図７を参照して、
本発明の第７実施形態について説明する。図７は、第７
実施形態のＨＢＴの構成を説明するための断面図であ
る。本実施例のＨＢＴは、パッシベーション膜２２を、
ＧａＳ１９の膜と絶ＳｉＯ₂膜の絶縁膜とにより構成さ
れた二重膜とした点を除いては、上述の第５実施形態と
同一の構成を有する。このため、第５実施形態と同一の
構成成分には、同一の符号を付してその詳細な説明を省
略する。

【００６６】このように、パッシベーション膜を二重膜
とすれば、パッシベーション膜を厚くした場合の強度補
完に有効である。なお、絶縁膜として、ＳｉＯ₂膜２０
の代わりに、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）またはシリコ
ン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）を形成しても良い。

【００６７】上述した実施の形態においては、本発明を
特定の条件で構成した例について説明したが、本発明
は、種々の変更を行うことができる。例えば、各半導体
層の不純物濃度及びドーパントの種類は、上述した実施
形態のものに限定されるものではなく、任意好適なもの
とすることができる。例えば、ドーパントして、セレン
（Ｓｅ）、スズ（Ｓｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）またはマ
グネシウム（Ｍｇ）を用いても良い。また、基板の種類
は、半絶縁性ＧａＡｓに限定する必要はなく、例えば、
ｉ―ＡｌＧａＡｓ基板やシリコン基板を用いても良い。
また、電極の材料も、任意好適なものを用いることがで
きる。また、上述の実施形態では第１および第２導電型
をｎ型およびｐ型としたが、この発明では、導電型を入
れ替えてあってもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、パッシベーション膜をIII族原子を含む硫化物
により構成してあるので、表面再結合電流の発生を抑制
して、電流増幅率や雑音特性といったデバイス特性の向
上を図ることができる。その上、III族原子を含む硫化
物は、安定した固体層として形成されため、これにより
パッシベーション膜を形成すれば、界面準位を恒久的に
低下させておくことができる。したがって、デバイスの
信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図２】第２実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図３】第３実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図４】第４実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図５】第５実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図６】第６実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図７】第７実施形態のＨＢＴの構成を説明するための
断面図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態のＨＢＴの製
造方法を説明するための前半の断面工程図である。

【図９】図８の（Ｃ）に続く、後半の断面工程図であ
る。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、第６実施形態のＨＢＴの
製造方法を説明するための断面工程図である。

【図１１】従来のＨＢＴの構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１０半絶縁性ＧａＡｓ基板１１バッファ層１２コレクタ層１３ベース層１４エミッタ層１５エミッタキャップ層（ＧａＡｓ）１６コレクタ電極１７ベース電極１８エミッタ電極１９ＧａＳ膜２０ＳｉＯ₂膜２１サブコレクタ層２２パッシベーション膜２３エミッタキャップ層（ＩｎＧａＡｓ）２４レジストパタン３０半絶縁性ＧａＡｓ基板３１バッファ層３２コレクタ層３３ベース層３４エミッタ層３５エミッタキャップ層３６コレクタ電極３７ベース電極３８エミッタ電極４０サブコレクタ層５０ヘテロガードリング

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、それぞれIII-V族化合
物半導体からなる第１導電型のコレクタ層、第２導電型
のベース層及び第１導電型のエミッタ層が順次に積層さ
れ、パッシベーション膜が形成された構成を有するヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記パッシベーション膜を、III族原子を含む硫化物に
より構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。
【請求項２】前記パッシベーション膜を硫化ガリウム
（ＧａＳ）、硫化アルミニウム（ＡｌＳ）又は硫化イン
ジウム（ＩｎＳ）としたことを特徴とする請求項１記載
のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項３】前記パッシベーション膜を、前記硫化物
の膜と絶縁膜とにより構成された二重膜としたことを特
徴とする請求項１又は２記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ。
【請求項４】前記絶縁膜を、シリコン酸化膜（ＳｉＯ
₂膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）またはシリコン酸
化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）としたことを特徴とする請求項
３記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項５】前記コレクタ層と前記ベース層との間
に、当該コレクタ層の不純物濃度よりも高濃度の不純物
がドーピングされたサブコレクタ層を設け、当該サブコ
レクト層上に、コレクタ電極を設けたことを特徴とする
請求項１、２、３又は４記載のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ。
【請求項６】前記エミッタ層上に、当該エミッタ層の
禁制帯幅よりも禁制帯幅が狭く、かつ、当該エミッタ層
の不純物濃度よりも不純物濃度が高いエミッタキャップ
層を設け、当該エミッタキャップ層上にエミッタ電極を
設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記
載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。