JP2007294782A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低電圧動作に有利であると共に、ベース層のシート抵抗を低減してfmaxの増大及びGainの増大、更には高効率動作を可能とし、また特にエミッタ層を制御性良く高品質に形成でき、エミッタ注入効率を安定して得ることのできるＨＢＴ構造を具備する（並びにこれを主要な構成要素とする）半導体装置を提供すること。
【解決手段】 第１導電型のエミッタ層と、第２導電型のベース層と、第１導電型のコレクタ層とを半導体基体上に有するＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）を具備する半導体装置において、前記エミッタ層及び前記コレクタ層はＧａＡｓを主成分とし、前記ベース層はＧｅを主成分とすることを特徴とする半導体装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、第１導電型のエミッタ層と、第２導電型のベース層と、第１導電型のコレクタ層とを半導体基体上に有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを具備する半導体装置に関するものである。

バイポーラトランジスタの一種であるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor：以下、ＨＢＴとも称する。）は、エミッタ層にベース層よりもバンドギャップが広い材料を用いたバイポーラトランジスタであって、エミッタ層よりもベース層の不純物濃度を濃くしてもエミッタ層からベース層への電子の注入効率（エミッタ効率）を高く保つことができる。従って、エミッタ効率の劣化による電流利得の減少を引き起こすことなく、エミッタ・ベース間容量、ベース抵抗を低減でき、ベース層のパンチスルーを抑制できる等の基本的な利点を有する。

また、ＨＢＴは高い電流駆動能力を有することから、電力増幅器（パワーアンプ：以下、ＰＡとも称する。）用デバイスとして優れ、更に単一電源動作が容易であるというメリットから、近年、移動体通信端末用ＰＡで使用されている。

ＰＡにおける重要な指標のひとつに電力付加効率（Power-Added Efficiency：ＰＡＥ）がある。ＰＡＥは、出力パワーＰoutと入力パワーＰinとの差の、直流投入電力Ｐdcに対する比：(Ｐout−Ｐin)／Ｐdcとして定義される。ＰＡＥはＰＡの効率の良さを表す指標であり、この値が大きいほどパワーアンプの消費電力が抑制される。移動体通信の端末では、全消費電力のうち送信側パワーアンプによる電力消費が大きな割合を占めるため、この値を大きくすることは特に重要である。

最近のＣＤＭＡ方式などのデジタル通信では、信号の歪に対しても厳しい規格が設けられているため、例えば、歪の指標であるＡＣＰＲが一定値以下となるような条件下で効率を最大化することが必要になってくる。このため、線形性の良さもデバイスにとって重要な要素となる。

また、次世代の移動体通信端末を考えたとき、ＰＡ用トランジスタに対する潜在的要求事項としては、上述した事項のほか、電源電圧の低下に対応できること（低電圧動作）、より高い周波数で高利得・高効率動作が可能であること（高周波動作）などがある。

現在の移動体通信端末で使用されているＧａＡｓ系ＨＢＴの一例の断面構造を図８に示す。以下、この構造について簡単に説明する。

例えば、半絶縁性のＳ.Ｉ.ＧａＡｓからなる基板１上に、適切な（ここではｎ⁺型のＧａＡｓからなる）バッファ層２を介してｎ⁺型のＧａＡｓからなるサブコレクタ層３、ｎ^-型のＧａＡｓからなるコレクタ層４、ｐ⁺型のＧａＡｓからなるベース層７、ｎ型のＩｎＧａＰからなる第１エミッタ層１０、ｎ型のＧａＡｓからなる第２エミッタ層１１、ｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるエミッタキャップ層１２が順次積層されている。第１エミッタ層１０、第２エミッタ層１１にはＡｌＧａＡｓを用いることもできる。

エミッタキャップ層１２の上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造のエミッタ電極１３が形成されている。また、ベースコンタクト形成のために、エミッタキャップ層１２、第２エミッタ層１１の一部が除去され、メサ構造が形成されている。ベース電極１４は第１エミッタ層１０の上に形成した後、熱処理等によってベース電極の一部と第１エミッタ層１０を合金化させ、ベース層７とのオーミックコンタクトを形成してもよいし、図示したようにベース電極１４が形成される領域のみ第１エミッタ層１０を除去してもよい。

コレクタ電極１５の形成のためにもメサ構造が形成され、サブコレクタ層３の上部にＮｉ／Ｇｅ／Ａｕの積層構造のコレクタ電極１５が形成されている。電極と接していない半導体表面は、例えばＳｉ₃Ｎ₄からなる絶縁膜１６により覆われている。

このようなＧａＡｓ系ＨＢＴでは、エミッタ・ベースｐｎ接合間の順方向ターン・オン電圧：Ｖbe-onが 〜1.3volt以上と高いことから、低電圧動作に対応しずらいという問題がある。

これに対して、ＩｎＰを主要な構成要素（主成分）とするＩｎＰ系ＨＢＴでは、エミッタ・ベースｐｎ接合間の順方向ターン・オン電圧：Ｖbe-onが 〜0.7voltと低く、低電圧動作に有利である。

図９に、ＩｎＰ系ＨＢＴの一例の断面構造を示す。

例えば、半絶縁性のＳ.Ｉ.ＩｎＰからなる基板２１上に、適切な（ここではｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなる）バッファ層２２を介して、ｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるサブコレクタ層２３、ｎ^-型のＩｎＰからなるコレクタ層２４、ｎ⁺型のＩｎＰからなる高濃度薄層２５、ｎ^-型のＩｎＧａＡｓＰからなる組成変調（傾斜）層２６、ｐ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるベース層２７、ｎ型のＩｎＰからなる第１エミッタ層３０、ｎ⁺型のＩｎＰからなる第２エミッタ層３１、ｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるエミッタキャップ層３２が順次積層されている。

エミッタキャップ層３２の上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造のエミッタ電極３３が形成されている。また、ベース電極形成のために、第１エミッタ層３０、第２エミッタ層３１、エミッタキャップ層３２の一部が除去されてメサ構造が形成され、ベース層２７の上にベース電極３４が形成されている。ベースコンタクトは第１エミッタ層３０の上から合金化により形成してもよいし、図示したようにベース電極３４が形成される領域のみ第１エミッタ層３０を除去してもよい。

コレクタ電極３５の形成のためにもメサ構造が形成され、サブコレクタ層２３の上部に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造のコレクタ電極３５が形成されている。電極と接していない半導体表面は、例えばＳｉ₃Ｎ₄からなる絶縁膜３６により覆われている。

このようなＩｎＰ系ＨＢＴは、一般に高周波特性にも優れることから、先に述べたような低電圧動作だけでなく高周波動作にも有利と考えられる。

しかしながら、ＩｎＰ系ＨＢＴは、次世代移動体端末のＰＡ用トランジスタに求められる基本特性を有しているものの、以下に示すような欠点を有する。

その第１は、よく知られているように、ＩｎＰ基板の価格がＧａＡｓ基板に比べてかなり高いことであり、また第２に、ＩｎＧａＡｓ層のオージェ係数がＧａＡｓ層に比べて大きいために、同程度の電流利得を得るために、ＩｎＰ系ＨＢＴではベース層の不純物濃度を低くせざるをえず、従ってベース層のシート抵抗が高くなる。このような高いベース抵抗は最大周波数（fmax）を低下させ、利得（Gain）を低下させる要因となる。

そこで、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓからなるコレクタ層、ＩｎＧａＰからなるエミッタ層を形成する一方、ベース層をＧｅ（後記の特許文献１）又はＳｉＧｅ（後記の特許文献２）で形成したＨＢＴが提起されている。

こうしたＨＢＴでは、ベース層をＧｅ又はＳｉＧｅで形成しているために、ベース層の室温でのバンドギャップを小さくでき、更にＧｅのホール移動度が高いことからベース層のシート抵抗を低くすることができるという利点がある。

特開２００３−２４３４０６公報（第２欄３６〜５０行目、図１） 特開２００５−２２９０７４公報（第４頁４４行目〜第５頁２８行目、図１）

上述したように、ベース層にＧｅを用いたＨＢＴは、室温でのベース層のバンドギャップを０．６６ｅＶ程度と小さくすることができ、また、ベース層のシート抵抗を低くしてfmaxやGainに有利となり、更にベース層をＧｅ単元素の結晶にすると、組成制御の必要がなく、結晶製造プロセスも容易となる。

しかしながら、これらのＨＢＴでは、コレクタ層はＧａＡｓからなっているが、エミッタ層はＩｎＧａＰの三元系からなっているために、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層を形成する上での材料種が増え、その気相成長時の原料ガスの制御パラメータが増えると共に、ＩｎＧａＰの結晶が無秩序に成長し易いという問題がある。しかも、原料ガスの供給制御が乱れた場合に、図３に示すバンドギャップから明らかなように、ＩｎＧａＰ層のバンドギャップがその組成比によっては微妙に変化し、ベース層との間の接合部の状態（即ち、エミッタからの電子の注入効率）が変化し易くなる。なお、図３は、米国特許第４，８２１，０８２号のＦＩＧ.６に基づくものであるが、IEEE Transactions on Electron Devices, vol.48,No.11（2001）,pp.2631-2639を参考にして、ＧａＡｓＳｂベース層の伝導帯位置について修正を加えている。

しかも、エミッタ／ベースのヘテロ接合をＩｎＧａＰ／Ｇｅで構成しているので、図３から明らかなように、ＩｎＧａＰのバンドギャップが大きく、エミッタ層からベース層へのキャリア注入エネルギーが大きくなる。この結果、オフセット電圧（Ｖoff）が大きくなるため、電力増幅器に応用した場合の効率が高くならない。

本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、低電圧動作に有利であると共に、ベース層のシート抵抗を低減してfmaxの増大及びGainの増大、更には高効率動作を可能とし、また特にエミッタ層を制御性良く高品質に形成でき、高いエミッタ注入効率を安定して得ることのできるＨＢＴ構造を具備する（並びにこれを主要な構成要素とする）半導体装置を提供することにある。

即ち、本発明は、第１導電型のエミッタ層と、第２導電型のベース層と、第１導電型のコレクタ層とを半導体基体上に有するＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）を具備する半導体装置において、前記エミッタ層及び前記コレクタ層はＧａＡｓを主成分とし、前記ベース層はＧｅを主成分とすることを特徴とする半導体装置に係るものである。ここで、上記の「主成分」とは、ＧａＡｓ又はＧｅのみを成分とすることは勿論であるが、他のドーパント又は不純物が少量含まれていることも差支えないことを意味する。

本発明によれば、前記ベース層にＧｅを用いているので、エミッタ・ベース間のターン・オン電圧：Ｖbe-onを通常のＧａＡｓ系ＨＢＴよりも低くできる。これは、図３に示すように、ＧａＡｓ系ＨＢＴのベース層に用いられるＧａＡｓのバンドギャップ（Ｅｇ）が室温で約１．４２ｅＶであるのに対して、Ｇｅは約０．６６ｅＶと小さいからである。そして、ＧｅはＧａＡｓとほぼ格子定数が同じであるから、それらの間の格子整合が良好となる。

また、前記ベース層にＧｅを用いているために、ベース層のシート抵抗を小さくできる。これは、Ｇｅのホール移動度がＧａＡｓやＩｎＧａＡｓと比べて５倍程度大きいためである。また、オージェ再結合係数はＧａＡｓと同程度であってＩｎＧａＡｓよりも小さいため、一定の電流利得を得るためにドーピング濃度を下げる必要はない。つまり、ベース層への高濃度ドーピングが可能である。

また、バンドギャップが適度に大きいＧａＡｓをエミッタ層に使用しているので、エミッタ／ベースのヘテロ接合をＧａＡｓ／Ｇｅ（又はＧａＡｓ／組成変調層／Ｇｅ）のように構成することにより、上述したＩｎＧａＰをエミッタ層に用いる場合に比べて、エミッタ層からベース層へのキャリアの注入エネルギーが下がる。この結果、オフセット電圧（Ｖoff）が下がるので、電力増幅器に応用した場合に効率が増大する。

また、前記エミッタ層、前記コレクタ層ともにＧａＡｓを使用し、ＡｌやＰを含む化合物を使用しないので、これらの組成制御が必要でなく、各層間の接合部を安定に形成できると共に、構造も単純となり、製造コストを抑えることができる。しかも、ＡｌＧａＡｓに関わる問題（例えば酸素の取り込み）やＩｎＧａＰに関わる問題（例えば結晶の秩序化・無秩序化）などの問題を回避でき、信頼性に優れた構造となる。

また、バンドギャップの大きなＧａＡｓを前記コレクタ層に用いているため、移動体通信用端末で用いられるＰＡに要求される高い耐圧も確保できる。そして、ＧａＡｓの移動度は高いので、Ｉc−Ｖce特性の立ち上がり抵抗を小さくでき、高効率化にも有利である。

本発明においては、ＨＢＴの性能をより高める上で、前記コレクタ層は、第１コレクタ層と、この第１コレクタ層及び前記ベース層の間に挟まれ、半導体組成の変調によって電子親和力が変化した組成変調層、又は中間層とを有し、この組成変調層又は中間層の電子親和力は前記第１コレクタ層の電子親和力よりも大きいことが望ましい。

この場合、前記コレクタ層側の前記組成変調層と前記第１コレクタ層との間に、隣接する半導体層の不純物濃度よりも高濃度の不純物が添加された高濃度薄層が含まれていることが望ましい。

また、前記エミッタ層は、第１エミッタ層と、この第１エミッタ層及び前記ベース層の間に挟まれ、半導体組成の変調によって電子親和力が変化した組成変調層とを有し、この組成変調層の電子親和力は前記第１エミッタ層の電子親和力よりも大きいことが望ましい。

この場合、前記エミッタ層側の前記組成変調層と前記第１エミッタ層との間に、隣接する半導体層の不純物濃度よりも高濃度の不純物が添加された高濃度薄層が含まれていることが望ましい。

また、前記コレクタ層側の前記組成変調層並びに前記エミッタ層側の前記組成変調層の電子親和力がそれぞれ、前記ベース層に近づくにつれて増大しているのがよい。

また、前記組成変調層がＩｎを含み、前記中間層はＧｅを主成分とするのがよい。

但し、前記へテロ接合バイポーラトランジスタが、ＡｌＧａＡｓ等のＡｌを含む化合物を主成分としないこと、ＩｎＧａＰ等のＰを含む化合物を主成分としないことによって、構造が単純となり、従来型のＧａＡｓ系ＨＢＴと比較しても大きなコストダウンが得られる。

また、前記半導体基体には、半絶縁性のＳ.Ｉ.ＧａＡｓ基板を用いるのがよい。前記エミッタ層、ベース層、コレクタ層にはそれぞれ、オーミックコンタクトが形成されているのが望ましいことは勿論である。

本発明の半導体装置は、上述したＨＢＴを主要な構成要素とし、抵抗素子、容量素子、インダクタ等の受動素子も含む集積回路装置（ＭＭＩＣ）として構成されるのがよい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に説明する。

第１の実施の形態
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態によるＨＢＴは、例えば、半絶縁性のＳ.Ｉ.ＧａＡｓからなる基板４１上に、適切な（ここではｎ⁺型のＧａＡｓからなる）バッファ層４２を介して、ｎ⁺型のＧａＡｓからなるサブコレクタ層４３、ｎ^-型のＧａＡｓからなる第１コレクタ層４４、ｎ⁺型のＧａＡｓからなる高濃度薄層４５、例えばｎ^-型のＩｎＧａＡｓからなる組成変調層（中間層）４６、ｐ⁺型のＧｅからなるベース層４７、例えばｎ^-型のＩｎＧａＡｓからなる組成変調層（中間層）４８、ｎ⁺型のＧａＡｓからなる高濃度薄層４９、ｎ型のＧａＡｓからなる第１エミッタ層５０、ｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるエミッタキャップ層５２が順次積層されたものである。

エミッタキャップ層５２の上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造のエミッタ電極５３が形成されている。また、ベースコンタクト形成のために、エミッタキャップ層５２、第１エミッタ層５０、高濃度薄層４９の一部が除去され、メサ構造が形成されている。ベース電極５４は組成変調層４８の上に形成した後、熱処理等によって合金化層を形成し、ベース層４７とのオーミックコンタクトを形成してもよいし、図示したようにベース電極５４が形成される領域のみ組成変調層４８を除去してもよい。

コレクタ電極５５の形成のためにもメサ構造が形成され、サブコレクタ層４３の上部に、Ｎｉ／Ｇｅ／Ａｕの積層構造のコレクタ電極５５が形成されている。

エミッタ電極５３、ベース電極５４、コレクタ電極５５には、例えばＴｉ／Ｐｔ／ＡｕやＮｉ/Ｇｅ/Ａｕなどの積層体を用いることができる。また、電極と接していない半導体表面は、例えばＳｉ₃Ｎ₄からなる絶縁膜５６により覆われている。

バッファ層４２には例えばｎ⁺型のＧａＡｓを用いることができるが、バッファ層４２は省略することもできる。サブコレクタ層４３は、厚さ２００ｎｍ程度以上、濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以上とする。ｎ^-型のＧａＡｓからなる第１コレクタ層４４は、厚さ２００〜１０００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下とする。ｎ⁺型のＧａＡｓからなる高濃度薄層４５は、厚さ５ｎｍ程度以下、シートドーピング密度５×１０¹¹ｃｍ^-2程度とする。ｎ^-型のＩｎＧａＡｓからなる組成変調層４６は、厚さ５〜５０ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度以下とする。ｐ⁺型のＧｅからなるベース層４７は、厚さ３０〜１００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とする。ｎ^-型のＩｎＧａＡｓからなる組成変調層４８は、厚さ５〜２０ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下とする。ｎ⁺型のＧａＡｓからなる高濃度薄層４９は、厚さ５ｎｍ程度以下、シートドーピング密度１×１０¹²ｃｍ^-2程度とする。ｎ型のＧａＡｓからなる第１エミッタ層５０は、厚さ２０〜２００ｎｍ、濃度１×１０¹⁷〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とする。ｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるエミッタキャップ層５２は、厚さ５０〜１００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁹〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とする。

ただし、上記した各材料層の膜厚、濃度等の数値は典型的なものであり、これらの値に限定されるものではない。

図２は、図１に示したＨＢＴにおける、基板に垂直な方向のエネルギーバンド構造であり、伝導帯Ｅcと価電子帯Ｅvのエネルギー位置を示す。

この構造によれば、ベース層４７にＧｅを用いているため、エミッタ・ベース間のターン・オン電圧：Ｖbe-onを通常のＧａＡｓ系ＨＢＴよりも低くできる。これは、図３に示すように、ＧａＡｓ系ＨＢＴのベース層に用いられるＧａＡｓのバンドギャップ（Ｅｇ）が室温で約１．４２ｅＶであるのに対して、Ｇｅは約０．６６ｅＶと小さいからである。そして、ＧｅはＧａＡｓとほぼ格子定数が同じであるから、それらの間の格子整合が良好となる。

また、ベース層４７にＧｅを用いているために、ベース層のシート抵抗を小さくできる。これは、Ｇｅのホール移動度がＧａＡｓやＩｎＧａＡｓと比べて５倍程度大きいためである。また、オージェ再結合係数はＧａＡｓと同程度であってＩｎＧａＡｓよりも小さいため、一定の電流利得を得るためにドーピング濃度を下げる必要はない。つまり、ベース層４７への高濃度ドーピングが可能である。

また、エミッタ／ベース層のヘテロ接合において、上述したＩｎＧａＰをエミッタ層に用いる場合に比べて、エミッタ層からベース層へのキャリアの注入エネルギーが下がる。この結果、オフセット電圧（Ｖoff）が下がるので、電力増幅器に応用した場合に効率が増大する。

また、エミッタキャップ層５２と組成変調層４８、４６を除いて、エミッタ層、コレクタ層ともにＧａＡｓを使用し、ＡｌやＰを含む化合物を使用しないので、これらの組成制御が必要でなく、各層間の接合部を安定に形成できると共に、構造も単純となり、製造コストを抑えることができる。しかも、ＡｌＧａＡｓに関わる問題（例えば酸素の取り込み）やＩｎＧａＰに関わる問題（例えば結晶の秩序化・無秩序化）などの問題を回避でき、信頼性に優れた構造となる。

更に、ベース層からコレクタ層への電流の流れをスムーズにする目的で、第１コレクタ層４４とベース層４７との間に、電子親和力がベース層に向かって増大する組成変調層４６と、高濃度に不純物が添加された高濃度薄層４５とが挿入されている。また、ＰＡの電力付加効率を高める目的で、ＨＢＴのオフセット電圧（Ｖoff）を下げられるように、上記と同様の組成変調層４８と高濃度薄層４９とが、第１エミッタ層５０とベース層４７との間にも挿入されている。

また、バンドギャップの大きなＧａＡｓをコレクタ層に用いているため、移動体通信用端末で用いられるＰＡに要求される高い耐圧も確保できる。そして、ＧａＡｓの移動度は高いので、Ｉc−Ｖce特性の立ち上がり抵抗を小さくでき、高効率化にも有利である。

上記においては、組成変調層にＩｎＧａＡｓを用いた例を示したが、電子親和力がＧａＡｓよりも大きくなるものであれば、それ以外の材料を用いてもよい。なお、基板４１にＧａＡｓを用いたので、低コスト化にとって有利である。

第２の実施の形態
図４〜図５は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。

図４に示すように、本実施の形態によるＨＢＴは、例えば、半絶縁性のＳ.Ｉ.ＧａＡｓからなる基板６１上に、適切な（ここではｎ⁺型のＧａＡｓからなる）バッファ層６２を介して、ｎ⁺型のＧａＡｓからなるサブコレクタ層６３、ｎ^-型のＧａＡｓからなる第１コレクタ層６４、例えばｎ^-型のＧｅからなる中間層６６、ｐ⁺型のＧｅからなるベース層６７、ｎ型のＧａＡｓからなるエミッタ層７０、ｎ+型のＩｎＧａＡｓからなるエミッタキャップ層７２が順次積層されたものである。

エミッタキャップ層７２の上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造のエミッタ電極７３が形成されている。また、ベースコンタクト形成のために、エミッタキャップ層７２、第１エミッタ層７０の一部が除去され、メサ構造が形成されている。ベース電極７４は図示のようにベース層６７の上に直接形成してもよいが、第１エミッタ層７０の一部を残し、その上から熱処理等によって合金化層を形成してもよい。

コレクタ電極７５の形成のためにもメサ構造が形成され、サブコレクタ層６３の上部に、Ｎｉ／Ｇｅ／Ａｕの積層構造のコレクタ電極７５が形成されている。

エミッタ電極７３、ベース電極７４、コレクタ電極７５には、例えばＴｉ／Ｐｔ／ＡｕやＮｉ/Ｇｅ/Ａｕなどの積層体を用いることができる。また、電極と接していない半導体表面は、例えばＳｉ₃Ｎ₄からなる絶縁膜７６により覆われている。

バッファ層６２には例えばｎ⁺型のＧａＡｓを用いることができるが、バッファ層６２は省略することもできる。サブコレクタ層６３は、厚さ３００ｎｍ程度以上、濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以上とする。ｎ^-型のＧａＡｓからなる第１コレクタ層６４は、厚さ２００〜１０００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下とする。ｎ^-型のＧｅからなる中間層６６は、厚さ５〜１００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3程度以下とする。ｐ⁺型のＧｅからなるベース層６７は、厚さ３０〜１００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とする。ｎ型のＧａＡｓからなるエミッタ層７０は、厚さ２０〜２００ｎｍ、濃度１×１０¹⁷〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とする。ｎ⁺型のＩｎＧａＡｓからなるエミッタキャップ層７２は、厚さ５０〜１００ｎｍ程度、濃度１×１０¹⁹〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とする。

なお、上記した各材料層の膜厚、濃度等の数値は典型的なものであり、これらの値に限定されるものではない

図５は、図４に示したＨＢＴにおける、基板に垂直な方向のエネルギーバンド構造であり、伝導帯Ｅcと価電子帯Ｅvのエネルギー位置を示す。

本実施の形態による構造は、高濃度薄層を設けず、上述した第１の実施の形態に示した構造をより単純化したものであるが、上述した第１の実施の形態で述べたのと同じ効果を有する。つまり、低電圧動作が可能でベースのシート抵抗を低くでき、ＰＡでの高効率化が可能となる等、また製造コストの低減も可能となる。

本実施の形態では、エミッタからコレクタへの準バリスティックなキャリア輸送の利用を前提としているため、コレクタ側のポテンシャル不連続を完全には取り除いていない。また、中間層６６にＧｅを用いた例を示したが、電子親和力がＧａＡｓよりも大きくなるものであれば、それ以外の材料を用いてもよい。

第３の実施の形態
図６〜図７は、本発明の第３の実施の形態を示すものである。

図６に示すように、本実施の形態におけるＨＢＴは、ｎ^-型のＧｅからなる中間層６６が形成されていないこと以外は、上述した第２の実施の形態と同様であるので、共通部分については説明を省略する。

従って、組成変調層も存在しないため、このＨＢＴにおける、基板に垂直な方向のエネルギーバンド構造は図７に示す通りとなる。

本実施の形態による構造は、組成変調層を設けず、上述した第２の実施の形態に示した構造をより単純化したものであるが、上述した第２の実施の形態で述べたのと同じ効果を有する。

本実施の形態では、ベース・コレクタ間のポテンシャル障壁が大きくはなっているが、キャリア輸送にはそれ程の影響はなく、特にバイアスによってキャリア輸送が容易となる。

以上に述べた実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形可能である。

例えば、上述した高濃度薄層をはじめ各層の不純物濃度や厚さを変更してよい。

また、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層の積層体のメサ構造の形状や各層に接続する電極の配置、各層の構成層数などは、上述した実施の形態に限定されず、種々の形状、配置等を採用することができる。

また、上述した実施の形態においてはｎｐｎ型のバイポーラトランジスタについて説明しているが、本発明はｐｎｐ型に適用することも可能である。

本発明によるＨＢＴは、高い電流駆動能力を有し、低電圧動作が可能であって、高fmax、高Gainの電力増幅器用デバイスとして優れ、単一電源動作が容易であり、移動体通信端末用電力増幅器等に有用である。

本発明の第１の実施の形態によるＨＢＴの断面図である。 同、ＨＢＴのバンド図である。 同、バンドギャップエネルギーと格子定数の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態によるＨＢＴの断面図である。 同、ＨＢＴのバンド図である。 本発明の第３の実施の形態によるＨＢＴの断面図である。 同、ＨＢＴバンド図である。 従来例１のＨＢＴの断面図である。 従来例２のＨＢＴの断面図である。

符号の説明

４１、６１…半導体基板、４２、６２…バッファ層、４３、６３…サブコレクタ層、
４４、６４…第１コレクタ層、４５、４９…高濃度薄層、
４６、４８、６６…組成変調層又は中間層、４７、６７…ベース層、
５０、７０…第１エミッタ層、５２、７２…エミッタキャップ層、
５３、７３…エミッタ電極、５４、７４…ベース電極、５５、７５…コレクタ電極、
５６、７６…絶縁膜

Claims (10)

1. 第１導電型のエミッタ層と、第２導電型のベース層と、第１導電型のコレクタ層とを半導体基体上に有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを具備する半導体装置において、前記エミッタ層及び前記コレクタ層はＧａＡｓを主成分とし、前記ベース層はＧｅを主成分とすることを特徴とする半導体装置。
2. 前記コレクタ層は、第１コレクタ層と、この第１コレクタ層及び前記ベース層の間に挟まれ、半導体組成の変調によって電子親和力が変化した組成変調層、又は中間層とを有し、この組成変調層又は中間層の電子親和力は前記第１コレクタ層の電子親和力よりも大きい、請求項１に記載した半導体装置。
3. 前記エミッタ層は、第１エミッタ層と、この第１エミッタ層及び前記ベース層の間に挟まれ、半導体組成の変調によって電子親和力が変化した組成変調層とを有し、この組成変調層の電子親和力は前記第１エミッタ層の電子親和力よりも大きい、請求項１に記載した半導体装置。
4. 前記コレクタ層側の前記組成変調層並びに前記エミッタ層側の前記組成変調層の電子親和力がそれぞれ、前記ベース層に近づくにつれて増大している、請求項２又は３に記載した半導体装置。
5. 前記コレクタ層側の前記組成変調層と前記第１コレクタ層との間に、隣接する半導体層の不純物濃度よりも高濃度の不純物が添加された高濃度薄層が含まれている、請求項２に記載した半導体装置。
6. 前記エミッタ層側の前記組成変調層と前記第１エミッタ層との間に、隣接する半導体層の不純物濃度よりも高濃度の不純物が添加された高濃度薄層が含まれている、請求項３に記載した半導体装置。
7. 前記組成変調層がＩｎを含み、前記中間層がＧｅを主成分とする、請求項２又は３に記載した半導体装置。
8. 前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタが、Ａｌを含む化合物を主成分としない、請求項１に記載した半導体装置。
9. 前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタが、Ｐを含む化合物を主成分としない、請求項１に記載した半導体装置。
10. 前記半導体基体がＧａＡｓからなる、請求項１に記載した半導体装置。

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