JP2020150250A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
移動体端末のパワーアンプモジュールを構成する能動素子として、主にヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(HBT)が使用されている(特許文献1)。このHBTに要求される望ましい特性として、高効率、高利得、高出力、及び高耐圧等の諸項目がある。最近注目されているエンベロープトラッキングシステムにおいては、高いコレクタ電圧で動作するHBTが必要とされる。HBTの高電圧動作を実現するためには、安全動作領域(SOA:Safe Opearting Area)を拡大する必要がある。 A heterojunction bipolar transistor (HBT) is mainly used as an active element constituting a power amplifier module of a mobile terminal (Patent Document 1). Desirable characteristics required for this HBT include various items such as high efficiency, high gain, high output, and high withstand voltage. Envelope tracking systems, which have recently attracted attention, require HBTs that operate at high collector voltages. In order to realize the high voltage operation of the HBT, it is necessary to expand the safe operation area (SOA: Safety Operating Area).
コレクタ電流−コレクタ電圧特性(Ic−Vce特性)を示すグラフにおいてHBTのコレクタ電圧を高くすると、SOAの範囲内と範囲外との境界線(SOAライン)が徐々に低下する。本願の発明者らの評価実験によると、あるコレクタ電圧においてSOAラインが不連続に低下する現象が現れることが判明した。本明細書において、SOAラインが不連続に低下するときのコレクタ電圧を「遷移電圧」ということとする。なお、SOAラインが不連続に低下する特性については、後に図12を参照して説明する。 When the collector voltage of the HBT is increased in the graph showing the collector current-collector voltage characteristic (Ic-Vce characteristic), the boundary line (SOA line) between the range and the outside of the SOA gradually decreases. According to the evaluation experiments of the inventors of the present application, it has been found that a phenomenon in which the SOA line drops discontinuously appears at a certain collector voltage. In the present specification, the collector voltage when the SOA line drops discontinuously is referred to as a “transition voltage”. The characteristic that the SOA line decreases discontinuously will be described later with reference to FIG.
動作電圧を遷移電圧と同程度かそれより高くすると、HBTの動作中に負荷の変動が生じた場合に、実際の動作範囲がSOAの範囲から大きく外れてしまう危険性が高まる。動作範囲がSOAの範囲から大きく外れると、HBTが損傷してしまう場合がある。従って、負荷変動が生じてもHBTが損傷することなく、高いコレクタ電圧で動作させるために、遷移電圧を増大させてSOAを拡大することが望まれる。 If the operating voltage is equal to or higher than the transition voltage, there is an increased risk that the actual operating range will deviate significantly from the SOA range if the load fluctuates during the operation of the HBT. If the operating range deviates significantly from the SOA range, the HBT may be damaged. Therefore, it is desired to increase the transition voltage and expand the SOA in order to operate at a high collector voltage without damaging the HBT even if the load fluctuation occurs.
本発明の目的は、遷移電圧を増大させてSOAを拡大することが可能な半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of increasing the transition voltage and expanding the SOA.
本発明の一観点によると、
基板の上に配置されたコレクタ層、ベース層、エミッタ層、及び前記エミッタ層の一部の領域の上に配置されたエミッタメサ層を備え、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記エミッタ層はこの順番に積層されており、
さらに、
平面視において前記エミッタメサ層と重ならない領域であって、前記ベース層にベース電流を流すベース電極
を有し、
平面視において、前記エミッタ層は第1方向に長い第1の縁を有しており、
平面視において、前記ベース電極は前記第1方向に長い第2の縁を有しており、
前記ベース電極の前記第2の縁が前記エミッタメサ層の前記第1の縁に対向しており、前記エミッタメサ層の、前記第1方向の一方の端部側に位置する末端部分において、前記第1の縁と前記第2の縁との間隔が、前記エミッタメサ層の前記第1方向の中間部分における前記第1の縁と前記第2の縁との間隔より広い半導体装置が提供される。
According to one aspect of the invention
It comprises a collector layer, a base layer, an emitter layer arranged on a substrate, and an emitter mesa layer arranged on a part region of the emitter layer, and the collector layer, the base layer, and the emitter layer are the same. It is stacked in order and
further,
A region that does not overlap with the emitter mesa layer in a plan view, and has a base electrode for passing a base current through the base layer.
In plan view, the emitter layer has a first edge that is long in the first direction.
In plan view, the base electrode has a second edge that is long in the first direction.
The first edge of the base electrode faces the first edge of the emitter mesa layer and is located on one end side of the emitter mesa layer in the first direction. Provided is a semiconductor device in which the distance between the edge and the second edge is wider than the distance between the first edge and the second edge in the intermediate portion of the emitter mesa layer in the first direction.
エミッタメサ層の、第1方向の一方の端部側に位置する末端部分における第1の縁と第2の縁との間隔が、エミッタメサ層の中間部分における間隔より広い構成とすると、末端部分における単位長さあたりのベースアクセス抵抗が、中間部分における単位長さたりのベースアクセス抵抗より高くなる。ベース電流が増加すると、ベースアクセス抵抗による電圧降下により、末端部分における正味のベースエミッタ間電圧が、中間部分における正味のベースエミッタ間電圧より低下する。その結果、大電流動作時に、エミッタ電流が主として流れる領域がエミッタメサ層の中間部分に概ね限定されることになり、エミッタ電流が主として流れる領域の位置の安定性が高まる。これにより、エミッタ電流が主として流れる領域がエミッタメサ層内で移動しにくくなる。これによって遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大することが可能になる。 Assuming that the distance between the first edge and the second edge at the end portion of the emitter mesa layer located on one end side in the first direction is wider than the distance at the middle portion of the emitter mesa layer, the unit at the end portion. The base access resistance per length is higher than the base access resistance per unit length in the middle part. As the base current increases, the voltage drop due to the base access resistor causes the net base-emitter voltage at the end to be lower than the net base-emitter voltage at the middle. As a result, during operation with a large current, the region where the emitter current mainly flows is generally limited to the intermediate portion of the emitter mesa layer, and the stability of the position of the region where the emitter current mainly flows is improved. This makes it difficult for the region in which the emitter current mainly flows to move in the emitter mesa layer. This makes it possible to increase the transition voltage and expand the SOA.
実施例について説明する前に、一般的なHBTにおいてSOAの拡大を妨げている1つの要因について、本願発明者らの行った評価実験に基づいて図1から図3までの図面を参照して説明する。 Before explaining the examples, one factor hindering the expansion of SOA in a general HBT will be described with reference to the drawings of FIGS. 1 to 3 based on the evaluation experiment conducted by the inventors of the present application. To do.
図1は、評価実験の対象とした参考例によるHBTの平面図である。基板の表層部に導電性を持つ半導体からなるサブコレクタ層20が設けられている。サブコレクタ層20の上に、コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23が配置されている。コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23は、平面視においてほぼ一致しており、平面視においてサブコレクタ層20の内部に配置されている。エミッタ層23の一部の領域の上にエミッタメサ層25が配置されている。平面視において、エミッタメサ層25はエミッタ層23の内部に配置される。コレクタ層21、ベース層22、エミッタ層23、及びエミッタメサ層25は、バイポーラトランジスタ、例えばHBTを構成する。
FIG. 1 is a plan view of the HBT according to a reference example that was the subject of the evaluation experiment. A
エミッタメサ層25は、平面視において一方向(図1において横方向)に長い平面形状を有する。例えばエミッタメサ層25の平面形状は長方形である。エミッタメサ層25の上にエミッタ電極33が配置されている。平面視において、エミッタ電極33はエミッタメサ層25の内部に配置されている。エミッタ電極33は金属で形成されており、エミッタメサ層25にオーミック接触する。
The
平面視において、エミッタ層23のうちエミッタメサ層25と重なる領域がHBTのエミッタとして動作する。本明細書において、エミッタ層23のうちエミッタメサ層25と重なる部分を、真性エミッタ層23Aという。平面視において、エミッタ層23のうちエミッタメサ層25と重ならない部分をレッジ層23Bという。
In a plan view, the region of the
レッジ層23Bの上にベース電極32が配置されている。ベース電極32は、合金化処理によりレッジ層23Bを通過してベース層22に接続されており、ベース層22にベース電流を流す。図1において、ベース電極32にハッチングを付している。ベース電極32は、2本のベース電極主部32Aと、ベース電極パッド部32Bとを含む。2本のベース電極主部32Aは、それぞれ平面視において、エミッタメサ層25の幅方向の両側に配置されており、エミッタメサ層25の長手方向に延びている。ベース電極パッド部32Bは、エミッタメサ層25の長手方向の一方の端部(図1において左端)より外側において2本のベース電極主部32Aを相互に接続する。ベース電極主部32A及びベース電極パッド部32Bからなるベース電極32は、エミッタメサ層25をU字形に取り囲んでいる。
The
サブコレクタ層20の内側であってコレクタ層21の両側に、それぞれコレクタ電極31が配置されている。コレクタ電極31の各々は、エミッタメサ層25の長手方向と平行な方向に長い平面形状を持つ。コレクタ電極31は、サブコレクタ層20を介してコレクタ層21に接続されている。
コレクタ電極31、ベース電極32、及びエミッタ電極33の上に絶縁膜が配置されている。この絶縁膜の上に、平面視においてコレクタ電極31、ベース電極パッド部32B、及びエミッタ電極33と重なるように、それぞれコレクタ配線C1、ベース配線B1、及びエミッタ配線E1が配置されている。コレクタ配線C1は、その下の絶縁膜に設けられたコレクタ開口35を通ってコレクタ電極31に接続されている。ベース配線B1は、その下の絶縁膜に設けられたベース開口36を通ってベース電極32に接続されている。エミッタ配線E1は、その下の絶縁膜に設けられたエミッタ開口37を通ってエミッタ電極33に接続されている。
An insulating film is arranged on the
エミッタ開口37は、平面視においてエミッタ電極33の内部に配置されており、エミッタメサ層25の長手方向に長い平面形状を持つ。コレクタ開口35は、平面視においてコレクタ電極31の内部に配置されており、コレクタ電極31の長手方向に長い平面形状を持つ。ベース開口36は、平面視においてベース電極パッド部32Bの内部に配置されている。
The
エミッタ配線E1は、ベース電極パッド部32Bから遠ざかる向きに引き出されている。ベース配線B1は、エミッタメサ層25から遠ざかる向きに引き出されている。エミッタ配線E1、コレクタ配線C1、及びベース配線B1の上に、さらに2層目の配線が配置される場合もある。
The emitter wiring E1 is pulled out in a direction away from the base
平面視において、エミッタメサ層25、エミッタ電極33、及びエミッタ開口37は、長手方向及び幅方向のいずれに関しても対称性を有する。また、エミッタメサ層25の縁とベース電極主部32Aの縁との間隔はほぼ一定である。
In a plan view, the
通常、エミッタメサ層25及び真性エミッタ層23A内の電流が流れる領域を広く確保するために、エミッタ電極33の面積をできるだけ大きく設計する。例えば、エミッタメサ層25の外周線とエミッタ電極33の外周線との間隔は1μm以下に設計される。図1において、エミッタ電流の等値線38の分布の一例を細い実線で概念的に示している。このように、平面視において、エミッタ電流の大きさは均一ではなく、ある分布を持っている。この等値線38の分布については、後に詳述する。
Usually, the area of the
図1に示したHBTは、パワーアンプを組み込んだモノリシックマイクロ波集積回路素子(MMIC)を構成する場合、1枚の半導体基板に形成されたMMIC1個あたり複数個配置される。複数のHBTはお互いに、エミッタ配線E1、コレクタ配線C1、ベース配線B1、及びその上の2層目の配線等を介して、直接、または抵抗等の素子を介して間接的に、電気的に接続される。これにより、パワー段やドライバ段のパワーアンプが構成される。 When a monolithic microwave integrated circuit element (MMIC) incorporating a power amplifier is configured, a plurality of HBTs shown in FIG. 1 are arranged per MMIC formed on one semiconductor substrate. The plurality of HBTs are electrically connected to each other directly or indirectly via an element such as a resistor via the emitter wiring E1, the collector wiring C1, the base wiring B1, and the wiring of the second layer above the base wiring B1. Be connected. As a result, a power amplifier in the power stage and the driver stage is configured.
図2は、HBTのSOAラインの実測結果を示すグラフである。横軸はコレクタ電圧Vceを単位「V」で表し、縦軸はコレクタ電流密度Jcを単位「kA/cm2」で表す。グラフ中の丸記号及び三角記号は、それぞれ異なるエミッタ寸法の試料の実測に基づくSOAラインを示す。図2のグラフ中の丸記号及び実線は、エミッタ電極33の幅が3μm、長さが40μmの試料の実測結果を示し、三角記号及び破線は、エミッタ電極33の幅が3μm、長さが20μmの試料の実測結果を示す。SOAラインより低電圧側の領域がSOAに相当する。
FIG. 2 is a graph showing the actual measurement results of the SOA line of the HBT. The horizontal axis represents the collector voltage Vce in the unit "V", and the vertical axis represents the collector current density Jc in the unit "kA / cm 2 ". Circles and triangles in the graph indicate SOA lines based on actual measurements of samples with different emitter dimensions. The circle symbol and the solid line in the graph of FIG. 2 show the actual measurement results of the sample having the width of the
コレクタ電圧Vceが6Vから6.5Vに増加すると、SOAラインが不連続に急激に低下していることがわかる。SOAラインが不連続に低下するときのコレクタ電圧Vceが遷移電圧Vtに相当する。 It can be seen that when the collector voltage Vce increases from 6V to 6.5V, the SOA line drops discontinuously and sharply. The collector voltage Vce when the SOA line drops discontinuously corresponds to the transition voltage Vt.
図1及び図2に示した参考例では、エミッタ電極33を1本とし、ベース電極主部32Aを2本としたが、エミッタ電極33の本数とベース電極主部32Aの本数とをその他の組み合わせとしたHBTにおいても、SOAラインの不連続な低下が確認されている。例えば、エミッタ電極33及びベース電極主部32Aを共に1本としたHBT、エミッタ電極33を2本としベース電極主部32Aを1本としたHBT、エミッタ電極33を2本としベース電極主部32Aを3本としたHBT、エミッタ電極33を3本としベース電極主部32Aを4本としたHBTにおいても、SOAラインの不連続な低下が確認されている。
In the reference examples shown in FIGS. 1 and 2, the number of
図3は、コレクタ電流−ベース電圧特性(Ic−Vb特性)及びベース電流−ベース電圧特性(Ib−Vb特性)の実測結果を示すグラフである。横軸はベース電圧Vbを任意単位で表し、縦軸はコレクタ電流Ic及びベース電流Ibを任意単位で表す。図3において実線がIc−Vb特性を表し、破線がIb−Vb特性を表す。なお、コレクタ電流Icを表す縦軸のスケールと、ベース電流Ibを表す縦軸のスケールとは異なっている。測定においては、ベース電流Ibの大きさを電流源で掃引しながら、ベース電圧Vbとコレクタ電流Icとを測定した。コレクタ電圧Vce=V1、V2、V3、V4及びV5の複数の電圧において測定を行った。ここで、電圧V1からV5までの大小関係は、V1<V2<V3<V4<V5である。 FIG. 3 is a graph showing the actual measurement results of the collector current-base voltage characteristic (Ic-Vb characteristic) and the base current-base voltage characteristic (Ib-Vb characteristic). The horizontal axis represents the base voltage Vb in arbitrary units, and the vertical axis represents the collector current Ic and the base current Ib in arbitrary units. In FIG. 3, the solid line represents the Ic-Vb characteristic, and the broken line represents the Ib-Vb characteristic. The scale of the vertical axis representing the collector current Ic and the scale of the vertical axis representing the base current Ib are different. In the measurement, the base voltage Vb and the collector current Ic were measured while sweeping the magnitude of the base current Ib with a current source. The measurement was performed at a plurality of voltages of collector voltage Vce = V1, V2, V3, V4 and V5. Here, the magnitude relationship between the voltages V1 to V5 is V1 <V2 <V3 <V4 <V5.
図3において実線で示すように、コレクタ電流Icが小さい範囲では、ベース電圧Vbの増加に伴ってコレクタ電流Icが単調に増加し、ベース電圧Vbに対するコレクタ電流Icの傾きが徐々に大きくなる。同様に、図3において破線で示すように、ベース電流Ibの傾きも徐々に大きくなる。さらにコレクタ電流Icが大きくなると、ベース電圧Vbに対するコレクタ電流Icの傾きが無限大になるスナップバック点SBを迎える。このとき、破線のベース電流Ibの傾きも無限大になる。スナップバック点SBを越えてコレクタ電流Icを増加させると、ベース電圧Vbに対する実線のコレクタ電流Ic及び破線のベース電流Ibの傾きが負に変わり、実線のコレクタ電流Ic及び破線のベース電流Ibの増加と共に、ベース電圧Vbが低下する。 As shown by the solid line in FIG. 3, in the range where the collector current Ic is small, the collector current Ic increases monotonically as the base voltage Vb increases, and the slope of the collector current Ic with respect to the base voltage Vb gradually increases. Similarly, as shown by the broken line in FIG. 3, the slope of the base current Ib also gradually increases. When the collector current Ic becomes larger, the snapback point SB where the slope of the collector current Ic with respect to the base voltage Vb becomes infinite is reached. At this time, the slope of the broken line base current Ib also becomes infinite. When the collector current Ic is increased beyond the snapback point SB, the slopes of the solid collector current Ic and the dashed base current Ib with respect to the base voltage Vb change to negative, and the solid collector current Ic and the dashed base current Ib increase. At the same time, the base voltage Vb drops.
図3において実線で示すように、コレクタ電圧VceがV4及びV5のとき、コレクタ電流Icがスナップバック点SBを通過した後に、コレクタ電流Icが不連続に低下するキンクKが現れている。コレクタ電圧VceがV4、V5より低いV1、V2、V3のときには、キンクKは現れていない。キンクKが現れる最小のコレクタ電圧Vceが、遷移電圧Vt(図2)に対応する。ここで、キンクKとは、Ic−Vb特性においてベース電圧Vbが減少しコレクタ電流Icが増加する傾向を示す領域で、ベース電圧Vbの一時的な増加、またはコレクタ電流Icの一時的な減少が現れる特徴的な領域を指す(図3参照)。 As shown by the solid line in FIG. 3, when the collector voltages Vce are V4 and V5, a kink K in which the collector current Ic drops discontinuously appears after the collector current Ic passes through the snapback point SB. When the collector voltage Vce is V1, V2, V3 lower than V4, V5, the kink K does not appear. The minimum collector voltage Vce at which the kink K appears corresponds to the transition voltage Vt (FIG. 2). Here, the kink K is a region in which the base voltage Vb tends to decrease and the collector current Ic tends to increase in the Ic-Vb characteristic, and the base voltage Vb temporarily increases or the collector current Ic temporarily decreases. Refers to the characteristic area that appears (see FIG. 3).
次に、コレクタ電流−ベース電圧特性のスナップバック点SBを越えた領域にキンクKが現れる理由について説明する。 Next, the reason why the kink K appears in the region beyond the snapback point SB of the collector current-base voltage characteristic will be described.
キンクKの出現は、HBTの持つ熱的または電気的非対称性によると推定される。エミッタメサ層25(図1)の内側においては、エミッタ電極33及びエミッタ開口37の配置が対称性を維持している。ところが、エミッタメサ層25の周辺には、エミッタメサ層25を基準として非対称に配置されたベース電極32や種々の配線等が配置されている。また、パワー段やドライバ段のパワーアンプを構成する複数のHBTと、その周辺の引出配線、回路素子、バイアホール等の配置を俯瞰すると、着目する1つのエミッタメサ層25に対して熱的、電気的非対称要因が存在する。
The appearance of Kink K is presumed to be due to the thermal or electrical asymmetry of HBTs. Inside the emitter mesa layer 25 (FIG. 1), the arrangement of the
コレクタ電流Icがスナップバック点SBに至るまでは、エミッタ電流Ieが主として流れる領域の電流分布は、エミッタメサ層25(図1)の長手方向の中央付近に最大値を持ち、長手方向の両側に広がる。スナップバック点SBを越えてコレクタ電流Icが増加すると、エミッタメサ層25の周囲の非対称要因によって、エミッタ電流Ieが主として流れる領域の電流分布が、エミッタメサ層25(図1)の中央付近から長手方向に変位した位置に最大値を持つように変化する。例えば、図1に示したエミッタ電流の等値線38の分布が、中心付近から、ベース電極パッド部32Bが位置する側に偏る。本明細書において、「非対称性」とは、エミッタ電流Ieが主として流れる領域がエミッタメサ層25(図1)の中央付近から長手方向に変位した位置に電流最大値を持つ要因を意味する。エミッタ電流Ieが主として流れる領域の電流最大値を持つ位置の変位によって、キンクK(図3)が現れると考えられる。以下に説明する実施例では、エミッタ電流Ieが主として流れる領域の電流最大値の位置が、エミッタメサ層25の周辺の非対称要因の影響を受けにくい。
Until the collector current Ic reaches the snapback point SB, the current distribution in the region where the emitter current Ie mainly flows has a maximum value near the center of the emitter mesa layer 25 (FIG. 1) in the longitudinal direction and spreads to both sides in the longitudinal direction. .. When the collector current Ic increases beyond the snapback point SB, the current distribution in the region where the emitter current Ie mainly flows becomes longitudinal from the vicinity of the center of the emitter mesa layer 25 (FIG. 1) due to the asymmetric factor around the
[第1実施例]
次に、図4から図8までの図面を参照して、第1実施例による半導体装置について説明する。以下、図1に示した参考例による半導体装置と共通の構成については説明を省略する。
[First Example]
Next, the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings of FIGS. 4 to 8. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device according to the reference example shown in FIG. 1 will be omitted.
図4は、第1実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。エミッタメサ層25は、平面視において一方向に長い形状を有する。エミッタメサ層25の長手方向を第1方向ということとする。平面視において、エミッタメサ層25の幅方向の両側にある第1の縁41が第1方向に延びている。ベース電極32の2つのベース電極主部32Aの縁のうち第1の縁41に対向する部分にあたる第2の縁42が第1方向に延びている。平面視において第1の縁41と第2の縁42とが対向するとは、2つの縁同士が向き合って配置されていることを意味する。2つの縁が対向している状態には、2つの縁同士が平行である状態のみならず、2つの縁が斜めの位置関係にある状態も含まれる。
FIG. 4 is a plan view of one of the plurality of
エミッタメサ層25の、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44における第1の縁41と第2の縁42との間隔G1が、エミッタメサ層25の中間部分45における両者の間隔G0より広い。より具体的には、第2の縁42は第1方向に平行な直線であり、末端部分44の第1の縁41は、中間部分45の第1の縁41よりも、第2の縁42から遠ざかる向きに後退位置に配置されており、第1の縁41は屈曲した形状を持つ。ここで、「末端部分」とは、第1方向の端に位置する一部分を意味し、「中間部分」とは、両端の末端部分に挟まれた部分を意味する。
The distance G1 between the
ベース電極パッド部32Bから遠い方の末端部分46においても、第1の縁41と第2の縁42との形状及び位置関係は、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44における両者の形状及び位置関係と同様である。このため、エミッタメサ層25は、両端の末端部分44、46が中間部分45より細い平面形状を有する。
Even in the
ベース電極パッド部32Bの縁からエミッタ配線E1の縁までの最短距離が、ベース電極パッド部32Bからエミッタメサ層25の縁までの最短距離より長い。言い換えると、エミッタメサ層25のベース電極パッド部32B側の端部が、エミッタ配線E1のベース電極パッド部32B側の端部より、ベース電極パッド部32Bに向かって第1方向にはみ出している。このため、ベース電極パッド部32Bに近い方のエミッタメサ層25の端部に、エミッタ配線E1で覆われていない領域が存在する。
The shortest distance from the edge of the base
図5は、図4の一点鎖線5−5における断面図である。半絶縁性のGaAsからなる基板60の上にn型GaAs層が配置されており、n型GaAs層の一部がイオン注入技術によって絶縁化されている。絶縁化されていないn型GaAs層によってサブコレクタ層20が形成される。基板60の両面のうちサブコレクタ層20が形成されている方の面を「主面」ということとする。サブコレクタ層20の一部の領域の上に、コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23がこの順番に積層されている。エミッタ層23の一部の領域の上にエミッタメサ層25が配置されている。エミッタ層23は、エミッタメサ層25の真下の真性エミッタ層23Aと、エミッタメサ層25で覆われていないレッジ層23Bとに区分される。真性エミッタ層23Aは、平面視においてエミッタメサ層25とほぼ一致し、主として真性エミッタ層23Aを動作電流が流れる。なお、本明細書において「平面視において」、「平面視で」とは、基板60の主面に直交する方向から基板60の主面を平面視した状態を意味する。エミッタメサ層25は、エミッタ層23側のキャップ層25Aと、その上に配置されたコンタクト層25Bとを含む。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 5-5 of FIG. An n-type GaAs layer is arranged on a
コレクタ層21はn型GaAsで形成され、ベース層22はp型GaAsで形成される。ベース層22のシート抵抗ρsは、例えば130Ω/□以上400Ω/□以下である。エミッタ層23は、例えばSiドーピング濃度が2×1017cm−3以上5×1017cm−3以下のn型InGaPで形成され、その厚さは20nm以上50nm以下である。キャップ層25Aは、例えばSiドーピング濃度が2×1018cm−3以上4×1018cm−3以下のn型GaAsで形成され、その厚さは50nm以上200nm以下である。コンタクト層25Bは、例えばSiドーピング濃度が1×1019cm−3以上3×1019cm−3以下のn型InGaAsで形成され、その厚さは100nm以上200nm以下である。なお、これらの半導体層にその他の化合物半導体を用いてもよい。
The
サブコレクタ層20の上に、コレクタ電極31が配置されている。コレクタ電極31は、図5に示した断面においてコレクタ層21の両側に配置されている。レッジ層23Bの上に配置されたベース電極32が、レッジ層23Bを貫く合金層24を介してベース層22に接続されている。合金層24は、ベース電極32の材料が熱処理プロセスによってレッジ層23B内に拡散し、合金化されたものである。図5に示した断面には、ベース電極32のうちベース電極主部32A(図4)が現れており、ベース電極主部32Aはエミッタメサ層25の両側に配置されている。エミッタメサ層25の上にエミッタ電極33が配置されている。
The
コレクタ電極31、ベース電極32、及びエミッタ電極33を覆うように、絶縁膜61が配置されている。絶縁膜61の上に、エミッタ配線E1及びコレクタ配線C1が配置されている。エミッタ配線E1は、絶縁膜61に設けられたエミッタ開口37を通ってエミッタ電極33に接続されている。コレクタ配線C1は、絶縁膜61に設けられたコレクタ開口35を通ってコレクタ電極31に接続されている。このように、コレクタ電極31、ベース電極32、及びエミッタ電極33の上に、絶縁膜61を介してエミッタ配線E1及びコレクタ配線C1等の導体パターンを含む層が配置されている。図5に示されているように、エミッタ配線E1は、エミッタ電極33よりも上の層に配置されている。図5に示した断面には現れていないが、ベース配線B1(図4)は、ベース電極32より上の層に配置されている。このように、「上の層」とは、基板60の主面からの高さの高低によって定義されるのではなく、絶縁膜を介して厚さ方向に積み重ねられた複数の導体パターンの層の上下関係によって定義される。
The insulating
図6は、図4の一点鎖線6−6における断面図である。以下、図5に示した断面図に現れている構成部分については説明を省略する。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 6-6 of FIG. Hereinafter, description of the components appearing in the cross-sectional view shown in FIG. 5 will be omitted.
図6に示した断面には、ベース電極32のうちベース電極パッド部32Bが現れている。ベース電極32及びエミッタ電極33を覆う絶縁膜61の上にベース配線B1及びエミッタ配線E1が配置されている。ベース配線B1は、絶縁膜61に設けられたベース開口36を通ってベース電極パッド部32Bに接続されている。ベース配線B1とエミッタ配線E1とは、同一の層内に配置されており、両者の間隔は、例えばベース配線B1とエミッタ配線E1とが配置された層のデザインルールの最小間隔になるように設計される。デザインルールの最小間隔は、例えば1.5μm以上3μm以下の範囲に設定される。
Of the
ベース電極パッド部32Bから見て、エミッタ配線E1の、ベース電極パッド部32Bに近い方の端部側に位置する縁26が、エミッタメサ層25の、ベース電極パッド部32Bに近い方の端部側に位置する縁27よりも遠くに位置する。このような配置により、エミッタメサ層25の面積を一定に維持した条件の下で、ベースコレクタ接合面積を可能な限り最小化して、トランジスタの性能向上を図っている。
The
図7は、第1実施例による半導体装置の平面図である。第1実施例による半導体装置は複数の単位トランジスタ70(図4)を含む。複数の単位トランジスタ70は、エミッタメサ層25の長手方向(第1方向)に対して直交する方向(図7において縦方向)に並んで配置されている。
FIG. 7 is a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment. The semiconductor device according to the first embodiment includes a plurality of unit transistors 70 (FIG. 4). The plurality of
単位トランジスタ70の各々から、エミッタ配線E1が第1方向の一方の側(図7において右側)に向かって引き出されている。単位トランジスタ70の各々から引き出されたエミッタ配線E1は、エミッタ共通配線(グランド配線)71に連続する。平面視において、エミッタ共通配線71の内部にバイアホール72が設けられている。バイアホール72は、基板60(図5、図6)を貫通して基板60の裏面まで達する。エミッタ共通配線71は、バイアホール72内に配置される金属部材を介して、基板60の裏面に設けられる外部接続用のグランド電極に接続される。
From each of the
単位トランジスタ70の各々から、エミッタ配線E1の引き出し方向とは反対方向(図7において左側)に向かってベース配線B1が引き出されている。ベース配線B1の各々は、拡幅されて高周波入力配線75に重なる。ベース配線B1の各々と高周波入力配線75との重なり箇所が、MIM構造のコンデンサ76として機能する。さらに、ベース配線B1の各々は、薄膜抵抗77を介してバイアス配線78に接続されている。
The base wiring B1 is drawn out from each of the
単位トランジスタ70の各々の1層目のコレクタ配線C1は、エミッタ共通配線71より上層に配置される2層目のコレクタ共通配線(図示せず)に接続される。エミッタ共通配線71及びコレクタ共通配線は、それぞれ独立にCuピラーバンプ、ハンダバンプ等に接続してもよい。
The collector wiring C1 of the first layer of each of the
次に、図8を参照して、第1実施例の優れた効果について説明する。
図8は、第1実施例による半導体装置のエミッタメサ層25とベース電極32との平面的な位置関係を示す図である。エミッタメサ層25の第1の縁41と、ベース電極32の第2の縁42とが対向している。
Next, the excellent effect of the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a planar positional relationship between the
エミッタメサ層25の末端部分44、46において、第1の縁41と第2の縁42との間隔G1が、中間部分45における間隔G0より広くなっている。このため、末端部分44、46において、ベースアクセス抵抗が増加する。つまり、第1方向の単位長さ当たりのベースアクセス抵抗に着目すると、末端部分44、46のベースアクセス抵抗が、中間部分45のベースアクセス抵抗よりも大きい。
In the
全ベース電流Ibが増加し、全エミッタ電流Ie及び全コレクタ電流Icがスナップバック点SB(図3)の近傍に来ると、末端部分44、46では、相対的に大きなベースアクセス抵抗による電圧降下が、中間部分45における電圧降下より大きくなる。このため、末端部分44、46では、寄生抵抗の影響を除いた正味のベース電位、すなわち真性エミッタ層23A(図4、図5、図6)の第1の縁41に加わるベース電位が、中間部分45における正味のベース電位より低くなる。これにより、末端部分44、46において、寄生抵抗の影響を除いた正味のベースエミッタ間電圧が相対的に低下し、その結果、エミッタ電流Ie及びコレクタ電流Icが相対的に抑制される。従って、末端部分44、46では、中間部分45に比べて、エミッタベース接合面を流れる電流の密度が相対的に減少する。電流密度の相対的な減少によって、温度が相対的に低下する。
When the total base current Ib increases and the total emitter current Ie and the total collector current Ic come near the snapback point SB (FIG. 3), a voltage drop due to a relatively large base access resistor occurs at the
温度の低下は、さらに電流密度の相対的な低下を招く。この正のフィードバックの連鎖によって、スナップバック点SB(図3)近傍の大電流範囲では、スナップバック点SB(図3)から離れた小電流範囲と比較して、末端部分44、46において電流密度が急速に減少し始める。スナップバック点SBを超えた大電流範囲では、最終的には、電流が実質的に流れなくなる。つまり、全エミッタ電流Ieが主として流れる領域と、高温になる領域とが、第1方向に関して概ね中間部分45に限定される。その結果、大電流領域におけるHBTの動作が、エミッタメサ層25の両端近傍の熱的及び電気的非対称性の影響を受けにくくなる。これにより、キンクK(図3)の発生が抑制され、遷移電圧が上昇する。遷移電圧が上昇することにより、SOAが拡大され、HBTの高電圧動作が可能となる。
The decrease in temperature further causes a relative decrease in current density. Due to this chain of positive feedback, in the large current range near the snapback point SB (FIG. 3), the current densities at the
次に、第1実施例による半導体装置の各構成要素の好ましい寸法について説明する。
エミッタメサ層25の長手方向(第1方向)の好ましい長さは5μm以上80μm以下である。エミッタメサ層25の中間部分45の好ましい幅は1μm以上8μm以下である。間隔G1と間隔G0との好ましい差は、0.3μm以上1μm以下である。これらの寸法を上記範囲に設定すと、SOAを拡大するとともに、エミッタ電流を維持する効果が高まる。末端部分44、46の各々の第1方向の寸法は、0.5μm以上とすることが好ましく、1μm以上とすることがより好ましい。また、設計余裕を考慮すると、末端部分44、46の各々の第1方向の寸法を2μm以上とすることが好ましい。
Next, preferable dimensions of each component of the semiconductor device according to the first embodiment will be described.
The preferred length of the
HBTの電流増幅率βは、概ね50以上200以下の範囲内である。ベース層22(図5、図6)のシート抵抗ρs、間隔G1とG0との差、及び電流増幅率は、ρs(G1−G0)/β≧0.75Ω・μmを満たすように設定することが好ましい。例えば、ρs=200Ω/□、β=80のとき、G1−G0≧0.3μmとするとよい。 The current amplification factor β of the HBT is generally in the range of 50 or more and 200 or less. The sheet resistance ρs of the base layer 22 (FIGS. 5 and 6), the difference between the intervals G1 and G0, and the current amplification factor shall be set so as to satisfy ρs (G1-G0) / β ≧ 0.75Ω · μm. Is preferable. For example, when ρs = 200Ω / □ and β = 80, G1-G0 ≧ 0.3μm may be set.
次に、第1実施例の変形例について説明する。第1実施例では、エミッタメサ層25の両端の末端部分44、46における第1の縁41と第2の縁42との間隔G1を等しくし、かつ中間部分45における両者の間隔G0より広くしている。変形例として、一方の末端部分44における間隔G1と、他方の末端部分46における間隔G1を異ならせてもよい。特に、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44において、HBTの動作が熱的または電気的な非対称性の影響を受けやすい。この非対称性の影響を軽減するために、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44において、第1の縁41と第2の縁42との間隔G1を、末端部分46における間隔G1より広くすることが好ましい。
Next, a modified example of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the distance G1 between the
次に、図9A、図9B、図9Cを参照して、第1実施例のさらに他の複数の変形例について説明する。図9A、図9B、及び図9Cは、これらの変形例による半導体装置のエミッタメサ層25とベース電極32との平面視における形状及び位置関係を示す図である。
Next, a plurality of other modifications of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 9A, 9B, and 9C. 9A, 9B, and 9C are diagrams showing the shape and positional relationship of the
図9Aに示した変形例では、エミッタメサ層25の平面視における形状が楕円である。楕円の長軸が、ベース電極主部32Aの長手方向(第1方向)と平行である。エミッタメサ層25を楕円の長軸で2分割して得られる2本の外周線を、それぞれ第1方向に長い第1の縁41と考えることができる。
In the modified example shown in FIG. 9A, the shape of the
本変形例では、末端部分44、46と、中間部分45との境界線47を、エミッタメサ層25の形状に基づいて明確に定義することができない。末端部分44、46と、中間部分45との境界線47をどこに定義しても、末端部分44、46の第1の縁41は、中間部分45の第1の縁41よりも、第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。この点で、本変形例は第1実施例の場合と同様である。本変形例では、第1の縁41と第2の縁42との第2方向の間隔が一定ではないが、間隔を第1方向に平均すると、末端部分44、46の第1の縁41と第2の縁42との間隔が、中間部分45の第1の縁41と第2の縁42との間隔より広いということができる。
In this modification, the
図9Bに示した変形例では、エミッタメサ層25の平面視における形状がレーストラック型である。具体的には、第1方向に長い長方形の2つの短辺に、それぞれ半円を接続した形状である。この場合、長方形の部分を中間部分45と定義し、半円形の部分を末端部分44、46と定義すればよい。2つの半円の各々の中心を結ぶ直線でレーストラック形状を2分割して得られる2本の外周線を、それぞれ第1方向に長い第1の縁41と考えることができる。
In the modified example shown in FIG. 9B, the shape of the
本変形例においても、末端部分44の第1の縁41が、中間部分45の第1の縁41よりも、第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されているという点で、第1実施例の場合と同様である。さらに、末端部分44、46の第1の縁41と第2の縁42との間隔が、中間部分45の第1の縁41と第2の縁42との間隔より広いということができる。
Also in this modification, the
図9Cに示した変形例では、エミッタメサ層25の平面視における形状が六角形である。より具体的には、第1方向に長い長方形の2つの短辺に、それぞれ二等辺三角形の底辺を接続した形状である。この場合、長方形の部分を中間部分45と定義し、二等辺三角形の部分を末端部分44、46と定義すればよい。この六角形を2つの二等辺三角形の頂角で2分割して得られる2本の外周線を、それぞれ第1方向に長い第1の縁41と考えることができる。
In the modified example shown in FIG. 9C, the shape of the
本変形例においても、末端部分44の第1の縁41が、中間部分45の第1の縁41よりも、第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されているという点で、第1実施例の場合と同様である。さらに、末端部分44、46の第1の縁41と第2の縁42との間隔が、中間部分45の第1の縁41と第2の縁42との間隔より広いということができる。
Also in this modification, the
従って、図9A、図9B、及び図9Cに示した第1実施例の変形例においても、第1実施例と同様に、SOAが拡大され、HBTの高電圧動作が可能になるという優れた効果が得られる。 Therefore, in the modified examples of the first embodiment shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the SOA is expanded and the high voltage operation of the HBT becomes possible as in the first embodiment. Is obtained.
次に、図10を参照して第1実施例のさらに他の変形例について説明する。
図10は、本変形例による半導体装置の断面図である。コレクタ配線C1及びエミッタ配線E1より基板60側の構成は、第1実施例による半導体装置(図5)の構成と同一である。
Next, still another modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to this modification. The configuration on the
第1実施例では、複数の単位トランジスタ70のエミッタ電極33を相互に接続するエミッタ共通配線71(図7)がエミッタ配線E1と同一の層に配置されている。また、平面視においてエミッタ共通配線71は、単位トランジスタ70と重ならない位置に配置されている。これに対して本変形例では、エミッタ共通配線71に代えて2層目のエミッタ配線E2が配置されている。エミッタ配線E2は、エミッタ配線E1やコレクタ配線C1を覆う絶縁膜62の上に配置されている。2層目のエミッタ配線E2は、絶縁膜62に設けられたエミッタ開口63を通って1層目のエミッタ配線E1に接続されている。平面視において、2層目のエミッタ配線E2は複数の単位トランジスタ70と重なっている。
In the first embodiment, the common emitter wiring 71 (FIG. 7) connecting the
2層目のエミッタ配線E2の上に、フェイスダウン実装用のCuピラーバンプやハンダバンプ等が配置される。本変形例では、Cuピラーバンプやハンダバンプ等を、発熱源であるエミッタメサ層25に近い位置に配置することができる。この構造は、放熱経路の熱抵抗の低減に寄与する。この配置では、コレクタ配線は、図7においてコレクタ電極31(図4、図5)から、ベース配線B1が引き出された側とは反対側(図7において右側)に引き出され、1層目の配線で形成されたコレクタ共通配線に接続される。このコレクタ共通配線の上に、コレクタ用のCuピラーバンプやハンダバンプ等が配置される。
Cu pillar bumps, solder bumps, and the like for face-down mounting are arranged on the emitter wiring E2 of the second layer. In this modification, Cu pillar bumps, solder bumps, and the like can be arranged at positions close to the
次に、第1実施例のさらに他の変形例について説明する。第1実施例では、平面視においてエミッタ電極33がエミッタメサ層25の内側に配置されているが、エミッタ電極33がエミッタメサ層25の外側まではみ出した構成としてもよい。この構成は、例えばエミッタ電極33をエッチングマスクとして用いてその下の半導体層をエッチングし、エミッタメサ層25を残す自己整合プロセスを用いて形成することができる。
Next, another modification of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the
[第2実施例]
次に、図11、図12、及び図13を参照して第2実施例による半導体装置について説明する。以下、第1実施例による半導体装置(図4から図8までの図面)と共通の構成については説明を省略する。
[Second Example]
Next, the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11, 12, and 13. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device (drawings of FIGS. 4 to 8) according to the first embodiment will be omitted.
図11は、第2実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。第1実施例では、1つのエミッタメサ層25を、ベース電極32がU字状に取り囲んでいる。これに対し、第2実施例による半導体装置の単位トランジスタ70は、エミッタメサ層25が平面視において2つの部分で構成されたダブルエミッタ構造を有する。エミッタメサ層25の2つの部分は、それぞれ第1方向に長い平面形状を有し、第1方向に対して直交する第2方向に間隔を隔てて配置されている。
FIG. 11 is a plan view of one of the plurality of
ベース電極32は、1本のベース電極主部32Aと、ベース電極主部32Aに連続するベース電極パッド部32Bとで構成される。ベース電極主部32Aは、エミッタメサ層25の2つの部分の間に配置されている。エミッタメサ層25の2つの部分の各々の縁の一部分である第1の縁41が、ベース電極主部32Aに対向する。ベース電極主部32Aの縁の一部分である第2の縁42が、エミッタメサ層の2つの部分にそれぞれ対向する。ベース電極主部32Aの縁のうち、幅方向の両側の縁が、第2の縁42に相当する。
The
第2実施例においても、第1の縁41と第2の縁42との間隔は、第1方向に関して第1実施例による両者の間隔と同様の変化を示す。すなわち、エミッタメサ層25の末端部分44、46において、第1の縁41と第2の縁42との間隔G1が、中間部分45における間隔G0より広い。
Also in the second embodiment, the distance between the
次に、第2実施例の優れた効果について説明する。
第2実施例においても、第1の縁41と第2の縁42との間隔が、第1実施例の場合と同様に変化しているため、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大するという優れた効果が得られる。さらに、第2実施例では、第1実施例と比べて、エミッタメサ層25の面積に対するコレクタ層21の面積の比が小さくなる。その結果、HBTの高周波特性(利得、効率等)が向上するという優れた効果が得られる。
Next, the excellent effect of the second embodiment will be described.
Also in the second embodiment, since the distance between the
次に、第2実施例の優れた効果を確認するために行った評価実験について説明する。
評価実験では、第2実施例による半導体装置、及び比較例による半導体装置について、コレクタ電流−コレクタ電圧特性を測定し、SOAラインを求めた。比較例による半導体装置は、図11に示した第2実施例による半導体装置における間隔G1を間隔G0と等しくした構成を有する。エミッタメサ層25の長さ(第1方向の寸法)を40μmとし、幅(第1方向に直交する方向の寸法)を3μmとし、間隔G0、G1を共に1μmとした。
Next, an evaluation experiment conducted to confirm the excellent effect of the second example will be described.
In the evaluation experiment, the collector current-collector voltage characteristics of the semiconductor device according to the second embodiment and the semiconductor device according to the comparative example were measured, and the SOA line was obtained. The semiconductor device according to the comparative example has a configuration in which the interval G1 in the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 11 is equal to the interval G0. The length (dimension in the first direction) of the
第2実施例による半導体装置においては、間隔G1を2μmとし、間隔G0を1μmとした。エミッタメサ層25の長さを40μmとし、中間部分45におけるエミッタメサ層25の幅を3μmとした。第1の縁41と第2の縁42との間隔を相対的に広くした末端部分44、46の第1方向の寸法を1.5μm以上7.5μm以下の範囲で異ならせた複数の試料を作製した。
In the semiconductor device according to the second embodiment, the interval G1 is set to 2 μm and the interval G0 is set to 1 μm. The length of the
図12は、第2実施例による半導体装置のSOAラインの実測結果を示すグラフである。横軸はコレクタ電圧Vceを単位「V」で表し、縦軸はコレクタ電流Icを単位「A」で表す。図12のグラフ中の実線及び破線は、それぞれ第2実施例及び比較例による半導体装置のSOAラインを示す。なお、図12に示した特性が得られた第2実施例による半導体装置は、第1の縁41と第2の縁42との間隔を相対的に広くした末端部分44、46の第1方向の寸法を1.5μmとしたものである。
FIG. 12 is a graph showing the actual measurement results of the SOA line of the semiconductor device according to the second embodiment. The horizontal axis represents the collector voltage Vce in the unit "V", and the vertical axis represents the collector current Ic in the unit "A". The solid line and the broken line in the graph of FIG. 12 indicate the SOA line of the semiconductor device according to the second embodiment and the comparative example, respectively. In the semiconductor device according to the second embodiment in which the characteristics shown in FIG. 12 were obtained, the first direction of the
第2実施例による半導体装置の構成を採用することにより、比較例の構成と比べて遷移電圧がVt0からVt1まで上昇し、その結果SOAが拡大していることが確認された。 It was confirmed that by adopting the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment, the transition voltage increased from Vt 0 to Vt 1 as compared with the configuration of the comparative example, and as a result, the SOA expanded.
図13は、エミッタメサ層25の両端の末端部分44、46の第1方向の寸法と、遷移電圧との関係を示すグラフである。横軸は末端部分44、46の第1方向の寸法Lxを単位「μm」で表し、縦軸は遷移電圧を単位「V」で表す。末端部分44、46の第1方向の寸法Lxが0の試料は、比較例による半導体装置に相当する。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the dimensions of the
末端部分44、46の第1方向の寸法Lxが少なくとも1.5μm以上7.5μm以下の範囲で、遷移電圧を上昇させる効果が明確に得られることが確認された。
It was confirmed that the effect of increasing the transition voltage was clearly obtained in the range where the dimension Lx of the
次に、末端部分44、46の好ましい寸法について説明する。
図12及び図13に示した実測結果から、末端部分44、46の第1方向の寸法(長さ)を1.5μm以上にすると、SOAを拡大する効果が得られることが確認された。なお、末端部分44、46の長さが1.5μm未満であっても、SOAを拡大するある程度の効果は得られる。なお、半導体プロセスにおける微細加工精度の制約から、末端部分44、46を短くし過ぎると、末端部分44、46と中間部分45とを区別できなくなってしまう。末端部分44、46と中間部分45とを区別可能にし、SOAを拡大する効果を得るために、末端部分44、46の長さを0.5μm以上にすることが好ましい。
Next, preferable dimensions of the
From the actual measurement results shown in FIGS. 12 and 13, it was confirmed that when the dimensions (length) of the
また、末端部分44、46を長くし過ぎると、エミッタメサ層25及び真性エミッタ層23Aの面積が小さくなることによる影響が大きくなる。具体的には、同じベース電圧で得られる電流が小さくなってしまう。従って、末端部分44、46の長さは、SOAを拡大する十分な効果が得られる範囲の下限値に近付けることが好ましい。
Further, if the
間隔G1とG0との差が小さすぎると、末端部分44、46におけるベースアクセス抵抗と、中間部分45におけるベースアクセス抵抗との差が小さくなる。その結果、大電流領域において末端部分44、46の真性エミッタ層23Aを流れる電流の電流密度が相対的に低下するという現象が現れにくくなる。大電流領域において、エミッタ電流が主として流れる領域を中間部分45に制限するために、間隔G1を間隔G0より0.3μm以上広くすることが好ましい。
If the difference between the intervals G1 and G0 is too small, the difference between the base access resistance at the
次に、間隔G1とG0との差(G1−G0)と、末端部分44、46の長さLxとの好ましい関係について説明する。トランジスタの特性は、エミッタメサ層25の周辺の幅方向(第1方向に直交する方向)に関する非対称性の影響を受けにくく、長手方向(第1方向)に関する非対称性の影響を受けやすい。これは、幅方向のエミッタメサ層25の寸法が長手方向のエミッタメサ層25の寸法より小さく、平面的な広がりが小さいためである。非対称性の影響を受けやすい方向である長手方向に関して、非対称性の影響を受けにくくするために、末端部分44、46の長さLxを、G1−G0より長くすることが好ましい。
Next, a preferable relationship between the difference between the intervals G1 and G0 (G1-G0) and the length Lx of the
次に、図14を参照して第2実施例の変形例による半導体装置について説明する。
図14は、第2実施例の変形例による半導体装置の平面図である。第2実施例では、エミッタメサ層25の、第1の縁41とは反対側の縁が、平面視において一方の端部から他方の端部まで1本の直線で構成されている。このため、末端部分44、46の幅が、中間部分45の幅より狭い。これに対して本変形例では、末端部分44、46の幅と、中間部分45の幅とがほぼ等しくなるように、エミッタメサ層25の、第1の縁41とは反対側の縁も屈曲している。
Next, a semiconductor device according to a modified example of the second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a plan view of the semiconductor device according to the modified example of the second embodiment. In the second embodiment, the edge of the
このように、エミッタメサ層25の幅を、一方の端部から他方の端部に亘ってほぼ一定にしてもよい。この場合にも、ベース電極主部32Aの第2の縁42とエミッタメサ層25の第1の縁41との位置関係は第2実施例の場合と同様である。このため、第2実施例の場合と同様に、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大するという優れた効果が得られる。
In this way, the width of the
次に、第2実施例の他の変形例について説明する。第2実施例では、平面視においてエミッタ電極33がエミッタメサ層25の内側に配置されているが、エミッタ電極33がエミッタメサ層25の外側まではみ出した構成としてもよい。この構成は、例えばエミッタ電極33をエッチングマスクとして用いてその下の半導体層をエッチングし、エミッタメサ層25を残す自己整合プロセスを用いて形成することができる。
Next, another modification of the second embodiment will be described. In the second embodiment, the
[第3実施例]
次に、図15を参照して第3実施例による半導体装置について説明する。以下、第1実施例による半導体装置(図4から図7までの図面)と共通の構成については説明を省略する。
[Third Example]
Next, the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device (drawings of FIGS. 4 to 7) according to the first embodiment will be omitted.
図15は、第3実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。第1実施例では、ベース電極主部32Aの第2の縁42が1本の直線で構成されており、それに対向するエミッタメサ層25の第1の縁41が屈曲した線で構成されている。第1の縁41を屈曲した線にすることにより、末端部分44、46における間隔G1が中間部分45における間隔G0よりも広くされている。
FIG. 15 is a plan view of one of the plurality of
これに対し、第3実施例では、エミッタメサ層25の第1の縁41が1本の直線で構成されており、ベース電極主部32Aの第2の縁42が屈曲した線で構成されている。具体的には、エミッタメサ層25の末端部分44、46に対向するベース電極主部32Aの第2の縁42が、中間部分45に対向する第2の縁42よりも、エミッタメサ層25の第1の縁41から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。
On the other hand, in the third embodiment, the
ベース電極主部32Aの、第2の縁42とは反対側の縁も、第2の縁42の形状が反映された屈曲した線で構成されており、ベース電極主部32Aの幅がほぼ一定にされている。平面視においてベース電極32を内側に含むコレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23の縁の形状にも、ベース電極主部32Aの縁の形状が反映されている。具体的には、コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23の、ベース電極主部32Aに対応する部分の縁が屈曲した線で構成されている。この構成により、コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23の縁からベース電極主部32Aまでの間隔がほぼ一定にされている。コレクタ電極31の、コレクタ層21に対向する縁の形状も、コレクタ層21の縁の形状を反映して屈曲した線とされている。
The edge of the base electrode
一例として、エミッタメサ層25の第1方向の寸法(長さ)は5μm以上80μm以下であり、第1方向に直交する方向の寸法(幅)は1μm以上8μm以下である。第1実施例の場合と同様に、間隔G1と間隔G0との差は0.3μm以上1μm以下とするとよい。第1の縁41と第2の縁42との間隔を広げた部分である末端部分44の第1方向の好ましい寸法は、第1実施例の場合と同様である。
As an example, the dimension (length) of the
次に、第3実施例の優れた効果について説明する。第3実施例においても、エミッタメサ層25の末端部分44、46においてベースアクセス抵抗が相対的に大きい。このため、第1実施例の場合と同様に、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大することができる。これにより、HBTの高電圧動作が可能になる。
Next, the excellent effect of the third embodiment will be described. Also in the third embodiment, the base access resistance is relatively large at the
さらに、第3実施例では、エミッタメサ層25の末端部分44、46が中間部分45と比べて細くされていない。すなわち、実質的にエミッタ電流及びコレクタ電流が流れる領域が、第1実施例の場合と比べて広い。その結果、全コレクタ電流Icを大きく保つことができるという効果が得られる。
Further, in the third embodiment, the
コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23の縁を、ベース電極主部32Aの外側の縁の屈曲形状に合わせて屈曲させているため、直線とする場合に比べて、コレクタ層21、ベース層22、及びエミッタ層23の平面形状の面積が小さくなる。その結果、ベースコレクタ間接合容量Cbcの増大を抑制することができ、高周波特性の低下が抑制される。
Since the edges of the
次に、図16を参照して第3実施例の変形例による半導体装置について説明する。
図16は、本変形例による半導体装置の平面図である。第3実施例(図15)では、ベース電極主部32Aの、第2の縁42とは反対側の縁も、第2の縁42の形状が反映された屈曲した線で構成されており、ベース電極主部32Aの幅がほぼ一定にされている。これに対して本変形例では、ベース電極主部32Aの両端の末端部分の幅が、中間部分の幅より細い。ベース電極主部32Aの末端部分の第2の縁42が中間部分の第2の縁42よりも、エミッタメサ層25の第1の縁41から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。このため、第3実施例の場合と同様に、末端部分44、46における間隔G1が中間部分45における間隔G0よりも広い。このため、第3実施例の場合と同様に、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大することができる。
Next, a semiconductor device according to a modified example of the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a plan view of the semiconductor device according to this modification. In the third embodiment (FIG. 15), the edge of the base electrode
次に、図17を参照して第3実施例の他の変形例による半導体装置ついて説明する。
図17は、本変形例による半導体装置の平面図である。本変形例においては、ベース電極主部32Aの第2の縁42のみならず、エミッタメサ層25の第1の縁41も、第1実施例(図4)のように屈曲している。この構成を採用すると、間隔G1と間隔G0との差が一定の条件の下で、末端部分44、46における第1の縁41及び第2の縁42の屈曲量が小さくなる。逆に、末端部分44、46における第1の縁41及び第2の縁42の屈曲量を、それぞれ第1実施例及び第2実施例の場合と同一にすると、間隔G1と間隔G0との差を大きくすることができる。ここで、「屈曲量」とは、末端部分44、46の縁と中間部分45の縁との幅方向の位置ずれ量を意味する。
Next, a semiconductor device according to another modification of the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a plan view of the semiconductor device according to this modification. In this modification, not only the
次に、図18を参照して第3実施例のさらに他の変形例による半導体装置について説明する。 Next, a semiconductor device according to still another modification of the third embodiment will be described with reference to FIG.
図18は、本変形例による半導体装置の平面図である。第3実施例(図15)では、1つのエミッタメサ層25の幅方向の両側にそれぞれベース電極主部32Aが配置されている。本変形例では、さらに2つのエミッタメサ層25が配置されており、合計で3個のエミッタメサ層25が配置されている。3個のエミッタメサ層25は幅方向に並んで配置されており、幅方向に隣り合う2つのエミッタメサ層25の間にそれぞれベース電極主部32Aが配置されている。
FIG. 18 is a plan view of the semiconductor device according to this modification. In the third embodiment (FIG. 15), the base electrode
1本のベース電極主部32Aの幅方向の両側に、それぞれエミッタメサ層25の第1の縁41が配置される。いずれの第1の縁41においても、末端部分44の第1の縁41が中間部分45の第1の縁41よりも、ベース電極主部32Aの第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。このため、本変形例においても、第3実施例の場合と同様に、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大することができる。なお、エミッタメサ層25の個数を、4個以上にしてもよい。例えば4個のエミッタメサ層25を幅方向に並べて配置する場合には、合計3本のベース電極主部32Aを配置するとよい。
The first edges 41 of the
次に、図19を参照して第3実施例のさらに他の変形例による半導体装置について説明する。 Next, a semiconductor device according to still another modification of the third embodiment will be described with reference to FIG.
図19は、本変形例による半導体装置の平面図である。図19に示した変形例による半導体装置は、図18に示した変形例による半導体装置と同様に3つのエミッタメサ層25を有する。図18に示した変形例では、ベース電極32が2本のベース電極主部32Aを有しており、2本のベース電極主部32Aは、それぞれ幅方向に隣り合う2つのエミッタメサ層25の間に配置されている。これに対して図19に示した変形例では、さらに、幅方向の最も外側に位置する2つのエミッタメサ層25の外側に、それぞれベース電極主部32Aが配置されており、ベース電極32は、合計4本のベース電極主部32Aを有している。4本のベース電極主部32Aは、1つのベース電極パッド部32Bに接続されている。
FIG. 19 is a plan view of the semiconductor device according to this modification. The semiconductor device according to the modification shown in FIG. 19 has three emitter mesa layers 25 like the semiconductor device according to the modification shown in FIG. In the modified example shown in FIG. 18, the
本変形例においては、3つのエミッタメサ層25のいずれにおいても、幅方向に関して両側にそれぞれベース電極主部32Aが配置されている。このため、3つのエミッタメサ層25において実質的なベース抵抗を低減させることができる。
In this modification, the base electrode
次に、第3実施例のさらに他の変形例について説明する。第3実施例では、平面視においてエミッタ電極33がエミッタメサ層25の内側に配置されているが、エミッタ電極33がエミッタメサ層25の外側まではみ出した構成としてもよい。この構成は、例えばエミッタ電極33をエッチングマスクとして用いてその下の半導体層をエッチングし、エミッタメサ層25を残す自己整合プロセスを用いて形成することができる。
Next, another modification of the third embodiment will be described. In the third embodiment, the
[第4実施例]
次に、図20を参照して第4実施例による半導体装置について説明する。以下、第2実施例による半導体装置(図11から図13までの図面)と共通の構成については説明を省略する。
[Fourth Example]
Next, the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device (drawings from FIGS. 11 to 13) according to the second embodiment will be omitted.
図20は、第4実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。第2実施例では、エミッタメサ層25の両端の末端部分44、46において、エミッタメサ層25の第1の縁41が中間部分45の縁よりも、ベース電極主部32Aの第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。これに対し、第4実施例では、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44においてのみ、第1の縁41が中間部分45の第1の縁より、第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されており、反対側の末端部分46においては、間隔G1と間隔G0とが等しい。
FIG. 20 is a plan view of one of the plurality of
次に、第4実施例の優れた効果について説明する。
ベース電極パッド部32Bの存在が、エミッタメサ層25から見て第1方向に関する熱的及び電気的な対称性を大きく崩している。第4実施例では、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44において、第1の縁41をベース電極パッド部32Bから相対的に遠ざけている。このため、ベース電極パッド部32Bの存在に起因するキンクK(図3)の発生を抑制することができる。その結果、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大することができる。
Next, the excellent effect of the fourth embodiment will be described.
The presence of the base
次に、第4実施例の変形例について説明する。第4実施例では、平面視においてエミッタ電極33がエミッタメサ層25の内側に配置されているが、エミッタ電極33がエミッタメサ層25の外側まではみ出した構成としてもよい。この構成は、例えばエミッタ電極33をエッチングマスクとして用いてその下の半導体層をエッチングし、エミッタメサ層25を残す自己整合プロセスを用いて形成することができる。
Next, a modified example of the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the
さらに、第4実施例では、第2実施例と比べてエミッタメサ層25の平面形状の面積が大きくなる。その結果、コレクタ電流量を増やすことができる。
Further, in the fourth embodiment, the area of the plane shape of the
[第5実施例]
次に、図21及び図22を参照して第5実施例による半導体装置について説明する。以下、第2実施例による半導体装置(図11から図13までの図面)と共通の構成については説明を省略する。
[Fifth Example]
Next, the semiconductor device according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 21 and 22. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device (drawings from FIGS. 11 to 13) according to the second embodiment will be omitted.
図21は、第5実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。第2実施例では、平面視においてエミッタメサ層25(図11)の内部にエミッタ電極33が配置されている。これに対し、第5実施例では、エミッタ電極33がエミッタメサ層25よりも外側にはみ出している。
FIG. 21 is a plan view of one of the plurality of
図22は、図21の一点鎖線22−22における断面図である。エミッタメサ層25の上にエミッタ電極33が配置されている。エミッタ電極33は、エミッタメサ層25の側面から横方向に庇状に張り出している。エミッタメサ層25は、エミッタ電極33をエッチングマスクとしてドライエッチングすることによりパターニングされる。このエッチングには、InGaPのエミッタ層23に対してInGaAsのコンタクト層25B及びGaAsのキャップ層25Aを選択的にエッチングするガス、例えばCF系のガスを用いる。
FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line 22-22 of FIG. The
次に、第5実施例の優れた効果について説明する。第5実施例においても、エミッタメサ層25とベース電極32との形状及び位置関係が、第2実施例の場合と同一である。このため、第2実施例と同様に、SOAを拡大することができる。
Next, the excellent effect of the fifth embodiment will be described. Also in the fifth embodiment, the shape and positional relationship between the
さらに第5実施例では、エミッタ電極33をエッチングマスクとしてエミッタメサ層25をパターニングする自己整合プロセスが用いられる。このため、フォトマスクを1層分省略することができる。その結果、製造コストの低減を図ることができる。
Further, in the fifth embodiment, a self-alignment process of patterning the
[第6実施例]
次に、図23を参照して第6実施例による半導体装置について説明する。以下、第2実施例による半導体装置(図11から図13までの図面)と共通の構成については説明を省略する。
[Sixth Example]
Next, the semiconductor device according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. 23. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device (drawings from FIGS. 11 to 13) according to the second embodiment will be omitted.
図23は、第6実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。第2実施例では、平面視においてエミッタメサ層25の2つの部分の間に1本のベース電極主部32Aが配置されている。これに対し第6実施例では、第2方向(幅方向)に関してエミッタメサ層25の2つの部分の各々の外側にもベース電極主部32Aが配置されている。エミッタメサ層25の第1の縁41と、それに対向するベース電極主部32Aの第2の縁42との形状及び位置関係は、第2実施例における両者の形状及び位置関係と同一である。
FIG. 23 is a plan view of one of the plurality of
次に、第6実施例の優れた効果について説明する。
第6実施例においても、エミッタメサ層25の第1の縁41と、それに対向するベース電極主部32Aの第2の縁42との形状及び位置関係が、第2実施例における両者の位置関係と同一であるため、第2実施例と同様に、SOAを拡大することができる。さらに、エミッタメサ層25の各部分の両側にベース電極主部32Aが配置されているため、エミッタメサ層25の中間部分45におけるベースアクセス抵抗を低減させることができる。
Next, the excellent effect of the sixth embodiment will be described.
Also in the sixth embodiment, the shape and positional relationship between the
次に、第6実施例の変形例について説明する。
第6実施例では、エミッタメサ層25を2つの部分で構成したダブルエミッタ構造が採用されているが、エミッタメサ層25を3つの部分で構成するトリプルエミッタ構造を採用してもよい。この場合には、ベース電極主部32Aを4本配置するとよい。さらに、エミッタメサ層25を4つ以上の部分で構成してもよい。
Next, a modified example of the sixth embodiment will be described.
In the sixth embodiment, the double emitter structure in which the
[第7実施例]
次に、図24を参照して第7実施例による半導体装置について説明する。以下、第1実施例による半導体装置(図4から図8までの図面)と共通の構成については説明を省略する。
[7th Example]
Next, the semiconductor device according to the seventh embodiment will be described with reference to FIG. 24. Hereinafter, the description of the configuration common to the semiconductor device (drawings of FIGS. 4 to 8) according to the first embodiment will be omitted.
図24は、第7実施例による半導体装置の平面図である。第1実施例(図4)では、2つの末端部分44、46の第1の縁41が中間部分45の第1の縁41よりも、ベース電極主部32Aの第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。これに対して第7実施例では、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44の第1の縁41と、中間部分45の第1の縁41とが、1本の直線上に位置する。ベース電極パッド部32Bから遠い方の末端部分46のみの第1の縁41が、中間部分45の第1の縁41よりも、ベース電極主部32Aの第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。
FIG. 24 is a plan view of the semiconductor device according to the seventh embodiment. In the first embodiment (FIG. 4), the direction in which the
次に、第7実施例の優れた効果について説明する。
熱的、電気的非対称性要因によって、大電流時に、エミッタ電流がベース電極パッド部32Bから遠ざかる方向に偏在しやすい傾向を示す場合がある。例えば、エミッタメサ層25から見てベース電極パッド部32Bとは反対側において温度が上昇しやすい傾向を示す場合、エミッタ電流がベース電極パッド部32Bから遠ざかる方向に偏在しやすい傾向を示す。このような傾向を示す場合に、第7実施例の構成を採用すると、エミッタ電流の偏在が生じにくくなる。その結果、遷移電圧を上昇させ、SOAを拡大させることができる。
Next, the excellent effect of the seventh embodiment will be described.
Due to thermal and electrical asymmetry factors, the emitter current may tend to be unevenly distributed in the direction away from the base
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 It goes without saying that each of the above embodiments is exemplary and the configurations shown in different examples can be partially replaced or combined. Similar actions and effects due to the same configuration of a plurality of examples will not be mentioned sequentially for each example. Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
20 サブコレクタ層
21 コレクタ層
22 ベース層
23 エミッタ層
23A 真性エミッタ層
23B レッジ層
24 合金層
25 エミッタメサ層
25A キャップ層
25B コンタクト層
26 エミッタ配線の縁
27 エミッタメサ層の縁
31 コレクタ電極
32 ベース電極
32A ベース電極主部
32B ベース電極パッド部
33 エミッタ電極
35 コレクタ開口
36 ベース開口
37 エミッタ開口
38 エミッタ電流の等値線
41 第1の縁
42 第2の縁
44 ベース電極パッド部に近い方の末端部分
45 中間部分
46 ベース電極パッド部に遠い方の末端部分
47 末端部分と中間部分との境界線
60 基板
61、62 絶縁膜
63 エミッタ開口
70 単位トランジスタ
71 エミッタ共通配線
72 バイアホール
75 高周波入力配線
76 コンデンサ
77 薄膜抵抗
78 バイアス配線
B1 ベース配線
C1 コレクタ配線
E1、E2 エミッタ配線
20
本発明の一観点によると、
基板の上に配置されたコレクタ層、ベース層、エミッタ層、及び前記エミッタ層の一部の領域の上に配置されたエミッタメサ層を備え、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記エミッタ層はこの順番に積層されており、
さらに、
平面視において前記エミッタメサ層と重ならない領域であって、前記ベース層にベース電流を流すベース電極
を有し、
平面視において、前記エミッタメサ層は第1方向に長い第1の縁を有しており、
平面視において、前記ベース電極は前記第1方向に長い第2の縁を有しており、
前記ベース電極の前記第2の縁が前記エミッタメサ層の前記第1の縁に対向しており、前記エミッタメサ層の、前記第1方向の一方の端部側に位置する末端部分において、前記第1の縁と前記第2の縁との間隔が、前記エミッタメサ層の前記第1方向の中間部分における前記第1の縁と前記第2の縁との間隔より広い半導体装置が提供される。
According to one aspect of the invention
It comprises a collector layer, a base layer, an emitter layer arranged on a substrate, and an emitter mesa layer arranged on a part region of the emitter layer, and the collector layer, the base layer, and the emitter layer are the same. It is stacked in order and
further,
A region that does not overlap with the emitter mesa layer in a plan view, and has a base electrode for passing a base current through the base layer.
In plan view, the emitter mesa layer has a longer first edge in a first direction,
In plan view, the base electrode has a second edge that is long in the first direction.
The first edge of the base electrode faces the first edge of the emitter mesa layer and is located on one end side of the emitter mesa layer in the first direction. Provided is a semiconductor device in which the distance between the edge and the second edge is wider than the distance between the first edge and the second edge in the intermediate portion of the emitter mesa layer in the first direction.
ベース電極32は、1本のベース電極主部32Aと、ベース電極主部32Aに連続するベース電極パッド部32Bとで構成される。ベース電極主部32Aは、エミッタメサ層25の2つの部分の間に配置されている。エミッタメサ層25の2つの部分の各々の縁の一部分である第1の縁41が、ベース電極主部32Aに対向する。ベース電極主部32Aの縁の一部分である第2の縁42が、エミッタメサ層25の2つの部分にそれぞれ対向する。ベース電極主部32Aの縁のうち、幅方向の両側の縁が、第2の縁42に相当する。
The
一例として、エミッタメサ層25の第1方向の寸法(長さ)は5μm以上80μm以下であり、第1方向に直交する方向の寸法(幅)は1μm以上8μm以下である。第1実施例の場合と同様に、間隔G1と間隔G0との差は0.3μm以上1μm以下とするとよい。第1の縁41と第2の縁42との間隔を広げた部分である末端部分44、46の第1方向の好ましい寸法は、第1実施例の場合と同様である。
As an example, the dimension (length) of the
図20は、第4実施例による半導体装置を構成する複数の単位トランジスタ70のうちの1つの単位トランジスタ70の平面図である。第2実施例では、エミッタメサ層25の両端の末端部分44、46において、エミッタメサ層25の第1の縁41が中間部分45の第1の縁41よりも、ベース電極主部32Aの第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されている。これに対し、第4実施例では、ベース電極パッド部32Bに近い方の末端部分44においてのみ、第1の縁41が中間部分45の第1の縁41より、第2の縁42から遠ざかる向きに後退した位置に配置されており、反対側の末端部分46においては、間隔G1と間隔G0とが等しい。
FIG. 20 is a plan view of one of the plurality of
次に、第6実施例の優れた効果について説明する。
第6実施例においても、エミッタメサ層25の第1の縁41と、それに対向するベース電極主部32Aの第2の縁42との位置関係が、第2実施例における両者の位置関係と同一であるため、第2実施例と同様に、SOAを拡大することができる。さらに、エミッタメサ層25の各部分の両側にベース電極主部32Aが配置されているため、エミッタメサ層25の中間部分45におけるベースアクセス抵抗を低減させることができる。
Next, the excellent effect of the sixth embodiment will be described.
Also in the sixth embodiment, the
Claims (11)
さらに、
平面視において前記エミッタメサ層と重ならない領域であって、前記ベース層にベース電流を流すベース電極
を有し、
平面視において、前記エミッタ層は第1方向に長い第1の縁を有しており、
平面視において、前記ベース電極は前記第1方向に長い第2の縁を有しており、
前記ベース電極の前記第2の縁が前記エミッタメサ層の前記第1の縁に対向しており、前記エミッタメサ層の、前記第1方向の一方の端部側に位置する末端部分において、前記第1の縁と前記第2の縁との間隔が、前記エミッタメサ層の前記第1方向の中間部分における前記第1の縁と前記第2の縁との間隔より広い半導体装置。 It comprises a collector layer, a base layer, an emitter layer arranged on a substrate, and an emitter mesa layer arranged on a part region of the emitter layer, and the collector layer, the base layer, and the emitter layer are the same. It is stacked in order and
further,
A region that does not overlap with the emitter mesa layer in a plan view, and has a base electrode for passing a base current through the base layer.
In plan view, the emitter layer has a first edge that is long in the first direction.
In plan view, the base electrode has a second edge that is long in the first direction.
The first edge of the base electrode faces the first edge of the emitter mesa layer and is located on one end side of the emitter mesa layer in the first direction. A semiconductor device in which the distance between the edge of the semiconductor device and the second edge is wider than the distance between the first edge and the second edge in the intermediate portion of the emitter mesa layer in the first direction.
前記ベース電極は、ベース電極パッド部と、前記ベース電極パッド部から前記第1方向に延びるベース電極主部とを含み、前記ベース電極パッド部は、前記エミッタメサ層の、前記第1方向の一方の端部から前記第1方向に間隔を隔てて配置され、前記ベース電極パッド部が前記ベース配線に接続されており、
前記エミッタメサ層の、前記ベース電極パッド部に近い方の末端部分において、前記第1の縁と前記第2の縁との間隔が、前記第1方向の中間部分における前記第1の縁と前記第2の縁との間隔より広くなっている請求項1に記載の半導体装置。 Further, it has a base wiring arranged in a layer above the base electrode.
The base electrode includes a base electrode pad portion and a base electrode main portion extending from the base electrode pad portion in the first direction, and the base electrode pad portion is one of the emitter mesa layers in the first direction. It is arranged at a distance from the end portion in the first direction, and the base electrode pad portion is connected to the base wiring.
At the end portion of the emitter mesa layer closer to the base electrode pad portion, the distance between the first edge and the second edge is the distance between the first edge and the first edge in the intermediate portion in the first direction. The semiconductor device according to claim 1, wherein the distance from the edge of 2 is wider.
前記ベース電極主部は、平面視において前記エミッタメサ層の2つの部分の間に配置されており、
前記エミッタメサ層の2つの部分の、前記ベース電極主部に対向する縁が前記第1の縁を構成し、前記ベース電極主部の、前記エミッタメサ層の2つの部分にそれぞれ対向する縁が前記第2の縁を構成する請求項2乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。 The emitter mesa layer is composed of at least two parts in a plan view, and each of the two parts of the emitter mesa layer has a long planar shape in the first direction and is orthogonal to the first direction. They are arranged in two directions with a gap,
The base electrode main portion is arranged between two portions of the emitter mesa layer in a plan view.
The edges of the two portions of the emitter mesa layer facing the base electrode main portion form the first edge, and the edges of the base electrode main portion facing the two portions of the emitter mesa layer are the first edges. The semiconductor device according to any one of claims 2 to 7, which constitutes the edge of 2.
前記エミッタメサ層の上に配置されたエミッタ電極と、
前記エミッタ電極よりも上の層で、前記ベース配線と同一の層に配置され、前記エミッタ電極に接続されたエミッタ配線と
を有し、
平面視で、前記ベース電極パッド部の縁から前記エミッタ配線の縁までの最短距離が、前記ベース電極パッド部の縁から前記エミッタメサ層の縁までの最短距離より長い請求項2乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。 further,
An emitter electrode arranged on the emitter mesa layer and
A layer above the emitter electrode, having an emitter wiring arranged in the same layer as the base wiring and connected to the emitter electrode.
Any of claims 2 to 8 in which the shortest distance from the edge of the base electrode pad portion to the edge of the emitter wiring is longer than the shortest distance from the edge of the base electrode pad portion to the edge of the emitter mesa layer in a plan view. The semiconductor device according to item 1.
平面視において、前記エミッタ電極は前記エミッタメサ層の縁から外側にはみ出している請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
Further, it has an emitter electrode arranged on the emitter mesa layer.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the emitter electrode protrudes outward from the edge of the emitter mesa layer in a plan view.
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