JP2606170B2 - 高出力用バイポーラ・トランジスタ - Google Patents

高出力用バイポーラ・トランジスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高出力用バイポーラ・ト
ランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】高出力用バイポーラ・トランジスタのパ
ターンレイアウトは、図3に示すように、小出力のトラ
ンジスタ・セル(フィンガ)を多数並列配置して構成さ
れる。しかしこの配列では、動作状態において中央に近
いフィンガにおいて隣接のフィンガからの発熱の重なり
合いにより放熱が悪くなり、中央が高温になり、それに
より、バイポーラ・トランジスタの特性から、中央部の
フィンガのみ電流が増加して発熱量も増加、それがまた
温度を上げる、という正帰還が発生する。そのため、大
部分のフィンガが正常であっても、中央部のフィンガか
ら破壊が始まって短絡し、トランジスタが全体として使
用できなくなってしまう場合があり、これがトランジス
タの出力の最大値を制限するものであった。この熱集中
を避けるため、各フィンガのエミッタに個別にバラスト
抵抗(膜抵抗体15−1,…を有している)を接続する
ことが行われる。このバラスト抵抗により、特定のフィ
ンガの電流が増えた場合にベース・エミッタ間電圧が減
少するように負帰還がかかり、中央部のフィンガのみへ
の熱集中が緩和される。
【0003】一方、トランジスタを高周波でも動作させ
るためには、各フィンガの接地抵抗、インダクタンスを
小さくすることが必要であるが、この接地特性を良くす
るためにチップの裏面に接地用導体膜16を設け、そこ
からフィンガの存在する表面に向けて穴(バイアホール
12)を開け、ここに金属配線材(金等)を充填する。
このバイアホールの表面側はバラスト抵抗の一方の電極
17および膜抵抗体15−1,15−2,15−3を介
してエミッタ・セル電極配線11−1,11−2,11
−3に接続される。例えば、各トランジスタ・セルのエ
ミッタ層の平面寸法が2×5μm2 程度の場合、各バラ
スト抵抗としては、10Ω程度の値のものが使用され
る。なお、図3において、トランジスタ・セルのコレク
タ層(例えばN型GaAs層2)はコレクタ・セル電極
8に接続される。このコレクタ・セル電極8は酸化シリ
コン膜9に設けられたコレクタ・コンタクト孔10Cを
介して図示しないコレクタ電極配線に接続される。この
コレクタ電極は、図示しない層間絶縁膜を被覆して設け
てもよいし、エアー・ブリッジ構造でエミッタ・セル電
極配線11−1,…もしくはベース電極13と非接触に
設けてもよい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
各トランジスタ・セルに個別にバラスト抵抗を接続する
ために、フィンガ近傍に抵抗体パターン(膜抵抗体15
−1等)を平面的にレイアウトする必要がある。しかし
この抵抗体パターンは配線金属との接続部も含めると、
トランジスタ・セル部(能動領域)よりも面積が広くな
る場合もあり、高出力用バイポーラ・トランジスタの小
型化を達成する上での障害となるという問題があった。
【0005】本発明の目的は小型化が可能な、バラスト
抵抗付の高出力用バイポーラ・トランジスタを提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の高出力用バイポ
ーラ・トランジスタは、半絶縁性半導体基板の一表面に
順次に積層されたコレクタ層、ベース層およびエミッタ
層を有するトランジスタ・セルを複数個並列に配置した
能動領域、前記能動領域を区画する絶縁領域、前記トラ
ンジスタ・セルのエミッタ層と接続し、かつその近傍の
前記絶縁領域の表面に接触して前記トランジスタ・セル
毎に独立して設けられたエミッタ・セル電極配線、前記
各エミッタ・セル電極配線の前記絶縁領域の表面との接
触部直下からそれぞれ前記半絶縁性半導体基板の前記一
表面と対向する裏面へ貫通するバイアホール、前記各バ
イアホールを充填する抵抗体を含むバラスト抵抗および
前記半絶縁性半導体基板の裏面を被覆し前記各抵抗体に
接続する接地用導体膜を有するというものである。
【0007】半絶縁性半導体基板、コレクタ層、ベース
層およびエミッタ層がそれぞれ半絶縁性GaAs基板、
第1導電型GaAs層、第2導電型GaAs層および第
1導電型Alx Ga1-x As層(0≦x<1)とするこ
とができる。
【0008】また、絶縁領域をイオン注入絶縁領域と
し、エミッタ・セル電極配線を第1導電型Iny Ga
1-y As層(0≦y<1)を介して第1導電型Alx
1-x As層とオーム性接触させることができる。
【0009】更に抵抗体をWSiz z =0.4〜1.
5)とすることができる。
【0010】
【作用】小出力のトランジスタ・セル(フィンガ)をチ
ップ表面に複数個並列配置して、チップ裏面が接地用導
体膜で覆われた構成の高出力用バイポーラ・トランジス
タにおいては、チップの裏面から表面に向けてトランジ
スタ・セルの近傍に開口するバイアホールを、各トラン
ジスタ・セルに対して個別に設けて抵抗体の配置場所と
して利用することができる。このバイアホールに、通常
の配線金属よりも高い抵抗率を持つ抵抗体を充填し、バ
イアホール中の抵抗体の裏面側を接地用導体膜に、表面
側を個別にエミッタ・セル電極配線に接続することで、
抵抗体の占有すべき場所を、バイアホールの占有してい
た場所に完全に一致させることができる。
【0011】
【実施例】図1(a)は本発明の一実施例の主要部を示
す半導体チップの平面図、図1(b)および図2はそれ
ぞれ図1(a)のX−X線断面図およびY−Y線断面図
である。
【0012】この実施例は、半絶縁性GaAs基板1の
一表面に積層されたコレクタ層(厚さ0.5μmのN型
GaAs層2)、ベース層(厚さ0.08μmのP型G
aAs層3)およびエミッタ層(厚さ0.2μmのN型
Al0.25Ga0.75As層4)を有するトランジスタ・セ
ルを3個、互いに隣接するトランジスタ・セルのコレク
タ部の一部をそれぞれ共有して並列に配置した能動領
域、この能動領域を区画するプロトン注入領域6、前述
のトランジスタ・セルのエミッタ層とN+ 型Iny Ga
1-y As層(yは表面で0.5、厚さ方向に漸次0に近
づく傾斜組成。以下単にIny Ga1-y Asと記す)を
介して接続しかつその近傍のプロトン注入領域6の表面
に接触し前述のトランジスタ・セル毎に独立して設けら
れた金膜である。エミッタ・セル電極配線11−1A,
11−2A,11−3A、各エミッタ・セル電極配線の
プロトン注入領域6の表面との接触部直下からそれぞれ
半絶縁性半導体基板の前述の一表面と対向する裏面へ貫
通するバイアホール12−1A,12−2A,12−3
A、これらの各バイアホールを充填する抵抗体(WSi
z 、z=0.4〜1.5,好ましくは0.7〜1.0)
15−1A,15−2A,15−3Aを含むバラスト抵
抗および半絶縁性GaAs基板1の裏面を被覆し抵抗体
15−1A,15−2A,15−3Aに接続する接地用
導体膜16A(厚さ30μmの金膜)を有するというも
のである。半絶縁性GaAs基板1の厚さを30μm、
バイアホール径を約9μm×9μmとすると各バラスト
抵抗の抵抗値は約10Ωとなる。
【0013】なお、プロトン注入領域6はN型GaAs
層および半絶縁性GaAs基板の表面部に亘っている。
8はコレクタ・セル電極でN型GaAs層2にオーム性
接触をし、また酸化シリコン膜9に設けられたコレクタ
・コンタクト孔10Cを介してコレクタ電極配線14に
接続される。このコレクタ電極配線14は従来例と同様
に公知のエア・ブリッジ構造にすることもできる。
【0014】次に、この実施例の製造法について説明す
る。
【0015】半絶縁性GaAs基板の一表面に順次にN
型GaAs層2,P型GaAs層3,N型Al0.25Ga
0.75As層4およびN+ 型Iny Ga1-y As層5をエ
ピタキシャル成長し、フォトリソグラフィー法を利用し
てエミッタメサEMを形成し、次に同様にしてベースメ
サBMを形成する。続いて、エミッタメサEMおよびベ
ースメサを覆うフォトレジスト膜をマスクとしてプロト
ン注入を行ない平面形状が長方形の能動領域を区画す
る。次に、ベース・セル電極配線7,コレクタ・セル電
極8を形成した後、酸化シリコン膜9をCVD法で堆積
し、ベース・コンタクト孔10B,コレクタ・コンタク
ト孔10C,エミッタ・コンタクト孔10Eおよび抵抗
コンタクト10Rをそれぞれ形成する。次に金膜を形成
しパターニングすることによってベース電極13,エミ
ッタ・セル電極配線11−1A,11−2A,11−3
Aおよびコレクタ電極配線14を形成する。次に、半絶
縁性GaAs基板1を裏面からエッチングしてバイアホ
ール12−1A,12−2A,12−3Aを形成する。
次にWSiz ターゲットを用いたスパッタリングを行な
いバイアホール12−1A,12−2A,12−3Aを
埋める。次に、エッチバック法およびまたはフォトエッ
チング技術を利用してバイアホール以外の裏面に被着さ
れたWSiz 膜を除去する。このとき、例えば、CF4
ガスを使用したプラズマエッチングを利用する。次に厚
さ30μmの金膜などをめっき法により形成して接地用
導体膜16Aとする。
【0016】なお、抵抗体15−1A等がバイアホール
を完全に埋めた場合を図示したが、必ずしもその必要は
ない。バイアホールの大きさ、充填する材質(抵抗率)
および必要な抵抗値に応じてどの程度まで埋めるかを定
めればよい。
【0017】従来例の抵抗体膜を設ける場所が不要とな
るのでチップ面積の縮小が達成できる。
【0018】以上、GaAs−AlGaAs系の例をあ
げて説明したが、本発明はInP−InGaAs系など
その他の化合物半導体を使用した高出力用バイポーラ・
トランジスタに適用できることはいうまでもない。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明はバラスト抵
抗をバイアホールに充填した抵抗体で実現することによ
り、バラスト抵抗が占有するチップ面積が不要となるの
で熱的に安定な高出力用バイポーラ・トランジスタの小
型化が達成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の主要部を示す平面図(図1
(a))および断面図(図1(b))である。
【図2】図1のY−Y線断面図である。
【図3】従来例の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 N型GaAs層 3 P型GaAs層 4 N型Al0.25Ga0.75As層 5 N+ 型Iny Ga1-y As層 6 プロトン注入領域 7 ベース・セル電極配線 8 コレクタ・セル電極 9 酸化シリコン膜 10B ベース・コンタクト孔 10C コレクタ・コンタクト孔 10E エミッタ・コンタクト孔 10R 抵抗・コンタクト孔 11−1,11−1A,11−2,11−2A,11−
3,11−3A エミッタ・セル電極配線 12,12−1A,12−2A,12−3A バイア
ホール 13 ベース電極 14 コレクタ電極配線 15−1,15−2,15−3 膜抵抗体 15−1A,15−2A,15−3A 抵抗体 16,16A 接地用導体膜 17 バラスト抵抗の電極

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性半導体基板の一表面に順次に積
    層されたコレクタ層、ベース層およびエミッタ層を有す
    るトランジスタ・セルを複数個並列に配置した能動領
    域、前記能動領域を区画する絶縁領域、前記トランジス
    タ・セルのエミッタ層と接続し、かつその近傍の前記絶
    縁領域の表面に接触して前記トランジスタ・セル毎に独
    立して設けられたエミッタ・セル電極配線、前記各エミ
    ッタ・セル電極配線の前記絶縁領域の表面との接触部直
    下からそれぞれ前記半絶縁性半導体基板の前記一表面と
    対向する裏面へ貫通するバイアホール、前記各バイアホ
    ールを充填する抵抗体を含むバラスト抵抗および前記半
    絶縁性半導体基板の裏面を被覆し前記各抵抗体に接続す
    る接地用導体膜を有することを特徴とする高出力用バイ
    ポーラ・トランジスタ。
  2. 【請求項2】 半絶縁性半導体基板、コレクタ層、ベー
    ス層およびエミッタ層がそれぞれ半絶縁性GaAs基
    板、第1導電型GaAs層、第2導電型GaAs層およ
    び第1導電型Alx Ga1-x As層(0≦x<1)であ
    る請求項1記載の高出力用バイポーラ・トランジスタ。
  3. 【請求項3】 絶縁領域がイオン注入絶縁領域であり、
    エミッタ・セル電極配線が第1導電型Iny Ga1-y
    s層(0≦y<1)を介して第1導電型Alx Ga1-x
    As層とオーム性接触している請求項2記載の高出力用
    バイポーラ・トランジスタ。
  4. 【請求項4】 抵抗体がWSiz z =0.4〜1.
    5)でなる請求項1,2または3記載の高出力用バイポ
    ーラ・トランジスタ。
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