JP4930269B2 - 化合物半導体バイポーラトランジスタ - Google Patents
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次に、図1(A)〜(C)を参照しながら、第1の実施形態のHBTの構成について説明する。図1(A)は、第1の実施形態の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1(C)は、図1(A)のII−II線に沿った断面図である。図1(B),(C)において、HBT1は、半絶縁性InP基板2、バッファ層30、サブコレクタ層40、コレクタ層80、ベース層90、エミッタ層100、及びエミッタコンタクト層110を有する。
次に、第2の実施形態として、HBTの製造方法を説明する。図2〜図9は、第1の実施形態のHBTの製造方法における各主要工程時のHBTの構成を示す概略図である。また、これら各図において、A図は平面図であり、B図はA図のI−I線に沿った断面図であり、C図はA図のII−II線に沿った断面図である。
第1エピタキシャル成長工程では、半絶縁性のInP基板2の(001)面上に、バッファ膜3とサブコレクタ膜4とがMOCVD装置により順次エピタキシャル成長される(図2(A)〜(C))。バッファ膜3は、アンドープInGaAsより構成され、厚さは300nm程度である。サブコレクタ膜4は、n型InGaAsより構成され、厚さは300nm程度である。サブコレクタ膜4にはSiが高濃度に添加されており、その電子濃度は1×1019cm-3程度である。
次に、サブコレクタ膜4上にレジスト膜が塗布され、フォトリソグラフィによりマスク層5が形成される(図3(A)〜(C))。マスク層5は、所定の方向に延びる開口部5a,5bを有する。開口部5a,5bの各々は、二対の辺により囲まれる領域に形成される。開口部5a,5bにおいて、一対の辺は結晶方位[1−10]の方向に延び、他の一対の辺は結晶方位[110]の方向に延びる。また、開口部5a,5bの各々は、結晶方位[110]の方向に関し、1.6μm程度の幅を有する。
InP基板2上にコレクタ膜8、ベース膜9、エミッタ膜10、及びエミッタコンタクト膜11がMOCVD装置で順にエピタキシャル成長される。このとき、各膜9〜11の成長の際には、所定のドーパント原料が所定の供給量で供給され、それぞれの電子濃度又は正孔濃度が実現される。なお、エミッタコンタクト膜11の成長中には、SiH4の供給量を増加される。これにより、電子濃度1×1018cm-3程度の下部領域と、電子濃度2×1019cm-3程度の上部領域とが形成される。
続いて、エミッタコンタクト膜11がレジスト膜で被覆される。所定のフォトマスクを用いて、所定のパターンを有するマスク層が形成される。このマスク層を用いて、エッチング液により、エミッタコンタクト膜11の所定の部分を除去して、エミッタコンタクト層110が形成する(図6(A)〜(C))。このエッチング液は、リン酸(H3PO4)と過酸化水素水(H2O2)と純水(H2O)とがH3PO4:H2O2:H2O=5:1:10の比率で含む。このエッチング液によれば、エミッタ膜10(InP)に対するエッチング速度は、エミッタコンタクト膜11(InGaAs)に対するエッチング速度よりも十分に低い。そのため、エミッタコンタクト膜11がエッチングされてエミッタ膜10が露出した後には、エッチングの進行が非常に遅くなる。これにより、エッチングが実質上停止される。エッチング後のエミッタコンタクト層110の断面形状は、図6(B)及び(C)から分かる通り、結晶方位の[1−10]方向に伸びる縁では逆メサ状となり、結晶方位の[110]方向に延びる縁では順メサ状となる。
続いて、素子分離エッチングのためのマスク層を形成する。このマスク層は、エミッタコンタクト層110、エミッタ層100、ベース層90、及びコレクタ層80を覆う。エッチングは2段階で行なわれる。先ず、塩酸と純水とを含むエッチング液が用いられ、マスク層で覆われていない部分のエミッタ膜10(n型InP)が除去される。このエッチング液は選択性を有しているので、エミッタ膜10がエッチングされてベース膜9(InGaAs)が露出した後には、エッチングの進行が非常に遅くなる。よって、エッチングの進行が事実上停止される。次に、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)と純水(H2O)とが、H2SO4:H2O2:H2O=1:1:500の比率で混合されたエッチング液を用いてエッチングが行われる。エッチングにより、マスク層に覆われていない領域に設けられた、ベース膜9、コレクタ膜8、メサ部7a,7b、及びバッファ膜3が除去される。以上により、InP基板2上の複数個のHBTは電気的に互いに分離される(図7(A)〜(C))。
素子分離が完了した後、InP基板2の上に所定パターンを有するマスク層を形成する。このマスク層は、エミッタコンタクト層110を覆うように形成される。また、このマスク層は、その一方の対の辺が[110]方位に延び、他方の対の辺は[1−10]方向に延びる。その後、素子分離エッチングと同様に2段階でエッチングが行なわれる。すなわち、塩酸と純水との混合液がエッチング液として用いられ、エッチング用マスクで覆われていない部分のエミッタ膜10(n型InP)が除去され、エミッタ層100が得られる。
次に、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)と純水(H2O)とを、H2SO4:H2O2:H2O=1:1:500の比率で含むエッチング液を用いて、マスク層に覆われていないベース膜9及びコレクタ膜8が除去されて、ベース層90及びコレクタ層80が形成される。また、コレクタ膜8のエッチング後、100nm程度のオーバーエッチングを行なうと好ましい。オーバーエッチングにより、マスク層に覆われていない部分において、サブコレクタ層40が確実に露出することとなる。これまでの工程により、コレクタ層80、ベース層90、及びエミッタ層100を有する主要部メサ120が得られる(図8(A)〜(C))。
続いて、ベース電極16及びエミッタ電極15がセルフアラインメントプロセスにより以下のように形成される。主要部メサ120を有するInP基板2上にSiN膜がCVD(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により形成される。当該SiN膜上にエッチング用マスクを形成する。エッチング用マスクは、エミッタ層100及びエミッタコンタクト層110上に開口部を有する。次に、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)を行なうと、レジスト開口部のSiN膜が除去される。ここで、このエッチングにより除去されない部分が絶縁膜31となり、レジストの開口部にエミッタ層100とエミッタコンタクト層110とが露出する。
次に、InP基板2上に、各電極15,16,17を覆うように、SiNといった絶縁膜32をCVD法により堆積する。この絶縁膜32上に、レジスト/酸化ケイ素(SiO2)/レジストからなる3層の多層膜を形成した後、この多層膜に開口部を形成して多層膜マスクを得る。この開口部は、ベース電極16に接続する引き出し配線26、及びコレクタ電極17に接続する引き出し配線27が形成される部分に設けられる。続けて、多層膜マスクを用いて絶縁膜32のエッチングを行ない、引き出し配線26,27用のスルーホールを形成する。この後、Al膜といった金属膜を形成する。次に、絶縁膜32上に残しておいた多層膜マスクを剥離すると、引き出し配線26,27が形成される。この後、引き出し配線26,27を形成した手順と同様の方法により、エミッタ電極15に接続される引き出し配線25のためのスルーホールを絶縁膜32に形成する。そして、Al膜といった金属膜を形成し、リフトオフ法により引き出し配線25を形成する。以上の工程により、図1(A)〜(C)に示すHBT1が得られる。
次に、第3の実施形態によるHBTについて説明する。第3の実施形態のHBTは、サブコレクタ層を有していない点、及びサブコレクタ層の代りにメサ形状のコレクタ層を有する点を除いて、第1の実施形態のHBT200とほぼ同様の構成を有する。以下、相違点を中心に、第3の実施形態のHBTを説明する。
Claims (2)
- 基板上に設けられ一対のエッジを有するメサ形状のサブコレクタ層と、
前記サブコレクタ層の一対のエッジを覆うと共に前記サブコレクタ層のメサ形状を埋めるように設けられ、平坦化された上面を有するコレクタ層と、
前記コレクタ層上に設けられ、平面形状が前記コレクタ層の平面形状とほぼ同一であり、前記サブコレクタ層の上面の前記一対のエッジを覆う部分が平坦な上面を有するベース層と、
前記ベース層上に設けられ、平面形状が前記ベース層の平面形状とほぼ同一であり、前記サブコレクタ層の上面の前記一対のエッジを覆う部分が平坦なエミッタ層と、
前記エミッタ層上に設けられたエミッタコンタクト層とを備え、
前記エミッタ層のエッジは、前記エミッタコンタクト層のエッジから離れている、化合物半導体バイポーラトランジスタ。 - 前記エミッタ層上に設けられたベース電極を更に備える、請求項1に記載された化合物半導体バイポーラトランジスタ。
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