JP5628681B2 - バイポーラトランジスタ - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図3は、本発明の第1の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。図に示されるように、バイポーラトランジスタは、基板10と、核生成層11と、バッファ層12と、サブエミッタ層17、エミッタ層16と、ベース層15と、コレクタ層14と、コンタクト層13と、絶縁領域19と、エミッタ電極1Eと、ベース電極1Bと、コレクタ電極1Cとを具備する。
これらの膜は、結晶成長方向が、基板の[000−1]方向に平行になる。
このようにして、図3のようなバイポーラトランジスタが製造される。
本発明の第2の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図6は、本発明の第2の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。第1の実施の形態では、コレクタ層14(AlGaN層)の厚さを転位発生の臨界膜厚で制限している。そのため、コレクタ層14を十分には厚く出来ず、コレクタ耐圧が制限されている。第2の実施の形態では、このようなコレクタ耐圧の制限を除くことができる。
本発明の第3の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図8は、本発明の第3の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。第1の実施の形態では、コレクタ層14(AlGaN層)の厚さを転位発生の臨界膜厚で制限している。そのため、コレクタ層14を十分には厚く出来ず、コレクタ耐圧が制限されている。第3の実施の形態では、このようなコレクタ耐圧の制限を除くことができる。
本発明の第4の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図10は、本発明の第4の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。第3の実施の形態では、ベース−コレクタ(ベース層−コレクタ層)界面におけるベース側の材料とコレクタ側の材料とが同一のGaNで構成されている。そのため、ベース層内の正孔がコレクタ層(AlGaN)に拡散して実質的にベース長が拡大して、スイッチング速度が低下する、所謂、カーク(Kirk)効果が発生する可能性が考え得る。第4の実施の形態では、このようなカーク(Kirk)効果の発生を確実に防止することができる。
本発明の第5の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図12は、本発明の第5の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。上記の実施の形態では、コレクタ層としてAl組成を徐々に変化させた傾斜組成AlGaN層を用いていた。このようなエピタキシャル結晶層を作製するためには、原料ガス流量を時間と共に変化させる必要があり、結晶組成の制御性に困難が伴う。このため、素子特性の再現性や均一性を高度に維持することが容易ではない。第5の実施の形態では、このような素子特性の再現性や均一性を高度に維持することができる。
本発明の第6の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図14は、本発明の第6の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。例えば、第1〜第3の実施の形態では、ベース−コレクタ(ベース層−コレクタ層)界面におけるベース側の材料とコレクタ側の材料とが同一のGaNで構成されている。そのため、ベース層15内の正孔がコレクタ層34に拡散して実質的にベース長が拡大して、スイッチング速度が低下する、所謂、カーク(Kirk)効果が発生する可能性が考え得る。第6の実施の形態では、このようなカーク(Kirk)効果の発生を確実に防止することができる。
本発明の第7の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図16は、本発明の第7の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。上記の実施の形態では、(000−1)面成長において、ベース層からコンタクト層へ向かうにしたがってコレクタ層内のAlGaN層のAl組成比を増加させている。このとき、Al組成の増加と共にAlGaNのa軸長は減少するため、AlGaN層内に負の電荷が発生する。同様に、InAlGaN層のa軸長はIn組成の減少と共に減少する。このため、コレクタ層をInAlGaN層によって構成し、ベース層からコンタクト層へ向かうにしたがってIn組成を減少させても同様な効果を得ることが可能である。あるいは、コレクタ層をInAlGaN層によって構成し、ベース層からコンタクト層へ向かうにしたがってAl組成を増加させても良い。このように、第7の実施の形態では、コレクタ層をInAlGaN層によって構成している。
<xc>=4.6<yc>・・・(式1)となる。このことから、転位発生を抑制し、良好な結晶品質を得るためには、
|<xc>−4.6<yc>|<0.5・・・(式2)を充たすようにすればよい。
本発明の第8の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成について説明する。図19は、本発明の第8の実施の形態に係るバイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。上記の実施の形態では、n型GaN層のコンタクト層13上にコレクタ電極1Cを形成することによりオーミック接触をとっていた。この場合、n型半導体とコレクタ電極との間にショットキー障壁が存在するため、コンタクト抵抗が増加する可能性が考えられる。第8の実施の形態では、コレクタ電極におけるコンタクト抵抗を低く抑えることが出来る。
Claims (11)
- 基板と、
前記基板の上方に形成され、第一の窒化物半導体を含むn型伝導性のエミッタ層と、
前記エミッタ層上に形成され、第二の窒化物半導体を含むp型伝導性のベース層と、
前記ベース層上に形成され、第三の窒化物半導体を含むコレクタ層と
を具備し、
前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記エミッタ層は、前記基板面に対する結晶成長方向が前記基板の[000−1]方向に平行となるように形成され、
前記第三の窒化物半導体は、InycAlxcGa1−xc−ycN(0≦xc≦1、0≦yc≦1、0<xc+yc≦1)を含み、
前記第三の窒化物半導体における表面側のa軸長は、前記基板側のa軸長よりも短く、
前記第三の窒化物半導体のa軸長が前記基板側から表面側に向かって減少するように形成されている
バイポーラトランジスタ。 - 請求項1に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記第三の窒化物半導体のAl組成xcが前記基板側から表面側に向かって増加するように形成されている
バイポーラトランジスタ。 - 請求項2に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記第三の窒化物半導体の平均Al組成を<xc>、平均In組成を<yc>としたとき、前記第三の窒化物半導体は、以下の式を満たす
|<xc>−4.6<yc>|<0.5
バイポーラトランジスタ。 - 請求項2に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記コレクタ層は、前記第三の窒化物半導体に接して設けられた第四の窒化物半導体を更に含み、
前記第四の窒化物半導体は、Alxc2Ga1−xc2N(0≦xc2<xc≦1)を含む
バイポーラトランジスタ。 - 請求項4に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記ベース層は、InybGa1−ybN(0≦yb≦1)を含む
バイポーラトランジスタ。 - 請求項1に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記第三の窒化物半導体のIn組成ycが前記基板側から表面側に向かって減少するように形成されている
バイポーラトランジスタ。 - 請求項6に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記第三の窒化物半導体の平均Al組成を<xc>、平均In組成を<yc>としたとき、前記第一の窒化物半導体は、以下の式を満たす
|<xc>−4.6<yc>|<0.5
バイポーラトランジスタ。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記基板上に、前記エミッタ層、前記ベース層、前記コレクタ層の順に形成されている
バイポーラトランジスタ。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記ベース層と前記コレクタ層との界面において前記第三の窒化物半導体のバンドギャップが前記第二の窒化物半導体のバンドギャップより大きくなるように形成されている
バイポーラトランジスタ。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記コレクタ層に接して形成されたn型伝導性のコンタクト層と、
前記エミッタ層と電気的に接続された第一のオーミック電極と、
前記ベース層と電気的に接続された第二のオーミック電極と、
前記コンタクト層と電気的に接続された第三のオーミック電極と
を更に具備する
バイポーラトランジスタ。 - 請求項8に記載のバイポーラトランジスタであって、
前記エミッタ層と電気的に接続された第一のオーミック電極と、
前記ベース層と電気的に接続された第二のオーミック電極と、
前記コレクタ層と電気的に接続されたショットキー電極と
を更に具備する
バイポーラトランジスタ。
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