JP6262612B2 - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

Description

本発明は、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて構成したヘテロ接合バイポーラトランジスタに関するものである。

ＩｎＰ系材料で構成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor：ＨＢＴ）は、高速性に優れた半導体素子であることから、光通信や無線通信用の高速電子回路などへの応用が期待されている。特に、コレクタ半導体材料としてバンドギャップの大きいＩｎＰを用いたＨＢＴは、耐圧性にも優れていることから、大きな出力振幅を必要とする高速なドライバ回路などに適している。

一般に、ＨＢＴの耐圧特性は、ベース価電子帯からコレクタ伝導帯へのバンド間トンネル電流によって決定される。このバンド間トンネル電流には、コレクタメサの半導体内部領域で発生するものと、コレクタメサの半導体表面で発生するものがある。コレクタメサ表面には、欠陥やキャリアの捕獲準位などが多数存在していることがある。これにより半導体のバンド端エネルギーが低下してしまうと、バンド間トンネル電流が著しく増加してしまうことが知られている。

加えて、欠陥や捕獲準位などを介したトンネル電流や、熱生成電流も発生することもある。このため、電子回路に搭載される微細なＨＢＴ素子においては、耐圧特性がコレクタメサ内部のリーク電流よりも、コレクタメサ表面におけるリーク電流で律則されてしまうことが多い。従って、ＨＢＴの耐圧特性を向上させるためには、コレクタメサ表面の欠陥や捕獲準位などを削減することが非常に重要となる。

以下、一般に用いられているＨＢＴについて図４を用いて説明する。図４は、ＨＢＴの構成を示す断面である。ＨＢＴは、基板４０１と、この上に形成されたサブコレクタ４０２と、この上に形成されたコレクタ４０３と、この上に形成されたベース４０４と、この上に形成されたエミッタ４０５と、この上に形成されたキャップ４０６とを備える。

サブコレクタ４０２は、平面視で基板４０１より小さい面積に形成され、コレクタ４０３およびベース４０４は、平面視でサブコレクタ４０２より小さい面積に形成され、エミッタ４０５およびキャップ４０６は、平面視でコレクタ４０３より小さい面積に形成されている。

また、キャップ４０６の上には、エミッタ電極４０７が形成され、エミッタ４０５の周囲のベース４０４の上には、ベース電極４０８が形成され、コレクタ４０３の周囲のサブコレクタ４０２の上には、コレクタ電極４０９が形成されている。

基板４０１は、半絶縁性ＩｎＰから構成されている。また、サブコレクタ４０２は、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＰと、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓの積層構造とされている。ｎ型のＩｎＧａＡｓは、コレクタ電極４０９に対するコンタクト層として用いられている。ｎ型のＩｎＰは、放熱特性を損なわないために用いられている。

コレクタ４０３は、ｎ型のＩｎＰから構成され、ベース４０４は、高濃度に不純物が添加されたｐ型のＧａＡｓＳｂから構成され、エミッタ４０５は、ｎ型のＩｎＰから構成され、キャップ４０６は、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓから構成されている。

さらに、ＨＢＴメサ表面は、ベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）からなる有機保護膜４１１で被覆されており、有機保護膜４１１に形成されたスルーホールを介して各電極に金属配線が接続されている。図４では、エミッタ電極４０７に接続する金属配線４１２を示している。ここで、有機保護膜４１１は、電極以外のＨＢＴ表面と金属配線とを隔離するための絶縁膜としても機能している。

上述したＨＢＴでは、コレクタメサ表面（コレクタ４０３の側面）が、有機保護膜４１１によって被覆されている。有機保護膜４１１は、ＢＣＢなどをスピン塗布法によって塗布することで形成できる。このため、有機保護膜４１１形成は、コレクタメサ表面へのダメージを最小限に抑えることができ、欠陥の生成を回避することができるという特長を有している。また、形成手法が簡便なため、再現性の高い界面特性を得ることができるということも一つの特長である。

しかしながら、このスピン塗布法では、半導体表面の未結合手を完全に終端化させるだけの化学反応を実現させることはできず、捕獲準位などを効果的に消滅させることができない。このため、半導体表面に多くの捕獲準位が存在する場合は、半導体と有機保護膜４１１の界面においてバンド端エネルギーが変化してしまい、界面（コレクタ側面）においてバンド間トンネル電流を増大させてしまうこともある。

このバンド間トンネル電流の増大は、コレクタ耐圧の低下を招き、ＨＢＴの重要な特長の一つである高耐圧性が損なわれることになる。有機保護膜４１１の形成によって半導体表面に新たな欠陥が生成されることはないので、上述した問題は限定的なものではあるが、コレクタ耐圧を低下させてしまう恐れがあるという点で理想的な保護膜とはいえない。

コレクタメサ表面を被覆して保護する材料としてＳｉＮなどの無機膜を、化学気相堆積（Chemical Vapor Depositon：ＣＶＤ）法などの手法を用いて形成する場合もある（非特許文献１）。図５に、このようなＨＢＴの断面を示す。図５において、同じ符号は図４を用いて説明したＨＢＴと同様であり、説明は省略する。

この例では、ＨＢＴメサ構造と各電極を形成した後に、ＣＶＤ法によりＳｉＮからなる無機保護膜４１０をウエハ全面に堆積し、この後、スピン塗布法によってＢＣＢからなる有機保護膜４１１を形成している。これらを形成した後、有機保護膜４１１および無機保護膜４１０にスルーホールを形成し、各電極と金属配線を接続する。この場合、有機保護膜４１１は、表面保護膜というよりは、電極以外のＨＢＴ表面と金属配線とを隔離するための絶縁膜として機能している。

ＳｉＮなどの無機材料をＣＶＤ法により堆積した無機保護膜４１０によれば、ＢＣＢなどの有機材料をスピン塗布法で塗布した有機保護膜４１１に対し、半導体表面の未結合手を終端化させるだけの化学反応を実現することができる。このため、無機保護膜４１０を用いることで、半導体表面における未結合手（あるいは捕獲準位）などを効果的に終端化させ、半導体表面を電気的に不活性化させることが可能となる。半導体表面が不活性化されると、コレクタメサ表面におけるバンド端エネルギーは変化することがなく、表面における過剰なバンド間トンネル電流の発生と、これにともなうコレクタ耐圧の劣化を回避することができる。

M. Yanagisawa,et al. ,"A Robust All-Wet-Etching Process for Mesa Formation of InGaAs.InP HBT Featuring High Uniformity and High Reproducibility", IEEE Transactions on Electron Devices, vol.51, no.8, pp.1234-1240,2004.

前述したとおり、基本的には、ＳｉＮなどの無機材料をＣＶＤ法などにより堆積すると、半導体表面の未結合手を終端化させるだけの化学反応を実現することができる。しかしながら、半導体表面の結晶状態や堆積条件によっては、逆に、半導体表面に多量の欠陥を導入してしまうことがある。ＣＶＤ法などの堆積では、半導体表面に与えるエネルギーが大きいために、未結合手を終端化させることができる一方で、新たな未結合手や欠陥を生成させてしまう可能性もある。このような副作用を回避するには、欠陥が発生しにくい半導体表面状態を実現し、最適化された条件で無機材料を堆積する必要がある。

一般に、ＨＢＴのコレクタメサを実現する方法として、リソグラフィ技術によりレジストマスクを形成した後、ウェットエッチングによって不要な半導体層を除去する方法が採用されている。例えば、図４，図５を用いて説明したＨＢＴでは、塩酸系溶液によってコレクタ材料であるＩｎＰがエッチングされている。このエッチング加工では、コレクタメサの側面は、必ずしも半導体基板に対して垂直な形状とはならず、面方位に依存して、いわゆる逆メサ形状や順メサ形状を示す。図４，図５では、逆メサ形状の場合を示している。

このような表面においては、多様な方位を有する結晶面が現れる可能性があり、ＳｉＮなどの無機材料を堆積した際に、様々な電気的特性を有する界面が形成されることになる。これらの中には、未結合手が発生しやすい界面もありうる。さらに、実際のエッチング面（コレクタ側面）は、微視的に（あるいは原子オーダーで）見ても、平坦性のある表面が得られているわけではない。微視的に見れば、レジストマスク自体が平滑なパターンとなっているわけではないため、実際のエッチング面は、鏡のような結晶面が得られることはない。この結果、やはり、様々な結晶面が混在した複雑な表面が現れることになる。

以上のことから、欠陥が発生しにくいような半導体表面状態を実現することは容易なことではなく、ＳｉＮなどの無機材料をＣＶＤ法などにより堆積して保護膜を形成しても、必ずしもメサ表面におけるリーク電流を抑制できるわけではない。場合によっては、ＢＣＢなどによる有機膜よりも、大きなリーク電流が発生してしまうこともありうる。このように、ＨＢＴのメサ側面などの、保護膜で覆われた半導体表面における欠陥や捕獲準位の発生を抑制することは、容易ではなく、コレクタメサ表面で発生する過剰なコレクタリーク電流を再現性良く抑制することが容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて構成したＨＢＴの、コレクタメサ表面で発生する過剰なコレクタリーク電流を、再現性良く抑制できるようにすることを目的とする。

本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるサブコレクタと、サブコレクタより平面視で小さい面積でサブコレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコレクタと、コレクタより平面視で小さい面積でコレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるベースと、ベースより平面視で小さい面積でベースの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエミッタと、エミッタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップと、キャップの上に形成されたエミッタ電極と、エミッタの周囲のベースの上に形成されたベース電極と、コレクタの周囲のサブコレクタの上に形成されたコレクタ電極と、ベースの周囲のコレクタの上面を覆って形成された無機保護膜と、コレクタの側面を覆ってコレクタの側面に接して形成された有機保護膜とを備える。

ベースは、コレクタよりも、所定のエッチング方法でエッチングされやすい材料から構成されていればよい。

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、コレクタは、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、およびＩｎＧａＡｓＰより選択された半導体材料から構成され、ベースは、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、およびＩｎＡｌＧａＡｓより選択された半導体材料から構成され、無機保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、およびＳｉＯＮより選択された材料から構成され、有機保護膜は、ベンゾシクロブテンおよびポリイミドより選択された材料から構成されていればよい。

また、本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるサブコレクタと、サブコレクタより平面視で小さい面積でサブコレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１コレクタと、第１コレクタより平面視で小さい面積で第１コレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２コレクタと、第２コレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるベースと、ベースより平面視で小さい面積でベースの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエミッタと、エミッタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップと、キャップの上に形成されたエミッタ電極と、エミッタの周囲のベースの上に形成されたベース電極と、第１コレクタの周囲のサブコレクタの上に形成されたコレクタ電極と、第２コレクタの周囲の第１コレクタの上面を覆って形成された無機保護膜と、第１コレクタの側面を覆って第１コレクタの側面に接して形成された有機保護膜とを備える。

第２コレクタは、第１コレクタよりも、所定のエッチング方法でエッチングされやすい材料から構成されていればよい。

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、第１コレクタは、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、およびＩｎＧａＡｓＰより選択された半導体材料から構成され、第２コレクタは、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、およびＩｎＡｌＧａＡｓより選択された半導体材料から構成され、無機保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、およびＳｉＯＮより選択された材料から構成され、有機保護膜は、ベンゾシクロブテンおよびポリイミドより選択された材料から構成されていればよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて構成したＨＢＴの、コレクタメサ表面で発生する過剰なコレクタリーク電流を、再現性良く抑制できるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の構成を示す断面図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｄは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｅは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｆは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｇは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｈは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図２Ｉは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態２におけるＨＢＴの構成を示す断面図である。 図４は、ＨＢＴの構成を示す断面図である。 図５は、ＨＢＴの構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の構成を示す断面図である。このＨＢＴは、まず、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板１０１と、基板１０１の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるサブコレクタ１０２と、サブコレクタ１０２より平面視で小さい面積でサブコレクタ１０２の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコレクタ１０３とを備える。

また、このＨＢＴは、コレクタ１０３より平面視で小さい面積でコレクタ１０３の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるベース１０４と、ベース１０４より平面視で小さい面積でベース１０４の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエミッタ１０５と、エミッタ１０５の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ１０６とを備える。キャップ１０６は、平面視でエミッタ１０５と同形状に形成されている。

なお、キャップ１０６の上には、エミッタ電極１０７が形成され、エミッタ１０５の周囲のベース１０４の上には、ベース電極１０８が形成され、コレクタ１０３の周囲のサブコレクタ１０２の上には、コレクタ電極１０９が形成されている。また、このＨＢＴは、ベース１０４の周囲のコレクタ１０３の上面を覆って形成された無機保護膜１１０と、コレクタ１０３の側面を覆って形成された有機保護膜１１１とを備える。無機保護膜１１０は、無機絶縁材料から構成され、有機保護膜１１１は、有機絶縁材料から構成されている。

この例では、無機保護膜１１０は、ベース１０４の周囲のコレクタ１０３の上面に加え、ベース１０４の側面および上面、ベース電極１０８，エミッタ１０５の側面，キャップ１０６の側面，エミッタ電極１０７の側面なども被覆して形成されている。無機保護膜１１０は、コレクタ１０３の形成領域を含み、この内側に形成されている。ここで、無機保護膜１１０は、少なくともベース１０４の周囲のコレクタ１０３の上面を被覆していること（上面に接して形成されていること）が重要である。

また、有機保護膜１１１は、無機保護膜１１０を含め、素子全体を覆って形成されている。ここで、有機保護膜１１１は、少なくともコレクタ１０３の側面を被覆している（側面に接して形成されている）ことが重要である。また、この例では、有機保護膜１１１の上に電極配線１１２が形成され、有機保護膜１１１，無機保護膜１１０を貫通するスルーホールを介してエミッタ電極１０７に接続している。また、図示していないが、ベース電極１０８およびコレクタ電極１０９にも、電極配線が接続している。

例えば、基板１０１は、半絶縁性ＩｎＰから構成されている。また、サブコレクタ１０２は、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＰと、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓの積層構造とされている。ｎ型のＩｎＧａＡｓはコレクタ電極１０９に対するコンタクト層として用いている。また、ｎ型のＩｎＰは、放熱特性を損なわないために用いている。

また、コレクタ１０３は、ｎ型のＩｎＰから構成され、ベース１０４は、高濃度に不純物が添加されたｐ型のＧａＡｓＳｂから構成されている。また、エミッタ１０５は、ｎ型のＩｎＰから構成され、キャップ１０６は、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓから構成されている。また、無機保護膜１１０は、ＳｉＮから構成され、有機保護膜１１１は、ベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）から構成されている。

ここで、後述するように、ベース１０４が、コレクタ１０３よりも、所定のエッチング方法でエッチングされやすい材料から構成されていることが重要である。なお、このＨＢＴでは、ベース１０４を構成するＧａＡｓＳｂと、コレクタ１０３を構成するＩｎＰが、タイプＩＩ型のヘテロ接合を形成するため、両者を直接積層しても電流ブロッキング効果は生じない。

次に、上述したＨＢＴの製造方法について図２Ａ〜図２Ｉを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｉは、本発明の実施の形態１におけるＨＢＴの製造方法を説明する、各工程における状態を示す断面図である。

まず、図２Ａに示すように、半絶縁性のＩｎＰからなる基板１０１上に、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＰ層と高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓからなるサブコレクタ半導体層１２２、ｎ型のＩｎＰからなるコレクタ半導体層１２３、高濃度に不純物が添加されたｐ型のＧａＡｓＳｂからなるベース半導体層１２４、ｎ型のＩｎＰからなるエミッタ半導体層１２５、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓからなるキャップ半導体層１２６を、これらの順にエピタキシャル成長する。例えば、よく知られた分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法により、各半導体の層を順次にエピタキシャル成長させればよい。

次に、例えば、スパッタ法を用い、キャップ半導体層１２６上にＷからなるエミッタ電極金属層１２７を堆積する。

次に、図２Ｂに示すように、エミッタ電極金属層１２７の上に、レジストマスク２０１を形成する。例えば、よく知られたフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成し、このレジスト膜を、公知のフォトリソグラフィによりパターニングすれば、レジストマスク２０１が形成できる。

次に、レジストマスク２０１をマスクとし、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法により、エミッタ電極金属層１２７をエッチングし、図２Ｃに示すように、エミッタ電極１０７を形成する。さらに、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching：ＩＣＰ−ＲＩＥ）法により、キャップ半導体層１２６をエッチングし、加えて、エミッタ半導体層１２５の途中までをエッチングする。

この後、塩酸系エッチング溶液を用いて残りのエミッタ半導体層１２５をエッチングする。このウェットエッチングにおいて、塩酸系エッチング溶液はＧａＡｓＳｂをエッチングしないので、エミッタ１０５周囲のベース半導体層１２４の表面（上面）が露出された状態でエッチングが停止され、図２Ｃに示すように、キャップ１０６およびエミッタ１０５が形成される。なお、最初にＩＣＰ−ＲＩＥ法でエッチングを行った理由は、サイドエッチを抑制して、微細なエミッタメサ構造を実現するためである。

次に、レジストマスク２０１を除去した後、エミッタ１０５周囲のベース半導体層１２４上にベース電極１０８を形成する。例えば、ベース電極１０８形成領域に開口部を備えるレジストマスクを形成し（不図示）、電子ビーム蒸着法を用いて電極材料を堆積し、この後、上記レジストマスクをリフトオフすれば（リフトオフ・プロセス）、ベース電極１０８が形成できる。

次に、図２Ｄに示すように、キャップ１０６、エミッタ１０５、およびベース電極１０８を覆うレジストマスク２０２を形成する。レジストマスク２０２は、平面視で、ベース電極１０８の形成領域を含む大きさに形成する。

次に、レジストマスク２０２をマスクとし、クエン酸系エッチング溶液を用いてベース半導体層１２４をエッチングする。このエッチング方法では、クエン酸系エッチング溶液が、ＩｎＰをエッチングしない。言い換えると、クエン酸系エッチング溶液を用いたエッチング方法で、ベース半導体層１２４（ベース１０４）が、コレクタ半導体層１２３（コレクタ１０３）よりもエッチングされやすい材料から構成されている。従って、図２Ｅに示すように、ベース１０４周囲のコレクタ半導体層１２３の表面（上面）が露出した状態でエッチングが止まり、ベース１０４が形成される。このように、ベース１０４を、コレクタ１０３よりも、所定のエッチング方法でエッチングされやすい材料から構成すれば、ベース１０４周囲のコレクタ半導体層１２３（コレクタ１０３）上面が露出した状態が容易に形成できる。

一般に、ＭＢＥなどの結晶成長法を用いてＨＢＴエピタキシャル半導体層を形成すれば、ＩｎＰから構成されるコレクタ半導体層１２３と、ＧａＡｓＳｂから構成されるベース半導体層１２４は、急峻で微視的にも（原子オーダーで見ても）平坦なヘテロ接合を形成することができる。このため、上述のエッチングにより露出したベース１０４周囲のコレクタ半導体層１２３の表面は、基板１０１と等価で平坦な結晶面が現れることになる。

次に、レジストマスク２０２を除去し、ＣＶＤ法を用いてウエハ全面にＳｉＮを堆積することで、図２Ｆに示すようにＳｉＮ膜１３０を形成する。前述したように、ベース１０４の周囲に露出していたコレクタ半導体層１２３の上面は、微視的に見ても平坦な結晶面が現れているため、ＳｉＮ膜１３０とコレクタ半導体層１２３との間には、欠陥が発生しにくくなり、さらに未結合手が効果的に終端化される状態となる。この結果、ＳｉＮ膜１３０とコレクタ半導体層１２３との間には、捕獲準位も少ない良好な界面が形成されることになる。

次に、図２Ｇに示すように、ベース１０４形成領域を含むベース１０４の周囲の一部のコレクタ半導体層１２３上を覆うレジストマスク２０３を形成する。レジストマスク２０３は、エミッタ電極１０７などのすでに形成されてＳｉＮ膜１３０に覆われているメサ部も覆う状態に形成する。

次に、レジストマスク２０３をマスクとしてＲＩＥ法によりＳｉＮ膜１３０をエッチングし、引き続いて塩酸系エッチング溶液を用いてコレクタ半導体層１２３をエッチングすることで、図２Ｈに示すように、無機保護膜１１０およびコレクタ１０３を形成する。次いで、これにより、平面視で、無機保護膜１１０形成領域の周囲に、コレクタ１０３の側面が形成されることになる。

なお、コレクタ半導体層１２３の下に接して形成されているサブコレクタ半導体層１２２には、コレクタ電極１０９とのコンタクトのためにＩｎＧａＡｓが用いられている。ＩｎＧａＡｓは、塩酸系エッチング溶液によってエッチングされることはないので、塩酸系エッチング溶液によるコレクタ半導体層１２３のエッチングは、コレクタ１０３周囲のサブコレクタ半導体層１２２の表面が露出したところで停止する。

次に、図２Ｉに示すように、コレクタ１０３の周囲のサブコレクタ半導体層１２２の上に、コレクタ電極１０９を形成する。例えば、コレクタ電極１０９形成箇所に開口部を備えるレジストマスク（不図示）を形成し、この上に、電子ビーム蒸着法を用いた電極材料を堆積し、この後、上記レジストマスクをリフトオフすれば、コレクタ電極１０９が形成できる。また、コレクタ電極１０９形成領域を含む所定の領域が覆われたレジストマスク（不図示）を形成し、このレジストマスクをマスクとしてサブコレクタ半導体層１２２をエッチングし、この後、上記レジストマスクを除去すれば、図２Ｉに示すように、サブコレクタ１０２が形成できる。

最後に、ウエハ全体にスピン塗布法によりＢＣＢを塗布すれば、図１に示すように、有機保護膜１１１が形成できる。実施の形態１によれば、コレクタ１０３の側面は、有機保護膜１１１で被覆されることになる。コレクタ１０３の側面には、様々な結晶面が存在しているが、有機保護膜１１１で被覆することによって、新たに欠陥が発生することはない。また、捕獲準位の発生も一定の範囲内に抑えることが可能である。このため、コレクタ１０３の側面が、コレクタ１０３の上面のバンド形状に与える影響は、深刻なものとはならない。このように、実施の形態１によれば、コレクタメサ表面の過剰なリーク電流は、コレクタ１０３の上面における良質な界面特性によって抑制されることになる。

なお、ベース１０４周囲のコレクタ１０３上面の幅（ベース１０４の端からコレクタ１０３の端までの距離）は、コレクタ１０３の層厚以上の値にしておくことが望ましい。このようにすれば、コレクタ１０３の上面における横方向の電界強度が、コレクタ１０３内部の垂直方向の電界強度と同程度か小さい値となる。この結果、コレクタ１０３表面で発生するバンド間トンネル電流を、コレクタ１０３の内部で発生する真性的なバンド間トンネル電流と同等あるいはそれ以下の大きさまで低減させることが可能となる。

この結果、実施の形態１によれば、ＨＢＴのコレクタ耐圧は、ベース周囲のコレクタ上面およびコレクタ側面を含めたコレクタ表面ではなく、コレクタ内部の真性的なバンド間トンネル電流で律則されることになり、コレクタ耐圧が理想的な値まで改善されることが期待できる。なお、コレクタ側面の捕獲準位密度も十分小さければ、コレクタ上面幅がコレクタ厚より小さい場合でも、コレクタ表面のリーク電流を十分小さくできる。また、この場合、ＨＢＴ素子の横方向寸法を小さく保つことができるので、ＨＢＴ素子をつなぐ配線長も短くすることができる。この効果は、電気信号の配線遅延を小さくするので、ＨＢＴ電子回路の高速化に重要となる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２におけるＨＢＴの構成を示す断面図である。このＨＢＴは、まず、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板３０１と、基板３０１の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるサブコレクタ３０２と、サブコレクタ３０２より平面視で小さい面積でサブコレクタ３０２の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１コレクタ３０３ａとを備える。

また、このＨＢＴは、第１コレクタ３０３ａより平面視で小さい面積で第１コレクタ３０３ａの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２コレクタ３０３ｂと、第２コレクタ３０３ｂの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるベース３０４と、ベース３０４より平面視で小さい面積でベース３０４の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエミッタ３０５と、エミッタ３０５の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップ３０６とを備える。ベース３０４は、平面視で第２コレクタ３０３ｂと同形状に形成されている。また、キャップ３０６は、平面視でエミッタ３０５と同形状に形成されている。

なお、キャップ３０６の上には、エミッタ電極３０７が形成され、エミッタ３０５の周囲のベース３０４の上には、ベース電極３０８が形成され、第１コレクタ３０３ａの周囲のサブコレクタ３０２の上には、コレクタ電極３０９が形成されている。また、このＨＢＴは、第２コレクタ３０３ｂの周囲の第１コレクタ３０３ａの上面を覆って形成された無機保護膜３１０と、第１コレクタ３０３ａの側面を覆って形成された有機保護膜３１１とを備える。

実施の形態２では、無機保護膜３１０は、ベース３０４の周囲の第１コレクタ３０３ａの上面に加え、ベース３０４および第２コレクタ３０３ｂの側面、第２コレクタ３０３ｂの上面、ベース電極３０８、エミッタ３０５の側面，キャップ３０６の側面，エミッタ電極３０７の側面なども被覆している。無機保護膜３１０は、第１コレクタ３０３ａの形成領域を含み、この内側に形成されている。

また、有機保護膜３１１は、無機保護膜３１０を含め、素子全体を覆って形成されている。また、この例では、有機保護膜３１１の上に電極配線３１２が形成され、有機保護膜３１１，無機保護膜３１０を貫通するスルーホールを介してエミッタ電極３０７に接続している。また、図示していないが、ベース電極３０８およびコレクタ電極３０９にも、電極配線が接続している。

例えば、基板３０１は、半絶縁性ＩｎＰから構成され、サブコレクタ１０２は、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＰと、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓの積層構造とされている。ｎ型のＩｎＧａＡｓはコレクタ電極３０９に対するコンタクト層として用いている。また、ｎ型のＩｎＰは、放熱特性を損なわないために用いている。

また、第１コレクタ３０３ａは、ｎ型のＩｎＰから構成され、第２コレクタ３０３ｂは、ｎ型のＩｎＧａＡｓから構成され、ベース３０４は、高濃度に不純物が添加されたｐ型のＩｎＧａＡｓから構成されている。また、エミッタ３０５は、ｎ型のＩｎＰから構成され、キャップ３０６は、高濃度に不純物が添加されたｎ型のＩｎＧａＡｓから構成されている。また、無機保護膜３１０は、ＳｉＮから構成され、有機保護膜３１１は、ＢＣＢから構成されている。

ここで、実施の形態２では、第２コレクタ３０３ｂが、第１コレクタ３０３ａよりも、所定のエッチング方法でエッチングされやすい材料から構成されている。

なお、ベース３０４を構成しているＩｎＧａＡｓと、第１コレクタ３０３ａを構成しているＩｎＰは、タイプＩ型のヘテロ接合を形成するため、両者を直接積層すると電流ブロッキング効果が生じ、電流が十分に流れない。このため、実施の形態２におけるＨＢＴでは、ベース３０４と第１コレクタ３０３ａの間に、ｎ型のＩｎＧａＡｓからなる第２コレクタ３０３ｂを挟んだ構成としている。

ただし、第２コレクタ３０３ｂは、第１コレクタ３０３ａよりもバンドギャップが小さいために、本質的に、比較的大きなバンド間トンネル電流が発生する恐れがある。しかしながら、コレクタのほとんどが、バンドギャップが大きい第１コレクタ３０３ａで占めるように設計されるため、このような影響は限定的なものとなっている。

ここで、実施の形態２におけるＨＢＴも、前述した実施の形態１と同様な方法によって製造することができる。例えば、図２実現することができる。例えば、図２Ａを用いた説明において、コレクタ半導体層１２３の上にｎ型のＩｎＧａＡｓからなる半導体層を形成し、この後、ｐ型のＩｎＧａＡｓからなるベース半導体層を形成すればよい。

また、ベース半導体層をパターニングしてベース３０４を形成した後に、ｎ型のＩｎＧａＡｓからなる半導体層をパターニングして第２コレクタ３０３ａを形成することで、これらの周囲の第１コレクタ３０３ａの表面を露出させればよい。実施の形態２においても、ＩｎＧａＡｓからなるベース３０４をクエン酸系エッチング溶液でエッチングすることができる。このクエン酸系エッチング溶液を用いれば、第２コレクタ３０３ｂとなる同じＩｎＧａＡｓからなる半導体層も連続的にエッチングすることができる。

また、ＩｎＰからなる第１コレクタ半導体層における第２コレクタ３０３ｂ周囲の上面が露出した時点でエッチングが停止し、第２コレクタ３０３ｂが形成されることになる。第２コレクタ３０３ｂ周囲の上面が露出した第１コレクタ半導体層表面には、基板３０１と等価で平坦な結晶面が現れる。

次に、ベース３０４，第２コレクタ３０３ｂのパターニングに用いたレジストマスクを除去し、ＣＶＤ法を用いてウエハ全面にＳｉＮを堆積すれば、無機保護膜３１０となるＳｉＮ膜が形成できる。上述したように、第１コレクタ半導体層の露出している上面は、平坦な結晶面が現れているため、ＳｉＮと第１コレクタ半導体の界面には欠陥が発生しにくくなり、さらに未結合手が効果的に終端化される結果、捕獲準位も少ない良好な界面特性が得られることになる。

この後、エミッタ３０５、ベース３０４、第２コレクタ３０３ａ、およびベース３０４の周囲の第１コレクタ半導体層の一部を覆うようにパターニングされたレジストマスクを形成する。次いで、レジストマスクをマスクとしてＲＩＥ法によりＳｉＮをエッチングした後、塩酸系エッチング溶液を用いて第１コレクタ半導体層も選択的にエッチングし、第１コレクタ３０３ａを形成する。この後は、実施の形態１と同様なプロセスを実施すればよい。

実施の形態２では、欠陥や捕獲準位が少ない良好な界面が、無機保護膜３１０と第１コレクタ３０３ａの上面との間に形成され、これにより、第１コレクタ３０３ａ上面のバンド間トンネル電流が抑制される。また、第１コレクタ３０３ａの側面は、ダメージを与えにくい有機保護膜３１１で被覆されているため、第１コレクタ３０３ａ側面が第１コレクタ３０３ａ上面のバンド形状に与える影響も十分小さい。ただし、実施の形態２では、第２コレクタ３０３ｂ側面が無機保護膜３１０によって被覆されている。このため、場合によってはある程度の欠陥などが発生する恐れがある。しかしながら、第２コレクタ３０３ｂがコレクタ全体を占める割合は小さいので、上述した影響は限定なものに留まる。

以上に説明したように、本発明では、サブコレクタに接して形成されているコレクタを、ベースより大きな面積に形成したので、ベースより続くコレクタメサ表面に、基板に準ずる平坦な結晶面が現れるコレクタ上面が存在する状態となる。この結果、本発明によれば、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて構成したＨＢＴの、コレクタメサ表面で発生する過剰なコレクタリーク電流が、再現性良く抑制できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、コレクタをＩｎＰから構成したが、これに限るものではなく、Ｖ族元素にＰを含んでいれば、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰあるいはＩｎＧａＡｓＰなどから構成してもよい。

また、ベースをＧａＡｓＳｂあるいはＩｎＧａＡｓから構成したが、これに限るものではなく、Ｖ族元素にＰではなくＡｓやＳｂを含んでいれば、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＡｓあるいはＩｎＡｌＧａＡｓなどから構成してもよい。

また、第１コレクタは、ＩｎＰにかぎらず、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、およびＩｎＧａＡｓＰより選択された半導体材料から構成してもよい。また、第２コレクタは、ＩｎＧａＡｓに限らず、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＡｓ、およびＩｎＡｌＧａＡｓより選択された半導体材料から構成してもよい。また、無機保護膜はＳｉＮから構成したが、これに限るものではなく、ＳｉＯ₂あるいはＳｉＯＮから構成してもよい。あるいは、Ｓｉ以外（例えばＡｌなど）の窒化物や酸化物などから無機保護膜を構成してもよい。また、有機保護膜は、ＢＣＢから構成したが、ポリイミドなどから構成してもよい。

１０１…基板、１０２…サブコレクタ、１０３…コレクタ、１０４…ベース、１０５…エミッタ、１０６…キャップ、１０７…エミッタ電極１０７、１０８…ベース電極、１０９…コレクタ電極、１１０…無機保護膜、１１１…機保護膜、１１２…電極配線。

Claims (4)

1. ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、
   前記基板の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるサブコレクタと、
   前記サブコレクタより平面視で小さい面積で前記サブコレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるコレクタと、
   前記コレクタより平面視で小さい面積で前記コレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるベースと、
   前記ベースより平面視で小さい面積で前記ベースの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエミッタと、
   前記エミッタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップと、
   前記キャップの上に形成されたエミッタ電極と、
   前記エミッタの周囲の前記ベースの上に形成されたベース電極と、
   前記コレクタの周囲の前記サブコレクタの上に形成されたコレクタ電極と、
   前記ベースの周囲の前記コレクタの上面を覆って形成された無機保護膜と、
   前記コレクタの側面を覆って前記コレクタの側面に接して形成された有機保護膜と
   を備えることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
2. 請求項１記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
   前記コレクタは、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、およびＩｎＧａＡｓＰより選択された半導体材料から構成され、
   前記ベースは、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、およびＩｎＡｌＧａＡｓより選択された半導体材料から構成され、
   前記無機保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、およびＳｉＯＮより選択された材料から構成され、
   前記有機保護膜は、ベンゾシクロブテンおよびポリイミドより選択された材料から構成されている
   ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
3. ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板と、
   前記基板の上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるサブコレクタと、
   前記サブコレクタより平面視で小さい面積で前記サブコレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１コレクタと、
   前記第１コレクタより平面視で小さい面積で前記第１コレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２コレクタと、
   前記第２コレクタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるベースと、
   前記ベースより平面視で小さい面積で前記ベースの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるエミッタと、
   前記エミッタの上に形成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるキャップと、
   前記キャップの上に形成されたエミッタ電極と、
   前記エミッタの周囲の前記ベースの上に形成されたベース電極と、
   前記第１コレクタの周囲の前記サブコレクタの上に形成されたコレクタ電極と、
   前記第２コレクタの周囲の前記第１コレクタの上面を覆って形成された無機保護膜と、
   前記第１コレクタの側面を覆って前記第１コレクタの側面に接して形成された有機保護膜と
   を備えることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
4. 請求項３記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
   前記第１コレクタは、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、およびＩｎＧａＡｓＰより選択された半導体材料から構成され、
   前記第２コレクタは、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、およびＩｎＡｌＧａＡｓより選択された半導体材料から構成され、
   前記無機保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、およびＳｉＯＮより選択された材料から構成され、
   前記有機保護膜は、ベンゾシクロブテンおよびポリイミドより選択された材料から構成されている
   ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。

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