JP6538608B2 - Method of manufacturing heterojunction bipolar transistor - Google Patents

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Description

本発明は、コレクタ層にワイドギャップ材料を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a heterojunction bipolar transitional scan data using wide-gap material to the collector layer.

InP系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)は、〜1THzに迫る遮断周波数を実現可能な超高速デバイスである。高速性能の重要な指標の一つとして、電流利得遮断周波数(fT)と耐圧(BV)の積(fT×BV)があり、この値が大きいほど、高速性能と高耐圧性能を両立したデバイスであることを意味する。従って、fTを維持しつつ、より高い耐圧を実現することが、InP系HBTのさらなる性能向上に向けて重要となる。 InP-based heterojunction bipolar transistors (HBTs) are ultrafast devices capable of achieving cutoff frequencies approaching 1 THz. One of the important indexes of high-speed performance is the product (f T × BV) of current gain cutoff frequency (f T ) and withstand voltage (BV). The larger this value, the more compatible high-speed performance and high withstand voltage performance. Means a device. Therefore, achieving a higher breakdown voltage while maintaining f T is important for further improving the performance of InP HBTs.

HBTの耐圧は、エミッタ接地ベース開放でのエミッタ−コレクタ間の耐圧によって定義され、これはベース−コレクタ接合の耐圧に依存する。従って、コレクタ層にワイドバンドギャップ材料を適用することが、HBTの高耐圧化に有効である。   The breakdown voltage of the HBT is defined by the breakdown voltage between the emitter and the collector at the emitter ground base opening, which depends on the breakdown voltage of the base-collector junction. Therefore, applying a wide band gap material to the collector layer is effective for increasing the breakdown voltage of the HBT.

例えば、一般的なInP系HBTでは、1019cm-3以上にドープされた狭バンドギャップのInGaAsやGaAsSb、InGaAsSbなどからベース層を構成する。このHBTには、コレクタ層に、ベース層と同じ狭バンドギャップ材料を用いるシングルヘテロ接合バイポーラトランジスタ(SHBT)と、コレクタ層に、バンドギャップの大きなInPを用いるダブルヘテロ接合バイポーラトランジスタ(DHBT)の2種類がある。2つを比較すると、DHBTの方が、高いfT×BVを有する傾向にある。 For example, in a general InP-based HBT, the base layer is formed of narrow band gap InGaAs, GaAsSb, InGaAsSb or the like doped to 10 19 cm -3 or more. This HBT has two collector layers: a single heterojunction bipolar transistor (SHBT) that uses the same narrow band gap material as the base layer, and a double heterojunction bipolar transistor (DHBT) that uses InP with a large band gap in the collector layer. There is a kind. When comparing the two, DHBT tends to have higher f T × BV.

例えば、非特許文献1においては、ベース層をGaAsSbから構成し、コレクタ層をInPから構成したDHBTにおいて、6.5Vの耐圧と、470GHzのfTの両立が報告されている(fT×BV>3000GHz×V)。 For example, in Non-Patent Document 1, in a DHBT in which the base layer is composed of GaAsSb and the collector layer is composed of InP, compatibility between a withstand voltage of 6.5 V and an f T of 470 GHz is reported (f T × BV > 3000 GHz x V).

さらに、InP系DHBTは、駆動電圧の観点からも有利なデバイスである。HBTの駆動電圧は、ベース−エミッタ接合の内蔵電位に依存する。これは、エミッタコンタクト層およびエミッタ層のドーピング条件、ベース層のドーピング濃度とバンドギャップ、およびエミッタ−ベース接合における伝導帯オフセットなどによって決定される。InP系材料をDHBTに適用する場合、基本的には、InGaAs、GaAsSb、またはInGaAsSbからベース層を構成する。これらの材料は、Si、GaAs、およびGaNに比べてバンドギャップが小さく、従ってこれに伴い、他のHBTに比べて駆動電圧を低くすることができる。   Furthermore, InP-based DHBT is an advantageous device also from the viewpoint of drive voltage. The driving voltage of the HBT depends on the built-in potential of the base-emitter junction. This is determined by the doping conditions of the emitter contact layer and the emitter layer, the doping concentration and band gap of the base layer, and the conduction band offset at the emitter-base junction. When an InP-based material is applied to DHBT, basically, the base layer is made of InGaAs, GaAsSb, or InGaAsSb. These materials have small band gaps as compared to Si, GaAs, and GaN, and thus can lower the driving voltage as compared to other HBTs.

このようなDHBTをさらに高耐圧化させるためには、コレクタ層によりワイドバンドギャップな材料を適用することが考えられる。従来材料であるInPよりもさらにワイドバンドギャップな半導体材料としては、GaAsやZnSe、GaN、AlN、SiC、ダイアモンド(C)などが挙げられる。   In order to further increase the breakdown voltage of such DHBT, it is conceivable to apply a wide band gap material to the collector layer. As a semiconductor material having a wider band gap than that of the conventional material, InP, GaAs, ZnSe, GaN, AlN, SiC, diamond (C), etc. may be mentioned.

しかし、いずれの材料も、InP系材料よりも格子定数が小さい。このため、エピタキシャル結晶成長などの成膜技術で、上述したワイドギャップ材料によるコレクタ層を形成すると、大きな格子不整合が容易に緩和する。この緩和過程で導入される結晶欠陥によって、コレクタ層の結晶品質、およびそれ以外の半導体層の結晶品質が損なわれてしまう。   However, both materials have smaller lattice constants than InP-based materials. For this reason, when the collector layer is formed of the wide gap material described above by a film forming technique such as epitaxial crystal growth, large lattice mismatch can be easily relaxed. The crystal quality of the collector layer and the crystal quality of the other semiconductor layers are impaired by the crystal defects introduced in this relaxation process.

HBTにおいて、ベース層の結晶品質の劣化は電流利得の低下、コレクタ層の結晶品質低下は、耐圧の低下やリーク電流の増大などを引き起こす。さらに、素子そのものの寿命を縮めてしまうため、エピタキシャル成長による、広ギャップコレクタ/狭バンドギャップベース接合の形成は困難である。   In the HBT, the deterioration of the crystal quality of the base layer causes a decrease in current gain, and the deterioration of the crystal quality of the collector layer causes a decrease in breakdown voltage, an increase in leakage current, and the like. Furthermore, since the lifetime of the device itself is reduced, it is difficult to form a wide gap collector / narrow bandgap base junction by epitaxial growth.

これに対して、別々の基板上にエピタキシャル成長したウェハ同士を直接貼り合わせることによって、ワイドバンドギャップコレクタを有してGaAsをベースに適用したHBT構造を作製する技術が報告されている(非特許文献2参照)。この技術では、GaAs基板上に、n型GaAsエミッタコンタクト層、n型組成傾斜AlGaAsエミッタ層、p型GaAsベース層、およびGaAsセットバック層を形成する。別のサファイア基板上に、n型GaNサブコレクタ層、およびn型GaNコレクタ層を形成する。   On the other hand, there has been reported a technique for producing an HBT structure having a wide band gap collector and applied to a GaAs base by directly bonding wafers epitaxially grown on different substrates (non-patent document) 2). In this technique, an n-type GaAs emitter contact layer, an n-type composition graded AlGaAs emitter layer, a p-type GaAs base layer, and a GaAs setback layer are formed on a GaAs substrate. An n-type GaN subcollector layer and an n-type GaN collector layer are formed on another sapphire substrate.

これら2つを、セットバック層とコレクタ層とを接合させてウェハ貼り合わせによって直接接合し、GaAs基板を除去することによってHBTウェハを作製する。この後、典型的なHBT作製半導体プロセス技術によって、サファイア基板上にメサ構造を形成し、HBTデバイスを作製する。   The two are bonded to each other by bonding the setback layer and the collector layer, and directly bonding them by wafer bonding, and the HBT wafer is manufactured by removing the GaAs substrate. After this, a mesa structure is formed on the sapphire substrate by typical HBT fabrication semiconductor process technology to fabricate an HBT device.

このように、貼り合わせ法によってワイドバンドギャップコレクタ層を形成することで、高速性能に優れたGaAs系やInP系HBTをさらに高耐圧化させることが可能となる。また、InP系DHBTの特徴である、低い駆動電圧も同時に実現可能である。また、セットバック層を用いることで、接合界面の結晶品質の低い層をベース層より離し、バイス特性劣化を抑制している。従って、InP系材料からベース層を構成し、GaNなどのワイドギャップ材料からエミッタ層を構成し、このような構造をウェハ接合などの技術によって形成することで、低い駆動電圧、高い耐圧、かつ高い高周波特性を有するDHBTが実現できると考えられる。   As described above, by forming the wide band gap collector layer by the bonding method, it is possible to further increase the breakdown voltage of a GaAs-based or InP-based HBT excellent in high-speed performance. In addition, low drive voltage, which is a feature of InP DHBT, can be realized simultaneously. Further, by using the set back layer, the layer of low crystal quality at the bonding interface is separated from the base layer to suppress the deterioration of the bias characteristics. Therefore, by forming a base layer from an InP-based material, an emitter layer from a wide gap material such as GaN, and forming such a structure by a technique such as wafer bonding, low drive voltage, high withstand voltage, and high It is considered that DHBT having high frequency characteristics can be realized.

Huiming Xu, Barry Wu, Eric W. Iverson ,Thomas S. Low, and Milton Feng, "0.5 THz Performance of a Type-II DHBT With a Doping-Graded and Constant-Composition GaAsSb Base", IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, vol.35, no.1, pp.24-26, 2014.Huiming Xu, Barry Wu, Eric W. Iverson, Thomas S. Low, and Milton Feng, "0.5 THz Performance of a Type-II DHBT with a Doping-Graded and Constant-Composition GaAsSb Base", IEEE ELECTRONIC LETTERS, vol. 35, no. 1, pp. 24-26, 2014. Chuanxin Lian, Huili Grace Xing, Chad S. Wang, David Brown, and Lee McCarthy, "Gain degradation mechanisms in wafer fused AlGaAs / GaAs / GaN heterojunction bipolar transistors", Applied Physics Letters, vol.91, 063502, 2007.Chuanxin Lian, Huili Grace Xing, Chad S. Wang, David Brown, and Lee McCarthy, "Gain degradation mechanisms in wafer fused AlGaAs / GaAs / GaN heterojunction bipolar transistors", Applied Physics Letters, vol. 91, 063502, 2007. C. G. Van de Walle, "Universal alignment of hydrogen levels in semiconductors, insulators and solutions", Nature, vol.423, pp.626-628, 2003.C. G. Van de Walle, "Universal alignment of hydrogen levels in semiconductors, insulators and solutions", Nature, vol. 423, pp. 626-628, 2003.

しかしながら、上述した技術では、次に示す問題があった。例えば、GaNのようなワイドギャップ材料からコレクタ層を構成すると、ベース層(セットバック層)とコレクタ層とのバンドギャップの差が大きく、また、コレクタ層の伝導帯端のエネルギーが高くなりやすい。ベース層のバンドギャップが小さく、かつコレクタ層の伝導帯端よりベース層の伝導帯端のエネルギーが低いと、エミッタ側からコレクタ側に向けてベース層内を走行する電子に対して障壁となり、充電時間増大によるfTの低下が引き起こされる。このように、従来では、バンドギャップエネルギー差により特性(電流利得遮断周波数fT)が低下するという問題があった。 However, the above-described technology has the following problems. For example, when the collector layer is made of a wide gap material such as GaN, the difference in band gap between the base layer (setback layer) and the collector layer is large, and the energy at the conduction band edge of the collector layer tends to be high. If the band gap of the base layer is small and the energy of the conduction band edge of the base layer is lower than the conduction band edge of the collector layer, it acts as a barrier to electrons traveling in the base layer from the emitter side to the collector side, charging decrease of f T is caused by the time increases. As described above, conventionally, there has been a problem that the characteristic (current gain cutoff frequency f T ) is lowered due to the band gap energy difference.

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、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギー差による特性の劣化が抑制できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to suppress deterioration of characteristics due to a difference in band gap energy between a collector layer and a base layer.

テロ接合バイポーラトランジスタは、基板の上に形成されたGaNまたはSiCからなるコレクタ層と、コレクタ層の上に形成されたIII−V族化合物半導体からなるセットバック層と、セットバック層の上に形成されたGa、As、Sbを含むIII−V族化合物半導体からなるベース層と、ベース層の上に形成されたベース層とは異なるIII−V族化合物半導体からなるエミッタ層と、コレクタ層に接続するコレクタ電極と、ベース層に接続するベース電極と、エミッタ層に接続するエミッタ電極とを備え、セットバック層は、ベース層とは異なるIII−V族化合物半導から構成され、かつ、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギーとされている。 Heterojunction bipolar transistor has a collector layer consisting of GaN or SiC is formed on the substrate, and the setback layer of a III-V compound semiconductor formed on the collector layer, on the setback layer A base layer made of a Group III-V compound semiconductor containing Ga, As, Sb, an emitter layer made of a Group III-V compound semiconductor different from the base layer formed on the base layer, and a collector layer The setback layer is composed of a group III-V compound semiconductor different from the base layer, and the collector has a collector electrode to be connected, a base electrode to be connected to the base layer, and an emitter electrode to be connected to the emitter layer. It is considered as the band gap energy between the layer and the base layer.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、セットバック層は、InPまたはInAlAsから構成されていればよい。   In the heterojunction bipolar transistor, the setback layer may be made of InP or InAlAs.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、基板は、SiC、Si、GaNのいずれかから構成されていればよい。   In the heterojunction bipolar transistor, the substrate may be made of any one of SiC, Si and GaN.

本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、III−V族化合物半導体からなる成長基板の上にIII−V族化合物半導体からなるエミッタ形成層、Ga、As、Sbを含むIII−V族化合物半導体からなるベース形成層、およびIII−V族化合物半導体からなるセットバック形成層を順次に形成する第1工程と、基板の上にGaNまたはSiCからなるコレクタ形成層を形成する第2工程と、セットバック形成層とコレクタ形成層とを貼り合わせ、基板の上にコレクタ形成層、セットバック形成層、ベース形成層、コレクタ形成層がこれらの順に積層された状態とする第3工程と、セットバック形成層とコレクタ形成層とを貼り合わせた後に、成長基板を除去する第4工程と、成長基板を除去した後、エミッタ形成層、ベース形成層、セットバック形成層、コレクタ形成層をパターニングし、基板の上に形成されたコレクタ層と、コレクタ層の上に形成されたセットバック層と、セットバック層の上に形成されたベース層と、ベース層の上に形成されたエミッタ層とを形成する第5工程と、コレクタ層に接続するコレクタ電極と、ベース層に接続するベース電極と、エミッタ層に接続するエミッタ電極とを形成する第6工程とを備え、セットバック層は、ベース層とは異なるIII−V族化合物半導から構成し、かつ、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギーとする。   A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to the present invention comprises: forming an emitter forming layer of III-V compound semiconductor on a growth substrate of III-V compound semiconductor; III-V compound containing Ga, As, Sb A first step of sequentially forming a base formation layer of semiconductor and a setback formation layer of III-V compound semiconductor, and a second step of forming a collector formation layer of GaN or SiC on the substrate; A third step of bonding the setback formation layer and the collector formation layer together, and setting the collector formation layer, the setback formation layer, the base formation layer, and the collector formation layer in this order on the substrate; After the formation layer and the collector formation layer are bonded to each other, a fourth step of removing the growth substrate, and after removing the growth substrate, emitter formation , Forming the base formation layer, the setback formation layer, and the collector formation layer, and forming the collector layer formed on the substrate, the setback layer formed on the collector layer, and the setback layer A fifth step of forming a base layer and an emitter layer formed on the base layer, a collector electrode connected to the collector layer, a base electrode connected to the base layer, and an emitter electrode connected to the emitter layer And a sixth step of forming the setback layer, wherein the setback layer is composed of a group III-V compound semiconductor different from the base layer, and serves as a band gap energy between the collector layer and the base layer.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、セットバック層は、InPまたはInAlAsから構成すればよい。   In the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor, the setback layer may be made of InP or InAlAs.

上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、基板は、SiC、Si、GaNのいずれかから構成すればよい。   In the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor, the substrate may be made of any one of SiC, Si and GaN.

以上説明したように、本発明によれば、セットバック層をベース層とは異なるIII−V族化合物半導から構成し、かつ、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギーとしたので、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギー差による特性の劣化が抑制できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the setback layer is composed of a group III-V compound semiconductor different from the base layer, and has the band gap energy between the collector layer and the base layer, The excellent effect of suppressing the deterioration of the characteristics due to the band gap energy difference between the collector layer and the base layer is obtained.

図1は、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a heterojunction bipolar transistor according to an embodiment of the present invention. 図2は、GaNから構成したコレクタ層とInGaAsから構成したベース層との間のバンド構造を示すバンド図である。FIG. 2 is a band diagram showing a band structure between a collector layer made of GaN and a base layer made of InGaAs. 図3Aは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Bは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment of the present invention. 図3Cは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Dは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3D is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment of the present invention. 図3Eは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3E is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment of the present invention. 図3Fは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3F is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention. 図3Gは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3G is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment of the present invention. 図3Hは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。FIG. 3H is a cross-sectional view showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor in the embodiment of the present invention.

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。図1は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 is a cross-sectional view showing the structure of a heterojunction bipolar transistor.

このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、基板101の上に形成されたコレクタ層102と、コレクタ層102の上に形成されたセットバック層103と、セットバック層103の上に形成されたベース層104と、ベース層104の上に形成されたエミッタ層105とを備える。   The heterojunction bipolar transistor includes a collector layer 102 formed on a substrate 101, a setback layer 103 formed on the collector layer 102, and a base layer 104 formed on the setback layer 103. And an emitter layer 105 formed on the base layer 104.

基板101は、例えば、SiC、Si、GaNのいずれかから構成されていればよい。コレクタ層102は、GaNまたはSiCから構成されている。コレクタ層102は、例えば、n型不純物がドープされたGaN(n−GaN)から構成すればよい。   The substrate 101 may be made of, for example, any of SiC, Si, and GaN. The collector layer 102 is made of GaN or SiC. The collector layer 102 may be made of, for example, GaN (n-GaN) doped with n-type impurities.

セットバック層103は、ベース層104とは異なるIII−V族化合物半導から構成されている。また、セットバック層103は、コレクタ層102とベース層104との間のバンドギャップエネルギーとされている。セットバック層103は、例えば、n型不純物がドープされたInP(n−InP)またはInAlAs(n−InAlAs)から構成されていればよい。   The setback layer 103 is made of a group III-V compound semiconductor different from the base layer 104. Further, the setback layer 103 is made to have a band gap energy between the collector layer 102 and the base layer 104. The setback layer 103 may be made of, for example, InP (n-InP) or InAlAs (n-InAlAs) doped with an n-type impurity.

ベース層104は、Ga、As、Sbを含むIII−V族化合物半導体から構成されている。ベース層104は、例えば、高濃度にp型不純物がドープされたGaAsSb(p+−GaAsSb)またはInGaAsSb(p+−InGaAsSb)から構成すればよい。エミッタ層105は、ベース層104とは異なるIII−V族化合物半導体から構成されている。エミッタ層105は、例えば、n型不純物がドープされたInP(n−InP)から構成すればよい。 The base layer 104 is made of a group III-V compound semiconductor containing Ga, As, and Sb. The base layer 104 may be made of, for example, GaAsSb (p + -GaAsSb) or InGaAsSb (p + -InGaAsSb) heavily doped with a p-type impurity. The emitter layer 105 is made of a group III-V compound semiconductor different from the base layer 104. The emitter layer 105 may be made of, for example, InP (n-InP) doped with an n-type impurity.

また、このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタ層102に電気的に接続するコレクタ電極111を備える。実施の形態においては、基板101の上にバッファ層106を介してサブコレクタ層107が形成され、サブコレクタ層107の上にコレクタ層102が形成されている。バッファ層106は、例えば、AlNから構成され、サブコレクタ層107は、例えば、高濃度にn型不純物がドープされたGaN(n+−GaN)から構成されている。また、コレクタ層102は、サブコレクタ層107より小さい面積のメサに形成され、このメサの周囲のサブコレクタ層107の上に接してコレクタ電極111が形成されている。コレクタ電極111は、例えば、W、Mo、Au、Ti、Ptなどの金属材料から構成すればよい。 The heterojunction bipolar transistor also includes a collector electrode 111 electrically connected to the collector layer 102. In the embodiment, the subcollector layer 107 is formed on the substrate 101 via the buffer layer 106, and the collector layer 102 is formed on the subcollector layer 107. The buffer layer 106 is made of, for example, AlN, and the subcollector layer 107 is made of, for example, GaN (n + -GaN) heavily doped with n-type impurities. Further, collector layer 102 is formed in a mesa having a smaller area than subcollector layer 107, and collector electrode 111 is formed on and in contact with subcollector layer 107 around the mesa. The collector electrode 111 may be made of, for example, a metal material such as W, Mo, Au, Ti, or Pt.

また、このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ベース層104に電気的に接続するベース電極112を備える。ベース層104(セットバック層103)は、コレクタ層102と同じ面積のメサに形成され、エミッタ層105は、ベース層104より小さなメサ(エミッタメサ)とされている。このエミッタメサの周囲のベース層104の上に接してベース電極112が形成されている。ベース電極112は、例えば、W、Mo、Au、Ti、Ptなどの金属材料から構成すればよい。   The heterojunction bipolar transistor also includes a base electrode 112 electrically connected to the base layer 104. The base layer 104 (setback layer 103) is formed in a mesa having the same area as the collector layer 102, and the emitter layer 105 is a mesa (emitter mesa) smaller than the base layer 104. A base electrode 112 is formed on and in contact with the base layer 104 around the emitter mesa. The base electrode 112 may be made of, for example, a metal material such as W, Mo, Au, Ti, or Pt.

また、このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、エミッタ層105に電気的に接続するエミッタ電極113を備える。エミッタ層105の上には、例えば、高濃度にn型不純物がドープされたInGaAs(n+−InGaAs)から構成されたエミッタコンタクト層108が形成されている。エミッタ電極113は、エミッタコンタクト層108の上に接して形成されている。エミッタ電極113は、例えば、W、Mo、Au、Ti、Ptなどの金属材料から構成すればよい。 The heterojunction bipolar transistor also includes an emitter electrode 113 electrically connected to the emitter layer 105. An emitter contact layer 108 made of, for example, InGaAs (n + -InGaAs) heavily doped with n-type impurities is formed on the emitter layer 105. Emitter electrode 113 is formed on and in contact with emitter contact layer 108. The emitter electrode 113 may be made of, for example, a metal material such as W, Mo, Au, Ti, or Pt.

なお、実施の形態では、エミッタ層105およびエミッタコンタクト層108の側面を覆う保護層121を備える。保護層121は、例えば、窒化シリコン(SiNx)から構成すればよい。保護層121の周囲にベース電極112が配置される。 In the embodiment, the protective layer 121 covering the side surfaces of the emitter layer 105 and the emitter contact layer 108 is provided. The protective layer 121 may be made of, for example, silicon nitride (SiN x ). The base electrode 112 is disposed around the protective layer 121.

実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、セットバック層103を設けるようにしたので、貼り合わせによる界面の品質劣化による特性の低下、およびバンドギャップエネルギー差による特性の劣化が抑制できるようになる。   According to the heterojunction bipolar transistor in the embodiment, since the setback layer 103 is provided, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics due to the quality deterioration of the interface due to bonding and the deterioration of the characteristics due to the band gap energy difference. .

まず、実施の形態においても、セットバック層103を設けているので、セットバック層103とコレクタ層102との貼り合わせ接合部が、ベース層104より遠ざかることになる。   First, also in the embodiment, since the setback layer 103 is provided, the bonding junction between the setback layer 103 and the collector layer 102 is separated from the base layer 104.

非特許文献2の技術において、貼り合わせ時の高温熱処理に伴うGaAsベース層結晶品質劣化による電流利得低下が報告されている。この報告によれば、GaAsベース/GaNコレクタ構造では、貼り合わせ時の550℃以上の熱処理条件において、電流利得が2分の1以下に低下してしまうとされている。   In the technique of Non-Patent Document 2, a decrease in current gain due to the deterioration of the crystal quality of the GaAs base layer accompanying high temperature heat treatment at the time of bonding has been reported. According to this report, in the GaAs base / GaN collector structure, the current gain is reduced to a half or less under the heat treatment condition of 550 ° C. or more at the time of bonding.

GaAsベースHBTにおいては、450℃以下の熱処理であればデバイス特性の劣化が引き起こされないことが示唆されるが、InP系DHBTにおいては、DHBT作製プロセスに許容されるプロセス温度の上限が一般的にGaAs系やGaN系に比べさらに低いため、より低温での貼り合わせ技術が必要とされる。   In GaAs-based HBTs, it is suggested that heat treatment at 450 ° C or less does not cause degradation of device characteristics, but in InP DHBTs, the upper limit of the process temperature generally accepted for the DHBT manufacturing process is generally Because it is even lower than GaAs and GaN, bonding techniques at lower temperatures are required.

しかし、低温での貼り合わせによりデバイス作製をする場合、一般に接合強度の低下が引き起こされやすくなるほか、加熱処理による結晶品質の回復といった処理に制限が生ずるため、所望の結晶品質を得ることが容易ではない。   However, when bonding a device at a low temperature, in general, a decrease in bonding strength is likely to be caused, and limitations such as recovery of crystal quality due to heat treatment occur, so it is easy to obtain a desired crystal quality is not.

このように接合面は、結晶欠陥密度が高くなりやすいが、このような接合界面の結晶品質の低い層が、セットバック層103を設けることでベース層104より離れるので、デバイス特性劣化が抑制できる。この効果は、セットバック層103が厚いほど得られる。これに対し、セットバック層103を、ベース層104とは異なり、ベース層104よりバンドギャップエネルギーが大きなIII−V族化合物半導から構成したので、セットバック層103の厚さ増大に伴う耐圧低下の影響を小さくすることができる。   As described above, the junction surface tends to have a high crystal defect density, but since the layer with low crystal quality at such junction interface is separated from the base layer 104 by providing the setback layer 103, the device characteristic deterioration can be suppressed. . This effect is obtained as the setback layer 103 is thicker. On the other hand, since the setback layer 103 is made of a group III-V compound semiconductor whose band gap energy is larger than that of the base layer 104 unlike the base layer 104, the withstand voltage decreases with the increase in the thickness of the setback layer 103. Can reduce the effects of

次に、コレクタ層102を、GaNまたはSiCから構成したことについて説明する。一般には、InPよりもワイドギャップ材料からコレクタ層を構成すれば、従来のInP系HBTよりも高い耐圧を実現できる。このような材料として、GaN、AlN、SiC、ZnSe、GaAs、ダイアモンドなどが挙げられる。これらの材料の中でより高い効果を発揮できるコレクタ材料が、SiCおよびGaNである。   Next, it will be described that the collector layer 102 is made of GaN or SiC. Generally, if the collector layer is made of a wide gap material than that of InP, a withstand voltage higher than that of the conventional InP HBT can be realized. Such materials include GaN, AlN, SiC, ZnSe, GaAs, diamond and the like. Among these materials, collector materials that can exhibit higher effects are SiC and GaN.

ここで、伝導帯端のエネルギーに着目する。コレクタ層には、ベース層と比較して伝導帯端エネルギーがなるべく高くない材料が望まれる。非特許文献3において、各材料系の伝導帯端エネルギーと価電子帯端エネルギーの比較がなされているが、この報告によれば、AlNはGaNに比べてバンドギャップが大きい分、伝導帯端のエネルギーも高い。従って、コレクタ層をAlNから構成すると、GaAsSbから構成したベース層に対して伝導帯端エネルギーが非常に高くなる。この結果、充電時間増大によるfT劣化が引き起こされやすい。従って、コレクタ層をAlNから構成することは望ましくない。 Here, attention is focused on the energy at the conduction band edge. It is desirable for the collector layer to be a material whose conduction band edge energy is as low as possible compared to the base layer. In Non-Patent Document 3, the conduction band edge energy and the valence band edge energy of each material system are compared, but according to this report, AlN has a larger band gap than GaN, so Energy is also high. Therefore, when the collector layer is made of AlN, the conduction band edge energy becomes very high with respect to the base layer made of GaAsSb. As a result, f T degradation is likely to occur due to an increase in charging time. Therefore, it is not desirable to construct the collector layer from AlN.

次に、3元以上の混晶材料を用いることで、コレクタ層の伝導帯端エネルギーを低減することができる。例えば、適切なIn組成を選択したInGaNやInAlNからコレクタ層を構成することで、GaNよりも伝導帯端エネルギーが低く、かつInPよりはバンドギャップの大きい状態とすることが可能である。しかしながら、3元混晶以上の窒化物半導体は、2元混晶材料に比べて、著しく熱伝導率が低下し、放熱性の低下が引き起こされることが知られている。ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、放熱性の低下は素子温度の上昇に伴う信頼性低下や素子特性劣化が引き起こされるため、コレクタ層は、2元混晶かあるいは単元素材料から構成することが望ましい。   Next, by using a ternary or higher mixed crystal material, the conduction band edge energy of the collector layer can be reduced. For example, by forming the collector layer from InGaN or InAlN in which an appropriate In composition is selected, the conduction band edge energy can be lower than that of GaN and the band gap can be larger than that of InP. However, it is known that the thermal conductivity of the ternary mixed crystal or higher nitride semiconductor is significantly reduced as compared with the binary mixed crystal material to cause the reduction of the heat dissipation. In a heterojunction bipolar transistor, the decrease in heat dissipation causes a decrease in reliability and device characteristics due to the increase in device temperature, so it is desirable that the collector layer be made of a binary mixed crystal or a single element material.

以上の観点から、実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタのコレクタ層材料候補としては、SiC、GaN、GaAsが挙げられるが、この中でもSiCおよびGaNが、バンドギャップがより大きく、かつ高い放熱性や絶縁破壊電界を有する観点から、最適なコレクタ層材料である。   From the above point of view, SiC, GaN and GaAs can be mentioned as candidate materials for the collector layer of the heterojunction bipolar transistor in the embodiment, and among them, SiC and GaN have a larger band gap and high heat dissipation and insulation. It is an optimal collector layer material from the viewpoint of having a breakdown field.

次に、ベース層104をGa、As、Sbを含むIII−V族化合物半導体から構成したことについて説明する。III−V族化合物半導体の価電子帯端エネルギーは、V族材料の影響を大きく受け、Sb組成が高いほど、価電子帯端エネルギーが高くなる傾向にある。非特許文献3において、各種材料の伝導帯端エネルギーが比較されているが、InAsとGaAsの混晶であるInGaAsは、GaAsとGaSbの混晶であるGaAsSbと比較して、その伝導帯端エネルギーが高くなる傾向にある。   Next, it will be described that the base layer 104 is formed of a III-V group compound semiconductor containing Ga, As, and Sb. The valence band edge energy of the group III-V compound semiconductor is largely affected by the group V material, and the higher the Sb composition, the higher the valence band edge energy tends to be. Although the conduction band edge energy of various materials is compared in Non-patent Document 3, InGaAs, which is a mixed crystal of InAs and GaAs, has a conduction band edge energy compared to GaAsSb, which is a mixed crystal of GaAs and GaSb. Tend to be higher.

図2の(b)に、GaNから構成したコレクタ層301にInGaAsから構成したベース層302を直接接して構成したDHBTのバンド図を示す。InGaAsは、一般的にInP系DHBTのベース層に広く用いられているが、図2の(b)に示すように、ベース層302−コレクタ層301間の伝導帯エネルギー差が極めて大きくなり、エミッタ側からコレクタ側に走行する電子にとっては大きな障壁となる。   FIG. 2B shows a band diagram of a DHBT in which the base layer 302 made of InGaAs is in direct contact with the collector layer 301 made of GaN. InGaAs is generally used widely in the base layer of InP-based DHBT, but as shown in (b) of FIG. 2, the conduction band energy difference between the base layer 302 and the collector layer 301 becomes extremely large, and the emitter It is a big barrier for electrons traveling from the side to the collector side.

上述した構成に対し、GaNから構成したコレクタ層102に、InPからなるセットバック層103を介してInGaAsSbからなるベース層104を設けると、図2の(a)に示すように、伝導帯エネルギー差が小さくなり、伝導帯エネルギー差が小さくなる。この結果、上述したような問題は抑制され、高い電流利得を得ることができるようになる。また、この構成では、ベース層104の伝導帯端エネルギーを、セットバック層103より高くすることが可能であり、これらの間の伝導帯オフセットは生じず、遮断周波数が損なわれない。   If the base layer 104 made of InGaAsSb is provided on the collector layer 102 made of GaN via the setback layer 103 made of InP in the configuration described above, as shown in (a) of FIG. Becomes smaller and the conduction band energy difference becomes smaller. As a result, the problems as described above are suppressed and high current gain can be obtained. Also, in this configuration, the conduction band edge energy of the base layer 104 can be higher than that of the setback layer 103, and no conduction band offset occurs between them, and the cutoff frequency is not impaired.

次に、基板101を構成する材料について説明する。SiCから構成した基板101の上には、GaN系材料を成長することは可能であり、この点については広く報告されている。このような熱伝導率の高い基板材料から基板101を構成することで、InP基板を用いる場合よりも放熱性が向上され、素子温度が低減し、素子寿命の向上や特性の向上が可能である。また、コレクタ層102をSiCから構成する場合においては、基板材料とコレクタ材料とが同一となるため、コレクタ層に高い結晶品質が得られやすい。   Next, the material which comprises the board | substrate 101 is demonstrated. It is possible to grow a GaN-based material on the substrate 101 made of SiC, and this point has been widely reported. By forming the substrate 101 from a substrate material having such a high thermal conductivity, the heat dissipation is improved more than in the case of using the InP substrate, the device temperature is reduced, and the device life can be improved and the characteristics can be improved. . When the collector layer 102 is made of SiC, the substrate material and the collector material are the same, so that high crystal quality can be easily obtained in the collector layer.

なお、放熱性では劣るものの、SiC以外の材料から基板101を構成することも可能である。例えば、GaNから基板101を構成してもよい、GaNは、SiCに比べれば熱伝導率が低いが、コレクタ層102をGaNから構成した場合、両者が同一材料となり、コレクタ層102をホモエピタキシャル成長によって形成することが可能であり、高い結晶品質を得ることができる。また、GaNからコレクタ層102を構成する場合、Siやサファイアから基板101を構成することも可能である。これらの材料は、放熱性の観点ではSiCに劣るが、価格の観点からは安価に得ることが可能な基板材料であり、放熱性が素子特性に問題とならない範囲においては、これらの基板を適用することも可能である。   In addition, although it is inferior in heat dissipation, it is also possible to constitute substrate 101 from materials other than SiC. For example, the substrate 101 may be made of GaN, which has lower thermal conductivity than SiC, but when the collector layer 102 is made of GaN, both are the same material, and the collector layer 102 is formed by homoepitaxial growth. It is possible to form and to obtain high crystal quality. When the collector layer 102 is made of GaN, the substrate 101 can also be made of Si or sapphire. Although these materials are inferior to SiC in terms of heat dissipation, they are substrate materials that can be obtained at low cost in terms of cost, and these substrates are applied as long as the heat dissipation does not pose a problem in device characteristics. It is also possible.

次に、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法につい、図3A〜図3Hを用いて説明する。図3A〜図3Hは、本発明の実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。   Next, a method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3H. 3A to 3H are cross-sectional views showing a state in each process for illustrating the method of manufacturing the heterojunction bipolar transistor according to the embodiment of the present invention.

まず、図3Aに示すように、成長基板211の上にエミッタ形成層205、ベース形成層204、およびIII−V族化合物半導体からなるセットバック形成層203を順次に形成する(第1工程)。   First, as shown in FIG. 3A, an emitter formation layer 205, a base formation layer 204, and a setback formation layer 203 made of a III-V compound semiconductor are sequentially formed on a growth substrate 211 (first step).

より詳細には、まず、III−V族化合物半導体である例えばInPからなる成長基板211の上に、InPからなるバッファ層212、InGaAsからなる第1エッチングストップ層213、InPからなる第2エッチングストップ層214、n+−InGaAsからなるエミッタコンタクト形成層208、n−InPからなるエミッタ形成層205、p+−InGaAsSbからなるベース形成層204、およびn−InPからなるセットバック形成層203を順次に形成する。これらは、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により、エピタキシャル成長することで形成すればよい。 More specifically, first, a buffer layer 212 made of InP, a first etching stop layer 213 made of InGaAs, and a second etching stop made of InP on a growth substrate 211 made of, for example, InP, which is a III-V compound semiconductor. Layer 214, an emitter contact formation layer 208 made of n + -InGaAs, an emitter formation layer 205 made of n-InP, a base formation layer 204 made of p + -InGaAsSb, and a setback formation layer 203 made of n-InP sequentially Form. These may be formed by epitaxial growth by a well-known metal organic chemical vapor deposition method or molecular beam epitaxy method.

次に、図3Bに示すように、SiCからなる基板101の上に、コレクタ形成層202を形成する(第2工程)。より詳細には、基板101の上に、AlNからなるバッファ形成層206、GaNからなるサブコレクタ形成層207、n−GaNからなるコレクタ形成層202を順次に形成する。これらも、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により、エピタキシャル成長することで形成すればよい。   Next, as shown in FIG. 3B, the collector formation layer 202 is formed on the substrate 101 made of SiC (second step). More specifically, a buffer formation layer 206 made of AlN, a subcollector formation layer 207 made of GaN, and a collector formation layer 202 made of n-GaN are sequentially formed on the substrate 101. These may also be formed by epitaxial growth by well-known metalorganic vapor phase epitaxy or molecular beam epitaxy.

次に、図3Cに示すように、セットバック形成層203とコレクタ形成層202とを貼り合わせ、基板101の上にコレクタ形成層202、セットバック形成層203、ベース形成層204、エミッタ形成層205がこれらの順に積層された状態とする(第3工程)。貼り合わせは、よく知られたウェハ接合技術を用いればよい。例えば、原子拡散接合法、表面活性化接合法などの公知の接合(貼り合わせ)技術により、比較的低温の条件で上記貼り合わせが可能である。   Next, as shown in FIG. 3C, the setback formation layer 203 and the collector formation layer 202 are pasted together, and the collector formation layer 202, the setback formation layer 203, the base formation layer 204, and the emitter formation layer 205 are formed on the substrate 101. Are stacked in this order (third step). Bonding may be performed using a well-known wafer bonding technique. For example, the bonding can be performed under relatively low temperature conditions by a known bonding (bonding) technique such as an atomic diffusion bonding method or a surface activation bonding method.

この例では、基板101の上に、バッファ形成層206、サブコレクタ形成層207、コレクタ形成層202、セットバック形成層203、ベース形成層204、エミッタ形成層205、エミッタコンタクト形成層208、第2エッチングストップ層214、第1エッチングストップ層213、バッファ層212が、これらの順に積層された状態となる。   In this example, the buffer formation layer 206, the subcollector formation layer 207, the collector formation layer 202, the setback formation layer 203, the base formation layer 204, the emitter formation layer 205, the emitter contact formation layer 208, the second on the substrate 101. The etching stop layer 214, the first etching stop layer 213, and the buffer layer 212 are stacked in this order.

次に、セットバック形成層203とコレクタ形成層202とを貼り合わせた後に、成長基板211を除去する(第4工程)。例えば、リン酸、塩酸、硫酸、過酸化水素水などのエッチャントを用いた選択エッチング技術により、成長基板211を除去すればよい。   Next, after the setback formation layer 203 and the collector formation layer 202 are bonded to each other, the growth substrate 211 is removed (fourth step). For example, the growth substrate 211 may be removed by a selective etching technique using an etchant such as phosphoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, or hydrogen peroxide solution.

実施の形態では、まず、塩酸、または、塩酸とリン酸を混合したエッチャント(塩酸系エッチャント)を用い、InPからなる成長基板211およびInPからなるバッファ層212をエッチング除去する。塩酸系エッチャントを用いた処理では、InGaAsがほとんどエッチングされないため、第1エッチングストップ層213でエッチングが停止する。   In the embodiment, first, the growth substrate 211 made of InP and the buffer layer 212 made of InP are etched away using hydrochloric acid or an etchant (hydrochloric acid based etchant) in which hydrochloric acid and phosphoric acid are mixed. In the process using a hydrochloric acid-based etchant, etching is stopped at the first etching stop layer 213 because InGaAs is hardly etched.

次に、硫酸と過酸化水素と混合したエッチャント(硫酸系エッチャント)を用い、InGaAsからなる第1エッチングストップ層213をエッチング除去する。硫酸系エッチャントを用いた処理では、InPがほとんどエッチングされないため、第2エッチングストップ層214でエッチングが停止する。この後、塩酸系エッチャントを用い、第2エッチングストップ層214をエッチング除去する。塩酸系エッチャントを用いた処理では、InGaAsがほとんどエッチングされないため、エミッタコンタクト形成層208の上面が露出するとエッチングが停止する。   Next, the first etching stop layer 213 made of InGaAs is etched away using an etchant (sulfuric acid based etchant) mixed with sulfuric acid and hydrogen peroxide. In the process using the sulfuric acid-based etchant, the etching is stopped at the second etching stop layer 214 because InP is hardly etched. After this, the second etching stop layer 214 is etched away using a hydrochloric acid based etchant. In the process using a hydrochloric acid-based etchant, the etching is stopped when the upper surface of the emitter contact formation layer 208 is exposed because little InGaAs is etched.

上述した選択ウエットエッチング技術により、成長基板211、バッファ層212、第1エッチングストップ層213、第2エッチングストップ層214を除去することで、図3Dに示すように、基板101の上に、バッファ形成層206、サブコレクタ形成層207、コレクタ形成層202、セットバック形成層203、ベース形成層204、エミッタ形成層205、エミッタコンタクト形成層208が、これらの順に積層された状態となる。   By removing the growth substrate 211, the buffer layer 212, the first etching stop layer 213, and the second etching stop layer 214 by the selective wet etching technique described above, as shown in FIG. 3D, a buffer is formed on the substrate 101. The layer 206, the subcollector formation layer 207, the collector formation layer 202, the setback formation layer 203, the base formation layer 204, the emitter formation layer 205, and the emitter contact formation layer 208 are stacked in this order.

以上のように成長基板211を除去した後、後述するように、エミッタ形成層205、ベース形成層204、セットバック形成層203、コレクタ形成層202をパターニングし、基板101の上に形成されたコレクタ層102と、コレクタ層102の上に形成されたセットバック層103と、セットバック層103の上に形成されたベース層104と、ベース層104の上に形成されたエミッタ層105とを形成する(第5工程)。また、コレクタ層102に接続するコレクタ電極111と、ベース層104に接続するベース電極112と、エミッタ層105に接続するエミッタ電極113とを形成する(第6工程)。   After the growth substrate 211 is removed as described above, the emitter formation layer 205, the base formation layer 204, the setback formation layer 203, and the collector formation layer 202 are patterned as described later, and the collector formed on the substrate 101 is formed. A layer 102, a setback layer 103 formed on the collector layer 102, a base layer 104 formed on the setback layer 103, and an emitter layer 105 formed on the base layer 104 are formed. (Step 5). Further, the collector electrode 111 connected to the collector layer 102, the base electrode 112 connected to the base layer 104, and the emitter electrode 113 connected to the emitter layer 105 are formed (sixth step).

まず、図3Eに示すように、エミッタコンタクト形成層208の上に、エミッタ電極113を形成する。例えば、まず、公知のフォトリソグラフィー技術により電極形成領域が開口したレジストパターンを形成する。次に、形成したレジストパターンの上より、公知の電子ビーム蒸着法によりMoを堆積してMo層を形成し、次いで、公知のスパッタ法によりWを堆積してW層を形成する。次に、先に形成してあるレジストパターンを除去(リフトオフ)する。これにより、電極形成領域以外の金属層はレジストパターンと共に除去され、電極形成領域にMo層およびW層が積層したエミッタ電極113が形成される。   First, as shown in FIG. 3E, the emitter electrode 113 is formed on the emitter contact formation layer 208. For example, first, a resist pattern in which an electrode formation region is opened is formed by a known photolithography technique. Next, Mo is deposited on the formed resist pattern by a known electron beam evaporation method to form a Mo layer, and then W is deposited by a known sputtering method to form a W layer. Next, the previously formed resist pattern is removed (lifted off). Thereby, the metal layer other than the electrode formation region is removed together with the resist pattern, and the emitter electrode 113 in which the Mo layer and the W layer are laminated is formed in the electrode formation region.

次に、形成したエミッタ電極113をマスクパターンとしてエミッタコンタクト形成層208およびエミッタ形成層205をエッチングしたパターニングすることで、図3Fに示すように、エミッタ層105およびエミッタコンタクト層108を形成する。例えば、硫酸系エッチャントを用いたウエットエッチングによりエミッタコンタクト形成層208をエッチングすることで、エミッタコンタクト層108を形成する。次いで、塩酸系エッチャントを用いたウエットエッチングによりエミッタ形成層205をエッチングすることで、エミッタ層105を形成する。   Next, the formed emitter electrode 113 is used as a mask pattern to etch and pattern the emitter contact formation layer 208 and the emitter formation layer 205, thereby forming the emitter layer 105 and the emitter contact layer 108 as shown in FIG. 3F. For example, the emitter contact layer 108 is formed by etching the emitter contact formation layer 208 by wet etching using a sulfuric acid-based etchant. Next, the emitter formation layer 205 is etched by wet etching using a hydrochloric acid based etchant to form the emitter layer 105.

次に、図3Gに示すように、保護層121を形成し、また、ベース電極112を形成する。ここで、ベース電極112と、エミッタ電極113(エミッタ層105、エミッタコンタクト層)の形成領域との間の領域のベース形成層204上面を埋める状態に保護層121を形成する。   Next, as shown in FIG. 3G, the protective layer 121 is formed, and the base electrode 112 is formed. Here, the protective layer 121 is formed so as to fill the upper surface of the base formation layer 204 in the region between the base electrode 112 and the formation region of the emitter electrode 113 (emitter layer 105, emitter contact layer).

例えば、スパッタ法などにより窒化シリコンを堆積した後、フォトリソグラフィーにより形成したレジストパターンをマスクとして堆積した膜をエッチングすることで、保護層121を形成すればよい。   For example, after depositing silicon nitride by a sputtering method or the like, the protective layer 121 may be formed by etching a deposited film using a resist pattern formed by photolithography as a mask.

次に、公知のフォトリソグラフィー技術により電極形成領域が開口したレジストパターンを形成する。次に、形成したレジストパターンの上より、スパッタ法や蒸着法などにより、Ptを堆積してPt層を形成し、次いでTiを堆積してTi層を形成し、次いでPtを堆積してPt層を形成し、次いでAuを堆積してAu層を形成する。次に、先に形成してあるレジストパターンを除去(リフトオフ)する。これにより、電極形成領域以外の各金属層はレジストパターンと共に除去され、電極形成領域にPt/Ti/Pt/Auからなるベース電極112が形成される。   Next, a resist pattern in which the electrode formation region is opened is formed by a known photolithography technique. Next, Pt is deposited on the formed resist pattern by sputtering or evaporation to form a Pt layer, then Ti is deposited to form a Ti layer, and Pt is deposited to form a Pt layer. And then deposit Au to form an Au layer. Next, the previously formed resist pattern is removed (lifted off). Thereby, each metal layer other than the electrode formation region is removed together with the resist pattern, and the base electrode 112 made of Pt / Ti / Pt / Au is formed in the electrode formation region.

次に、エミッタ電極113(エミッタ層105、エミッタコンタクト層)、ベース電極112、保護層121をマスクとしてベース形成層204、セットバック形成層203、コレクタ形成層202をエッチング(パターニング)することで、図3Hに示すように、コレクタ層102、セットバック層103、ベース層104を形成する。ここで、GaNからなるコレクタ層102のパターニングでは、ドライエッチングを用いればよい。   Next, the base formation layer 204, the setback formation layer 203, and the collector formation layer 202 are etched (patterned) using the emitter electrode 113 (emitter layer 105, emitter contact layer), base electrode 112, and protective layer 121 as masks. As shown in FIG. 3H, the collector layer 102, the setback layer 103, and the base layer 104 are formed. Here, dry etching may be used to pattern the collector layer 102 made of GaN.

次に、コレクタ電極111を形成し、サブコレクタ層107(バッファ層106)を形成する。まず、ベース電極112と同様にすることで、サブコレクタ形成層207の上にコレクタ電極111を形成する。次いで、サブコレクタ形成層207およびバッファ形成層206をパターニングすることで、サブコレクタ層107およびバッファ層106を形成する。以上のことにより、実施の形態におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタが得られる。   Next, the collector electrode 111 is formed, and the subcollector layer 107 (buffer layer 106) is formed. First, the collector electrode 111 is formed on the subcollector formation layer 207 by the same method as the base electrode 112. Then, the subcollector formation layer 207 and the buffer formation layer 206 are patterned to form the subcollector layer 107 and the buffer layer 106. By the above, the heterojunction bipolar transistor in the embodiment can be obtained.

以上に説明したように、本発明では、Ga、As、Sbを含むIII−V族化合物半導体からベース層を構成し、セットバック層をベース層とは異なるIII−V族化合物半導から構成し、かつ、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギーとした。この結果、本発明によれば、セットバック層を設けて貼り合わせることでワイドギャップ材料からコレクタ層を構成したヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、コレクタ層とベース層との間のバンドギャップエネルギー差による特性の劣化が、抑制できるようになる。   As described above, in the present invention, the base layer is composed of a Group III-V compound semiconductor containing Ga, As, and Sb, and the setback layer is composed of a Group III-V compound semiconductor different from the base layer. And the band gap energy between the collector layer and the base layer. As a result, according to the present invention, in the heterojunction bipolar transistor in which the collector layer is formed of the wide gap material by providing and bonding the setback layer, the characteristics due to the band gap energy difference between the collector layer and the base layer are obtained. Deterioration can be suppressed.

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。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be made by those skilled in the art within the technical concept of the present invention. It is clear.

101…基板、102…コレクタ層、103…セットバック層、104…ベース層、105…エミッタ層、106…バッファ層、107…サブコレクタ層、108…エミッタコンタクト層、111…コレクタ電極、112…ベース電極、113…エミッタ電極、121…保護層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... Collector layer, 103 ... Setback layer, 104 ... Base layer, 105 ... Emitter layer, 106 ... Buffer layer, 107 ... Subcollector layer, 108 ... Emitter contact layer, 111 ... Collector electrode, 112 ... Base Electrode, 113 ... emitter electrode, 121 ... protective layer.

Claims (3)

III−V族化合物半導体からなる成長基板の上にIII−V族化合物半導体からなるエミッタ形成層、Ga,As,Sbを含むIII−V族化合物半導体からなるベース形成層、およびIII−V族化合物半導体からなるセットバック形成層を順次に形成する第1工程と、
基板の上にGaNまたはSiCからなるコレクタ形成層を形成する第2工程と、
前記セットバック形成層と前記コレクタ形成層とを貼り合わせ、前記基板の上に前記コレクタ形成層、前記セットバック形成層、前記ベース形成層、前記コレクタ形成層がこれらの順に積層された状態とする第3工程と、
前記セットバック形成層と前記コレクタ形成層とを貼り合わせた後に、前記成長基板を除去する第4工程と、
前記成長基板を除去した後、前記エミッタ形成層、前記ベース形成層、前記セットバック形成層、前記コレクタ形成層をパターニングし、前記基板の上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層の上に形成されたセットバック層と、前記セットバック層の上に形成されたベース層と、前記ベース層の上に形成されたエミッタ層とを形成する第5工程と、
前記コレクタ層に接続するコレクタ電極と、前記ベース層に接続するベース電極と、前記エミッタ層に接続するエミッタ電極とを形成する第6工程と
を備え、
前記セットバック層は、前記ベース層とは異なるIII−V族化合物半導から構成し、かつ、前記コレクタ層と前記ベース層との間のバンドギャップエネルギーとする
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
Emitter-forming layer of III-V compound semiconductor, base-forming layer of III-V compound semiconductor including Ga, As, Sb, and III-V compound semiconductor on a growth substrate of III-V compound semiconductor A first step of sequentially forming a setback formation layer made of a semiconductor;
A second step of forming a collector formation layer of GaN or SiC on the substrate;
The setback formation layer and the collector formation layer are bonded to each other, and the collector formation layer, the setback formation layer, the base formation layer, and the collector formation layer are stacked in this order on the substrate. The third step,
A fourth step of removing the growth substrate after bonding the setback formation layer and the collector formation layer;
After the growth substrate is removed, the emitter formation layer, the base formation layer, the setback formation layer, and the collector formation layer are patterned to form a collector layer formed on the substrate, and the collector layer. Forming a set back layer, a base layer formed on the set back layer, and an emitter layer formed on the base layer;
A sixth step of forming a collector electrode connected to the collector layer, a base electrode connected to the base layer, and an emitter electrode connected to the emitter layer;
The setback layer is made of a group III-V compound semiconductor different from the base layer, and has a band gap energy between the collector layer and the base layer. Manufacturing method.
請求項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
前記セットバック層は、InPまたはInAlAsから構成す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の製造方法。
In the method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 1 ,
The method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor, wherein the set back layer is made of InP or InAlAs.
請求項または記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
前記基板は、SiC、Si、GaNのいずれかから構成す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の製造方法。
In the method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 1 or 2 ,
A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor, wherein the substrate is made of any one of SiC, Si and GaN.
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