JPH06252351A - 化合物半導体素子 - Google Patents

化合物半導体素子

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JPH06252351A
JPH06252351A JP3676393A JP3676393A JPH06252351A JP H06252351 A JPH06252351 A JP H06252351A JP 3676393 A JP3676393 A JP 3676393A JP 3676393 A JP3676393 A JP 3676393A JP H06252351 A JPH06252351 A JP H06252351A
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JP
Japan
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substrate
layer
compound semiconductor
hbt
electrode
Prior art date
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Withdrawn
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JP3676393A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Matsuoka
直之 松岡
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、基板裏面のHBT部の電界変動が表
面のHEMTに伝わりにくくすることを主要な目的とす
る。 【構成】半絶縁性GaAs基体(31)と、該基体(31)中に
埋め込まれた少なくとも1つのpn接合層(32)と、前記
基体(31)の表面に夫々形成された電界効果型トランジス
タと前記基体の裏面に形成されたバイポーラトランジス
タとを具備することを特徴とする化合物半導体素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半絶縁性半導体基体中
にpn接合層,歪超格子層,あるいは導電性を有する埋
込み層の少なくといずれか1つを有し、かつ前記基体の
表面に電界効果型トランジスタを裏面にバイポーラトラ
ンジスタを形成した化合物半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体を用いた電子素子は、電界
効果トランジスタ(FET)系デバイスとバイポーラ系
デバイスの2種類に大別できる。FETの代表例はHE
MTであり、バイポーラの代表例はヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ(HBT)である。
【0003】一般にFET系デバイスは低消費電力,低
RF雑音特性を持つが、電流駆動能力が小さく、1/f
雑音が大きいという問題点を持っている。一方、バイポ
ーラ系デバイスは高い電流駆動能力と低1/f雑音特性
を持っているが、消費電力が大きいという欠点を持って
いる。そこで、両者を組み合わせることが実用上有利で
あるが、HBTの発熱が大きいために、同一基板上にモ
ノシリックに作成することは困難であった。これを解決
したのが、特開平4−346262号記載の技術であ
る。図5を参照してこの技術について説明する。
【0004】図中の符号1は、半絶縁性GaAs基板で
ある。この基板1の表面側には、ノンドープGaAsチ
ャネル層2,n型AlGaAs電子供給層3を介してA
lからなるゲート電極4,AuGe−Niからなるソー
ス電極5及びドレイン電極6が設けられ、HEMTが形
成されている。また、基板1の表面側には、電極7が形
成されている。
【0005】一方、前記基板1の裏面側には、n+ 型G
aAsサブコレクタ層8,n型コレクタ層9,p+ 型G
aAsベース層10,n型AlGaAsエミッタ層11,n
+ GaAsエミッタキャップ層12,AuGe−Niから
なるエミッタ電極13及びコレクタ電極14,AuMn−N
iからなるベース電極15が設けられ、HBTが形成され
ている。また、前記基板1の裏面側には、基板1に埋め
込まれたバイアホール回路16を介して前記電極7に導通
する電極17が形成されている。
【0006】HBTは、プロトンイオン注入層18によっ
て同様の他のHBTと水平方向に電気的に分離されてい
る。HBTで発生した熱は接地金属19を通してヒートシ
ンクである金属ブロック20へ逃げる。従って、HBT部
での温度上昇を押さえることができる。また、HEMT
は基板1の反対面にあるため、HBTの発熱の影響を受
けにくい。更に、前記バイアホール回路16により基板表
面側のHEMTからなる回路とHBTからなる回路が電
気的に結びついている。これにより、HEMT,HBT
互いの利点を生かした集積化が達成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
化合物半導体素子によれば、基板1の裏面側のHBT部
の電界変動が表面のHEMTに伝わり、その特性特にし
きい値を変化させてしまう。また、HBT部の発熱を押
さえているが、その発熱の一部は基板1に熱歪を与え、
これが基板1表面のHEMTの特性を変化させてしま
う。更に、バイアホール回路16は基板1の貫通穴を利用
するため、その作成が困難である。
【0008】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、基板裏面のHBT部の電界変動が基板表面のHEM
Tに伝わりにくい化合物半導体素子を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、半絶縁性化合
物半導体基体と、前記基体中に埋め込まれた少なくとも
1つのpn接合層と、前記基体の表面に形成された電界
効果型トランジスタと、前記基体の裏面に形成されたバ
イポーラトランジスタとを具備することを特徴とする化
合物半導体素子である。本発明に係る化合物半導体素子
の概念図を、図1を参照して説明する。
【0010】図中の符号21は、半絶縁性基板を示す。こ
こで、前記基板21には、pn接合層22,導伝性の埋込み
層23及び歪超格子層24が埋め込まれて形成されている。
前記基板21の表面側には前記埋込み層23まで達する貫通
孔21aが設けられ、この貫通孔21aには埋込み層23と導
通をとるためのプラグ26が設けられている。前記基板21
の表面には、前記プラグ26に接続するHEMT25が設け
られている。
【0011】前記基板21の裏面側には、前記埋込み層23
まで達する貫通孔21bが設けられ、この貫通孔21bには
埋込み層23と導通をとるためのプラグ27が設けられてい
る。前記基板21の裏側面には、前記プラグ26に接続する
HBT28が設けられている。なお、前記基板21のうち、
裏面側の基板21はエピタキシャル成長により作成された
ものでもよい。
【0012】
【作用】この発明において、pn接合層は電界の変化を
吸収する働きがあるので、これにより基体裏面のHBT
により発生する電界変化が基体表面のHEMTに及び、
しきい値電圧を始めとする諸特性に影響を与えるのを防
ぐ。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照して
説明する。 (実施例1)図2を参照する。
【0014】図中の符号31は、半絶縁性GaAs基板で
ある。この基板31の裏面側には、pn接合層32を介して
半絶縁性GaAs層33が形成されている。ここで、前記
基板31とGaAs層33より化合物半導体基体が構成さ
れ、この基体中にpn接合層32が埋め込まれた構成にな
っている。前記pn接合層32は、夫々厚さ500nm,キ
ャリア濃度約2×1018cm-3のp層,n層(図示せず)
から構成される。前記GaAs層33及びpn接合層32
は、MBE法により作成できる。
【0015】前記化合物半導体基体の表面には、ノンド
ープGaAsチャネル層34,n型AlGaAs電子供給
層35を介してAlからなるゲート電極36,AuGe−N
iからなるソース電極37及びドレイン電極38が設けら
れ、HEMTが構成されている。
【0016】一方、前記化合物半導体基体の裏面には、
+ 型GaAsサブコレクタ層39,n型コレクタ層40,
+ 型GaAsベース層41,n型AlGaAsエミッタ
層42,n+ GaAsエミッタキャップ層43が順次形成さ
れている。前記サブコレクタ層39にはAuGe−Niか
らなるコレクタ電極44が形成され、前記ベース層41には
AuMn−Niからなるベース電極45が形成され、更に
前記エミッタキャップ層43にはAuGe−Niからなる
エミッタ電極46が形成されている。
【0017】ここで、前記サブコレクタ層40,ベース層
41,エミッタ層42,エミッタキャップ層43及び各電極4
4,45,46によりHBTが構成されている。また、前記
化合物半導体基体の裏面で前記HBTの周囲にはプロト
ンイオン注入層47及び接地電極48が形成されている。前
記接地電極48には、ヒートシンクである金属ブロック4
9が導電性接着剤層50を介して接続されている。HB
Tで発生した熱は接地金属48を通して金属ブロック49へ
逃げる。従って、HBT部での温度上昇を押さえること
ができる。また、HEMTは基板1の反対面にあるた
め、HBTの発熱の影響を受けにくい。
【0018】実施例1によれば、表面にHEMTを形成
しかつ裏面にHBTを形成した化合物半導体基体中に、
pn接合層32が埋め込まれた構成になっているため、H
BTの動作により化合物半導体基体の裏面側に電界変動
が生じても、pn接合層32がそれを吸収するため、電界
変動の影響が前記基体の表面のHEMTに伝わるのを回
避できる。なお、上記pn接合層32を複数個化合物半導
体基体中に設けることにより、更に効果を高めることが
できる。また、実施例1においては、HBTの代わりに
半導体レーザなどの光素子を設けても同様の効果が得ら
れる。 (実施例2)図3を参照する。但し、図2と同部材は同
符号を付して説明を省略する。
【0019】図中の符号61は、歪超格子層である。この
歪超格子層61は、GaAs層とIn0.05Ga0.95As層
を10nmづつ交互に20層重ねたものである。前記歪超
格子層61もMBE法により作製される。
【0020】実施例2によれば、表面にHEMTを形成
しかつ裏面にHBTを形成した化合物半導体基体中に、
GaAs層とIn0.05Ga0.95As層を交互に積層して
なる歪超格子層61が埋め込まれた構成になっているた
め、HBTの発熱による前記基体の裏面側の機械的歪
(熱歪)が歪超格子層61によって吸収され、前記基体の
表面側に達するのを防ぐことができる。従って、前記基
体の表面側に形成されたHEMTが熱歪によって特性変
動するのを防ぐことができる。なお、実施例2において
は、HBTの代わりに半導体レーザ等の光素子を設けて
も同様の効果が得られる。 (実施例3)図4を参照する。但し、図2と同部材は同
符号を付して説明を省略する。
【0021】図中の71は、化合物半導体基体中に埋め込
まれたn型GaAsからなる導電性の埋込み層である。
この埋込み層71は、厚さ1μm,キャリア濃度2×10
18cm-3であり、MBE法により作製される。前記半絶縁
性GaAs基板31には、前記埋込み層71に接続するAu
Ge−Au系材料を主体とした第1プラグ72が設けられ
ている。この第1プラグ72は、前記GaAs基板31上の
第1電極73と接続している。
【0022】同様にして、前記GaAs層33及び歪超格
子層61には、前記埋込み層71に接続するAuGe−Au
系材料を主体とした第2プラグ74が絶縁側壁膜75を介し
て設けられている。この第2プラグ74は、前記GaAs
層33下の第2電極76と接続している。なお、第2プラグ
74は、周囲を絶縁側壁膜75で囲んで余分な短絡を防いで
いる。つまり、こうした構成の化合物半導体素子におい
ては、前記第1プラグ72,第2プラグ74及び埋込み層71
により、前記基体の表−裏間の電気的接続がなされる。
【0023】上記実施例3によれば、化合物半導体基体
の一構成であるGaAs基板31に形成した前記第1プラ
グ72、前記基体の他の構成であるGaAs層33に形成し
た第2プラグ74及び絶縁側壁膜75の作製にあたっては、
通常のパターニングとエッチング及び成膜技術を用いれ
ばよいため、従来の貫通孔を利用するバイアホール回路
に比べ、製作が極めて容易である。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板裏面のHBT部の電界変動が基板表面のHEMTに伝
わりにくい共に、HBT部の発熱による熱歪がHEMT
に伝わりにくく、更に基板表裏の電気的導通を容易にと
りうる化合物半導体素子を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る化合物半導体素子の要部を説明す
るための断面図。
【図2】本発明の実施例1に係る化合物半導体素子の断
面図。
【図3】本発明の実施例2に係る化合物半導体素子の断
面図。
【図4】本発明の実施例3に係る化合物半導体素子の断
面図。
【図5】従来の化合物半導体素子の断面図。
【符号の説明】
31…化合物半導体基板、 32…pn接合層、
33…GaAs層、34…GaAsチャネル層、35…電子供
給層、 36…ゲート電極、37…ソース電極、
38…ドレイン電極、 39…サブコレクタ
層、40…コレクタ層、 41…ベース層、
42…エミッタ層、43…エミッタキャップ層、44…コ
レクタ電極、 45…ベース電極、46…エミッタ電
極、 47…プロトンイオン注入層、48…接地電極、
49…金属ブロック、 61…歪超格子層、
71…埋込み層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/331 29/73 21/338 29/812 27/095 // H01L 25/16 A 7376−4M H01L 29/80 H 7376−4M E

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性化合物半導体基体と、前記基体
    中に埋め込まれた少なくとも1つのpn接合層と、前記
    基体の表面に形成された電界効果型トランジスタと、前
    記基体の裏面に形成されたバイポーラトランジスタとを
    具備することを特徴とする化合物半導体素子。
JP3676393A 1993-02-25 1993-02-25 化合物半導体素子 Withdrawn JPH06252351A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010283346A (ja) * 2009-05-28 2010-12-16 Internatl Rectifier Corp モノリシック垂直集積複合iii−v族及びiv族半導体デバイス
TWI456755B (zh) * 2011-05-11 2014-10-11 Univ Nat Kaohsiung Normal 變晶性積體化雙極場效電晶體

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