JPH10107039A - 化合物半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘテロ接合バイポーラトランジスタと抵抗素
子とを集積したマイクロウェーブモノリシックＩＣにお
いて、抵抗素子の抵抗値のバラツキを減らし、その製造
を容易なものとして、良好な製造歩留で製造することが
できる化合物半導体装置の構造を提供する。 【解決手段】 ヘテロ接合バイポーラトランジスタと抵
抗素子３１とを半絶縁性化合物半導体基板上に形成した
化合物半導体装置において、へテロ接合バイポーラトラ
ンジスタは、コレクタ層１３と、該コレクタ層と同一導
電型で異材質のサブコレクタ層１２とを備え、抵抗素子
３１はへテロ接合バイポーラトランジスタのサブコレク
タ層１２と同一の材質からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体装置
に係り、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢ
Ｔ）と抵抗素子とを、半絶縁性化合物半導体基板上に搭
載したマイクロウェーブモノリシックＩＣに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話等の超高周波帯で動作す
る機器の普及に伴い、ＧＨｚ帯で動作する高出力素子の
開発が要請されている。ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（ＨＢＴ）は、例えばエミッタ／ベース接合に、Ａ
ｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ等の異材質の接合
を用いることにより、電子の移動度が高く且つエミッタ
のバンドギャップがベースのバンドギャップより大きい
ことから電子の注入効率が高く取れる。このためＧＨｚ
帯で数Ｗ程度の高出力特性が得られ、上記要請に適合す
るものとして注目されている。

【０００３】例えば、文献（IEEE ELECTRON DEVICE LET
TERS, Vol 14, No10, October 1990PP493〜495）、特許
第２５２２２８０号公報等によれば、化合物半導体材料
を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタの一例が開
示されている。これは半絶縁性ＧａＡｓ基板上にｎ＋-
ＧａＡｓサブコレクタ層、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層、ｐ
＋-ＧａＡｓベース層、ｎ−ＡｌＧａＡｓエミッタ層、
ｎ＋-ＧａＡｓエミッタコンタクト層等が積層されてい
る。

【０００４】ところで、このようなヘテロ接合バイポー
ラトランジスタにも抵抗素子を組み込み、モノリシック
ＩＣ化される傾向にある。モノリシックＩＣ化される場
合には、抵抗素子としてはサブコレクタ層が所要の寸法
にパターン加工されて抵抗体として用いられる。サブコ
レクタ層は不純物濃度が高いため、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕ等の配線金属と容易にオーミック接触がとれる。又、
不純物濃度の制御も容易であるため、シート抵抗は数十
Ω／□程度に制御でき、パターン形状の選択により任意
の抵抗値の抵抗体を形成することが可能である。

【０００５】図３は、係る従来のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタと抵抗素子とを集積化したマイクロウェー
ブモノリシックＩＣの断面構造の一例を示す。半絶縁性
ＧａＡｓ基板１１上にヘテロ接合バイポーラトランジス
タ３０と抵抗素子３１とが形成されている。ヘテロ接合
バイポーラトランジスタ３０は、ｎ＋型ＧａＡｓ層から
なるサブコレクタ層１２上に、ｎ型ＧａＡｓ層からなる
コレクタ層１３が形成され、その上層はｐ型ＧａＡｓ層
からなるベース層１４が形成され、更にその上層には異
種材料であるｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなるエミッタ層１
６が形成されている。電極２１，２１はコレクタ層の取
り出し電極であり、電極２２，２２はベースの取り出し
電極であり、電極２３はエミッタ層の取り出し電極であ
る。

【０００６】一方で抵抗素子３１は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタのサブコレクタ層１２と同一材質の層
を用いて抵抗体１９が形成され、電極２４，２４がその
取り出し電極となっている。尚、この図においては、ト
ランジスタと抵抗素子の接続配線は図示が省略されてい
る。

【０００７】図４は、ヘテロ接合バイポーラトランジス
タ及び抵抗素子を形成する前の化合物半導体基板を示
す。この基板は、下側より半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上
に、サブコレクタ層となるｎ＋型ＧａＡｓ層１２、コレ
クタ層となるｎ型ＧａＡｓ層１３、ベース層となるｐ型
ＧａＡｓ層１４、エミッタ層となるｎ型ＡｌＧａＡｓ層
１６等がそれぞれエピ成長により積層されている。図３
に示すヘテロ接合バイポーラトランジスタ３０及び抵抗
素子３１は各エピ成長層が段階的にホトリソグラフィに
より、パターニングされ、エッチングされてメサ状に形
成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヘテロ
接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層を用いて
抵抗体１９を形成するためには、エッチングによりその
上層であるコレクタ層となるｎ型ＧａＡｓ層を除去しな
ければならない。ところが、コレクタ層１３とサブコレ
クタ層１２とはいずれも同材質のｎ型ＧａＡｓ層から構
成されており、その濃度が異なるのみである。このた
め、エッチングの終点検出が難しく、オーバエッチにな
ると抵抗体１９の厚みが薄くなりすぎ、抵抗値を狂わせ
る原因となる。また、アンダーエッチの場合にはｎ型Ｇ
ａＡｓ層が残ることになり、抵抗の取り出し電極２４，
２４と抵抗体１９とのオーミック接触が取れなくなり、
同様に抵抗値を狂わせる原因となる。

【０００９】このため、従来のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタと抵抗素子とを集積したマイクロウェーブモ
ノリシックＩＣにおいては、抵抗素子の抵抗値のバラツ
キが大きく、その許容範囲を逸脱する場合もあり、製造
歩留の低下の一因となっていた。

【００１０】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと抵抗素子と
を集積したマイクロウェーブモノリシックＩＣにおい
て、抵抗素子の抵抗値のバラツキを減らし、その製造を
容易なものとして、良好な製造歩留で製造することがで
きる化合物半導体装置の構造を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体装
置は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと抵抗素子と
を半絶縁性化合物半導体基板上に形成した化合物半導体
装置において、前記へテロ接合バイポーラトランジスタ
は、コレクタ層と、該コレクタ層と同一導電型で異材質
のサブコレクタ層とを備え、前記抵抗素子は前記へテロ
接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層と同一の
材質からなるものであることを特徴とする。

【００１２】上述した本発明の構成によれば、抵抗体を
構成するトランジスタのサブコレクタ層がその上層であ
るコレクタ層と異なる種類の材質で構成したので、コレ
クタ層をエッチングするエッチャントは、サブコレクタ
層を構成する半導体層をエッチングしないように、選択
性を持たせることができる。このようなエッチャントの
選択性により、コレクタ層のエッチングはスムーズに進
行するが、サブコレクタ層が表面に露出すると、この層
はエッチングされないので、当該エッチャントによるエ
ッチングはそこで終了させることができる。これによ
り、サブコレクタ層、即ち、抵抗体の厚みが変動するこ
となく、又、コレクタ層が残り接触不良が生じることな
く、サブコレクタ層が本来有するシート抵抗値に基づく
抵抗体の抵抗値が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態の化合物半導
体装置の一断面構成を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１
上にヘテロ接合バイポーラトランジスタ３０と抵抗素子
３１とが搭載されている点は、従来の技術と同様であ
る。本発明では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ３
０のサブコレクタ層と抵抗素子３１の抵抗体１９とはコ
レクタ層とは異材質のＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓで
構成されている。この層は、ｎ＋型の３ｘ１０１８/cm
３程度の不純物濃度を有したもので、厚さ１０，０００
Å程度である。

【００１５】コレクタ層１３及びベース層１４は、共に
ＧａＡｓで構成され、その厚さはコレクタ層１３は５，
０００Åであり、ベース層１４は１，０００Åである。
コレクタ層は５ｘ１０１６/cm３のｎ型の不純物濃度を
有し、ベース層は４ｘ１０１９/cm３のｐ型の不純物濃
度を有する。

【００１６】エミッタ層１６はベース層とヘテロ接合を
形成する異材質の層であり、ベース層のＧａＡｓよりバ
ンドギャップの大きなＡｌＧａＡｓ層が用いられてい
る。具体的には、Ａｌ０．２５Gａ０．７５Aｓのｎ型の
４ｘ１０１７/cm３程度の不純物濃度を有する層であ
り、その両側にＧａＡｓへの遷移層１５，１７を有して
いる。それぞれの遷移層１５，１７の厚みは３００Å、
５００Å程度である。

【００１７】エミッタ層の最上層はキャップ層１８であ
り、材料はＧａＡｓであり、不純物濃度５ｘ１０１８/c
m３のｎ型であり、厚さが１，０００Å程度である。こ
の層はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるエミッタ電極２３
とオーミック接触を取るための層である。ベース層１４
にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるベース電極２２，２２が
配置され、サブコレクタ層１２にはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕで構成されるコレクタ層の取り出し電極２１，２１が
配置されている。抵抗体１９の両端部にもＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕからなる取り出し電極２４，２４が配置されて
いる。

【００１８】サブコレクタ層の本来有するシート抵抗値
は、エピ成長技術の進歩により、３％程度の誤差で制御
可能である。上記構造によれば抵抗素子３１の抵抗値は
サブコレクタ層のシート抵抗値と横方向のホトリソグラ
フィの誤差のみで決まってくるので、抵抗値のバラツキ
を小さく抑えることができる。又、トランジスタ３０は
化合物半導体のヘテロ接合構造を有するので、ＧＨｚ帯
で数Ｗ程度の高出力特性を得ることが可能である。

【００１９】次にこの化合物半導体装置の製造方法につ
いて説明する。まず図２（Ａ）に示す半絶縁性基板上に
各種化合物半導体材料をエピタキシャル成長した基板を
準備する。この基板は、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に
サブコレクタ層１２となるｎ＋型のＧａＩｎＰ又はＡｌ
ＧａＡｓ層がエピ成長され、更にその上層にコレクタ層
１３となるｎ型ＧａＡｓ層がエピ成長され、更にその上
層にベース層１４となるｐ型ＧａＡｓ層がエピ成長され
たものである。更にその上層にはＧａＡｓ層からＡｌＧ
ａＡｓ層への遷移層１５がエピ成長され、更にその上層
にはヘテロ接合バイポーラトランジスタの核心となるベ
ース層と比較してバンドギャップの大きなｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ層がエピ成長され、その上層はＧａＡｓへの遷移層
１６がエピ成長され、更にその上層にはキャップ層１８
となるｎ＋型ＧａＡｓ層がエピ成長されている。

【００２０】次に図２（Ｂ）に示すように、ホトリソグ
ラフィでパターニングして、エミッタ領域を形成するた
めの層１５，１６，１７，１８のメサエッチを行う。次
に、図２（Ｃ）に示すようにベース層１４及びコレクタ
層１３を同様にホトリソグラフィでパターンニングし
て、メサエッチを行う。

【００２１】このエッチングは、ベース層１４及びコレ
クタ層１３の材料であるＧａＡｓをエッチングし、サブ
コレクタ層１２を構成するＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＡｓ
層をエッチングしない、選択性を有するエッチャントを
用いる。例えばＧａＡｓをエッチングし、ＩｎＧａＰを
エッチングしないエッチャントとしては、硫酸系或いは
リン酸系のエッチャントが好適である。また、ＧａＡｓ
をエッチングし、ＡｌＧａＡｓをエッチングしないエッ
チャントとしては、クエン酸系のエッチャントがある。
これらの選択性を有するエッチャントを用いることによ
り、コレクタ層１３のエッチングが十分に終了すると、
サブコレクタ層１２をエッチングすることなく、そこで
エッチングの進行を完全に停止することができる。

【００２２】次にサブコレクタ層１２及び抵抗体１９を
形成するためのメサエッチングを行う。この工程もレジ
スト塗布後ホトリソグラフィでパターニングして、Ｇａ
ＩｎＰ層又はＡｌＧａＡｓ層からなるサブコレクタ層を
エッチングするエッチャントを用いてメサエッチを行
う。

【００２３】次に図１に示すように、エミッタ電極、コ
レクタ電極、抵抗電極等の電極付けを行う。これはホト
レジストを塗布後、ホトリソグラフィでパターニングを
行い、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを蒸着し、リフトオフによ
り所定の電極２２，２３，２４を形成する。そして、ア
ロイにより半導体層との接触を確実にする。次にベース
電極の電極付けを行う。これも同様にホトリソグラフィ
でレジストに所定のパターンを形成後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕを蒸着し、リフトオフにより所定の電極２１を形成
し、アロイにより半導体層との接触を確実にする。

【００２４】更に、全面にＣＶＤで例えばＳｉＮ膜を
２，０００Å程度被着して、ホトリソグラフィによりコ
ンタクト部分を開口するパターニングを行う。更に同様
にホトリソグラフィにより配線パターンのパターニング
を行った後に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着し、リフトオフ
により配線電極及びボンディングパッド電極等を形成す
る。これにより、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと
抵抗素子間の配線接続等が行われ、マイクロウェーブモ
ノリシックＩＣが完成する。

【００２５】尚、以上の実施例はコレクタ層としてＧａ
Ａｓを用い、サブコレクタ層にＩｎＧａＰ又はＡｌＧａ
Ａｓからなる異種材料を用いた例について説明したが、
本発明の趣旨はこれに限定されるものではない。コレク
タ層を構成する材料をエッチングし、サブコレクタ層を
構成する材料をエッチングしない選択性を有するエッチ
ャントを用いることが可能であり、コレクタ層のエッチ
ングの終了を容易に且つ確実に行うことができるもので
あれば、本発明の趣旨が適用可能なことは勿論である。
このように、本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の
変形実施例が可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上述したようにヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタと抵抗素子とを半絶縁性化合物半導
体基板上に形成した半導体装置において、ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタのコレクタ層とサブコレクタ層を
異材質の材料を用いたものである。これにより、サブコ
レクタ層を用いて抵抗素子を形成する際に、サブコレク
タ層をエッチングすることなくコレクタ層のみを完全に
エッチング除去することができる。従って、サブコレク
タ層と同材質の材料をもって形成される抵抗体のシート
抵抗の変動を抑えることができ、容易に抵抗値が許容範
囲に入る抵抗素子を形成することができる。それ故、Ｇ
Ｈｚ帯でワットオーダの出力を有するヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタと抵抗素子とを搭載したマイクロウェ
ーブモノリシックＩＣを容易に、且つ良好な歩留で製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の化合物半導体装置の断面
図。

【図２】上記化合物半導体装置の製造工程を示す説明
図。

【図３】従来の化合物半導体装置の断面図。

【図４】従来のエピ成長基板の説明図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘテロ接合バイポーラトランジスタと抵
   抗素子とを半絶縁性化合物半導体基板上に形成した化合
   物半導体装置において、前記へテロ接合バイポーラトラ
   ンジスタは、コレクタ層と、該コレクタ層と同一導電型
   で異材質のサブコレクタ層とを備え、前記抵抗素子は前
   記へテロ接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層
   と同一の材質からなるものであることを特徴とする化合
   物半導体装置。