JPH10107040A - 化合物半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＭＩＣに内蔵された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３０
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、前記抵抗素子３１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１９からなるものであり、前記サブコレク
タ層はコレクタ層側表面にその組成がサブコレクタ層の
組成からコレクタ層の組成に変化する薄い遷移層１２Ａ
を備えた。

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、サブコレクタ層は不純物濃度が高いため、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ等の配線金属と容易にオーミック接触
がとれるので、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。
又、サブコレクタ層は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１３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
ＧａＡｓ層が残ることになり、抵抗の取り出し電極２
４，２４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り、前記サブコレクタ層はコレク
タ層側表面にその組成がサブコレクタ層のバンドギャッ
プ又は組成からコレクタ層のバンドギャップ又は組成に
変化する薄い遷移層を備えたことを特徴とする。

【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】更に、サブコレクタ層はコレクタ層側表面
にその組成がサブコレクタ層の組成からコレクタ層の組
成に変化する薄い遷移層を備えたので、コレクタ層のバ
ンドギャップをサブコレクタ層のバンドギャップに連続
的に滑らかに変化させて拡大することができる。この遷
移層が無いとすると、コレクタ層とサブコレクタ層とは
異材質であるため、この境界で急激なバンドギャップの
変化が生じる。これによりドリフト電界で走行している
電子にブレーキがかかり、コレクタ抵抗の増大という問
題を生じる。上述した遷移層を設けることで、係る問題
が解決される。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】サブコレクタ層１２のコレクタ層側表面に
は、その組成がサブコレクタ層の組成からコレクタ層の
組成に滑らかに変化する薄い遷移層１２Ａを備えてい
る。この遷移層１２Ａは、例えば厚さが３００Ａ゜程度
と薄く、その組成はサブコレクタ層側でサブコレクタ層
の組成、即ち、Ｇａ０．５１Iｎ０．４９P又はＡｌ０．
２５Gａ０．７５Aｓであり、コレクタ層側でコレクタ層
の組成、即ち、ＧａＡｓであり、その中間で組成が滑ら
かに連続的に変化している。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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２
３とオーミック接触を取るための層である。ベース層１
４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／
Ａｕ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／
Ｎｉ／Ａｕからなる取り出し電極２４，２４が配置され
ている。

【００２０】サブコレクタ層１９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１９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。

【００２１】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ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＡｓ
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。サブコレクタ層１２となるＧａＩｎＰ又はＡｌＧ
ａＡｓ層の表面側にはその組成がＧａＡｓに滑らかに変
化する薄い遷移層１２Ａが形成されている。

【００２２】更にベース層１４の上層にはＧａＡｓ層か
らＡｌＧａＡｓ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
ＡｌＧａＡｓ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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】尚、サブコレクタ層１２の表面には、組成
が変化する遷移層１２Ａが存在するが、この層は３００
Ａ゜程度と極めて薄いため、抵抗体１９の抵抗値の変動
に及ぼす影響は極めて小さく、これを無視することがで
きる。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】

【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。

【００３１】更にサブコレクタ層表面側にその組成がコ
レクタ層の組成に滑らかに変化する薄い遷移層を設けた
ことから、コレクタ層からサブコレクタ層にバンドギャ
ップを滑らかに連続的に拡大することができる。これに
より、コレクタ抵抗の増大を防止することができ、バン
ドギャップの異なる異材質の接合に伴う高周波特性の劣
化を防止することができる。

【００３２】それ故、ＧＨｚ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り、前記サブコレクタ層
   はコレクタ層側表面にそのバンドギャップ又は組成がサ
   ブコレクタ層のバンドギャップ又は組成からコレクタ層
   のバンドギャップ又は組成に変化する薄い遷移層を備え
   たことを特徴とする化合物半導体装置。