JP2012506630A - ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ベースコンタクト接続部（１２）、エミッタ部（４、５）及びコレクタ部がｎ層（３）上に配置され、当該ｎ層は、更なるｎｐｎバイポーラトランジスタために用いることができる。当該コレクタ部はエミッタ部に対して側方に配置され、当該エミッタ部及びコレクタ部の少なくとも一方は、当該ｎ層の表面領域上でショットキーコンタクト（１４）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガリウムヒ素技術によるｐｎｐバイポーラトランジスタの製造方法に関する。

産業用に特に用いられるパワーアンプは、好ましくは、ＧａＡｓ技術によって実現されるが、当該ＧａＡｓ技術は、ｎｐｎバイポーラトランジスタのみを提供し、ｐｎｐバイポーラトランジスタを提供することはない。従って、ＧａＡｓ技術では、完結型集積回路の設計は不可能であるが、シリコンチップ上に、ｐｎｐバイポーラトランジスタ又はｐ型電界効果型トランジスタを設けることは可能である。しかし、ハイブリット回路の構想は、消費電流の増加という問題があり、大きなデバイス領域を必要とする。低コスト及び容易な製造工程の観点において、ＧａＡｓ技術による全てのデバイスの完結的な集積化が望まれている。

本発明の目的は、ＧａＡｓ技術により製造可能なｎ型ベースのバイポーラトランジスタ、及びＧａＡｓ技術によってｎ型ベースのバイポーラトランジスタを製造する方法を提供することである。

これらの目的及び更なる目的は、請求項１に係るｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタ、及び請求項１１に係る製造方法によって達成される。更なる態様及び変形は、従属請求項から導き出すことができる。

本発明は、側方配置コレクタを有するバイポーラトランジスタを提供する。ベースコンタクト接続部は、電気的にｎ層に接続される。金属から形成されるエミッタコンタクト接続部は、エミッタ部に電気的に接続される。当該エミッタ部は、ｎ層の表面領域の一部にエミッタコンタクト接続部によって形成されたショットキーコンタクト、又はｎ層の表面領域の一部に配置されてエミッタコンタクト接続部が電気的に接続されたｐ^＋層を備える。金属から形成されるコレクタコンタクト接続部は、コレクタ部に電気的に接続される。当該コレクタ部は、ｎ層の表面においてエミッタ部の側方に配置され、ｎ層の表面領域の一部にコレクタコンタクト接続部によって形成されたショットキーコンタクト、又はｎ層の表面領域の一部に配置されてコレクタコンタクト接続部が電気的に接続されたｐ^＋層を備える。エミッタコンタクト接続部及びコレクタコンタクト接続部の少なくとも一方は、ｎ層の表面領域の一部にショットキーコンタクトを形成する。このような構造には、ｎｐｎバイポーラトランジスタを含むＧａＡｓデバイスの製造技術によって製造できるという優位性がある。

バイポーラトランジスタの一態様は、例えばＧａＡｓの基板、及び当該基板の表面にｎ^＋領域を備える。ｎ層は、ｎ^＋領域上に配置される。ベースコンタクト接続部は、ｎ層によって覆われていないｎ^＋領域の一部分の上方に配置される。

バイポーラトランジスタの更なる態様において、金属から形成されるベースコンタクト層は、ｎ^＋領域に対して設けられ、ｎ^＋領域とオーミックコンタクトを形成する。ベースコンタクト接続部は、ベースコンタクト層に対して設けられる。

バイポーラトランジスタの更なる態様において、ｎ層はメサの一部である。

バイポーラトランジスタの更なる態様において、ｐ^＋層はｎ層上に配置される。エミッタコンタクト接続部は、ｐ^＋層に電気的に接続される。コレクタコンタクト接続部は、ｎ層の表面上に配置されるとともに、コレクタコンタクト接続部とｎ層の半導体材料との接触面にショットキーコンタクトを形成する。ｐ^＋層の一部及びショットキーコンタクトは、互いに側方に配置される。更なるｎｐｎバイポーラトランジスタのベース層のために当該ｐ^＋層を用いることができる。ｎ層の同一平面上における、ｐ型エミッタ、及びコレクタとして設けられるショットキーダイオードの側方配置は、標準的なＧａＡｓ技術に適合する製造工程のみを使用しており、このような製造方法は最適なコスト効果をもたらす。

バイポーラトランジスタの更なる態様において、エミッタコンタクト接続部はｎ層の表面領域の一部にエミッタショットキーコンタクトを形成し、コレクタ部はｎ層の表面領域の一部に配置されるｐ^＋層を備える。

バイポーラトランジスタの更なる態様において、エミッタコンタクト接続部は、ｎ層の表面領域の一部にショットキーコンタクトを形成し、コレクタコンタクト接続部もｎ層の表面の別の部分にショットキーコンタクトを形成する。

このようなデバイス構造は、ガリウムヒ素の材料系のｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタの製造方法のみを提供するだけでなく、同一デバイス内に集積されるｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタ及びｎｐｎトランジスタの製造も可能にする。ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタのエミッタ−ベース部は、上下に配置され、その一方で、ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタのベース−コレクタ部は、側方に配置される。ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタのベース層として機能するｎ層は、更なるｎｐｎトランジスタのコレクタ層として用いられることも可能であることから、ＧａＡｓの半導体基板の表面に位置するｎ^＋領域の上に当該ｎ層を配置することができる。当該ｎ^＋領域は、ｎｐｎトランジスタのコレクタ層に対する外部接続部のオーミックトラック抵抗を低減するために、更なるｎｐｎトランジスタためのサブコレクタとして設けられる。ｎ層は、ｎ^＋領域上に直接的に配置される。当該ｎ^＋領域は、ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタに用いられることで、ベースコンタクト接続部とｎ層との間を低いオーミック抵抗で電気的に接合することができ、またｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタのベース層として役立つ。更に、ｎ^＋領域の表面上に金属のベースコンタクト層を配置することができ、ベースコンタクト層上にベースコンタクト接続部を配置することができる。ｎ層及びｐ^＋層は、メサを形成するように構成することができ、その側壁における電気的な絶縁と、その上面側におけるコンタクト接続部の相互間における電気的な絶縁と、をもたらすことができる。もし、ベースコンタクト層を設ける場合には、ｎ層はｎ^＋領域の上部表面の全てを覆わずに、この表面の一部を被覆せずに残すように配置され、当該ベースコンタクト層はｎ^＋領域が覆っていない部分に位置する。追加的なｎｐｎトランジスタのためのコレクタコンタクト層として、この金属コンタクト層を使用することもできる。

ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタの製造方法は、半導体材料からなるｎ層を形成する工程と、ｎ層上にエミッタ部及びコレクタ部を形成する工程と、を備える。エミッタ部及びコレクタ部は、ｎ層上にｐ^＋層を設け、当該ｐ^＋層上に金属から形成されるコンタクト層を設けること、又は金属から形成されるコンタクト接続部をｎ層上に設けることにより、ｎ層上にショットキーコンタクトを形成することによって形成されてもよい。

当該方法は、更に、ｎｐｎバイポーラトランジスタの製造工程を適用してｎ^＋領域、ｎ層及びｐ^＋層を備える積層構造を製造する工程を備えていてもよい。ｎ^＋領域は、更なるｎｐｎバイポーラトランジスタのサブコレクタ層を形成するため、ｎ層は、当該更なるｎｐｎバイポーラトランジスタのコレクタ層を形成するため、ｐ^＋層は、当該更なるｎｐｎバイポーラトランジスタのベース層を形成するために、用いることができる。

当該方法は、更に、ｎ^＋領域上にベースコンタクト層、及びｐ^＋層上にエミッタコンタクト層を形成する工程と、エミッタコンタクト層に対してエミッタコンタクト接続部、ベースコンタクト層に対してベースコンタクト接続部、ｎ層に対してコレクタコンタクト接続部を設け、コレクタコンタクト接続部によりｎ層上にショットキーコンタクトを形成する工程とを備えることができる。

このような製造工程により、従来ではｎｐｎバイポーラトランジスタの製造に適用できるだけであったＧａＡｓのＨＢＴ技術を特に使用することができる。

コレクタショットキーコンタクトを備えてｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタの実施形態の断面図である。 図１に係る実施形態の平面図である。 ｎ型ベースを有するとともにｐ^＋層上に配置されたエミッタ及びコレクタを有するバイポーラトランジスタの実施形態の断面図である。 ｎ型ベースを有するとともにエミッタショットキーコンタクト及びコレクタショットキーコンタクトを有するバイポーラトランジスタの更なる実施形態の断面図である。 図４に係るｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタの更なる実施形態の断面図である。

図面の簡単な説明の後に、添付の請求項及び図面に関連付けて、バイポーラトランジスタ及びその製造方法の実施形態及び例をより詳細に説明する。

図１は、ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタの実施形態の断面図を示している。ＧａＡｓを用いることができる基板１の上側表面に、ｎ^＋領域２が形成されている。ｎ^＋領域２の上にｎ層３が配置され、更にはｎ層３の上にｐ^＋層４が配置されている。この実施形態において、ｎ層３及びｐ^＋層４は、ｎ^＋領域２よりも図１の左右方向で大きさがわずかに制限されているとともに、メサ１６を形成している。これらの層を用いることにより、同一の製造工程内で同一の基板１上に更なるｎｐｎトランジスタを形成することができる。ｐ^＋層４の任意の表面上に、金属であることが好ましいエミッタコンタクト層５が配置されている。

ｐ^＋層４によって覆われていないｎ層３の表面領域には、金属から形成されたコレクタコンタクト接続部１１が、ｎ層３上に設けられている。コレクタコンタクト接続部１１は、金属とｎ層３の半導体材料との接触面に、ショットキーコンタクトを形成する。当該ショットキーコンタクトは、トランジスタのコレクタショットキーコンタクト１４となる。この実施形態において、コンタクトショットキーコンタクト１４は、ｎ層３とコレクタコンタクト接続部１１と間に独立した２つの接触面領域を備えている。当該２つの接合面の領域は、図１において、エミッタコンタクト層５の左右に示されている。

外側のベース接続部を設けるために、金属であることが好ましいベースコンタクト層６は、ｎ^＋領域２の上面のうちｎ層３によって覆われていない領域上に配置されている。ベースコンタクト層６には、ベースコンタクト接続部１２が設けられている。

エミッタ用に、エミッタコンタクト層５に直接的に接触するように、エミッタコンタクト接続部１０が設けられている。ｎ^＋領域２は側方が、例えば基板内部へ絶縁材料を埋め込むことによって形成可能な絶縁領域７によって取り囲まれている。導電性部材を互いに絶縁するために、誘電体層９を上側表面に塗布してもよい。誘電体層９は、ｎ層３及びｐ^＋層４によって形成されたメサ１６の側面を特に覆っている。コレクタショットキーコンタクト１４の下方に生じる空間電荷領域８が、図１において破線で示されている。空間電荷領域８の図１における左右方向及び上下方向の伸張により、トランジスタの作動状態、特にトランジスタに印可される電位に応じて、図１に示す状態から逸脱しうる。

図２は、図１に係る実施形態の平面図であり、誘電体層９を図示していない。図１の断面位置は、図２に示されている。図２は、ｎ^＋領域２を囲む絶縁領域７の表面と、ｎ^＋領域２の上方にｎ層３を覆うように位置し、図１の左右方向において大きさが限定されたｐ^＋層４と、エミッタコンタクト層５及びベースコンタクト層６の縁部表面領域と、を示している。エミッタコンタクト接続部１０、コレクタコンタクト接続部１１及びベースコンタクト接続部１２の配置の他に、エミッタコンタクト１３、コレクタショットキーコンタクト１４及びベースコンタクト１５の領域も当該平面図に示されている。当該コンタクト１３、１４、１５は、当該接続部１０、１１、１２によって覆われているため、これらの隠れた輪郭が破線によって示されている。図２に示されたレイアウトは一例に過ぎず、トランジスタの様々な実施形態に応じて当該レイアウトを修正及び変更することが可能である。当該コンタクト接続部は好ましくは金属であり、標準的なＧａＡｓのＨＢＴ技術で使用される任意の金属を当該コンタクト接続部に用いることができる。良好なデバイスの動作ため、図２に示されているように、エミッタコンタクト１３を挟む２つの位置にコレクタショットキーコンタクト１４を有することが望ましい。更なる実施形態において、エミッタコンタクト接続部１０及びコレクタコンタクト接続部１１を互いに入り込ませることが可能である。すなわち、両接続部は、交互に配置された櫛型の指状の伸長部を有する。本発明の範囲内において、このレイアウト及びデバイス構造の多様な変形が可能である。エミッタコンタクト接続部１０及び／又はコレクタコンタクト接続部１１を、輪状又は枠状、若しくは短冊状に形成することが可能である。ベースコンタクト１５とｎ^＋領域２及びｎ層３の間の接触面との面積比を変更することができる。当該レイアウトは概ね対称にすることが可能であり、同一のＩＣチップ内に複数の異なるタイプのトランジスタを集積配置することができる。ショットキーコンタクトはコレクタに存在することが好ましいが、コレクタに代えてエミッタにショットキーコンタクトを設けることができる。

トランジスタが動作する際、正孔がｎ層内に注入されて、ショットーコンタクトの空間電荷領域に捕獲されるとともに集められ、これによりコレクタ電流が得られる。電子がｐ^＋層に注入され、これによりベース電流が得られる。ドーピング量を増加することで電子注入量を減らすことができるが、ｐ^＋層が比較的に薄いため電流レベルが比較的高くなることがある。ｎ^＋領域内に注入された正孔が電子と再結合し、更なるベース電流が発生する。この正孔注入は、ｐｎ接合面積の影響を受ける。

図３は、側方配置コレクタを有するバイポーラトランジスタの断面図を示している。ｎ^＋領域２、ｎ層３及びｐ^＋層４を備える積層構造が、ＧａＡｓを用いることができる基板１の上側表面上に配置されている。上述した実施形態と同様に、ｎ層３及びｐ^＋層４は、ｎ^＋領域２よりも図３の左右方向においてわずかに大きさが制限されるとともに、メサ１６を形成している。金属であることが好ましいエミッタコンタクト接続部５が、ｐ^＋層４の表面上に配置されている。金属であることが好ましいコレクタコンタクト層１７が、ｐ^＋層４の表面上のエミッタ部の側方に配置されている。エミッタコンタクト接続部１０及びコレクタコンタクト接続部１１は、エミッタコンタクト層５及びコレクタコンタクト層１７にそれぞれ設けられている。エミッタコンタクト層５及びコレクタコンタクト層１７が存在していることが好ましいが、これに代えて、エミッタコンタクト接続部１０及びコレクタコンタクト接続部１１をｐ^＋層４の表面上に直接的に設けることもできる。

エミッタ及びコレクタの両方がｐ^＋層４に設けられた金属層を備えた図３に係る横型バイポーラトランジスタと比べて、図１に係る実施形態のバイポーラトランジスタは、より優れた電流利得を有している。図１の実施形態のバイポーラトランジスタの性能は、電流の制御及び空間電荷領域に依存する。図１に示すように、空間電荷領域の大部分はｎ層３内に存在しているため、ベース−コレクタ間電圧に応じた顕著なベース変調をもたらす。優れた電流利得を得るために、エミッタは点／線の正孔供給源として機能する必要があり、コレクタは、注入された正孔を捕獲して集めるためにエミッタの周囲に形成されるべきである。空間電荷領域の側方の伸長は、正孔の捕獲及び収集の向上に利用することが可能であるが、しかしながら、エミッタとコレクタとの間でリーチスルーが発生する可能性があることに注意を払う必要がある。

図４は、ＧａＡｓ基板を用いることができる基板１の上側表面上にｎ^＋領域２、ｎ層３及びｐ^＋層４の積層構造を備える、更なる実施形態の断面図を示している。エミッタコンタクト接続部１０及びコレクタコンタクト接続部１１は、ｐ^＋層４によって覆われていないｎ層３の表面の領域に直接的に設けられている。エミッタコンタクト接続部１０は、ｎ層３上にエミッタショットキーコンタクト１９を形成し、コレクタコンタクト接続部１１は、ｎ層３上にコレクタショットキーコンタクト１４を形成している。

図５は、図４の実施形態に類似する更なる実施形態の断面図を示しているが、ｐ^＋層４を備えていない。この実施形態のための構成要素は、上述した実施形態の対応する構成要素と同様である。

上述した実施形態は、基本的な製造工程から逸脱することなく、ＧａＡｓ技術によりｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタを実現するためのいくつかの方法を示している。従って、本発明は、ＧａＡｓ基板上の同一のＩＣチップ内に、ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタをｎｐｎ型デバイスとともに集積化するための実用的方法を提供する。

１ 基板
２ ｎ^＋領域
３ ｎ層
４ ｐ^＋層
５ エミッタコンタクト層
６ ベースコンタクト層
７ 絶縁領域
８ 空間電荷領域
９ 誘電体層
１０ エミッタコンタクト接続部
１１ コレクタコンタクト接続部
１２ ベースコンタクト接続部
１３ エミッタコンタクト
１４ コレクタショットキーコンタクト
１５ ベースコンタクト
１６ メサ
１７ コレクタコンタクト層
１８ コレクタコンタクト
１９ エミッタショットキーコンタクト

Claims (14)

1. ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタであって、
   ｎ層（３）と、
   前記ｎ層に電気的に接続されたベースコンタクト接続部（１２）と、
   エミッタ部と、
   金属からなり、前記エミッタ部に電気的に接続されたエミッタコンタクト接続部（１０）と、
   前記ｎ層の表面において、前記エミッタ部の側方に配置されたコレクタ部と、
   金属からなり、前記コレクタ部に電気的に接続されたコレクタコンタクト接続部（１１）と、を有し、
   前記エミッタコンタクト接続部（１０）及び前記コレクタコンタクト接続部（１１）の少なくとも一方は、前記ｎ層（３）の表面の領域の一部にショットキーコンタクト（１４、１９）を形成することを特徴とするバイポーラトランジスタ。
2. 前記エミッタ部は、前記ｎ層（３）の表面の領域の一部に配置されたｐ^＋層（４）を備え、
   前記コレクタコンタクト接続部（１１）は、前記ｎ層の表面の領域の一部にコレクタショットキーコンタクト（１４）を形成することを特徴とする請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
3. 金属からなり、前記ｐ^＋層（４）上にオーミックコンタクトを形成するとともに前記エミッタコンタクト接続部（１０）が接続されたエミッタコンタクト層（５）を更に有することを特徴とする請求項２に記載のバイポーラトランジスタ。
4. 前記エミッタコンタクト接続部（１０）は、前記ｎ層（３）の表面の領域の一部にエミッタショットキーコンタクト（１９）を形成し、
   前記コレクタ部は、前記ｎ層（３）の表面の領域の一部に配置されたｐ^＋層（４）を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
5. 金属からなり、前記ｐ^＋層（４）上にオーミックコンタクトを形成するとともに前記コレクタコンタクト接続部が接続されたコレクタコンタクト層（１７）を更に有することを特徴とする請求項４に記載のバイポーラトランジスタ。
6. 前記エミッタコンタクト接続部（１０）は、前記ｎ層（３）の表面の領域の一部にエミッタショットキーコンタクト（１９）を形成し、
   前記コレクタコンタクト接続部（１１）は、前記ｎ層（３）の表面の領域の一部にコレクタショットキーコンタクトを形成することを特徴とする請求項１に記載のバイポーラトランジスタ。
7. 基板（１）と、
   前記基板の表面上に設けられ、前記ｎ層（３）が載置されたｎ^＋領域（２）と、を更に有し、
   前記ベースコンタクト接続部（１２）は、前記ｎ層によって覆われていない前記ｎ^＋領域の一部分の上方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載のバイポーラトランジスタ。
8. 金属からなり、前記ｎ^＋領域（２）上においてオーミックコンタクトを形成するベースコンタクト層（６）を更に有し、
   前記ベースコンタクト接続部（１２）は、前記ベースコンタクト層（６）上に配置されることを特徴とする請求項７に記載のバイポーラトランジスタ。
9. 前記ｎ層（３）はメサ（１６）の一部であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載のバイポーラトランジスタ。
10. 前記バイポーラトランジスタ及び縦型ｎｐｎバイポーラトランジスタが配置された基板（１）を有し、
    前記ｎ層（３）は、前記ｎｐｎバイポーラトランジスタのコレクタ層としても用いられることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載のバイポーラトランジスタ。
11. ｎ型ベースを有するバイポーラトランジスタの製造方法であって、
    半導体材料のｎ層（３）を形成する工程と、
    ｐ^＋層（４）を前記ｎ層上に設け、金属から形成されるエミッタコンタクト層（５）を前記ｐ^＋層上に設けること、又は金属から形成されるエミッタコンタクト接続部（１０）を設けて前記ｎ層上にエミッタショットキーコンタクト（１９）を形成することにより、前記ｎ層上にエミッタ部を形成する工程と、
    ｐ^＋層（４）を前記ｎ層上に設け、金属から形成されるコレクタコンタクト層（１７）を前記ｐ^＋層上に設けること、又は金属から形成されるコレクタコンタクト接続部（１１）を設けて前記ｎ層上にコレクタショットキーコンタクトを形成することにより、前記ｎ層上にコレクタ部を形成する工程と、
    前記ｎ層（３）の表面の領域の一部にショットキーコンタクト（１４、１９）を形成するために、前記エミッタコンタクト接続部（１０）及び前記コレクタコンタクト接続部（１１）の少なくとも一方を設ける工程と、を有することを特徴とする製造方法。
12. ｎ^＋領域（２）を形成する工程と、
    前記ｎ^＋領域上にｎ層（３）を設ける工程と、
    前記ｎ層上にｐ^＋層（４）を設ける工程と、
    前記ｐ^＋層（４）上にエミッタコンタクト層（５）を形成する工程と、
    前記ｎ^＋領域上にベースコンタクト層（６）を形成する工程と、
    前記エミッタコンタクト層（５）に対して、金属から形成されるエミッタコンタクト接続部（１０）を設ける工程と、
    前記ベースコンタクト層（６）に対して、金属から形成されるベースコンタクト接続部（１２）を設ける工程と、
    金属から形成されるコレクタコンタクト接続部（１１）を前記ｎ層（３）に対して設け、前記ｎ層（３）上にコレクタショットキーコンタクト（１４）を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記エミッタコンタクト層（５）及び前記ベースコンタクト層（６）は、金属から形成されることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
14. サブコレクタが前記ｎ^＋層（２）から形成され、コレクタ層が前記ｎ層（３）から形成され、ベース層が前記ｐ＋層（４）から形成される更なるｎｐｎバイポーラトランジスタを形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の製造方法。

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