JP3628873B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造の半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高性能な光通信システムや移動体通信システムが必要となっている。このため、これらシステムを高性能化するために半導体装置の高性能化をも不可欠となっている。高速素子として知られるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＨＢＴと呼ぶ）は、その高性能化が期待されているものの一つである。
【０００３】
従来のＨＢＴの構造について図１１を用いて説明する。
半絶縁性ＩｎＰ基板１００上には、ｎ+−ＩｎＧａＡｓ層よりなるコレクタコンタクト層１０２が形成されている。コレクタコンタクト層１０２上には、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層よりなるコレクタ層１０４が形成されている。コレクタ層１０４上には、ｐ+−ＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層１０６が形成されている。ベース層１０６上には、ｎ−ＩｎＰ層よりなるエミッタ層１０８が形成されている。エミッタ層１０８上には、ｎ+−ＩｎＧａＡｓ層よりなるエミッタコンタクト層１１０が形成されている。エミッタコンタクト層１１０上には、ＷＳｉ膜よりなるエミッタ電極１１２が形成されている。エミッタコンタクト層１１０、エミッタ層１０８はメサ型に加工されている。また、露出したベース層１０６上には、ベース電極１１６が形成されている。また、ベース層１０６、コレクタ層１０４はメサ形状に加工されており、露出したコレクタコンタクト層１０２上にはコレクタ電極１１８が形成されている。こうして、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴが構成されていた。
【０００４】
ＨＢＴの高速化を図るためには、最大発信周波数ｆｍａｘを向上することが必要である。最大発振周波数ｆｍａｘは、最高遮断周波数をｆＴ、ベース抵抗をＲＢ、ベース−コレクタ間容量をＣＢＣとして、
ｆｍａｘ ＝ √（ｆＴ／（８π×ＲＢ×ＣＢＣ））
と表され、ベース抵抗ＲＢの平方根の逆数（１／√（ＲＢ））に比例するため、最大発振周波数ｆｍａｘを向上するにはベース抵抗ＲＢを小さくする必要がある。
【０００５】
ＧａＡｓ系のＨＢＴでは、近年、信頼性確保等の観点からベースのドーパントとして炭素（Ｃ）を用いることが主流となっており、１×１０２０ｃｍ−３を超える高濃度のドーピング技術も開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、図１１に示すようなＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおいては、ベースのドーパントとして炭素を用いるドーピング技術について十分に確立されていないのが現状であり、炭素のドーピングによって高濃度のベース層を実現することができなかった。これは、ベース層となるＩｎＧａＡｓ層を成膜する過程で炭素が水素から解離されずに膜中にＣＨの形で取り込まれ、炭素がアクセプタとして働かなくなるためと考えられている（水素パッシベーション）。特に、キャリアガスとして水素を用い、ソースガスとして水素を含むガスを用いるＭＯＣＶＤ法においてこの効果は顕著であった。
【０００７】
このため、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴは最高遮断周波数ｆＴが非常に高いにも関わらず、最大発振周波数ｆｍａｘを十分に向上することができなかった。
本発明の目的は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおいてベース抵抗を低減しうる半導体装置の構造及び製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層に一方の面が接続された炭素ドープのＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層と、前記ベース層の他方の面に接続されたＩｎＰ層よりなるエミッタ層と、前記ベース層に電気的に接続された炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層と、前記ベース引き出し層上に形成されたベース電極とを有することを特徴とする半導体装置によって達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、ベース抵抗ＲBを大幅に低減することができる。これにより、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおける最大発信周波数ｆmaxを向上することができる。また、炭素ドープの半導体層を用いることにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、上記の半導体装置において、前記ベース引き出し層は、前記ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層に代えて、炭素ドープのＧａＩｎＡｓＳｂ層により形成してもよい。
また、上記目的は、ＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板上に形成されたコレクタ層と、前記コレクタ層に一方の面が接続された炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層よりなるベース層と、前記ベース層の他方の面に接続されたＩｎＰ層よりなるエミッタ層と、前記ベース層に電気的に接続された炭素ドープのＧａＩｎＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層と、前記ベース引き出し層上に形成されたベース電極とを有することを特徴とする半導体装置によっても達成される。
【０００９】
また、上記の半導体装置において、前記ベース引き出し層は、前記ベース層の前記他方の面上に形成されていることが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記ベース引き出し層は、前記ベース層と接続された前記コレクタ層の面上に形成されており、その側面が前記ベース層の側面に接続されていることが望ましい。
【００１０】
また、上記の半導体装置において、前記ベース電極が形成された面の前記ベース引き出し層上に、前記ベース引き出し層を保護する表面保護層を更に設けてもよい。ベース引き出し層の表面を覆う表面保護膜を設ければ、ベース引き出し層上における表面再結合を抑制することができる。これにより、電流利得のサイズ依存を抑制できるとともに、半導体装置の信頼性をも高めることができる。
【００１２】
また、上記の半導体装置において、前記ベース引き出し層中の不純物濃度は、１×１０20ｃｍ-3以上であることが望ましい。
また、上記の半導体装置において、前記ベース引き出し層は、前記ベース層に格子整合していることが望ましい。
また、上記目的は、ＩｎＰ基板上に、コレクタ層を形成するコレクタ層形成工程と、前記コレクタ層上に、炭素ドープのＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層を形成するベース層形成工程と、前記ベース層上に、ＩｎＰ層よりなるエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、前記エミッタ層をメサ型にパターニングするパターニング工程と、前記エミッタ層をパターニングすることにより露出した前記ベース層上に、炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層又は炭素ドープのＧａＩｎＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層を形成するベース引き出し層形成工程と、前記ベース引き出し層上にベース電極を形成するベース電極形成工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、ベース抵抗ＲBを大幅に低減することができる。これにより、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおける最大発信周波数ｆmaxを向上することができる。また、炭素ドープの半導体層を用いることにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。また、炭素ドープの上記材料をベース引き出し層に用いることにより、ベース引き出し層を効果的に低抵抗化でき、また、半導体装置の信頼性をも高めることができる。
【００１３】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記エミッタ層パターニング工程工程の後に、前記エミッタ層をパターニングすることにより露出した領域の前記ベース層を除去するベース層除去工程を更に有し、前記ベース引き出し層形成工程では、前記ベース層を除去することにより露出した前記コレクタ層上に、側面において前記ベース層に接続された前記ベース引き出し層を形成することが望ましい。
【００１４】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記ベース引き出し層形成工程では、前記ベース層を構成する材料と格子整合する材料により前記ベース引き出し層を形成することが望ましい。ベース層を構成する材料に対して格子整合する材料によりベース引き出し層を形成すれば、格子歪みに起因する半導体装置の特性劣化を防止することができる。
【００１６】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記ベース引き出し層形成工程の前に、前記ベース層中の水素を脱離するための熱処理工程を更に有することが望ましい。ベース層中の水素を脱離すれば、この水素と結合していた炭素が電気的に活性化するので、ベース層の抵抗値を更に低減することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記パターニング工程の後に、前記エミッタ層よりなるメサの側壁にサイドウォール絶縁膜を形成するサイドウォール絶縁膜形成工程を更に有することが望ましい。
【００１７】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記ベース引き出し層形成工程の後に、前記ベース引き出し層上に前記ベース引き出し層を保護する表面保護層を形成する表面保護層形成工程を更に有することが望ましい。ベース引き出し層の表面を覆う表面保護膜を設けることにより、ベース引き出し層上における表面再結合を抑制することができる。これにより、電流利得のサイズ依存を抑制できるとともに、半導体装置の信頼性をも高めることができる。
【００１８】
また、本発明の半導体装置の構造は、半導体基板上にコレクタ層、ベース層、エミッタ層が順次堆積された半導体装置のみならず、半導体基板上にエミッタ層、ベース層、コレクタ層が順次堆積されたいわゆるコレクタアップ構造の半導体装置にも適用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図２及び図３は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００２０】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１を用いて説明する。
半絶縁性ＩｎＰ基板１０上には、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなるコレクタコンタクト層１２が形成されている。コレクタコンタクト層１２上には、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層よりなるコレクタ層１４が形成されている。コレクタ層１４上には、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層１６が形成されている。ベース層１６上には、ｎ−ＩｎＰ層よりなるエミッタ層１８が形成されている。エミッタ層１８上には、ｎ＋−ＩｎＰ層よりなるエミッタコンタクト層２０と、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなるエミッタコンタクト層２２が形成されている。エミッタコンタクト層２２上には、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜よりなるエミッタ電極２６が形成されている。エミッタコンタクト層２２、２０、エミッタ層１８はメサ型に加工されており、エミッタメサの側壁にはＳｉＮ膜よりなるサイドウォール絶縁膜２８が形成されている。また、露出したベース層１６上には、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０が形成されている。ベース引き出し層３０上にはベース電極３２が形成されている。また、ベース引き出し層３０、ベース層１６、コレクタ層１４はメサ型に加工されており、露出したコレクタコンタクト層１２上にはコレクタ電極３６が形成されている。こうして、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴが構成されている。
【００２１】
ここで、本実施形態による半導体装置は、ベース層１６上に、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０が形成されていることに特徴がある。
最大発信周波数ｆｍａｘに影響を与えるベース抵抗ＲＢは、エミッタメサからベース電極までのシート抵抗と、ベース層とベース電極とのコンタクト抵抗とによって決定される。
【００２２】
図１１に示す従来の半導体装置では、ベース層１０６に炭素ドープのＩｎＧａＡｓを用いているが、このような場合、ベース層１０６の低抵抗化が十分に達成できなければ、結果としてベース抵抗ＲＢも大幅に増加し、ひいては最大発振周波数ｆｍａｘが低下することとなる。
しかしながら、図１に示す本実施形態の半導体装置では、ベース層１６上にｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を設けているので、ベース層１６の低抵抗化が十分でない場合であっても、ベース引き出し層３０によって真性ベース領域（エミッタ層１８直下のベース層１６の領域）とベース電極３２との間の抵抗値を大幅に低減することができる。したがって、ベース抵抗ＲＢも大幅に低減され、最大発振周波数ｆｍａｘを向上することができる。
【００２３】
また、ベース電極３２は、低抵抗のｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０上に形成するので、ベース電極３２とベース層１６との間のコンタクト抵抗をも低減することができる。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図２及び図３を用いて説明する。
【００２４】
まず、半絶縁性ＩｎＰ基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚３５０ｎｍ、電子濃度１×１０１９ｃｍ−３）よりなるコレクタコンタクト層１２と、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚３００ｎｍ）よりなるコレクタ層１４と、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚３０ｎｍ、ホール濃度１×１０１９ｃｍ−３）よりなるベース層１６と、ｎ−ＩｎＰ層（膜厚５０ｎｍ、電子濃度３×１０１７ｃｍ−３）よりなるエミッタ層１８と、ｎ＋−ＩｎＰ層（膜厚２５ｎｍ、電子濃度５×１０１８ｃｍ−３）よりなるエミッタコンタクト層２０と、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚５０ｎｍ、電子濃度１×１０１９ｃｍ−３）よりなるエミッタコンタクト層２２と、ＷＳｉ膜２４とを順次堆積する（図２（ａ））。
【００２５】
次いで、ＷＳｉ膜２４を、例えばドライエッチングによりパターニングし、ＷＳｉ膜２４よりなるエミッタ電極２６を形成する。
続いて、エミッタ電極２６をマスクとして、例えばＨ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏよりなるエッチング液を用い、ｎ+−ＩｎＧａＡｓ層よりなるエミッタコンタクト層２２を選択的にエッチングする。
【００２６】
この後、同様にエミッタ電極２６をマスクとして、例えばＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４よりなるエッチング液を用い、ＩｎＰよりなるエミッタキャップ層２０及びエミッタ層１８を選択的にエッチングする。
こうして、ベース層１６上に、エミッタ層１８、エミッタコンタクト層２０、エミッタコンタクト層２２、エミッタ電極２６よりなるエミッタメサを形成する（図２（ｂ））。
【００２７】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法によりＳｉＮ膜を堆積した後に異方性エッチングを行い、エミッタメサの側壁にのみＳｉＮ膜を残存させる。こうして、エミッタメサの側壁に、ＳｉＮ膜よりなるサイドウォール絶縁膜２８を形成する（図２（ｃ））。
続いて、このようにエミッタメサを形成した基板をアニールする。このアニールは成膜段階でベース層１６中に導入される水素を脱離させるものであり、アニールを行うことにより水素パッシベーションを防止することができる。なお、約１２０℃程度以上のアニールを行うことにより、膜中の水素を脱離することができる。
【００２８】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、ベース層１６であるＩｎＧａＡｓ層を露出した状態でアニールを行うので、エミッタ層１８等がベース層１６上に形成されている場合よりも効果的に水素を除去することができる。
この後、エミッタメサの周囲に露出したベース層１６上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、高濃度に炭素をドープした膜厚約１２５ｎｍのｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を選択成長する。
【００２９】
ＧａＡｓＳｂは、５×１０２０ｃｍ−３程度の高濃度の炭素ドーピングが可能であり、ベース層１６に接続される高濃度のｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を形成することによりベースのシート抵抗ＲＢ及びコンタクト抵抗を大幅に低減することができる。
なお、ベース引き出し層３０を構成する材料は、Ｉｎを含まない系であってベース層１６を構成する材料に格子整合する材料から選択することが望ましい。Ｉｎを含む系では経験的に水素パッシベーションが多いことが確認されており、また、格子不整合があると格子歪みが導入されて特性劣化をもたらす虞があるからである。
【００３０】
ＧａＡｓＳｂの場合には、ＧａＡｓ１−ｘＳｂｘとして、アンチモンの組成比ｘを、０．１≦ｘ≦０．９の範囲で設定することにより、ＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層に格子整合させることができる。
また、ベース抵抗ＲＢ低減の効果を十分に得るためには、ベース引き出し層３０として、例えば１×１０２０ｃｍ−３程度以上の高濃度ドーピングを行うことが望ましい。ベース引き出し層３０中の不純物濃度は、ベース引き出し層３０の膜厚等に応じて適宜調整することが望ましい。
【００３１】
次いで、ベース引き出し層３０上に、例えばリフトオフ法により、例えばＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のベース電極３２を形成する（図３（ａ））。
続いて、エミッタメサを覆い、ベース電極３２上に延在するレジストマスク３４を形成した後、レジストマスク３４及びベース電極３２をマスクとして、ベース引き出し層３０、ベース層１６、コレクタ層１４を順次エッチングする。
【００３２】
こうして、コレクタ層層１４、ベース層１６、ベース引き出し層３０よりなるベースメサを形成する（図３（ｂ））。
この後、露出したコレクタコンタクト層１２上に、例えばリフトオフ法により、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のコレクタ電極３６を形成する（図３（ｃ））。
こうして、ベース層１６が炭素ドープのｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなり、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなる低抵抗のベース引き出し層３０を有するＨＢＴを構成することができる。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、ベース層１６上に、高濃度に炭素をドープした低抵抗のｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を設けるので、ベース抵抗ＲＢを大幅に低減することができる。これにより、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおける最大発信周波数ｆｍａｘを向上することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置及びその製造方法について図４乃至図６を用いて説明する。なお、第１実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００３４】
図４は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図５及び図６は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態では、ベース抵抗ＲＢを低減しうる他の半導体装置及びその製造方法について説明する。
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図４を用いて説明する。
【００３５】
第１実施形態による半導体装置及びその製造方法では、ベース層１６上にｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を形成したが、ベース引き出し層３０の側部においてベース層１６に接続されるようにしてもよい。
すなわち、図４に示すように、エミッタコンタクト層２２、２０、エミッタ層１８、ベース層１６によりエミッタメサを構成し、コレクタ層１４上に形成したベース引き出し層３０をベース層１６の側面においてベース層１６に接続するようにすることができる。このようにして半導体装置を構成することによっても、ベース抵抗ＲＢを低減することができる。
【００３６】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図５及び図６を用いて説明する。
まず、図２（ａ）乃至（ｃ）に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、エミッタコンタクト層２２、２０、エミッタ層１８よりなるエミッタメサと、その側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜２８を形成する（図５（ａ））。
【００３７】
次いで、例えばＨ３ＰＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏよりなるエッチング液を用い、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層１６を選択的にエッチングする（図５（ｂ））。
続いて、このようにエミッタメサを形成した基板をアニールする。このアニールは成膜段階でベース層１６中に導入される水素を脱離させるものであり、アニールを行うことにより水素パッシベーションを防止することができる。
【００３８】
この後、エミッタメサの周囲に露出したコレクタ層１４上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、高濃度に炭素をドープした膜厚約１５５ｎｍのｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を選択成長する（図６（ａ））。
次いで、図３（ａ）乃至（ｃ）に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ベース層１６が炭素ドープのｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなり、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなる低抵抗のベース引き出し層３０を有するＨＢＴを構成する（図６（ｂ））。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、ｐ++−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０をベース層１６の側部に接続するように設けることによっても、ベース抵抗ＲBを大幅に低減することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による半導体装置及びその製造方法について図７乃至図９を用いて説明する。
【００４０】
図７は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図８は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図７を用いて説明する。
本実施形態による半導体装置は、基本的な構造は図１に示す第１実施形態による半導体装置の構造と同じであるが、ベース引き出し層３０上に、ＩｎＰよりなる表面保護層３８が形成されていることに特徴がある。
【００４１】
このようにしてｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０上にＩｎＰよりなる表面保護層３８を設けることにより、ベース引き出し層３０を構成するｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層の表面再結合を抑制することができるので、電流利得のサイズ依存を抑制できるとともに信頼性をも高めることができる。
なお、表面保護層３８を設ける場合には、ベース電極３２としては、例えばＰｄ／Ｚｎ／Ｐｔ／Ａｕ等のアロイ系の電極を用いる。
【００４２】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図８を用いて説明する。
まず、例えば図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、エミッタコンタクト層２２、２０、エミッタ層１８よりなるエミッタメサと、その側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜２８を形成する（図８（ａ））。
【００４３】
次いで、このようにエミッタメサを形成した基板をアニールする。このアニールは成膜段階でベース層１６中に導入される水素を脱離させるものであり、アニールを行うことにより水素パッシベーションを防止することができる。
続いて、エミッタメサの周囲に露出したベース層１６上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、高濃度に炭素をドープした膜厚約１２５ｎｍのｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０を選択成長する。
【００４４】
この後、ベース引き出し層３０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、膜厚約３０ｎｍのＩｎＰ層よりなる表面保護層３８を形成する（図８（ｂ））。
次いで、表面保護層３８上に、例えばリフトオフ法により、例えばＰｄ／Ｚｎ／Ｐｔ／Ａｕ構造の電極材を堆積してアロイ化し、ベース電極３２を形成する（図９（ａ））。
【００４５】
この後、例えば図３（ｂ）及び（ｃ）に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、ベース層１６が炭素ドープのｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層よりなり、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなる低抵抗のベース引き出し層３０を有するＨＢＴを構成する（図９（ｂ））。
このように、本実施形態によれば、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層３０の表面を覆う表面保護膜３８を設けるので、ベース引き出し層３０を構成するｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層上の表面再結合を抑制することができる。これにより、電流利得のサイズ依存を抑制できるとともに信頼性をも高めることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、表面保護層３８を第１実施形態による半導体装置に適用した場合を示したが、第２実施形態による半導体装置にも同様に適用することができる。
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００４７】
例えば、上記実施形態では、コレクタ層１４、ベース層１６、エミッタ層１８がこの順にＩｎＰ基板１０上に形成された構造の半導体装置に本発明を適用した場合を示したが、ＩｎＰ基板上に、エミッタ層、ベース層、コレクタ層がこの順に堆積された、いわゆるコレクタアップ構造の半導体装置においても同様に適用することができる。
【００４８】
第１実施形態による半導体装置の構造を、コレクタアップ構造の半導体装置に適用した一例について図１０を用いて説明する。
半絶縁性ＩｎＰ基板４０上には、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚３５０ｎｍ、電子濃度１×１０１９ｃｍ−３）よりなるエミッタコンタクト層４２が形成されている。エミッタコンタクト層４２上には、ｎ＋−ＩｎＰ層（膜厚２５ｎｍ、電子濃度５×１０１８ｃｍ−３）よりなるエミッタコンタクト層４４が形成されている。エミッタコンタクト層４４上には、ｎ−ＩｎＰ層（膜厚５０ｎｍ、電子濃度３×１０１７ｃｍ−３）よりなるエミッタ層４６が形成されている。エミッタ層４６上には、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚３０ｎｍ、ホール濃度１×１０１９ｃｍ−３）よりなるベース層４８が形成されている。ベース層４８上には、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚３００ｎｍ）よりなるコレクタ層５０が形成されている。コレクタ層５０上には、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層（膜厚５０ｎｍ、電子濃度１×１０１９ｃｍ−３）よりなるコレクタコンタクト層５２が形成されている。コレクタコンタクト層５２上には、ＷＳｉ膜よりなるコレクタ電極５４が形成されている。コレクタコンタクト層５２、コレクタ層５０はメサ型に加工されており、コレクタメサの側壁にはＳｉＮ膜よりなるサイドウォール絶縁膜５６が形成されている。また、露出したベース層４８上には、ｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層５８が形成されている。ベース引き出し層５８上には、ベース電極６０が形成されている。また、ベース引き出し層５８、ベース層４８、エミッタ層４６、エミッタコンタクト層４４はメサ型に加工されており、露出したエミッタコンタクト層４２上にはエミッタ電極６２が形成されている。
【００４９】
このようにしてコレクタアップ構造のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴを構成することにより、コレクタアップ構造の半導体装置の場合にもベース抵抗ＲＢを低減することができる。
なお、図１０に示す半導体装置は、第１実施形態による半導体装置の構造をコレクタアップ構造の半導体装置に適用した場合であるが、同様に、第２及び第３実施形態による半導体装置の構造をコレクタアップ構造の半導体装置に適用することもできる。
【００５０】
また、上記実施形態では、ベース層１６、４８としてｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層を用いた場合の水素パッシベーションの問題を主体に説明したが、ベース引き出し層３０、５８を設けることによるベース抵抗ＲＢの低減効果は、ベース層１６、４８にｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層以外の層を適用する半導体装置においても極めて有効である。したがって、ベース層として、低抵抗化が容易であるＧａＡｓＳｂ層を適用する場合であっても、ベース引き出し層３０、５８を設けることによって更にベース抵抗ＲＢを低減することができる。また、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴのみならず、ＧａＡｓ系のＨＢＴにおいても同様の構造を適用することができる。
【００５１】
また、ベース引き出し層３０、５８として用いる膜は必ずしもｐ＋＋−ＧａＡｓＳｂ層である必要はない。すなわち、ベース引き出し層としては、ベース層又はコレクタ層若しくはエミッタ層上にエピタキシャル成長することが可能であり、ベース抵抗ＲＢを低減しうる材料であれば、如何なる半導体層であってもよい。例えば、ＧａＩｎＡｓＳｂ層を適用することができる。
【００５２】
また、上記実施形態では、ベース層及びコレクタ層にＩｎＧａＡｓ層を用いたシングルヘテロ構造のバイポーラトランジスタに適用した例を示したが、コレクタ層にＩｎＰ層或いはＩｎＧａＡｓＰ層を用いたダブルへテロ構造のバイポーラトランジスタにも同様に適用することができる。
また、ベース層１６、４８に、ＩｎｘＧａ１ーｘＡｓとして、組成比ｘを徐々に変化した傾斜組成のベース層を用いた場合にも同様に適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、コレクタ層と、コレクタ層に一方の面が接続された炭素ドープのＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層と、ベース層の他方の面に接続されたＩｎＰ層よりなるエミッタ層と、ベース層に電気的に接続された炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層と、ベース引き出し層上に形成されたベース電極とにより半導体装置を構成するので、ベース抵抗ＲＢを大幅に低減することができる。これにより、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおける最大発信周波数ｆｍａｘを向上することができる。また、炭素ドープの半導体層を用いることにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、半導体基板上に、第１の半導体層を形成する第１の半導体層形成工程と、第１の半導体層上に、炭素ドープのＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層を形成するベース層形成工程と、ベース層上に、第２の半導体層を形成する第２の半導体層形成工程と、第２の半導体層をメサ型にパターニングするパターニング工程と、第２の半導体層をパターニングすることにより露出したベース層上に、ベース引き出し層を形成するベース引き出し層形成工程と、ベース引き出し層上にベース電極を形成するベース電極形成工程とにより半導体装置を製造することにより、ベース抵抗ＲＢを大幅に低減することができる。これにより、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴにおける最大発信周波数ｆｍａｘを向上することができる。また、炭素ドープの半導体層を用いることにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本発明の第２実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図６】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図７】本発明の第３実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図９】本発明の第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１０】本発明の第１実施形態の変形例による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ＩｎＰ基板
１２…コレクタコンタクト層
１４…コレクタ層
１６…ベース層
１８…エミッタ層
２０…エミッタコンタクト層
２２…エミッタコンタクト層
２４…ＷＳｉ膜
２６…エミッタ電極
２８…サイドウォール絶縁膜
３０…ベース引き出し層
３２…ベース電極
３４…レジストマスク
３６…コレクタ電極
３８…表面保護膜
４０…ＩｎＰ基板
４２…エミッタコンタクト層
４４…エミッタコンタクト層
４６…エミッタ層
４８…ベース層
５０…コレクタ層
５２…コレクタコンタクト層
５４…コレクタ電極
５６…サイドウォール絶縁膜
５８…ベース引き出し層
６０…ベース電極
６２…エミッタ電極
１００…ＩｎＰ基板
１０２…コレクタコンタクト層
１０４…コレクタ層
１０６…ベース層
１０８…エミッタ層
１１０…エミッタコンタクト層
１１２…エミッタ電極
１１６…ベース電極
１１８…コレクタ電極

Claims (14)

  1. ＩｎＰ基板と、
    前記ＩｎＰ基板上に形成されたコレクタ層と、
    前記コレクタ層に一方の面が接続された炭素ドープのＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層と、
    前記ベース層の他方の面に接続されたＩｎＰ層よりなるエミッタ層と、
    前記ベース層に電気的に接続された炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層と、
    前記ベース引き出し層上に形成されたベース電極と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記ベース引き出し層は、前記炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層に代えて、炭素ドープのＧａＩｎＡｓＳｂ層により形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. ＩｎＰ基板と、
    前記ＩｎＰ基板上に形成されたコレクタ層と、
    前記コレクタ層に一方の面が接続された炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層よりなるベース層と、
    前記ベース層の他方の面に接続されたＩｎＰ層よりなるエミッタ層と、
    前記ベース層に電気的に接続された炭素ドープのＧａＩｎＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層と、
    前記ベース引き出し層上に形成されたベース電極と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記ベース引き出し層は、前記ベース層の前記他方の面上に形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記ベース引き出し層は、前記ベース層と接続された前記コレクタ層の面上に形成されており、その側面が前記ベース層の側面に接続されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記ベース電極が形成された面の前記ベース引き出し層上に、前記ベース引き出し層を保護する表面保護層を更に有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記ベース引き出し層中の不純物濃度は、１×１０20ｃｍ-3以上である
    ことを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
    前記ベース引き出し層は、前記ベース層に格子整合している
    ことを特徴とする半導体装置。
  9. ＩｎＰ基板上に、コレクタ層を形成するコレクタ層形成工程と、
    前記コレクタ層上に、炭素ドープのＩｎＧａＡｓ層よりなるベース層を形成するベース層形成工程と、
    前記ベース層上に、ＩｎＰ層よりなるエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、
    前記エミッタ層をメサ型にパターニングするパターニング工程と、
    前記エミッタ層をパターニングすることにより露出した前記ベース層上に、炭素ドープのＧａＡｓＳｂ層又は炭素ドープのＧａＩｎＡｓＳｂ層よりなるベース引き出し層を形成するベース引き出し層形成工程と、
    前記ベース引き出し層上にベース電極を形成するベース電極形成工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    前記エミッタ層パターニング工程工程の後に、前記エミッタ層をパターニングすることにより露出した領域の前記ベース層を除去するベース層除去工程を更に有し、
    前記ベース引き出し層形成工程では、前記ベース層を除去することにより露出した前記コレクタ層上に、側面において前記ベース層に接続された前記ベース引き出し層を形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 請求項９又は１０記載の半導体装置の製造方法において、
    前記ベース引き出し層形成工程では、前記ベース層を構成する材料と格子整合する材料により前記ベース引き出し層を形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記ベース引き出し層形成工程の前に、前記ベース層中の水素を脱離するための熱処理工程を更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記パターニング工程の後に、前記エミッタ層よりなるメサの側壁にサイドウォール絶縁膜を形成するサイドウォール絶縁膜形成工程を更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記ベース引き出し層形成工程の後に、前記ベース引き出し層上に前記ベース引き出し層を保護する表面保護層を形成する表面保護層形成工程を更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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