JP2000124444A - Semiconductor device and epitaxial wafer - Google Patents

Semiconductor device and epitaxial wafer

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JP2000124444A
JP2000124444A JP10289258A JP28925898A JP2000124444A JP 2000124444 A JP2000124444 A JP 2000124444A JP 10289258 A JP10289258 A JP 10289258A JP 28925898 A JP28925898 A JP 28925898A JP 2000124444 A JP2000124444 A JP 2000124444A
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crystal
type conduction
showing
planar
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JP10289258A
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Japanese (ja)
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Takeshi Meguro
健 目黒
Shunichi Minagawa
俊一 皆川
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent defects caused by a GaAs substrate from propagating in an epitaxial layer in a HBT and an epitaxial wafer. SOLUTION: A semiconductor device has the following layers formed on a GaAs substrate 1 directly or via a buffer layer: a collector contact layer 2 showing an n-type conduction, a collector layer 3 showing an n-type conduction, a base layer 4 made of a GaAs crystal, an InGaAs crystal or an AlGaAs crystal showing a p-type conduction, an emitter layer 5 made of an AlGaAs crystal or an InGaP crystal forming a heterojunction to the base layer 4 and showing an n-type conduction, and an emitter contact layer 6 showing an n-type conduction. Here, a planar layer doped with In is made between the GaAs substrate 1 and the collector contact layer 2 or the buffer layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロバイポーラ
トランジスタ(HBT)などの半導体装置及びこれを形
成する基体となるエピタキシャルウェハ、特にAlGa
As/GaAs系HBTの電流増幅率βと寿命の改善に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a hetero-bipolar transistor (HBT) and an epitaxial wafer serving as a substrate for forming the semiconductor device, in particular, AlGa.
The present invention relates to improvement of current amplification factor β and life of As / GaAs-based HBT.

【0002】[0002]

【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラートランジスタ
(HBT)、ヘテロ接合FET(HEMT)等の半導体
装置は、GaAs等のIII −V族化合物半導体結晶のイ
ンゴットから切り出された化合物半導体ウェハ(半導体
基板上)に、種々の半導体層をエピタキシャル成長した
エピタキシャルウェハを用いて作製される。
2. Description of the Related Art A semiconductor device such as a heterojunction bipolar transistor (HBT) or a heterojunction FET (HEMT) is a compound semiconductor wafer (on a semiconductor substrate) cut out of an ingot of a III-V compound semiconductor crystal such as GaAs. Then, it is manufactured using an epitaxial wafer obtained by epitaxially growing various semiconductor layers.

【0003】このエピタキシャルウェハは、GaAs
(ガリウム砒素)、InP(インジウムガリウムリン)
のような2元系、InGaAs(インジウムガリウム砒
素)のような3元系、InGaAsP(インジウムガリ
ウム砒素リン)のような4元系、さらにはInAlGa
AsP(インジウムアルミニウムガリウム砒素リン)の
ような5元系のように様々な化合物半導体の多層構造か
ら成る。
[0003] This epitaxial wafer is made of GaAs.
(Gallium arsenide), InP (indium gallium phosphide)
, A ternary system such as InGaAs (indium gallium arsenide), a quaternary system such as InGaAsP (indium gallium arsenide phosphorus), and even InAlGa.
It has a multilayer structure of various compound semiconductors such as a quinary system such as AsP (indium aluminum gallium arsenide phosphorus).

【0004】例えば、AlGaAs/GaAs系HBT
は、GaAs基板上に、n型GaAsコレクタコンタク
ト層、n型GaAsコレクタ層、p型GaAsベース
層、n型AlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)エ
ミッタ層、n型の伝導を示すエミッタコンタクト層を順
次積層して構成される。また、ベース層にInGaAs
結晶又はAlGaAs結晶を用いたり、エミッタ層にI
nGaP結晶を用いるタイプのものもある。
For example, AlGaAs / GaAs HBTs
Describes a method in which an n-type GaAs collector contact layer, an n-type GaAs collector layer, a p-type GaAs base layer, an n-type AlGaAs (aluminum gallium arsenide) emitter layer, and an emitter contact layer showing n-type conduction are sequentially laminated on a GaAs substrate. It is composed. Moreover, InGaAs is used for the base layer.
Crystal or AlGaAs crystal, or the emitter layer
There is also a type using an nGaP crystal.

【0005】しかし、今まではエミッタ層やベース層に
着目して、結晶性やそれらの界面の改善を図ることで、
素子の信頼性を向上させようと試みられてきた。従っ
て、基板とその上に最初に成長するエピタキシャル層と
の界面については殆ど研究されておらず、従来方法では
基板上に特に何もせずに、直ちにコレクタコンタクト層
(コレクタコンタクト層を成長する前に酸素等のゲッタ
リングを目的としたバッファ層も含む)を成長してい
た。
However, until now, attention has been paid to the emitter layer and the base layer to improve the crystallinity and the interface between them,
Attempts have been made to improve the reliability of the device. Therefore, little research has been conducted on the interface between the substrate and the epitaxial layer that is first grown thereon. In the conventional method, the collector contact layer (before growing the collector contact layer immediately before the collector contact layer is grown) without any particular operation on the substrate. (Including a buffer layer for gettering oxygen and the like).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
法では、半導体基板上に特に何もせずに、直ちにコレク
タコンタクト層やバッファ層を成長していたため、基板
に潜在する欠陥がそのままエピタキシャル層にまで伝搬
してしまっていた。このため、HBTの特性において重
要な、ベース層やエミッタ層やその界面にまで、基板に
起因した欠陥が伝搬してしまい、電流増副率βを低下さ
せ、これに伴って素子の信頼性も低下してしまってい
た。
However, according to the conventional method, since the collector contact layer and the buffer layer are immediately grown on the semiconductor substrate without any particular operation, defects latent in the substrate propagate directly to the epitaxial layer. Had been done. For this reason, defects due to the substrate propagate to the base layer, the emitter layer, and their interfaces, which are important in the characteristics of the HBT, and the current increase / subtraction ratio β is reduced, and the reliability of the element is also reduced. Had dropped.

【0007】前記問題点を解決するためには、基板に起
因した欠陥をエピタキシャル層中に伝搬しないようにす
る必要がある。
In order to solve the above problem, it is necessary to prevent defects caused by the substrate from propagating into the epitaxial layer.

【0008】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、基板に起因した欠陥をエピタキシャル層中に伝搬し
ないようにした半導体装置及びエピタキシャルウェハを
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device and an epitaxial wafer which solve the above-mentioned problems and prevent a defect caused by a substrate from propagating into an epitaxial layer.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、GaAs(ガリウム砒素)
基板上に、直接に又はバッファ層を介して、n型の伝導
を示すコレクタコンタクト層と、n型の伝導を示すコレ
クタ層と、p型の伝導を示すGaAs(ガリウム砒素)
結晶、InGaAs(インジウムガリウム砒素)結晶又
はAlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)結晶のう
ちから1つからなるベース層と、前記ベース層に対して
ヘテロ接合を形成するn型の伝導を示すAlGaAs
(アルミニウムガリウム砒素)結晶又はInGaP(イ
ンジウムガリウムリン)結晶からなるエミッタ層と、n
型の伝導を示すエミッタコンタクト層とを順次積層した
半導体装置において、前記GaAs基板とコレクタコン
タクト層との間又はGaAs基板とバッファ層との間に
In(インジウム)のプレーナドープ層を設けたもので
ある(請求項1、2)。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises GaAs (gallium arsenide).
A collector contact layer exhibiting n-type conduction, a collector layer exhibiting n-type conduction, and GaAs (gallium arsenide) exhibiting p-type conduction on a substrate directly or through a buffer layer.
A base layer made of one of a crystal, an InGaAs (indium gallium arsenide) crystal and an AlGaAs (aluminum gallium arsenide) crystal, and an AlGaAs exhibiting n-type conductivity forming a heterojunction with the base layer.
An emitter layer made of (aluminum gallium arsenide) crystal or InGaP (indium gallium phosphide) crystal;
A semiconductor device in which emitter contact layers exhibiting a positive conduction are sequentially stacked, wherein a planar doped layer of In (indium) is provided between the GaAs substrate and the collector contact layer or between the GaAs substrate and the buffer layer. (Claims 1 and 2).

【0010】また、本発明のエピタキシャルウェハは、
MOVPE法(有機金属気相成長法)又はMBE法(分
子線エピタキシー法)を用いて、GaAs基板上に、直
接に又はバッファ層を介して、n型の伝導を示すコレク
タコンタクト層と、n型の伝導を示すコレクタ層と、p
型の伝導を示すGaAs結晶、InGaAs結晶又はA
lGaAs結晶のうちから1つからなるベース層と、前
記ベース層に対してヘテロ接合を形成するn型の伝導を
示すAlGaAs結晶又はInGaP結晶からなるエミ
ッタ層と、n型の伝導を示すエミッタコンタクト層とを
順次成長したエピタキシャルウェハにおいて、前記Ga
As基板とコレクタコンタクト層との間又はGaAs基
板とバッファ層との間にInをプレーナドープしたもの
である(請求項5、6)。
Further, the epitaxial wafer of the present invention comprises:
A collector contact layer exhibiting n-type conduction on a GaAs substrate, directly or via a buffer layer, by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxy); A collector layer exhibiting conduction of
GaAs crystal, InGaAs crystal or A
a base layer composed of one of the lGaAs crystals, an emitter layer composed of an AlGaAs crystal or an InGaP crystal exhibiting n-type conduction forming a heterojunction with the base layer, and an emitter contact layer exhibiting n-type conduction Are sequentially grown on the epitaxial wafer.
In is planar-doped with In between the As substrate and the collector contact layer or between the GaAs substrate and the buffer layer.

【0011】上記半導体装置又はエピタキシャルウェハ
においては、プレーナドープされたInのシート濃度が
少なくとも1×1011cm-2以上であることが好ましい
(請求項3、7)。
In the semiconductor device or the epitaxial wafer, it is preferable that the sheet concentration of the planar doped In is at least 1 × 10 11 cm −2 or more.

【0012】また、本発明の半導体装置又はエピタキシ
ャルウェハにおいては、前記Inのプレーナドープ層の
代わりに、InAs(インジウム砒素)のプレーナドー
プ層を設けてもよい(請求項4、8)。
Further, in the semiconductor device or the epitaxial wafer of the present invention, a planar doped layer of InAs (indium arsenide) may be provided instead of the planar doped layer of In.

【0013】本発明の要点は、前述のへテロバイポーラ
トランジスタ(HBT)の課題に対して、GaAs基板
とその上に成長するコレクタコンタクト層との界面にI
nをプレーナドープすることにより、GaAs基板に起
因した欠陥がその上に成長するエピタキシャル層中へ伝
搬しなくなることを見い出し、これにより、伝搬した欠
陥により抑制されていた電流増副率βを向上させること
ができ、HBT素子の信頼性を大幅に向上させることが
可能になった点にある。
The main point of the present invention is to meet the above-mentioned problem of the hetero bipolar transistor (HBT) by forming an interface between a GaAs substrate and a collector contact layer grown on the GaAs substrate.
It has been found that the planar doping of n prevents defects caused by the GaAs substrate from propagating into the epitaxial layer grown thereon, thereby improving the current increase rate β suppressed by the propagated defects. In this case, the reliability of the HBT element can be greatly improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on the illustrated embodiment.

【0015】図1に本発明を適用したAlGaAs/G
aAs系HBT用エピタキシャルウェハの構造を示す。
FIG. 1 shows an AlGaAs / G to which the present invention is applied.
1 shows the structure of an epitaxial wafer for aAs-based HBT.

【0016】図において、半絶縁性GaAs基板1上
に、コレクタコンタクト層2と、コレクタ層3とが積層
されている。上記コレクタコンタクト層2は厚さ500
nm、キャリア濃度5×1018cm-3のn+ 型GaAs層か
ら、また、上記コレクタ層3は厚さ500nm、キャリア
濃度2×1016cm-3のn- 型GaAs層から構成されて
いる。
In FIG. 1, a collector contact layer 2 and a collector layer 3 are laminated on a semi-insulating GaAs substrate 1. The collector contact layer 2 has a thickness of 500
nm, an n + -type GaAs layer having a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 , and the collector layer 3 is formed of an n -type GaAs layer having a thickness of 500 nm and a carrier concentration of 2 × 10 16 cm −3 . .

【0017】上記コレクタ層3上には、厚さ70nm、キ
ャリア濃度が4×1019cm-3のp+型GaAsベース層
4が形成され、その上にはエミッタ層5が形成されてい
る。
A p + -type GaAs base layer 4 having a thickness of 70 nm and a carrier concentration of 4 × 10 19 cm −3 is formed on the collector layer 3, and an emitter layer 5 is formed thereon.

【0018】エミッタ層5は、Siドープによるキャリ
ア濃度5×1017cm-3、厚さ100nmのn型Al0.3
0.7 As層5aと、この層5aの上にAlAs混晶比
xを0.3から0まで徐々に減少させて成長した、厚さ
約50nm、Siドープによるキャリア濃度5×1017cm
-3から5×1018cm-3のn+ 型Alx Ga1-x Asグレ
ーデッド層5bとから構成されている。
The emitter layer 5 is made of n-type Al 0.3 G having a carrier concentration of 5 × 10 17 cm -3 and a thickness of 100 nm by Si doping.
a 0.7 As layer 5a and a carrier concentration of 5 × 10 17 cm with a thickness of about 50 nm and grown on this layer 5a by gradually decreasing the AlAs mixed crystal ratio x from 0.3 to 0.
And an n + -type Al x Ga 1 -x As graded layer 5b of -3 to 5 × 10 18 cm -3 .

【0019】そして、エミッタ層5上には、エミッタコ
ンタクト層6として、厚さ100nm、Siドープによる
キャリア濃度5×1018cm-3のn+ 型GaAs層6a
と、この層6aの上に形成された厚さ50nm、Seドー
プによるキャリア濃度が1×1019cm-3から4×1019
cm-3のn+ 型Iny Ga1-y As(y=0→0.5)グ
レーデッド層6bと、このグレーデッド層6bの上に形
成された厚さ50nm、Seドープによるキャリア濃度4
×1019cm-3のn+ 型In0.5 Ga0.5 As層6cと
が、順に積層されている。
On the emitter layer 5, an n + -type GaAs layer 6 a having a thickness of 100 nm and a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 by Si doping is formed as an emitter contact layer 6.
And a thickness of 50 nm formed on this layer 6a and a carrier concentration by Se doping of 1 × 10 19 cm −3 to 4 × 10 19
cm −3 n + -type In y Ga 1 -y As (y = 0 → 0.5) graded layer 6 b, 50 nm thick formed on graded layer 6 b, carrier concentration by Se doping 4
× 10 19 cm −3 n + type In 0.5 Ga 0.5 As layers 6c are sequentially stacked.

【0020】更に、このHBTウェハは、半絶縁性Ga
As基板1と、コレクタコンタクト層2との界面に、矢
印7で示すようにInがプレーナドープされた構造とな
っている。
Further, this HBT wafer has a semi-insulating Ga
At the interface between the As substrate 1 and the collector contact layer 2, In is planar-doped as indicated by an arrow 7.

【0021】次に、以上のようなHBT用エピタキシャ
ルウェハの製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the above-described epitaxial wafer for HBT will be described.

【0022】有機金属気相成長法MOVPE法により、
図1に示すウェハ構造をエピタキシャル成長させる。成
長原料には、Gaの原料としてトリエチルガリウム(T
EGa)、Al原料としてTMAl(トリメチルアルミ
ニウム)又はTEAl(トリエチルアルミニウム)、A
s原料としてAsH3 (アルシン)を用いる。さらに、
n形のドーパント原料としてジシラン(Si2 6 )、
セレン化水素(H2 Se)を、p形のドーパント原料と
して炭素(C)のハロゲン化物(CBr4 、CCl
4 等)を用いる。
Metalorganic vapor phase epitaxy MOVPE method
The wafer structure shown in FIG. 1 is epitaxially grown. As a growth material, triethyl gallium (T
EGa), TMAl (trimethylaluminum) or TEAl (triethylaluminum) as an Al raw material, A
AsH 3 (arsine) is used as a raw material. further,
disilane (Si 2 H 6 ) as an n-type dopant material,
Hydrogen selenide (H 2 Se) is used as a p-type dopant raw material for a carbon (C) halide (CBr 4 , CCl).
4 etc.).

【0023】図示してない反応管内のサセプタに半絶縁
性GaAs基板1を配置し、高周波コイルによりサセプ
タを加熱して、GaAs基板1を暖める。
A semi-insulating GaAs substrate 1 is placed on a susceptor in a reaction tube (not shown), and the susceptor is heated by a high-frequency coil to warm the GaAs substrate 1.

【0024】GaAs層2,3,4,6aを成長する場
合、TEG(トリエチルガリウム)とAsH3 (アルシ
ン)を反応管へ送り込み、GaAs基板1上でTEGと
AsH3 の熱分解を生じさせ、GaAs結晶を成長させ
る。また、AlGaAs層5a,5bの結晶の場合に
は、TEGとTMAl(トリメチルアルミニウム)とA
sH3 を同時に流し、同一反応管中で連続的に成長す
る。
When growing the GaAs layers 2, 3 , 4, and 6a, TEG (triethyl gallium) and AsH 3 (arsine) are fed into a reaction tube, and thermal decomposition of TEG and AsH 3 is caused on the GaAs substrate 1. A GaAs crystal is grown. In the case of crystals of the AlGaAs layers 5a and 5b, TEG, TMAl (trimethylaluminum) and A
Simultaneously flow sH 3 and grow continuously in the same reaction tube.

【0025】これらコレクタコンタクト層2、コレクタ
層3、ベース層4、エミッタ層5及びエミッタコンタク
ト層6の化合物半導体を成長させる際には、成長温度を
500℃〜550℃の範囲内の一定温度に保って成長さ
せる。
When growing the compound semiconductors of the collector contact layer 2, the collector layer 3, the base layer 4, the emitter layer 5, and the emitter contact layer 6, the growth temperature is set to a constant temperature in the range of 500 ° C. to 550 ° C. Keep and grow.

【0026】ドーピング材料は、コレクタコンタクト層
2及びコレクタ層3については、ドーパント原料として
ジシランSi2 6 を用いてSiをドープする。ベース
層4のドーピング材料には、ここでは、Cのハロゲン化
物としてCBr4 を用いる。また、エミッタ層5のn型
Al0.25Ga0.75As層5aについてもSi2 6 を用
いてSiをドープする。そして、n+ 型InGaAsエ
ミッタコンタクト層6については、セレン化水素(H2
Se)を用いてSeをドープする。
As for the doping material, the collector contact layer 2 and the collector layer 3 are doped with Si using disilane Si 2 H 6 as a dopant material. Here, CBr 4 is used as a doping material of the base layer 4 as a halide of C. The n-type Al 0.25 Ga 0.75 As layer 5a of the emitter layer 5 is also doped with Si using Si 2 H 6 . Then, for the n + -type InGaAs emitter contact layer 6, hydrogen selenide (H 2
Se is doped using Se).

【0027】まず、半絶縁性GaAs基板1上に、コレ
クタコンタクト層2としてn+ 型GaAs結晶を成長す
る際には、それに先立ち、半絶縁性GaAs基板1の上
面に、Inをプレーナシート濃度が1×1011cm-2〜4
×1012cm-2となるドープ量でプレーナドープし、その
後、TEGa及びAsH3 ガス中にドーパントガスのS
2 6 (ジシラン)を同時に流し、大量のSiをガス
中にドーピングしながらGaAs結晶を成長する。その
上にコレクタ層3としてn- 型GaAs結晶を成長する
場合には、TMG及びAsH3 ガス中にSi2 6 を同
時に流し、少量のSiをドーピングしながらn- 型Ga
As結晶を成長させる。
First, when growing an n + -type GaAs crystal as the collector contact layer 2 on the semi-insulating GaAs substrate 1, prior to growing the n + -type GaAs crystal on the upper surface of the semi-insulating GaAs substrate 1, the concentration of In is reduced to a planar sheet concentration. 1 × 10 11 cm -2 to 4
× 10 12 cm −2, and then doping is performed. Then, the dopant gas S is added to TEGa and AsH 3 gas.
GaAs crystal is grown while i 2 H 6 (disilane) is simultaneously flowed and a large amount of Si is doped into the gas. When an n -type GaAs crystal is grown thereon as the collector layer 3, Si 2 H 6 is simultaneously flowed into TMG and AsH 3 gas, and n -type Ga
A As crystal is grown.

【0028】ベース層4については、ドーピング材料に
Cのハロゲン化物CBr4 を用いて、キャリア濃度4×
1019cm-3、厚さ約100nmのp型GaAsを成長させ
る。この場合、Cのハロゲン化物の供給量を一定とし、
V族原料の供給量を変化させてC濃度を制御することに
より、p型GaAsからなるベース層4のキャリア濃度
及び膜厚を制御することができる。ここでは、成長温度
を520℃、CBr4流量を4.9×10-2cc/分、T
EGa流量を2.0cc/分とした。このような条件で、
AsH3 流量を13〜98cc/分に変えると、キャリア
濃度は、0.6〜3.3×1019cm-3に変化した。一
方、成長速度は、AsH3 流量を変えても一定である。
なお、ベース層4のGaAsのp型ドーパントとして炭
素(C)を採用したのは、Cは拡散定数が小さいためH
BT素子の寿命が長く信頼性も高いためである。
The base layer 4 has a carrier concentration of 4 × using a halide CBr 4 of C as a doping material.
A p-type GaAs of 10 19 cm -3 and a thickness of about 100 nm is grown. In this case, the supply amount of the halide of C is fixed,
The carrier concentration and the film thickness of the base layer 4 made of p-type GaAs can be controlled by changing the supply amount of the group V raw material and controlling the C concentration. Here, the growth temperature is 520 ° C., the CBr 4 flow rate is 4.9 × 10 −2 cc / min,
The EGa flow rate was 2.0 cc / min. Under these conditions,
When the AsH 3 flow rate was changed from 13 to 98 cc / min, the carrier concentration changed from 0.6 to 3.3 × 10 19 cm −3 . On the other hand, the growth rate is constant even when the flow rate of AsH 3 is changed.
The reason why carbon (C) was employed as the GaAs p-type dopant for the base layer 4 is that C has a small diffusion constant and thus H
This is because the BT element has a long life and high reliability.

【0029】次に、上記ベース層4と同じ温度、つまり
520℃で、昇温用の中断時間を置くことなく、連続的
にエミッタ層5の結晶を成長させる。このエミッタ層5
としてn型AlGaAs層5a、5bの結晶を成長させ
る場合には、TEGa、TMAl及びAsH3 のガス中
にドーパントガスのSi2 6 (ジシラン)を同時に流
し、Siをガス中にドーピングしながらAlGaAs結
晶を成長する。
Next, the crystal of the emitter layer 5 is grown continuously at the same temperature as that of the base layer 4, that is, at 520 ° C. without any interruption time for raising the temperature. This emitter layer 5
AlGaAs n-type AlGaAs layer 5a, when growing 5b crystals, TEGa, flow Si 2 H 6 dopant gas in the gas TMAl and AsH 3 (the disilane) simultaneously, while Si doping in the gas as Grow crystals.

【0030】エミッタコンタクト層6としてn+ 型Ga
As層の結晶を成長する場合には、TEGaとAsH3
のガス中に、ドーパントガスとしてセレン化水素(H2
Se)を同時に流し、Seをガス中に多量にドーピング
しながらn+ 型GaAs結晶を成長する。
As the emitter contact layer 6, n + Type Ga
When growing a crystal of an As layer, TEGa and AsH 3 are used.
Of hydrogen selenide (H 2
Se) is simultaneously flowed, and an n + -type GaAs crystal is grown while doping Se into the gas in a large amount.

【0031】上記の構造に対して、従来の構造(基板と
コレクタコンタクト層との界面にプレーナドープをして
いない構造)と、本発明の上記構造のHBT用エピタキ
シャルウェハをそれぞれ成長し、簡易プロセスによりエ
ミッタサイズ100ミクロン角の評価HBTを作製し、
エミッタの電流密度103 A/cm2 での電流増輻率βを
比較した。
With respect to the above-described structure, a conventional structure (a structure in which the interface between the substrate and the collector contact layer is not planar-doped) and an HBT epitaxial wafer having the above-described structure of the present invention are grown, respectively. To make an HBT with an emitter size of 100 microns square.
The current increase rate β at a current density of 10 3 A / cm 2 of the emitter was compared.

【0032】なお、Inのプレーナドープ量はシート濃
度で1×1012cm-2とした。また、Inをプレーナドー
プした効果のみを比較するため、プレーナドープ以外の
エピタキシャル成長条件は両者を同じにした。
The planar doping amount of In was 1 × 10 12 cm −2 in sheet concentration. In addition, in order to compare only the effect of planar doping of In, epitaxial growth conditions other than planar doping were the same for both.

【0033】上記電流増輻率βを評価した結果、今回用
いた構造では、従来のプレーナドープ無しの方法で成長
したHBTのβは100程度であるのに対して、本発明
のプレーナドープ有りの方法で成長したHBTでのβは
150を越え、1.5倍程度電流増輻率βを向上させる
ことができた。
As a result of evaluating the current increase rate β, in the structure used this time, the β of HBT grown by the conventional method without planar doping is about 100, whereas the β of the present invention is In the HBT grown by the method, β exceeded 150, and the current increase rate β could be improved about 1.5 times.

【0034】この電流増輻率βの向上は、エピタキシャ
ル層中の欠陥を大幅に低減することにより可能になった
と考えられる。また、電流増輻率βと信頼性には関係が
あり、同じ構造では電流増輻率βが高いほど、信頼性が
向上することが解っている。
It is considered that the improvement of the current increase rate β was made possible by greatly reducing defects in the epitaxial layer. In addition, there is a relationship between the current increase rate β and the reliability, and it has been found that in the same structure, the higher the current increase rate β is, the higher the reliability is.

【0035】よって、本発明により電流増輻率βを大幅
に向上させることがき、また、これによりHBT素子の
信頼性の向上もかなり期待できると言える。
Therefore, it can be said that the present invention can greatly improve the current increase rate β, and that the reliability of the HBT element can be considerably improved.

【0036】プレーナドープするInのシート濃度の数
値範囲について、検討した。その結果、下限について
は、1×1011cm-2より高ければ、電流増輻率βの改善
効果は認められた。上限については良く分からないが、
4×1012cm-2でも、電流増輻率βの改善効果は認めら
れた。
The numerical range of the sheet concentration of planarly doped In was examined. As a result, when the lower limit was higher than 1 × 10 11 cm −2, the effect of improving the current increase rate β was recognized. I'm not sure about the upper limit,
Even at 4 × 10 12 cm −2 , the effect of improving the current increase rate β was recognized.

【0037】上記実施形態では、基板上に直ちにコレク
タコンタクト層を成長する形態において、基板とコレク
タコンタクト層の界面にInをプレーナドープしたが、
コレクタコンタクト層を成長する前に酸素等のゲッタリ
ングを目的としたバッファ層を成長する形態において、
基板とバッファ層との界面にInをプレーナドープした
場合も、同様に、電流増輻率βの改善効果が認められ
た。
In the above embodiment, In the embodiment in which the collector contact layer is grown immediately on the substrate, In is planar-doped at the interface between the substrate and the collector contact layer.
In a mode of growing a buffer layer for the purpose of gettering oxygen or the like before growing a collector contact layer,
Similarly, when In was planar-doped at the interface between the substrate and the buffer layer, the effect of improving the current increase rate β was also observed.

【0038】また、上記実施形態では、Inを基板とコ
レクタコンタクト層との界面にプレーナドープしたが、
Inを用いる代わりに、InAsを用いてプレーナドー
プしても、同様な電流増輻率βの改善効果が得られた。
但し、格子不整合が有るため、InAsプレーナドープ
層の膜厚を臨界膜厚(約3nm)以下としないと結晶自体
が壊れるため、効果が無くなる。下限については、2原
子層以上積めば電流増輻率βの向上が見られた。
In the above embodiment, In is planar-doped at the interface between the substrate and the collector contact layer.
The same effect of improving the current increase rate β was obtained by planar doping using InAs instead of using In.
However, since there is lattice mismatch, unless the thickness of the InAs planar doped layer is set to a critical thickness (about 3 nm) or less, the crystal itself is broken, and the effect is lost. As for the lower limit, improvement of the current increase rate β was observed when two or more atomic layers were stacked.

【0039】更にまた、上記実施形態では、MOVPE
法を用いて半導体装置又はエピタキシャルウェハを製造
する場合を説明したが、これに限らず、MBE法(分子
線エピタキシー法)などの、他の薄膜成長法を用いて製
造する形態に本発明を適用しても、上記と同様の効果を
得ることができる。
Further, in the above embodiment, the MOVPE
A case in which a semiconductor device or an epitaxial wafer is manufactured using the method has been described, but the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to a form manufactured using another thin film growth method such as an MBE method (molecular beam epitaxy method). Even in this case, the same effect as above can be obtained.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明の半導体装置及びエピタキシャル
ウェハによれば、GaAs基板とその上に成長するコレ
クタコンタクト層又はバッファ層との界面にInをプレ
ーナドープした構成を有するので、基板に起因した欠陥
がその上に成長するエピタキシャル層中へ伝搬しなくな
る。このため、HBT等の半導体装置において、伝搬し
た欠陥により抑制されていた電流増副率βを向上させる
ことができ、素子の信頼性を大幅に向上させることがで
きる。また、本発明によれば、電流増輻率βと信頼性を
改善したHBT用エピタキシャルウェハを提供すること
ができるようになる。
According to the semiconductor device and the epitaxial wafer of the present invention, since the interface between the GaAs substrate and the collector contact layer or the buffer layer grown thereon is planar-doped with In, the defect caused by the substrate is obtained. Does not propagate into the epitaxial layer grown thereon. For this reason, in a semiconductor device such as an HBT, the current increase ratio β suppressed by the propagated defect can be improved, and the reliability of the element can be greatly improved. Further, according to the present invention, it is possible to provide an epitaxial wafer for HBT with improved current enhancement rate β and reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用したHBT用エピタキシャルウェ
ハの構造例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structural example of an epitaxial wafer for HBT to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性GaAs基板 2 コレクタコンタクト層 3 コレクタ層 4 ベース層 5 エミッタ層 6 エミッタコンタクト層 7 矢印(Inプレーナドープ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semi-insulating GaAs substrate 2 Collector contact layer 3 Collector layer 4 Base layer 5 Emitter layer 6 Emitter contact layer 7 Arrow (In planar doping)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/338 29/812 Fターム(参考) 5F003 AZ07 BB05 BC01 BC05 BE01 BE05 BF06 BM03 BP08 BP31 BP32 5F052 JA05 KA02 KA05 5F102 GJ05 HC01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/338 29/812 F-term (Reference) 5F003 AZ07 BB05 BC01 BC05 BE01 BE05 BF06 BM03 BP08 BP31 BP32 5F052 JA05 KA02 KA05 5F102 GJ05 HC01

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】GaAs基板上に、n型の伝導を示すコレ
クタコンタクト層と、n型の伝導を示すコレクタ層と、
p型の伝導を示すGaAs結晶、InGaAs結晶又は
AlGaAs結晶のうちの1つからなるベース層と、前
記ベース層に対してヘテロ接合を形成するn型の伝導を
示すAlGaAs結晶又はInGaP結晶からなるエミ
ッタ層と、n型の伝導を示すエミッタコンタクト層とを
順次積層した半導体装置において、前記GaAs基板と
前記コレクタコンタクト層との間にInのプレーナドー
プ層を設けたことを特徴とする半導体装置。
1. A collector contact layer showing n-type conductivity, a collector layer showing n-type conductivity on a GaAs substrate,
a base layer made of one of a GaAs crystal, an InGaAs crystal and an AlGaAs crystal exhibiting p-type conduction, and an emitter made of an AlGaAs crystal or an InGaP crystal exhibiting n-type conduction forming a heterojunction with the base layer A semiconductor device in which a layer and an emitter contact layer exhibiting n-type conduction are sequentially stacked, wherein a planar doped layer of In is provided between the GaAs substrate and the collector contact layer.
【請求項2】GaAs基板上に、バッファ層と、n型の
伝導を示すコレクタコンタクト層と、n型の伝導を示す
コレクタ層と、p型の伝導を示すGaAs結晶、InG
aAs結晶又はAlGaAs結晶のうちの1つからなる
ベース層と、前記ベース層に対してヘテロ接合を形成す
るn型の伝導を示すAlGaAs結晶又はInGaP結
晶からなるエミッタ層と、n型の伝導を示すエミッタコ
ンタクト層とを順次積層した半導体装置において、前記
GaAs基板と前記バッファ層との間にInのプレーナ
ドープ層を設けたことを特徴とする半導体装置。
A buffer layer, a collector contact layer exhibiting n-type conduction, a collector layer exhibiting n-type conduction, a GaAs crystal exhibiting p-type conduction, and InG.
a base layer made of one of an aAs crystal or an AlGaAs crystal, an emitter layer made of an AlGaAs crystal or an InGaP crystal showing an n-type conduction forming a heterojunction with the base layer, and showing an n-type conduction A semiconductor device in which an emitter contact layer is sequentially stacked, wherein a planar dope layer of In is provided between the GaAs substrate and the buffer layer.
【請求項3】請求項1又は2記載の半導体装置におい
て、プレーナドープされたInのシート濃度が少なくと
も1×1011cm-2以上であることを特徴とする半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the sheet concentration of the planar-doped In is at least 1 × 10 11 cm −2 or more.
【請求項4】請求項1又は2記載の半導体装置におい
て、前記Inのプレーナドープ層の代わりに、InAs
のプレーナドープ層を設けたことを特徴とする半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein InAs is used instead of said In-planar doped layer.
A semiconductor device provided with a planar doped layer.
【請求項5】MOVPE法又はMBE法を用いて、Ga
As基板上に、n型の伝導を示すコレクタコンタクト層
と、n型の伝導を示すコレクタ層と、p型の伝導を示す
GaAs結晶、InGaAs結晶又はAlGaAs結晶
のうちの1つからなるベース層と、前記ベース層に対し
てヘテロ接合を形成するn型の伝導を示すAlGaAs
結晶又はInGaP結晶からなるエミッタ層と、n型の
伝導を示すエミッタコンタクト層とを順次成長したエピ
タキシャルウェハにおいて、前記GaAs基板と前記コ
レクタコンタクト層との間にInをプレーナドープした
ことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
5. The method according to claim 1, wherein the GaVPE method or the MBE method is used.
On an As substrate, a collector contact layer showing n-type conduction, a collector layer showing n-type conduction, and a base layer made of one of GaAs crystal, InGaAs crystal, or AlGaAs crystal showing p-type conduction. AlGaAs showing n-type conductivity forming a heterojunction with the base layer
In an epitaxial wafer in which an emitter layer made of a crystal or InGaP crystal and an emitter contact layer exhibiting n-type conduction are sequentially grown, In is planar-doped between the GaAs substrate and the collector contact layer. Epitaxial wafer.
【請求項6】MOVPE法又はMBE法を用いて、Ga
As基板上に、バッファ層と、n型の伝導を示すコレク
タコンタクト層と、n型の伝導を示すコレクタ層と、p
型の伝導を示すGaAs結晶、InGaAs結晶又はA
lGaAs結晶のうちの1つからなるベース層と、前記
ベース層に対してヘテロ接合を形成するn型の伝導を示
すAlGaAs結晶又はInGaP結晶からなるエミッ
タ層と、n型の伝導を示すエミッタコンタクト層とを順
次成長したエピタキシャルウェハにおいて、 前記GaAs基板と前記バッファ層との間にInをプレ
ーナドープしたことを特徴とするエピタキシャルウェ
ハ。
6. The method according to claim 1, wherein the GaVPE method or the MBE method is used.
A buffer layer, a collector contact layer exhibiting n-type conduction, a collector layer exhibiting n-type conduction,
GaAs crystal, InGaAs crystal or A
a base layer made of one of lGaAs crystals, an emitter layer made of AlGaAs crystal or InGaP crystal showing n-type conductivity forming a heterojunction with the base layer, and an emitter contact layer showing n-type conductivity 1. An epitaxial wafer, wherein In is planar-doped between the GaAs substrate and the buffer layer.
【請求項7】請求項5又は6記載のエピタキシャルウェ
ハにおいて、プレーナドープされたInのシート濃度が
少なくとも1×1011cm-2以上であることを特徴とする
エピタキシャルウェハ。
7. The epitaxial wafer according to claim 5, wherein the sheet concentration of the planar-doped In is at least 1 × 10 11 cm −2 or more.
【請求項8】請求項5又は6記載のエピタキシャルウェ
ハにおいて、前記Inをプレーナドープする代わりに、
InAsをプレーナドープすることを特徴とするエピタ
キシャルウェハ。
8. The epitaxial wafer according to claim 5, wherein said In is planarly doped instead of In.
An epitaxial wafer characterized by planar doping of InAs.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004327938A (en) * 2003-04-28 2004-11-18 Sumitomo Chem Co Ltd Compound semiconductor epitaxial substrate
US6914274B2 (en) * 2002-04-19 2005-07-05 Sumitomo Chemical Company, Limited Thin-film semiconductor epitaxial substrate having boron containing interface layer between a collector layer and a sub-collector layer
JP2015096460A (en) * 2013-09-27 2015-05-21 ウルトラテック インク Epitaxial growth of compound semiconductor using lattice adjusting domain matching epitaxy

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