JP2000133654A

JP2000133654A - バイポーラトランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP2000133654A
Application number: JP10302169A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Shiina; 泰一椎名
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ベース層の水素濃度が低く良好な特性を示す
バイポーラトランジスタを簡易な製造工程で経済的に製
造する方法を提供する。【解決手段】本製造方法は、有機金属気相成長法を用
いて、Ｇa Ａs 基板上に、それぞれ、化合物半導体から
なる、コレクタ層１６、１８、炭素をｐ型不純物として
含むベース層２０、エミッタ層２２、エミッタキャップ
層２４を、順次、エピタキシャル成長させてエピタキシ
ャル層を形成する過程で、エミッタ層の成長開始以降で
かつ電極層の成長開始前に、水素・砒素非直接結合型有
機砒素化合物ガスを含み、かつ、水素と砒素が直接結合
している砒素化合物ガスを含まない水素雰囲気下で６０
０℃以上７００℃以下の温度で熱処理をエピタキシャル
層に施す。これにより、ベース層中の水素を放散させ、
かつベース中の不純物である炭素を活性化させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素をｐ型不純物
として含むベース層をＧa Ａs 基板上に有するバイポー
ラトランジスタの製造方法に関し、更に詳細には、通電
初期でも安定した電流増幅率を示し、かつ長時間通電し
ても電流増幅率が低下しないＧa Ａs 系バイポーラトラ
ンジスタを経済的に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（He
terojunction Bipolar Transistor,ＨＢＴ）は、ベース
層よりバンドギャップ・エネルギーの大きな化合物半導
体をエミッタ層に使ったトランジスタであって、ベース
層からエミッタ層への少数キャリアの注入がバンドギャ
ップ・エネルギーの大きなエミッタ層によって抑制され
ることにより、電流利得が大きくなる利点を有する。こ
のような利点から、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
は、移動体通信の増幅素子として広く使われていて、特
に、Ｇa Ａs 基板上に作製されたバイポーラトランジス
タはトランジスタ特性が良好であることから、その用途
が広がっている。

【０００３】ここで、図４を参照して、代表的なＧa Ａ
s 系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を説明す
る。図４に示すヘテロ接合バイポーラトランジスタ４０
は、Ｇa Ａs 基板上に形成されたＧa Ａs 系ヘテロ接合
バイポーラトランジスタであって、基本的には、半絶縁
性（ＳＩ）Ｇa Ａs 基板４２上に、ｎ⁺−（高濃度ｎ型
不純物含有）Ｇa Ａs ４６、ｎ−（低濃度ｎ型不純物含
有）Ｇa Ａs （又はｉ（真性）Ｇa Ａs ）コレクタ層４
８、ｐ⁺−（高濃度ｐ型不純物含有）Ｇa Ａs （又はＡ
ｌＧa Ａs ）ベース層５２、ｎ−ＡｌＧa Ａs エミッタ
層５４、ｎ−Ｇa Ａs （又はＡｌＧaＡs ）エミッタキ
ャップ層（又は第２エミッタ層）５８、及び、ｎ⁺−Ｉ
ｎＧaＡs 電極層５９を備えている。コレクタ層４６、
ベース層５２、及びエミッタキャップ層５８は、それぞ
れ、その上面に、コレクタ電極４４、ベース電極５０及
びエミッタ電極５６を備えている。炭素（Ｃ）は、亜鉛
（Ｚｎ）やベリリウム（Ｂｅ）などと比べて、拡散定数
が小さく、コレクタ層及びエミッタ層との境界で急峻な
濃度勾配のｐ型不純物層を作り易いという理由から、ベ
ース層５２のｐ型不純物には、炭素が多用されている。

【０００４】上述のＧa Ａs 系バイポーラトランジスタ
４０を作製するには、従来、先ず、ＳＩ−Ｇa Ａs 基板
４２上に、順次、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により、ｎ⁺
−Ｇa Ａs 層４６、Ｇa Ａsコレクタ層４８、ベース層
５２、エミッタ層５４、エミッタキャップ層５８、及
び、電極層５９をエピタキシャル成長させて、化合物半
導体層のエピタキシャル層を形成する。次いで、電極層
５９上にマスクを形成し、そのマスクを使って、沸酸と
過酸化水素水の混合液のような適当なエッチャントを使
って、電極層５９、エミッタキャップ層５８及び第エミ
ッタ層５４を選択的にウエットエッチングして、エミッ
タメサを形成すると共にベース層５２を露出させる。続
いて、エッチング工程、リフトオフ等による電極形成工
程等を経て、Ｇa Ａs 系バイポーラトランジスタ４０を
得ることができる。

【０００５】ところが有機金属気相成長法を用いて、作
製したヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、特に
断らないかぎり、バイポーラトランジスタと言う）を長
時間使用すると、ベース層中に混入した水素に起因し
て、電流増幅率が経時的に次第に低下することが知られ
ている（Bahl等 IEEE Electron Device Lett. 17, 44
6, 1996）。また、電流増幅率の経時的低下の問題とは
別に、従来の方法で作製したバイポーラトランジスタで
は、通電開始当初、例えば数秒から数十分の間の通電初
期に、電流増幅率が急激に増加するという、電流増幅率
の初期不安定性の問題がある。この現象が発生する原因
も、ベース層中の水素が再結合中心となって、電流を消
費しているためであることがわかっている（伏見等日本
物理学会講演概要集第５３巻第１号第２分冊１５０頁１
ｐ−Ｔ−５）。

【０００６】ベース層に水素が存在するのは、ＭＯＣＶ
Ｄ法によるベース層のエピタキシャル成長中、砒素源と
して供給されたアルシン（ＡｓＨ₃）等中の水素が、ｐ
型不純物として供給される炭素と結合することにより、
ベース層に混入するからである。通電初期の電流増幅率
が極めて低いのは、通電当初、ベース層中に存在してい
るＨ⁺が、注入された電子とホールの結合反応の触媒と
して働くために、注入された電流の半分ぐらいしか有効
に作用しないからであると言われている。そして、通電
開始後、時間の経過につれてＨ⁺自身が反応してＨ⁺の
量が減少し行き、例えば、１０秒後には、ベース層中に
Ｈ⁺が無くなって、Ｈ^-のみになる。Ｈ^-は安定であっ
て、電子を消費する反応の触媒として働かないので、電
流増幅率や電流は一定になる。

【０００７】このように、ベース層中に水素が存在する
ことにより、電流増幅率を始めとして様々な問題が起こ
るため、ベース層中の水素量を低減化することが、バイ
ポーラトランジスタの製造方法の課題になっている。と
ころで、ベース層中の水素は、高温アニール処理を施す
ことにより、ベース層から放散して減少するので、これ
を利用して、従来、次のような処理方法が、提案され、
或いは実施されている。

【０００８】第１の方法は、例えば特開平９−６４０５
４号公報に開示されているように、ＭＯＣＶＤ法により
化合物半導体のエピタキシャル積層構造を形成し、次い
でエミッタメサを加工してベース層を露出させた後、不
活性ガス雰囲気中で５００℃から６００℃の温度で熱処
理を施し、ベース層中の炭素不純物を活性化させると共
にベース層中の水素を拡散脱離させる方法である。第２
の方法は、例えば特開平９−２０５１０１号公報に開示
されているように、先ず、ＭＯＣＶＤ法によりコレクタ
層、ベース層、エミッタ層、及びエミッタキャップ層の
各化合物半導体エピタキシャル層を順次形成する。次い
で、不活性ガス雰囲気中で熱処理を施してベース層中の
炭素不純物を活性化し、続いて、エミッタキャップ層上
に第２のエミッタ層及び第２のエミッタキャップ層を、
順次、再成長させる方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した第１
の方法では、水素が、エッチングにより露出したベース
層領域から主として拡散脱離するので、ベース層中の水
素濃度にばらつきが生じるという問題があり、また、エ
ミッタメサ形成のエッチング工程を実施した後に、ベー
ス層の脱水素アニール処理を行っているので、製造工程
が複雑になり、製造費が嵩むという問題があった。

【００１０】また、第２の方法では、エミッタ層を成長
させた後、一旦、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉からウエハを
取り出して熱処理炉に入れてアニール処理し、再びＭＯ
ＣＶＤ装置の反応炉に入れて第２のエミッタ層及び第２
のエミッタキャップ層を成長させることが必要である。
これでは、基板の装置入れ換えが多く、化合物半導体層
の積層に多くの時間と工数が必要で、製造費が嵩む。ま
た、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出す代わりに、Ｍ
ＯＣＶＤ装置の反応炉内を窒素等の不活性ガス雰囲気下
にして脱水素アニール処理を行うことも考えられる。し
かし、反応炉に送入する窒素等の不活性ガスは、ＭＯＣ
ＶＤ法の際にキャリアガスとして使用する超高純度の水
素ガスに比べて、不純物が多く遙に純度が低いために、
反応炉内が不純物で汚染され、後に続くＭＯＣＶＤ法に
よる第２のエミッタ層及び第２のエミッタキャップ層の
成膜の支障になるという問題がある。

【００１１】上述のように、従来の方法には種々の問題
があって、実用化が難しく、このような問題のない脱水
素方法が求められている。そこで、本発明の目的は、ベ
ース層の水素濃度が低いバイポーラトランジスタを簡易
な製造工程で経済的に製造する方法を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、製造工程を
簡易にするには、ＭＯＣＶＤ法のよる化合物半導体層の
エピタキシャル層の形成中に、ベース層の脱水素アニー
ル処理を行うことが重要であると考え、種々の実験の末
に、本発明を完成するに到った。

【００１３】上記目的を達成するために、本発明に係る
バイポーラトランジスタの製造方法は、Ｇa Ａs 基板上
に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、そ
れぞれエピタキシャル成長させた化合物半導体層からな
る、コレクタ層、炭素をｐ型不純物として含むベース
層、エミッタ層及び電極層を少なくとも備えたエピタキ
シャル層を有するバイポーラトランジスタの製造方法に
おいて、エピタキシャル層の形成過程で、エミッタ層の
エピタキシャル成長開始後で、かつ電極層の成長開始前
に、水素・砒素非直接結合型有機砒素化合物ガスを含
み、かつ、水素と砒素が直接結合している砒素化合物ガ
スを含まない水素雰囲気下で６００℃以上７００℃以下
の温度で熱処理をエピタキシャル層に施す熱処理工程を
有することを特徴としている。

【００１４】本発明方法は、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキ
シャル成長法を用いて化合物半導体層のエピタキシャル
層を形成する過程で、エミッタ層をエピタキシャル成
長させている途中で、一旦、エミッタ層のエピタキシャ
ル成長を一時中断し、あるいはエミッタ層のエピタキ
シャル成長を終了した後に、あるいはエミッタキャッ
プ層のエピタキシャル成長を一時中断し、また最も望ま
しくはエミッタキャップ層成長後、水素・砒素非直接
結合型有機砒素化合物、例えばトリメチル砒素又はトリ
エチル砒素の分圧を有する水素ガスの雰囲気下で、６０
０℃以上の温度でエピタキシャル層に熱処理を施すこと
により、ベース層から水素を排除すると共にベース層中
のｐ型不純物である炭素が水素と離れることにより活性
化している。

【００１５】本発明方法で、水素・砒素非直接結合型有
機砒素化合物とは、水素と砒素とが直接結合していない
有機砒素化合物を意味し、例えばトリメチル砒素（Ａｓ
（ＣＨ₃）₃）又はトリエチル砒素（Ａｓ（Ｃ₂Ｈ₅）₃）
等を言い、水素基が砒素と直接結合している砒素化合
物、例えばアルシン（ＡｓＨ₃）やターシャリーブチル
アルシン（（ＣＨ₃）₃ＣＡｓＨ₂）等を除く意であ
る。ターシャリーブチルアルシン（（ＣＨ₃）₃ＣＡｓ
Ｈ₂）等は、砒素と直接結合している水素基が解離し易
く、熱処理時に用いると、砒素から解離した水素がベー
ス層中に進入するので、本発明方法では、水素基が砒素
と直接結合している砒素化合物を除いている。

【００１６】本発明方法では、エミッタ層の成長途中又
は成長後、エミッタ層の成長に使った同じエピタキシャ
ル成長装置の反応炉を使用して熱処理を施し、再び反応
炉でエミッタ層の成長継続及び電極層の成長を行うこと
が出来る。それは、不純物の多い不活性ガスでなく不純
物の少ない水素ガスをキャリアガスにした水素雰囲気を
熱処理雰囲気としているので、反応炉の汚染が生じない
からであって、これにより、基板の装置入れ換えが無
く、バイポーラトランジスタの製造工程を簡易にするこ
とができる。

【００１７】本発明方法では、熱処理をエミッタ層の成
膜中、又は成膜後に行う。それは、ベース層の成膜後で
あって、エミッタ層の成膜前に熱処理を行うと、激しい
表面凹凸（ステップバンチング）がベース層に発生する
上に、熱処理により折角ベース層中の水素量を低減して
も、エミッタ層あるいはエミッタキャップ層の成膜中に
再び水素が導入されるからである。また、ＩｎＧa Ａs
電極層を成膜した後に熱処理を行うと、高温雰囲気に晒
されたＩｎＧa Ａs 電極層の表面凹凸や結晶の劣化を招
くことになる。よって、熱処理は、エミッタ層の成膜
中、若しくは成膜後、又はエミッタキャップ層の成膜
中、若しくは成膜後であって、電極層の成膜前に行わな
ければならない。また、エミッタ層の成長中や成膜後あ
るいはエミッタキャップ層の成膜中に熱処理を行う場合
も、製造工程のなるべく後の時期に行うようにする。

【００１８】本発明方法によれば、熱処理工程中、水素
源であるアルシンを遮断しているので、水素はベース層
に侵入しない。また、本発明方法の熱処理雰囲気を形成
する水素ガス、及びトリメチル砒素又はトリエチル砒素
等の水素・砒素非直接結合型有機砒素化合物は、水素が
直接金属（この場合は砒素）に結合していないので、水
素基が遊離し難く、よって半導体結晶中に取りこまれる
ことがない。また、熱処理の雰囲気が水素ガス単独で形
成されている場合には、化合物半導体層から砒素の脱離
が生じて、化合物半導体結晶が劣化するが、本発明方法
では、砒素源を供給しているので、そのような砒素の脱
離の現象は生じない。更には、砒素源を供給している本
発明方法では、熱処理温度を高くしても、砒素の脱離が
ないので、６００℃以上の高温度で熱処理を施すことに
より、熱処理時間を短縮することができる。また、熱処
理温度を７００℃以下に限定したのは、１）７００℃以
上の高温熱処理を行うと、砒素の脱離が引き起こされる
こと、２）高温熱処理中に不純物が入り易くなること、
３）高温熱処理中に、ｎ型やｐ型の不純物（シリコンや
炭素）が拡散して、急峻な不純物分布が得られなくなる
こと等の理由に因る。

【００１９】好適には、熱処理工程では、水素ガスに対
する比率が１／５００００容量比以上の水素・砒素非直
接結合型有機砒素化合物ガスを含む水素雰囲気下で３分
間以上熱処理を行う。水素・砒素非直接結合型有機砒素
化合物ガスの水素ガスに対する比率を１／５００００容
量比以上にしているのは、１／５００００容量比未満で
あると、砒素の脱離が生じるからである。尚、水素・砒
素非直接結合型有機砒素化合物ガスの水素ガスに対する
比率を１／１００００以上にしても、砒素の脱離の抑制
効果は変わらない。水素・砒素非直接結合型有機砒素化
合物ガスを含む水素雰囲気の圧力は、１０Torrから７６
０Torrの範囲である。

【００２０】本発明方法は、エミッタ層がＧa Ａs 層で
形成されている（ホモ接合）バイポーラトランジスタの
製造方法にも、エミッタ層がＩｎＧa Ｐ層、ＡｌＧa Ａ
s 層或いはＩｎＧa Ａs 層で形成されているヘテロ接合
バイポーラトランジスタの製造方法にも適用できる。ま
た、本発明方法は、上述のバイポーラトランジスタとは
コレクタ層とエミッタ層のＧa Ａs 基板に対する上下の
位置が逆になっているコレクタアップ型バイポーラトラ
ンジスタの製造にも適用できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。以下の実施形態例でガス源の種類、化合物
半導体層の膜厚、イオンドーズ量等は例示であって、当
然のことながら、本発明方法がこれらに制約されるわけ
ではない。実施形態例１本実施形態例は、本発明に係るバイポーラトランジスタ
の製造方法の実施形態の一例であって、図１（ａ）〜
（ｃ）及び図２（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、本実施形
態例の製造方法に従ってヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを作製する際の工程毎の基板の積層構造を示す断面
図である。本実施形態例では、図１（ａ）に示すよう
に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、半絶縁性のＳＩ−Ｇa Ａs
基板１２上に、Ｇa Ａs からなる膜厚１００ｎｍのバッ
ファ層１４、ｎ⁺−Ｇa Ａs からなる膜厚５００ｎｍの
サブコレクタ層１６、ｎ−Ｇa Ａs からなるコレクタ層
１８、ｐ⁺−Ｇa Ａs からなる膜厚７０ｎｍのベース層
２０、ｎ−Ｉｎ_0.48Ｇa_0.52Ｐからなる膜厚５０ｎｍの
エミッタ層２２、及び、ｎ−Ｇa Ａs からなる膜厚２０
０ｎｍのエミッタキャップ層２４をエピタキシャル成長
させる。

【００２２】なお、ＭＯＣＶＤ法による各層のエピタキ
シャル成長では、キャリアガスとして水素、ガリウム源
としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）、砒素源としてアルシン（Ａｓ
Ｈ₃）、アルミニウム源としてトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）、インジウム源としてトリメチルインジウム
（ＴＭＩ）、燐源としてホスフィン（ＰＨ₃）を用い
る。一般には、ｎ型ドーパントとしてＳｉが用いられ、
Ｓｉ源にはジシラン（Ｓｉ ₂Ｈ₆）が使用される。ま
た、ｐ型ドーパントとして炭素（Ｃ）が用いられ、Ｃ源
には、通常、次の３通りのＣ源、即ち、ＴＭＧ又はＴ
ＥＧの炭素をＣ源として、ベース層にＣが進入し易いよ
うに、低温、かつ低Ｖ／III 比の成膜条件でベース層を
成膜する。ＴＭＡｓ（トリメチル砒素）の炭素をＣ源
とする。ＣＣｌ₄（４塩化炭素）やＣＢｒ₄（４臭化
炭素）の炭素をＣ源とする。

【００２３】以下に、各層のエピタキシャル成長につい
て更に説明する。先ず、Ｇa Ａs バッファ層１４を成長
温度６５０℃でエピタキシャル成長させる。次いで、バ
ッファ層１４上にｎ⁺−ＧａＡｓサブコレクタ層１６を
成長温度６５０℃でエピタキシャル成長させる。この時
のｎ型不純物の濃度は、約３〜５×１０¹⁸個／ｃｍ³程
度、例えば４×１０¹⁸個／ｃｍ³である。続いて、サブ
コレクタ層１６上に、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層１８を成
長温度６５０℃でエピタキシャル成長させる。この時の
ｎ型不純物の濃度は、例えば２×１０¹⁶個／ｃｍ³であ
る。コレクタ層１８上にｐ型不純物として炭素（Ｃ）を
高濃度、例えば４×１０¹⁹ 個／ｃｍ³で含むｐ⁺−Ｇａ
Ａｓからなるベース層２０を成長温度６００℃でエピタ
キシャル成長させる。本実施形態例ではＣ源としてＣＢ
ｒ₄を用いている。

【００２４】次いで、ベース層２０上にｎ−Ｉｎ_0.48Ｇ
a_0.52Ｐエミッタ層２２を成長温度６００℃でエピタキ
シャル成長させる。ｎ型不純物の濃度は、例えば２×１
０¹⁷個／ｃｍ³である。続いて、エミッタキャップ層２
４を成長温度６００℃でエピタキシャル成長させる。ｎ
型不純物の濃度は、例えば１×１０¹⁸個／ｃｍ³であ
る。

【００２５】エミッタキャップ層２４を成長させた後、
ＭＯＣＶＤ成膜装置の反応炉内の反応ガスを水素ガスと
トリメチル砒素ガスとの混合ガスで置換し、６５０℃で
５分間保持して熱処理（アニール処理）を施す。この
時、キャリアガスは水素ガスであり、水素ガスに対して
トリメチル砒素を流量比、水素：トリメチル砒素＝５０
００：１＝２０リットル／分：４cc／分で流す。アニー
ル処理時の水素雰囲気の圧力は、１０Torrから７６０To
rrの範囲である。

【００２６】その後、同じＭＯＣＶＤ装置を使って、低
温の成膜条件で、例えば５００℃でＩｎＧa Ａs からな
るエミッタ電極層（コンタクト層）をエミッタキャップ
層２４上に成膜する。本実施形態例では、図１（ｂ）に
示すように、エミッタ電極層は、第１電極層及び第２電
極層の２層の電極層で形成されていて、エミッタキャッ
プ層２４上に成膜される第１電極層２６は、ｎ⁺−Ｉｎ
_XＧa_1-XＡs で形成され、エミッタキャップ層２４から
離れるにつれてＸが０．０から０．５まで階層状に増大
する膜厚５０ｎｍの電極層である。第１電極層２６のｎ
型不純物の濃度は、例えば１〜３×１０¹⁹個／ｃｍ³で
ある。第１電極層２６上の第２電極層２８は、ｎ⁺−Ｉ
ｎ_0.5Ｇa_0.5Ａs で形成された膜厚５０ｎｍの電極層で
ある。第２電極層２８のｎ型不純物の濃度は、例えば３
×１０¹⁹個／ｃｍ³である。

【００２７】次いで、第２電極層２８上にレジスト膜を
成膜し、パターニングしてエミッタパターンを有するマ
スクを形成し、そのマスクを使って第２電極層２８、第
１電極層２６、エミッタキャップ層２４及びエミッタ層
２６をエッチングして、図１（ｃ）に示すように、エッ
チングメサを形成すると共に、ベース層２０を露出させ
る。

【００２８】次いで、同様にフォトリソグラフィ及びエ
ッチング法により、ベース層２０、コレクタ層１８を選
択的にエッチングして、図２（ｄ）に示すように、サブ
コレクタ層１６を露出させる。次に、図示しないが、Ｇ
a Ａs 基板１２の素子形成領域間にＨ⁺やＯ^--をイオン
注入して高電気抵抗の素子分離領域を形成し、素子同士
を分離する。次いで、図２（ｅ）に示すように、第２電
極層２８上にエミッタ電極３０、ベース層２０上にベー
ス電極３２、及びサブコレクタ層１６上にコレクタ電極
３４をそれぞれ真空蒸着法により形成する。エミッタ電
極３０及びベース電極３２は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層
金属膜からなるオーミック電極であり、コレクタ電極３
４は、ＡｕＧｅ／Ａｕの２層金属膜を熱処理してアロイ
化したオーミック電極である。続いて、図示しないが、
ＳｉＯ₂膜等の保護膜を全面に成膜し、必要な配線を形
成することにより、Ｇa Ａs 基板上にヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタを作製することができる。

【００２９】本実施形態例に従って試作した試料バイポ
ーラトランジスタのベース層中の水素量をＳＩＭＳ測定
法により計数したところ、１．０×１０¹⁸（個／ｃ
ｍ³）であった。一方、本発明方法で特定するアニール
処理を行わずに従来の方法に従って試作した従来例バイ
ポーラトランジスタのベース層中の水素量をＳＩＭＳ測
定法により計数したところ、１．５×１０¹⁹（個／ｃｍ
³）であった。これから判る通り、従来法に従って作製
した従来例バイポーラトランジスタに比べて、本実施形
態例に従って作製した試料バイポーラトランジスタは、
ベース層中の水素量が著しく少ない。

【００３０】また、本実施形態例に従って試作した試料
バイポーラトランジスタの電流増幅率を測定したとこ
ろ、図３のグラフ（１）に示す結果を得た。図３のグラ
フ（１）に示すように、試料バイポーラトランジスタの
電流増幅率は、通電開始直後の極めて短い時間を除いて
ほぼ安定して一定の値である。一方、従来の方法に従っ
て試作した従来例バイポーラトランジスタは、図３のグ
ラフ（２）に示すように、その電流増幅率が、通電開始
５０秒以降の安定した期間に比べて、著しく低く不安定
であって、電流増幅率の不安定な時間が、通電開始後３
０ないし４０秒の長い時間になる。また、本実施形態例
では、エミッタキャップ層２４を成長させたＭＯＣＶＤ
装置を使ってアニール処理を行い、再び同じＭＯＣＶＤ
装置を使ってエミッタ電極層２６、２８を成長させてい
るので、基板の装置入替えがなく、製造工程が簡易であ
る。

【００３１】実施形態例２本実施形態例では、常圧熱処理装置を使って、実施形態
例１のアニール処理の条件とは異なる次のような種々の
条件範囲でアニール処理を施す。温度：６００℃以上６５０℃以下圧力：７００Torr以上８００Torr以下ガス種：ＴＭＡｓ又はＴＥＡｓ水素ガスと含Ａｓガスの流量比：水素ガス：ＴＭＡｓ又はＴＥＡｓ＝５０リットル／分：１cc／分〜５０リットル／分：５０cc／分熱処理時間：３分以上４０分以下

【００３２】実施形態例１と同様にして、実施形態例２
に従って作製した試作バイポーラトランジスタのベース
層の水素量をＳＩＭＳ測定法により計数し、また電流増
幅率を測定したところ、実施形態例１の試作バイポーラ
トランジスタと同様の結果を得た。

【００３３】実施形態例３本実施形態例では、先ず、実施形態例１と同様にして、
半絶縁性のＳＩ−ＧaＡs 基板１２上に、順次、バッフ
ァ層１４、サブコレクタ層１６、コレクタ層１８、ベー
ス層２０、及び、エミッタ層２２を成長させる。次い
で、本実施形態例では、エミッタ層２２上にエミッタキ
ャップ層２４をエピタキシャル成長させ、エミッタキャ
ップ層２４が膜厚１８０ｎｍになった途中段階で、エミ
ッタキャップ層２４の成長を一旦中断して、ＭＯＣＶＤ
成膜装置の反応炉内の反応ガスを水素ガスとトリメチル
砒素ガスとの混合ガスで置換し、実施形態例１と同じ条
件でアニール処理を施す。アニール処理を施した後、中
断したエミッタキャップ層２４の成長を再開し、所定膜
厚になるように、例えば、残り２０ｎｍのエミッタキャ
ップ層２４を成長させる。その後は、実施形態例１と同
様にしてバイポーラトランジスタを作製する。

【００３４】実施形態例３に従って作製した試作バイポ
ーラトランジスタのベース層の水素量を実施形態例１と
同様にしてＳＩＭＳ測定法により計数したところ、実施
形態例１の試作バイポーラトランジスタと同様の結果を
得た。また、実施形態例３に従って試作した試料バイポ
ーラトランジスタの電極増幅率を測定したところ、図３
のグラフ（３）に示す結果を得た。図３のグラフ（３）
に示すように、試料バイポーラトランジスタの電流増幅
率の通電初期の安定性は、実施形態例１の試作バイポー
ラトランジスタの特性に比べてやや劣るものの通電開始
直後の極めて短い時間を除いてほぼ安定して一定の値で
あって、従来例バイポーラトランジスタの特性に比べて
遙に良好である。

【００３５】以上の実施形態例１〜３では、エミッタ層
にＩｎＧa Ｐを用いているが、ＧaＡs やＡｌＧa Ａs
を含むエミッタ層であっても良い。また、エミッタキャ
ップ層はＧa Ａs を用いているが、ＡｌＧa Ａs やＩｎ
Ｇa Ｐを含むエミッタキャップ層であってもよい。ま
た、ベース層の炭素源は、ＣＢｒ₄以外であっても良
い。更に、本発明方法は、実施形態例１から３で作製し
たバイポーラトランジスタとはＧa Ａs 基板に対するコ
レクタ層とエミッタ層の上下の位置が逆になっているコ
レクタアップ型バイポーラトランジスタの製造にも適用
でき、実施形態例１から３と同じ効果が得られる。尚、
この場合は、上述の実施形態例で、コレクタ層とエミッ
タ層とを逆に読みかえて、即ちコレクタ層の成長途中、
又はコレクタ層成長後、又はコレクタキャップ層の成長
途中、又はコレクタキャップ層の成長後にアニール処理
する。

【００３６】

【発明の効果】本発明方法によれば、エミッタ層の成長
中にエミッタ層のエピタキシャル成長を中断して、又は
エミッタ層をエピタキシャル成長させた後、水素・砒素
非直接結合型有機砒素化合物ガスを含む水素雰囲気下で
６００℃以上７００℃以下の温度で熱処理をエピタキシ
ャル層に施す熱処理工程を有する。本発明方法では、水
素・砒素非直接結合型有機砒素化合物ガスを含む水素雰
囲気下でエピタキシャル層に熱処理を施すことにより、
ベース層中の水素濃度が極めて低く、しかも砒素の脱離
がなく、従って、通電開始直後の電流増幅率の変動が小
さく、かつ長時間の通電でも電流増幅率が低下しない良
好なトランジスタ特性を示すバイポーラトランジスタを
経済的に簡易な工程で作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施形態
例の製造方法に従ってバイポーラトランジスタを作製す
る際の工程毎の基板の積層構造を示す断面図である。

【図２】図２（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、図１（ｃ）
に続いて、本実施形態例の製造方法に従ってバイポーラ
トランジスタを作製する際の工程毎の基板の積層構造を
示す断面図である。

【図３】電流増幅率の通電開始後初期の特性を示すグラ
フである。

【図４】ヘテロ結合バイポーラトランジスタの層構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

１２ＳＩ−Ｇa Ａs 基板１４Ｇa Ａs バッファ層１６ｎ⁺−Ｇa Ａs サブコレクタ層１８ｎ−Ｇa Ａs コレクタ層２０ｐ⁺−Ｇa Ａs ベース層２２ｎ−Ｉｎ_0.48Ｇa_0.52Ｐエミッタ層２４ｎ−Ｇa Ａs エミッタキャップ層２６ｎ⁺−Ｉｎ_XＧa_1-XＡs （Ｘ＝０．０→０．５）
第１電極層２８ｎ⁺−Ｉｎ_0.5Ｇa_0.5Ａs 第２電極層３０エミッタ電極３２ベース電極３４コレクタ電極４０バイポーラトランジスタ４２半絶縁性（ＳＩ）Ｇa Ａs 基板４４コレクタ電極４６ｎ⁺−Ｇa Ａs サブコレクタ層４８ｎ−Ｇa Ａs コレクタ層５０ベース電極５２ｐ⁺−Ｇa Ａs ベース層５４ｎ−ＡｌＧa Ａs エミッタ層５６エミッタ電極５８ｎ−Ｇa Ａs エミッタキャップ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｇa Ａs 基板上に、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、それぞれエピタキシャル成
長させた化合物半導体層からなる、コレクタ層、炭素を
ｐ型不純物として含むベース層、エミッタ層及び電極層
を少なくとも備えたエピタキシャル層を有するバイポー
ラトランジスタの製造方法において、エピタキシャル層の形成過程で、エミッタ層のエピタキ
シャル成長開始後で、かつ電極層の成長開始前に、水素
・砒素非直接結合型有機砒素化合物ガスを含み、かつ、
水素と砒素が直接結合している砒素化合物ガスを含まな
い水素雰囲気下で６００℃以上７００℃以下の温度で熱
処理をエピタキシャル層に施す熱処理工程を有すること
を特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項２】Ｇa Ａs 基板上に、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、それぞれエピタキシャル成
長させた化合物半導体層からなる、エミッタ層、炭素を
ｐ型不純物として含むベース層、コレクタ層及び電極層
を少なくとも備えたエピタキシャル層を有するコレクタ
アップ型のバイポーラトランジスタの製造方法におい
て、エピタキシャル層の形成過程で、コレクタ層のエピタキ
シャル成長開始後で、かつ電極層の成長開始前に、水素
・砒素非直接結合型有機砒素化合物ガスを含み、かつ、
水素と砒素が直接結合している砒素化合物ガスを含まな
い水素雰囲気下で６００℃以上７００℃以下の温度で熱
処理をエピタキシャル層に施す熱処理工程を有すること
を特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項３】熱処理工程では、水素ガスに対して１／
５００００容量比以上の比率の水素・砒素非直接結合型
有機砒素化合物ガスを含み、かつ、水素と砒素が直接結
合している砒素化合物ガスを含まない水素雰囲気下で３
分間以上熱処理を行うことを特徴とする請求項１又は２
に記載の記載のバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項４】水素・砒素非直接結合型有機砒素化合物
ガスが、トリメチル砒素ガス又はトリエチル砒素ガスで
あることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか
１項に記載のバイポーラトランジスタの製造方法。