JP2001077123A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ

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JP2001077123A
JP2001077123A JP24610699A JP24610699A JP2001077123A JP 2001077123 A JP2001077123 A JP 2001077123A JP 24610699 A JP24610699 A JP 24610699A JP 24610699 A JP24610699 A JP 24610699A JP 2001077123 A JP2001077123 A JP 2001077123A
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JP
Japan
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layer
collector
contact layer
epitaxial wafer
wafer
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JP24610699A
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Hiroyuki Kamogawa
弘幸 鴨川
Yukio Sasaki
幸男 佐々木
Shoichi Nagao
彰一 長尾
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレクタコンタクト層及びコレクタ層の結晶
欠陥を減少させてベータを増加させると共に、信頼性を
向上させてHBTの寿命を延ばすことができるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハを提
供する。 【解決手段】 気相エピタキシャル法により、基板上6
に、少なくともコレクタコンタクト層5と、コレクタ層
4と、ベース層3と、エミッタ層2とが順次積層される
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウ
ェハにおいて、上記コレクタ層4及びコレクタコンタク
ト層5にドーパントとしてSeを添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相エピタキシャ
ル法で作られるHTB用エピタキシャルウェハに係り、
特に電流利得を向上したヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ用エピタキシャルウェハに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、気相エピタキシャル法で作られ
るヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HTB)用エピ
タキシャルウェハが知られている。
【0003】このHTB用エピタキシャルウェハは、半
絶縁性GaAs基板(ウェハ)上に、MOVPE法やM
BE法といった気相エピタキシャル成長法により、Ga
Asコレクタコンタクト層、GaAsコレクタ層、Ga
Asベース層、AlGaAsエミッタ層、及びInGa
Asエミッタコンタクト層からなるエピタキシャル層を
積層することにより形成されている。
【0004】コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層
は、その導電型としてn−p−nとp−n−pタイプの
2種があるが、n−p−nタイプの導電型でエピタキシ
ャル層が積層される場合がほとんどであるため、以下に
n−p−nの導電型を持つエピタキシャルウェハについ
て説明する。
【0005】n−p−nの導電型を持つエピタキシャル
ウェハは、n型の層に添加されるnタイプのドーパント
としては、Siが一般に使われ、またpタイプのドーパ
ントとしては炭素、亜鉛、ベリリウムといった元素が用
いられる。
【0006】そして、このHTB用エピタキシャルウェ
ハからHBTを作製する場合、コレクタコンタクト層の
上にコレクタ電極が形成され、また、エミッタコンタク
ト層は、エミッタ電極形成後、通常アロイされずに使用
させるため、SiまたはSe等を高ドープしたInGa
As層が一般に使われる。
【0007】このようにして作製されたHBTは、その
特性を示すものとして電流利得(以下ベータと称す
る。)が用いられる。このベータは、コレクタ電流とベ
ース電流の比で表される。
【0008】ベータを上げるには、ベース層に添加され
るドーパント濃度やその厚さを減らし、ベース層での電
子の再結合を減らすことで可能であるが、それに伴って
ベース抵抗が増加し、回路遮断周波数を低くさせること
になる。
【0009】このため、所定のベース層の構造でいかに
ベース電流を減らすか、またはコレクタ電流を増やすか
が重要になる。
【0010】従来、ベータを向上するために、エミッタ
層とベース層及びそれらの界面に着目し、ベース電流の
増加の原因であるベース層からの逆注入電流や、ベース
層での再結合電流、またエミッタ電極周辺からのリーク
電流、そしてエミッタ層とベース層界面での再結合電流
を減らす検討が種々行われてきた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コレク
タ層の特性を改善し、コレクタ電流をいかに増やすかの
検討は余り行われていなかった。
【0012】その理由を以下に説明する。
【0013】コレクタ電流を増やすためには、上述した
コレクタ層に添加されるSiのドーパント量を増加させ
ることが知られている。しかし、Siをドーパントした
場合、Siの活性化が悪いことから、特に高キャリア濃
度を要求されるコレクタコンタクト層においては、この
キャリア濃度を得るために高ドーピングが必要となる。
そして、コレクタコンタクト層への高ドーピングは、こ
の層の結晶性を落とし基板からの結晶性欠陥の伝搬及び
この層そのものの結晶欠陥発生の原因となる。さらに、
この結晶欠陥はコレクタ層にも伝搬し、HBTのベータ
を下げる原因となる。
【0014】一方、電界効果トランジスタ(FET)や
高移動度トランジスタ(HEMT)用エピタキシャルウ
ェハにおいては、エピタキシャル層を成長するGaAs
基板(ウェハ)上に、このウェハからの欠陥を引き継ぐ
ことを避けるため、チャネル層となるエピタキシャル層
とウェハとの間にバッファ層が形成されるが、HBT用
エピタキシャルウェハにおいては、GaAs基板上に直
接コレクタコンタクト層がエピタキシャル成長されるの
で、FETやHEMTで使われるバッファ層に相当する
ものがない。このため、HBTにあっては、コレクタコ
ンタクト層及びコレクタ層の結晶性が重要となる。
【0015】すなわち、コレクタ電流を増やすために
は、コレクタコンタクト層及びコレクタ層への高ドーピ
ングが必要であるが、これらの層に高ドーピングを行う
と結晶性が悪化してしまい、結局コレクタ電流を増加さ
せることが困難であった。
【0016】そこで、本発明の目的は、コレクタコンタ
クト層及びコレクタ層の結晶欠陥を減少させてベータを
増加させると共に、信頼性を向上させてHBTの寿命を
延ばすことができるヘテロ接合バイポーラトランジスタ
用エピタキシャルウェハを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、気相エピタキシャル法により、基
板上に、少なくともコレクタコンタクト層と、コレクタ
層と、ベース層と、エミッタ層とが順次積層されたヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ
において、上記コレクタ層及びコレクタコンタクト層に
ドーパントとしてSeが添加されているものである。
【0018】請求項2の発明は、気相エピタキシャル法
により、基板上に、少なくともコレクタコンタクト層
と、コレクタ層と、ベース層と、エミッタ層とが順次積
層されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキ
シャルウェハにおいて、上記コレクタ層及びコレクタコ
ンタクト層にドーパントとしてSが添加されているもの
である。
【0019】上記構成によれば、コレクタコンタクト層
及びコレクタ層のドーパントとしてSiに比べて活性化
率の高いSe又はSを使用することにより、これらの層
中のドーピング量を減らすことができ、その結果として
結晶性が改善される。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0021】図1に本発明にかかるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ用エピタキシャルウェハの断面図を示
す。
【0022】図1に示すように、本発明にかかるヘテロ
接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ
は、半絶縁性GaAs基板(ウェハ)6上に、n−Ga
Asコレクタコンタクト層5と、そのコレクタコンタク
ト層5上に積層されたn−GaAsコレクタ層4と、そ
のコレクタ層4上に積層されたp−GaAsベース層3
と、そのベース層3上に積層されたn−AlGaAsエ
ミッタ層2と、そのエミッタ層2上に積層されたn−I
nGaAsエミッタコンタクト層1とからなるエピタキ
シャル層が形成されている。
【0023】そして、コレクタ層4及びコレクタコンタ
クト層5には、ドーパントとして低濃度でSeが添加さ
れており、コレクタ層4、ベース層3、及びエミッタ層
2は、n−p−nの導電型を持つエピタキシャルウェハ
とされている。
【0024】次に、作用を説明する。
【0025】このように形成されるHBT用エピタキシ
ャルウェハは、コレクタコンタクト層5に低濃度でかつ
活性化率の高いSeがドーピングされているので、エピ
タキシャル層成長前の基板(ウェハ)6の結晶欠陥がコ
レクタコンタクト層5にほとんど伝搬されず、またSi
ドーピングに比べSeドーピングは低濃度のドーピング
で同じキャリア濃度を得られることにより、コレクタコ
ンタクト層5及びコレクタ層4自体の結晶欠陥が増加せ
ずにコレクタ電流が増加するので、ベータを向上できる
と共に、信頼性が向上して高寿命を達成することが可能
となる。
【0026】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。
【0027】他の実施の形態としてのHBT用エピタキ
シャルウェハは、本実施の形態と同様に、半絶縁性Ga
As基板(ウェハ)と、その基板上に積層されたGaA
sコレクタコンタクト層と、そのコレクタコンタクト層
上に積層されたGaAsコレクタ層と、そのコレクタ層
上に積層されたGaAsベース層と、そのベース層上に
積層されたAlGaAsエミッタ層と、そのエミッタ層
上に積層されたInGaAsエミッタコンタクト層とか
ら構成されており、コレクタ層及びコレクタコンタクト
層にはSがプレーナドープされている。
【0028】すなわち、本実施の形態ではコレクタ層4
及びコレクタコンタクト層5にSeをプレーナドープし
たが、これ以外にそれと同族元素であるSのプレーナド
ープをしても、本実施の形態と同様な効果が期待でき
る。
【0029】次に、本発明と従来技術の電流利得(ベー
タ)及び信頼性を比較する。
【0030】ベータ評価は、いずれもベース抵抗が25
0ohm/sq.の本発明と従来技術のエピタキシャル
ウェハを作製し、そのウェハ上に50μm角のエミッタ
サイズで電極が形成された大面積HBTを作製し行っ
た。
【0031】図2にコレクタ電流に対するベータの変化
を示す。
【0032】図中、破線hは本発明により作製したHB
Tのベータ変化を示し、実線jは従来のウェハにより作
製したHBTのベータ変化を示している。
【0033】図2に示すように、本発明のHBTは、S
iドーピングした従来のウェハと比較して、明らかに低
いコレクタ電流領域から高いベータを示すことが分か
る。
【0034】また、電流密度1KA/cm2 のベータで
比較した結果、SeドーピングしたHBTの方が約10
%ベータが高いことが確認できた。
【0035】次に、本発明と従来技術のウェハの信頼性
を比較するために、通電時間に対するベータの変化を調
べる通電試験を行った。尚、電流密度は60KA/cm
2 とし、この時の接合温度は150℃である。
【0036】この結果を、図3に示す。
【0037】図中、破線hは本発明により作製したHB
Tのベータ変化を示し、実線jは従来のウェハにより作
製したHBTのベータ変化を示している。
【0038】図3に示すように、本発明のHBTは、ベ
ータが高いにもかかわらず、1000時間の通電を行っ
ても、通電スタート時のベータに対して約10%の低下
しか見られなかった。これに対し、従来のSiドーピン
グHBTのベータは約20%近い低減がみられた。
【0039】このことから、本発明は、従来のHBTよ
りも信頼性を約10%向上できることが分かる。
【0040】また、コレクタコンタクト層濃度及びコレ
クタ層濃度を変えて、SeとSiをドーピングしたHB
Tの比較を行った。
【0041】この結果、同じキャリア濃度であれば、全
ての濃度領域においてSeドーピングしたHBTの方が
高いベータを示すことが分かった。
【0042】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、HBTの
電流利得が向上すると共に、信頼性が向上してHBTの
寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示すHBT用エピタキ
シャルウェハの断面図である。
【図2】本発明にかかるHBT用エピタキシャルウェハ
により作製したHBTのコレクタ電流に対するベータの
変化を示す図である。
【図3】本発明にかかるHBT用エピタキシャルウェハ
により作製したHBTの通電時間に対するベータの変化
を示す図である。
【符号の説明】
1 n−InGaAsエミッタコンタクト層 2 n−AlGaAsエミッタ層 3 p−GaAsベータ層 4 n−GaAsコレクタ層 5 n−GaAsコレクタコンタクト層 6 半絶縁性GaAs基板(ウェハ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長尾 彰一 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 Fターム(参考) 5F003 BA06 BC00 BC08 BF06 BM02 BM03 BP31

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気相エピタキシャル法により、基板上
    に、少なくともコレクタコンタクト層と、コレクタ層
    と、ベース層と、エミッタ層とが順次積層されたヘテロ
    接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハに
    おいて、上記コレクタ層及びコレクタコンタクト層にド
    ーパントとしてSeが添加されていることを特徴とする
    ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウ
    ェハ。
  2. 【請求項2】 気相エピタキシャル法により、基板上
    に、少なくともコレクタコンタクト層と、コレクタ層
    と、ベース層と、エミッタ層とが順次積層されたヘテロ
    接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハに
    おいて、上記コレクタ層及びコレクタコンタクト層にド
    ーパントとしてSが添加されていることを特徴とするヘ
    テロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェ
    ハ。
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Effective date: 20040309