JP2001284363A - METHOD OF MANUFACTURING InGaP/GaAs-HBT AND EVALUATING METHOD - Google Patents

METHOD OF MANUFACTURING InGaP/GaAs-HBT AND EVALUATING METHOD

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JP2001284363A
JP2001284363A JP2000090881A JP2000090881A JP2001284363A JP 2001284363 A JP2001284363 A JP 2001284363A JP 2000090881 A JP2000090881 A JP 2000090881A JP 2000090881 A JP2000090881 A JP 2000090881A JP 2001284363 A JP2001284363 A JP 2001284363A
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layer
gaas
base layer
ingap
base
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Japanese (ja)
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Toshio Ueda
登志雄 上田
Satoshi Tanaka
聡 田中
Takashi Yamada
隆史 山田
Katsushi Akita
勝史 秋田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an evaluating method for obtaining an optimum condition by obtaining the distributions and the variations of the minority carrier lifetime, the majority carrier concentration and the thickness of a base layer between wafers and in the wafer of a InGaP/GaAs bipolar transistor HBT, and to obtain a manufacturing method thereof. SOLUTION: According to MOCVD method, a collector layer, AlGaAs layer, p-type base layer of 300 nm to 1 μm thickness, an n-InGaP layer and an emitter layer are laminated by the epitaxial growth on a GaAs substrate, the emitter layer is removed after cooling, the lifetime (τ)or minority carriers of the base layer is measured through the n-InGaP layer or directly after removing this layer, and the n-InGaP layer is removed to measure the carrier concentration (p) of the base layer and its thickness (d). The variations in lifetime τ, thickness (d) and carrier concentration (p) of the base layer are obtained for each wafer and in the wafer plane, and such conditions as the raw material gas feed distribution and temperature distribution are changed, so as to reduce the variations, thereby searching for conditions for reducing the variations.

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】この発明は、InGaP/G
aAs構造HBTトランジスタの、ベース層の評価方法
と、評価によって良好なHBTトランジスタを製造する
方法に関する。HBT(Heterojunction Bipolar Trans
istor)トランジスタというのは来るべき携帯電話の統
一規格であるW−CDMAの送信回路に最適のトランジ
スタである。InGaP/GaAsと書いた場合、後ろ
が基板を前がエピ層を意味する。技術分野はトランジス
タと携帯電話であるから両方について現状を説明する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an InGaP / G
The present invention relates to a method for evaluating a base layer of an HBT transistor having an aAs structure and a method for manufacturing a good HBT transistor by the evaluation. HBT (Heterojunction Bipolar Trans
An istor transistor is a transistor that is most suitable for a W-CDMA transmission circuit, which is a unified standard for upcoming mobile phones. When writing InGaP / GaAs, the back means the substrate and the front means the epi layer. Since the technical fields are transistors and mobile phones, we will explain the current situation for both.

【0002】[0002]

【従来の技術】トランジスタには電界効果トランジスタ
(Field Effect Transistor:FET:ユニポーラトラ
ンジスタ(Unipolar Transistor)の1種)と、バイポ
ーラトランジスタ(Bipolar Transistor)がある。FE
Tは一つの種類の電荷(電子叉は正孔)の働きを利用す
る。高抵抗率領域に形成されたチャンネルとチャンネル
の両端に設けたドレイン電極、ソース電極、チャンネル
の中間に設けたゲート電極を含む。ゲート電圧によって
チャンネル幅を調整し有効流路断面積を加減して電流を
制御する。ゲートがチャンネルと遮断されており入力抵
抗が高くて電圧増幅型の素子である。
2. Description of the Related Art There are a field effect transistor (Field Effect Transistor: FET: a kind of a unipolar transistor) and a bipolar transistor (Bipolar Transistor). FE
T utilizes the action of one type of charge (electrons or holes). It includes a channel formed in the high resistivity region, a drain electrode provided at both ends of the channel, a source electrode, and a gate electrode provided in the middle of the channel. The current is controlled by adjusting the channel width by the gate voltage and adjusting the effective flow area. The gate is cut off from the channel, the input resistance is high, and the device is a voltage amplification type device.

【0003】バイポーラトランジスタは二つの種類の電
荷(電子electron、正孔hole)を用いる。コレクタ、ベ
ース、エミッタの電極を持つ。npnトランジスタと、
pnpトランジスタがあり、それぞれの領域にコレクタ
(Collector)、ベース(Base)、エミッタ(Emitter)
が設けられる。ベース・エミッタ間に電流を流すと、そ
の何倍かのコレクタ電流が流れる。入力抵抗が低く電流
増幅型の素子である。コレクタ電流とベース電流の比I
/Iを電流増幅率といいβで表す。
[0003] Bipolar transistors use two types of charges (electrons, holes). It has collector, base and emitter electrodes. an npn transistor;
There are pnp transistors. Each area has a collector (Collector), base (Base), and emitter (Emitter).
Is provided. When a current flows between the base and the emitter, a collector current several times that of the current flows. It is a current amplification type element with low input resistance. Collector current to base current ratio I
The c / I b expressed by β called current amplification factor.

【0004】ありふれたnpnのSi―バイポーラトラ
ンジスタの場合は、Si基板の抵抗率が低いので、n型
基板をコレクタとして用い、それにベースとしてのp型
部を不純物拡散によって作り、さらにその中へn型部を
不純物拡散によって作る。だからコレクタの中にベース
が、ベースの中にエミッタが埋まったような形状であ
る。npnというようにエピタキシャル成長によって順
に積層していない。拡散によって簡単に作製できる。ど
の層もSiでありドーパントが異なるのでnpnとな
る。両方のpn接合はホモ接合である。pnpトランジ
スタもp型Si基板の上に簡単に作製できる。
In the case of a common npn Si-bipolar transistor, since the resistivity of the Si substrate is low, an n-type substrate is used as a collector, and a p-type portion as a base is formed by impurity diffusion. The mold is made by impurity diffusion. Therefore, the shape is such that the base is buried in the collector and the emitter is buried in the base. The layers are not sequentially stacked by epitaxial growth such as npn. It can be easily made by diffusion. Since all layers are Si and have different dopants, they are npn. Both pn junctions are homozygous. A pnp transistor can also be easily manufactured on a p-type Si substrate.

【0005】バイポーラトランジスタはSi半導体では
すでに成熟しており大量に用いられている。Si基板の
抵抗率が低く良質の大型単結晶が得やすく正孔の移動度
も電子移動度も同程度である。SiのFETも既に大量
に用いられている。高品質でかつ安価で集積化に好適で
最適の半導体材料である。バイポーラの場合はベースを
薄くして、ある程度高速性を得る事ができる。FETの
場合もチャンネルを短くして高速応答性を実現できる。
[0005] Bipolar transistors are already mature in Si semiconductors and are used in large quantities. The Si substrate has a low resistivity and a large single crystal of good quality is easily obtained, and the hole mobility and the electron mobility are almost the same. Si FETs have already been used in large quantities. It is a high-quality, inexpensive, and suitable semiconductor material suitable for integration. In the case of a bipolar, the base can be thinned to obtain a high speed. Also in the case of FET, high-speed response can be realized by shortening the channel.

【0006】ところがSiは電子移動度が低いので数十
GHz以上の高い周波数では使えない。携帯電話は音声
をデジタル化してマイクロ波周波数に乗せて送信するか
らSiトランジスタでは間に合わない。GaAsの電子
移動度はSiの電子移動度よりも高いから高い周波数の
動作に適していることが昔から知られている。そこでG
aAsを基板としたトランジスタが模索される。
However, since Si has a low electron mobility, it cannot be used at a high frequency of several tens of GHz or more. Since mobile phones digitize voice and transmit it on microwave frequencies, Si transistors are not enough. It has long been known that GaAs has a higher electron mobility than Si and is therefore suitable for high frequency operation. So G
A transistor using aAs as a substrate is sought.

【0007】GaAsを基板として電子の高速性を生か
した装置としては、HEMT(HighElectron Mobility
Transistor)とかMESFET(Metal-Semiconductor
Field Effect Transistor)というものがある。これら
はGaAsの電子移動度の優越性を生かしたものであ
る。これはFET(電界効果トランジスタ)であって、
nチャネルの両端にドレイン、ソース電極を、真ん中に
ゲート電極を設けるような形態になっている。nチャネ
ルであるから電子だけが問題になりGaAs電子の高速
性を生かして用いることができる。だから、GaAsト
ランジスタはFETとしてはそれなりに成熟したもので
ある。
An apparatus utilizing GaAs as a substrate and utilizing the high speed of electrons is HEMT (High Electron Mobility).
Transistor) or MESFET (Metal-Semiconductor)
Field Effect Transistor). These take advantage of the superiority of GaAs in electron mobility. This is an FET (field effect transistor)
The drain and source electrodes are provided at both ends of the n-channel, and a gate electrode is provided in the middle. Since it is an n-channel, only electrons become a problem, and GaAs electrons can be used by taking advantage of their high speed. Therefore, GaAs transistors are mature as FETs.

【0008】GaAs系バイポーラトランジスタは成熟
しておらず、いまだ研究段階にある。GaAsは正孔移
動度は低いしnpnというバイポーラ構造が作りにくい
ということもある。Siのように電子も正孔も移動度が
似たようなものでないとバイポーラトランジスタの利点
は少ない。それに何よりもSi半導体に比較してGaA
s半導体は高価であるから、それに見合うだけの利点が
なくてはならない。以上はトランジスタについての従来
技術である。
[0008] GaAs bipolar transistors are not mature yet and are still in the research stage. In some cases, GaAs has a low hole mobility and it is difficult to form a bipolar structure called npn. If neither electrons nor holes have similar mobilities like Si, the advantage of the bipolar transistor is small. In addition, GaAs compared to Si semiconductor
Since s-semiconductors are expensive, there must be an advantage worth it. The above is the related art of the transistor.

【0009】次に携帯電話の規格について説明する。携
帯電話の規格はバラバラでヨーロッパではGSMという
規格が、日本ではPDCという規格が、アメリカではC
DMA1という規格が用いられている。送信者から発せ
られた音声をデジタル信号に変えて数十GHzの一定周
波数の搬送信号に乗せて送信し、基地局を経て受信者へ
と送られる。1つの周波数によって60〜150チャン
ネルの信号を扱うことができる。
Next, the standard of the mobile phone will be described. The standards for mobile phones are scattered, GSM in Europe, PDC in Japan, C in the United States.
The standard called DMA1 is used. The sound emitted from the sender is converted into a digital signal, carried on a carrier signal having a constant frequency of several tens of GHz, transmitted, and transmitted to the receiver via the base station. One frequency can handle signals of 60 to 150 channels.

【0010】送信者、受信者から見て基地局というの
は、ある携帯電話について固有のものでなく変動する。
通話中でなくても携帯電話と局は常に信号のやり取りを
している。だから、その時に携帯電話とどの局がつなが
るかということは両方が認識している。いずれの規格も
携帯電話からの送信信号の強度は一定である。であるか
ら送信信号を増幅するトランジスタの増幅率は一定であ
ってよい。携帯電話とその時に連絡している局との距離
は変化するので局での受信信号強度は変わる。そこで局
の方で遠方の微弱信号は増幅率を高くし、近くからの強
い信号については増幅率を下げている。
[0010] From the viewpoint of the sender and the receiver, the base station is not unique to a certain mobile phone but varies.
The mobile phone and the station constantly exchange signals, even when they are not on a call. So both are aware of which stations will be connected at that time. In any of the standards, the intensity of a transmission signal from a mobile phone is constant. Therefore, the amplification factor of the transistor that amplifies the transmission signal may be constant. Since the distance between the mobile phone and the station in contact at that time changes, the received signal strength at the station changes. Therefore, the amplification rate is increased for a weak signal far away from the station, and the amplification rate is reduced for a strong signal from near.

【0011】これらの携帯電話はしかしながら、現在は
国・地域によって規格が異なる。異なった規格の間の携
帯電話は通信できない。全世界のどこからでも全世界の
どこへでも電話できるようにするというイリジウム計画
というものがあった。これは人工衛星へマイクロ波で信
号を送り人工衛星から信号を地上に返すことによって電
話通信するものである。しかし、多数の人工衛星を用い
るのでは巨額の投資が必要で設備費が嵩むので実現でき
ず計画倒れに終わりつつある。それよりも早く携帯電話
の技術が進歩してしまったからである。立ち枯れのイリ
ジウム計画にかわって携帯電話によって世界中に通信で
きる筈である。
However, these portable telephones have different standards at present depending on countries and regions. Cell phones between different standards cannot communicate. There was an Iridium program that would allow calls from anywhere in the world and anywhere in the world. In this method, a signal is transmitted to an artificial satellite using microwaves, and the signal is returned from the artificial satellite to the ground for telephone communication. However, using a large number of artificial satellites requires a huge investment and increases the equipment cost, which is not feasible, and the plan is falling. The reason is that the technology of mobile phones has advanced earlier. Mobile phones should be able to communicate around the world in place of the dead iridium program.

【0012】しかし、規格がバラバラではそれは難し
い。そのためには携帯電話の規格を一元化する必要があ
る。統一規格はすでに定まっている。統一規格はIMT
2000とCDMA2000(Code Division Multiple
Access)と呼ばれ2001年には全世界で発足するこ
とになっている。全世界の規格が統一されれば世界中で
通信でき便利になる。それ以外に、信号処理速度が速く
なる、画像を送る事ができるという利点がある。
[0012] However, it is difficult if the standards are different. For that purpose, it is necessary to unify the specifications of mobile phones. A unified standard has already been established. Unified standard is IMT
2000 and CDMA2000 (Code Division Multiple
Access) and will be launched worldwide in 2001. If worldwide standards are unified, it will be convenient to communicate around the world. Other advantages include higher signal processing speed and the ability to send images.

【0013】新規格は旧規格と異なる様々のものを含
む。その重要な一つは、携帯電話からの送信信号の強度
を変化させるようにするということである。携帯電話と
基地局の組み合わせは変動するし携帯電話も移動するか
ら携帯電話・局間の距離が変わる。従来は送信信号強度
を一定にしていたが、新規格では距離に応じて送信信号
の強度を変動させるようにする。遠くなら送信信号強度
を増強し、近くなら信号強度を弱くする。そうすると基
地局で受ける信号の強度変動が少なくなり遠距離でもノ
イズに強い通信系となる。そうなるとGHzの信号を増
幅率を広い範囲で変えて増幅する素子が必要である。周
波数(数十GHz)が高いのでSi半導体のトランジス
タでは不可能である。増幅率を変えるといっても、その
オーダーは1倍から十倍、百倍、千倍というように広い
範囲で変動可能でなければならない。
[0013] The new standard includes various things different from the old standard. One important thing is to vary the strength of the transmitted signal from the mobile phone. Since the combination of a mobile phone and a base station varies and the mobile phone moves, the distance between the mobile phone and the station changes. Conventionally, the transmission signal strength is fixed, but the new standard is to vary the transmission signal strength according to the distance. If it is far away, the transmission signal strength is increased, and if it is close, the signal strength is weakened. Then, the fluctuation of the intensity of the signal received by the base station is reduced, and the communication system is resistant to noise even at a long distance. In such a case, an element for amplifying the GHz signal by changing the amplification factor in a wide range is required. Since the frequency (several tens of GHz) is high, it is impossible with a Si semiconductor transistor. Even if the amplification factor is changed, the order must be variable over a wide range such as 1 to 10 times, 100 times, and 1000 times.

【0014】GaAs系の半導体は高い周波数の信号を
扱うことができるが、これまで実用化されたものは何れ
もFET(電界効果トランジスタ)であった。HEMT
というのは電子移動度の高速性を生かしたGaAsのF
ETである。pn接合を持たず電子だけがキャリヤであ
る。まことに好都合な高速素子である。が、電流の流れ
が表面に平行(チャンネル)であるから空間的な制限を
受ける。最大電流がチャンネルの面積で制限される。た
めに増幅率を高くすると信号歪が発生する。広い増幅率
βの範囲において歪を発生させないという条件を満たす
ことができない。1〜1000倍という広い範囲で歪が
ないようにしたい。そのためにはGaAsのFETでは
役に立たない。
Although a GaAs-based semiconductor can handle a high-frequency signal, all of the devices practically used so far have been FETs (field-effect transistors). HEMT
This is because the GaAs F that takes advantage of the high speed of electron mobility
ET. Only electrons are carriers without a pn junction. This is a very convenient high-speed device. However, they are spatially limited because the current flow is parallel (channel) to the surface. The maximum current is limited by the area of the channel. Therefore, when the amplification rate is increased, signal distortion occurs. It is not possible to satisfy the condition that no distortion is generated in a wide range of the amplification factor β. I want to eliminate distortion over a wide range of 1 to 1000 times. For that purpose, a GaAs FET is useless.

【0015】GaAs―バイポーラトランジスタの研究
は古い昔に中断されていた。GaAsはp型が作りにく
いし正孔移動度が低いということもある。構造的に難し
いということもある。Si―バイポーラトランジスタの
ように、コレクタの一部にp型拡散によってベースを、
その中にn型拡散でエミッタを作るという訳にはいかな
い。拡散によってp領域を作る事はできるが、さらにn
型拡散でn領域を作るようなことはできない。それでG
aAsの場合は、GaAs基板の上にエミッタ層、ベー
ス層、コレクタ層をエピタキシャル成長して作製する。
βを向上させるために異なる材料を積層させる。pn接
合の両側の材料が異なるからhetero junctionの名前が
ある。
[0015] Research on GaAs-bipolar transistors has long been suspended. GaAs may be difficult to form p-type and may have low hole mobility. It can be structurally difficult. Like a Si-bipolar transistor, the base is formed by p-type diffusion on a part of the collector,
It cannot be said that an emitter is formed by n-type diffusion therein. Although a p region can be created by diffusion,
It is not possible to create an n region by type diffusion. So G
In the case of aAs, an emitter layer, a base layer, and a collector layer are formed on a GaAs substrate by epitaxial growth.
Different materials are laminated to improve β. There is a heterojunction name because the materials on both sides of the pn junction are different.

【0016】GaAs系トランジスタはGaAs基板の
上にAlGaAsを乗せたものが研究されていた。しか
し、これはAlが酸化しやすいということもあり再現性
が悪く動作が不安定であり実用化は難しかった。つま
り、GaAs―バイポーラトランジスタというのは実用
レベルになるものは存在しなかったのである。ところ
が、携帯電話の統一規格CDMAは送信信号の増幅に極
めて難しい条件を付けているのでGaAs―トランジス
タというものが再び注目されるようになってきた。それ
もまだ数年にしかならないがGaAs―トランジスタの
研究が再び始まっている。
A GaAs transistor in which AlGaAs is mounted on a GaAs substrate has been studied. However, this is because Al is easily oxidized and the reproducibility is poor, the operation is unstable, and practical use has been difficult. That is, there was no GaAs-bipolar transistor that could be used at a practical level. However, the unified standard CDMA for mobile phones places extremely difficult conditions on the amplification of transmission signals, so that GaAs-transistors have been attracting attention again. Although it has only been a few years, research on GaAs transistors has begun again.

【0017】それはどうしてか?というと新しい材料が
発見されたからである。GaAs基板の上にInGaP
の三元系を載せるというものである。このInGaP/
GaAsトランジスタはAlを含まないからエピタキシ
ャル成長の再現性もよくて高速性にも優れる。増幅率を
上げても信号が歪まないという点でHEMTよりも優れ
ている。バイポーラであるから電流の流れが面に垂直で
あり、流せる電流の範囲が広いのである。広い増幅率に
渡って歪がないというCDMAの要求を満足できる素子
はInGaP/GaAs以外にないと本発明者は考え
る。
Why is that? This is because new materials have been discovered. InGaP on GaAs substrate
It is to put the three-way system. This InGaP /
Since GaAs transistors do not contain Al, they have good reproducibility of epitaxial growth and high speed. It is superior to HEMT in that the signal is not distorted even if the amplification factor is increased. Since it is bipolar, the flow of current is perpendicular to the plane, and the range of current that can flow is wide. The present inventor considers that there is no element other than InGaP / GaAs that can satisfy the requirement of CDMA without distortion over a wide amplification rate.

【0018】それで、この素子について説明する。これ
はHBT(Heterojunction BipolarTransistor)と言
う。pn接合が異種物質界面にできるのでこの名があ
る。Si―バイポーラトランジスタのように不純物拡散
によって簡単にpn接合ができない。拡散でもpn接合
はできるが界面が鋭くない。高速動作には向かないpn
接合になってしまう。そこでGaAsの場合エピタキシ
ャル成長によって導電性の異なる層を積層してpn接合
を作る。GaAs基板は絶縁性の高いものを使うからコ
レクタ層(n型)も基板とは別に形成する。その上にベ
ース層(p型)を設け、さらにエミッタ層を形成する。
実際には、その他の層もあって複雑なエピタキシャルウ
エハ−となる。ベースにバイアスをかけて持ち上げるか
らコレクタからベース、エミッタと電流が流れる。
Now, this element will be described. This is called HBT (Heterojunction Bipolar Transistor). This is the name because a pn junction can be formed at the interface between different materials. Unlike a Si-bipolar transistor, a pn junction cannot be easily formed by impurity diffusion. A pn junction can be formed by diffusion, but the interface is not sharp. Pn not suitable for high-speed operation
It will be joined. Therefore, in the case of GaAs, layers having different conductivity are stacked by epitaxial growth to form a pn junction. Since a GaAs substrate having high insulating properties is used, a collector layer (n-type) is also formed separately from the substrate. A base layer (p-type) is provided thereon, and an emitter layer is further formed.
In practice, there are other layers, resulting in a complicated epitaxial wafer. Since the base is biased and lifted, a current flows from the collector to the base and the emitter.

【0019】これらの層構造の中でベース層が最も重要
である。まずベースの厚みが応答速度に関係する。Ga
Asは電子移動度が大きいといっても速いだけではいけ
ないのでベース厚みが薄い方がよい。信号の電圧が変わ
る間に電子がベースを通過できれば増幅作用があるが、
信号電圧が変わる間にベースを通過できないと注入した
電子は増幅作用しない。ベースが薄いと同じ速度でも短
時間で通過できる。だから、応答速度はベース厚みに反
比例するように遅くなる。そこでInGaP/GaAs
のHBTではベース厚みは70nm(0.07μm)と
いうような薄いものになっている。一様な厚みであれば
よいがなかなかそうはゆかない。このように薄いと膜厚
の揺らぎが大きくなるし、それにともなって品質の揺ら
ぎも大きくなる。それに製造工程ではベース厚みを知る
事はできない。
Among these layer structures, the base layer is the most important. First, the thickness of the base is related to the response speed. Ga
Even though As has a high electron mobility, it should not be only fast, so a thinner base thickness is better. If electrons can pass through the base while the voltage of the signal changes, there is an amplification effect,
The injected electrons do not amplify unless they can pass through the base while the signal voltage changes. If the base is thin, it can pass at the same speed in a short time. Therefore, the response speed becomes slow in inverse proportion to the base thickness. Therefore, InGaP / GaAs
In the HBT, the base thickness is as thin as 70 nm (0.07 μm). The thickness should be uniform, but it is not easy. When the thickness is thin, the fluctuation of the film thickness becomes large, and the fluctuation of the quality becomes large accordingly. In addition, the base thickness cannot be known in the manufacturing process.

【0020】ベース厚みdというのは応答速さを決める
重要な因子である。さらにベースのキャリヤ濃度pとい
うのも重要である。ベースはp型だから多数キャリヤは
正孔、少数キャリヤは電子である。正孔密度pは電流増
幅率に関係する。だからキャリヤ密度も所定の値であっ
て、ばらつきの少ないことが望まれる。
The base thickness d is an important factor that determines the response speed. Further, the carrier concentration p of the base is also important. Since the base is p-type, majority carriers are holes and minority carriers are electrons. The hole density p is related to the current amplification factor. Therefore, the carrier density is also a predetermined value, and it is desired that the carrier density be small.

【0021】もう一つ重要なパラメータはベースにおけ
る電子のライフタイムτ(寿命)である。ベース電流を
流すということはエミッタからベースへ電子を流すとい
うことであるが、電子はベース中の多数キャリヤの正孔
と再結合すると消滅する。ベースへ注入されてから再結
合して消えるまでの時間の平均値をライフタイムと言
う。ライフタイムが短いというのは散乱などが多いとい
うことで増幅率を下げるように働く。だから、ベースで
のマイノリティ(少数)キャリヤの寿命が長くてばらつ
いていないということも重要である。例えばベースの多
数キャリヤ(正孔)密度が5×1019cm−3の場
合、電子寿命は300ps(ピコ秒;ps=10−12
s)以上である事が望ましい。このようにベース層の、
厚みd、正孔密度p、電子寿命τはトランジスタの特性
を支配する重要なパラメータである。
Another important parameter is the lifetime τ (lifetime) of electrons at the base. The flow of the base current means the flow of electrons from the emitter to the base. The electrons disappear when they recombine with the holes of the majority carriers in the base. The average time from injection into the base to recombination and disappearance is called lifetime. A short lifetime means that there is a lot of scattering and so on, which works to reduce the amplification rate. Therefore, it is also important that the life of minority (minority) carriers at the base is long and does not vary. For example, if the base has a majority carrier (hole) density of 5 × 10 19 cm −3 , the electron lifetime is 300 ps (picoseconds; ps = 10 −12).
s) More preferably. Thus, in the base layer,
The thickness d, hole density p, and electron lifetime τ are important parameters that govern transistor characteristics.

【0022】InGaP/GaAsのHBTについての
文献を挙げる。 N.Pan, J.Elliot, M. Knowles, D.P.Vu, K.Kishimot
o, J.K.Twynam, H.Sato, M.T.Fresina, and G.E.Stillm
an,"High Reliability InGaP/GaAs HBT", IEEEELECTRON
DEVICE LETTERS, vol.19, No.4, April 1998, p115
References regarding the HBT of InGaP / GaAs are given below. N.Pan, J.Elliot, M. Knowles, DPVu, K.Kishimot
o, JKTwynam, H. Sato, MTFresina, and GEStillm
an, "High Reliability InGaP / GaAs HBT", IEEEELECTRON
DEVICE LETTERS, vol.19, No.4, April 1998, p115

【0023】AlGaAs/GaAs系や、InGaP
/GaAs系の材料を用いたHBTを試作して性質を調
べたものである。特性向上のためにはベース層である炭
素(C)ドープGaAs層の品質向上がポイントである
と述べている。また、InGaP/GaAs系HBT
は、AlGaAs/GaAs系に比べて長期信頼性が高
いと言っている。本発明はInGaP/GaAsだけに
興味を持っている。AlGaAs/GaAsは対象にし
ない。これはp型ドーパントとして炭素を使うこと、ベ
ース層が重要であることが公知であることを示すために
挙げた。
AlGaAs / GaAs or InGaP
This is a prototype of an HBT using a / GaAs-based material, and its properties were examined. It is stated that the point is to improve the quality of the carbon (C) -doped GaAs layer as the base layer in order to improve the characteristics. InGaP / GaAs HBT
States that the long-term reliability is higher than that of the AlGaAs / GaAs system. The present invention is only interested in InGaP / GaAs. AlGaAs / GaAs is not considered. This is provided to show that carbon is used as a p-type dopant and that the base layer is known to be important.

【0024】W.Y.Han, Y.Lu, H.S.Lee, M.W.Cole, S.
N.Schauer, R.P.Moerkirk,& K.A.Jones,"Annealing eff
ects on heavily carbon-doped GaAs",Appl. Phys. Let
t.61(1), 6 July 1992, p87
WYHan, Y. Lu, HSLee, MWCole, S.
N.Schauer, RPMoerkirk, & KAJones, "Annealing eff
ects on heavily carbon-doped GaAs ", Appl. Phys. Let
t.61 (1), 6 July 1992, p87

【0025】ベース層である炭素ドープGaAs層には
ドーパントである炭素(C)とともに水素が取り込ま
れ、キャリヤ濃度を低下させたり、結晶品質を劣化させ
たりすると説明している。これもGaAs―HBTのベ
ース層が重要であることを述べ、水素がベース層の品質
を低下させることを指摘しているのでここに挙げた。
It is described that hydrogen is taken into the carbon-doped GaAs layer as the base layer together with carbon (C) as a dopant, thereby lowering the carrier concentration and deteriorating the crystal quality. This also mentions that the base layer of GaAs-HBT is important, and points out that hydrogen deteriorates the quality of the base layer, and is mentioned here.

【0026】このようにGaAs基板上にInGaP系
のエピ層を載せたHBTが試作されるようになってき
た。それは一つには10年〜20年前にGaAs―バイ
ポーラトランジスタが研究されたときに比べて様々の面
で技術が成熟してきているからである。GaAs基板の
品質向上ということも大きい因子である。GaAsは代
表的な半導体であるがSiのように簡単に良質のものを
製造できない。GaAsは強度がSiより劣るし、高温
でAs蒸気圧が高いのでストイキオメトリック(stoich
iometric)にすることが難しい。
As described above, HBTs having an InGaP-based epi layer mounted on a GaAs substrate have been manufactured on a trial basis. This is partly because the technology has become more mature in various aspects than when GaAs-bipolar transistors were studied 10 to 20 years ago. The quality improvement of the GaAs substrate is also a major factor. GaAs is a typical semiconductor, but cannot be easily manufactured as high as Si. GaAs is inferior in strength to Si and has a high As vapor pressure at high temperatures, so that stoichiometric (stoichometric)
iometric) difficult to do.

【0027】GaAs単結晶はかつてはHB法(Horizo
ntal Bridgman method;水平ブリッジマン法)、LEC
法(Liquid Encapsulate Czochralski method;液体封止
引き上げ法)で製造されていた。HB法は水平のボート
に入れたGaAs融液を種結晶の側から冷却して<11
1>単結晶にする。これを54.7度の方位で切断して
(100)ウエハ−とする。この方法の良い点はAs圧
を平衡させながら成長させるということ、残留応力が少
ないということである。As抜けがないので転位、欠陥
密度が低い。それで転位や欠陥の少ない事が必須である
LD、LEDなど光学素子の基板として用いられる。し
かし、形状は異形のD型断面であり円形研削し円形ウエ
ハ−にすると周辺部は全部無駄になる。高価なGaAs
材料の無駄が多い。また異形のインゴットであるから大
きい円形ウエハ−を作ることができない。
The GaAs single crystal was once manufactured by the HB method (Horizo
ntal Bridgman method; horizontal bridgeman method), LEC
(Liquid Encapsulate Czochralski method). In the HB method, the GaAs melt placed in a horizontal boat is cooled from the side of the seed crystal to <11.
1> Make a single crystal. This is cut at an orientation of 54.7 degrees to obtain a (100) wafer. The good points of this method are that the growth is performed while the As pressure is balanced, and that the residual stress is small. Dislocation and defect density are low because there is no As escape. Therefore, it is used as a substrate of an optical element such as an LD or an LED, which requires few dislocations and defects. However, the shape is an irregular D-shaped cross section, and if a circular wafer is formed by circular grinding, the entire peripheral portion is wasted. Expensive GaAs
Lots of material waste. Also, since it is an irregularly shaped ingot, a large circular wafer cannot be produced.

【0028】LEC法はBでGaAs融液を覆い
不活性ガスの高圧を掛けてAs抜けを防ぐ。円形のウエ
ハ−を作る事ができるという利点がある。が、気液界面
での温度差が大きくて歪が入りやすく転位密度が多い。
結晶品質は良くないがイオン注入などで作製できるデバ
イスには使うことができる。GaAs−HEMT等の基
板として用いられる。等電子元素のInをドープすると
電気的性質を変えずに無転位のGaAsインゴットをL
EC法で作る事ができる。本出願人はそのような高品質
のLEC単結晶を引き上げることもできる実力を持って
いるが、Inを含むと格子定数が異なってくるし高価格
にもなり必ずしも良い事ばかりでない。
In the LEC method, the GaAs melt is covered with B 2 O 3 and a high pressure of an inert gas is applied to prevent As escape. There is an advantage that a circular wafer can be formed. However, since the temperature difference at the gas-liquid interface is large, strain tends to occur, and the dislocation density is large.
Although the crystal quality is not good, it can be used for devices that can be manufactured by ion implantation or the like. Used as a substrate for GaAs-HEMT or the like. By doping the isoelectronic element In, the dislocation-free GaAs ingot can be replaced with L without changing the electrical properties.
Can be made by EC method. The present applicant has the ability to pull such a high-quality LEC single crystal, but when In is included, the lattice constant is different and the price is high, which is not always good.

【0029】これら2つの古い方法に変わってVB法
(Vertical Boat method;垂直ボート法)という方法を
本出願人が発明した。HB法を縦にしたものであり円筒
形の石英管にGaAs原料を入れヒ−タによって加熱し
種結晶側から次第に冷却してゆきGaAsの単結晶を製
造する。石英管で形状が決まるので円柱形の(100)
GaAsインゴットを製造することができる。軸に垂直
に切断すると円形ウエハ−を作ることができる。
The applicant has invented a method called VB method (Vertical Boat method) instead of these two old methods. A GaAs single crystal is produced by placing a GaAs raw material in a cylindrical quartz tube heated by a heater and gradually cooling from a seed crystal side. Since the shape is determined by the quartz tube, a cylindrical (100)
A GaAs ingot can be manufactured. Circular wafers can be made by cutting perpendicular to the axis.

【0030】VB法はHB法のように歪が少なく転位密
度も低い。良質のGaAsウエハ−を得ることができ
る。この方法が本出願人によって開発実用化されたので
高品質のGaAs基板が利用できるようになった。ウエ
ハ−の幾何学的形状(円形にできる)において優れてい
るLEC法とVB法が現在並立して利用されている。
が、その現状も近い将来変化する筈である。それはどう
してか?
The VB method has a low distortion and a low dislocation density like the HB method. A high quality GaAs wafer can be obtained. Since this method has been developed and put into practical use by the present applicant, a high-quality GaAs substrate can be used. The LEC and VB methods, which are superior in wafer geometry (which can be circular), are currently used in parallel.
However, that situation should change in the near future. Why is that?

【0031】Siウエハ−はスループットを上げるため
に、次第に直径が大きくなってきている。8インチ(2
0cm)から12インチ(30cm)ウエハ−に現在移
り変わりつつある。直径30cmで長さが数mのSiイ
ンゴットは巨大なものであるが、結晶技術の驚異的な進
歩がその製造を可能にした。面積は2.5倍になるから
スループットは多いに向上する。
The diameter of the Si wafer is gradually increasing in order to increase the throughput. 8 inches (2
0 cm) to 12 inch (30 cm) wafers. Although Si ingots 30 cm in diameter and a few meters in length are huge, tremendous advances in crystallization technology have made them possible. Since the area becomes 2.5 times, the throughput is greatly improved.

【0032】GaAsウエハ−でもその事情は同様であ
る。結晶成長技術の進歩によって2インチ、4インチ
(10cm)と次第にGaAsウエハ−の直径が増加し
つつある。しかし、それでは満足できない。より低コス
ト化するために、5インチ、6インチ(15cm)のG
aAsウエハ−が要望されている。そのように大きいイ
ンゴットをLEC法で引き上げることは難しい。固液界
面での温度分布がウエハ−に応力を生じ転位密度がより
高くなる。良質で大口径のGaAsインゴットはVB法
によって製造可能である。このような大径のGaAsイ
ンゴットを製造できるのは現在の技術ではVB法だけで
ある。(100)方向に成長させて、軸に垂直に切る事
により大口径のGaAsウエハ−ができる。
The same is true for a GaAs wafer. The diameter of GaAs wafers is gradually increasing to 2 inches and 4 inches (10 cm) due to advances in crystal growth technology. But that is not enough. To reduce the cost, 5 inch and 6 inch (15 cm) G
There is a need for aAs wafers. It is difficult to lift such a large ingot by the LEC method. The temperature distribution at the solid-liquid interface causes stress on the wafer, resulting in a higher dislocation density. High quality, large diameter GaAs ingots can be manufactured by the VB method. With the current technology, only the VB method can produce such a large-diameter GaAs ingot. By growing in the (100) direction and cutting perpendicular to the axis, a large-diameter GaAs wafer can be obtained.

【0033】VB法によって大径のGaAsウエハ−が
製造できるようになるとウエハ−プロセスでのスループ
ットが向上するからInGaP/GaAs―トランジス
タが安価に製造できる可能性が生じた。いくら高性能で
も高価であっては携帯電話には適せず普及しない。高性
能かつ廉価でなければならない。ウエハ−の大面積化に
よってこのような可能性が開けたのである。つまりIn
GaP/GaAsのHBTを製造する周辺技術の条件が
そろってきたのである。
When a large-diameter GaAs wafer can be manufactured by the VB method, the throughput in the wafer process is improved, so that there is a possibility that an InGaP / GaAs transistor can be manufactured at low cost. No matter how high performance, even if it is expensive, it is not suitable for mobile phones and will not spread. It must be high-performance and inexpensive. Such a possibility has been opened by increasing the area of the wafer. That is, In
The conditions of peripheral technologies for manufacturing GaP / GaAs HBTs have been established.

【0034】次にp型不純物について述べる。GaAs
によってLED、LD、PDなど光素子を作る場合は、
p型ドーパントとして亜鉛(Zn)、マグネシウム(M
g)などが用いられる。これら2族元素はGa(3族)
サイトを置き換えて正孔を作り出すからp型ドーパント
となりうる。主にZnがp型不純物となる。これは熱拡
散によって簡単にp領域を形成できる。Mgもp型ドー
パントとなるが実際には殆ど用いない。だから光素子で
p型不純物は主にZnだと言ってよい。
Next, the p-type impurity will be described. GaAs
When making optical elements such as LED, LD, PD by
Zinc (Zn), magnesium (M
g) is used. These Group 2 elements are Ga (Group 3)
Since a hole is created by replacing a site, it can be a p-type dopant. Mainly Zn becomes a p-type impurity. This can easily form the p region by thermal diffusion. Mg is also a p-type dopant, but is hardly used in practice. Therefore, it can be said that the p-type impurity in the optical element is mainly Zn.

【0035】しかし、本発明で対象にしているGaAs
―HBTにおいてはZnやMgをp型ドーパントとしな
い。どうしてか?本発明は熱拡散を用いないでp型層を
エピタキシャル成長する。薄いベース層を正確に形成す
るには熱拡散のような方法は不適だということがある。
熱拡散は温度と時間で拡散厚みを制御する。が、制御性
は悪いし薄い層を作るには不向きである。薄い層を正確
に作るにはエピ成長が向いている。Znをp型層のドー
パントとして使うと拡散係数が大きすぎるのが仇とな
り、エピ成長の最中やウエハ−プロセスにおいてZnが
ベースから隣接するエミッタ、コレクタへと速やかに拡
散してゆく。ためにベース層やその他の層のキャリヤ濃
度が事後的に変動してしまう。これではいけない。だか
ら、HBTにはZnをp型不純物として用いない。
However, GaAs which is the object of the present invention
-In the HBT, Zn or Mg is not used as a p-type dopant. why? The present invention epitaxially grows a p-type layer without using thermal diffusion. Methods such as thermal diffusion may not be suitable for accurately forming a thin base layer.
Thermal diffusion controls the diffusion thickness with temperature and time. However, it has poor controllability and is not suitable for forming a thin layer. Epi growth is good for making thin layers accurately. When Zn is used as a dopant for the p-type layer, the diffusion coefficient is too large, and Zn rapidly diffuses from the base to the adjacent emitter and collector during epi growth and during the wafer process. As a result, the carrier concentration of the base layer and other layers fluctuates ex post facto. This should not be. Therefore, Zn is not used as a p-type impurity in the HBT.

【0036】それでは何をp型不純物とするのであろう
か?それは炭素(C)である。炭素は5族のAsサイト
を置換して正孔を発生しp型不純物となる。GaAs中
で炭素がp型となることは古くから知られていたが、液
相エピによって光素子を作っていた頃は炭素は制御の難
しい好ましくない不純物であった。炭素を極力排除して
からZnをドープしたものである。液相エピは古典的な
エピ法であるが、熱平衡に近い状態で成長させ品質の良
いものができるので光素子(LED、LD、PD)製造
にはいまだに用いられる。
Then, what is a p-type impurity? It is carbon (C). Carbon replaces the group 5 As site to generate holes and becomes a p-type impurity. It has long been known that carbon becomes p-type in GaAs, but carbon was an undesirable impurity that was difficult to control when an optical device was manufactured by liquid phase epitaxy. This is one in which carbon is eliminated as much as possible and Zn is doped. Liquid phase epi is a classical epi method, but is still used in the manufacture of optical devices (LED, LD, PD) because it can be grown near thermal equilibrium and of good quality.

【0037】ところが、HBTは光素子のように液相エ
ピでなくて、MOCVD法(Metallorganic Chemical V
apor Deposition method; 有機金属化学気相堆積法;或
いはOMVPE法Organic Metal Vapor Phase epitaxy
methodとも言う)によってエピ成長する。同じようにエ
ピ成長といっても製法が異なるのである。当然に原料も
異なる。
However, HBT is not liquid phase epitaxy like an optical device, but MOCVD (Metallorganic Chemical V).
apor Deposition method; Organic Metal Vapor Phase epitaxy; or OMVPE method
method). Similarly, the manufacturing method is different even if it is called epi growth. Naturally, the raw materials are also different.

【0038】MOCVDにおいて、原料は気体状態で供
給される。Asの原料はアルシン(AsH)ガスであ
り、キャリヤガスのHとともに供給される。Gaの原
料はメタン(CH)、エタン(C6)などアルカ
ンとガリウムの化合物が用いられる。メタンとGaの有
機化合物はトリメチルガリウム(CHGa(TM
G)、トリエチルガリウム(CGa(TE
G)などがある。常温では液体であるが水素などでバブ
リングするとガス状にできる。
In MOCVD, the raw material is supplied in a gaseous state. The raw material of As is arsine (AsH 3 ) gas, which is supplied together with H 2 of the carrier gas. As a raw material of Ga, a compound of alkane and gallium such as methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 6 ) is used. The organic compound of methane and Ga is trimethylgallium (CH 3 ) 3 Ga (TM
G), triethylgallium (C 2 H 5 ) 3 Ga (TE
G). It is liquid at room temperature, but can be made gaseous by bubbling with hydrogen or the like.

【0039】MOCVD装置の中には水平の回転可能な
サセプタがあって、その上にGaAsウエハ−が数枚〜
十数枚載せてある(図4)。サセプタの内部あるいは装
置の外部にヒ−タがありサセプタとウエハ−を加熱す
る。サセプタに向かって上方から原料ガスが導入され
る。原料ガスがウエハ−と接触して、化学反応が起こり
GaAsが生成するから、これがウエハ−上に薄膜とし
て成長してゆく。InやAlを組成に含ませる場合は、
これらの有機金属化合物ガスを用いる。ドーパントとし
て亜鉛を使わないから(CHZn(TMZ)など
を必要としない。
The MOCVD apparatus has a horizontal rotatable susceptor on which several GaAs wafers are mounted.
There are over a dozen (Fig. 4). There is a heater inside the susceptor or outside the apparatus to heat the susceptor and the wafer. Source gas is introduced from above toward the susceptor. The source gas comes into contact with the wafer to cause a chemical reaction to generate GaAs, which grows as a thin film on the wafer. When including In or Al in the composition,
These organometallic compound gases are used. Since zinc is not used as a dopant, (CH 3 ) 3 Zn (TMZ) or the like is not required.

【0040】それではどうするのか?トリメチルガリウ
ム(TMG)とアルシン(AsH)をGaAs基板上
に供給すると常にGaAs薄膜が成長し、n型、p型の
伝導型は原料の比率TMG(3族):AsH(5族)
によって決まる。As圧が高いのでAs抜けを防ぐ必要
から、この3族:5族比を1:100とか1:10とい
うように後者の比率を高くして炉内へ送給する。配合比
は1:1〜1:1000程度の範囲で変化させる。この
ように比率を変えてもGaAsはストイキオメトリック
の薄膜になる。
So what to do? When trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) are supplied on a GaAs substrate, a GaAs thin film always grows, and the n-type and p-type conductivity types have a ratio of raw material TMG (group 3): AsH 3 (group 5).
Depends on Since the As pressure is high, it is necessary to prevent the escape of As. Therefore, the ratio of the third group to the fifth group is increased such as 1: 100 or 1:10, and the mixture is fed into the furnace. The mixing ratio is changed in the range of about 1: 1 to 1: 1000. Even if the ratio is changed in this way, GaAs becomes a stoichiometric thin film.

【0041】ただし、後者の比率が高いほどn型にな
り、後者の比率が低いとp型になる。後者(As)の比
率が高いとAs空孔ができず、原料の純度に対応した高
純度のn型となる。反対に、有機金属の比率が高くAs
比率が低いとAsベーカンシ(Vacancy;空孔)ができ
やすく、その中に炭素が入り込み易くなるのである。A
s比率を1:1に接近させるとp型(C)濃度が10
19〜1020cm−3程度までの高濃度ドーピングも
可能である。ただし先述の従来技術文献が指摘してい
るように水素Hが炭素Cを置換することがあり所定のp
型濃度を得るには工夫が必要である。ウエハ−の温度T
と原料中の3族:5族比を変えると自然にp型、n型に
なり不純物濃度も変えることができる。これをオートド
ーピングと言う。
However, the higher the ratio of the latter, the more n-type, and the lower the ratio of the latter, the p-type. If the ratio of the latter (As) is high, As vacancies cannot be formed, and a high-purity n-type corresponding to the purity of the raw material is obtained. Conversely, the ratio of organometallics is
When the ratio is low, vacancy (vacancies) is easily formed, and carbon easily enters therein. A
When the s ratio approaches 1: 1, the p-type (C) concentration becomes 10
Heavily doped to 19-10 about 20 cm -3 are possible. However, as pointed out in the above-mentioned prior art document, hydrogen H may replace carbon C, and a predetermined p
A device is required to obtain the mold concentration. Wafer temperature T
When the ratio of group 3 to group 5 in the raw material is changed, p-type and n-type are naturally formed, and the impurity concentration can be changed. This is called auto doping.

【0042】このようなことはGa原料としてTMG
(トリメチルGa)を使うときにだけおこり、TEG
(トリエチルGa)を使った場合はそのようにならな
い。
This is because TMG is used as a Ga raw material.
Only occurs when using (trimethyl Ga), TEG
This is not the case when (triethyl Ga) is used.

【0043】様々のHBTの周辺技術を述べた。次に品
質のばらつきということについて説明する。MOCVD
炉において円形の大きいサセプタに複数(m枚)のウエ
ハ−W〜Wを載せて加熱し回転させながら原料ガス
を吹きこんで反応をおこさせエピ成長させる。図4はサ
セプタ上に12枚のGaAsウエハ−W、W、…W
、…W12を戴置している例を示す。もちろんサセプ
タ上の同時処理ウエハ−の枚数は任意である。
Various HBT peripheral technologies have been described. Next, the variation in quality will be described. MOCVD
The reaction is cause was epitaxially grown an elaborate blow a source gas while the wafer -W 1 was heated by placing the to W-m rotation of the plurality (m pieces) in a circular large susceptor in the furnace. FIG. 4 shows 12 GaAs wafers W 1 , W 2 ,.
j, shows an example that the placing of the ... W 12. Of course, the number of simultaneously processed wafers on the susceptor is arbitrary.

【0044】だから、ベース特性のばらつきというのは
二つの場合がある。一つはウエハ−W〜W間での品
質のばらつきである。もう一つは同一ウエハ−上での場
所による品質のばらつきである。1枚のウエハ−で多数
のHBTを作製するからウエハ−内でのばらつきも問題
である。つまり座標で表現すると(j,x,y)と
書く事ができよう。jはウエハ−番号、(x,y
はWでの二次元座標である。ベース厚みdはこの座標
を使うとd(j,x,y)と表現できるし、ベース
キャリヤ濃度はp(j,x,y)と表現できる。ベ
ースでの少数キャリヤ寿命もτ(j,x,y)と表
現できる。本発明はこのような特性を評価する方法に関
する。
Therefore, there are two cases of variation in the base characteristics. One is variation in quality between the wafer -W 1 to W-m. The other is quality variation depending on the location on the same wafer. Since a large number of HBTs are manufactured on one wafer, variations within the wafer are also a problem. In other words, if expressed in coordinates, (j, xj , yj ) could be written. j is the wafer number, (x j , y j )
Is a two-dimensional coordinate at W j . Using these coordinates, the base thickness d can be expressed as d (j, xj , yj ), and the base carrier density can be expressed as p (j, xj , yj ). The minority carrier lifetime at the base can also be expressed as τ (j, xj , yj ). The present invention relates to a method for evaluating such properties.

【0045】[0045]

【発明が解決しようとする課題】GaAs系HBTの特
性を大きく左右する要因の一つに、ベース層の品質があ
る。エミッタ層、ベース層、コレクタ層のうち応答特性
などに最も強い関連を持つのはベース品質である。ベー
ス層はその厚みd、キャリヤ濃度p、少数キャリヤライ
フタイムτなどが所定の値でなければ所望の性質が発揮
できない。ところが、ベース層は70nmといった極め
て薄い層であるから特性制御は難しく特性評価も困難で
ある。評価は困難であるが最適の条件を見いだすため
に、ぜひとも特性測定評価を行わなければならない。一
旦最適条件を決めれば製造可能になるが、それまでの段
階として評価が不可欠である。また、仕様を変更する場
合も特性評価は重要である。この発明はベース層の評価
だけを問題にする。
One of the factors largely affecting the characteristics of the GaAs-based HBT is the quality of the base layer. Among the emitter layer, base layer, and collector layer, base quality has the strongest relation to response characteristics and the like. Unless the thickness d, carrier concentration p, minority carrier lifetime τ, and the like are predetermined values, the base layer cannot exhibit desired properties. However, since the base layer is an extremely thin layer having a thickness of 70 nm, it is difficult to control characteristics and to evaluate characteristics. Although evaluation is difficult, in order to find optimal conditions, it is necessary to perform characteristic measurement evaluation. Once the optimum conditions are determined, manufacturing becomes possible, but evaluation is indispensable as a stage until then. Characteristic evaluation is also important when changing specifications. The invention only concerns the evaluation of the base layer.

【0046】トランジスタの特性はウエハ−プロセスを
終えて個々のチップに切断しパッケージに実装してテス
ターによって特性をやっと測定できるようになる。その
状態で増幅率β、その温度特性、耐圧などを測定しても
ベース層の固有の性質はわからない。ベース層だけの評
価をしたい。評価をするにはベース層が露呈した状態で
なければならない。ところが、ベース層が露呈した状態
はトランジスタが完成した時のベース層の状態とは異な
る。これが問題である。
After the wafer process, the characteristics of the transistor can be cut into individual chips, mounted on a package, and finally the characteristics can be measured by a tester. In this state, even if the amplification factor β, its temperature characteristic, the breakdown voltage, and the like are measured, the intrinsic properties of the base layer are not known. I want to evaluate only the base layer. For evaluation, the base layer must be exposed. However, the state where the base layer is exposed is different from the state of the base layer when the transistor is completed. This is the problem.

【0047】従来はベース層と同一条件で単層のベース
層を成長させ品質評価を行っていた。つまり、GaAs
基板の上にコレクタ層、ベース層(70nm)だけをエ
ピタキシャル成長させ、それより上の層は成長させな
い。その中途半端でエピタキシャル成長をやめて冷却し
外部に出す。図2(従来例)にその層構造を示す。上か
ら順に、
Conventionally, a single-layer base layer was grown under the same conditions as the base layer to evaluate the quality. That is, GaAs
Only the collector layer and the base layer (70 nm) are epitaxially grown on the substrate, and the layers above it are not grown. At the halfway point, the epitaxial growth is stopped and the mixture is cooled and taken out. FIG. 2 (conventional example) shows the layer structure. From the top,

【0048】 4. p−GaAs層(ベース) 70nm p=4
×1019cm−3 3. n−GaAs層(コレクタ)500nm n=1
×1016cm−3 2. n−GaAs層 200nm n=2
×1018cm−3 1. GaAs基板(半絶縁性SI)
[0048] 4. p-GaAs layer (base) 70 nm p = 4
× 10 19 cm −3 3. n-GaAs layer (collector) 500 nm n = 1
× 10 16 cm −3 2. n-GaAs layer 200 nm n = 2
× 10 18 cm −3 1. GaAs substrate (semi-insulating SI)

【0049】である。1〜4の層構造は実際のHBTと
同じ組成膜厚としている。HBTトランジスタとするに
は、その上にエミッタ層などもエピタキシャル成長させ
るのであるが、ベース層を調べるためには、ここまでエ
ピタキシャル成長させて冷却して外部に取り出す。冷却
の過程でAs抜けを防ぐ必要があるからAs源(アルシ
ン)を吹き付けながら冷却する。
Is as follows. The layer structures 1 to 4 have the same composition film thickness as the actual HBT. To make an HBT transistor, an emitter layer and the like are also epitaxially grown thereon. However, to examine the base layer, the base layer is epitaxially grown so far, cooled and taken out. Since it is necessary to prevent As escape during the cooling process, cooling is performed while blowing an As source (arsine).

【0050】こうして露呈したベース層の特性評価を行
うのであるが、その方法には二つの難点がある。一つは
コレクタ、エミッタ層で挟まれた実際のベースと、露呈
したベースは違うということである。冷却過程でベース
にAsの出入りがあって実際のベース層と検査用のベー
ス層が相違するのである。Asの出入りによって表面の
ストイキオメトリが変化する。するとキャリヤ密度が大
きく変動する。だから実際のキャリヤ濃度を測定するこ
とができない。
The characteristics of the exposed base layer are evaluated. The method has two disadvantages. One is that the actual base sandwiched between the collector and emitter layers is different from the exposed base. During the cooling process, As enters and exits from the base, and the actual base layer differs from the base layer for inspection. The stoichiometry of the surface changes as As enters and exits. Then, the carrier density fluctuates greatly. Therefore, the actual carrier concentration cannot be measured.

【0051】冷却過程で別物になるという難点の他に、
ベースが薄すぎるということから来る欠点もある。高速
で動作するためにはベース層は薄くなくてはいけない。
それで70nmというような薄い層となっている。しか
し、70nmという厚みは薄すぎてキャリヤ濃度(p濃
度)を厳密に測定できない。p濃度はHall測定よっ
て求める。しかし、層が薄いとHall測定しにくい。
厚みも正しく測定しにくい。厚みは部分的にベース層を
エッチングして段差を測るが、薄いと測定揺らぎが大き
い。
In addition to the difficulty of becoming different during the cooling process,
There are also drawbacks from the base being too thin. To operate at high speed, the base layer must be thin.
This results in a thin layer of 70 nm. However, the thickness of 70 nm is too thin to accurately measure the carrier concentration (p concentration). The p concentration is determined by Hall measurement. However, when the layer is thin, Hall measurement is difficult.
It is difficult to measure the thickness correctly. The thickness is measured by measuring the step by partially etching the base layer. When the thickness is small, the measurement fluctuation is large.

【0052】キャリヤ濃度p、厚みdはなんとか測定で
きても、少数キャリヤ(電子)のライフタイムτはもう
全く測定できない。少数キャリヤのライフタイムは長い
方が良いが、長くてしかも一定でないと特性ばらつきが
出て好ましくない。
Even if the carrier concentration p and the thickness d can be measured, the lifetime τ of minority carriers (electrons) cannot be measured at all. It is better that the lifetime of the minority carrier is long, but if it is long and not constant, the characteristics will vary, which is not preferable.

【0053】どうして薄いとライフタイムが分からない
か?というと、ホトルミネッセンスによってライフタイ
ムを測定するからである。GaAsのバンドギャップは
1.4eV程度で光波長にすると0.9μm程度であ
る。これよりエネルギーの高い光をパルス的に発生する
レ−ザを用いてτを測定する。光を当てると電子のバン
ドギャップ遷移が起こり正孔・電子対ができる。電子が
少数キャリヤである。これがベース中で多数キャリヤで
ある正孔と再結合して光を出す。この光を蛍光というが
蛍光の減衰を調べることによって少数キャリヤの寿命
(ライフタイム)を知る事ができる。
Why can't the life time be known if it is too thin? This is because lifetime is measured by photoluminescence. The band gap of GaAs is about 1.4 eV, which is about 0.9 μm in terms of light wavelength. Τ is measured using a laser which generates light having a higher energy in a pulsed manner. When irradiated with light, a band gap transition of electrons occurs to form a hole-electron pair. Electrons are minority carriers. This recombines with the majority carrier holes in the base to emit light. This light is called fluorescence, but the life of the minority carrier (life time) can be known by examining the decay of the fluorescence.

【0054】パルスレ−ザ光のエネルギーがGaAsバ
ンドギャップより大きいからGaAsによって吸収され
るが、ベース層は薄すぎるのでレ−ザ光の一部はベース
層を通り抜けてコレクタ層(n型)までゆき、ここで電
子・正孔対を生成することがある。少数キャリヤは正孔
であるが、これはコレクタで再結合して発光(Luminesc
ence)する。この発光を蛍光とも言う。ベース層が薄い
のでベース層からの発光と、その下のコレクタ層からの
発光が重なって見える。蛍光の減衰を見るといってもコ
レクタからとベースからの蛍光を区別できない。だか
ら、ベースでの少数キャリヤ寿命を測定することができ
ない。先に説明したように、ベースにおける少数キャリ
ヤの寿命が応答速度を決めるので重要な値である。これ
が分からないし制御もできないというのでは困る。
Although the energy of the pulsed laser light is larger than the GaAs band gap, it is absorbed by GaAs. However, since the base layer is too thin, part of the laser light passes through the base layer and reaches the collector layer (n-type). Here, electron-hole pairs may be generated. The minority carriers are holes, which recombine at the collector and emit light (Luminesc).
ence). This emission is also called fluorescence. Since the base layer is thin, light emission from the base layer and light emission from the collector layer thereunder appear to overlap. Looking at the decay of fluorescence, it is not possible to distinguish fluorescence from the collector and the base. Therefore, the minority carrier lifetime at the base cannot be measured. As described above, the life of the minority carrier at the base is an important value because it determines the response speed. I don't want to know or control this.

【0055】厚みdということに関してもベースの一部
をレジストでマスクして残りのベースをエッチング除去
し電子顕微鏡で見て段差を測定するが、70nmという
薄いものだから測定ばらつきが大きい。
Regarding the thickness d, a part of the base is masked with a resist, the remaining base is removed by etching, and the step is measured with an electron microscope.

【0056】このようにGaAs基板の上に70nmの
ベース単層を成長させたものを調べるという方法は、ベ
ース単層と実際のベース層が違うという問題と、ベース
が薄いから厚みd、正孔密度p、電子寿命τを正確に測
定できないという問題がある。
As described above, the method of examining the growth of a 70 nm base monolayer on a GaAs substrate involves the problem that the base monolayer is different from the actual base layer, and the fact that the base is thin and has a thickness d and holes. There is a problem that the density p and the electron lifetime τ cannot be measured accurately.

【0057】ベースの厚みdのばらつき、正孔密度p、
電子寿命τを正確に測定できる評価方法を提供すること
が本発明の第1の目的である。実際のベースと特性が近
似した検査用のベースを作製して、より正確な対応付け
が可能な評価方法を提供することが本発明の第2の目的
である。ベース特性のばらつきを知って原料ガスの分布
や温度分布を変更してばらつきを減らし、その条件でG
aAs―HBTを製造する方法を提供することが本発明
の第3の目的である。
Variation in base thickness d, hole density p,
It is a first object of the present invention to provide an evaluation method capable of accurately measuring the electron lifetime τ. It is a second object of the present invention to provide an evaluation method capable of making a more accurate association by producing an inspection base having characteristics similar to those of an actual base. Knowing the variation in the base characteristics, the distribution and temperature distribution of the source gas are changed to reduce the variation, and G
It is a third object of the present invention to provide a method for producing aAs-HBT.

【0058】[0058]

【課題を解決するための手段】本発明のベース層評価方
法はMOCVD法によりGaAs基板の上に、コレクタ
層、AlGaAs層、300nm〜1μm厚みのp型ベ
ース層、n−InGaP層、エミッタ層をエピ成長によ
って積層し、冷却してから、エミッタ層を除去して、n
−InGaP層を通して或いはn−InGaP層を除い
て直接にベース層の少数キャリヤのライフタイムτを測
定し、n−InGaP層を除去してベース層のキャリヤ
濃度pとベース層厚みdを測定する。ここまではエピ成
長ウエハ−の評価方法である。さらに製造方法とするに
は次の過程が加わる。
According to the method for evaluating a base layer of the present invention, a collector layer, an AlGaAs layer, a p-type base layer having a thickness of 300 nm to 1 μm, an n-InGaP layer, and an emitter layer are formed on a GaAs substrate by MOCVD. After stacking by epi growth and cooling, the emitter layer is removed and n
The minority carrier lifetime τ of the base layer is measured directly through the -InGaP layer or excluding the n-InGaP layer, and the carrier concentration p and the base layer thickness d of the base layer are measured by removing the n-InGaP layer. The above is the evaluation method of the epi-grown wafer. The following steps are added to the production method.

【0059】ウエハ−毎、ウエハ−面内でのベース層の
少数キャリヤライフタイムτ、厚みd、キャリヤ濃度p
のばらつきを求め、ばらつきを減ずるように原料ガス供
給分布、温度分布などの条件を変更して、ばらつきの少
ない条件を探す。その条件を使って、薄いベース層(例
えば70nm)を持つ実際のInGaP/GaAs−H
BTを製造するようにする。
For each wafer, the minority carrier lifetime τ, thickness d, and carrier concentration p of the base layer in the plane of the wafer
Is obtained, and conditions such as a source gas supply distribution and a temperature distribution are changed so as to reduce the variation, and a condition having a small variation is searched for. Using that condition, an actual InGaP / GaAs-H with a thin base layer (eg, 70 nm)
BT is manufactured.

【0060】[0060]

【発明の実施の形態】本発明のHBTの評価方法は、7
0nmの薄いベースを作るのでなく、300nm〜1μ
mの厚いベース層を成長させる。ベース層を露呈した状
態でなくベース層をn−InGaP層、エミッタ層によ
って覆ったものをエピ成長させる。エミッタ層を除去し
て、n−InGaP層を通しあるいはn−InGaP層
を除き直接にベースでの電子ライフタイムτを測定し、
n−InGaP層が付いている場合はn−InGaP層
を除去して、ベース層キャリヤ濃度p、厚みdを測定す
るものである。これによってMOCVD装置内での原料
ガスの流入量分布、ウエハ−の温度分布、サセプタの高
さ、回転速度などを調整し最適の条件を求める。その条
件が求められると70nmのベース厚みを持つ実際のH
BTトランジスタを製造する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The HBT evaluation method of the present invention is as follows.
Instead of making a thin base of 0nm, 300nm ~ 1μ
A thick base layer of m is grown. The base layer is covered with an n-InGaP layer and an emitter layer, instead of exposing the base layer. The electron lifetime τ at the base is measured by removing the emitter layer and passing through the n-InGaP layer or directly excluding the n-InGaP layer,
When an n-InGaP layer is provided, the n-InGaP layer is removed and the carrier concentration p and the thickness d of the base layer are measured. Thus, the optimum conditions are obtained by adjusting the distribution of the flow rate of the source gas, the temperature distribution of the wafer, the height of the susceptor, the rotation speed, and the like in the MOCVD apparatus. When that condition is required, an actual H having a base thickness of 70 nm is obtained.
A BT transistor is manufactured.

【0061】ベース厚みを厚くすること、ベース層を露
呈しないこと、ベース層の下にAlGaAs層を載せる
などの特徴がある。それぞれについて、その根拠を説明
する。
There are features such as increasing the thickness of the base, not exposing the base layer, and placing an AlGaAs layer under the base layer. The rationale for each is explained.

【0062】(1)ベース層が厚いこと 高周波特性にベース層厚みは強い関係を持つ。薄い方が
応答速度が速いからGaAs―HBTのベース厚は70
nm(0.07μm)前後の薄いものである。ところ
が、それでは少数キャリヤ(電子)ライフタイムτを測
定できない。本発明はレ−ザ光の全部がベース層に吸収
されるように厚いベース層を作製する。少数キャリヤの
ライフタイムは強いパルスレ−ザ光をベース層に当てて
ホトルミネッセンス(PL;Photoluminescence)を測
定し、その減衰から電子のライフタイムを知る。ベース
(p−GaAs)バンドギャップ(900nm程度)よ
り大きいエネルギーの(λ=400nm〜500nm程
度)パルスレ−ザ光を当てると半導体の価電子帯から電
子が伝導帯に励起される。つまり電子・正孔対が生成す
る。ベースはp型領域なので正孔は多数キャリヤである
から他の正孔に紛れて区別がつかなくなる。電子は少数
キャリヤでありベース内を動き回る。電界が掛かってい
ないのでランダムな動きである。
(1) Thick Base Layer The thickness of the base layer has a strong relationship with high frequency characteristics. Since the thinner one has a faster response speed, the base thickness of GaAs-HBT is 70
It is as thin as about nm (0.07 μm). However, it cannot measure the minority carrier (electron) lifetime τ. The present invention creates a thick base layer such that all of the laser light is absorbed by the base layer. The lifetime of the minority carrier is determined by measuring photoluminescence (PL) by irradiating a strong pulsed laser beam to the base layer, and knowing the lifetime of electrons from the decay. When pulse laser light having an energy larger than the base (p-GaAs) band gap (approximately 900 nm) (approximately λ = 400 nm to 500 nm) is applied, electrons are excited from the valence band of the semiconductor to the conduction band. That is, electron-hole pairs are generated. Since the base is a p-type region, the holes are majority carriers and cannot be distinguished from other holes. The electrons are minority carriers and move around in the base. The movement is random because no electric field is applied.

【0063】電子は周りの正孔と衝突し再結合しバンド
ギャップ発光して消滅する。発光(蛍光)の減衰を見れ
ば電子の減衰がわかる。パルスレ−ザであるからパルス
間隔を寿命(ライフタイム)以上にしておけば減衰を正
確に追跡でき、これからライフタイムτが分かるのであ
る。ところが、ベースが70nmのように薄いとレ−ザ
光は下地のコレクタ層までゆくから、そこで電子・正孔
対ができる。これらも同様に再結合して蛍光を生ずる。
両者の信号を分離できない。だから、薄いベース層での
電子寿命を測定できなかったのである。
Electrons collide with surrounding holes and recombine to emit band gap light and disappear. The decay of light emission (fluorescence) indicates the decay of electrons. Since the pulse laser is a pulse laser, the attenuation can be accurately tracked if the pulse interval is longer than the lifetime (life time), and the lifetime τ can be known from this. However, if the base is as thin as 70 nm, the laser light travels to the underlying collector layer, where electron-hole pairs are formed. They also recombine in a similar manner, producing fluorescence.
The two signals cannot be separated. Therefore, the electron lifetime in the thin base layer could not be measured.

【0064】ところが、本発明は500nm程度の厚い
ベース層を作るのでレ−ザ光がベース層で全部吸収され
下地までゆかない。ベース層での蛍光だけを観測するこ
とになる。だからベースでの少数キャリヤライフタイム
τが正確にわかる。ベース層が厚いというのはこのよう
な重大な意味がある。電子ライフタイムは高周波での電
流増幅率βを決める重要な因子である。これまで正確に
τを測定できなかったのでHBTの品質を正確に制御で
きなかった。本発明の方法によって初めて電子ライフタ
イムを測定できるようになった。
However, in the present invention, since a thick base layer having a thickness of about 500 nm is formed, laser light is completely absorbed by the base layer and does not reach the base. Only the fluorescence in the base layer will be observed. Therefore, the minority carrier lifetime τ at the base can be accurately determined. The fact that the base layer is thick has such a significant meaning. The electron lifetime is an important factor that determines the current amplification factor β at a high frequency. Until now, it was not possible to accurately measure τ, so that the quality of HBT could not be controlled accurately. The method according to the invention makes it possible for the first time to measure the electronic lifetime.

【0065】その結果分かったことはいろいろある。ウ
エハ−間でのτのばらつきが大きくて、低いものはτ=
268ps(ピコ秒;ps=10−12s)、高いもの
は309psというように広くばらつく。しかし、その
ようなばらつきはウエハ−間でのばらつきで巨視的なも
のであるから原料ガス分布、温度分布を調整することに
よって矯正することができる。様々の条件でエピ成長さ
せベースでの電子ライフタイムを測定して全てのウエハ
−間でのばらつきを減らし、何れのウエハ−の何れの位
置でも、寿命τ>300psとなるようにできた。この
ようなことも電子ライフタイムを正確に測定できベース
層評価ができて初めて可能になったのである。
As a result, there are various findings. The variation of τ between wafers is large, and
268 ps (picoseconds; ps = 10 −12 s), and high ones vary widely, such as 309 ps. However, such variation is macroscopic because it is a variation between wafers, and can be corrected by adjusting the source gas distribution and the temperature distribution. Epi-growth was performed under various conditions, and the electron lifetime on the base was measured to reduce the variation among all wafers, so that the lifetime τ> 300 ps was obtained at any position on any wafer. This was only possible if the electronic lifetime could be accurately measured and the base layer evaluated.

【0066】多数キャリヤ濃度(p濃度)の測定は70
nm厚みでもできたが厚い層にするとより正確になる。
キャリヤ密度はホール(Hall)効果を用いて測定す
る。これは横方向に電流Jを流し磁場Bを縦に掛け側方
端面に発生する起電力Vを求め、その比によって濃度を
知る。簡単にはpe=JB/Vという式からpを求める
(eは電荷素量)。ベース層が薄いと端面が薄くJ、V
の測定のばらつきが大きくなる。厚みが70nmのよう
に薄いと誤差も大きいが500nm程度に厚くすると測
定精度が高まる。
The measurement of the majority carrier concentration (p concentration) is 70
Although it can be formed even with a thickness of nm, it becomes more accurate when a thick layer is formed.
The carrier density is measured using the Hall effect. In this method, a current J is applied in the horizontal direction, a magnetic field B is applied vertically, an electromotive force V generated on the side end face is obtained, and the concentration is known from the ratio. In brief, p is obtained from the equation pe = JB / V (e is the elementary charge). If the base layer is thin, the end face is thin and J, V
Of the measurement becomes large. When the thickness is as thin as 70 nm, the error is large, but when the thickness is as thick as about 500 nm, the measurement accuracy is increased.

【0067】その事情は厚み測定dについても言える。
薄いベース厚を測定した場合、平均値が小さい変量の揺
らぎ(偏差)は大きくなるから測定の信頼性は低い。本
発明は厚いベースについて厚み測定するから精度が高く
なる。本来70nmのベースを500nmにして、その
厚みを測るのにどのような意味があるのか?ということ
は疑問であろうが、それについては後にAlGaAs層
の項で述べよう。厚みdを大きくするとdの測定精度も
高くなるということをここでは注意するに止める。
The same can be said for the thickness measurement d.
When a thin base thickness is measured, the fluctuation (deviation) of a variable having a small average value becomes large, so that the reliability of the measurement is low. Since the present invention measures the thickness of a thick base, the accuracy is improved. What is the significance of measuring the thickness from a base of 70 nm to 500 nm? This is doubtful, but will be described later in the section on the AlGaAs layer. It should be noted here that increasing the thickness d also increases the measurement accuracy of d.

【0068】(2)ベース層の上に、n−InGaP
層、エミッタ層を重ねてエピ成長すること 従来法はベース層までで成長を停止し、これを露呈した
まま冷却していた。As抜けを防ぐためにアルシン(A
sH)をウエハ−に当てながら冷却するのはもちろん
である。
(2) On the base layer, n-InGaP
In the conventional method, the growth is stopped up to the base layer, and the layer is cooled while exposing the layer. Arsine (A
It is needless to say that the wafer is cooled while sH 3 ) is applied to the wafer.

【0069】しかし、それでも試験用のベース層と、実
際のHBTの中のベース層は特性が大きく違う。As圧
を掛けるといっても他の層で覆われているのとは冷却の
状況が違う。そのため露呈して冷却したベース層のキャ
リヤ濃度pを測定しても、それは実際のHBTのベース
層のキャリヤ濃度pとは違う。
However, the characteristics of the test base layer and the base layer in the actual HBT are still significantly different. Even if As pressure is applied, the cooling situation is different from being covered with another layer. Therefore, even if the carrier concentration p of the exposed and cooled base layer is measured, it is different from the actual carrier concentration p of the base layer of the HBT.

【0070】冷却時においてAsHでAs抜けを防ぐ
場合、AsHが分解する際に生じるHがGaAs中に
取り込まれ、ホールキャリヤ濃度が低下したり、結晶の
質が変化したりする。このため露呈したベース層のキャ
リヤ濃度pを測定しても、それが実際のHBTのベース
層のキャリヤ濃度と一致しない。条件が厳密に同じにな
らないのである。本発明はベース層をHBTと同じ層構
造によって覆い、その状態で冷却するからベース層のキ
ャリヤ濃度pの不一致という問題はない。HBTのベー
ス層のキャリヤ濃度を正確に知る事ができるはずであ
る。
When AsH 3 is used to prevent the escape of As during cooling, H generated when AsH 3 is decomposed is taken into GaAs, and the hole carrier concentration is reduced or the quality of the crystal is changed. For this reason, even if the carrier concentration p of the exposed base layer is measured, it does not match the actual carrier concentration of the HBT base layer. The conditions are not exactly the same. In the present invention, since the base layer is covered with the same layer structure as the HBT, and is cooled in that state, there is no problem that the carrier concentration p of the base layer is inconsistent. It should be possible to know the carrier concentration of the base layer of the HBT accurately.

【0071】ベース層を覆うことは電子(少数キャリ
ヤ)ライフタイムτの測定精度を上げるという点でも有
用である。ベース層露呈状態で冷却するとAsの空孔、
Ga空孔の状況が変動するが、濃度pの他に電子nの散
乱の断面積σも変化する。散乱断面積σが異なるとライ
フタイムτが違ってくる。だから露呈したベース層のラ
イフタイムと、エピ上層で覆ったベース層のライフタイ
ムも違う。本発明はベース層を覆うので試験用のウエハ
−で測定したライフタイムτが実際のHBTベース層の
電子ライフタイムτに等しい。このようにベース層を覆
って冷却するということは正孔濃度p、ライフタイムτ
の正確な測定という点で極めて有用なことである。
Covering the base layer is also useful in improving the measurement accuracy of the electron (minority carrier) lifetime τ. When cooled with the base layer exposed, As vacancies,
Although the state of Ga vacancies changes, the cross-sectional area σ of scattering of electrons n also changes in addition to the concentration p. If the scattering cross section σ is different, the lifetime τ is different. Therefore, the lifetime of the exposed base layer is different from the lifetime of the base layer covered by the upper epi layer. Since the present invention covers the base layer, the lifetime τ measured on the test wafer is equal to the actual electron lifetime τ of the HBT base layer. Cooling over the base layer in this way means that the hole concentration p and the lifetime τ
This is extremely useful in terms of accurate measurement of

【0072】(3)下地にAlGaAs層を設けること これは本発明に必須の条件ではない。ベース層厚みdの
測定の際、精度を上げる為に有用である。ベース層(p
−GaAs)の直下にAlGaAs下地を挟んでおく
と、GaAs/AlGaAsのエッチングレートが0に
近いエッチング液でエッチングすることによって、Ga
As層だけを除去することができる。液体によるエッチ
ングには材料によって選択性があり、同じ温度濃度であ
っても、GaAsに対するエッチング速度(エッチング
レートと言う)と、AlGaAsに対するエッチングレ
ートが異なるようなものがある。ベース層のp−GaA
sの一部をレジストによって覆い選択エッチングする
と、レジストによって覆われない部分のGaAsは全部
除去され下地のAlGaAsが残る。レジストを取り除
くと、p−GaAs厚みに等しい段差ができる。この段
差dを顕微鏡で見て測定するとp−GaAs(ベース
層)の厚みdが分かるのである。下地はAlGaAsに
限らず、non−InGaPでも良い。下地がnon−
GaAsでも、p−GaAsとの間でレートの違う選択
性のあるエチャントがある。下地を何にするかというこ
とはベース層厚みを正確に知るための条件を与える。
(3) Providing an AlGaAs layer as a base This is not an essential condition for the present invention. This is useful for increasing the accuracy when measuring the base layer thickness d. Base layer (p
-GaAs), an AlGaAs underlayer is sandwiched immediately below, and the etching rate of GaAs / AlGaAs is close to 0 by etching with an etching solution.
Only the As layer can be removed. There is selectivity in etching with a liquid depending on the material, and there is an etching rate for GaAs (referred to as an etching rate) and an etching rate for AlGaAs different even at the same temperature concentration. P-GaAs of base layer
When a part of s is covered with the resist and is selectively etched, the GaAs in the part not covered with the resist is entirely removed, and the underlying AlGaAs remains. Removing the resist results in a step equal to the p-GaAs thickness. When this step d is measured with a microscope, the thickness d of the p-GaAs (base layer) can be determined. The underlayer is not limited to AlGaAs, but may be non-InGaP. The base is non-
In GaAs, there is a selective etchant having a different rate from that of p-GaAs. The choice of the underlayer provides a condition for accurately knowing the thickness of the base layer.

【0073】ここで一つ問題がある。実際のHBTのベ
ース厚みは70nmである。ここで測るベース厚みは5
00nmである。現実のHBTのベース層厚みを測るの
ではない。測定用に作ったベース層厚みを測って何の意
味があるのか?ということを述べる必要があろう。先に
実際のHBTのベース厚は70nmで薄すぎて測定誤差
が大きいということを述べた。500nm程度にすると
先述の下地との選択エッチングと顕微鏡観察によって精
度良く厚み測定できる。
There is one problem here. The actual base thickness of the HBT is 70 nm. The base thickness measured here is 5
00 nm. It does not measure the actual HBT base layer thickness. What is the significance of measuring the thickness of the base layer made for measurement? It is necessary to state that. As mentioned above, the base thickness of the actual HBT is 70 nm, which is too thin, and the measurement error is large. When the thickness is set to about 500 nm, the thickness can be accurately measured by selective etching with the underlayer and observation with a microscope.

【0074】厚み測定の目的はそれ自体にあるのではな
くて、原料ガスの分布、温度分布など巨視的なMOCV
Dの条件を均一にすることであった。同じ成長条件であ
れば、平均500nmのベース層での層厚み分布d
(j,x,y;500nm)は、平均70nmのベ
ース層での層厚み分布d(j,x,y;70nm)
に大体比例する筈である。jはウエハ−番号、(x
)はj番目ウエハ−での面内座標である。d(j,
,y;500nm)というのは平均500nmの
ベース層を生成したときj番目のウエハ−の(x,y
)での厚みを意味する。平均500nmのベース層を
積み上げたときに平均より薄くなる部分は、平均70n
mのベース層を積む時も平均よりM薄くなるであろう。
つまり定数Kがあって、
The purpose of the thickness measurement is not on its own, but on the macroscopic MOCV such as the distribution of the source gas and the temperature distribution.
The condition of D was to be uniform. Under the same growth conditions, the layer thickness distribution d of the base layer having an average of 500 nm
(J, xj , yj ; 500 nm) is a layer thickness distribution d (j, xj , yj ; 70 nm) in the base layer having an average of 70 nm.
Should be roughly proportional to j is the wafer number, (x j ,
y j ) is the in-plane coordinates on the j-th wafer. d (j,
x j, y j; 500nm) is j-th wafer when generating a base layer having an average 500nm because - the (x j, y
j ) means the thickness. The portion that becomes thinner than the average when the base layer having an average of 500 nm is stacked is 70 n on average.
When loading m base layers, it will be M thinner than the average.
That is, there is a constant K,

【0075】[0075]

【数1】 (Equation 1)

【0076】というような関係が成り立つだろうと推定
される。そうであれば平均500nmベース厚みの揺ら
ぎを最小にするような原料ガス量分布、温度分布を求め
て調整しておけば、MOCVD法で70nm厚みのベー
ス層を作製した場合、ベース層厚みの揺らぎが最小にな
るはずである。500nmベースで厚みを測定すること
はMOCVDの最適条件を求めるためには有用なのであ
る。少しわかりにくいがそういう事である。
It is presumed that such a relationship will hold. If so, if the source gas amount distribution and the temperature distribution are determined and adjusted so as to minimize the fluctuation of the base thickness on the average of 500 nm, the fluctuation of the base layer thickness when the 70 nm-thick base layer is manufactured by the MOCVD method. Should be minimized. Measuring the thickness on a 500 nm basis is useful for finding the optimum conditions for MOCVD. It's a bit confusing, but that's it.

【0077】[0077]

【実施例】InGaP/GaAs−HBTの特性改善に
あたり、ベース層の品質評価を実施するため、図1に示
すような層構造の試料を作製した。
EXAMPLE In order to evaluate the quality of a base layer in improving the characteristics of InGaP / GaAs-HBT, a sample having a layer structure as shown in FIG. 1 was prepared.

【0078】この試料は、上から順に 7.n−InGaAs 50nm 6.n−GaAs 100nm 5.n−InGaP 50nm 4’.p−GaAs 500nm p=4×1019cm−3 3’.non−AlGaAs 100nm 2’.non−GaAs 100nm 1.GaAs基板 This sample was used in order from the top. 5. n-InGaAs 50 nm 4. n-GaAs 100 nm n-InGaP 50 nm 4 ′. p-GaAs 500 nm p = 4 × 10 19 cm −3 3 ′. non-AlGaAs 100 nm 2 '. non-GaAs 100 nm GaAs substrate

【0079】のようである。ベース層以外の構造、厚み
は任意性がある。HBTの設計が例えば図3のような構
成なら図1のような試料を作って調べるという事であ
る。だから、図3の実際のHBTと上部構造は同じであ
る。しかしベース層が実際のHBTよりも厚く500μ
mとなっている。キャリヤ濃度は高くて4×1019
−3の程度である。図2の従来法の場合の試料構造と
比較して上部構造5、6、7が付いているということが
一つの特徴である。ベース層が露呈しないように実際の
HBTとよく似た試料構成としている。冷却中にベース
層が外部(As雰囲気)に露呈しないからベース層のキ
ャリヤ濃度、ライフタイムが冷却中に変動しない。この
効果についてはこれまでも繰り返し述べた。
It is as follows. Structure and thickness other than base layer
Is optional. The design of the HBT is, for example, as shown in FIG.
If that is the case, make a sample as shown in Fig. 1 and check it.
You. Therefore, the superstructure is the same as the actual HBT in FIG.
You. However, the base layer is 500 μm thicker than the actual HBT.
m. Carrier concentration as high as 4 × 1019c
m -3Of the degree. The sample structure in the case of the conventional method of FIG.
Compared with the superstructure 5, 6, 7
This is one feature. So that the base layer is not exposed
The sample configuration is very similar to the HBT. Base during cooling
Since the layer is not exposed to the outside (As atmosphere),
Carrier concentration and lifetime do not change during cooling. this
The effects have been repeatedly described.

【0080】ベース層キャリヤ濃度などが測定できるよ
うに、コレクタ層(2’)はノンドープとした。ベース
層の直下にあるコレクタ層は実際にはn−GaAsであ
るが、ベースキャリヤをHall測定するときコレクタ
にキャリヤ(n;電子)があるとこれによる起電力が混
ざり正孔濃度pの測定に誤差を引き起こす可能性があ
る。これを嫌ってnon−GaAsをコレクタ層
(2’)としている。ベース層が500nmであっても
Hall測定には薄いのでこのような可能性もある。正
孔だけがキャリヤなら先に述べたようにホール測定でp
e=BJ/Vである(eは電荷素量、Jは横電流密度、
Bは縦磁束密度、Vは端面起電力)が、電子が混ざると
複雑になり、BJ/V=(pμ+nμ)e/(μ
−μ)のようになる。μは正孔移動度、μは電子
移動度である。これではそれぞれの移動度とnが分から
なければpが分からない。他の試験法によってこれらの
パラメータをも測定しなければならなくなる。これを避
けるため直下の層をノンドープとしている。
The collector layer (2 ') was non-doped so that the carrier concentration of the base layer could be measured. The collector layer immediately below the base layer is actually n-GaAs, but when measuring the Hall of the base carrier, if there is a carrier (n; electron) in the collector, the electromotive force caused by the carrier is mixed to measure the hole concentration p. May cause errors. To avoid this, non-GaAs is used as the collector layer (2 '). Even if the base layer has a thickness of 500 nm, such a possibility exists because Hall measurement is thin. If only holes are carriers, as described above, p
e = BJ / V (e is the elementary charge, J is the transverse current density,
Vertical magnetic flux density B, V is TanmenOkoshi power), the electron is mixed complicated, BJ / V = (pμ p + nμ n) e / (μ p
−μ n ). μ p is the hole mobility and μ n is the electron mobility. In this case, if the respective mobilities and n are not known, p cannot be known. These parameters must also be measured by other test methods. To avoid this, the layer immediately below is non-doped.

【0081】さらに選択エッチングができるようなAl
GaAs層(3’)をベース層直下に挿入している。こ
れも先に説明したが、p−GaAsだけをエッチング
し、AlGaAsをエッチングしないようなエッチャン
トによってエッチングするということである。それによ
ってp−GaAs層の厚みが正確にわかる。
Al for further selective etching
The GaAs layer (3 ') is inserted immediately below the base layer. As described above, this means that only p-GaAs is etched, and etching is performed with an etchant that does not etch AlGaAs. Thereby, the thickness of the p-GaAs layer can be accurately determined.

【0082】(1) この試料を用いて、表面側n−I
nGaAs(7)、n−GaAs層(6)をエッチング
オフし、n−InGaP(5)を通じてベース層である
p−GaAs層(4’)の光学特性(PL;Photolumine
scence;フォトルミネッセンス測定)や、HBT特性を
大きく左右するマイノリティキャリヤ(minority carri
er)のライフタイム測定(TRPL;時間分解フォトル
ミネッセンス測定)を実施した。この測定はn−InG
aP(5)も除去して行うこともできる。ベース層が薄
いと光が透過して下地層のPLを見るということになっ
てしまう。本発明はそうでなくベース層が厚いからPL
によってライフタイムの測定が可能である。
(1) Using this sample, the surface side n-I
The nGaAs (7) and the n-GaAs layer (6) are etched off, and the optical characteristics (PL; Photolumine) of the p-GaAs layer (4 ′) as the base layer are passed through the n-InGaP (5).
scence; photoluminescence measurement), and minority carriers that greatly affect HBT characteristics
er) (TRPL; time-resolved photoluminescence measurement). This measurement is based on n-InG
aP (5) can also be removed. If the base layer is thin, light will be transmitted and the PL of the underlying layer will be seen. In the present invention, since the base layer is thicker, PL
Enables the measurement of the lifetime.

【0083】図4のようにMOCVD法で複数枚のGa
Asウエハ−(この図では12枚)W、W、…
、…に同時にエピタキシャル成長させる。だからP
L測定といっても全てのウエハ−の多くの点について同
様の測定をするのである。個々の点での測定値は大して
意味がない。ウエハ−間のばらつき、ウエハ−内でのば
らつきが問題である。PLによって電子ライフタイムτ
が分かる理由は既に述べた。レ−ザ光によってベース層
に電子正孔対が生成し電子が正孔と再結合して蛍光を生
じて消滅するが、その減衰からライフタイムτが分か
る。τのウエハ−間、ウエハ−内ばらつきは個々のデー
タτ(j,x,y)を処理することによって計算さ
れる。
As shown in FIG. 4, a plurality of Ga
As the wafer - (12 pieces in this figure) W 1, W 2, ...
W j ,... Are epitaxially grown at the same time. So P
Even if it says L measurement, the same measurement is performed about many points of all the wafers. Measurements at individual points are not significant. Variations between wafers and variations within a wafer are problems. Electronic lifetime τ by PL
The reason why is known has already been described. Electron-hole pairs are generated in the base layer by the laser light, and the electrons recombine with the holes to generate fluorescence and disappear. The decay thereof indicates the lifetime τ. Inter-wafer and intra-wafer variations of τ are calculated by processing the individual data τ (j, xj , yj ).

【0084】(2) さらに、n−InGaPもエッチ
オフした試料を用いてp−GaAs層のキャリヤ濃度を
ホール測定によって測定した。Hall測定は面方向に
電流を流し垂直に磁場を掛けて端面の起電力を測定し、
その比からキャリヤ濃度pを求めるものである。これも
全てのウエハ−Wの全ての測定点で測定しp(j,x
,y)のばらつきを調べるのが目的である。個々の
データにあまり意味はない。ベース層が厚いから端面で
の電流J、起電力V測定の精度が高くなる。本発明にお
いては、ベース層は実際のHBTのベース層と同じキャ
リヤ濃度を持っているからHBTと対応付けることがで
きキャリヤ濃度測定に意味がある。
(2) Further, n-InGaP is also etched.
Using the sample turned off, the carrier concentration of the p-GaAs layer was
It was measured by Hall measurement. Hall measurement in the plane direction
Apply a current and apply a magnetic field vertically to measure the electromotive force at the end face,
The carrier concentration p is determined from the ratio. This too
All wafers WjP (j, x)
j, YjThe purpose is to examine the variation of Individual
The data doesn't make much sense. Because the base layer is thick,
Of the current J and the electromotive force V are increased. The present invention
The base layer is the same as the base layer of the actual HBT.
Because it has rear density, it can be associated with HBT
Measurement of carrier concentration is significant.

【0085】(3) p−GaAs/AlGaAsの選
択エッチング性を利用しステップエッチングして段差測
定によって、p−GaAsの膜厚dを測定した。厚みは
実際のHBTでは70nmであり、本発明は試料として
500nmのものを作製しているからベース膜厚dに直
接的な意味はない。しかし既に述べたように平均厚み5
00nmでの全てのウエハ−Wの全ての測定点で測定
した厚さd(j,x,y;500nm)は、平均厚
み70nmでの全てのウエハ−Wの全ての測定点での
厚みd(j,x,y;70nm)に比例すると考え
られる。同じ条件でエピタキシャル成長する場合は同じ
傾向、揺らぎを持つ。500nmのベース層を均一厚み
で作れる条件を探せば、それによって70nmのベース
層をも均一厚みにできるはずである。
(3) The thickness d of p-GaAs was measured by step measurement using step etching utilizing the selective etching property of p-GaAs / AlGaAs. The thickness of the actual HBT is 70 nm, and the present invention produces a sample having a thickness of 500 nm, so that the base film thickness d has no direct meaning. However, as already mentioned, the average thickness is 5
All wafers -W thickness d measured at all measurement points j at 00nm (j, x j, y j; 500nm) at all the measurement points of all the wafers -W j of the average thickness of 70nm Is considered to be proportional to the thickness d (j, xj , yj ; 70 nm). When epitaxial growth is performed under the same conditions, the same tendency and fluctuation are present. If a condition for forming a 500 nm base layer with a uniform thickness is searched for, a 70 nm base layer can be formed to have a uniform thickness.

【0086】このようにして各層(主にp−GaAs)
の成長条件を最適化し、実際のHBT構造の成長条件に
適応した結果、非常に良好なHBT特性が得られた。
As described above, each layer (mainly p-GaAs)
As a result of optimizing the growth conditions and adapting to the actual growth conditions of the HBT structure, very good HBT characteristics were obtained.

【0087】[0087]

【発明の効果】InGaP/GaAs−HBTのベース
層を評価するために、厚いベース層を持ちベース層の上
にもHBTの上層を載せた試料を作製し、冷却してから
上層を除き、一部の上層を通じてあるいは直接にベース
層特性の試験をし、ベース層の少数キャリヤ寿命、多数
キャリヤ濃度、厚み測定を行う。MOCVD装置のサセ
プタに置かれたウエハ−間の特性分布、ウエハ−内での
特性分布を評価し分布を所定範囲内に納めるような条件
を求める。こうしてエピ成長条件の最適化を行う。薄い
ベース層までのエピ成長試料を作ってベース層を評価す
る方法に比較して実際に即した品質評価を実施すること
ができる。本発明は、実HBTでは評価することができ
ないような結晶品質評価をも行うことができる。本発明
のInGaP/GaAs−HBTは高速性に優れ増幅率
を広い範囲で変えても信号歪が小さい。来るべき全世界
で統一された携帯電話の規格CDMAにおいて発振側に
要求されるトランジスタとして最適である。その需要は
巨大である。
In order to evaluate the base layer of InGaP / GaAs-HBT, a sample having a thick base layer and an HBT upper layer mounted on the base layer was prepared, and after cooling, the upper layer was removed. The characteristics of the base layer are tested through the upper layer or directly, and the minority carrier lifetime, the majority carrier concentration, and the thickness of the base layer are measured. The characteristic distribution between the wafers placed on the susceptor of the MOCVD apparatus and the characteristic distribution in the wafer are evaluated, and conditions for keeping the distribution within a predetermined range are obtained. Thus, the epi growth conditions are optimized. Compared to the method of making an epi-grown sample up to a thin base layer and evaluating the base layer, it is possible to carry out quality evaluation in accordance with the actual practice. The present invention can also perform crystal quality evaluation that cannot be evaluated by an actual HBT. The InGaP / GaAs-HBT of the present invention has excellent high-speed performance and small signal distortion even when the amplification factor is changed in a wide range. It is most suitable as a transistor required on the oscillation side in the upcoming worldwide standardized mobile phone standard CDMA. The demand is huge.

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

【図1】500nm程度の厚いベース層を含みHBT構
造の上層までエピ成長させて冷却し外部に取り出してベ
ース層の少数キャリヤ寿命、多数キャリヤ濃度、厚みを
測定するようにした本発明方法の試験ウエハ−の構造を
示す断面図。
FIG. 1 shows a test of the method of the present invention in which a base layer including a thick base layer of about 500 nm is epitaxially grown to an upper layer of an HBT structure, cooled and taken out to measure the minority carrier lifetime, the majority carrier concentration and the thickness of the base layer. Sectional drawing which shows the structure of a wafer.

【図2】HBT構造のうちベース層までをエピ成長さ
せ、p−GaAsを露出した状態で冷却し取り出してベ
ース層の少数キャリヤ寿命、多数キャリヤ濃度、厚みを
測定するようにした従来法の試験ウエハ−の構造を示す
断面図。
FIG. 2 shows a test of a conventional method in which the base layer of the HBT structure is grown epitaxially, cooled and taken out while exposing p-GaAs, and the minority carrier lifetime, the majority carrier concentration, and the thickness of the base layer are measured. Sectional drawing which shows the structure of a wafer.

【図3】InGaP/GaAs−HBTの層構造の一例
を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a layer structure of InGaP / GaAs-HBT.

【図4】MOCVD法でHBTのためのエピ成長を行う
ため複数枚のGaAsウエハ−をサセプタの上に並べた
状態の平面図。
FIG. 4 is a plan view showing a state in which a plurality of GaAs wafers are arranged on a susceptor for performing epitaxial growth for HBT by MOCVD.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 n−GaAs層 2’non−GaAs層 3 n−GaAs層 3’non−AlGaAs層 4 p−GaAs層(ベース層) 4’p−GaAs層(試験用ベース層) 5 n−InGaP層 6 n−GaAs層 7 n−InGaAs層 Reference Signs List 1 GaAs substrate 2 n-GaAs layer 2 'non-GaAs layer 3 n-GaAs layer 3' non-AlGaAs layer 4 p-GaAs layer (base layer) 4 'p-GaAs layer (test base layer) 5 n-InGaP Layer 6 n-GaAs layer 7 n-InGaAs layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 隆史 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 秋田 勝史 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 4M106 AA01 AB06 BA02 BA05 BA20 CA48 CB01 CB11 5F003 AZ09 BA06 BB00 BB01 BB08 BE04 BE08 BF03 BF06 BH16 BM02 BM03 BP23 BP32 BZ03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Yamada 1-1-1, Koyokita-Kita, Itami-shi, Hyogo In-house Itami Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. No. 1-1 F-term in Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works 4M106 AA01 AB06 BA02 BA05 BA20 CA48 CB01 CB11 5F003 AZ09 BA06 BB00 BB01 BB08 BE04 BE08 BF03 BF06 BH16 BM02 BM03 BP23 BP32 BZ03

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 GaAs基板の上に、コレクタ層、Al
GaAs層、300nm〜1μm厚みのp−GaAsベ
ース層、n−InGaP層、エミッタ層をエピ成長によ
って積層し、冷却してから、エミッタ層を除去して、n
−InGaP層を通して或いはn−InGaP層を除い
て直接にベース層の少数キャリヤのライフタイムτを測
定し、n−InGaP層を除去してベース層のキャリヤ
濃度pとベース層厚みdを測定し、ウエハ−間及びウエ
ハ−面内でのp−GaAsベース層のライフタイムτ、
厚みd、キャリヤ濃度pの分布を求め、均一分布に近付
けるように原料ガス供給量、原料ガス供給分布、温度分
布、成長時間、あるいはウエハ−の位置分布を変更し、
より薄いp−GaAsベース層を持つInGaP/Ga
As―HBTの最適製造条件を求めることを特徴とする
InGaP/GaAs−HBTの製造方法。
A collector layer formed on a GaAs substrate;
A GaAs layer, a 300 nm to 1 μm thick p-GaAs base layer, an n-InGaP layer, and an emitter layer are stacked by epi-growth, cooled, and then the emitter layer is removed.
Measuring the lifetime τ of minority carriers of the base layer directly through the -InGaP layer or excluding the n-InGaP layer, measuring the carrier concentration p and the base layer thickness d of the base layer by removing the n-InGaP layer, The lifetime τ of the p-GaAs base layer between wafers and in the plane of the wafer,
Determine the distribution of the thickness d and the carrier concentration p, and change the source gas supply amount, the source gas supply distribution, the temperature distribution, the growth time, or the wafer position distribution so as to approach the uniform distribution,
InGaP / Ga with thinner p-GaAs base layer
A method for manufacturing an InGaP / GaAs-HBT, wherein optimum manufacturing conditions for As-HBT are determined.
【請求項2】 GaAs基板の上に、コレクタ層、Al
GaAs層、300nm〜1μm厚みのp−GaAsベ
ース層、n−InGaP層、エミッタ層をエピ成長によ
って積層し、冷却してから、エミッタ層を除去して、n
−InGaP層を通して或いはn−InGaP層を除い
て直接にベース層の少数キャリヤのライフタイムτを測
定し、n−InGaP層を除去してベース層のキャリヤ
濃度pとベース層厚みdを測定することを特徴とするI
nGaP/GaAs−HBTの評価方法。
2. A method comprising: forming a collector layer on a GaAs substrate;
A GaAs layer, a 300 nm to 1 μm thick p-GaAs base layer, an n-InGaP layer, and an emitter layer are stacked by epi-growth, cooled, and then the emitter layer is removed.
Measuring the minority carrier lifetime τ of the base layer directly through the InGaP layer or excluding the n-InGaP layer, and measuring the carrier concentration p and the base layer thickness d of the base layer by removing the n-InGaP layer; I characterized by
Evaluation method of nGaP / GaAs-HBT.
【請求項3】 p−GaAsベース層の直下に、AlG
aAsあるいはInGaPの下地層を設けp−GaAs
を選択エッチングするエッチング液によってp−GaA
sの一部を除去し下地層を露出させ段差を測定すること
によってp−GaAsベース層膜厚を測定する事を特徴
とする請求項2に記載のInGaP/GaAs−HBT
の評価方法。
3. An AlG layer directly under the p-GaAs base layer.
providing an underlayer of aAs or InGaP to form p-GaAs
P-GaAs by an etching solution for selectively etching
3. The InGaP / GaAs-HBT according to claim 2, wherein the thickness of the p-GaAs base layer is measured by removing a part of s and exposing the underlayer to measure a step.
Evaluation method.
【請求項4】 p−GaAsベース層より下の層はノン
ドープとし下地の影響を除いてp−GaAsベース層の
多数キャリヤ濃度pをホール測定する事を特徴とする請
求項2に記載のInGaP/GaAs−HBTの評価方
法。
4. The method according to claim 2, wherein the layers below the p-GaAs base layer are non-doped and the majority carrier concentration p of the p-GaAs base layer is measured by holes without the influence of the underlayer. Evaluation method of GaAs-HBT.
【請求項5】 300nm〜1μm厚みのp−GaAs
ベース層を露呈させ或いはInGaP層で被覆した状態
でパルスレ−ザ光を当てp−GaAsベースでの少数キ
ャリヤのライフタイムτを測定する事を特徴とする請求
項2に記載のInGaP/GaAs−HBTの評価方
法。
5. A p-GaAs having a thickness of 300 nm to 1 μm.
3. The InGaP / GaAs-HBT according to claim 2, wherein a pulse laser beam is applied to the base layer with the base layer exposed or covered with an InGaP layer to measure the lifetime τ of the minority carrier based on p-GaAs. Evaluation method.
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