JP2002134524A - 化合物半導体薄膜結晶 - Google Patents
化合物半導体薄膜結晶Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 デバイス特性のばらつき、歩留まり低下の原
因となるＩｎＧａＰ層のｏｒｄｅｒ／ｄｉｓｏｒｄｅｒ
構造の影響を無視でき、常に一定のバンドギャップの値
を有するＩｎＧａＰ層を化合物半導体薄膜結晶の構成要
素とすること。 【解決手段】 半絶縁性のＧａＡｓ基板１０１上に高濃
度ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ＋Ｇ
ａＡｓ結晶からなるサブコレクタ層１０２と低濃度ｎ型
不純物（Ｓｉ）を添加したｎ−ＧａＡｓ結晶からなるコ
レクタ層１０３と高濃度ｐ型不純物カーボン（Ｃ）を添
加したｐ＋ＧａＡｓ結晶からなるベース層１０４を成長
させた後、Ｓｂが５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 濃度含
み、かつ低濃度ｎ型不純物（Ｓｉ）を含んだＳｂ添加Ｉ
ｎＧａＰからなるエミッタ層１０５と高濃度ｎ型不純物
（Ｓｉ）を添加したｎ＋ＧａＡｓ結晶からなるエミッタ
キャップ層１０６からなる化合物半導体薄膜結晶であ
る。
因となるＩｎＧａＰ層のｏｒｄｅｒ／ｄｉｓｏｒｄｅｒ
構造の影響を無視でき、常に一定のバンドギャップの値
を有するＩｎＧａＰ層を化合物半導体薄膜結晶の構成要
素とすること。 【解決手段】 半絶縁性のＧａＡｓ基板１０１上に高濃
度ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ＋Ｇ
ａＡｓ結晶からなるサブコレクタ層１０２と低濃度ｎ型
不純物（Ｓｉ）を添加したｎ−ＧａＡｓ結晶からなるコ
レクタ層１０３と高濃度ｐ型不純物カーボン（Ｃ）を添
加したｐ＋ＧａＡｓ結晶からなるベース層１０４を成長
させた後、Ｓｂが５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 濃度含
み、かつ低濃度ｎ型不純物（Ｓｉ）を含んだＳｂ添加Ｉ
ｎＧａＰからなるエミッタ層１０５と高濃度ｎ型不純物
（Ｓｉ）を添加したｎ＋ＧａＡｓ結晶からなるエミッタ
キャップ層１０６からなる化合物半導体薄膜結晶であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速電子トランジ
スタであるヘテロ接合バイポーラトランジスタ等に用い
られる化合物半導体薄膜結晶に関する。
スタであるヘテロ接合バイポーラトランジスタ等に用い
られる化合物半導体薄膜結晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体からなるヘテ
ロ接合型バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴとい
う）は、ベース層よりもエネルギーバンドギャップが大
きいエミッタ層を用いることが大きな特徴になってい
る。さらに高耐圧等が要求される場合に、コレクタ層に
もエネルギーバンドギャップが大きい化合物半導体層を
用いることも良く知られている。
ロ接合型バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴとい
う）は、ベース層よりもエネルギーバンドギャップが大
きいエミッタ層を用いることが大きな特徴になってい
る。さらに高耐圧等が要求される場合に、コレクタ層に
もエネルギーバンドギャップが大きい化合物半導体層を
用いることも良く知られている。
【０００３】ＨＢＴの代表的な例として、ベース層がＧ
ａＡｓ層で、エミッタ材料がＧａＡｓ基板に格子整合す
るＡｌＧａＡｓもしくはＩｎＧａＰであるＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓ系もしくはＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系が一般的
である。両者においてＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合
は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合に比較して以下
のような特徴がある。
ａＡｓ層で、エミッタ材料がＧａＡｓ基板に格子整合す
るＡｌＧａＡｓもしくはＩｎＧａＰであるＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓ系もしくはＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系が一般的
である。両者においてＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合
は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合に比較して以下
のような特徴がある。
【０００４】（１）ＩｎＧａＰとＧａＡｓの選択ウェッ
トエッチングが可能であるため、デバイス作製が容易で
ある、（２）Ｖ族元素がヘテロ接合を境にＡｓとＰに分
かれるためにエミッタ／ベース界面における価電子帯の
不連続ΔＥｖが大きい、（３）酸素と反応しやすいＡｌ
を含まないために高純度の半導体層が得られＤＸセンタ
ー（酸素不純物や結晶欠陥に起因して発生すると考えら
れているＡｌＧａＡｓ混晶に特有に観測されるディープ
レベル（深い準位））などの深いドナー不純物準位が無
い、（４）ヘテロ接合界面での再結合速度が低く、また
ＩｎＧａＰ表面も安定である、（５）ＩｎＧａＰはＧａ
ＡｓやＡｌＧａＡｓに比較して衝突イオン化率が低い、
などの特徴が挙げられるが、特に、ＨＢＴヘの応用を考
慮した場合、前記（１）と（２）のメリットは大きい。
トエッチングが可能であるため、デバイス作製が容易で
ある、（２）Ｖ族元素がヘテロ接合を境にＡｓとＰに分
かれるためにエミッタ／ベース界面における価電子帯の
不連続ΔＥｖが大きい、（３）酸素と反応しやすいＡｌ
を含まないために高純度の半導体層が得られＤＸセンタ
ー（酸素不純物や結晶欠陥に起因して発生すると考えら
れているＡｌＧａＡｓ混晶に特有に観測されるディープ
レベル（深い準位））などの深いドナー不純物準位が無
い、（４）ヘテロ接合界面での再結合速度が低く、また
ＩｎＧａＰ表面も安定である、（５）ＩｎＧａＰはＧａ
ＡｓやＡｌＧａＡｓに比較して衝突イオン化率が低い、
などの特徴が挙げられるが、特に、ＨＢＴヘの応用を考
慮した場合、前記（１）と（２）のメリットは大きい。
【０００５】例えば、エミッタ／ベース電極間の表面保
護用の半導体層厚は、デバイス信頼性に直接関係するた
めに高精度の制御が要求されている。この場合、フッ酸
系あるいはアンモニア系エッチング液ではＧａＡｓのみ
が、塩酸・リン酸混合系エッチング液ではＩｎＧａＰの
みが選択的にエッチングされ、その選択比は１０００以
上であるため、半導体層厚の加工制御が容易になり、素
子特性のばらつきが抑制され信頼性も改善される。ま
た、エミッタ／ベース接合界面での価電子バンドの不連
続が大きいためにホールのエミッタヘの逆注入が抑制さ
れるためにべースの高濃度・薄層化が可能となり素子の
高性能化に有利となることや、ＨＢＴの温度特性にも良
い影響を及ぼす。
護用の半導体層厚は、デバイス信頼性に直接関係するた
めに高精度の制御が要求されている。この場合、フッ酸
系あるいはアンモニア系エッチング液ではＧａＡｓのみ
が、塩酸・リン酸混合系エッチング液ではＩｎＧａＰの
みが選択的にエッチングされ、その選択比は１０００以
上であるため、半導体層厚の加工制御が容易になり、素
子特性のばらつきが抑制され信頼性も改善される。ま
た、エミッタ／ベース接合界面での価電子バンドの不連
続が大きいためにホールのエミッタヘの逆注入が抑制さ
れるためにべースの高濃度・薄層化が可能となり素子の
高性能化に有利となることや、ＨＢＴの温度特性にも良
い影響を及ぼす。
【０００６】例えば、温度が上がるほどホールの逆注入
量が増加し、電流利得βは低下する傾向にあるが、ΔＥ
ｖが大きいとβの温度変化は少なくなり、ＨＢＴをパワ
ー素子として用いる場合に特に有利となる。ＩｎＧａＰ
／ＧａＡｓ系ＨＢＴは、このような数々のメリットを有
するために、最近その応用範囲が拡大されつつあり、Ｐ
系材料の成長に有利な有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）
法による量産化の検討も盛んに行われている。
量が増加し、電流利得βは低下する傾向にあるが、ΔＥ
ｖが大きいとβの温度変化は少なくなり、ＨＢＴをパワ
ー素子として用いる場合に特に有利となる。ＩｎＧａＰ
／ＧａＡｓ系ＨＢＴは、このような数々のメリットを有
するために、最近その応用範囲が拡大されつつあり、Ｐ
系材料の成長に有利な有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）
法による量産化の検討も盛んに行われている。
【０００７】しかしながら、ＩｎＧａＰ混晶層は、ｏｒ
ｄｅｒ／ｄｉｓｏｒｄｅｒ（規則／不規則）構造を示す
混晶系であり、この現象によって、ＧａＡｓ基板に格子
整合するＩｎＧａＰのバンドギャップエネルギーＥｇが
１．８３ｅＶから１．９１６ｅＶの範囲で変化してしま
う。液相成長法の場合は、このような規則構造は現出せ
ず、バンドギャップは１．９１６ｅＶと一定値を示すこ
とが知られているが、ＨＢＴエピの量産技術として期待
されるＭＯＣＶＤ成長の場合には、成長温度やＩＩＩ族
／Ｖ族の原料ガス流量比に依存してｏｒｄｅｒ構造から
ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造へ、もしくは両者の混在する構造
に変化することが知られている。
ｄｅｒ／ｄｉｓｏｒｄｅｒ（規則／不規則）構造を示す
混晶系であり、この現象によって、ＧａＡｓ基板に格子
整合するＩｎＧａＰのバンドギャップエネルギーＥｇが
１．８３ｅＶから１．９１６ｅＶの範囲で変化してしま
う。液相成長法の場合は、このような規則構造は現出せ
ず、バンドギャップは１．９１６ｅＶと一定値を示すこ
とが知られているが、ＨＢＴエピの量産技術として期待
されるＭＯＣＶＤ成長の場合には、成長温度やＩＩＩ族
／Ｖ族の原料ガス流量比に依存してｏｒｄｅｒ構造から
ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造へ、もしくは両者の混在する構造
に変化することが知られている。
【０００８】図８には一例として成長温度によるバンド
ギャップの変化を示している。図に示すように、成長温
度の相違によって、バンドギャップの値が変化すること
がわかる。
ギャップの変化を示している。図に示すように、成長温
度の相違によって、バンドギャップの値が変化すること
がわかる。
【０００９】この構造の相違に起因するバンドギャップ
の違いは、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合では主に伝
導帯不連続ΔＥｃに反映され、０．１０８ｅＶから０．
１９８ｅＶへと変動する。ΔＥｃのＨＢＴへの影響は、
コレクター電流−電圧特性に現れる。ＨＢＴでは、コレ
クター電流−電圧特性はオフセットＶｃｅ，ｏｆｆｓｅ
ｔを有しており、Ｖｃｅ，ｏｆｆｓｅｔ以下のコレクタ
ー電圧ではコレクター電圧は負の値を持つ。このＶｃ
ｅ，ｏｆｆｓｅｔはエミッタ・ベースダイオードとコレ
クター・ベースダイオードの順方向立ち上がり電圧の差
によって生じる。
の違いは、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合では主に伝
導帯不連続ΔＥｃに反映され、０．１０８ｅＶから０．
１９８ｅＶへと変動する。ΔＥｃのＨＢＴへの影響は、
コレクター電流−電圧特性に現れる。ＨＢＴでは、コレ
クター電流−電圧特性はオフセットＶｃｅ，ｏｆｆｓｅ
ｔを有しており、Ｖｃｅ，ｏｆｆｓｅｔ以下のコレクタ
ー電圧ではコレクター電圧は負の値を持つ。このＶｃ
ｅ，ｏｆｆｓｅｔはエミッタ・ベースダイオードとコレ
クター・ベースダイオードの順方向立ち上がり電圧の差
によって生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、ウエハ面内で
規則／不規則構造のばらつきが存在すれば、このＶｃ
ｅ，ｏｆｆｓｅｔ電圧のばらつきにつながり、牽いては
素子特性歩留まり低下を招来しかねない問題となる。今
後、ＨＢＴ用薄膜結晶の量産化をにらんで、大口径ウエ
ハを用いた複数枚同時成長装置でＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ
系ＨＢＴエピウエハを製造する場合、その均一性・再現
性を確保することが必須となるが、上述した成長条件の
ばらつきによるＩｎＧａＰ構造の不均一性に起因してΔ
Ｅｃが変動するという問題が生じる。
規則／不規則構造のばらつきが存在すれば、このＶｃ
ｅ，ｏｆｆｓｅｔ電圧のばらつきにつながり、牽いては
素子特性歩留まり低下を招来しかねない問題となる。今
後、ＨＢＴ用薄膜結晶の量産化をにらんで、大口径ウエ
ハを用いた複数枚同時成長装置でＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ
系ＨＢＴエピウエハを製造する場合、その均一性・再現
性を確保することが必須となるが、上述した成長条件の
ばらつきによるＩｎＧａＰ構造の不均一性に起因してΔ
Ｅｃが変動するという問題が生じる。
【００１１】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導体薄膜結晶
を成長する際に、デバイス特性のばらつき、歩留まり低
下の原因となるＩｎＧａＰ層のｏｒｄｅｒ／ｄｉｓｏｒ
ｄｅｒ構造の影響を無視でき、常に一定のバンドギャッ
プの値を有するＩｎＧａＰ層を構成要素とする化合物半
導体薄膜結晶を提供することを目的とする。
のであり、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導体薄膜結晶
を成長する際に、デバイス特性のばらつき、歩留まり低
下の原因となるＩｎＧａＰ層のｏｒｄｅｒ／ｄｉｓｏｒ
ｄｅｒ構造の影響を無視でき、常に一定のバンドギャッ
プの値を有するＩｎＧａＰ層を構成要素とする化合物半
導体薄膜結晶を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ系化合物半
導体エピ層において、その構成層であるＩｎＧａＰ層に
は、アンチモン、テルル、ビスマス、ヒ素の不純物元素
のうちいずれか１種もしくは２種以上の元素をそれぞれ
原子濃度で１０17／ｃｍ3 以上の濃度範囲で添加されて
いる。この不純物元素が添加されていることにより、Ｉ
ｎＧａＰ層成長時の成長温度やＶ／ＩＩＩ比等の成長条
件に依存することなく、エミッタベース界面において常
に一定のΔＥｃやΔＥｖの値を有する化合物半導体薄膜
結晶が得られることになる。
るために、本発明は、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ系化合物半
導体エピ層において、その構成層であるＩｎＧａＰ層に
は、アンチモン、テルル、ビスマス、ヒ素の不純物元素
のうちいずれか１種もしくは２種以上の元素をそれぞれ
原子濃度で１０17／ｃｍ3 以上の濃度範囲で添加されて
いる。この不純物元素が添加されていることにより、Ｉ
ｎＧａＰ層成長時の成長温度やＶ／ＩＩＩ比等の成長条
件に依存することなく、エミッタベース界面において常
に一定のΔＥｃやΔＥｖの値を有する化合物半導体薄膜
結晶が得られることになる。
【００１３】本発明では、ＩｎＧａＰ層を用いる電子デ
バイスとしてＨＢＴのみに限定して説明しているが、Ｉ
ｎＧａＰ層を含んだＧａＡｓ系ＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）用薄膜結晶にも適用できることは明白であり、
特にＩｎＧａＰ層をキャリア供給層として用いるＨＥＭ
Ｔ（高電子移動度トランジスタ）構造においては、電子
走行層との伝導帯不連続ΔＥｃの均一性が重要となるこ
とから、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用できるこ
とは明らかである。
バイスとしてＨＢＴのみに限定して説明しているが、Ｉ
ｎＧａＰ層を含んだＧａＡｓ系ＦＥＴ（電界効果トラン
ジスタ）用薄膜結晶にも適用できることは明白であり、
特にＩｎＧａＰ層をキャリア供給層として用いるＨＥＭ
Ｔ（高電子移動度トランジスタ）構造においては、電子
走行層との伝導帯不連続ΔＥｃの均一性が重要となるこ
とから、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用できるこ
とは明らかである。
【００１４】
【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
の化合物半導体薄膜結晶は、ＧａＡｓ基板上に積層され
たＩｎＧａＰ混晶を含む多層構造において、少なくとも
一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子濃度で１０
17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のアンチモン（Ｓ
ｂ）が含まれていることに特徴を有している。
の化合物半導体薄膜結晶は、ＧａＡｓ基板上に積層され
たＩｎＧａＰ混晶を含む多層構造において、少なくとも
一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子濃度で１０
17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のアンチモン（Ｓ
ｂ）が含まれていることに特徴を有している。
【００１５】また、本発明の化合物半導体薄膜結晶は、
ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む多層
構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混
晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の
濃度範囲のテルル（Ｔｅ）が含まれていることに特徴を
有している。
ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む多層
構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混
晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の
濃度範囲のテルル（Ｔｅ）が含まれていることに特徴を
有している。
【００１６】さらに、本発明の化合物半導体薄膜結晶
は、ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む
多層構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａ
Ｐ混晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
上の濃度範囲のビスマス（Ｂｉ）が含まれていることに
特徴を有している。
は、ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む
多層構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａ
Ｐ混晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
上の濃度範囲のビスマス（Ｂｉ）が含まれていることに
特徴を有している。
【００１７】また、本発明の化合物半導体薄膜結晶は、
ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む多層
構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混
晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の
濃度範囲のヒ素（Ａｓ）が含まれていることに特徴を有
している。
ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む多層
構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混
晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の
濃度範囲のヒ素（Ａｓ）が含まれていることに特徴を有
している。
【００１８】さらに、本発明の化合物半導体薄膜結晶
は、ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む
多層構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａ
Ｐ混晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
上の濃度範囲のアンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、
ビスマス（Ｂｉ），ヒ素（Ａｓ）、のうち２種類以上の
元素が含まれていることに特徴を有している。
は、ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ混晶を含む
多層構造において、少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａ
Ｐ混晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以
上の濃度範囲のアンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、
ビスマス（Ｂｉ），ヒ素（Ａｓ）、のうち２種類以上の
元素が含まれていることに特徴を有している。
【００１９】
【実施例】以下の実施例では、化合物半導体薄膜結晶と
してヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造の薄膜結晶
を用いた。 〔実施例１〕以下、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施例１におけるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図
である。すなわち半絶縁性のＧａＡｓ基板１０１上に高
濃度ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ＋
ＧａＡｓ結晶からなるサブコレクタ層１０２と低濃度ｎ
型不純物（Ｓｉ）を添加したｎ−ＧａＡｓ結晶からなる
コレクタ層１０３と高濃度ｐ型不純物カーボン（Ｃ）を
添加したｐ＋ＧａＡｓ結晶からなるベース層１０４を成
長させた後、アンチモン（Ｓｂ）が５×１０18ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ3 濃度含み、かつ低濃度ｎ型不純物（Ｓｉ）を
含んだＳｂ添加ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０５と
高濃度ｎ型不純物（Ｓｉ）を添加したｎ＋ＧａＡｓ結晶
からなるエミッタキャップ層１０６を成長させた時の典
型的なＨＢＴ層構造を示している。
してヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造の薄膜結晶
を用いた。 〔実施例１〕以下、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施例１におけるヘテロ接
合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図
である。すなわち半絶縁性のＧａＡｓ基板１０１上に高
濃度ｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ＋
ＧａＡｓ結晶からなるサブコレクタ層１０２と低濃度ｎ
型不純物（Ｓｉ）を添加したｎ−ＧａＡｓ結晶からなる
コレクタ層１０３と高濃度ｐ型不純物カーボン（Ｃ）を
添加したｐ＋ＧａＡｓ結晶からなるベース層１０４を成
長させた後、アンチモン（Ｓｂ）が５×１０18ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ3 濃度含み、かつ低濃度ｎ型不純物（Ｓｉ）を
含んだＳｂ添加ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０５と
高濃度ｎ型不純物（Ｓｉ）を添加したｎ＋ＧａＡｓ結晶
からなるエミッタキャップ層１０６を成長させた時の典
型的なＨＢＴ層構造を示している。
【００２０】図２には図１に示した構造のＳｂ添加Ｉｎ
ＧａＰ層をフォトルミネッセンス法により測定したバン
ドギャップの面内分布を示している。また、比較のため
に同一成長装置を用い、かつＩｎＧａＰ層へのＳｂ添加
以外は同一成長条件にて成長させた構造からのＩｎＧａ
Ｐ層のバンドギャップの面内分布を点線で示している。
図から明らかなように、Ｓｂを添加したＩｎＧａＰでの
バンドギャップ面内分布は±０．１％未満であるのに対
し、Ｓｂを添加しない構造では±３％と大きな変動を示
しており、本発明による効果が如実に示されている。
ＧａＰ層をフォトルミネッセンス法により測定したバン
ドギャップの面内分布を示している。また、比較のため
に同一成長装置を用い、かつＩｎＧａＰ層へのＳｂ添加
以外は同一成長条件にて成長させた構造からのＩｎＧａ
Ｐ層のバンドギャップの面内分布を点線で示している。
図から明らかなように、Ｓｂを添加したＩｎＧａＰでの
バンドギャップ面内分布は±０．１％未満であるのに対
し、Ｓｂを添加しない構造では±３％と大きな変動を示
しており、本発明による効果が如実に示されている。
【００２１】図３には、図１に示した構造におけるＩｎ
ＧａＰのバンドギャップ値の成長回数毎のばらつきを示
しているが、５０回の成長においても±０．２％未満に
抑えられており、本発明の効果が顕著に現れていること
がわかった。なお、本実施例では、Ｓｂの濃度が５×１
０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の場合を示したが、少なく
とも濃度が１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上であれば、同
様の効果が得られる。
ＧａＰのバンドギャップ値の成長回数毎のばらつきを示
しているが、５０回の成長においても±０．２％未満に
抑えられており、本発明の効果が顕著に現れていること
がわかった。なお、本実施例では、Ｓｂの濃度が５×１
０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の場合を示したが、少なく
とも濃度が１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上であれば、同
様の効果が得られる。
【００２２】〔実施例２〕図４は、本発明の実施例２に
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。ＩｎＧａＰ層にテルル（Ｔｅ）
を３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 濃度添加したＴｅ添加
ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０７を有するＨＢＴエ
ピの層構造を示している。ＴｅはＩｎＧａＰ層において
ｎ型不純物として作用するために、実施例１とは異な
り、Ｓｉを添加する必要が無い。図に示した構造のＴｅ
添加ＩｎＧａＰ層のバンドギャップ値をフォトルミネッ
センス法により測定した。バンドギャップの面内におけ
るばらつきは、±１％程度であった。実施例１に比較し
てばらつきが大きいが、これはＴｅ添加量が少ないこと
に起因していると考えられる。Ｔｅの場合は、上述した
ようにｎ型不純物として作用するために、その添加量は
デバイス設計・特性に制約されるという問題がある。
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。ＩｎＧａＰ層にテルル（Ｔｅ）
を３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 濃度添加したＴｅ添加
ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０７を有するＨＢＴエ
ピの層構造を示している。ＴｅはＩｎＧａＰ層において
ｎ型不純物として作用するために、実施例１とは異な
り、Ｓｉを添加する必要が無い。図に示した構造のＴｅ
添加ＩｎＧａＰ層のバンドギャップ値をフォトルミネッ
センス法により測定した。バンドギャップの面内におけ
るばらつきは、±１％程度であった。実施例１に比較し
てばらつきが大きいが、これはＴｅ添加量が少ないこと
に起因していると考えられる。Ｔｅの場合は、上述した
ようにｎ型不純物として作用するために、その添加量は
デバイス設計・特性に制約されるという問題がある。
【００２３】〔実施例３〕図５は、本発明の実施例３に
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。ビスマス（Ｂｉ）が３×１０l7
ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3 濃度含まれるＢｉ添加ＩｎＧａＰか
らなるエミッタ層１０８を含むＨＢＴエピの層構造を示
している。図に示した構造のＢｉ添加ＩｎＧａＰのバン
ドギャップ値をフォトルミネッセンス法によって測定し
た。バンドギャップの面内におけるばらつきは、±０．
１％程度であり、実施例１で説明した図２の結果を再現
しており、Ｂｉ添加の効果も確認された。なお、本実施
例では、Ｂｉが３×１０l7ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の場
合を示したが、少なくとも濃度が１０17ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3 以上であれば、同様の効果が得られる。
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。ビスマス（Ｂｉ）が３×１０l7
ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3 濃度含まれるＢｉ添加ＩｎＧａＰか
らなるエミッタ層１０８を含むＨＢＴエピの層構造を示
している。図に示した構造のＢｉ添加ＩｎＧａＰのバン
ドギャップ値をフォトルミネッセンス法によって測定し
た。バンドギャップの面内におけるばらつきは、±０．
１％程度であり、実施例１で説明した図２の結果を再現
しており、Ｂｉ添加の効果も確認された。なお、本実施
例では、Ｂｉが３×１０l7ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の場
合を示したが、少なくとも濃度が１０17ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ3 以上であれば、同様の効果が得られる。
【００２４】〔実施例４〕図６は、本発明の実施例４に
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。ヒ素（Ａｓ）が３×１０l7ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 濃度含まれるＡｓ添加ＩｎＧａＰからな
るエミッタ層１０９を含むＨＢＴエピの層構造を示して
いる。図に示した構造のＡｓ添加ＩｎＧａＰのバンドギ
ャップ値をフォトルミネッセンス法によって測定した。
バンドギャップの面内におけるばらつきは、±０．１％
程度であり、実施例１で説明した図２の結果を再現して
おり、Ａｓ添加の効果も確認された。なお、本実施例で
は、Ａｓが３×１０l7ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の場合を
示したが、少なくとも濃度が１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3
以上であれば、同様の効果が得られる。
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。ヒ素（Ａｓ）が３×１０l7ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 濃度含まれるＡｓ添加ＩｎＧａＰからな
るエミッタ層１０９を含むＨＢＴエピの層構造を示して
いる。図に示した構造のＡｓ添加ＩｎＧａＰのバンドギ
ャップ値をフォトルミネッセンス法によって測定した。
バンドギャップの面内におけるばらつきは、±０．１％
程度であり、実施例１で説明した図２の結果を再現して
おり、Ａｓ添加の効果も確認された。なお、本実施例で
は、Ａｓが３×１０l7ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の場合を
示したが、少なくとも濃度が１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ 3
以上であれば、同様の効果が得られる。
【００２５】〔実施例５〕図７は、本発明の実施例５に
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。Ｔｅが３×１０l7ａｔｏｍｓ／
ｃｍ3 濃度含まれ、かつＳｂが５×１０18ａｔｏｍｓ／
ｃｍ3 濃度含まれるＴｅ＋Ｓｂ添加ＩｎＧａＰからなる
エミッタ層１１０を含むＨＢＴエピの層構造を示してい
る。図に示した構造のＴｅ＋Ｓｂ添加ＩｎＧａＰのバン
ドギャップ値をフォトルミネッセンス法によって測定し
た。バンドギャップの面内におけるばらつきは、±０．
１％程度であり、実施例１で説明した図２の結果を再現
し、Ｔｅ・Ｓｂ同時添加の効果も確認された。本実施例
では、Ｓｂと，Ｔｅを組み合わせた場合を説明している
が、Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓの４元素のうち、２種類以
上の元素どの組み合わせにおいても同様な効果が得られ
ている。
おけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ用薄膜結晶の
層構造を示す図である。Ｔｅが３×１０l7ａｔｏｍｓ／
ｃｍ3 濃度含まれ、かつＳｂが５×１０18ａｔｏｍｓ／
ｃｍ3 濃度含まれるＴｅ＋Ｓｂ添加ＩｎＧａＰからなる
エミッタ層１１０を含むＨＢＴエピの層構造を示してい
る。図に示した構造のＴｅ＋Ｓｂ添加ＩｎＧａＰのバン
ドギャップ値をフォトルミネッセンス法によって測定し
た。バンドギャップの面内におけるばらつきは、±０．
１％程度であり、実施例１で説明した図２の結果を再現
し、Ｔｅ・Ｓｂ同時添加の効果も確認された。本実施例
では、Ｓｂと，Ｔｅを組み合わせた場合を説明している
が、Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓの４元素のうち、２種類以
上の元素どの組み合わせにおいても同様な効果が得られ
ている。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化合物半
導体薄膜結晶は、ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａ
Ｐ混晶を含む多層構造において、少なくとも一層以上の
前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のＳｂ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓの
うちの１種類の元素、あるいは、これらのうち２種類以
上の元素が含まれているので、電子デバイス特性のばら
つき要因の一つとなるＩｎＧａＰ層のバンドギャップエ
ネルギーの値をウエハ面内で均一にかつ、ウエハ間にお
いてもばらつきを低減させた再現性の良好な化合物半導
体薄膜結晶を提供できるという効果がある。
導体薄膜結晶は、ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａ
Ｐ混晶を含む多層構造において、少なくとも一層以上の
前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子濃度で１０17ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のＳｂ，Ｔｅ，Ｂｉ，Ａｓの
うちの１種類の元素、あるいは、これらのうち２種類以
上の元素が含まれているので、電子デバイス特性のばら
つき要因の一つとなるＩｎＧａＰ層のバンドギャップエ
ネルギーの値をウエハ面内で均一にかつ、ウエハ間にお
いてもばらつきを低減させた再現性の良好な化合物半導
体薄膜結晶を提供できるという効果がある。
【図１】本発明の実施例１におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
【図２】図１に示した構造のＳｂ添加ＩｎＧａＰ層をフ
ォトルミネッセンス法により測定したバンドギャップの
面内分布を示す図である。
ォトルミネッセンス法により測定したバンドギャップの
面内分布を示す図である。
【図３】図１に示した構造のＳｂ添加ＩｎＧａＰ層にお
ける成長回数毎のバンドギャップ値のばらつきを示す図
である。
ける成長回数毎のバンドギャップ値のばらつきを示す図
である。
【図４】本発明の実施例２におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例３におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例４におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例５におけるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
ラトランジスタ用薄膜結晶の層構造を示す図である。
【図８】ＩｎＧａＰにおけるバンドギャップ値と成長温
度の関係を示した図である。
度の関係を示した図である。
【符号の説明】 １０１ ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ＋ＧａＡｓ（サブコレクタ層） １０３ ｎ−ＧａＡｓ（コレクタ層） １０４ ｐ＋ＧａＡｓ（ベース層） １０５ Ｓｂ添加ＩｎＧａＰ（エミッタ層） １０６ ｎ＋ＧａＡｓ（エミッタキャップ層） １０７ Ｔｅ添加ＩｎＧａＰ（エミッタ層） １０８ Ｂｉ添加ＩｎＧａＰ（エミッタ層） １０９ Ａｓ添加ＩｎＧａＰ（エミッタ層） １１０ Ｔｅ＋Ｓｂ添加ＩｎＧａＰ（エミッタ層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/778 21/338 29/812 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE42 DB08 EB01 ED06 EF01 5F003 AZ07 AZ09 BB04 BE01 BE04 BF06 BM02 BM03 BP23 BP32 BZ03 5F045 AA04 AB17 AF04 BB04 BB16 CA02 CA07 DA52 DA59 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ05 GL05 GM04 GM10 GQ01 HC01
Claims (5)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ
混晶を含む多層構造の化合物半導体薄膜結晶において、
少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子
濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のアン
チモン（Ｓｂ）が含まれていることを特徴とする化合物
半導体薄膜結晶。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ
混晶を含む多層構造の化合物半導体薄膜結晶において、
少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子
濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のテル
ル（Ｔｅ）が含まれていることを特徴とする化合物半導
体薄膜結晶。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ
混晶を含む多層構造の化合物半導体薄膜結晶において、
少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子
濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のビス
マス（Ｂｉ）が含まれていることを特徴とする化合物半
導体薄膜結晶。 - 【請求項４】 ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ
混晶を含む多層構造の化合物半導体薄膜結晶において、
少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子
濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のヒ素
（Ａｓ）が含まれていることを特徴とする化合物半導体
薄膜結晶。 - 【請求項５】 ＧａＡｓ基板上に積層されたＩｎＧａＰ
混晶を含む多層構造の化合物半導体薄膜結晶において、
少なくとも一層以上の前記ＩｎＧａＰ混晶層中に、原子
濃度で１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の濃度範囲のアン
チモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ），
ヒ素（Ａｓ）、のうち２種類以上の元素が含まれている
ことを特徴とする化合物半導体薄膜結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000326631A JP2002134524A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 化合物半導体薄膜結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000326631A JP2002134524A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 化合物半導体薄膜結晶 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002134524A true JP2002134524A (ja) | 2002-05-10 |
Family
ID=18803783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000326631A Pending JP2002134524A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 化合物半導体薄膜結晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002134524A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936871B2 (en) * | 2002-08-02 | 2005-08-30 | Sony Corporation | Heterojunction bipolar transistor with a base layer that contains bismuth |
| JP2010263018A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Hitachi Cable Ltd | トランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法 |
-
2000
- 2000-10-26 JP JP2000326631A patent/JP2002134524A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936871B2 (en) * | 2002-08-02 | 2005-08-30 | Sony Corporation | Heterojunction bipolar transistor with a base layer that contains bismuth |
| US7009225B2 (en) | 2002-08-02 | 2006-03-07 | Sony Corporation | Heterojunction bipolar transistor with a base layer that contains bismuth |
| US7067858B2 (en) | 2002-08-02 | 2006-06-27 | Sony Corporation | Heterojunction bipolar transistor with a base layer that contains bismuth |
| JP2010263018A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Hitachi Cable Ltd | トランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法 |
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