JP2004207548A

JP2004207548A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ及びそれを用いて作製したヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JP2004207548A
Application number: JP2002375827A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamogawa; 弘幸鴨川
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ＨＢＴのベータを増加させ、且つ高い信頼性を得ること、つまりＨＢＴの寿命を延ばすこと。
【解決手段】ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいて、ｎ型エピタキシャル層であるコレクタコンタクト層５のドーパントとしてＳｅとＳｉを併用し、Ｓｅを用いることにより層中のドーピング量を減らして結晶性を改善しベータを増加させる一方、Ｓｉを用いることにより、Ｓｅだけを使う場合に比べＳｅの拡散を抑制し、高い信頼性（長寿命）のＨＢＴとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相エピタキシャル法で作られるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用半導体エピタキシャルウェハに係り、特にｎ型エピタキシャル層であるコレクタコンタクト層のドーパントとしてＳｅとＳｉを併用したウェハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一構造例としてＨＢＴ用ＡｌＧａＡｓエミッタエピタキシャルウェハ（図４）を用いて従来技術を説明する。
【０００３】
半絶縁性ＧａＡｓウェハ１６上に、ＭＯＶＰＥやＭＢＥ法といった気相エピタキシャル成長法により、ＧａＡｓコレクタコンタクト層１５、ＧａＡｓコレクタ層１４、ＧａＡｓベース層１３、ＡｌＧａＡｓエミッタ層１２、及びＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層１１のエピタキシャル層を積層することにより形成される。
【０００４】
コレクタ層、ベース層及びエミッタ層の導電型としてｎ−ｐ−ｎとｐ−ｎ−ｐタイプの二種があるが、ｎ−ｐ−ｎタイプのエピタキシャル層を積層する場合がその殆どである。ここで、ｎタイプのドーパントとしてはＳｉが一般に使われ、ｐタイプのドーパントとして炭素、亜鉛、ベリリウムといった元素が用いられる。ＨＢＴにおいてコレクタ電極はコレクタコンタクト層の上に形成される。エミッタコンタクト層は電極形成後通常アロイされずに使用されるためＳｉまたはＳｅ、またはＴｅ等を高ドープしたＩｎＧａＡｓ層が一般に使われる。
【０００５】
ＨＢＴの特性を示す電流利得（以下ベータと称す）はコレクタ電流とベース電流の比で表される。電流利得を上げることはベース層の濃度や厚さを減らしベース層での電子の再結合を減らすことで可能であるが、代わりにベース抵抗が増加し回路遮断周波数を低くさせることになる。このため、決められたベース層の構造でいかにベース電流を減らすか、またはコレクタ電流を増やすかが重要になる。
【０００６】
従来ベース電流を減らす為に、ベース電流の原因であるベース層からの逆注入電流やベース層での再結合電流、またエミッタ電極周辺からのリーク電流、そしてエミッタ層とベース層界面での再結合電流を減らす検討が種々行われてきた。
【０００７】
しかし、そのほとんどがエミッタ層とベース層及びその界面に着目したもので、コレクタ層の特性を改善し、コレクタ電流を如何に増やすかの検討はあまり行われていなかった。
【０００８】
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）用エピタキシャルウェハにおいては、エピタキシャル層を成長するＧａＡｓ基板上にこの基板からの欠陥を引き継ぐことを避けるためチャネル層とこの基板の間にバッファ層が形成される。これに対し、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいては、ＧａＡｓ基板上に直接コレクタコンタクト層がエピタキシャル成長され、ＦＥＴやＨＥＭＴで使われるバッファ層に相当するものがない。このため、コレクタコンタクト層及びコレクタ層の結晶性が重要となる。
【０００９】
すなわち、ＨＢＴにおいてコレクタ電流を増やすためには、コレクタコンタクト層及びコレクタ層への高ドーピングが必要であるが、これらの層に高ドーピングを行うと結晶性が悪化してしまい、結局コレクタ電流を増加させることが困難であった。
【００１０】
かかる不都合に鑑み、従来、ＨＢＴの上記コレクタコンタクト層及びコレクタ層へドーパントとして、Ｓｉに比べて活性化率の高いＳｅ又はＳを添加することが提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７７１２３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｎ型ドーパントしてＳｉ又はＳｅを単独で用いた場合には、次のような不都合がある。
【００１３】
Ｓｉをドーパントした場合、Ｓｉの活性化が悪く、特に高ドープを要求されるコレクタコンタクト層においては所定のキャリア濃度を得るために高ドープが必要となり、この層の結晶性を落とし、基板からの結晶性欠陥の伝搬およびこの層そのものの結晶欠陥発生の原因となる。この結晶欠陥はコレクタにも伝搬し、ＨＢＴのベータ（エミッタ接地電流増幅率β）を下げる原因となる。また、この結晶欠陥はＨＢＴの信頼性に影響し、コレクタコンタクト層およびコレクタ層の結晶欠陥の少ないＨＢＴに比較して、短時間でベータを下げる要因となる。
【００１４】
このため、特許文献１のように活性化率の高いＳｅを使うことにより、より少ないドーピング濃度で所定のキャリア濃度を得て、この特性の劣化を押さえられると考えられるが、ＳｅはＳｉに比べて拡散係数が大きく、コレクタ層への拡散により短時間でＨＢＴの特性が落ちるという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コレクタコンタクト層のドーパントとして、Ｓｉに比べて活性化率の高いＳｅを併用することにより、これらの層中のドーピング量を減らし結晶性を改善すること、これにより、基板からの結晶欠陥の伝搬及びそれらの層そのものも結晶欠陥を減らし、ベータを増加させること、及びＳｅだけを使う場合に比べＳｉをドーピング材として併用することによりＳｅの拡散を抑制し高い信頼性を得ること、つまりＨＢＴの寿命を延ばすことにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１７】
請求項１の発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハは、気相エピタキシャル法により、基板上に、コレクタコンタクト層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層及びエミッタコンタクト層が順次形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、ｎ型エピタキシャル層であるコレクタコンタクト層のドーパントとしてＳｅとＳｉを併用したことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、ＡｌＧａＡｓから成るエミッタ層とＧａＡｓから成るベース層のヘテロ接合を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェハにおいて、上記Ｓｅの代わりに同族元素であるＴｅを用いたことを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、請求項１〜３のいずれかに記載のエピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とする。
【００２１】
＜発明の要点＞
本発明は、図４の従来構造のＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいて、コレクタコンタクト層のｎ型のドーパントとして、Ｓｉだけをドーピングをする代わりに、ＳｉとＳｅをドーピング材として併用した構造としたものである。この構造により、一方では、所定のキャリア濃度を得るためにＳｉだけのドーピングをなした場合に比べ低濃度でのドーピングを可能にし、コレクタコンタクト層の結晶欠陥の低減に寄与し、ＨＢＴに比べより高いベータを得ることを可能とする。また、他方では、この結晶欠陥の低減と共に、Ｓｅの拡散を抑えＨＢＴの信頼性にも寄与し、高寿命を達成することを可能とする。すなわち、本発明のＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、ＳｅとＳｉを併用してドーパントとして使用することにより、高い電流利得と信頼性を両立させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハを示すもので、半絶縁性ＧａＡｓ基板６上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓコレクタコンタクト層５、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層４、ｐ−ＧａＡｓベース層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓエミッタ層２及びｎ−ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層１のエピタキシャル層が順次成長され、積層されている。なお、エピタキシャル層名称中のｎ−、ｐ−は、エピタキシャル層の導電型が、それぞれｎ型、ｐ型であることを表している。
【００２４】
ｐ型エピタキシャル層であるｐ−ＧａＡｓベース層３のドーパントにはＣが用いられている。またｎ型エピタキシャル層であるエミッタコンタクト層１、エミッタ層２及びコレクタ層４にはＳｉが用いられ、またコレクタコンタクト層５のドーパントにはＳｉとＳｅが併用されている。すなわち、このＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、図４のウェハ構造において、コレクタコンタクト層１５に、Ｓｉドーピングをする代わりにＳｅとＳｉを併用してドーピングした構造となっている。なお、エミッタコンタクト層１、エミッタ層２及びコレクタ層４には、Ｓｉドーピングをする代わりにＳｅをドーピングしてもよい。
【００２５】
上記のように、コレクタコンタクト層のｎ型のドーパントとして、Ｓｉだけをドーピングをする代わりに、ＳｉとＳｅをドーピングした構造とすることにより、一方では、所定のキャリア濃度を得るためにＳｉだけのドーピングをなした場合に比べ低濃度でのドーピングを可能にし、コレクタコンタクト層の結晶欠陥の低減に寄与し、ＨＢＴに比べより高いベータを得ることを可能とする。また、他方では、この結晶欠陥の低減と共に、Ｓｅの拡散を抑えＨＢＴの信頼性にも寄与し、高寿命を達成することを可能とする。
【００２６】
図２は、コレクタコンタクト層にＳｉ又はＳｅを単独ドーピングした従来のＨＢＴ用ＡｌＧａＡｓエミッタエピタキシャルウェハ（図４）と、本発明品であるＳｅとＳｉを同時ドーピングしたウェハ（図１）の、コレクタ電流の変化に対するベータの変化を、比較して示したものである。横軸のコレクタ電流（Ａ）の目盛は、例えば1.E-05で１×１０^-5Ａを表す。
【００２７】
また図３は、コレクタコンタクト層にＳｉ又はＳｅを単独ドーピングした従来のＨＢＴ用ＡｌＧａＡｓエミッタエピタキシャルウェハ（図４）と、本発明品であるＳｅとＳｉを同時ドーピングしたウェハ（図１）の信頼性、つまり通電時間に対するベータの低下を比較したものである。ベータ評価は、いずれも、ベース抵抗が２５０ohm/sq.のエピタキシャルウェハ上に、５０μｍ角のエミッタサイズを持った大面積ＨＢＴを作製して行った。
【００２８】
図２より、ＳｉとＳｅを併用してドーピングしたウェハ（本発明品）の方が、Ｓｉのみをドーパントとして使ったウェハ（実線で示す従来品）に比べ、低いコレクタ電流領域から明らかに高いベータを示すことが判る。電流密度１ＫＡ／cm²のベータで比較した結果、ＳｉとＳｅを併用してドーピングした本発明のＨＢＴの方が、約１０％ベータが高いことが確認できた。また、この本発明品のベータの値は、Ｓｅのみをドーパントとして使ったウェハ（点線で示す）と同程度の高い値であった。
【００２９】
図３は、信頼性についての通電試験により、電流密度６０ＫＡ／cm²のベータの変化を比較したものである。なお、この時の接合温度は１５０℃である。
【００３０】
図より、ＳｉとＳｅを併用してドーピングした本発明品のＨＢＴ（白丸のプロット）は、１０００時間の通電において、通電スタート時のベータに対して約１０％のベータ値の低下しか見られなかった。これに対し、Ｓｉのみ又はＳｅのみドーピングした従来のＨＢＴ（黒四角、白三角のプロット）においては、双方とも約２０％近いベータ値の低減が見られた。明らかにＳｉとＳｅドーピングしたＨＢＴの方が、通電時間に対するベータの劣化の度合いが小さいことが判った。
【００３１】
上記した本発明品のＨＢＴの最適条件について吟味した結果、ＳｉとＳｅのドーピング比を４：６とするで最適のベータ及び信頼性が得られた。もっとも、ＳｉとＳｅのドーピング比は、その殆どの範囲で、Ｓｉ又はＳｅを単独にドープする場合（単一のドーピング）よりも高い信頼性が得られる。
【００３２】
このように、従来のＳｉのみのドーピングまたはＳｅのみのドーピングに代わり、ＳｉとＳｅを併用してコレクタコンタクト層にドーピングすることにより、Ｓｉのみのドーピングに比べＨＢＴのベータを約１０％向上することができた。また、信頼性試験の結果２０００時間の通電において、従来のＳｉまたはＳｅのみのドーピングＨＢＴに対し、本発明のＳｉとＳｅの併用ドーピングウェハは劣化の度合いを約１０％低減することができた。
【００３３】
上記実施形態では、コレクタコンタクト層にＳｉとＳｅを併用してドーピングしたが、そのＳｅの代わりに同族元素であるＴｅを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、コレクタコンタクト層のドーパントとして、ＳｉとＳｅを併用しているので、一方では、Ｓｉより活性化率の高いＳｅにより、これらの層中のドーピング量を減らし結晶性を改善することができ、これにより基板からの結晶欠陥の伝搬及びそれらの層そのものも結晶欠陥を減らし、ベータを増加させることができる。また、他方では、Ｓｉをドーピング材として併用することにより、Ｓｅだけを使う場合に比べＳｅの拡散を抑制し、高い信頼性を得ること、つまりＨＢＴの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図２】本発明のＨＢＴのコレクタ電流に対するベータの変化を、従来のＨＢＴとの比較において示したグラフである。
【図３】本発明のＨＢＴのベータの劣化を、従来のＨＢＴとの比較において示したグラフである。
【図４】従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの断面図である。
【符号の説明】
１ｎ−ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層
２ｎ−ＡｌＧａＡｓエミッタ層
３ｐ−ＧａＡｓベース層
４ｎ−ＧａＡｓコレクタ層
５ｎ−ＧａＡｓコレクタコンタクト層
６半絶縁性ＧａＡｓ基板

Claims

気相エピタキシャル法により、基板上に、コレクタコンタクト層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層及びエミッタコンタクト層が順次形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
ｎ型エピタキシャル層であるコレクタコンタクト層のドーパントとしてＳｅとＳｉを併用したことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ。
ＡｌＧａＡｓから成るエミッタ層とＧａＡｓから成るベース層のヘテロ接合を有することを特徴とする請求項１記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ。
上記Ｓｅの代わりに同族元素であるＴｅを用いたことを特徴とする請求項１又は２記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ。
請求項１〜３のいずれかに記載のエピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。