JP2004273892A

JP2004273892A - 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ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JP2004273892A
Application number: JP2003064576A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamogawa; 弘幸鴨川
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】ＨＢＴのベータを増加させ及び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、そのエミッタコンタクト層２、エミッタ層３、コレクタ層５及びコレクタコンタクト層６のドーパントとして、Ｓｉに比べて活性化率の高いＳｅを使用することにより、これらの層中のドーピング量を減らして結晶性を改善し、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の結晶欠陥を減らす。
【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エミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタ層及びコレクタコンタクト層のドーパントとしてＳｅを使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ＩｎＧａＰ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１７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１６、ＧａＡｓコレクタ層１５、ＧａＡｓベース層１４、ＩｎＧａＰエミッタ層１３、ＧａＡｓエミッタコンタクト層１２及びＩｎＧａＡｓノンアロイ層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２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。ノンアロイ層は電極形成時通常アロイされずに使用されるため、ＳｉまたはＴｅまたはＳｅ等を高ドープしたＩｎＧａＡｓ層が使われる。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において述べたように、ＨＢＴにおいて高周波特性を考慮し決められたベース構造でいかに高い電流利得を得るかが重要である。このためにはベース電流をいかに減らすか、またはコレクタ電流をいかに増やすかが重要となる。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】
しかしながら、そのほとんどがエミッタ層とベース層およびその界面に着目したもので、エミッタ層及びコレクタ層の特性を改善し、コレクタ電流をいかに増やすかについて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ー（ＦＥＴ）や高移動度トランジスター（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ウェハ上にこのウェハからの欠陥を引き継ぐことを避けるためチャネル層とこのウェハの間にバッファ層が形成される。
【０００９】
これに対し、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいては、バッファ層に相当するものがないことが多い。ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいてベースとなるウェハの上にバッファ層を積むケースもあるが、コレクタコンタクト層が高濃度である。従って、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいては、コレクタコンタクト層及びコレクタ層の結晶性が重要となる。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層にも伝搬し、ＨＢＴのベータ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及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。
【００１０】
また、エミッタコンタクト層においても高濃度のドーピングが必要であり、この層の結晶性が劣化する、つまり結晶欠陥が発生すると、この下の層であるエミッタ層にもこの欠陥が伝搬し、エミッタ層の特性を劣化させる原因となる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいて、そのエミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタ層及び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を使用することにより、これらの層中のドーピング量を減ら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の結晶欠陥を減らし、ベータを増加させること及び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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、エミッタコンタクト層及びノンアロイ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ノンアロイ層、エミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタ層及びコレクタコンタクト層のドーパントとしてＳｅを用いたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、ノンアロイ層とは、電極形成の際に通常必要となる熱処理を行わずに済む、電極の下に形成された層のことである。
【００１５】
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、ＩｎＧａＰ又は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。
【００１６】
請求項３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又は２に記載した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。
【００１７】
＜要点の補足説明＞
本発明は、気相エピタキシャル法で作られるＨＢＴ用半導体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ノンアロイ層とエミッタコンタクト層とエミッタ層、及びコレクタ層とコレクタコンタクト層のドーパントとして、Ｓｉドーピングをする代わりにＳｅを用いた構造としたものである。これにより、エピタキシャル層成長前のウェハが持つ結晶欠陥の伝搬を防ぎ、またＳｉドーピングに比べ低濃度のドーピングにより同じキャリア濃度を得ることができる。すなわち、エミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタコンタクト層及びコレクタ層自体の結晶欠陥の低減に寄与し、ＳｉをドーピングしたＨＢＴに比べ、より高いベータを得ることを可能とする。また、この結晶欠陥の低減は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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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ウェハ７上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−ＧａＡｓコレクタコンタクト層６、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層５、ｐ−ＧａＡｓベース層４、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層３、ｎ−ＧａＡｓエミッタコンタクト層２及びｎ−ＩｎＧａＡｓノンアロイ層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−、ｕｎ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、ｐ型、アンドープであることを表している。
【００２０】
ｐ−ＧａＡｓベース層４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ノンアロイ層１、エミッタコンタクト層２、エミッタ層３、コレクタ層５及びコレクタコンタクト層６のドーパントにはＳｅが用いられている。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、エミッタコンタクト層１２、エミッタ層１３、コレクタ層１５及びコレクタコンタクト層１６に、Ｓｉドーピングをする代わりにＳｅをドーピングした構造となっている。
【００２１】
かかる構造とすることにより、エピタキシャル層成長前のウェハが持つ結晶欠陥の伝搬が防止され、またＳｉドーピングに比べ低濃度のドーピングにより同じキャリア濃度を得られる。また、これにより、エミッタコンタクト層２とエミッタ層３及びコレクタコンタクト層６及びコレクタ層５自体の結晶欠陥の低減に寄与し、ＳｉドーピングしたＨＢＴに比べより高いベータを得ることを可能とする。また、この結晶欠陥の低減は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。
【００２２】
図２は、コレクタコンタクト層及びコレクタ層をＳｉドーピングした従来のＨＢＴ用ＩｎＧａＰ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。なお、ノンアロイ層のドーパントとしてはＳｅを使用した。
【００２３】
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、７５μｍ角のエミッタサイズを持った大面積ＨＢＴを作製し行った。
【００２４】
図２より、従来品（実線）に比べ、本発明品のウェハ（図２の破線）の方が、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／ｃｍ^２のベータで比較した結果、Ｓｅをドーピングした本発明のＨＢＴの方が約１５％ベータが高いことが確認できた。
【００２５】
図３は、通電試験により電流密度６０ＫＡ／ｃｍ^２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。図より、ＳｅをドーピングしたＨＢＴはベータが高いにもかかわらず、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１５％の低下しか見られなかった。これに対しＳｉをドーピングした従来のＨＢＴにおいては、約３０％近い低減が見られた。明らかにＳｅドーピングしたＨＢＴの方が劣化の度合いが小さいことが判った。
【００２６】
また、コレクタコンタクト層のキャリア濃度及びコレクタ層のキャリア濃度を変えてＳｅとＳｉをドーピングしたＨＢＴの比較を行った。この結果、同じキャリア濃度であれば、全ての濃度領域においてＳｅドーピングしたＨＢＴの方が高いベータを示すことが判った。
【００２７】
このように、従来のＳｉドーピングに変わり、Ｓｅをエミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタコンタクト層及びコレクタ層にドーピングすることにより、図２、図３に示した如く、ＨＢＴのベータを約１５％向上することが出来た。また、信頼性試験の結果、１０００時間の通電において、従来のＳｉドーピングＨＢＴに対し、本発明のＳｅドーピングウェハは劣化の度合いを約１５％低減することが出来た。
【００２８】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記Ｓｅ以外にＴｅをドーパントとして用いても、同様の結果を得ることが出来る。また、ＡｌＧａＡｓエミッタ構造を持つＨＢＴについても同様の効果を確認することが出来た。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、気相エピタキシャル法で作られるＨＢＴ用半導体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ノンアロイ層、エミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタ層及び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を使用したので、エピタキシャル層成長前のウェハが持つ結晶欠陥の伝搬を防ぎ、またＳｉドーピングに比べ低濃度のドーピングにより同じキャリア濃度を得ることができる。すなわち、エミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタコンタクト層及びコレクタ層自体の結晶欠陥の低減に寄与し、ＳｉドーピングしたＨＢＴに比べより高いベータを得ることができる。また、この結晶欠陥の低減はＨＢＴの信頼性にも寄与し、高寿命を達成することができる。
【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ノンアロイ層
２ｎ−ＧａＡｓエミッタコンタクト層
３ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層
４ｐ−ＧａＡｓベース層
５ｎ−ＧａＡｓコレクタ層
６ｎ−ＧａＡｓコレクタコンタクト層
７半絶縁性ＧａＡｓウェハ

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、エミッタコンタクト層及びノンアロイ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ノンアロイ層、エミッタコンタクト層、エミッタ層、コレクタ層及びコレクタコンタクト層のドーパントとしてＳｅを用い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。
ＩｎＧａＰ又は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。
請求項１又は２に記載した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。