JP2006216667A - Semiconductor wafer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the structure of a semiconductor crystal substrate which suppresses the propagation of a dislocation to an active layer from a GaAs substrate. <P>SOLUTION: A structure in which an InAs nucleus is formed in the shape of a dot (the shape of an island) in a flat surface between the GaAs substrate 1 and the active layers 40, and a buffer layer 20 of a group III-V compound semiconductor is grown to be the grade in which the InAs nucleus is buried on it. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、GaAs基板上に、ガリウム砒素(GaAs)、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)などのIII−V族化合物半導体層を形成した半導体ウェハに係り、詳しくは、能動層として例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)構造を具備している場合、そのHBT素子の信頼性の改善を図る基板構造に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor wafer in which a III-V compound semiconductor layer such as gallium arsenide (GaAs) or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) is formed on a GaAs substrate, and more specifically, as an active layer, for example, a heterojunction bipolar transistor ( In the case of having an (HBT) structure, the present invention relates to a substrate structure for improving the reliability of the HBT element.

半導体膜を得ようとする場合、最も容易な方法としては、成長しようとしている化合物半導体と同一材料から成る化合物半導体基板を準備し、その上に気相成長する方法が考えられ、実際に色々な材料系で成功している。   When trying to obtain a semiconductor film, the easiest method is to prepare a compound semiconductor substrate made of the same material as the compound semiconductor to be grown and vapor-deposit it thereon. Success in material systems.

例えば、GaAsなどの化合物半導体の優れた物性を利用して、種々の物性の異なる半導体膜を積層することによって、HBT、HEMT、MESFET、LED、レーザダイオードなどの高性能・高機能半導体素子を製造することが試みられている。   For example, by utilizing the excellent physical properties of compound semiconductors such as GaAs, high performance and high performance semiconductor devices such as HBT, HEMT, MESFET, LED, and laser diode are manufactured by laminating semiconductor films with various physical properties. It has been tried to do.

このような半導体膜は、通常、GaAsの単結晶インゴッドから切り出されたGaAs結晶を基板とし、そのGaAs基板上に有機金属気相成長法(MOVPE法)などで形成される。   Such a semiconductor film is normally formed on a GaAs substrate by a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method) or the like using a GaAs crystal cut from a single crystal ingot of GaAs as a substrate.

このGaAs基板の種類には、製造過程から大別して、垂直温度勾配凝固法(VGF法)により作成された単結晶インゴッドをスライスして得た「VGF基板」や、垂直ブリッジマン法(VB法)により作成された単結晶インゴッドをスライスして得た「VB基板」や、液体封止引上法(LEC法)により作成された単結晶インゴッドをスライスして得た「LEC基板」などがある。   The type of GaAs substrate is roughly classified from the manufacturing process, the “VGF substrate” obtained by slicing a single crystal ingot prepared by the vertical temperature gradient solidification method (VGF method), and the vertical Bridgman method (VB method). There are a “VB substrate” obtained by slicing a single crystal ingot created by the above method, an “LEC substrate” obtained by slicing a single crystal ingot created by a liquid sealing pulling method (LEC method), and the like.

従来、HBT用エピタキシャルウェハ(半導体ウェハ)のエピタキシャル層を成長する場合、そのGaAs基板としては、欠陥の集合体である転位が少ないという理由から半絶縁性のVGF基板やVB基板が用いられてきた。すなわち、LEC基板は転位が多いためにInGaP系のHBTへ適用することが難しいとされ、VGF基板やVB基板が採用されてきた。   Conventionally, when an epitaxial layer of an HBT epitaxial wafer (semiconductor wafer) is grown, a semi-insulating VGF substrate or VB substrate has been used as the GaAs substrate because of a small number of dislocations that are an assembly of defects. . That is, since the LEC substrate has many dislocations, it is difficult to apply it to InGaP-based HBTs, and VGF substrates and VB substrates have been adopted.

一方、GaAsなどから成る化合物半導体基板は、機械的に脆く、取扱いが難しく、また、良質で大面積の結晶基板が得られにくいなどの理由から、Si基板に目を向け、このSi基板上にGaAsなどの化合物半導体を結晶成長させる方法もある。この方法では、Si基板と化合物半導体層の能動層との間に、酸素を添加した高抵抗化合物半導体層を少なくとも1層有する構造としたエピタキシャル成長半導体結晶基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平6−208963号公報
On the other hand, a compound semiconductor substrate made of GaAs or the like is mechanically fragile, difficult to handle, and it is difficult to obtain a high-quality, large-area crystal substrate. There is also a method for crystal growth of a compound semiconductor such as GaAs. In this method, an epitaxially grown semiconductor crystal substrate having a structure in which at least one high-resistance compound semiconductor layer to which oxygen is added is provided between the Si substrate and the active layer of the compound semiconductor layer has been proposed (for example, Patent Document 1). reference).
JP-A-6-208963

しかしながら、GaAsなどのIII−V族化合物半導体は、GaAs基板の上にエピタキシャル成長させるのが有利である。   However, III-V group compound semiconductors such as GaAs are advantageously grown epitaxially on a GaAs substrate.

ところが、このGaAs基板として、VGF基板やVB基板を選択した場合、次のような課題がある。すなわち、VGF基板やVB基板はLEC基板と比較して転位が大幅に少ないものの、転位自体は存在するため、この転位がエミッタ領域に掛かると、HBTの電気特性の劣化(信頼性低下)が起こってしまう問題があった。このような電気特性の劣化という問題は、HBT以外の素子においても生ずる問題である。   However, when a VGF substrate or a VB substrate is selected as the GaAs substrate, there are the following problems. That is, the VGF substrate and the VB substrate have significantly fewer dislocations than the LEC substrate, but the dislocations themselves exist. Therefore, when these dislocations enter the emitter region, the electrical characteristics of the HBT deteriorate (reliability decreases). There was a problem. Such a problem of deterioration of electrical characteristics is a problem that occurs also in elements other than the HBT.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、GaAs基板からの能動層への転位の伝播を抑止する半導体結晶基板の構造を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a structure of a semiconductor crystal substrate that solves the above problems and suppresses the propagation of dislocations from the GaAs substrate to the active layer.

本発明は、GaAs基板の構造を工夫することにより、HBT構造のような能動層への転位伝播を抑止する効果が得られ、今までInGaP系のHBTへの適用が難しかった転位の多いLEC基板でも使用できるようになる基板構造を提供するものである。   In the present invention, by devising the structure of the GaAs substrate, the effect of suppressing the dislocation propagation to the active layer such as the HBT structure is obtained, and the LEC substrate with many dislocations that has been difficult to apply to the InGaP-based HBT until now. However, it provides a substrate structure that can be used.

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。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

請求項1の発明は、GaAs基板上にIII−V族化合物半導体層を形成した半導体ウェハにおいて、III−V族化合物半導体層の能動層とGaAs基板との間に、平面内にInAs核をドット状に形成し、その上にInAs核が埋まる程度にIII−V族化合物半導体層のバッファ層を成長した構造を有することを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, in a semiconductor wafer in which a group III-V compound semiconductor layer is formed on a GaAs substrate, InAs nuclei are dotted in a plane between the active layer of the group III-V compound semiconductor layer and the GaAs substrate. It is characterized by having a structure in which a buffer layer of a III-V group compound semiconductor layer is grown to such an extent that an InAs nucleus is buried thereon.

請求項2の発明は、GaAs基板上にIII−V族化合物半導体層を形成した半導体ウェハにおいて、III−V族化合物半導体層の能動層とGaAs基板との間に、平面内にInGaAs核をドット状に形成し、その上にInGaAs核が埋まる程度にIII−V族化合物半導体層のバッファ層を成長した構造を有することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in a semiconductor wafer in which a III-V compound semiconductor layer is formed on a GaAs substrate, InGaAs nuclei are dotted in a plane between the active layer of the III-V compound semiconductor layer and the GaAs substrate. It is characterized by having a structure in which a buffer layer of a III-V compound semiconductor layer is grown to such an extent that InGaAs nuclei are buried thereon.

請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の半導体ウェハにおいて、前記バッファ層が、GaAs、AlGaAs、InGaAs若しくはInGaPのいずれかから成ることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor wafer according to the first or second aspect, the buffer layer is made of any one of GaAs, AlGaAs, InGaAs, or InGaP.

請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体ウェハにおいて、前記能動層として、n型GaAsから成るサブコレクタ層と、n型GaAsから成るコレクタ層と、p型GaAs、p型InGaAs又はp型AlGaAsのいずれかから成るベース層と、n型AlGaAs又はn型InGaPから成るエミッタ層と、n型InGaAsから成るエミッタコンタクト層とを含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造を有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor wafer according to any one of the first to third aspects, the active layer includes a sub-collector layer made of n-type GaAs, a collector layer made of n-type GaAs, p-type GaAs, It has a heterojunction bipolar transistor structure including a base layer made of either p-type InGaAs or p-type AlGaAs, an emitter layer made of n-type AlGaAs or n-type InGaP, and an emitter contact layer made of n-type InGaAs. And

<本発明の要点>
本発明の要点は、InAs核を基板にドット状に形成し、そのInAs核のファセット面による横方向成長をバッファ層成長時に行うことにより転位が上層へ延びるのを抑止する点にある。
<Key points of the present invention>
The main point of the present invention is that dislocations are prevented from extending to the upper layer by forming InAs nuclei in the form of dots on the substrate and performing lateral growth of the InAs nuclei by the facet surface during the growth of the buffer layer.

すなわち、図2(a)に示すGaAs基板1上に、気相成長法により、通常の2次的な成長モードではなく3次元的な島状成長モードにて、図2(b)に示すように平面内にInAs核21をドット状(島状)に形成する。そして、その上にInAs核21が十分に埋まる程度にGaAsなどの単結晶の化合物半導体バッファ層30を成長し、表面を平坦化する(図2(c)(d))。このようにドット状のInAs核(InAsドット)21を化合物半導体バッファ層30の成長で埋め込み表面を平坦化する際には、通常基板表面に対して垂直方向に伝播する転位22の伝播方向が、埋め込み成長の過程で図2(c)の如く横方向に変化するため、最表面に出現する転位32の密度が図2(d)の如く大幅に減少する。   That is, on the GaAs substrate 1 shown in FIG. 2A, by a vapor phase growth method, in a three-dimensional island growth mode instead of a normal secondary growth mode, as shown in FIG. The InAs nuclei 21 are formed in a dot shape (island shape) in the plane. Then, a single crystal compound semiconductor buffer layer 30 such as GaAs is grown so that the InAs nuclei 21 are sufficiently buried thereon, and the surface is flattened (FIGS. 2C and 2D). Thus, when the surface of the buried InAs nuclei (InAs dots) 21 is flattened by the growth of the compound semiconductor buffer layer 30, the propagation direction of the dislocations 22 that propagate in the direction perpendicular to the substrate surface is usually Since it changes in the lateral direction as shown in FIG. 2C in the process of burying growth, the density of dislocations 32 appearing on the outermost surface is greatly reduced as shown in FIG.

このため、GaAs基板上にIII−V族化合物半導体層を形成するに際し、使用するGaAs基板として、「VGF基板」「VB基板」「LEC基板」の別を問わないで、いずれも採用することができ、良好な素子特性を確保することができる。   For this reason, when forming a III-V compound semiconductor layer on a GaAs substrate, it is possible to adopt any GaAs substrate, regardless of whether it is a “VGF substrate”, “VB substrate”, or “LEC substrate”. And good device characteristics can be secured.

InAsドット21の形成は、成長温度400〜550℃(効果的なのは450〜500℃)の範囲であれば、InAsは薄膜ではなくドットの形でGaAs表面上に形成される。もともとGaAsとInAsとでは格子定数差が大きいので、InAsはGaAs上にまっとうな薄膜成長はしない。上記成長温度の下限を400℃としたのは、400℃より成長温度が低いと、多結晶又はアモルファス状に成長してドットとならないためである。また成長温度の上限を550℃としたのは、550℃より成長温度が高いとInの再蒸発が起こり、きれいなドットを形成できなくなるためである。   InAs dots 21 are formed on the GaAs surface in the form of dots instead of a thin film if the growth temperature is in the range of 400 to 550 ° C. (effective is 450 to 500 ° C.). Originally, the lattice constant difference between GaAs and InAs is large, so InAs does not grow as a thin film on GaAs. The reason why the lower limit of the growth temperature is set to 400 ° C. is that when the growth temperature is lower than 400 ° C., it grows in a polycrystalline or amorphous state and does not become dots. The upper limit of the growth temperature is set to 550 ° C. because if the growth temperature is higher than 550 ° C., In re-evaporation occurs and it becomes impossible to form clean dots.

InAsドットの高さは最低でも5nm以上無いと、ファセット面による横方向成長の効果が出ない。また、InAsドットの上限は、ドットとしての形状が保たれる20nm以下が好ましい。20nmを超えるとInAs自体が横成長してきれいなドットを形成できなくなるためである。   If the height of the InAs dots is at least 5 nm or more, the effect of lateral growth by the facet surface will not be obtained. Further, the upper limit of InAs dots is preferably 20 nm or less so that the shape of the dots can be maintained. If the thickness exceeds 20 nm, InAs itself grows laterally and it becomes impossible to form clean dots.

なお、InAs核の代わりにInGaAs核を用いることもできるが、このとき、InGaAs核におけるIn組成比は高ければ高いほど良い。   Although InGaAs nuclei can be used instead of InAs nuclei, the higher the In composition ratio in the InGaAs nuclei, the better.

本発明の半導体結晶基板によれば、GaAs基板上にInAs核をドット状に形成し、そのInAs核のファセット面による横方向成長をバッファ層成長時に行うことにより、転位が上層へ延びるのを抑止する構造としたので、HBT構造のような能動層への転位伝播を抑止する効果が得られる。従って、本発明によれば、従来より信頼性の高いHBTなどの素子及びそのウェハを提供できるようになる。   According to the semiconductor crystal substrate of the present invention, dislocations are prevented from extending to the upper layer by forming InAs nuclei in the form of dots on a GaAs substrate and performing lateral growth of the InAs nuclei on the buffer layer during the growth of the buffer layer. Therefore, the effect of suppressing dislocation propagation to the active layer such as the HBT structure can be obtained. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an element such as an HBT and a wafer thereof having higher reliability than the conventional one.

また、本発明によれば、今までInGaP系のHBTへの適用が難しかった転位の多いLEC基板でも、その転位の影響を無くして使用することができるようになる。   Further, according to the present invention, even an LEC substrate with many dislocations, which has been difficult to apply to InGaP-based HBTs, can be used without being affected by the dislocations.

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

図1に一実施形態例を示す。この実施形態例では、GaAs基板1上にIII−V族化合物半導体層を形成した半導体ウェハにおいて、III−V族化合物半導体層の能動層40とGaAs基板1との間に、平面内にInAs核をドット状(島状)に形成したInAsドット層20を設け、その上に単結晶のGaAsバッファ層30を成長してInAs核を埋め込み、表面を平坦化させた構造を有する。図2で説明したように、このバッファ層30の成長時にInAs核21のファセット面による横方向成長を行うことにより、転位22が上層へ延びるのを抑止する。なお、バッファ層としては、GaAsの他、AlGaAs、InGaAs若しくはInGaPから成るものを用いることもできる。   FIG. 1 shows an example embodiment. In this embodiment, in a semiconductor wafer in which a group III-V compound semiconductor layer is formed on a GaAs substrate 1, an InAs nucleus is formed in a plane between the active layer 40 of the group III-V compound semiconductor layer and the GaAs substrate 1. Is formed in a dot shape (island shape), and a single crystal GaAs buffer layer 30 is grown thereon to embed InAs nuclei, thereby planarizing the surface. As described with reference to FIG. 2, when the buffer layer 30 is grown, lateral growth by the facets of the InAs nuclei 21 is performed to prevent the dislocations 22 from extending to the upper layer. The buffer layer may be made of AlGaAs, InGaAs, or InGaP in addition to GaAs.

上記能動層40の部分の構造を選ぶことにより、HBT、HEMT、MESFET、LED、レーザダイオードなど、各種のヘテロ接合化合物半導体素子が作製可能である。   By selecting the structure of the active layer 40, various heterojunction compound semiconductor devices such as HBT, HEMT, MESFET, LED, and laser diode can be manufactured.

上記能動層40の積層構造の代表的なものとしては、n型GaAsから成るサブコレクタ層と、n型GaAsから成るコレクタ層と、p型GaAs、p型InGaAs又はp型AlGaAsのいずれかから成るベース層と、n型AlGaAs又はn型InGaPから成るエミッタ層と、n型InGaAsから成るエミッタコンタクト層とを含むHBT構造がある。   A typical laminated structure of the active layer 40 is composed of a sub-collector layer made of n-type GaAs, a collector layer made of n-type GaAs, and any one of p-type GaAs, p-type InGaAs or p-type AlGaAs. There is an HBT structure including a base layer, an emitter layer made of n-type AlGaAs or n-type InGaP, and an emitter contact layer made of n-type InGaAs.

すなわち、ガリウム砒素(GaAs)基板上に、金属電極とのオーミックコンタクトを形成するn型の伝導を示すGaAs結晶から成るサブコレクタ層と、ベース層から電子を引き抜くn型の伝導を示すGaAs結晶から成るコレクタ層と、電子の流れを制御するp型の伝導を示すGaAs結晶又はインジウムガリウム砒素(InGaAs)結晶又はアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)結晶から成るベース層と、前述ベース層に対してヘテロ接合を形成し、電子をベース層へ注入し、ベース層からの正孔の注入を抑止するn型の伝導を示すAlGaAs結晶又はインジウムガリウムリン(InGaP)結晶から成るエミッタ層と、金属電極とオーミックコンタクトを形成するn型の伝導を示すInGaAs結晶から成るエミッタコンタクト層を含んで構成されるヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)において、前述サブコレクタ層を成長させる前に、基板表面にInAs核をドット状に形成させたことを特徴とする半導体結晶基板である。   That is, on a gallium arsenide (GaAs) substrate, a sub-collector layer made of GaAs crystal showing n-type conduction to form an ohmic contact with a metal electrode, and a GaAs crystal showing n-type conduction drawing electrons from the base layer. And a base layer made of a GaAs crystal, indium gallium arsenide (InGaAs) crystal, or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) crystal exhibiting p-type conduction for controlling the flow of electrons, and a heterojunction to the base layer. Forming an emitter layer made of an AlGaAs crystal or indium gallium phosphide (InGaP) crystal exhibiting n-type conduction, injecting electrons into the base layer, and suppressing injection of holes from the base layer; and a metal electrode and an ohmic contact Emitter capacitor made of InGaAs crystal showing n-type conductivity to be formed In the heterojunction bipolar transistor (HBT) configured to include a transfected layer, prior to growing the aforementioned sub-collector layer, a semiconductor crystal substrate, characterized in that the InAs core on the substrate surface is formed in a dot shape.

この半導体結晶基板において、サブコレクタを成長する前に、InAs核が十分に埋まる程度にGaAs、AlGaAs、InGaAs若しくはInGaPバッファを成長させる。また、HBT構造の各層は、MOVPE法又はMBE法で成長する。   In this semiconductor crystal substrate, before the subcollector is grown, a GaAs, AlGaAs, InGaAs or InGaP buffer is grown so that the InAs nuclei are sufficiently filled. Each layer of the HBT structure is grown by the MOVPE method or the MBE method.

図3及び表1に本発明の一実施例に係るAlGaAs/GaAs系HBT用エピタキシャルウェハ(半導体ウェハ)の構造を示す。   FIG. 3 and Table 1 show the structure of an AlGaAs / GaAs HBT epitaxial wafer (semiconductor wafer) according to an embodiment of the present invention.

Figure 2006216667
Figure 2006216667

図3において、半絶縁性のGaAs基板1としてVB又はVGF基板を用いた。この基板上に、まず平面内に高さ約10nmのドット状に形成したInAs核(InAsドット)を有するInAsドット層20を形成し、その上に、InAs核を埋め込み表面を平坦化させるようにGaAsバッファ層30を100nm成長した。さらにその上に従来と同様な成長方法で、HBT構造のエピタキシャル層を成長して、本実施例のHBT用エピタキシャルウェハ(半導体ウェハ)を得た。   In FIG. 3, a VB or VGF substrate is used as the semi-insulating GaAs substrate 1. On this substrate, first, an InAs dot layer 20 having InAs nuclei (InAs dots) formed in a dot shape with a height of about 10 nm in a plane is formed, and an InAs nuclei is buried thereon to planarize the surface. A GaAs buffer layer 30 was grown to 100 nm. Further, an epitaxial layer having an HBT structure was grown thereon by a growth method similar to the conventional one, and an epitaxial wafer for HBT (semiconductor wafer) of this example was obtained.

上記GaAsバッファ層30の上には、厚さ500nm、キャリア濃度5×1018cm-3のn+型GaAsから成るサブコレクタ層2と、InzGa1-zP(z=0.55)層2aと、厚さ500nm、キャリア濃度2×1016cm-3のn-型GaAsから成るコレクタ層3が順次積層され、その上に、Cドープによるキャリア濃度が4×1019cm-3、厚さ70nmのp+型GaAsから成るベース層4が積層される。 On the GaAs buffer layer 30, a subcollector layer 2 made of n + -type GaAs having a thickness of 500 nm and a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 and In z Ga 1-z P (z = 0.55) Layer 2a and collector layer 3 made of n - type GaAs having a thickness of 500 nm and a carrier concentration of 2 × 10 16 cm −3 are sequentially stacked, and a carrier concentration by C doping is 4 × 10 19 cm −3 , A base layer 4 made of p + -type GaAs having a thickness of 70 nm is laminated.

このベース層4の上には、エミッタ層5として、Siドープによるキャリア濃度5×1017cm-3、厚さ100nmのn型Al0.3Ga0.7As層5aと、この層5aの上にAlAs混晶比xを0.3から0まで徐々に減少させて成長した、厚さ約50nm、Siドープによるキャリア濃度5×1017cm-3から5×1018cm-3のn+型AlxGa1-xAsグレーデッド層5bとが積層される。 On this base layer 4, an n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer 5 a having a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 and a thickness of 100 nm as an emitter layer 5 is mixed with AlAs on the layer 5 a. N + -type Al x Ga grown by gradually decreasing the crystal ratio x from 0.3 to 0 and having a thickness of about 50 nm and a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 by Si doping A 1-x As graded layer 5b is laminated.

更に、このエミッタ層5の上には、エミッタコンタクト層6として、厚さ100nm、Siドープによるキャリア濃度5×1018cm-3のn+型GaAs層6aと、この層6aの上に形成された厚さ50nm、Seドープによるキャリア濃度が1×1019cm-3から4×1019cm-3のn+型InyGa1-yAs(y=0→0.5)グレーデッド層6bと、このグレーデッド層6bの上に形成された厚さ50nm、Seドープによるキャリア濃度4×1019cm-3のn+型In0.5Ga0.5As層6c(ノンアロイ層)とが、順に積層されている。上記n+型InyGa1-yAsグレーデット層6bは、InAs混晶比yを下面から上面にかけて0から0.5まで徐々に増加させた構造となっている。 Further, on the emitter layer 5, an emitter contact layer 6 is formed on the n + type GaAs layer 6a having a thickness of 100 nm and a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −3 by Si doping, and on this layer 6a. N + type In y Ga 1-y As (y = 0 → 0.5) graded layer 6b having a thickness of 50 nm and a carrier concentration by Se doping of 1 × 10 19 cm −3 to 4 × 10 19 cm −3 And an n + -type In 0.5 Ga 0.5 As layer 6c (non-alloy layer) formed on the graded layer 6b and having a thickness of 50 nm and a carrier concentration of 4 × 10 19 cm −3 by Se doping are sequentially laminated. ing. The n + -type In y Ga 1 -y As graded layer 6b has a structure in which the InAs mixed crystal ratio y is gradually increased from 0 to 0.5 from the lower surface to the upper surface.

これらのInAsドット層20、GaAsバッファ層30、サブコレクタ層2、コレクタ層3、ベース層4、エミッタ層5及びエミッタコンタクト層6は、MOVPE法で成長した。   These InAs dot layer 20, GaAs buffer layer 30, subcollector layer 2, collector layer 3, base layer 4, emitter layer 5 and emitter contact layer 6 were grown by the MOVPE method.

比較例として、本実施例のHBT用エピタキシャルウェハ(半導体ウェハ)の積層構造とInAsドット層20の形成以外は全く同じにして、従来構造のHBT用エピタキシャルウェハを成長した。   As a comparative example, an HBT epitaxial wafer having a conventional structure was grown in exactly the same manner as the stacked structure of the HBT epitaxial wafer (semiconductor wafer) of this example except for the formation of the InAs dot layer 20.

そして、これらのHBT用エピタキシャルウェハ(半導体ウェハ)をプロセスに掛けて、エミッタサイズ2×20μmのHBT素子を作製した。   These HBT epitaxial wafers (semiconductor wafers) were subjected to a process to produce an HBT element having an emitter size of 2 × 20 μm.

これらの素子を信頼性試験に掛けた。試験条件は、Vce=3V、Ic=10mA(電流密度2.5×104A/cm2)、HBT素子を暖めるオーブンの温度160℃として、500時間通電した時の電流増幅率βの変化(落ち込み)が10%以内を合格とした。 These devices were subjected to a reliability test. The test conditions were Vce = 3V, Ic = 10 mA (current density 2.5 × 10 4 A / cm 2 ), the temperature of the oven for heating the HBT element was 160 ° C., and the change in current gain β when energized for 500 hours ( (Depression) was within 10%.

信頼性試験の結果を表2に示す。   The results of the reliability test are shown in Table 2.

Figure 2006216667
Figure 2006216667

従来構造のHBTでは500個試験した試作例の内、5個程度が不合格になっているのに対して、本実施例(本発明)の構造のHBTでは不合格品が出なかった。また、従来構造のHBTでは、信頼性試験に合格しているものでも、だらだらと電流増幅率βが落ちている傾向が見られた。   Of the 500 prototypes tested for the conventional HBT, about 5 were rejected, whereas the HBT having the structure of the present embodiment (the present invention) did not fail. Further, in the conventional structure of the HBT, even when the HBT passed the reliability test, there was a tendency that the current amplification factor β gradually decreased.

<その他の実施例、変形例>
上記実施例では、バッファ層の材料にGaAsを用いたが、バッファ層の材料にはGaAsの他、AlGaAs、InGaAs、InGaPのいずれをも選択して使用することができ、これらの材料から成るバッファ層であっても、同様な低転位化の効果を確保し、高信頼性の素子を得ることができる。但し、InGaAs及びInGaPについては、格子不整合による歪緩和が起こらない厚さ及び組成に限定される。
<Other examples and modifications>
In the above embodiment, GaAs is used as the material of the buffer layer. However, any of GaAs, AlGaAs, InGaAs, and InGaP can be selected and used as the buffer layer material. A buffer made of these materials can be used. Even in the case of a layer, a similar low dislocation effect can be secured and a highly reliable element can be obtained. However, InGaAs and InGaP are limited to thicknesses and compositions that do not cause strain relaxation due to lattice mismatch.

また、上記実施例では、半絶縁性GaAs基板1にVB又はVGF基板を用いたが、本発明では、転位の多いLEC基板を用いても、同様に転位伝播を抑止する効果を得ることができる。すなわち、LEC基板を用いた場合、従来の半導体結晶基板の構造であると、ユーザのプロセスによる相違もあるが、約3%(500個中15個)ほどが信頼性において不適当となるとされている。これに対し、本発明の半導体結晶基板の構造によれば、不適当となる割合をほとんど0%とすることができる。従って、今までInGaP系のHBTへの適用が難しかったLEC基板でも使用できるようになる。   In the above embodiment, a VB or VGF substrate is used as the semi-insulating GaAs substrate 1, but in the present invention, even when an LEC substrate having many dislocations is used, the effect of suppressing dislocation propagation can be obtained. . That is, when an LEC substrate is used, about 3% (15 out of 500) is considered to be unsuitable for reliability when the structure of the conventional semiconductor crystal substrate is different depending on the user's process. Yes. On the other hand, according to the structure of the semiconductor crystal substrate of the present invention, the inappropriate ratio can be made almost 0%. Accordingly, even LEC substrates that have been difficult to apply to InGaP-based HBTs can be used.

本発明の半導体結晶基板の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor crystal substrate of this invention. 本発明の半導体結晶基板の作用の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of an effect | action of the semiconductor crystal substrate of this invention. 本発明の実施例に係るHBT用半導体結晶基板の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor crystal substrate for HBT which concerns on the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 GaAs基板
2 サブコレクタ層
3 コレクタ層
4 ベース層
5 エミッタ層
6 エミッタコンタクト層
20 InAsドット層
21 InAs核
22、32 転位
30 化合物半導体バッファ層(GaAsバッファ層)
40 能動層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaAs substrate 2 Subcollector layer 3 Collector layer 4 Base layer 5 Emitter layer 6 Emitter contact layer 20 InAs dot layer 21 InAs nucleus 22, 32 Dislocation 30 Compound semiconductor buffer layer (GaAs buffer layer)
40 Active layer

Claims (4)

GaAs基板上にIII−V族化合物半導体層を形成した半導体ウェハにおいて、
III−V族化合物半導体層の能動層とGaAs基板との間に、平面内にInAs核をドット状に形成し、その上にInAs核が埋まる程度にIII−V族化合物半導体層のバッファ層を成長した構造を有することを特徴とする半導体ウェハ。
In a semiconductor wafer in which a III-V compound semiconductor layer is formed on a GaAs substrate,
Between the active layer of the III-V compound semiconductor layer and the GaAs substrate, InAs nuclei are formed in dots in a plane, and a buffer layer of the III-V compound semiconductor layer is formed so that the InAs nuclei are buried thereon. A semiconductor wafer characterized by having a grown structure.
GaAs基板上にIII−V族化合物半導体層を形成した半導体ウェハにおいて、
III−V族化合物半導体層の能動層とGaAs基板との間に、平面内にInGaAs核をドット状に形成し、その上にInGaAs核が埋まる程度にIII−V族化合物半導体層のバッファ層を成長した構造を有することを特徴とする半導体ウェハ。
In a semiconductor wafer in which a III-V compound semiconductor layer is formed on a GaAs substrate,
Between the active layer of the III-V compound semiconductor layer and the GaAs substrate, InGaAs nuclei are formed in the shape of dots in a plane, and the buffer layer of the III-V compound semiconductor layer is formed so that the InGaAs nuclei are buried on it. A semiconductor wafer characterized by having a grown structure.
請求項1又は2に記載の半導体ウェハにおいて、
前記バッファ層が、GaAs、AlGaAs、InGaAs若しくはInGaPのいずれかから成ることを特徴とする半導体ウェハ。
In the semiconductor wafer according to claim 1 or 2,
A semiconductor wafer, wherein the buffer layer is made of any one of GaAs, AlGaAs, InGaAs, or InGaP.
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体ウェハにおいて、
前記能動層として、n型GaAsから成るサブコレクタ層と、n型GaAsから成るコレクタ層と、p型GaAs、p型InGaAs又はp型AlGaAsのいずれかから成るベース層と、n型AlGaAs又はn型InGaPから成るエミッタ層と、n型InGaAsから成るエミッタコンタクト層とを含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造を有することを特徴とする半導体ウェハ。
In the semiconductor wafer in any one of Claims 1 thru | or 3,
As the active layer, a sub-collector layer made of n-type GaAs, a collector layer made of n-type GaAs, a base layer made of p-type GaAs, p-type InGaAs or p-type AlGaAs, n-type AlGaAs or n-type A semiconductor wafer having a heterojunction bipolar transistor structure including an emitter layer made of InGaP and an emitter contact layer made of n-type InGaAs.
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