JP2007103925A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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和寿 川口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to: carry out doping at a high concentration; and make an excellent ohmic contact with an electrode. <P>SOLUTION: A semiconductor device using a group III-V compound semiconductor has an emitter electrode and a metal electrode contact layer in contact with the emitter electrode, and the metal electrode contact layer is constructed by a quantum structure. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、III−V族化合物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に係り、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)、電界効果トランジスタ(FET)或いは高電子移動度トランジスタ(HEMT)に好適なものである。   The present invention relates to a semiconductor device using a III-V compound semiconductor and a manufacturing method thereof, and particularly suitable for a heterojunction bipolar transistor (HBT), a field effect transistor (FET), or a high electron mobility transistor (HEMT). It is.

GaAsを代表とするIII−V族化合物半導体を用いた半導体装置は、歪みが小さく、効率の良いGHz以上の高周波特性を実現できることから、携帯電話を初めとする多くの通信機器における増幅器などに広く使用されている。そのなかでもエミッタ・ベース接合にヘテロ接合を用いたHBTは、エミッタ層のバンドギャップがベース層のバンドギャップよりも広いことにより、エミッタ注入効率を高くすることができるため、特に高周波特性に優れ、携帯電話用高出力トランジスタ等に広く使用されている。   A semiconductor device using a III-V group compound semiconductor typified by GaAs has a small distortion and can realize an efficient high-frequency characteristic of GHz or more. Therefore, it is widely used as an amplifier in many communication devices such as a mobile phone. in use. Among them, the HBT using a heterojunction for the emitter-base junction can increase the emitter injection efficiency due to the fact that the band gap of the emitter layer is wider than the band gap of the base layer. Widely used in high-power transistors for mobile phones.

図4に示した従来のInGaP/GaAs系HBTを例にとって、その構造を説明する。   The structure of the conventional InGaP / GaAs HBT shown in FIG. 4 will be described as an example.

InGaP/GaAs系HBTは、半絶縁性GaAs基板上に、MOVPEやMBE法といった気相エピタキシャル成長法により、n型GaAsサブコレクタ層7、n型GaAsコレクタ層6、コレクタ空乏化領域となるn型GaAsコレクタ層5、p型GaAsベース層4、n型InGaPエミッタ層3、n型GaAsエミッタコンタクト層2及びn型InGaAsノンアロイ層1の各エピタキシャル層を積層することにより形成される。なお、n型InGaAs層をノンアロイ層とするのは、アロイ層と比べて接触抵抗が低いからである。   The InGaP / GaAs HBT is formed on a semi-insulating GaAs substrate by vapor phase epitaxy such as MOVPE or MBE, and an n-type GaAs serving as an n-type GaAs subcollector layer 7, an n-type GaAs collector layer 6, and a collector depletion region. The epitaxial layer is formed by laminating the collector layer 5, the p-type GaAs base layer 4, the n-type InGaP emitter layer 3, the n-type GaAs emitter contact layer 2, and the n-type InGaAs non-alloy layer 1. The reason why the n-type InGaAs layer is a non-alloy layer is that the contact resistance is lower than that of the alloy layer.

コレクタ層5,6、ベース層4及びエミッタ層3の導電型としては、p−n−pタイプもあるが、図示例のようにn−p−nタイプのエピタキシャル層を積層する場合が殆どである。ここで、nタイプのドーパントとしてはSiが一般に使われる。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。   As the conductivity types of the collector layers 5 and 6, the base layer 4 and the emitter layer 3, there is also a pnp type, but in most cases, an npn type epitaxial layer is laminated as shown in the illustrated example. is there. Here, Si is generally used as the n-type dopant. Elements such as carbon, zinc and beryllium are used as p-type dopants.

HBTおいては、n型InGaAsノンアロイ層1の上にエミッタ(金属)電極14が、p型GaAsベース層4の上にベース電極13が、そしてn型GaAsサブコレクタ層7の上にコレクタ電極12が形成される。エミッタ接地の場合は、電源15から、コレクタ電極12に正の電圧を印加し、ベース電極13よりベース電流を信号入力として流し、出力となるコレクタ電流を制御する。   In the HBT, an emitter (metal) electrode 14 is formed on the n-type InGaAs non-alloy layer 1, a base electrode 13 is formed on the p-type GaAs base layer 4, and a collector electrode 12 is formed on the n-type GaAs subcollector layer 7. Is formed. In the case of grounded emitter, a positive voltage is applied from the power source 15 to the collector electrode 12 and a base current is supplied as a signal input from the base electrode 13 to control the collector current as an output.

ここでHBTの動作原理を、図6を用いて説明する。
図6はn−p−nタイプHBTのエネルギーバンド構造を示す。HBTはエミッタ、ベース、コレクタの3つの基本領域を有する半導体素子であり、上記各層1〜7に対応して、ノンアロイ領域31、エミッタコンタクト領域32、エミッタ領域33、ベース領域34、コレクタ空乏化領域35、コレクタ領域36、サブコレクタ領域37を具備する。図中、9は伝導帯下端、10は価電子帯上端、11はフェルミ準位である。
Here, the operation principle of the HBT will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows the energy band structure of an npn type HBT. The HBT is a semiconductor element having three basic regions of an emitter, a base, and a collector. The non-alloy region 31, the emitter contact region 32, the emitter region 33, the base region 34, and the collector depletion region corresponding to each of the layers 1-7. 35, a collector region 36, and a sub-collector region 37. In the figure, 9 is the lower end of the conduction band, 10 is the upper end of the valence band, and 11 is the Fermi level.

ノンアロイ領域31、エミッタコンタクト領域32を経てエミッタ領域33から注入された電子8はベース領域34に入り、ベース領域34を高速で通り抜ける。また、ベース領域34からエミッタ領域33へ注入されるホールは、InGaPによるワイドギャップ・エミッタの採用で効果的に抑制されるので、エミッタ・ベース間に順方向のバイアスがかかっていても、電流伝送率が低下しない。電子は、ベース領域34・コレクタ領域36間のコレクタ空乏化領域35に到達した後、ベース・コレクタ間の大きな電界で加速されてコレクタ領域36に入る。n−p−nタイプHBTは、電子がエミッタ電極14からコレクタ電極12に到達するまでの時間が短いので高速で動作する。   Electrons 8 injected from the emitter region 33 through the non-alloy region 31 and the emitter contact region 32 enter the base region 34 and pass through the base region 34 at high speed. In addition, holes injected from the base region 34 to the emitter region 33 are effectively suppressed by adopting a wide gap emitter by InGaP, so that current transmission is possible even when a forward bias is applied between the emitter and the base. The rate does not decrease. After the electrons reach the collector depletion region 35 between the base region 34 and the collector region 36, the electrons are accelerated by a large electric field between the base and collector and enter the collector region 36. The npn type HBT operates at a high speed because the time required for electrons to reach the collector electrode 12 from the emitter electrode 14 is short.

HBTで最も重要なのはベース領域34である。即ち、エミッタ領域33よりベース領域34へ電子8を注入し、これがベース領域34中の正孔と再結合せず、コレクタ領域35、36へ伝送されることが理想であり、電流ロスを少なくしなければならない。その為ベース領域34は最適に設計される必要がある。
HBT素子を全体的に見ると、ベース領域34以外に電流ロスが発生する個所が幾つかある。例えば、サブコレクタ領域37とこれに接触するコレクタ電極12、及び金属電極接触層のノンアロイ領域31とこれに接触するエミッタ電極14である。
The most important in the HBT is the base region 34. In other words, it is ideal that electrons 8 are injected from the emitter region 33 into the base region 34 and transmitted to the collector regions 35 and 36 without being recombined with holes in the base region 34, thereby reducing current loss. There must be. Therefore, the base region 34 needs to be optimally designed.
Looking at the HBT element as a whole, there are several places where current loss occurs in addition to the base region 34. For example, the sub-collector region 37 and the collector electrode 12 in contact therewith, and the non-alloy region 31 of the metal electrode contact layer and the emitter electrode 14 in contact therewith.

ここでベース領域34は1019〜1020[cm-3]程度のp型GaAs層であり、サブコレクタ領域37も3.0〜5.0×1018[cm-3]と非常に高濃度にドーピングされたn型GaAs層であり、金属電極であるベース電極13、コレクタ電極12とそれぞれ良好なオーミック接触を取ることが出来る。
これに対し、金属電極接触層であるノンアロイ領域31に対応するノンアロイ層1は、通常GaAs層を用いるが、図4に例示したように、n型GaAs層ではなくn型InGaAs層を用いることが多い。これはInGaAsの方がGaAsに比べ金属ライクな性質を示し、また多量のドーパントをドーピング出来る為、1×1019[cm-3]のn型層を形成することが出来る。更にこれらの金属ライクで、多量のドーパントをドーピングできるという特性は、Inの組成を上げることにより増幅される、といった長所があるためである。したがって、ノンアロイ層1が金属電極であるエミッタ電極14と良好なオーミック接触を取るためには、ノンアロイ層1を構成するInGaAsのIn組成を大きくすることが好ましい。
Here, the base region 34 is a p-type GaAs layer of about 10 19 to 10 20 [cm −3 ], and the subcollector region 37 is also very high in concentration of 3.0 to 5.0 × 10 18 [cm −3 ]. The n-type GaAs layer is doped with the base electrode 13 and the collector electrode 12, which are metal electrodes, and can make good ohmic contact.
On the other hand, the non-alloy layer 1 corresponding to the non-alloy region 31 which is a metal electrode contact layer normally uses a GaAs layer, but as shown in FIG. 4, an n-type InGaAs layer is used instead of an n-type GaAs layer. Many. This is because InGaAs exhibits metal-like properties compared to GaAs, and a large amount of dopant can be doped, so that an n-type layer of 1 × 10 19 [cm −3 ] can be formed. Furthermore, these metal-like materials can be doped with a large amount of dopant because they have the advantage of being amplified by increasing the In composition. Therefore, in order for the non-alloy layer 1 to have good ohmic contact with the emitter electrode 14 which is a metal electrode, it is preferable to increase the In composition of InGaAs constituting the non-alloy layer 1.

しかし、InGaAsのIn組成を増加させると、その格子定数がGaAsのそれより遠ざかる。この為、図5に示すように、エミッタコンタクト層2に対応するGaAs層16上に、ノンアロイ層1に対応するInxGa1-xAs層17を所望のIn組成比xで直接堆積させると、その界面には図5に示すような転位18が発生する。この転位18は結晶欠陥の一種であるから、例えば半導体素子を作製した場合、この転位を含む素子は電気的不良が発生する。 However, when the In composition of InGaAs is increased, its lattice constant is further away from that of GaAs. Therefore, as shown in FIG. 5, when the In x Ga 1-x As layer 17 corresponding to the non-alloy layer 1 is directly deposited on the GaAs layer 16 corresponding to the emitter contact layer 2 with a desired In composition ratio x. Dislocations 18 as shown in FIG. 5 are generated at the interface. Since the dislocation 18 is a kind of crystal defect, for example, when a semiconductor element is manufactured, an electrical defect occurs in the element including the dislocation.

この事態を回避する為には、ノンアロイ層1とエミッタコンタクト層2との界面で格子定数を合わせるために、In組成を変化させてInGaAsノンアロイ層17を成長させる必要がある。即ち、GaAs層上にInxGa1-xAsを堆積させる場合、先ずIn組成の設定は0とし、徐々にIn組成を増やして、良好なオーミック接触を取ることが可能な所望の組成まで変化させることを行う。 In order to avoid this situation, it is necessary to grow the InGaAs non-alloy layer 17 by changing the In composition in order to match the lattice constant at the interface between the non-alloy layer 1 and the emitter contact layer 2. That is, when depositing In x Ga 1-x As on a GaAs layer, first, the In composition is set to 0, and the In composition is gradually increased to change to a desired composition capable of achieving good ohmic contact. To do.

例えば、特許文献1では、InGaAsノンアロイ層を、In組成をステップ状に変えたステップグレーデッド層と、その上に形成したIn組成を均一とした均一組成層で構成することを提案している。   For example, Patent Document 1 proposes that the InGaAs non-alloy layer is composed of a step graded layer in which the In composition is changed to a step shape, and a uniform composition layer having a uniform In composition formed thereon.

また特許文献2では、ノンアロイ層とオーミックコンタクト層との間にIn組成を0から60%まで変化させた傾斜層(リニアグレーデッド層)を挿入している。In組成を60%としているのは、本来C(炭素)をドーピングするとp型キャリア濃度を示すInGaAs層が、そのIn組成xを0.5以上にすることで、n型のキャリア濃度を示すことを利用し、InGaAsノンアロイ層のIn組成xを0.6程度とすることでn型のInGaAsノンアロイ層とし、これにより接触抵抗を下げている。   In Patent Document 2, an inclined layer (linear graded layer) in which the In composition is changed from 0 to 60% is inserted between the non-alloy layer and the ohmic contact layer. The reason why the In composition is set to 60% is that an InGaAs layer that exhibits p-type carrier concentration when originally doped with C (carbon) exhibits an n-type carrier concentration by setting its In composition x to 0.5 or more. , And the In composition x of the InGaAs non-alloy layer is set to about 0.6 so that an n-type InGaAs non-alloy layer is obtained, thereby reducing the contact resistance.

一方、金属電極接触層であるノンアロイ領域31に対応するノンアロイ層1に、通常通りGaAs層を用いる場合は、n型ドーピングとして専らSiが使われている。
特開2004−207546号公報 特開2005−79268号公報
On the other hand, when a GaAs layer is used as usual for the non-alloy layer 1 corresponding to the non-alloy region 31 which is a metal electrode contact layer, Si is exclusively used as n-type doping.
JP 2004-207546 A JP 2005-79268 A

(1)金属電極接触層にInGaAsを用いる場合
上記したIn組成を徐々に所望の組成まで増加させる従来技術の方法には、次のような課題がある。すなわち、所望のIn組成を持つInxGa1-xAs層の膜厚が臨界膜厚を超えた場合、転位の発生を抑制することが困難であるということである。ここで臨界膜厚とは、あるIn組成xに対して転位が発生しない最大のInxGa1-xAs膜厚を意味する。例えば、x=0.5では数nmの臨界膜厚しか持たない。臨界膜厚は、In組成xが増加すれば減少し、逆にIn組成xが減少すれば増加する。したがって、所望のIn組成を持つInGaAs層の膜厚は、容易に臨界膜厚を超えてしまうおそれがあり、転位の発生をもたらす。
(1) When InGaAs is used for the metal electrode contact layer The above-described conventional method for gradually increasing the In composition to a desired composition has the following problems. That is, when the thickness of the In x Ga 1-x As layer having the desired In composition exceeds the critical thickness, it is difficult to suppress the occurrence of dislocations. Here, the critical film thickness means the maximum In x Ga 1-x As film thickness at which dislocation does not occur for a certain In composition x. For example, when x = 0.5, it has only a critical film thickness of several nm. The critical film thickness decreases as the In composition x increases, and conversely increases as the In composition x decreases. Therefore, the film thickness of the InGaAs layer having the desired In composition may easily exceed the critical film thickness, resulting in the occurrence of dislocations.

(2)金属電極接触層にGaAsを用いる場合
金属電極接触層であるノンアロイ層に、通常通り、In組成をゼロとしたGaAsを用いる場合は、ノンアロイ層より下層にあるGaAs層と同じ材料を用いるので、エピタキシャル層界面に欠陥が発生することは無い。しかし、GaAsが金属ライクでないこと、また、n型ドーパントとしてSiを用いたのでは、1×1019[cm-3]以上にn型ドーピングすることは困難である。したがって、金属電極との良好なオーミック接触を取ることが困難である。
(2) When using GaAs for the metal electrode contact layer As usual, when using GaAs with an In composition of zero for the non-alloy layer that is the metal electrode contact layer, the same material as the GaAs layer below the non-alloy layer is used. Therefore, no defect occurs at the epitaxial layer interface. However, if GaAs is not metal-like and Si is used as an n-type dopant, it is difficult to do n-type doping to 1 × 10 19 [cm −3 ] or more. Therefore, it is difficult to make good ohmic contact with the metal electrode.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高濃度のドーピングを行うことが可能で金属電極と良好なオーミック接触を取ることが可能な金属電極接触層を有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a semiconductor device having a metal electrode contact layer capable of performing high-concentration doping and taking good ohmic contact with the metal electrode, and a method for manufacturing the same. It is to provide.

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。
第1の発明は、III−V族化合物半導体を用いた半導体装置において、エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有し、前記金属電極接触層が量子構造で構成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
A first invention is a semiconductor device using a group III-V compound semiconductor, having an emitter electrode and a metal electrode contact layer in contact with the emitter electrode, the metal electrode contact layer having a quantum structure. It is characterized by that.

第2の発明は、第1の発明において、前記量子構造は、臨界膜厚以下のInxGa1-xAs(x=0.1〜1)層とその上に設けたGaAs層とを1周期として複数周期積層して構成されていることを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention, the quantum structure includes an In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer having a critical film thickness or less and a GaAs layer provided thereon. It is characterized by being configured by laminating a plurality of periods as a period.

第3の発明は、第1の又は第2の発明において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする。   A third invention is characterized in that, in the first or second invention, the metal electrode contact layer composed of the quantum structure is a non-alloy layer.

第4の発明は、第1ないし第4の発明において、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。   According to a fourth invention, in the first to fourth inventions, the quantum structure is any one of a quantum dot, a quantum wire, or a quantum well.

第5の発明は、第1の発明において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で構成する代わりに、Seが1×1019cm-3以上の濃度でドープされたn型GaAs層で構成したことを特徴とする。 According to a fifth invention, in the first invention, the metal electrode contact layer is formed of an n-type GaAs layer doped with Se at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more, instead of the quantum structure. It is characterized by that.

第6の発明は、第1ないし第5の発明において、前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする。   According to a sixth invention, in the first to fifth inventions, the semiconductor device is any one of a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, and a high electron mobility transistor.

第7の発明は、エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有するIII−V族化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法において、前記金属電極接触層を量子構造で形成したことを特徴とする。   According to a seventh invention, in the method of manufacturing a semiconductor device using a group III-V compound semiconductor having an emitter electrode and a metal electrode contact layer in contact with the emitter electrode, the metal electrode contact layer is formed with a quantum structure. It is characterized by.

第8の発明は、第7の発明において、前記量子構造を、臨界膜厚以下のInxGa1-xAs(x=0.1〜1)層とその上に設けたGaAs層とを1周期として複数周期積層して形成したことを特徴とする。 According to an eighth invention, in the seventh invention, the quantum structure is composed of an In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer having a critical thickness or less and a GaAs layer provided thereon. It is characterized by being formed by laminating a plurality of periods as a period.

第9の発明は、第7又は第8の発明において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする。   A ninth invention is characterized in that, in the seventh or eighth invention, the metal electrode contact layer formed of the quantum structure is a non-alloy layer.

第10の発明は、第7ないし第9の発明において、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。   A tenth invention is characterized in that, in the seventh to ninth inventions, the quantum structure is any one of a quantum dot, a quantum wire, or a quantum well.

第11の発明は、第7の発明において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で形成する代わりに、Seを1×1019cm-3以上の濃度でドープしたn型GaAs層で形成し、前記GaAs層を、前記金属電極接触層下のGaAs層を成長したときよりも遅く成長させることを特徴とする。 In an eleventh aspect based on the seventh aspect, instead of forming the metal electrode contact layer with the quantum structure, the metal electrode contact layer is formed with an n-type GaAs layer doped with Se at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more. The GaAs layer is grown later than when the GaAs layer under the metal electrode contact layer is grown.

第12の発明は、第7ないし第11の発明において、前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする。   According to a twelfth aspect, in the seventh to eleventh aspects, the semiconductor device is any one of a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, and a high electron mobility transistor.

本発明によれば、高濃度のドーピングを行うことができ、金属電極と良好なオーミック接触を取ることができる。   According to the present invention, high concentration doping can be performed, and good ohmic contact with the metal electrode can be obtained.

以下に本発明を実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments.

第1の実施の形態
[量子構造を用いたノンアロイ層]
InxGa1-xAs層の臨界膜厚はIn組成xの値により変化する。前述したように、InxGa1-xAs層は、x=0.5では数nmの臨界膜厚しか持たない。よって、その膜厚を利用した構造は必然的に量子構造となる。本発明の一態様はこの知見に基づいて創案されたものである。
First Embodiment [Non-alloy layer using a quantum structure]
The critical film thickness of the In x Ga 1-x As layer varies depending on the value of the In composition x. As described above, the In x Ga 1-x As layer has a critical film thickness of only a few nm when x = 0.5. Therefore, the structure using the film thickness necessarily becomes a quantum structure. One embodiment of the present invention has been created based on this finding.

本発明の一態様は、エミッタコンタクト層と、その上に形成する金属電極接触層としてのノンアロイ層との界面に生じる転位の発生を抑制可能とする方法として、ノンアロイ層を量子構造にすることを提案する。量子構造の種類としては、量子井戸、量子細線、量子ドットがある。   One embodiment of the present invention is to provide a non-alloy layer with a quantum structure as a method capable of suppressing the occurrence of dislocations at the interface between the emitter contact layer and the non-alloy layer as a metal electrode contact layer formed thereon. suggest. Types of quantum structures include quantum wells, quantum wires, and quantum dots.

図2に、エミッタコンタクト層を構成するGaAs層19上に金属電極接触層として設けられるノンアロイ層を、ノンアロイ層とGaAs19との界面の歪みを緩和するための超格子バッファ層としても利用される量子井戸構造で構成した一例を示す。量子井戸構造は、臨界膜厚以下のn型InxGa1-xAs井戸層20と、その上に形成する非常に薄いn型GaAs障壁層21とを1周期として複数周期積層した積層構造により構成されている。図示例では5周期積層している。 FIG. 2 shows a quantum structure in which a non-alloy layer provided as a metal electrode contact layer on a GaAs layer 19 constituting an emitter contact layer is also used as a superlattice buffer layer for relaxing strain at the interface between the non-alloy layer and GaAs 19. An example of a well structure is shown. The quantum well structure has a laminated structure in which an n-type In x Ga 1-x As well layer 20 having a critical thickness or less and a very thin n-type GaAs barrier layer 21 formed thereon are laminated in a plurality of periods. It is configured. In the illustrated example, five cycles are stacked.

ノンアロイ層をこのような量子井戸構造とすることにより、GaAs層19とノンアロイ層との界面における転位の発生を抑制しつつ、ノンアロイ層を所望の面内抵抗になるように、その膜厚を制御できるようにする。InxGa1-xAs井戸層のIn組成は、好ましくはx=0.1〜1とする。組成をこのような範囲とすれば、GaAsに比べ金属ライクな性質を示し、またInxGa1-xAs井戸層に多量のn型ドーパントをドーピング出来る。 By adopting such a quantum well structure for the non-alloy layer, the film thickness is controlled so that the non-alloy layer has a desired in-plane resistance while suppressing the occurrence of dislocations at the interface between the GaAs layer 19 and the non-alloy layer. It can be so. The In composition of the In x Ga 1-x As well layer is preferably x = 0.1-1. If the composition is in such a range, it exhibits metal-like properties compared to GaAs, and a large amount of n-type dopant can be doped into the In x Ga 1-x As well layer.

In組成xが小さいうちはInxGa1-xAsは二次元成長を行うため、上述したように量子構造は量子井戸になる。In組成xが0.5〜0.7を超えるあたりから臨界膜厚は数原子層オーダーになり、成長モードが二次元から三次元へ移行し、3次元成長を引き起こして直ぐに成長を停止させると、図3に示すようなInGaAsからなる微小結晶粒(量子ドット)23がGaAs22上に多数個形成される。この量子ドット23の周囲を非常に薄いGaAs層24で埋め込み成長を行う。図3の形態は、このInGaAsからなる量子ドット23を含む非常に薄いGaAs層24を、1周期として複数周期積層した積層構造により構成された形態である。図示例では3周期積層している。 As long as the In composition x is small, In x Ga 1-x As performs two-dimensional growth, so that the quantum structure becomes a quantum well as described above. When the In composition x exceeds 0.5 to 0.7, the critical film thickness is on the order of several atomic layers, and the growth mode shifts from 2D to 3D, causing 3D growth and immediately stopping the growth. A large number of microcrystalline grains (quantum dots) 23 made of InGaAs as shown in FIG. The periphery of the quantum dots 23 is buried and grown with a very thin GaAs layer 24. The form of FIG. 3 is a form constituted by a laminated structure in which a very thin GaAs layer 24 including the quantum dots 23 made of InGaAs is laminated as one period. In the illustrated example, three periods are stacked.

量子構造は、上述した量子井戸、量子ドットの他に量子細線でもよい。また、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれにおいても、その金属電極接触層としてのノンアロイ層に対して適用することができる。   The quantum structure may be a quantum wire other than the above-described quantum well and quantum dot. Further, any of a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, and a high electron mobility transistor can be applied to a non-alloy layer as the metal electrode contact layer.

金属電極接触層を図2又は図3の如く構成することにより、金属電極接触層とn型GaAs層との界面における転位の発生を抑制した金属電極接触層を堆積させることが出来るようになり、半導体素子における電気的な特性の損失を抑えることができる。   By configuring the metal electrode contact layer as shown in FIG. 2 or FIG. 3, it is possible to deposit a metal electrode contact layer that suppresses the occurrence of dislocations at the interface between the metal electrode contact layer and the n-type GaAs layer. Loss of electrical characteristics in the semiconductor element can be suppressed.

図1に本発明の実施形態に係るInGaP/GaAs系HBTの構造を示す。
InGaP/GaAs系HBTは、半絶縁性GaAs基板上に、MOVPE法により、n型GaAsサブコレクタ層7、n型GaAsコレクタ層6、コレクタ空乏化領域となるコレクタ層5、p型GaAsベース層4、n型InGaPエミッタ層3、n型GaAsエミッタコンタクト層2及び量子構造ノンアロイ層25を積層することにより形成される。量子構造ノンアロイ層25の上にはエミッタ電極14が、p型GaAsベース層4の上にはベース電極13が、そしてn型GaAsサブコレクタ層7の上にはコレクタ電極12が形成される。エミッタ接地の場合は、電源15から、コレクタ電極12に正の電圧を印加し、ベース電極13よりベース電流を信号入力として流し、出力となるコレクタ電流を制御する。
上記エミッタ電極14、ベース電極13、及びコレクタ電極12はともに金属電極である。
FIG. 1 shows the structure of an InGaP / GaAs HBT according to an embodiment of the present invention.
The InGaP / GaAs HBT is formed on a semi-insulating GaAs substrate by an MOVPE method, an n-type GaAs subcollector layer 7, an n-type GaAs collector layer 6, a collector layer 5 serving as a collector depletion region, and a p-type GaAs base layer 4 The n-type InGaP emitter layer 3, the n-type GaAs emitter contact layer 2, and the quantum structure non-alloy layer 25 are stacked. An emitter electrode 14 is formed on the quantum structure non-alloy layer 25, a base electrode 13 is formed on the p-type GaAs base layer 4, and a collector electrode 12 is formed on the n-type GaAs subcollector layer 7. In the case of grounded emitter, a positive voltage is applied from the power source 15 to the collector electrode 12 and a base current is supplied as a signal input from the base electrode 13 to control the collector current as an output.
The emitter electrode 14, the base electrode 13, and the collector electrode 12 are all metal electrodes.

上記量子構造ノンアロイ層25は、n型InxGa1-xAsのIn組成xを比較的小さくして二次元成長させ、臨界膜厚以下のn型InxGa1-xAs層とn型GaAs層の薄膜を交互に積み重ねて量子井戸構造にしている。量子構造ノンアロイ層25を周期的な量子井戸構造とすることにより、転位の発生を抑制しつつ所望の面内抵抗になるようにその膜厚を制御することができるようになる。 The quantum structure non-alloy layer 25, n-type In x Ga 1-x As relatively small and is grown two-dimensionally the In composition x of the critical film thickness or less of the n-type In x Ga 1-x As layer and the n-type GaAs layer thin films are alternately stacked to form a quantum well structure. By forming the quantum structure non-alloy layer 25 into a periodic quantum well structure, the film thickness can be controlled so as to achieve a desired in-plane resistance while suppressing the generation of dislocations.

上記実施例では、HBTの例について説明したが、本発明はFETやHEMTにも適用することができる。   In the above embodiment, the example of the HBT has been described, but the present invention can also be applied to an FET or a HEMT.

第2の実施の形態
[GaAs層を用いたノンアロイ層]
次に、金属電極接触層(ノンアロイ層)に量子構造を用いる代わりに、n型GaAs層を用いる場合について説明する。
Second embodiment [non-alloy layer using a GaAs layer]
Next, a case where an n-type GaAs layer is used instead of the quantum structure for the metal electrode contact layer (non-alloy layer) will be described.

ノンアロイ層にn型GaAsを用いる場合は、ノンアロイ層より下層にあるn型GaAsエミッタコンタクト層と同じ材料を用いているので、エピタキシャル層界面に欠陥が発生することは無い。しかし、この場合は高濃度のn型ドーピングを行う工夫が必要である。   When n-type GaAs is used for the non-alloy layer, since the same material as the n-type GaAs emitter contact layer below the non-alloy layer is used, no defect is generated at the epitaxial layer interface. However, in this case, a device for performing high-concentration n-type doping is necessary.

金属電極接触層をn型GaAsから成るノンアロイ層で構成した場合、n型ドーパントとしてSiを用いたのでは、1×1019[cm-3]以上にn型ドーピングすることが難しい。このためGaAsをノンアロイ層として用いる場合はドーパントとしてSeを用い、更に高濃度ドーピングさせるために、成長速度を従来の3分の1程度(0.3〜0.7nm/sec)に抑えて効率を上げる。更にV族原料とIII族原料との供給量比、いわゆるV/III比を上げて、p型化する原因となるC濃度雰囲気を低減させる。 When the metal electrode contact layer is composed of a non-alloy layer made of n-type GaAs, it is difficult to do n-type doping to 1 × 10 19 [cm −3 ] or more if Si is used as the n-type dopant. For this reason, when GaAs is used as a non-alloy layer, Se is used as a dopant, and the growth rate is suppressed to about one third (0.3 to 0.7 nm / sec) as compared with the conventional method in order to achieve a higher concentration doping. increase. Further, the supply amount ratio between the Group V material and the Group III material, the so-called V / III ratio, is increased to reduce the C concentration atmosphere that causes p-type conversion.

上述したように本実施の形態によれば、金属電極接触層に量子構造を用いているので、転位の発生を抑制したInGaAs層を堆積させることが出来るようになり、半導体素子における電気的な特性の損失を抑えることができる。
また、金属電極接触層にGaAsを用いた場合には、金属電極接触層より下層にある同じ材料のGaAsの成長速度よりも遅い速度で成長させるので、効率良く高濃度のn型ドーピングを行うことができる。このため、金属電極と良好なオーミック接触を取ることができる。更にV/III比を上げているので、p型化する原因となるC濃度雰囲気を低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the quantum structure is used for the metal electrode contact layer, it becomes possible to deposit an InGaAs layer in which the generation of dislocations is suppressed, and the electrical characteristics in the semiconductor element. Loss can be suppressed.
In addition, when GaAs is used for the metal electrode contact layer, it is grown at a rate slower than the growth rate of GaAs of the same material below the metal electrode contact layer, so that high-concentration n-type doping is performed efficiently. Can do. For this reason, good ohmic contact with the metal electrode can be obtained. Furthermore, since the V / III ratio is increased, the C concentration atmosphere that causes p-type conversion can be reduced.

また、ノンアロイ層の膜厚は半導体素子の面内抵抗特性に影響を与える。そのため、本来、ノンアロイ層の膜厚は自由に変更でき、半導体素子の面内抵抗値を簡易に変更するためのパラメータの1つとして用いることができる必要がある。この点で、本実施の形態によれば、ノンアロイ層を複数周期の積層により形成するので、ノンアロイ層の膜厚を自由に変更でき、ノンアロイ層の膜厚を上記ようなパラメータとして用いることができる。   The film thickness of the non-alloy layer affects the in-plane resistance characteristics of the semiconductor element. For this reason, the film thickness of the non-alloy layer can be freely changed, and must be used as one of parameters for easily changing the in-plane resistance value of the semiconductor element. In this regard, according to the present embodiment, since the non-alloy layer is formed by stacking a plurality of cycles, the film thickness of the non-alloy layer can be freely changed, and the film thickness of the non-alloy layer can be used as the above parameter. .

<実施例1>
半絶縁性GaAs基板の(001)面より[110]方向へ2°微傾斜した直径4インチの基板上に、有機金属気相成長法(MOVPE法)により、n型GaAsサブコレクタ層(膜厚500〜800nm、キャリア濃度3〜5×1018cm-3)、n型GaAsコレクタ層(膜厚600〜1200nm、キャリア濃度1×1016cm-3)、n型GaAsコレクタ層(コレクタ空乏化領域)(膜厚600〜1200nm、キャリア濃度1×1016cm-3)を積層した。
さらにp型GaAsベース層4(膜厚80〜100nm、キャリア濃度1〜4×1019cm-3)、n型InGaPエミッタ層(膜厚30〜100nm、キャリア濃度3〜5×1017cm-3)、n型GaAsエミッタコンタクト層(膜厚80〜200nm、キャリア濃度3〜5×1018cm-3)及び量子構造ノンアロイ層を積層して、InGaP/GaAs系HBT用エピタキシャルウェハを作製した。
<Example 1>
An n-type GaAs subcollector layer (film thickness) is formed by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method) on a 4 inch diameter substrate slightly inclined by 2 ° in the [110] direction from the (001) plane of a semi-insulating GaAs substrate. 500 to 800 nm, carrier concentration 3 to 5 × 10 18 cm −3 ), n-type GaAs collector layer (film thickness 600 to 1200 nm, carrier concentration 1 × 10 16 cm −3 ), n-type GaAs collector layer (collector depletion region) ) (Film thickness 600 to 1200 nm, carrier concentration 1 × 10 16 cm −3 ).
Further, the p-type GaAs base layer 4 (film thickness 80 to 100 nm, carrier concentration 1 to 4 × 10 19 cm −3 ), n-type InGaP emitter layer (film thickness 30 to 100 nm, carrier concentration 3 to 5 × 10 17 cm −3). ), An n-type GaAs emitter contact layer (film thickness of 80 to 200 nm, carrier concentration of 3 to 5 × 10 18 cm −3 ) and a quantum structure non-alloy layer were laminated to produce an InGaP / GaAs HBT epitaxial wafer.

ここで量子構造ノンアロイ層25には、In組成x=0.1、膜厚20nmのn型In0.1Ga0.9As井戸層と、膜厚50nmのn型GaAs障壁層とを交互に5周期成長させた量子井戸構造を用いた。 Here, in the quantum structure non-alloy layer 25, an n-type In 0.1 Ga 0.9 As well layer having an In composition x = 0.1 and a thickness of 20 nm and an n-type GaAs barrier layer having a thickness of 50 nm are alternately grown for five periods. A quantum well structure was used.

また、使用した原料は、As原料にアルシン(AsH3)、Ga原料にトリメチルガリウム(TMG)、及びトリエチルガリウム(TEG)、In原料にトリメチルインジウム(TMI)、リン原料にフォスフィン(PH3)を用いた。またn型キャリアのドーパントとしてSiとSeを用い、この原料としてジシラン(Si26)、セレン化水素(H2Se)を用いた。またp型キャリアのドーパントとしてCを用い、この原料として四臭化炭素(CBr4)を用いた。 The raw materials used were arsine (AsH 3 ) as the As raw material, trimethylgallium (TMG) and triethylgallium (TEG) as the Ga raw material, trimethylindium (TMI) as the In raw material, and phosphine (PH 3 ) as the phosphorus raw material. Using. Si and Se were used as n-type carrier dopants, and disilane (Si 2 H 6 ) and hydrogen selenide (H 2 Se) were used as the raw materials. Further, C was used as a dopant for the p-type carrier, and carbon tetrabromide (CBr 4 ) was used as the raw material.

上述した本実施例1の大面積HBT用エピタキシャルウェハ(直径4インチ)を透過型電子顕微鏡(TEM)で測定した結果、エミッタコンタクト層とノンアロイ層との間に転位の発生は確認されなかった。また、フォトルミネッセンス(PL)測定において、ノンアロイ層からの発光を確認することが出来たので、良好な結晶が形成されていることもわかった。   As a result of measuring the above-described large area HBT epitaxial wafer (diameter 4 inches) of Example 1 with a transmission electron microscope (TEM), no occurrence of dislocation was confirmed between the emitter contact layer and the non-alloy layer. Moreover, in the photoluminescence (PL) measurement, since light emission from the non-alloy layer could be confirmed, it was also found that a good crystal was formed.

そして、このHBT用エピタキシャルウェハを加工し、図1に示すように、量子構造ノンアロイ層25の上にはエミッタ電極14を、GaAsベース層4の上にはベース電極13を、そしてサブコレクタ層7の上にはコレクタ電極12をそれぞれ形成して、特性評価用HBTを作製した。このHBTのエミッタ電極14と量子構造ノンアロイ層25とは良好なオーミック接触が取れていた。また、このHBTの基本的特性、高周波特性等、HTB特性は良好であった。   Then, this HBT epitaxial wafer is processed, and as shown in FIG. 1, the emitter electrode 14 is formed on the quantum structure non-alloy layer 25, the base electrode 13 is formed on the GaAs base layer 4, and the subcollector layer 7 is formed. A collector electrode 12 was formed on each of the electrodes to produce a characteristic evaluation HBT. The emitter electrode 14 of this HBT and the quantum structure non-alloy layer 25 were in good ohmic contact. Further, the HTB characteristics such as basic characteristics and high frequency characteristics of the HBT were good.

<比較例1>
実施例1において、量子構造ノンアロイ層25に、In組成x=0.2、膜厚20nmのn型In0.2Ga0.8As井戸層と、GaAs障壁層50nmとを交互に5周期成長させた以外は、実施例1と同じ条件でHBT用エピタキシャルウェハ、及びHBTを作製した。
<Comparative Example 1>
In Example 1, except that an n-type In 0.2 Ga 0.8 As well layer with an In composition x = 0.2 and a film thickness of 20 nm and a GaAs barrier layer 50 nm were alternately grown for five periods on the quantum structure non-alloy layer 25. The HBT epitaxial wafer and the HBT were manufactured under the same conditions as in Example 1.

比較例1の構造におけるHBT特性は、場所により良好な結果を得ることが出来なかった。またTEMにより観察したところ、図5に示すような転位が数カ所に渡り確認された。更に平面TEMによる観察においてもミスフィット転位が確認された。なおPL測定では、ノンアロイ層からの発光は確認できたものの、実施例1で観察された発光強度に対して50%程度の強度しか得られなかった。   As for the HBT characteristics in the structure of Comparative Example 1, good results could not be obtained depending on the location. When observed by TEM, dislocations as shown in FIG. 5 were confirmed in several places. Furthermore, misfit dislocations were also confirmed by observation with a planar TEM. In PL measurement, although light emission from the non-alloy layer was confirmed, only an intensity of about 50% with respect to the light emission intensity observed in Example 1 was obtained.

このことから、同じ膜厚(20nm)でも、In組成xを0.1から0.2に高くすると、GaAs層とInGaAs層との界面の格子不整合量が増加して、転位(欠陥)が入りやすくなり、良好な結晶が得られないことが分かる。   From this, even when the In composition x is increased from 0.1 to 0.2 even with the same film thickness (20 nm), the amount of lattice mismatch at the interface between the GaAs layer and the InGaAs layer increases and dislocations (defects) occur. It becomes easy to enter and it can be seen that good crystals cannot be obtained.

<実施例2>
実施例1において、In組成x=0.2、膜厚10nmのIn0.2Ga0.8AsとGaAs層50nmを交互に5周期成長させた以外は実施例1と同じ条件でHBT用エピタキシャルウェハ、及びHBTを作製した。
<Example 2>
In Example 1, an epitaxial wafer for HBT and an HBT were formed under the same conditions as in Example 1 except that In 0.2 Ga 0.8 As and 10 nm-thick In 0.2 Ga 0.8 As and GaAs layers 50 nm were alternately grown for five periods. Was made.

本実施例2の構造における大面積におけるHBT用エピタキシャルの特性は良好であった。またTEMによる測定の結果、転位の発生は確認されなかった。なおPL測定において、ノンアロイ層からの発光を確認することが出来た。ここで面内のシート抵抗は実施例1の時の約2倍の値を示した。即ち膜厚に比例して面内抵抗の制御が可能なことを示唆する結果となった。   The characteristics of the epitaxial for HBT in a large area in the structure of Example 2 were good. As a result of measurement by TEM, the occurrence of dislocation was not confirmed. In PL measurement, light emission from the non-alloy layer could be confirmed. Here, the in-plane sheet resistance showed a value about twice that in Example 1. That is, the results suggest that the in-plane resistance can be controlled in proportion to the film thickness.

<実施例3>
実施例1において、金属電極接触層であるノンアロイ層の材料としてn型GaAsを用いた以外は、実施例1と同じ条件でHBT用エピタキシャルウェハ、及びHBTを作製した。このとき用いたn型ドーパントはSeである。このGaAs層の成長に用いる成長速度を従来の1.0〜2.0nm/sec程度として成長を行ったところ、当該GaAs層にドープされたキャリア濃度は1.0〜1.5×1019[cm-3]程度であった。更に、この成長速度を従来の3分の1程度に抑え、0.3〜0.7nm/secに低下させて成長したところ、キャリア濃度は1.5〜2.0×1019[cm-3]と1.5〜2倍程度の増加が見られた。
<Example 3>
In Example 1, an HBT epitaxial wafer and an HBT were produced under the same conditions as in Example 1 except that n-type GaAs was used as the material of the non-alloy layer that is the metal electrode contact layer. The n-type dopant used at this time is Se. When the growth rate used for the growth of the GaAs layer is about 1.0 to 2.0 nm / sec, the carrier concentration doped in the GaAs layer is 1.0 to 1.5 × 10 19 [ cm -3 ]. Furthermore, when this growth rate is suppressed to about one third of that of the conventional one and the growth rate is reduced to 0.3 to 0.7 nm / sec, the carrier concentration is 1.5 to 2.0 × 10 19 [cm −3. ], An increase of about 1.5 to 2 times was observed.

<比較例2>
実施例3において、GaAsの成長速度を従来の1.0〜2.0nm/sec程度とし、V/III比を10〜100として成長させた以外は実施例3と同じ条件でHBT用エピタキシャルウェハ、及びHBTを作製した。このときのキャリア濃度は1.1〜1.3×1019[cm-3]と大きな変化は見られなかった。比較例2の意図は、V/III比を上げることでCのオートドーピングを低減させ、p型キャリアの低減を図ろうとしたものであるが、思った程の効果を得ることは出来なかつた。これは成長によって結晶中に取り込まれるC濃度が、n型のドーピング濃度に対して2〜3桁小さいオーダーであるために、影響が殆ど無かった為と考えられる。
<Comparative example 2>
In Example 3, the epitaxial wafer for HBT was grown under the same conditions as in Example 3 except that the growth rate of GaAs was about 1.0 to 2.0 nm / sec and the V / III ratio was 10 to 100. And HBT were prepared. At this time, the carrier concentration was 1.1 to 1.3 × 10 19 [cm −3 ], and no significant change was observed. The intent of Comparative Example 2 was to reduce the autodoping of C by increasing the V / III ratio to reduce the p-type carrier, but it was not possible to obtain the effect as expected. This is presumably because the C concentration taken into the crystal by growth is on the order of 2 to 3 orders of magnitude smaller than the n-type doping concentration, so that there was almost no influence.

以上述べたように、本実施の形態により、転位の発生を抑制したn型InxGa1-xAs(x=0.1〜1)層、またはn型GaAs層を堆積させることで、半導体装置における電気的な特性の損失を抑えることができる。 As described above, according to the present embodiment, an n-type In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer or an n-type GaAs layer in which the occurrence of dislocation is suppressed is deposited. Loss of electrical characteristics in the device can be suppressed.

以下に本発明の好ましい態様を付記する。
第1の態様は、n型GaAs基板上にn型InGaPエミッタ層、n型GaAsエミッタコンタクト層、およびエミッタ電極を接触させるための金属電極接触層を有するInGaP/GaAs半導体ウェハにおいて、前記金属電極接触層が量子構造で構成されており、前記量子構造は、臨界膜厚以下のn型InxGa1-xAs(x=0.1〜1)層とその上に設けたn型GaAs層とを1周期として複数周期積層して構成されていることを特徴とする。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
A first aspect is an InGaP / GaAs semiconductor wafer having an n-type InGaP emitter layer, an n-type GaAs emitter contact layer, and a metal electrode contact layer for contacting the emitter electrode on an n-type GaAs substrate. The quantum structure is composed of an n-type In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer having a critical thickness or less and an n-type GaAs layer provided thereon. It is characterized by being configured by laminating a plurality of periods with one period as one period.

第2の態様は、第1の態様において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であり、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。   According to a second aspect, in the first aspect, the metal electrode contact layer composed of the quantum structure is a non-alloy layer, and the quantum structure is any one of a quantum dot, a quantum wire, or a quantum well. It is characterized by.

第3の態様は、第1の態様において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で構成する代わりに、Seが1×1019cm-3以上の濃度でドープされたn型GaAs層で構成したことを特徴とする。 According to a third aspect, in the first aspect, the metal electrode contact layer is composed of an n-type GaAs layer doped with Se at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more instead of the quantum structure. It is characterized by that.

第4の態様は、第1ないし第3の態様において、前記InGaP/GaAs半導体ウェハがヘテロ接合バイポーラトランジスタ用、電界効果トランジスタ用又は高電子移動度トランジスタ用のいずれかであることを特徴とする。   According to a fourth aspect, in the first to third aspects, the InGaP / GaAs semiconductor wafer is any one of a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, and a high electron mobility transistor.

第5の態様は、n型GaAs基板上にn型InGaPエミッタ層、n型GaAsエミッタコンタクト層、およびエミッタ電極を接触させるための金属電極接触層を有するInGaP/GaAs半導体ウェハの製造方法において、前記金属電極接触層を量子構造で形成し、前記量子構造は、臨界膜厚以下のn型InxGa1-xAs(x=0.1〜1)層とその上に設けたn型GaAs層とを1周期として複数周期積層して形成したことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an InGaP / GaAs semiconductor wafer having an n-type InGaP emitter layer, an n-type GaAs emitter contact layer, and a metal electrode contact layer for contacting the emitter electrode on an n-type GaAs substrate. The metal electrode contact layer is formed with a quantum structure, and the quantum structure includes an n-type In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer having a critical thickness or less and an n-type GaAs layer provided thereon. Is formed by laminating a plurality of periods.

第6の態様は、第5の態様において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であり、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。   According to a sixth aspect, in the fifth aspect, the metal electrode contact layer composed of the quantum structure is a non-alloy layer, and the quantum structure is any one of a quantum dot, a quantum wire, or a quantum well. It is characterized by.

第7の態様は、第5の態様において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で形成する代わりに、Seを1×1019cm-3以上の濃度でドープしたn型GaAs層で形成し、前記GaAs層を、前記金属電極接触層下のGaAs層を成長したときよりも遅く成長させることを特徴とする。 According to a seventh aspect, in the fifth aspect, the metal electrode contact layer is formed of an n-type GaAs layer doped with Se at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more, instead of forming the metal electrode contact layer with the quantum structure. The GaAs layer is grown later than when the GaAs layer under the metal electrode contact layer is grown.

第8の態様は、第5ないし第7の態様において、前記InGaP/GaAs半導体ウェハがヘテロ接合バイポーラトランジスタ用、電界効果トランジスタ用又は高電子移動度トランジスタ用のいずれかであることを特徴とする。   An eighth aspect is characterized in that, in the fifth to seventh aspects, the InGaP / GaAs semiconductor wafer is any of a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, and a high electron mobility transistor.

本発明の一実施形態に係るHBTの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of HBT which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るInGaAs/GaAs量子構造のノンアロイ層とGaAsエミッタコンタクト層の断面図である。It is sectional drawing of the non-alloy layer and GaAs emitter contact layer of InGaAs / GaAs quantum structure concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の変形例に係るInGaAs/GaAs量子ドット構造のノンアロイ層とGaAsエミッタコンタクト層の断面図である。It is sectional drawing of the non-alloy layer and GaAs emitter contact layer of the InGaAs / GaAs quantum dot structure concerning the modification of one Embodiment of this invention. 従来のHBTの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional HBT. InGaAs/GaAs界面の転位の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the dislocation of an InGaAs / GaAs interface. 従来のHBTのエネルギーバンド図である。It is an energy band figure of the conventional HBT.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノンアロイ層(n型InGaAs)
2 エミッタコンタクト層(n型GaAs)
3 エミッタ層(n型InGaP)
4 ベース層(p型GaAs)
5 コレクタ(コレクタ空乏化領域)層(n型GaAs)
6 コレクタ層(n型GaAs)
7 サブコレクタ層(n型GaAs)
8 電子
9 伝導帯下端
10 価電子帯上端
11 フェルミ準位
12 コレクタ電極
13 ベース電極
14 エミッタ電極
15 電源
16 GaAs層
17 InxGa1-xAs層
18 転位
19 GaAs層(エミッタコンタクト層)
20 n型InxGa1-xAs井戸層
21 n型GaAs障壁層
22 GaAs層(エミッタコンタクト層)
23 量子ドット
24 GaAs層
25 量子構造ノンアロイ層
1 Non-alloy layer (n-type InGaAs)
2 Emitter contact layer (n-type GaAs)
3 Emitter layer (n-type InGaP)
4 Base layer (p-type GaAs)
5 Collector (collector depletion region) layer (n-type GaAs)
6 Collector layer (n-type GaAs)
7 Subcollector layer (n-type GaAs)
8 Electron 9 Lower end of conduction band 10 Upper end of valence band 11 Fermi level 12 Collector electrode 13 Base electrode 14 Emitter electrode 15 Power source 16 GaAs layer 17 In x Ga 1-x As layer 18 Dislocation 19 GaAs layer (emitter contact layer)
20 n-type In x Ga 1 -x As well layer 21 n-type GaAs barrier layer 22 GaAs layer (emitter contact layer)
23 Quantum dot 24 GaAs layer 25 Quantum structure non-alloy layer

Claims (12)

III−V族化合物半導体を用いた半導体装置において、
エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有し、
前記金属電極接触層が量子構造で構成されていることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device using a III-V compound semiconductor,
An emitter electrode and a metal electrode contact layer in contact with the emitter electrode;
A semiconductor device, wherein the metal electrode contact layer has a quantum structure.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記量子構造は、臨界膜厚以下のInxGa1-xAs(x=0.1〜1)層とその上に設けたGaAs層とを1周期として複数周期積層して構成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The quantum structure is configured by laminating a plurality of periods, each including an In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer having a critical thickness or less and a GaAs layer provided thereon. A semiconductor device characterized by the above.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal electrode contact layer formed of the quantum structure is a non-alloy layer.
請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device, wherein the quantum structure is one of a quantum dot, a quantum wire, or a quantum well.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記金属電極接触層を、前記量子構造で構成する代わりに、Seが1×1019cm-3以上の濃度でドープされたn型GaAs層で構成したことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal electrode contact layer is formed of an n-type GaAs layer doped with Se at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more instead of the quantum structure.
請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体装置において、
前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device is a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, or a high electron mobility transistor.
エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有するIII−V族化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法において、
前記金属電極接触層を量子構造で形成した
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device using a group III-V compound semiconductor having an emitter electrode and a metal electrode contact layer in contact with the emitter electrode,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the metal electrode contact layer is formed with a quantum structure.
請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記量子構造を、臨界膜厚以下のInxGa1-xAs(x=0.1〜1)層とその上に設けたGaAs層とを1周期として複数周期積層して形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
The quantum structure is formed by laminating a plurality of periods, each including an In x Ga 1-x As (x = 0.1-1) layer having a critical film thickness or less and a GaAs layer provided thereon. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法において、
前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7 or 8,
The metal electrode contact layer comprised by the said quantum structure is a non-alloy layer, The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
請求項7ないし9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 7 thru | or 9,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the quantum structure is one of a quantum dot, a quantum wire, or a quantum well.
請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属電極接触層を、前記量子構造で形成する代わりに、Seを1×1019cm-3以上の濃度でドープしたn型GaAs層で形成し、
前記GaAs層の成長速度は、前記金属電極接触層下のGaAs層の成長速度よりも遅いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
The metal electrode contact layer is formed of an n-type GaAs layer doped with Se at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 or more instead of forming the quantum structure.
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a growth rate of the GaAs layer is slower than a growth rate of a GaAs layer under the metal electrode contact layer.
請求項7ないし11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is a heterojunction bipolar transistor, a field effect transistor, or a high electron mobility transistor.
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