JP2010263018A - Method of manufacturing epitaxial wafer for transistor element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an epitaxial wafer for a transistor element capable of manufacturing an epitaxial wafer for a transistor element having an excellent electric characteristic without degrading mobility of an epitaxial layer for an HEMT. <P>SOLUTION: In this method of manufacturing an epitaxial wafer 1 for a transistor element, an epitaxial layer 3 for a high-electron-mobility transistor is formed on a substrate 2, and an epitaxial layer 4 for a hetero bipolar transistor is formed on the epitaxial layer 3 for a high-electron-mobility transistor. In the method, the epitaxial layer 3 for a high-electron-mobility transistor is grown at a growth temperature of 600-750&deg;C and at a V/III ratio of 10-150, and the epitaxial layer 4 for a hetero bipolar transistor is grown at low temperature relative to the growth temperature of the epitaxial layer 3 for a high-electron-mobility transistor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、良好な電気特性を有するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer for transistor elements having good electrical characteristics.

近年、携帯電話などの通信端末機器は、音声やテキストデータだけでなく、動画像などの大容量かつ多様な情報を高速で送受信することが求められている。このため、これらの端末機器に使用される送受信パワー増幅器には、高速・高周波動作への対応、消費電力の低減などが要求されている。   In recent years, communication terminal devices such as mobile phones are required to transmit and receive not only voice and text data but also large-capacity and diverse information such as moving images at high speed. For this reason, transmission / reception power amplifiers used in these terminal devices are required to support high-speed and high-frequency operation, reduce power consumption, and the like.

このような端末機器用のパワー増幅器には、化合物半導体を用いて形成されるヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)や高電子移動度トランジスタ(HEMT;High Electron Mobility Transistor)が用いられている。   For such a power amplifier for terminal equipment, a hetero bipolar transistor (HBT) or a high electron mobility transistor (HEMT) formed using a compound semiconductor is used.

ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)の動作は、基本的には通常のバイポーラトランジスタ(BJT)と同様である。   The operation of the hetero bipolar transistor (HBT) is basically the same as that of a normal bipolar transistor (BJT).

npn型BJTでは、エミッタからコレクタに向かって流れる電子量をベース電流(ホール電流)により制御することで、トランジスタとしての動作をさせている。すなわち、ホール電流を増やすことにより、コレクタ電流が増大する。しかし、npn型BJTでは、ホール電流をさらに増やすと、ベースからエミッタに向かってホールが漏れだし、トランジスタの電流増幅率が低下する問題がある。   In the npn-type BJT, the amount of electrons flowing from the emitter to the collector is controlled by the base current (hole current), thereby operating as a transistor. That is, the collector current increases by increasing the Hall current. However, in the npn-type BJT, when the hole current is further increased, holes leak from the base toward the emitter, and there is a problem that the current amplification factor of the transistor is lowered.

これに対して、エミッタにバンドギャップの大きな半導体材料を用いて構成されるnpn型HBTでは、ベースエミッタ界面に障壁ができるため、ホールがエミッタへ漏れるのを抑えることができる。よって、HBTでは、電流増幅率を低下させずに、コレクタ電流を大きくできる。   On the other hand, in an npn type HBT configured using a semiconductor material having a large band gap for the emitter, since a barrier is formed at the base-emitter interface, leakage of holes to the emitter can be suppressed. Therefore, in the HBT, the collector current can be increased without reducing the current amplification factor.

図5に示されるように、従来のHBT素子50は、半絶縁性GaAs基板51上に、サブコレクタ層52となるn−GaAs層を厚さ500nm、コレクタ層53となるn−GaAs層を厚さ700nm、ベース層54となるp−GaAs層を厚さ80nm、エミッタ層55となるn−InxGa1-xP層(x=0.48)を40nm、エミッタコンタクト層56となるn−GaAs層を100nm、gradedノンアロイ層57となるn−InxGa1-xAs層(x=0から0.5)を50nm、均一組成ノンアロイ層58となるn−InxGa1-xAs層(x=0.5)を50nm、を順に積層したものである。 As shown in FIG. 5, the conventional HBT element 50 has a semi-insulating GaAs substrate 51 with an n-GaAs layer serving as a subcollector layer 52 having a thickness of 500 nm and an n-GaAs layer serving as a collector layer 53 having a thickness. 700 nm thick, the p-GaAs layer serving as the base layer 54 is 80 nm thick, the n-In x Ga 1-x P layer (x = 0.48) serving as the emitter layer 55 is 40 nm, and the n − serving as the emitter contact layer 56. The GaAs layer is 100 nm, the n-In x Ga 1-x As layer (x = 0 to 0.5) to be the graded non-alloy layer 57 is 50 nm, and the n-In x Ga 1-x As layer to be the uniform composition non-alloy layer 58 (X = 0.5) are stacked in order of 50 nm.

一方、HEMTは、InGaAs層をチャネル層とし、チャネル層の両側又は片側に電子供給層を有する。ヘテロ結合HEMTは、電子が高速移動する利点を活かして高速動作が可能なだけでなく、マイクロ波帯等の超高周波帯における高出力かつ高効率動作が可能である。   On the other hand, the HEMT has an InGaAs layer as a channel layer and has an electron supply layer on both sides or one side of the channel layer. The heterojunction HEMT not only enables high-speed operation by taking advantage of the high-speed movement of electrons, but also enables high-power and high-efficiency operation in an ultra-high frequency band such as a microwave band.

図6に示されるように、従来のHEMT素子61は、半絶縁性GaAs基板62上に、アンドープGaAsバッファ層63、n−AlxGa1-xAs電子供給層64、アンドープAlxGa1-xAsスペーサ層65、アンドープInxGa1-xAsチャネル層66、アンドープAlxGa1-xAsスペーサ層67、n−AlxGa1-xAs電子供給層68、n−GaAsキャップ層69を順に積層したものである。 As shown in FIG. 6, the conventional HEMT device 61 includes an undoped GaAs buffer layer 63, an n-Al x Ga 1-x As electron supply layer 64, an undoped Al x Ga 1− , on a semi-insulating GaAs substrate 62. x As spacer layer 65, undoped In x Ga 1-x As channel layer 66, undoped Al x Ga 1-x As spacer layer 67, n-Al x Ga 1-x As electron supply layer 68, n-GaAs cap layer 69 Are sequentially laminated.

HEMTでは、増幅効率を上げることにより、低電圧での動作が可能となり、消費電力の低減の要求に応えることができる。しかし、増幅率を高増幅率にして動作させた場合には、出力信号に歪みが生じるという問題がある。   In the HEMT, by increasing the amplification efficiency, it is possible to operate at a low voltage and meet the demand for reduction in power consumption. However, when operating with a high amplification factor, there is a problem that distortion occurs in the output signal.

そこで、電流駆動能力の高いHBTと、低消費電力かつ高周波雑音特性の良いHEMTを1つの増幅器モジュールに用いることで、出力信号の歪みを抑え、消費電力の低減を図ることが行われている。例えば、特許文献1には、GaAs基板上にHBT用エピタキシャル層が形成され、そのHBT用エピタキシャル層上にHEMT用エピタキシャル層が形成された集積型のトランジスタ素子が開示されている。   Therefore, an HBT having a high current driving capability and a HEMT having low power consumption and good high-frequency noise characteristics are used in one amplifier module to suppress output signal distortion and reduce power consumption. For example, Patent Document 1 discloses an integrated transistor element in which an HBT epitaxial layer is formed on a GaAs substrate, and an HEMT epitaxial layer is formed on the HBT epitaxial layer.

特開2006−228784号公報JP 2006-228784 A

しかしながら、特許文献1のようなトランジスタ素子構造では、HBT用エピタキシャル層上にHEMT用エピタキシャル層を成長させるため、HBT用エピタキシャル層上にHEMT用エピタキシャル層を成長させる際の成長温度によりHBT用エピタキシャル層のチャネル層等の結晶性が劣化し、HBT用エピタキシャル層において電流利得が低下する問題があった。   However, in the transistor element structure as in Patent Document 1, the HEMT epitaxial layer is grown on the HBT epitaxial layer, and therefore the HBT epitaxial layer is grown at the growth temperature when the HEMT epitaxial layer is grown on the HBT epitaxial layer. As a result, the crystallinity of the channel layer or the like deteriorates and the current gain decreases in the HBT epitaxial layer.

また、基板上にHEMT用エピタキシャル層を成長させ、その上にHBT用エピタキシャル層を成長させたトランジスタ素子も検討されているが、大容量化のためにHEMT用エピタキシャル層の電子供給層のキャリア濃度を高くしすぎると、HEMT用エピタキシャル層の移動度が低下する問題があった。   In addition, a transistor element in which an HEMT epitaxial layer is grown on a substrate and an HBT epitaxial layer is grown on the HEMT epitaxial layer has been studied, but the carrier concentration of the electron supply layer of the HEMT epitaxial layer is increased to increase the capacity. If the thickness is too high, there is a problem that the mobility of the HEMT epitaxial layer is lowered.

そこで、本発明者はHEMT用エピタキシャル層の移動度を低下させることのないキャリア濃度の上限値について検討し、HEMT用エピタキシャル層の電子供給層のキャリア濃度を1×1019cm-3以下とすることにより、HEMT用エピタキシャル層の移動度を高く維持できることを提案した(特願2008−007853)。 Therefore, the present inventor has studied the upper limit value of the carrier concentration that does not decrease the mobility of the HEMT epitaxial layer, and the carrier concentration of the electron supply layer of the HEMT epitaxial layer is set to 1 × 10 19 cm −3 or less. Thus, it has been proposed that the mobility of the HEMT epitaxial layer can be maintained high (Japanese Patent Application No. 2008-007853).

この先願の発明においては、大容量化のために、電子供給層のキャリア濃度に着目し、電子供給層のキャリア濃度とHEMT用エピタキシャル層の移動度の関係を測定し、キャリア濃度を1×1019cm-3より高くしても移動度が低下することを見出し、キャリア濃度の上限を規定することにより、HEMT用エピタキシャル層の移動度を高く維持できることを見出した。 In the invention of this prior application, in order to increase the capacity, the carrier concentration of the electron supply layer is focused, the relationship between the carrier concentration of the electron supply layer and the mobility of the HEMT epitaxial layer is measured, and the carrier concentration is set to 1 × 10. It has been found that the mobility is lowered even if it is higher than 19 cm −3 , and that the mobility of the epitaxial layer for HEMT can be kept high by defining the upper limit of the carrier concentration.

その後のさらなる検討で、キャリア濃度を規定してHEMT用エピタキシャル層上にHBT用エピタキシャル層を成長する際に、HEMT用エピタキシャル層の電子供給層のキャリア濃度を適正に保っても、HEMT用エピタキシャル層の移動度が低下し、初期の性能を十分に発揮できないことが分かった。   In the further examination, the HEMT epitaxial layer is maintained even when the carrier concentration of the electron supply layer of the HEMT epitaxial layer is kept appropriate when the carrier concentration is defined and the HBT epitaxial layer is grown on the HEMT epitaxial layer. It has been found that the initial mobility is not sufficiently exhibited.

そこで、本発明の目的は、HEMT用エピタキシャル層の移動度を低下させることのない、電気特性の良いトランジスタ素子用エピタキシャルウェハを製造することができるトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an epitaxial wafer for a transistor element, which can manufacture an epitaxial wafer for a transistor element with good electrical characteristics without reducing the mobility of the epitaxial layer for HEMT. is there.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、基板上に高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を形成し、該高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層上に、ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層を形成するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を、成長温度600℃以上750℃以下、V/III比10以上150以下で成長させ、前記ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層を、前記成長温度よりも低温で成長させるトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法である。   The present invention was devised to achieve the above object, and the invention of claim 1 forms an epitaxial layer for a high electron mobility transistor on a substrate, and the epitaxial layer for the high electron mobility transistor is formed on the epitaxial layer. In the method for manufacturing an epitaxial wafer for a transistor element for forming an epitaxial layer for a heterobipolar transistor, the epitaxial layer for a high electron mobility transistor is grown at a growth temperature of 600 ° C. or more and 750 ° C. or less and a V / III ratio of 10 or more and 150 or less. And manufacturing the epitaxial wafer for transistor elements by growing the epitaxial layer for heterobipolar transistors at a temperature lower than the growth temperature.

請求項2の発明は、基板上に高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を形成し、該高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層上に、サブコレクタ層及びコレクタ層を有するヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層を形成するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を、有機金属気相成長法により、成長温度600℃以上750℃以下、V/III比10以上150以下、成長速度0.1nm/sec以上2.0nm/sec以下で成長させ、前記ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層の少なくとも前記サブコレクタ層及び前記コレクタ層を、有機金属気相成長法により、成長温度400℃以上600℃以下、V/III比1以上75以下で成長させ、前記サブコレクタ層は、キャリア濃度が1×1018cm-3以上7×1018cm-3以下、かつ膜厚が200nm以上800nm以下となるように形成し、前記コレクタ層は、キャリア濃度が5×1015cm-3以上3×1016cm-3以下、かつ膜厚が400nm以上800nm以下となるように形成するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法である。 According to a second aspect of the present invention, an epitaxial layer for a high electron mobility transistor is formed on a substrate, and an epitaxial layer for a heterobipolar transistor having a subcollector layer and a collector layer is formed on the epitaxial layer for a high electron mobility transistor. In the method for producing an epitaxial wafer for a transistor element, the epitaxial layer for a high electron mobility transistor is grown at a growth temperature of 600 ° C. or more and 750 ° C. or less, a V / III ratio of 10 or more and 150 or less, by a metal organic chemical vapor deposition method. Growing at 0.1 nm / sec or more and 2.0 nm / sec or less, and growing at least the subcollector layer and the collector layer of the heterobipolar transistor epitaxial layer by a metal organic vapor phase epitaxy method at a growth temperature of 400 ° C. or more and 600 ° C. The V / III ratio is 1 or more and 75 or less. So long is, the sub-collector layer has a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 or more 7 × 10 18 cm -3 or less, and formed to a film thickness of 200nm or more 800nm or less, the collector layer has a carrier This is a method for producing an epitaxial wafer for a transistor element, which is formed so as to have a concentration of 5 × 10 15 cm −3 or more and 3 × 10 16 cm −3 or less and a film thickness of 400 nm or more and 800 nm or less.

請求項3の発明は、前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層は、キャリア濃度が5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下である電子供給層を有する請求項1又は2に記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法である。 According to a third aspect of the present invention, the epitaxial layer for a high electron mobility transistor has an electron supply layer having a carrier concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. 2. A method for producing an epitaxial wafer for transistor elements according to 2.

請求項4の発明は、前記電子供給層は、膜厚が1nm以上20nm以下である請求項3に記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法である。   The invention of claim 4 is the method for producing an epitaxial wafer for a transistor element according to claim 3, wherein the electron supply layer has a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less.

請求項5の発明は、前記電子供給層は、Si,Se,Teのいずれかをドープしたn−AlGaAs層か、或いはSiをドープしたn−InGaP層からなる請求項3又は4に記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法である。   5. The transistor according to claim 3, wherein the electron supply layer is an n-AlGaAs layer doped with any of Si, Se, or Te, or an n-InGaP layer doped with Si. It is a manufacturing method of the epitaxial wafer for elements.

請求項6の発明は、前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層と前記ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層との間に、膜厚が6nm以上12nm以下のストッパ層を形成する請求項1〜5のいずれかに記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法である。   According to a sixth aspect of the present invention, a stopper layer having a thickness of 6 nm or more and 12 nm or less is formed between the epitaxial layer for a high electron mobility transistor and the epitaxial layer for a heterobipolar transistor. It is a manufacturing method of the epitaxial wafer for transistor elements as described in above.

本発明によれば、電気特性の良いトランジスタ素子用エピタキシャルウェハを製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the epitaxial wafer for transistor elements with a favorable electrical property can be manufactured.

本発明より製造されたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの積層構造図である。It is a laminated structure figure of the epitaxial wafer for transistor elements manufactured from this invention. 第1電子供給層のキャリア濃度と高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層の移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the carrier concentration of a 1st electron supply layer, and the mobility of the epitaxial layer for high electron mobility transistors. ストッパ層の膜厚とシートキャリア濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the film thickness of a stopper layer, and a sheet carrier density | concentration. HBT用エピタキシャル層成長時の基板最高温度と高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層の移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the board | substrate maximum temperature at the time of the epitaxial layer growth for HBT, and the mobility of the epitaxial layer for high electron mobility transistors. HBT素子の積層構造図である。It is a laminated structure figure of an HBT element. HEMT素子の積層構造図である。It is a laminated structure figure of a HEMT element.

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

先ず、本発明により製造されたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハについて説明する。   First, an epitaxial wafer for a transistor element manufactured according to the present invention will be described.

図1は、本発明により製造されたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの積層構造図である。   FIG. 1 is a stacked structure diagram of an epitaxial wafer for transistor elements manufactured according to the present invention.

図1に示すように、トランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1は、半絶縁性GaAsからなる基板2上に、高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層(HEMT用エピタキシャル層)3が形成され、そのHEMT用エピタキシャル層3上に、n−InxGa1-xP層(x=0.48)からなるストッパ層12を介して、ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層(HBT用エピタキシャル層)4が形成された構造(Bi−FET(登録商標)構造)を有するものである。 As shown in FIG. 1, an epitaxial wafer for transistor element 1 is formed with a high electron mobility transistor epitaxial layer (HEMT epitaxial layer) 3 on a substrate 2 made of semi-insulating GaAs, and the HEMT epitaxial layer. 3 is a heterobipolar transistor epitaxial layer (HBT epitaxial layer) 4 formed on the substrate 3 via a stopper layer 12 made of an n-In x Ga 1-x P layer (x = 0.48). -FET (registered trademark) structure).

HEMT用エピタキシャル層3は、バッファ層5となるun−AlxGa1-xAs層(x=0.28)を厚さ500nm、第1電子供給層6となるn−AlxGa1-xAs層(x=0.3)を厚さ15nm、スペーサ層7となるun−AlxGa1-xAs層(x=0.3)を厚さ10nm、チャネル層8となるInxGa1-xAs層(x=0.18)を厚さ15nm、スペーサ層9となるun−AlxGa1-xAs層(x=0.3)を厚さ10nm、第2電子供給層10となるn−InxGa1-xP層(x=0.48)を厚さ15nm、ショットキー層11となるun−GaAs層を厚さ30nm、を順に積層することにより形成される。 The HEMT epitaxial layer 3 is an un-Al x Ga 1-x As layer (x = 0.28) serving as the buffer layer 5 having a thickness of 500 nm, and an n-Al x Ga 1-x serving as the first electron supply layer 6. The As layer (x = 0.3) has a thickness of 15 nm, and the un-Al x Ga 1-x As layer (x = 0.3) that becomes the spacer layer 7 has a thickness of 10 nm and the channel layer 8 In x Ga 1 -x As layer (x = 0.18) is 15 nm thick, un-Al x Ga 1-x As layer (x = 0.3) to be the spacer layer 9 is 10 nm thick, and the second electron supply layer 10 The n-In x Ga 1-x P layer (x = 0.48) to be formed is formed by sequentially stacking a thickness of 15 nm and the un-GaAs layer to be the Schottky layer 11 is formed by stacking a thickness of 30 nm.

HBT用エピタキシャル層4は、サブコレクタ層13となるn−GaAs層を厚さ500nm、コレクタ層14となるn−GaAs層を700nm、ベース層15となるp−GaAs層を厚さ120nm、エミッタ層16となるn−InxGa1-xP層(x=0.48)を厚さ40nm、バラスト層17となるn−GaAs層を厚さ100nm、gradedノンアロイ層18となるn−InxGa1-xAs層(x=0から0.5)を厚さ50nm、均一組成ノンアロイ層19となるn−InxGa1-xAs層(x=0.5)を厚さ50nm、を順に積層することにより形成される。 The HBT epitaxial layer 4 has an n-GaAs layer serving as the subcollector layer 13 having a thickness of 500 nm, an n-GaAs layer serving as the collector layer 14 having a thickness of 700 nm, a p-GaAs layer serving as the base layer 15 having a thickness of 120 nm, and an emitter layer. The n-In x Ga 1-x P layer (x = 0.48) that becomes 16 has a thickness of 40 nm, the n-GaAs layer that becomes the ballast layer 17 has a thickness of 100 nm, and the n-In x Ga that becomes the graded non-alloy layer 18. The 1-x As layer (x = 0 to 0.5) has a thickness of 50 nm, and the n-In x Ga 1-x As layer (x = 0.5) to be the uniform composition non-alloy layer 19 has a thickness of 50 nm. It is formed by stacking.

このように、トランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1は、チャネル層8よりも下部に第1電子供給層6が設けられ、チャネル層8よりも上部に第2電子供給層10が設けられた構造である。   As described above, the transistor element epitaxial wafer 1 has a structure in which the first electron supply layer 6 is provided below the channel layer 8 and the second electron supply layer 10 is provided above the channel layer 8.

次に、本発明のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1の製造方法を説明する。   Next, the manufacturing method of the epitaxial wafer 1 for transistor elements of this invention is demonstrated.

トランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1を製造する際には、HEMT用エピタキシャル層3を成長させた後にHBT用エピタキシャル層4を成長させるが、HEMT用エピタキシャル層3を形成した後に形成するHBT用エピタキシャル層4の成長温度によっては、その熱により下側のHEMT用エピタキシャル層3の各電子供給層6,10から電子が拡散して移動度が低下してしまう問題があった。   When the epitaxial wafer 1 for transistor elements is manufactured, the epitaxial layer 4 for HBT is grown after the epitaxial layer 3 for HEMT is grown, but the epitaxial layer 4 for HBT formed after the epitaxial layer 3 for HEMT is formed. Depending on the growth temperature, the heat diffuses from the electron supply layers 6 and 10 of the lower HEMT epitaxial layer 3 to reduce mobility.

そこで、本発明者は、HEMT用エピタキシャル層3の移動度を低下させることなくHBT用エピタキシャル層4を成長させるトランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1の製造方法について検討し、その結果本発明に至った。   Therefore, the inventor has studied a method for manufacturing the epitaxial wafer 1 for transistor elements in which the epitaxial layer 4 for HBT is grown without reducing the mobility of the epitaxial layer 3 for HEMT, and as a result, the present invention has been achieved.

本発明のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1の製造方法では、先ず、基板2上に、III族原料ガス、V族原料ガス、ドーパント原料ガスなどを供給し、MOVPE成長法により、バッファ層5、第1電子供給層6、スペーサ層7、チャネル層8、スペーサ層9、第2電子供給層10、ショットキー層11を順次成長させてHEMT用エピタキシャル層3を形成し、HEMT用エピタキシャル層3上にストッパ層12を成長させる。HEMT用エピタキシャル層3の各層及びストッパ層12を成長させる際は、成長温度を600℃以上750℃以下、成長圧力を6666Pa(50torr)、各層の成長速度を0.1nm/sec以上2.0nm/sec以下、V/III比を10以上150以下とする。   In the method for manufacturing the epitaxial wafer 1 for transistor elements of the present invention, first, a group III source gas, a group V source gas, a dopant source gas, etc. are supplied onto the substrate 2 and the buffer layer 5, The electron supply layer 6, the spacer layer 7, the channel layer 8, the spacer layer 9, the second electron supply layer 10, and the Schottky layer 11 are sequentially grown to form the HEMT epitaxial layer 3, and a stopper is formed on the HEMT epitaxial layer 3. Layer 12 is grown. When growing each layer of the HEMT epitaxial layer 3 and the stopper layer 12, the growth temperature is 600 ° C. or higher and 750 ° C. or lower, the growth pressure is 6666 Pa (50 torr), and the growth rate of each layer is 0.1 nm / sec or higher and 2.0 nm / second. sec or less, and the V / III ratio is 10 or more and 150 or less.

各電子供給層6,10にドープするドーピング剤にはSiを用いるとよい。また、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度は、5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下とするとよい。これにより、HEMT用エピタキシャル層3の移動度の低下を防止できる。 Si may be used as a doping agent for doping the electron supply layers 6 and 10. The carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 is preferably 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. Thereby, the fall of the mobility of the epitaxial layer 3 for HEMT can be prevented.

また、HEMT用エピタキシャル層3の上層に形成されるストッパ層12の膜厚は、6nm以上12nm以下、より好ましくは9.5nm以下とするとよい。これにより、エッチングの際にストッパとしての役割を十分に果たすことができる。また、9.5nm以下とすることが好ましい理由は、縦方向の抵抗(オン抵抗)を抑制するためである(ストッパ層12の膜厚を厚くすると、オン抵抗が高くなる)。   The thickness of the stopper layer 12 formed on the HEMT epitaxial layer 3 is 6 nm or more and 12 nm or less, more preferably 9.5 nm or less. As a result, it can sufficiently serve as a stopper during etching. The reason why the thickness is preferably 9.5 nm or less is to suppress the resistance in the vertical direction (on-resistance) (when the thickness of the stopper layer 12 is increased, the on-resistance increases).

その後、ストッパ層12上に、サブコレクタ層13、コレクタ層14、ベース層15、エミッタ層16、バラスト層17、gradedノンアロイ層18、均一組成ノンアロイ層19を順次成長させてHBT用エピタキシャル層4を形成する。HBT用エピタキシャル層4の各層を成長させる際は、成長温度をHEMT用エピタキシャル層3の成長温度よりも低く、具体的には400℃以上600℃以下とする。また、成長圧力を6666Pa(50torr)、各層の成長速度を0.1nm/sec以上3.0nm/sec以下、V/III比を0.5以上300以下とする。このうち、サブコレクタ層13、コレクタ層14の成長時のV/III比は1以上75以下とする。   Thereafter, the subcollector layer 13, collector layer 14, base layer 15, emitter layer 16, ballast layer 17, graded non-alloy layer 18, and uniform composition non-alloy layer 19 are sequentially grown on the stopper layer 12 to form the HBT epitaxial layer 4. Form. When each layer of the HBT epitaxial layer 4 is grown, the growth temperature is lower than the growth temperature of the HEMT epitaxial layer 3, specifically, 400 ° C. or more and 600 ° C. or less. The growth pressure is set to 6666 Pa (50 torr), the growth rate of each layer is set to 0.1 nm / sec to 3.0 nm / sec, and the V / III ratio is set to 0.5 to 300. Among these, the V / III ratio during the growth of the subcollector layer 13 and the collector layer 14 is 1 or more and 75 or less.

サブコレクタ層13は、金属電極とのオーミックコンタクトを形成するための層であるので、キャリア濃度を高く、具体的にはキャリア濃度を1×1018cm-3以上7×1018cm-3以下とし、直列抵抗値を減らすべく膜厚を200nm以上800nm以下となるように厚く形成する。 Since the subcollector layer 13 is a layer for forming an ohmic contact with the metal electrode, the carrier concentration is high. Specifically, the carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 or more and 7 × 10 18 cm −3 or less. In order to reduce the series resistance value, the film thickness is increased to 200 nm to 800 nm.

また、コレクタ層14は、ベース層15から電子を引き抜くための層であるので、キャリア濃度を小さく、具体的にはキャリア濃度を5×1015cm-3以上3×1016cm-3以下とし、直列抵抗値を減らすべく膜厚を400nm以上800nm以下となるように厚く形成する。 Further, since the collector layer 14 is a layer for extracting electrons from the base layer 15, the carrier concentration is small, specifically, the carrier concentration is set to 5 × 10 15 cm −3 or more and 3 × 10 16 cm −3 or less. In order to reduce the series resistance value, the film thickness is increased to 400 nm to 800 nm.

以上より、トランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1が得られる。得られたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1をエッチングにより所望の素子形状に加工することにより、送信用パワー増幅器において使用されるとき、低電圧で動作し、出力信号の歪みを抑え、消費電力を軽減でき、かつ高移動度のトランジスタ素子を製造できる。   From the above, the epitaxial wafer 1 for transistor elements is obtained. By processing the obtained epitaxial wafer 1 for transistor elements into a desired element shape by etching, when used in a power amplifier for transmission, it can operate at a low voltage, suppress distortion of output signals, and reduce power consumption. In addition, a high mobility transistor element can be manufactured.

次に、本発明の数値限定の理由を述べる。   Next, the reason for limiting the numerical values of the present invention will be described.

先ず、HBT用エピタキシャル層4を400℃以上600℃以下の温度で成長させる理由を説明する。   First, the reason why the epitaxial layer 4 for HBT is grown at a temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower will be described.

本発明者は、HEMT用エピタキシャル層3の成長温度(600℃以上750℃以下)を一定として、HBT用エピタキシャル層4を構成する各層の成長時の成長温度(基板最高温度)を350℃から650℃まで変化させて、実施例及び比較例のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハを製造し、そのそれぞれのトランジスタ素子用エピタキシャルウェハよりトランジスタ素子を製造し、移動度を確認した。なお、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度は、5×1018cm-3とした。 The inventor makes the growth temperature of the HEMT epitaxial layer 3 (600 ° C. or higher and 750 ° C. or lower) constant, and increases the growth temperature (substrate maximum temperature) of each layer constituting the HBT epitaxial layer 4 from 350 ° C. to 650 ° C. The epitaxial wafers for transistor elements of Examples and Comparative Examples were manufactured by changing the temperature to 0 ° C., transistor elements were manufactured from the respective epitaxial wafers for transistor elements, and the mobility was confirmed. The carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 was 5 × 10 18 cm −3 .

製造された各トランジスタ素子の動作結果(移動度の違い)を表1及び図2に示す。   Table 1 and FIG. 2 show the operation results (difference in mobility) of each manufactured transistor element.

Figure 2010263018
Figure 2010263018

表1において、移動度はHEMT用エピタキシャル層3の移動度のことである。   In Table 1, the mobility is the mobility of the HEMT epitaxial layer 3.

表1及び図2に示すように、基板最高温度が400℃以上600℃以下であれば、HEMT用エピタキシャル層3の移動度が約5500cm2/V・sの高い位置で安定する。成長温度が600℃を超える場合、HEMT用エピタキシャル層3を構成する各層に加わる熱が大きく、各電子供給層6,10からの電子の拡散により移動度が低下したものと考えられる。なお、成長温度が400℃より低い温度では、ガス分解が起こりにくく、又はほとんど起こらず、HBT用エピタキシャル層4の成長が困難であることから、下限値を400℃とした。 As shown in Table 1 and FIG. 2, when the substrate maximum temperature is 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 is stabilized at a high position of about 5500 cm 2 / V · s. When the growth temperature exceeds 600 ° C., it is considered that the heat applied to each layer constituting the HEMT epitaxial layer 3 is large, and the mobility is lowered due to diffusion of electrons from the electron supply layers 6 and 10. Note that at a temperature lower than 400 ° C., gas decomposition hardly occurs or hardly occurs, and growth of the HBT epitaxial layer 4 is difficult, so the lower limit was set to 400 ° C.

各電子供給層6,10のキャリア濃度を、1×1018cm-3としたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハについても、同様に基板最高温度を変化させて移動度を確認したところ、同様に400℃以上600℃以下では、移動度が約5300cm2/V・sの高い位置で安定していたが、400℃より低くなると、又は600℃を超えると、急激に移動度が低下することが確認できた。また、各電子供給層6,10の厚さは、1nm以上20nm以下、より好ましくは、8nm以上15nm以下であれば、良好な結果が得られることが分かった。 Regarding the epitaxial wafer for transistor elements in which the carrier concentration of each of the electron supply layers 6 and 10 is 1 × 10 18 cm −3 , the mobility was confirmed by changing the substrate maximum temperature in the same manner. Below 600 ° C., the mobility was stable at a high position of about 5300 cm 2 / V · s. However, when the temperature was lower than 400 ° C. or exceeded 600 ° C., it was confirmed that the mobility dropped rapidly. . Further, it has been found that good results can be obtained if the thickness of each of the electron supply layers 6 and 10 is 1 nm to 20 nm, more preferably 8 nm to 15 nm.

よって、本発明においては、HBT用エピタキシャル層4の成長温度を400℃以上600℃以下としている。   Therefore, in the present invention, the growth temperature of the epitaxial layer 4 for HBT is set to 400 ° C. or more and 600 ° C. or less.

次に、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度を5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下とする理由を説明する。 Next, the reason why the carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 is 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less will be described.

本発明者は、第1電子供給層6のキャリア濃度を1.5×1019cm-3から1.0×1017cm-3まで変えて、表2のように実施例及び比較例のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハを製造し、そのそれぞれのトランジスタ素子用エピタキシャルウェハよりトランジスタ素子を製造し、移動度を確認した。このとき第2電子供給層10のキャリア濃度は、第1電子供給層6のキャリア濃度と等しくなるようにし、キャリア濃度以外の製造条件は同じとした。なお、HBT用エピタキシャル層4の成長温度は570℃とした。 The inventor changed the carrier concentration of the first electron supply layer 6 from 1.5 × 10 19 cm −3 to 1.0 × 10 17 cm −3, and the transistors of the examples and comparative examples were changed as shown in Table 2. Element epitaxial wafers were manufactured, transistor elements were manufactured from the respective transistor element epitaxial wafers, and the mobility was confirmed. At this time, the carrier concentration of the second electron supply layer 10 was made equal to the carrier concentration of the first electron supply layer 6, and the manufacturing conditions other than the carrier concentration were the same. The growth temperature of the HBT epitaxial layer 4 was 570 ° C.

製造された各トランジスタ素子の動作結果(移動度の違い)を表2及び図3に示す。また、製造された各トランジスタ素子は、HBT用エピタキシャル層4のベース抵抗が220Ω/sq、電流利得が120(電流密度1kA/cm2)であった。 Table 2 and FIG. 3 show the operation results (difference in mobility) of each manufactured transistor element. Further, in each manufactured transistor element, the base resistance of the HBT epitaxial layer 4 was 220 Ω / sq, and the current gain was 120 (current density 1 kA / cm 2 ).

Figure 2010263018
Figure 2010263018

表2において、移動度はHEMT用エピタキシャル層3の移動度のことであり、シートキャリア濃度はHEMT用エピタキシャル層3のシートキャリア濃度であり、ピンチオフ電圧は、HBT用エピタキシャル層4のピンチオフ電圧である。   In Table 2, the mobility is the mobility of the HEMT epitaxial layer 3, the sheet carrier concentration is the sheet carrier concentration of the HEMT epitaxial layer 3, and the pinch-off voltage is the pinch-off voltage of the HBT epitaxial layer 4. .

表2及び図3に示すように、第1電子供給層6のキャリア濃度を高くすると、HEMT用エピタキシャル層3の移動度は低く抑えられるのに対し、第1電子供給層6のキャリア濃度を低くすると、HEMT用エピタキシャル層3の移動度を高くすることができる。   As shown in Table 2 and FIG. 3, when the carrier concentration of the first electron supply layer 6 is increased, the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 can be suppressed low, whereas the carrier concentration of the first electron supply layer 6 is decreased. Then, the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 can be increased.

特に、第1電子供給層6のキャリア濃度を1×1019cm-3以下にすることで、5000cm2/V・s以上の高い移動度で、ほぼ一定に保つことができる。言い換えると、キャリア濃度がある閾値を超えると移動度が急激に低下している。 In particular, by setting the carrier concentration of the first electron supply layer 6 to 1 × 10 19 cm −3 or less, it can be kept substantially constant with a high mobility of 5000 cm 2 / V · s or more. In other words, when the carrier concentration exceeds a certain threshold value, the mobility rapidly decreases.

これは、HEMT用エピタキシャル層3上にHBT用エピタキシャル層4を成長させると、HBT用エピタキシャル層4を構成するエピタキシャル層の成長の際の熱がHEMT用エピタキシャル層3に加わり、HEMT用エピタキシャル層3の第1電子供給層6からスペーサ層7に電子が拡散するためと考えられる。   This is because when the HBT epitaxial layer 4 is grown on the HEMT epitaxial layer 3, heat during the growth of the epitaxial layer constituting the HBT epitaxial layer 4 is applied to the HEMT epitaxial layer 3. This is probably because electrons diffuse from the first electron supply layer 6 to the spacer layer 7.

つまり、第1電子供給層6のキャリア濃度を1×1019cm-3以下とすることで、第1電子供給層6からの電子の拡散が抑えられ、その結果、HEMT用エピタキシャル層3の移動度が十分に高く維持されるものと考えられる。また、同様に第2電子供給層10のキャリア濃度が1×1019cm-3以下であれば、HEMT用エピタキシャル層3の移動度が十分に高く維持されるものと考えられる。 That is, by setting the carrier concentration of the first electron supply layer 6 to 1 × 10 19 cm −3 or less, the diffusion of electrons from the first electron supply layer 6 is suppressed, and as a result, the movement of the HEMT epitaxial layer 3 The degree is considered to be maintained sufficiently high. Similarly, if the carrier concentration of the second electron supply layer 10 is 1 × 10 19 cm −3 or less, it is considered that the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 is maintained sufficiently high.

また、第1電子供給層6のキャリア濃度を5.0×1017cm-3未満とするとHEMTとして良好な動作が得られなかった。 In addition, when the carrier concentration of the first electron supply layer 6 was less than 5.0 × 10 17 cm −3 , good operation as a HEMT could not be obtained.

そのため、本発明においては、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度を5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下としている。トランジスタ素子としての電気特性の観点から言えば、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度の上限は2.5×1018cm-3以下であることがより好ましい。これにより、Siの拡散を抑えることでトランジスタ素子としての電気特性を良好に保つことができる。 Therefore, in the present invention, the carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 is set to 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. From the viewpoint of electrical characteristics as a transistor element, the upper limit of the carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 is more preferably 2.5 × 10 18 cm −3 or less. Thereby, it is possible to maintain good electrical characteristics as a transistor element by suppressing the diffusion of Si.

次に、HEMT用エピタキシャル層3とHBT用エピタキシャル層4との間に設けられるストッパ層12の膜厚を6nm以上12nm以下とする理由を説明する。   Next, the reason why the thickness of the stopper layer 12 provided between the HEMT epitaxial layer 3 and the HBT epitaxial layer 4 is 6 nm or more and 12 nm or less will be described.

トランジスタ素子は、トランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1を、トランジスタ素子構造とするために、適宜エッチングにより所望の素子形状に加工することにより形成する。   The transistor element is formed by processing the epitaxial wafer 1 for transistor elements into a desired element shape by appropriate etching in order to obtain a transistor element structure.

このとき、ショットキー層11上に形成されるストッパ層12により、エッチングの進行を止めることが行われるが、ストッパ層12は、HEMT用エピタキシャル層3の特性を劣化させる問題があるため、できるだけ薄く形成することが望ましい。   At this time, the progress of the etching is stopped by the stopper layer 12 formed on the Schottky layer 11, but the stopper layer 12 has a problem of degrading the characteristics of the HEMT epitaxial layer 3, so that it is as thin as possible. It is desirable to form.

本発明者は、ストッパ層12の膜厚を異ならせて、実施例及び比較例のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハを製造し、それぞれのトランジスタ素子用エピタキシャルウェハよりトランジスタ素子を製造し、シートキャリア濃度を確認した。なお、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度は、5×1018cm-3とした。 The inventor manufactured the epitaxial wafers for the transistor elements of Examples and Comparative Examples by changing the thickness of the stopper layer 12, manufactured the transistor elements from the epitaxial wafers for the transistor elements, and confirmed the sheet carrier concentration. did. The carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 was 5 × 10 18 cm −3 .

製造された各トランジスタ素子の動作結果(シートキャリア濃度の違い)を図4に示す。図4に示すように、ストッパ層12の膜厚が6nm未満では、シートキャリア濃度が急激に低下する。   FIG. 4 shows an operation result (difference in sheet carrier concentration) of each manufactured transistor element. As shown in FIG. 4, when the thickness of the stopper layer 12 is less than 6 nm, the sheet carrier concentration rapidly decreases.

特許文献1のような従来の構造(HTB用エピタキシャル層上にHEMT用エピタキシャル層が形成された構造)のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハでは、ストッパ層の膜厚を4nm程度とすることで良好な電気特性を得られていたが、HEMT用エピタキシャル層3上にHBT用エピタキシャル層4が形成された構造を有するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1では、ストッパ層12の膜厚を6nm未満としたのでは、ストッパ層12でエッチングを完全に止めることができないことが分かった。これは、本発明では、ストッパ層12形成後に、HBT用エピタキシャル層4を成長させることから、ストッパ層12に熱が加わり、ストッパとしての性能が低下することが原因と考えられる。   In an epitaxial wafer for a transistor element having a conventional structure (a structure in which an HEMT epitaxial layer is formed on an HTB epitaxial layer) as in Patent Document 1, excellent electrical characteristics can be obtained by setting the thickness of the stopper layer to about 4 nm. In the epitaxial wafer 1 for a transistor element having a structure in which the HBT epitaxial layer 4 is formed on the HEMT epitaxial layer 3, the stopper layer 12 has a thickness of less than 6 nm. 12, it was found that the etching could not be completely stopped. In the present invention, the epitaxial layer 4 for HBT is grown after the stopper layer 12 is formed, so that heat is applied to the stopper layer 12 to deteriorate the performance as a stopper.

そこで、本発明では、ストッパ層12の膜厚を6nm以上としている。また、ストッパ層12を厚くすることで、HEMT用エピタキシャル層3の移動度の低下が引き起こされることを考慮して、ストッパ層12の膜厚の上限を12nmとした。   Therefore, in the present invention, the thickness of the stopper layer 12 is set to 6 nm or more. Further, considering that increasing the thickness of the stopper layer 12 causes a decrease in mobility of the HEMT epitaxial layer 3, the upper limit of the thickness of the stopper layer 12 is set to 12 nm.

以上説明したように、本発明によれば、HEMT用エピタキシャル層3を、成長温度600℃以上750℃以下、V/III比10以上150以下で成長させ、HBT用エピタキシャル層4を、HEMT用エピタキシャル層3の成長温度よりも低温、具体的には400℃以上600℃以下で成長させるため、HEMT用エピタキシャル層3上にHBT用エピタキシャル層4を成長させる際の熱により各電子供給層6,10から電子が拡散するのを抑え、HEMT用エピタキシャル層3の移動度が低下するのを防ぐことができ、電気特性の良いトランジスタ素子用エピタキシャルウェハ1を製造することができる。   As described above, according to the present invention, the HEMT epitaxial layer 3 is grown at a growth temperature of 600 ° C. or more and 750 ° C. or less and the V / III ratio is 10 or more and 150 or less, and the HBT epitaxial layer 4 is grown. Since the growth is performed at a temperature lower than the growth temperature of the layer 3, specifically, 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, each electron supply layer 6, 10 is caused by heat generated when the HBT epitaxial layer 4 is grown on the HEMT epitaxial layer 3. Therefore, it is possible to prevent the electrons from diffusing from each other, to prevent the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 from being lowered, and it is possible to manufacture the epitaxial wafer 1 for transistor elements having good electrical characteristics.

本発明では、サブコレクタ層13は、キャリア濃度が1×1018cm-3以上7×1018cm-3以下、かつ膜厚が200nm以上800nm以下となるように形成し、コレクタ層14は、キャリア濃度が5×1015cm-3以上3×1016cm-3以下、かつ膜厚が400nm以上800nm以下となるように形成するため、金属電極とのオーミックコンタクトを形成でき、また直列抵抗値を減らすことができ、良好な電気特性を実現できる。 In the present invention, the subcollector layer 13 is formed so that the carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 or more and 7 × 10 18 cm −3 or less, and the film thickness is 200 nm or more and 800 nm or less. Since the carrier concentration is 5 × 10 15 cm −3 or more and 3 × 10 16 cm −3 or less and the film thickness is 400 nm or more and 800 nm or less, ohmic contact with the metal electrode can be formed, and the series resistance value Can be reduced, and good electrical characteristics can be realized.

また、本発明では、基板2上にHEMT用エピタキシャル層3を構成するエピタキシャル層を成長させ、その上にHBT用エピタキシャル層4を構成するエピタキシャル層を成長させるため、特許文献1の構造のように、HEMT用エピタキシャル層を成長させる際の成長温度によりチャネル層8等の結晶性が劣化し、HBT用エピタキシャル層4において電流利得が低下することはない。   Further, in the present invention, the epitaxial layer constituting the HEMT epitaxial layer 3 is grown on the substrate 2 and the epitaxial layer constituting the HBT epitaxial layer 4 is grown thereon, as in the structure of Patent Document 1. The crystallinity of the channel layer 8 and the like is not deteriorated by the growth temperature when the HEMT epitaxial layer is grown, and the current gain does not decrease in the HBT epitaxial layer 4.

さらに、本発明では、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度を5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下、その膜厚を1nm以上20nm以下とするので、HBT用エピタキシャル層4の成長の際に、第1電子供給層6及び第2電子供給層10から電子が拡散するのを抑えられ、その結果、HEMT用エピタキシャル層3の移動度を十分に高く維持することができる。 Further, in the present invention, the carrier concentration of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 is 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less, and the film thickness thereof is 1 nm or more and 20 nm or less. Therefore, when the HBT epitaxial layer 4 is grown, the diffusion of electrons from the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 is suppressed, and as a result, the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 is increased. Can be kept high enough.

また、本発明では、HEMT用エピタキシャル層3とHBT用エピタキシャル層4との間に、膜厚が6nm以上12nm以下のストッパ層12を形成するため、HEMT用エピタキシャル層3の移動度を低下させることなく、またエッチングの際にストッパのとしての役割を十分に果たすことができ、結果としてシートキャリア濃度が低下するのを防止できる。   In the present invention, since the stopper layer 12 having a film thickness of 6 nm to 12 nm is formed between the HEMT epitaxial layer 3 and the HBT epitaxial layer 4, the mobility of the HEMT epitaxial layer 3 is reduced. In addition, it can sufficiently serve as a stopper during etching, and as a result, the sheet carrier concentration can be prevented from decreasing.

本実施の形態においては、各電子供給層6,10のドーピング剤として、Siを用いたが、他にもSeやTeを用いてもよい。また、基板2として半絶縁性GaAs基板を用いたが、Si基板、InP基板に対しても本発明は適用できる。   In this embodiment, Si is used as a doping agent for each of the electron supply layers 6 and 10, but Se or Te may also be used. Further, although a semi-insulating GaAs substrate is used as the substrate 2, the present invention can also be applied to Si substrates and InP substrates.

本実施の形態においては、第1電子供給層6と第2電子供給層10のキャリア濃度を同じ濃度としたが、第1電子供給層6及び第2電子供給層10のキャリア濃度は、5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下であれば、それぞれ異なっていてもよい。また、第2電子供給層10は、n−InGaP層としたが、n−AlGaAs層で構成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the carrier concentrations of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 are the same, but the carrier concentrations of the first electron supply layer 6 and the second electron supply layer 10 are 5. As long as they are 0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less, they may be different from each other. The second electron supply layer 10 is an n-InGaP layer, but may be an n-AlGaAs layer.

さらに、本実施の形態においては、チャネル層8よりも下部に第1電子供給層6を設け、チャネル層8よりも上部に第2電子供給層10を設ける構造としたが、チャネル層8よりも下部には電子供給層を設けず、チャネル層8よりも上部にのみ電子供給層(図1の第2電子供給層10に相当)を設ける構造とするようにしてもよい。この電子供給層は、n−InGaP層、n−AlGaAs層のいずれで構成するようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, the first electron supply layer 6 is provided below the channel layer 8 and the second electron supply layer 10 is provided above the channel layer 8. An electron supply layer (corresponding to the second electron supply layer 10 in FIG. 1) may be provided only above the channel layer 8 without providing an electron supply layer in the lower part. This electron supply layer may be composed of either an n-InGaP layer or an n-AlGaAs layer.

このチャネル層8よりも上部にのみ電子供給層を設ける構造としたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハでも移動度の確認を行ったところ、電子供給層のキャリア濃度を5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下、HBT用エピタキシャル層4の成長温度を上記の条件の範囲内とすることで、HEMT用エピタキシャル層3の移動度の低下を抑えることができた。また、チャネル層8よりも上部には電子供給層を設けず、チャネル層8よりも下部にのみ電子供給層(図1の第1電子供給層6に相当)を設けても、同様の結果が得られる。 When the mobility was confirmed even in the epitaxial wafer for transistor elements having a structure in which the electron supply layer is provided only above the channel layer 8, the carrier concentration of the electron supply layer is 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 By reducing the growth temperature of the epitaxial layer 4 for HBT within the range of the above conditions by × 10 19 cm −3 or less, a decrease in mobility of the epitaxial layer 3 for HEMT could be suppressed. Further, the same result can be obtained even when the electron supply layer is not provided above the channel layer 8 and the electron supply layer (corresponding to the first electron supply layer 6 in FIG. 1) is provided only below the channel layer 8. can get.

また、本実施の形態においては、HBT用エピタキシャル層4の成長温度を400℃以上600℃以下としたが、コレクタ層14までは400℃以上600℃以下で成長させ、それより上層(ベース層15から均一組成ノンアロイ層19まで)を600℃より高い温度、例えば650℃で成長させるようにしてもよい。   In the present embodiment, the growth temperature of the epitaxial layer 4 for HBT is 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, but the collector layer 14 is grown at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, and the upper layer (base layer 15 To uniform composition non-alloy layer 19) may be grown at a temperature higher than 600 ° C., for example, 650 ° C.

この上層を650℃で成長させたトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの移動度を確認したところ、移動度の若干の低下が確認されたが、各電子供給層6,10のキャリア濃度が5×1018cm-3の場合、移動度が約5400cm2/V・sの高い位置で安定することを確認した。 When the mobility of the epitaxial wafer for transistor elements grown on this upper layer at 650 ° C. was confirmed, a slight decrease in mobility was confirmed, but the carrier concentration of each electron supply layer 6, 10 was 5 × 10 18 cm. In the case of −3 , it was confirmed that the mobility was stable at a high position of about 5400 cm 2 / V · s.

この結果によれば、ベース層15、エミッタ層16の形成後、アニール処理が必要になったとしても、サブコレクタ層13、コレクタ層14を400℃以上600℃以下で成長させれば、移動度の低下を防ぐことができると考えられる。これは、サブコレクタ層13、コレクタ層14という比較的膜厚の厚い層を積層することで、アニール処理を行う層からHEMT用エピタキシャル層3の距離が離れ、また、ベース層15から均一組成ノンアロイ層19までの層は成長時間も短時間であり、アニール処理によるHEMT用エピタキシャル層3への熱の影響を受けにくいためと考えられる。   According to this result, even if an annealing process is required after the base layer 15 and the emitter layer 16 are formed, if the subcollector layer 13 and the collector layer 14 are grown at 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, the mobility is increased. It is thought that the decrease in the temperature can be prevented. This is because a relatively thick layer such as the sub-collector layer 13 and the collector layer 14 is laminated, so that the distance from the layer to be annealed to the HEMT epitaxial layer 3 is increased, and the uniform composition non-alloy is separated from the base layer 15. This is probably because the layers up to the layer 19 have a short growth time and are not easily affected by the heat applied to the HEMT epitaxial layer 3 by the annealing treatment.

1 トランジスタ素子用エピタキシャルウェハ
2 基板
3 高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層(HEMT用エピタキシャル層)
4 ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層(HBT用エピタキシャル層)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Epitaxial wafer for transistor elements 2 Substrate 3 Epitaxial layer for high electron mobility transistor (epitaxial layer for HEMT)
4 Hetero bipolar transistor epitaxial layer (HBT epitaxial layer)

Claims (6)

基板上に高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を形成し、該高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層上に、ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層を形成するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を、成長温度600℃以上750℃以下、V/III比10以上150以下で成長させ、前記ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層を、前記成長温度よりも低温で成長させることを特徴とするトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法。
In a method for manufacturing an epitaxial wafer for a transistor element, an epitaxial layer for a high electron mobility transistor is formed on a substrate, and an epitaxial layer for a heterobipolar transistor is formed on the epitaxial layer for a high electron mobility transistor.
The epitaxial layer for a high electron mobility transistor is grown at a growth temperature of 600 ° C. to 750 ° C. and a V / III ratio of 10 to 150, and the epitaxial layer for a heterobipolar transistor is grown at a temperature lower than the growth temperature. A method for producing an epitaxial wafer for a transistor element, comprising:
基板上に高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を形成し、該高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層上に、サブコレクタ層及びコレクタ層を有するヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層を形成するトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層を、有機金属気相成長法により、成長温度600℃以上750℃以下、V/III比10以上150以下、成長速度0.1nm/sec以上2.0nm/sec以下で成長させ、前記ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層の少なくとも前記サブコレクタ層及び前記コレクタ層を、有機金属気相成長法により、成長温度400℃以上600℃以下、V/III比1以上75以下で成長させ、前記サブコレクタ層は、キャリア濃度が1×1018cm-3以上7×1018cm-3以下、かつ膜厚が200nm以上800nm以下となるように形成し、前記コレクタ層は、キャリア濃度が5×1015cm-3以上3×1016cm-3以下、かつ膜厚が400nm以上800nm以下となるように形成することを特徴とするトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法。
An epitaxial wafer for a transistor element, wherein an epitaxial layer for a high electron mobility transistor is formed on a substrate, and an epitaxial layer for a heterobipolar transistor having a subcollector layer and a collector layer is formed on the epitaxial layer for a high electron mobility transistor. In the manufacturing method,
The epitaxial layer for the high electron mobility transistor is grown at a growth temperature of 600 ° C. to 750 ° C., a V / III ratio of 10 to 150, and a growth rate of 0.1 nm / sec to 2.0 nm / sec by metal organic vapor phase epitaxy. And at least the subcollector layer and the collector layer of the heterobipolar transistor epitaxial layer are grown at a growth temperature of 400 ° C. or more and 600 ° C. or less and a V / III ratio of 1 or more and 75 or less by metal organic vapor phase epitaxy. The subcollector layer is formed so that the carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 or more and 7 × 10 18 cm −3 or less and the film thickness is 200 nm or more and 800 nm or less. concentration of 5 × 10 15 cm -3 or more 3 × 10 16 cm -3 or less, and the thickness is formed so as to 400nm or 800nm or less Method for producing a transistor element epitaxial wafer characterized and.
前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層は、キャリア濃度が5.0×1017cm-3以上1×1019cm-3以下である電子供給層を有する請求項1又は2に記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法。 3. The transistor element according to claim 1, wherein the epitaxial layer for a high electron mobility transistor has an electron supply layer having a carrier concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. Epitaxial wafer manufacturing method. 前記電子供給層は、膜厚が1nm以上20nm以下である請求項3に記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法。   The method for producing an epitaxial wafer for a transistor element according to claim 3, wherein the electron supply layer has a thickness of 1 nm to 20 nm. 前記電子供給層は、Si,Se,Teのいずれかをドープしたn−AlGaAs層か、或いはSiをドープしたn−InGaP層からなる請求項3又は4に記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法。   5. The method for producing an epitaxial wafer for a transistor element according to claim 3, wherein the electron supply layer is an n-AlGaAs layer doped with any of Si, Se, or Te, or an n-InGaP layer doped with Si. 6. . 前記高電子移動度トランジスタ用エピタキシャル層と前記ヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャル層との間に、膜厚が6nm以上12nm以下のストッパ層を形成する請求項1〜5のいずれかに記載のトランジスタ素子用エピタキシャルウェハの製造方法。   The transistor element epitaxial according to any one of claims 1 to 5, wherein a stopper layer having a film thickness of 6 nm or more and 12 nm or less is formed between the epitaxial layer for high electron mobility transistor and the epitaxial layer for hetero bipolar transistor. Wafer manufacturing method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8664697B2 (en) 2011-07-07 2014-03-04 Hitachi Cable, Ltd. Transistor device
TWI489626B (en) * 2012-08-24 2015-06-21 Visual Photonics Epitaxy Co Ltd Bipolar high electron mobility transistor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05198554A (en) * 1992-01-20 1993-08-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of semiconductor device
JPH07130754A (en) * 1993-11-02 1995-05-19 Fujitsu Ltd Hetero-junction bipolar transistor and its manufacture
JPH0982898A (en) * 1995-09-18 1997-03-28 Sharp Corp Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2001111037A (en) * 1999-10-08 2001-04-20 Hitachi Cable Ltd Semiconductor wafer and field effect transistor
JP2002134524A (en) * 2000-10-26 2002-05-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Compound semiconductor thin-film crystal
JP2007235062A (en) * 2006-03-03 2007-09-13 Hitachi Cable Ltd Epitaxial wafer, electronic device, and vapor phase epitaxial growth method of iii-v compound semiconductor crystal
JP2007335586A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Sony Corp Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method
JP2009016597A (en) * 2007-07-05 2009-01-22 Hitachi Cable Ltd Transistor element
JP2009081284A (en) * 2007-09-26 2009-04-16 Hitachi Cable Ltd Transistor device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05198554A (en) * 1992-01-20 1993-08-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of semiconductor device
JPH07130754A (en) * 1993-11-02 1995-05-19 Fujitsu Ltd Hetero-junction bipolar transistor and its manufacture
JPH0982898A (en) * 1995-09-18 1997-03-28 Sharp Corp Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2001111037A (en) * 1999-10-08 2001-04-20 Hitachi Cable Ltd Semiconductor wafer and field effect transistor
JP2002134524A (en) * 2000-10-26 2002-05-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Compound semiconductor thin-film crystal
JP2007235062A (en) * 2006-03-03 2007-09-13 Hitachi Cable Ltd Epitaxial wafer, electronic device, and vapor phase epitaxial growth method of iii-v compound semiconductor crystal
JP2007335586A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Sony Corp Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method
JP2009016597A (en) * 2007-07-05 2009-01-22 Hitachi Cable Ltd Transistor element
JP2009081284A (en) * 2007-09-26 2009-04-16 Hitachi Cable Ltd Transistor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8664697B2 (en) 2011-07-07 2014-03-04 Hitachi Cable, Ltd. Transistor device
TWI489626B (en) * 2012-08-24 2015-06-21 Visual Photonics Epitaxy Co Ltd Bipolar high electron mobility transistor

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