JP2013074142A - Method for manufacturing epitaxial wafer for transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に高電子移動度トランジスタ構造層を形成する工程と、高電子移動度トランジスタ構造層上にヘテロバイポーラトランジスタ構造層を形成する工程と、を有するトランジスタ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 a transistor, comprising: a step of forming a high electron mobility transistor structure layer on a substrate; and a step of forming a heterobipolar transistor structure layer on the high electron mobility transistor structure layer. Is.
通信端末機器用のパワー増幅器等では、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(Hetero Bipolar Transistor;以下、HBTという)や高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor;以下、HEMTという)が用いられている。 In power amplifiers for communication terminal equipment, hetero bipolar transistors (hereinafter referred to as HBT) and high electron mobility transistors (hereinafter referred to as HEMT) formed using compound semiconductors are used. It has been.
まず、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)について説明する。 First, a hetero bipolar transistor (HBT) will be described.
HBTの動作は、基本的には通常のバイポーラトランジスタ(Bipolar Junction Transistor;以下、BJTという)と同様である。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、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。 The operation of the HBT is basically the same as that of a normal bipolar transistor (hereinafter referred to as BJT). 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, if the hole current is further increased, holes leak from the base toward the emitter, and the current amplification factor of the transistor decreases.
これに対し、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、ホールがエミッタに漏れるのを抑えることができる。これにより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利点を有する。 On the other hand, in an npn-type HBT configured using a semiconductor material having a large band gap for the emitter, a barrier is formed at the base-emitter interface, and holes can be prevented from leaking to the emitter. As a result, the HBT has an advantage that the collector current can be increased without reducing the current amplification factor.
HBTの代表的な構造を図4に示す。図4に示すように、HBT31は、半絶縁性GaAs基板32上に、サブコレクタ層33となるn型GaAs層を500nm、コレクタ層34となるn型GaAs層を700nm、ベース層35となるp型GaAs層を80nm、エミッタ層36となるn型InxGa1-xP層(x=0.48)を40nm、エミッタコンタクト層37となるn型GaAs層を100nm、グレーデッドノンアロイ層38となるn型InxGa1-xAs層(x=0→0.5)を50nm、均一組成ノンアロイ層39となるn型InxGa1-xAs層(x=0.5)を50nm順に積層したものである。 A typical structure of HBT is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the HBT 31 has a semi-insulating GaAs substrate 32 on which an n-type GaAs layer serving as a subcollector layer 33 is 500 nm, an n-type GaAs layer serving as a collector layer 34 is 700 nm, and a p-layer serving as a base layer 35. The n-type In x Ga 1-x P layer (x = 0.48) serving as the emitter layer 36 is 40 nm, the n-type GaAs layer serving as the emitter contact layer 37 is 100 nm, and the graded non-alloy layer 38 The n-type In x Ga 1-x As layer (x = 0 → 0.5) to be 50 nm and the n-type In x Ga 1-x As layer (x = 0.5) to be the uniform composition non-alloy layer 39 are 50 nm. They are laminated in order.
次に、高電子移動度トランジスタ(HEMT)について説明する。 Next, a high electron mobility transistor (HEMT) will be described.
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。ヘテロ接合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。 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. Heterojunction HEMTs can not only operate at high speed by taking advantage of the high-speed movement of electrons, but also can operate at high power and high efficiency in an ultrahigh frequency band such as a microwave band.
HEMTの代表的な構造を図5に示す。図5に示すように、HEMT41は、半絶縁性GaAs基板42上に、バッファ層43となるアンドープGaAs層、電子供給層44となるn型AlxGa1-xAs層、スペーサ層45となるアンドープAlxGa1-xAs層、チャネル層46となるアンドープInxGa1-xAs層、スペーサ層47となるアンドープAlxGa1-xAs層、電子供給層48となるn型AlxGa1-xAs層、キャップ層49となるn型GaAs層、を順に積層したものである。 A typical structure of the HEMT is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the HEMT 41 becomes an undoped GaAs layer serving as the buffer layer 43, an n-type Al x Ga 1-x As layer serving as the electron supply layer 44, and a spacer layer 45 on the semi-insulating GaAs substrate 42. undoped Al x Ga 1-x as layer, an undoped a channel layer 46 In x Ga 1-x as layer, an undoped Al x Ga 1-x as layer as the spacer layer 47, the electron supply layer 48 n-type Al x A Ga 1-x As layer and an n-type GaAs layer serving as a cap layer 49 are sequentially stacked.
なお、図4において、キャリア濃度を示す表記として、n+、n、n-が使用されているが、これらはキャリア濃度の一例を示すものであり、+が付いたものは高キャリア濃度で1018以上、無印が1017台、−が付いたものは低キャリア濃度で1014以上1017未満を表す。また、図4,5におけるn−はn型、p−はp型、un−はアンドープであることを意味する。 In FIG. 4, n + , n, and n − are used as the notation indicating the carrier concentration. These are examples of the carrier concentration. 18 or more, no mark 10 17 units, - which is attached represents a 10 14 or more 10 than 17 at a low carrier concentration. 4 and 5, n- means n-type, p- means p-type, and un- means undoped.
これらトランジスタは、主に携帯端末の送受信用パワー増幅器に用いられてきたが、近年、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必要がでてきた。このため、携帯端末の中で最も電力消費が大きい部品である送受信用パワー増幅器にも高性能化が求められ、低電圧で動作し、かつ消費電力を少なくすることが要求されている。これらの要求は、パワー増幅器の効率を上げることにより対応できるが、一般に、増幅器を高効率で動作させた場合には、出力信号の歪が大きくなるという問題がある。出力信号の歪が大きくなると、歪により隣接する通信チャネルへ電波が漏れ出して信号同士が干渉し、送信データが異なった値となってしまう問題が生じる。 These transistors have been mainly used for power amplifiers for transmitting and receiving mobile terminals, but in recent years, not only voice and text data but also large-capacity and diverse information such as moving images have been required to be transmitted and received at high speed. . For this reason, the power amplifier for transmission / reception, which is the component that consumes the largest amount of power in the portable terminal, is also required to have high performance, and it is required to operate at a low voltage and to reduce power consumption. These requirements can be met by increasing the efficiency of the power amplifier, but generally, when the amplifier is operated with high efficiency, there is a problem that distortion of the output signal becomes large. When the distortion of the output signal increases, there is a problem that radio waves leak to adjacent communication channels due to the distortion, the signals interfere with each other, and the transmission data has different values.
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よいHEMTを1つのパワー増幅器モジュールに複数用いることで、出力信号の歪みを抑えると共に消費電力の低減を図り、高い振幅を持つ出力信号が得られるパワー増幅器モジュールとすることが行われている。例えば、図6に示すパワー増幅器モジュール51では、入力信号を駆動用HBT52により増幅し、その増幅信号を後段の出力用HEMT53でさらに増幅して、出力信号とするように構成されている。 Therefore, by using multiple HMTs with high current drive capability and HEMTs with low power consumption and good high frequency noise characteristics in one power amplifier module, distortion of the output signal can be suppressed and power consumption can be reduced, resulting in high amplitude. A power amplifier module that can obtain an output signal is used. For example, the power amplifier module 51 shown in FIG. 6 is configured to amplify the input signal by the driving HBT 52 and further amplify the amplified signal by the output HEMT 53 at the subsequent stage to produce an output signal.
しかしながら、図6のパワー増幅器モジュール51のようにHBT52とHEMT53とを配線で接続した場合、配線によるRC遅延、素子の発熱が問題となってしまう。 However, when the HBT 52 and the HEMT 53 are connected by wiring as in the power amplifier module 51 of FIG. 6, RC delay due to the wiring and heat generation of the elements become problems.
そこで、この配線をなくし、基板上にエピタキシャル成長によりHEMTを設け、HEMTの上にさらにHBTを設けた2段トランジスタ構造(BI−FET構造)のトランジスタが用いられるようになっている(例えば特許文献1参照)。 Therefore, a transistor having a two-stage transistor structure (BI-FET structure) in which this wiring is eliminated, a HEMT is provided by epitaxial growth on a substrate, and an HBT is further provided on the HEMT is used (for example, Patent Document 1). reference).
しかしながら、上述のようなBI−FET構造のトランジスタ用エピタキシャルウェハを製造する際には、HEMTを構成する複数のエピタキシャル層の上に、HBTを構成する複数のエピタキシャル層を成長させるが、従来方法では、HBTを構成する複数のエピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層毎に成長温度を変更するため、エピタキシャル層を形成する時間に加えて、温度を変更するための時間や、温度を安定させるための時間が別途必要となり、トータルの成長時間が長くなりスループットが低下してしまうという問題があった。 However, when manufacturing an epitaxial wafer for a transistor having a BI-FET structure as described above, a plurality of epitaxial layers constituting the HBT are grown on the plurality of epitaxial layers constituting the HEMT. In order to change the growth temperature for each epitaxial layer when growing a plurality of epitaxial layers constituting the HBT, in addition to the time for forming the epitaxial layer, in order to stabilize the temperature and the time for changing the temperature This requires a separate time, and the total growth time becomes long and the throughput is lowered.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、成長時間を短縮してスループットを向上することが可能なトランジスタ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 that can solve the above-described problems and can improve the throughput by shortening the growth time.
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、基板上に、電子供給層及びチャネル層を有する高電子移動度トランジスタ構造層を形成する工程と、前記高電子移動度トランジスタ構造層上に、コレクタ層、ベース層、エミッタ層及びノンアロイ層を有するヘテロバイポーラトランジスタ構造層を形成する工程と、を有するトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記ヘテロバイポーラトランジスタ構造層を、気相成長法により成長温度400℃以上600℃以下で、かつ、一定の成長温度で成長するようにしたトランジスタ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 includes a step of forming a high electron mobility transistor structure layer having an electron supply layer and a channel layer on a substrate, and the high electron mobility transistor structure layer. Forming a heterobipolar transistor structure layer having a collector layer, a base layer, an emitter layer, and a non-alloy layer thereon, wherein the heterobipolar transistor structure layer is formed by vapor deposition. Thus, the epitaxial wafer for a transistor is grown at a growth temperature of 400 ° C. or more and 600 ° C. or less and at a constant growth temperature.
前記電子供給層は、Siをドープしたn型AlGaAs層からなってもよい。 The electron supply layer may be an n-type AlGaAs layer doped with Si.
前記電子供給層のドーパントが、Si、Se、Teのいずれかから選択されてもよい。 The dopant of the electron supply layer may be selected from any of Si, Se, and Te.
本発明によれば、成長時間を短縮してスループットを向上することが可能なトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the epitaxial wafer for transistors which can shorten a growth time and can improve a throughput can be provided.
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係るトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法で製造するトランジスタ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 a transistor epitaxial wafer manufactured by the method for manufacturing a transistor epitaxial wafer according to the present embodiment.
図1に示すように、トランジスタ用エピタキシャルウェハ1は、GaAs基板2上に高電子移動度トランジスタ構造層(以下、HEMT構造層という)3が形成され、HEMT構造層3上にヘテロバイポーラトランジスタ構造層(以下、HBT構造層という)4が形成された構造(BI−FET構造)となっている。なお、図1におけるn−はn型、p−はp型、un−はアンドープであることを意味する。 As shown in FIG. 1, a transistor epitaxial wafer 1 has a high electron mobility transistor structure layer (hereinafter referred to as a HEMT structure layer) 3 formed on a GaAs substrate 2, and a heterobipolar transistor structure layer on the HEMT structure layer 3. (Hereinafter referred to as an HBT structure layer) 4 is formed (BI-FET structure). In FIG. 1, n- means n-type, p- means p-type, and un- means undoped.
トランジスタ用エピタキシャルウェハ1を製造する際には、まず、半絶縁性のGaAs基板2上に、エピタキシャル成長により、バッファ層5となるアンドープAlxGa1-xAs層(x=0.28)を500nm、電子供給層6となるn型AlxGa1-xAs層(x=0.3)を30nm、スペーサ層7となるアンドープAlxGa1-xAs層(x=0.3)を10nm、チャネル層8となるアンドープInxGa1-xAs層(x=0.18)を15nm、スペーサ層9となるアンドープAlxGa1-xAs層(x=0.3)を10nm、電子供給層10となるn型AlxGa1-xAs層(x=0.48)を30nm、ショットキー層11となるアンドープGaAs層を30nm、を順に積層することにより、HEMT構造層3を形成する。本実施の形態では、HEMT構造層3を、気相成長法(MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法)により、成長温度600℃以上750℃以下、V/III比150以下の条件で成長した。なお、本明細書において、成長温度とは、成長時のGaAs基板2の基板温度を意味する。 When manufacturing the epitaxial wafer 1 for transistors, first, an undoped Al x Ga 1-x As layer (x = 0.28) to be the buffer layer 5 is epitaxially grown on the semi-insulating GaAs substrate 2 by 500 nm. The n-type Al x Ga 1-x As layer (x = 0.3) serving as the electron supply layer 6 is 30 nm, and the undoped Al x Ga 1-x As layer (x = 0.3) serving as the spacer layer 7 is 10 nm. The undoped In x Ga 1-x As layer (x = 0.18) serving as the channel layer 8 is 15 nm, the undoped Al x Ga 1-x As layer (x = 0.3) serving as the spacer layer 9 is 10 nm, electrons The HEMT structure layer 3 is formed by sequentially stacking an n-type Al x Ga 1-x As layer (x = 0.48) to be the supply layer 10 and an undoped GaAs layer to be the Schottky layer 11 in order of 30 nm. To do. In the present embodiment, the HEMT structure layer 3 is grown by vapor phase epitaxy (MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) method) under conditions of a growth temperature of 600 ° C. or more and 750 ° C. or less and a V / III ratio of 150 or less. In the present specification, the growth temperature means the substrate temperature of the GaAs substrate 2 during growth.
HEMT構造層3の電子供給層6,10は、Siのδドープ層からなる。つまり、電子供給層6,10はSiをドープしたn型AlGaAs層からなる。なお、δドープ層とは局所的にドーパント(ここではSi)が高濃度に含まれた領域であり、図1に示すような縮尺の層として存在していない。つまり、図1では、便宜上各層の縮尺を変更し、トランジスタ用エピタキシャルウェハ1の構造を概略的に示している。ここでは、電子供給層6,10をn型AlGaAs層としたが、n型InGaP層とすることも可能である。また、ドーパントとしてSiを用いたが、電子供給層6,10のドーパントは、Si、Se、Teのいずれかから選択されるとよい。 The electron supply layers 6 and 10 of the HEMT structure layer 3 are made of Si δ-doped layers. That is, the electron supply layers 6 and 10 are made of an n-type AlGaAs layer doped with Si. Note that the δ-doped layer is a region where a dopant (Si in this case) is locally contained at a high concentration, and does not exist as a layer having a reduced scale as shown in FIG. That is, in FIG. 1, the scale of each layer is changed for convenience, and the structure of the transistor epitaxial wafer 1 is schematically shown. Although the electron supply layers 6 and 10 are n-type AlGaAs layers here, they may be n-type InGaP layers. Moreover, although Si was used as the dopant, the dopant of the electron supply layers 6 and 10 may be selected from any of Si, Se, and Te.
HEMT構造層3上(HEMT構造層3とHBT構造層4との間)には、エピタキシャル成長により、n型InxGa1-xP層(x=0.48)を10nm積層してエッチングストッパ層(ストッパー層)12を形成する。本実施の形態では、HEMT構造層3の成長温度と同じ、もしくは低い成長温度で、As混入濃度を制御したInGaPからなるエッチングストッパ層12を形成した。 On the HEMT structure layer 3 (between the HEMT structure layer 3 and the HBT structure layer 4), an n-type In x Ga 1-x P layer (x = 0.48) is laminated to 10 nm by epitaxial growth to form an etching stopper layer. (Stopper layer) 12 is formed. In the present embodiment, the etching stopper layer 12 made of InGaP in which the As mixing concentration is controlled at the same or lower growth temperature than the HEMT structure layer 3 is formed.
その後、エッチングストッパ層12上に、エピタキシャル成長により、サブコレクタ層13となるn型GaAs層を500nm、コレクタ層14となるn型GaAs層を700nm、ベース層15となるp型GaAs層を120nm、エミッタ層16となるn型InxGa1-xP層(x=0.48)を40nm、バラスト層17となるn型GaAs層を100nm順次積層し、バラスト層17上にノンアロイ層18を積層して、HBT構造層4を形成する。 After that, on the etching stopper layer 12, by epitaxial growth, the n-type GaAs layer to be the subcollector layer 13 is 500 nm, the n-type GaAs layer to be the collector layer 14 is 700 nm, the p-type GaAs layer to be the base layer 15 is 120 nm, the emitter An n-type In x Ga 1-x P layer (x = 0.48) to be the layer 16 is sequentially stacked to 40 nm, an n-type GaAs layer to be the ballast layer 17 is sequentially stacked to 100 nm, and a non-alloy layer 18 is stacked on the ballast layer 17. Thus, the HBT structure layer 4 is formed.
ノンアロイ層18は、n型不純物としてSe又はTeをドーピングし、成長方向でIn組成を変化させたn型InxGa1-xAsからなるグレーデッドノンアロイ層19と、グレーデッドノンアロイ層19上に形成され、In組成比が0.3〜0.6で一定であるn型InxGa1-xAsからなる均一組成ノンアロイ層20と、を有している。 The non-alloy layer 18 includes a graded non-alloy layer 19 made of n-type In x Ga 1-x As, doped with Se or Te as an n-type impurity, and changed in composition in the growth direction, and a graded non-alloy layer 19. And a uniform composition non-alloy layer 20 made of n-type In x Ga 1-x As and having a constant In composition ratio of 0.3 to 0.6.
本実施の形態では、グレーデッドノンアロイ層19を、バラスト層17から離れるにしたがってIn組成比が0から均一組成ノンアロイ層20と同じIn組成比まで徐々に変化するようにし、また、GaAs基板2の基板温度(成長温度)や、GaAs基板2を加熱するヒータの温度を適宜調整することにより、In組成比の傾斜やオートドーピングされる炭素量を調節して、グレーデッドノンアロイ層19における炭素濃度が3.0×1018cm-3以下となるように、n型不純物濃度が1.0×1018cm-3以上5.0×1019cm-3以下の範囲となるように、50nmのn型InxGa1-xAs層(x=0→0.5)を成長した。 In the present embodiment, the graded non-alloy layer 19 is configured so that the In composition ratio gradually changes from 0 to the same In composition ratio as the uniform composition non-alloy layer 20 as the distance from the ballast layer 17 increases. The carbon in the graded non-alloy layer 19 is adjusted by appropriately adjusting the substrate temperature (growth temperature) and the temperature of the heater for heating the GaAs substrate 2 to adjust the gradient of the In composition ratio and the amount of auto-doped carbon. 50 nm so that the n-type impurity concentration is in the range of 1.0 × 10 18 cm −3 to 5.0 × 10 19 cm −3 so that the concentration is 3.0 × 10 18 cm −3 or less. N-type In x Ga 1-x As layers (x = 0 → 0.5) were grown.
また、本実施の形態では、均一組成ノンアロイ層20を、In組成比が0.5で一定となるようにし、また、グレーデッドノンアロイ層19と同様にオートドーピングされる炭素量を調節して、炭素濃度がSIMS分析下限値(1.0×1016cm-3)以下となるよう、n型不純物濃度が1.0×1019cm-3以上5.0×1019cm-3以下の範囲となるようにし、50nmのn型InxGa1-xAs層(x=0.5)を成長した。 In the present embodiment, the uniform composition non-alloy layer 20 is made constant at an In composition ratio of 0.5, and the amount of auto-doped carbon is adjusted similarly to the graded non-alloy layer 19. The n-type impurity concentration is 1.0 × 10 19 cm −3 or more and 5.0 × 10 19 cm −3 or less so that the carbon concentration is lower than the SIMS analysis lower limit (1.0 × 10 16 cm −3 ) A 50 nm n-type In x Ga 1-x As layer (x = 0.5) was grown so as to be in the range.
さて、本実施の形態に係るトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法では、HBT構造層4を、気相成長法(MOVPE法)により成長温度400℃以上600℃以下で、かつ、一定の成長温度で成長するようにした。 In the method for manufacturing an epitaxial wafer for transistors according to the present embodiment, the HBT structure layer 4 is grown at a growth temperature of 400 ° C. or more and 600 ° C. or less by a vapor phase growth method (MOVPE method) at a constant growth temperature. I tried to do it.
HBT構造層4を一定の成長温度で成長することにより、図2に示すように、成長温度(=基板温度)を変更するのは、HEMT構造層3を成長した後、HBT構造層4を成長し始める前の1回のみとなり、温度を変更するための時間や、温度を安定させるための時間を短縮することが可能となる。よって、トランジスタ用エピタキシャルウェハ1全体での成長時間(つまりトランジスタ用エピタキシャルウェハ1の製造にかかる時間)を短縮することが可能になる。 By growing the HBT structure layer 4 at a constant growth temperature, as shown in FIG. 2, the growth temperature (= substrate temperature) is changed after the HEMT structure layer 3 is grown and then the HBT structure layer 4 is grown. It is possible to shorten the time for changing the temperature and the time for stabilizing the temperature only once before starting. Therefore, it is possible to shorten the growth time in the entire transistor epitaxial wafer 1 (that is, the time required for manufacturing the transistor epitaxial wafer 1).
これに対して、図3に示すように、エピタキシャル層毎に成長温度(=基板温度)を変更してHBT構造層4を成長する場合、成長温度を変更する毎に、温度を変更するための時間と、温度を安定させるための時間が必要となり、トータルの成長時間が長くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, when the growth temperature (= substrate temperature) is changed for each epitaxial layer and the HBT structure layer 4 is grown, the temperature is changed every time the growth temperature is changed. Time and time for stabilizing the temperature are required, and the total growth time becomes longer.
図2のように、HEMT構造層3の成長温度を650℃、HBT構造層4の成長温度を500℃とした場合(本発明)、および、図3のように、HEMT構造層3の成長温度を650℃とし、サブコレクタ層13を700℃、コレクタ層14を650℃、ベース層15を500℃、エミッタ層16とバラスト層17を600℃、ノンアロイ層を450℃の成長温度で成長した場合(従来技術)の両者について、成長したHBTの特性を測定した。測定結果を表1に示す。 As shown in FIG. 2, the growth temperature of the HEMT structure layer 3 is 650 ° C., the growth temperature of the HBT structure layer 4 is 500 ° C. (invention), and the growth temperature of the HEMT structure layer 3 as shown in FIG. The sub-collector layer 13 is grown at 700 ° C., the collector layer 14 is grown at 650 ° C., the base layer 15 is grown at 500 ° C., the emitter layer 16 and the ballast layer 17 are grown at 600 ° C., and the non-alloy layer is grown at 450 ° C. The properties of the grown HBT were measured for both (prior art). The measurement results are shown in Table 1.
表1に示すように、本発明と従来技術とでは、電流利得β等の各特性にほとんど差がなく、成長温度を一定としても、良好な特性のトランジスタ用エピタキシャルウェハ1が得られることが分かる。 As shown in Table 1, there is almost no difference in the characteristics such as current gain β between the present invention and the prior art, and it can be seen that the transistor epitaxial wafer 1 having good characteristics can be obtained even when the growth temperature is constant. .
以上説明したように、本実施の形態に係るトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法では、HBT構造層4を、気相成長法により成長温度400℃以上600℃以下で、かつ、一定の成長温度で成長している。 As described above, in the method for manufacturing an epitaxial wafer for a transistor according to the present embodiment, the HBT structure layer 4 is grown at a growth temperature of 400 ° C. or more and 600 ° C. or less by a vapor deposition method at a constant growth temperature. doing.
従来は、エピタキシャル層毎に成長温度を変更してHBT構造層を成長していたため、温度を変更するための時間や、温度を安定させるための時間が必要であったが、本発明では、HBT構造層4を一定の成長温度で成長することにより、温度を変更するための時間や、温度を安定させるための時間を削減でき、トータルの成長時間を短縮して、スループットを向上することが可能となる。 Conventionally, since the growth temperature was changed for each epitaxial layer to grow the HBT structure layer, a time for changing the temperature and a time for stabilizing the temperature were required. By growing the structural layer 4 at a constant growth temperature, the time for changing the temperature and the time for stabilizing the temperature can be reduced, the total growth time can be shortened, and the throughput can be improved. It becomes.
また、本発明では、HEMT構造層3の上にHBT構造層4を成長させてBI−FET構造のトランジスタ用エピタキシャルウェハ1を製造しているため、得られたトランジスタ用エピタキシャルウェハ1を素子化することにより、送受信用パワー増幅器として使用する際に、低電圧で動作し、出力信号の歪みを抑え、消費電力を低減でき、かつ、高移動度のトランジスタ素子を実現できる。具体的には、本実施の形態では、ベース抵抗180Ω/sqで電流利得70(1kA/cm2)と増幅し、移動度5000cm2/V・s、シートキャリア濃度2.1×1012cm-2、ピンチオフ電圧−0.5Vと動作するトランジスタ素子を得ることができた。 In the present invention, the transistor epitaxial wafer 1 having a BI-FET structure is manufactured by growing the HBT structure layer 4 on the HEMT structure layer 3, so that the obtained transistor epitaxial wafer 1 is formed into an element. Thus, when used as a power amplifier for transmission and reception, a transistor element that operates at a low voltage, suppresses distortion of an output signal, reduces power consumption, and has high mobility can be realized. Specifically, in this embodiment, the base resistance is 180 Ω / sq and the current gain is 70 (1 kA / cm 2 ), the mobility is 5000 cm 2 / V · s, the sheet carrier concentration is 2.1 × 10 12 cm −. 2. A transistor element operating with a pinch-off voltage of −0.5 V could be obtained.
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、基板として半絶縁性のGaAs基板2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。 For example, in the above embodiment, the semi-insulating GaAs substrate 2 is used as the substrate, but the present invention can also be applied to Si substrates and InP substrates.
また、基板上にHBT構造層4のみを形成してHBT単体を製造する場合にも、本発明は適用可能である。 The present invention can also be applied to the case where a single HBT is manufactured by forming only the HBT structure layer 4 on the substrate.
1 トランジスタ用エピタキシャルウェハ
2 GaAs基板(基板)
3 HEMT構造層(高電子移動度トランジスタ構造層)
4 HBT構造層(ヘテロバイポーラトランジスタ構造層)
5 バッファ層
6,10 電子供給層
7,9 スペーサ層
8 チャネル層
11 ショットキー層
12 エッチングストッパ層
13 サブコレクタ層
14 コレクタ層
15 ベース層
16 エミッタ層
17 バラスト層
18 ノンアロイ層
19 グレーデッドノンアロイ層
20 均一組成ノンアロイ層
1 Epitaxial wafer for transistor 2 GaAs substrate (substrate)
3 HEMT structure layer (high electron mobility transistor structure layer)
4 HBT structure layer (heterobipolar transistor structure layer)
5 Buffer layers 6, 10 Electron supply layers 7, 9 Spacer layer 8 Channel layer 11 Schottky layer 12 Etching stopper layer 13 Subcollector layer 14 Collector layer 15 Base layer 16 Emitter layer 17 Ballast layer 18 Non-alloy layer 19 Graded non-alloy layer 20 Uniform composition non-alloy layer
Claims (3)
前記高電子移動度トランジスタ構造層上に、コレクタ層、ベース層、エミッタ層及びノンアロイ層を有するヘテロバイポーラトランジスタ構造層を形成する工程と、
を有するトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記ヘテロバイポーラトランジスタ構造層を、気相成長法により成長温度400℃以上600℃以下で、かつ、一定の成長温度で成長するようにした
ことを特徴とするトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。 Forming a high electron mobility transistor structure layer having an electron supply layer and a channel layer on a substrate;
Forming a heterobipolar transistor structure layer having a collector layer, a base layer, an emitter layer and a non-alloy layer on the high electron mobility transistor structure layer;
In a method of manufacturing an epitaxial wafer for a transistor having
A method for producing an epitaxial wafer for a transistor, wherein the heterobipolar transistor structure layer is grown at a constant growth temperature by a vapor deposition method at a growth temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
請求項1記載のトランジスタ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 according to claim 1, wherein the electron supply layer comprises an n-type AlGaAs layer doped with Si.
請求項1記載のトランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。 The method for manufacturing an epitaxial wafer for a transistor according to claim 1, wherein the dopant of the electron supply layer is selected from Si, Se, and Te.
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