JP2015233089A - Epitaxial wafer for compound semiconductor element and compound semiconductor element - Google Patents
Epitaxial wafer for compound semiconductor element and compound semiconductor element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015233089A JP2015233089A JP2014119635A JP2014119635A JP2015233089A JP 2015233089 A JP2015233089 A JP 2015233089A JP 2014119635 A JP2014119635 A JP 2014119635A JP 2014119635 A JP2014119635 A JP 2014119635A JP 2015233089 A JP2015233089 A JP 2015233089A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron mobility
- compound semiconductor
- layer
- high electron
- mobility transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 39
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 abstract description 6
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 16
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 8
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000018936 Vitellaria paradoxa Nutrition 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910021480 group 4 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021476 group 6 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 that is Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
本発明は、基板上に高電子移動度トランジスタ(HEMT;High Electron Mobility Transistor)構造とヘテロバイポーラトランジスタ(HBT;Heterojunction Bipolar Transistor)構造とを積層してなる化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ及び化合物半導体素子に関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer for a compound semiconductor device, and a compound semiconductor device, in which a high electron mobility transistor (HEMT) structure and a hetero bipolar transistor (HBT) structure are stacked on a substrate. .
ヘテロバイポーラトランジスタは、低歪で超高速動作が可能であり、主に携帯電話や無線ローカルエリアネットワーク(LAN;Local Area Network)等の送信部におけるパワーアンプ(PA;Power Amplifier)として使用されている。 Hetero bipolar transistors are capable of ultra-high speed operation with low distortion, and are mainly used as power amplifiers (PAs) in transmitters such as mobile phones and wireless local area networks (LANs). .
このヘテロバイポーラトランジスタと高電子移動度トランジスタとを併せ持つものがBiHEMT(又はBiFET)であり(例えば、特許文献1を参照)、これにより、ヘテロバイポーラトランジスタからなるパワーアンプの周辺回路の一部を集積化してワンチップ化することが可能となり、モジュールの小型化や伝送経路の短縮化(伝送損失の低減)を実現することができることから、モジュール特性の向上等の優位性を確保することが可能となる。 BiHEMT (or BiFET) is a combination of this heterobipolar transistor and a high electron mobility transistor (see, for example, Patent Document 1), whereby a part of a peripheral circuit of a power amplifier composed of a heterobipolar transistor is integrated. It is possible to reduce the size of the module and shorten the transmission path (reduction of transmission loss), so that it is possible to secure advantages such as improved module characteristics. Become.
BiHEMTは、基本的には、化合物半導体からなる基板上に高電子移動度トランジスタ構造を形成し、高電子移動度トランジスタ構造上にヘテロバイポーラトランジスタ構造を形成した多層構造となっている。 The BiHEMT basically has a multilayer structure in which a high electron mobility transistor structure is formed on a substrate made of a compound semiconductor, and a heterobipolar transistor structure is formed on the high electron mobility transistor structure.
高電子移動度トランジスタ構造をヘテロバイポーラトランジスタ構造よりも下層側、即ち基板側に形成する理由は、高電子移動度トランジスタには、高性能な高抵抗バッファ層が必須であり、これを実現するためには、高電子移動度トランジスタ構造をヘテロバイポーラトランジスタ構造よりも基板側に形成する方が有利だからである。 The reason why the high electron mobility transistor structure is formed on the lower layer side, that is, the substrate side than the heterobipolar transistor structure is that the high electron mobility transistor requires a high-performance high-resistance buffer layer. This is because it is more advantageous to form the high electron mobility transistor structure on the substrate side than the heterobipolar transistor structure.
なお、ヘテロバイポーラトランジスタ構造を高電子移動度トランジスタ構造よりも下層側に形成する場合も少なからず存在するが、この場合、高電子移動度トランジスタに必須となる高抵抗バッファ層を相当に厚くエピタキシャル成長させる必要があるため、前者の構造と比較して価格面で不利になる。 In many cases, the heterobipolar transistor structure is formed on the lower layer side than the high electron mobility transistor structure. In this case, however, the high resistance buffer layer essential for the high electron mobility transistor is epitaxially grown to a considerable thickness. Because it is necessary, it is disadvantageous in price compared with the former structure.
BiHEMT中の高電子移動度トランジスタ構造やヘテロバイポーラトランジスタ構造の構造や材質は、基本的には、従来から存在する高電子移動度トランジスタやヘテロバイポーラトランジスタの単体品と同一であり、単にこれらの単体品が積層されているに過ぎない。 The structure and material of the high electron mobility transistor structure and the heterobipolar transistor structure in BiHEMT are basically the same as the conventional single unit of the high electron mobility transistor and the heterobipolar transistor. The product is only laminated.
高電子移動度トランジスタ構造とヘテロバイポーラトランジスタ構造とを分離するために、専ら選択エッチングし易いInGaPや、これよりもやや選択性に劣るが容易にエピタキシャル成長させることができるAlAsからなる分離層が使用されている。 In order to separate the high electron mobility transistor structure from the heterobipolar transistor structure, an isolation layer made of InGaP that is easy to selectively etch, or AlAs that is slightly inferior in selectivity but can be easily epitaxially grown is used. ing.
同一の基板上に積層された高電子移動度トランジスタ構造とヘテロバイポーラトランジスタ構造は、高電子移動度トランジスタ部やヘテロバイポーラトランジスタ部として同一の場所で同時に使用することができず、配線パターンや電極部等を除くと、何れか一方のみが使用されるような排他的な使い方をされることになる。 High electron mobility transistor structure and heterobipolar transistor structure stacked on the same substrate cannot be used at the same place as high electron mobility transistor part or heterobipolar transistor part at the same time. Excluding etc., it will be used exclusively so that only one of them is used.
高電子移動度トランジスタ構造は、少なくとも、電流リークを防止すると共に歪を緩衝するためのバッファ層と、電子を供給するための第1の電子供給層と、電子が走行するためのチャネル層と、電子を供給するための第2の電子供給層と、ショットキー電極と接触すると共に耐圧を確保するためのショットキー層と、n型キャリアが高濃度に添加(ドーピング)されると共に電極となる金属との接触抵抗を小さくするためのコンタクト層と、を基板上に順に積層してなる。 The high electron mobility transistor structure includes at least a buffer layer for preventing current leakage and buffering strain, a first electron supply layer for supplying electrons, a channel layer for traveling electrons, A second electron supply layer for supplying electrons, a Schottky layer for making contact with the Schottky electrode and ensuring a withstand voltage, and a metal that is added (doped) with n-type carriers in a high concentration and becomes an electrode And a contact layer for reducing the contact resistance with the substrate are sequentially laminated on the substrate.
そして、コンタクト層上に高電子移動度トランジスタ構造とヘテロバイポーラトランジスタ構造とを分離すると共にInGaPやAlAsからなる分離層が形成されている。 On the contact layer, a high electron mobility transistor structure and a heterobipolar transistor structure are separated, and an isolation layer made of InGaP or AlAs is formed.
また、ヘテロバイポーラトランジスタ構造は、少なくとも、外部に電流を取り出すためのサブコレクタ層と、電子を集めるためのコレクタ層と、電子の流れを制御するためのベース層と、電子を放射するためのエミッタ層と、外部から電流を注入するためのエミッタコンタクト層と、を分離層上に順に積層してなる。 Further, the heterobipolar transistor structure includes at least a subcollector layer for extracting current to the outside, a collector layer for collecting electrons, a base layer for controlling the flow of electrons, and an emitter for emitting electrons. A layer and an emitter contact layer for injecting current from the outside are sequentially stacked on the separation layer.
これらの薄膜多層構造は、有機金属気相成長(MOVPE;Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、又はMOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法や分子線成長(MBE;Molecular Beam Epitaxy)法等の方法により形成することができる。 These thin film multilayer structures should be formed by methods such as metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). Can do.
有機金属気相成長法は、固体又は液体の有機金属原料をガス化して供給し、昇温させた基板上で熱分解乃至化学反応させることにより、基板上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させる方法であり、分子線成長法は、超真空中で薄膜結晶の構成元素のそれぞれを別々のルツボから蒸発させて分子線の形で昇温させた基板上に供給し、その上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させる方法である。 The metalorganic vapor phase epitaxy method is a method of epitaxially growing a thin film crystal on a substrate by gasifying and supplying a solid or liquid organometallic raw material and performing thermal decomposition or chemical reaction on the substrate that has been heated. The molecular beam growth method is a method in which each constituent element of a thin film crystal is evaporated from a separate crucible in an ultra vacuum and supplied onto a substrate heated in the form of a molecular beam, and a thin film crystal is epitaxially grown thereon. is there.
但し、分子線成長法は、超真空が要求されることから、蒸気圧の高い燐系のエピタキシャル成長が苦手であり、BiHEMTの場合、専ら有機金属気相成長法が採用されている。 However, since the molecular beam growth method requires ultra-vacuum, it is not good at phosphorus-based epitaxial growth with a high vapor pressure. In the case of BiHEMT, the metal organic vapor phase growth method is exclusively employed.
これらの方法により、基板上に薄膜多層構造がエピタキシャル成長されてなる化合物半導体素子用エピタキシャルウェハが完成し、その後のパターン形成、エッチング、電極(エミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極、ソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極)形成、保護膜形成、及びパッケージング等の加工工程を経てBiHEMTを使用した化合物半導体素子が完成する。 By these methods, an epitaxial wafer for a compound semiconductor device in which a thin film multilayer structure is epitaxially grown on a substrate is completed, and subsequent pattern formation, etching, electrodes (emitter electrode, base electrode, collector electrode, source electrode, gate electrode, And a drain electrode) formation, protective film formation, packaging, and other processing steps complete a compound semiconductor device using BiHEMT.
前述の通り、一般的なBiHEMTであれば、化合物半導体素子用エピタキシャルウェハの下半分が高電子移動度トランジスタ構造となり、上半分がヘテロバイポーラトランジスタ構造となるが、これらを高電子移動度トランジスタ部やヘテロバイポーラトランジスタ部として同一の場所に作製することはできないので排他的に使用されることになる。 As described above, in the case of a general BiHEMT, the lower half of the compound semiconductor device epitaxial wafer has a high electron mobility transistor structure and the upper half has a heterobipolar transistor structure. Since it cannot be produced in the same place as the heterobipolar transistor part, it is used exclusively.
また、これも一般的であるが、パワーアンプとなるヘテロバイポーラトランジスタ部の面積が大きく、バイアス回路等の周辺回路に使用される高電子移動度トランジスタ部の面積は小さい。 Moreover, although this is also common, the area of the heterobipolar transistor part which becomes a power amplifier is large, and the area of the high electron mobility transistor part used for peripheral circuits such as a bias circuit is small.
なお、絶縁領域が必要に応じて形成されるが、その方法としては、イオンを打ち込んで高抵抗化したり、エッチングによりトレンチを掘り込んだりする方法がある。 An insulating region is formed as necessary. As a method therefor, there are a method in which ions are implanted to increase the resistance, or a trench is dug by etching.
前述の通り、BiHEMTは、従来の高電子移動度トランジスタやヘテロバイポーラトランジスタの単体品を組み合わせて作製したモジュールに対して、モジュールの小型化や伝送経路の短縮化による電気特性の向上が期待される。 As described above, BiHEMT is expected to improve electrical characteristics by reducing the size of the module and shortening the transmission path, compared to a module manufactured by combining conventional high electron mobility transistors and heterobipolar transistors. .
しかしながら、BiHEMTの高電子移動度トランジスタ部は、単体品の高電子移動度トランジスタよりも電子移動度が劣化(低下)する問題があり、例えば、バンドによりフィルタの切り替えが必要となるマルチバンド型のパワーアンプにおいて、出力先を切り替える高性能なパワースイッチとして使用することができず、専ら制御回路としての使用に限定されていた。 However, the high electron mobility transistor portion of BiHEMT has a problem that the electron mobility is deteriorated (decreased) as compared with a single high electron mobility transistor. For example, a multiband type in which a filter needs to be switched depending on a band. In a power amplifier, it cannot be used as a high-performance power switch for switching an output destination, and is limited to use as a control circuit exclusively.
そこで、本発明の目的は、高電子移動度トランジスタ部の電子移動度を少なくとも単体品の高電子移動度トランジスタと同程度とすることが可能な化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ及び化合物半導体素子を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an epitaxial wafer for a compound semiconductor device and a compound semiconductor device capable of making the electron mobility of a high electron mobility transistor portion at least comparable to that of a single high electron mobility transistor. There is.
この目的を達成するために創案された本発明は、基板上に高電子移動度トランジスタ構造とヘテロバイポーラトランジスタ構造とを積層してなる化合物半導体素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記高電子移動度トランジスタ構造は、n型不純物の濃度が1.0×1018cm-3以上3.0×1018cm-3以下であるサブコレクタ層を有している化合物半導体素子用エピタキシャルウェハである。 The present invention devised to achieve this object is an epitaxial wafer for a compound semiconductor device in which a high electron mobility transistor structure and a heterobipolar transistor structure are laminated on a substrate, wherein the high electron mobility transistor structure is , An epitaxial wafer for a compound semiconductor device having a subcollector layer having an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 or more and 3.0 × 10 18 cm −3 or less.
前記n型不純物は、Si、S、又はGeの何れか一つであると良い。 The n-type impurity may be any one of Si, S, or Ge.
また、本発明は、前記化合物半導体素子用エピタキシャルウェハを使用して作製されている化合物半導体素子である。 Moreover, this invention is the compound semiconductor element produced using the said epitaxial wafer for compound semiconductor elements.
本発明によれば、高電子移動度トランジスタ部の電子移動度を少なくとも単体品の高電子移動度トランジスタと同程度とすることが可能な化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ及び化合物半導体素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an epitaxial wafer for a compound semiconductor device and a compound semiconductor device capable of making the electron mobility of the high electron mobility transistor portion at least as high as that of a single high electron mobility transistor. it can.
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.
図1に示すように、本発明の好適な実施の形態に係る化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ100は、基板200上に高電子移動度トランジスタ構造300とヘテロバイポーラトランジスタ構造400とを積層してなる。
As shown in FIG. 1, an
高電子移動度トランジスタ構造300は、半絶縁性GaAsからなる基板200上に形成されると共にアンドープ型GaAsからなる厚さが500nmのバッファ層301と、バッファ層301上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが30nmの第1の電子供給層302と、第1の電子供給層302上に形成されると共にアンドープ型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが10nmの第1のスペーサ層303と、第1のスペーサ層303上に形成されると共にアンドープ型InxGa1-xAs(x=0.18)からなる厚さが15nmのチャネル層304と、チャネル層304上に形成されると共にアンドープ型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが10nmの第2のスペーサ層305と、第2のスペーサ層305上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型AlxGa1-xAs(x=0.48)からなる厚さが30nmの第2の電子供給層306と、第2の電子供給層306上に形成されると共にアンドープ型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが30nmのショットキー層307と、ショットキー層307上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが600nmのコンタクト層308と、を有している。
The high electron
高電子移動度トランジスタ構造300を構成する各層をエピタキシャル成長させる際には、基板200上にキャリアガスと共にIII族原料ガス、V族原料ガス、及びドーパント原料ガスを供給し、成長温度を580℃以上750℃以下、成長圧力を6666Pa、V/III比を10以上300以下とし、有機金属気相成長法により順にエピタキシャル成長させることが好ましい。
When the layers constituting the high electron
ヘテロバイポーラトランジスタ構造400は、高電子移動度トランジスタ構造300上に形成されると共にアンドープ型InxGax-1P(x=0.48)からなる厚さが10nmの分離層500を挟み、分離層500上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが500nmのサブコレクタ層401と、サブコレクタ層401上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが700nmのコレクタ層402と、コレクタ層402上に形成されると共にp型不純物としてCを含むp型GaAsからなる厚さが120nmのベース層403と、ベース層403上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型InxGax-1P(x=0.48)からなる厚さが40nmのエミッタ層404と、エミッタ層404上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが100nmのエミッタコンタクト層405と、エミッタコンタクト層405上に形成されると共にn型不純物としてSiを含むn型InxGax-1As(0<x<1)からなる厚さが100nmのノンアロイコンタクト層406と、を有している。
The
分離層500は、その下層のコンタクト層308よりも低い温度でエピタキシャル成長させる必要があるため、コンタクト層308をエピタキシャル成長させた後に温度インターバルを設けて分離層500をエピタキシャル成長させることが好ましい。
Since the
具体的には、コンタクト層308をエピタキシャル成長させた後にキャリアガスとアルシン(AsH3)を供給しながら降温させた後、V族原料ガスをアルシンからホスフィン(PH3)に切り替え、成長温度を550℃以下、成長圧力を6666Pa、V/III比を10以上300以下とし、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させることが好ましい。
Specifically, after the
ヘテロバイポーラトランジスタ構造400を構成する各層をエピタキシャル成長させる際には、キャリアガスとホスフィンを供給しながら昇温させた後、ホスフィンをアルシンに切り替え、高電子移動度トランジスタ構造300における電子移動度の低下を招かないように成長温度を高電子移動度トランジスタ構造300の成長温度よりも低い400℃以上580℃以下、成長圧力を6666Pa、V/III比を1以上75以下とし、有機金属気相成長法により順にエピタキシャル成長させることが好ましい。
When the layers constituting the
これらの成膜工程を経て得られた化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ100にいくつかの加工工程を施し、図2に示すように、エミッタ電極601、ベース電極602、コレクタ電極603、ソース電極604、ゲート電極605、及びドレイン電極606を形成することにより、高電子移動度トランジスタ部700とヘテロバイポーラトランジスタ部800とを有している化合物半導体素子600を作製することができる。
The compound semiconductor device
なお、高電子移動度トランジスタ部700とヘテロバイポーラトランジスタ部800との間には、絶縁領域900が形成されている。
Note that an
さて、本実施の形態に係る化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ100では、高電子移動度トランジスタ構造300は、n型不純物の濃度が1.0×1018cm-3以上3.0×1018cm-3以下であるサブコレクタ層401を有している。
In the
これにより、化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ100を使用して化合物半導体素子600を作製したときに、高電子移動度トランジスタ部700の電子移動度を少なくとも単体品の高電子移動度トランジスタと同程度とすることが可能となる。
Thereby, when the
これに対して、サブコレクタ層401におけるn型不純物の濃度を1.0×1018cm-3未満とすると、サブコレクタ層401におけるキャリア濃度の低下に伴う抵抗の増加により、ヘテロバイポーラトランジスタ部800のオン抵抗が上昇し、これが実用的な範囲を超えてしまう。また、サブコレクタ層401におけるn型不純物の濃度を3.0×1018cm-3超とすると、高電子移動度トランジスタ部700における電子移動度の低下が生じてしまう。
On the other hand, when the concentration of the n-type impurity in the
つまり、サブコレクタ層401におけるn型不純物の濃度を1.0×1018cm-3以上3.0×1018cm-3以下とすることにより、従来と同じ性能であれば、特性向上分を化合物半導体素子600の小型化に充てられるため、スマートフォンなど、多機能であるが故に非常に多くのデバイスを収納しなければならない高機能な携帯端末において有利になる。
That is, by setting the concentration of the n-type impurity in the
これまで説明してきた実施の形態においては、サブコレクタ層のn型不純物がSiである例を説明したが、その他のIV族元素、即ちS又はGe等の何れか一つであっても構わない。 In the embodiments described so far, the example in which the n-type impurity of the subcollector layer is Si has been described. However, any other group IV element, that is, S or Ge may be used. .
これらのn型不純物は、3.0×1018cm-3以上の高濃度に添加することが困難であり、アンチサイトや格子間に入り込むようなオーバードープをしなければ、必然的に濃度が1.0×1018cm-3以上3.0×1018cm-3以下の範囲に収まり、先の効果を奏することができる。 These n-type impurities are difficult to be added at a high concentration of 3.0 × 10 18 cm −3 or more, and the concentration is inevitably necessary unless overdoping is performed so as to enter the antisite or the lattice. It is within the range of 1.0 × 10 18 cm −3 or more and 3.0 × 10 18 cm −3 or less, and the above effect can be achieved.
これらに対して、SeやTe等のVI族元素は、温度に対して負のドーピング特性を持つため、低温でしか濃度を高くすることができず、他の層をエピタキシャル成長させる際の高温下で拡散が生じてしまうので実用的ではない。 On the other hand, group VI elements such as Se and Te have a negative doping characteristic with respect to temperature, so that the concentration can be increased only at a low temperature, and at a high temperature when other layers are epitaxially grown. Since diffusion occurs, it is not practical.
以下、本発明に係る数値限定の理由を説明する。 Hereinafter, the reason for the numerical limitation according to the present invention will be described.
先ず、有機金属気相成長法により、半絶縁性GaAsからなる基板上に、アンドープ型GaAsからなる厚さが500nmのバッファ層と、n型不純物としてSiを含むn型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが30nmの第1の電子供給層と、アンドープ型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが10nmの第1のスペーサ層と、アンドープ型InxGa1-xAs(x=0.18)からなる厚さが15nmのチャネル層と、アンドープ型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが10nmの第2のスペーサ層と、n型不純物としてSiを含むn型AlxGa1-xAs(x=0.48)からなる厚さが30nmの第2の電子供給層と、アンドープ型AlxGa1-xAs(x=0.3)からなる厚さが30nmのショットキー層と、n型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが600nmのコンタクト層と、を順に積層して高電子移動度トランジスタ構造を形成した。 First, by a metal organic chemical vapor deposition method, a buffer layer made of undoped GaAs with a thickness of 500 nm and an n-type Al x Ga 1-x As containing Si as an n-type impurity are formed on a substrate made of semi-insulating GaAs. A first electron supply layer having a thickness of 30 nm made of (x = 0.3) and a first spacer layer having a thickness of 10 nm made of undoped Al x Ga 1-x As (x = 0.3) And a channel layer made of undoped In x Ga 1-x As (x = 0.18) having a thickness of 15 nm and a thickness made of undoped Al x Ga 1-x As (x = 0.3). A 10 nm second spacer layer; a 30 nm thick second electron supply layer comprising n-type Al x Ga 1-x As (x = 0.48) containing Si as an n-type impurity; and undoped Al x Ga 1-x As (x = 0.3) having a thickness of the 30nm of shea And Ttoki layer was laminated thickness and 600nm of the contact layer made of n-type GaAs containing Si as n-type impurity, in this order to form a high electron mobility transistor structure.
次に、有機金属気相成長法により、高電子移動度トランジスタ構造上に、アンドープ型InxGax-1P(x=0.48)からなる厚さが10nmの分離層を挟み、n型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが500nmのサブコレクタ層と、n型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが700nmのコレクタ層と、p型不純物として炭素を含むp型GaAsからなる厚さが120nmのベース層と、n型不純物としてSiを含むn型InxGax-1P(x=0.48)からなる厚さが40nmのエミッタ層と、n型不純物としてSiを含むn型GaAsからなる厚さが100nmのエミッタコンタクト層と、n型不純物としてSiを含むn型InxGax-1As(0<x<1)からなる厚さが100nmのノンアロイコンタクト層と、を順に積層してヘテロバイポーラトランジスタ構造を形成した。 Next, an n-type separation layer made of undoped In x Ga x-1 P (x = 0.48) is sandwiched on the high electron mobility transistor structure by metal organic vapor phase epitaxy. A sub-collector layer with a thickness of 500 nm made of n-type GaAs containing Si as an impurity, a collector layer with a thickness of 700 nm made of n-type GaAs containing Si as an n-type impurity, and a p-type containing carbon as a p-type impurity. A base layer made of GaAs having a thickness of 120 nm, an emitter layer made of n-type In x Ga x-1 P (x = 0.48) containing Si as an n-type impurity, and an n-type impurity an emitter contact layer thickness of n-type GaAs is 100nm containing Si, n-type in x containing Si as n-type impurity Ga x-1 as (0 < x <1) is 100nm thick consisting Non'aro Forming a hetero bipolar transistor structure by laminating a contact layer, in this order.
この際、サブコレクタ層におけるn型不純物の濃度を、サブコレクタ層におけるキャリア濃度の低下に伴う抵抗の増加により、ヘテロバイポーラトランジスタ部のオン抵抗が上昇することのない下限値である1.0×1018cm-3から、2.0×1018cm-3、3.0×1018cm-3、4.0×1018cm-3、5.0×1018cm-3と変化させることにより、複数枚の化合物半導体素子用エピタキシャルウェハを作製し、いくつかの加工工程を経てそれぞれの化合物半導体素子用エピタキシャルウェハを化合物半導体素子に加工した。 At this time, the concentration of the n-type impurity in the subcollector layer is 1.0 ×, which is a lower limit value that does not increase the on-resistance of the heterobipolar transistor portion due to an increase in resistance accompanying a decrease in carrier concentration in the subcollector layer. Change from 10 18 cm −3 to 2.0 × 10 18 cm −3 , 3.0 × 10 18 cm −3 , 4.0 × 10 18 cm −3 , 5.0 × 10 18 cm −3. Thus, a plurality of epitaxial wafers for compound semiconductor elements were produced, and the epitaxial wafers for compound semiconductor elements were processed into compound semiconductor elements through several processing steps.
これらの化合物半導体素子について、高電子移動度トランジスタ部の電子移動度を測定した。その結果を図3に示す。 About these compound semiconductor elements, the electron mobility of the high electron mobility transistor part was measured. The result is shown in FIG.
図3から分かるように、サブコレクタ層におけるn型不純物の濃度が3.0×1018cm-3を超えると、高電子移動度トランジスタ部における電子移動度の低下が顕著になる。 As can be seen from FIG. 3, when the concentration of the n-type impurity in the subcollector layer exceeds 3.0 × 10 18 cm −3 , the decrease in electron mobility in the high electron mobility transistor portion becomes significant.
以上の結果から、本発明では、サブコレクタ層におけるn型不純物の濃度を1.0×1018cm-3以上3.0×1018cm-3以下に規定した。 From the above results, in the present invention, the concentration of the n-type impurity in the subcollector layer is defined to be 1.0 × 10 18 cm −3 or more and 3.0 × 10 18 cm −3 or less.
100 化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ
200 基板
300 高電子移動度トランジスタ構造
301 バッファ層
302 第1の電子供給層
303 第1のスペーサ層
304 チャネル層
305 第2のスペーサ層
306 第2の電子供給層
307 ショットキー層
308 コンタクト層
400 ヘテロバイポーラトランジスタ構造
401 サブコレクタ層
402 コレクタ層
403 ベース層
404 エミッタ層
405 エミッタコンタクト層
406 ノンアロイコンタクト層
500 分離層
600 化合物半導体素子
601 エミッタ電極
602 ベース電極
603 コレクタ電極
604 ソース電極
605 ゲート電極
606 ドレイン電極
700 高電子移動度トランジスタ部
800 ヘテロバイポーラトランジスタ部
900 絶縁領域
100 epitaxial wafer for
Claims (3)
前記高電子移動度トランジスタ構造は、n型不純物の濃度が1.0×1018cm-3以上3.0×1018cm-3以下であるサブコレクタ層を有していることを特徴とする化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ。 In an epitaxial wafer for compound semiconductor devices in which a high electron mobility transistor structure and a heterobipolar transistor structure are stacked on a substrate,
The high electron mobility transistor structure includes a sub-collector layer having an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 18 cm −3 or more and 3.0 × 10 18 cm −3 or less. Epitaxial wafer for compound semiconductor devices.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014119635A JP2015233089A (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Epitaxial wafer for compound semiconductor element and compound semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014119635A JP2015233089A (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Epitaxial wafer for compound semiconductor element and compound semiconductor element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015233089A true JP2015233089A (en) | 2015-12-24 |
Family
ID=54934383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014119635A Pending JP2015233089A (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Epitaxial wafer for compound semiconductor element and compound semiconductor element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015233089A (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08327957A (en) * | 1995-05-30 | 1996-12-13 | Toshiba Corp | Semiconductor optical modulator |
JPH09293854A (en) * | 1996-02-29 | 1997-11-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | Heavily doped semiconductor and its manufacture |
JP2003007840A (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Nec Corp | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
JP2003022976A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Toshiba Corp | Organometallic vapor growth device |
WO2005096365A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Nec Corporation | Semiconductor device |
JP2006310464A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Signal distortion suppressor |
JP2011009722A (en) * | 2009-05-26 | 2011-01-13 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Semiconductor substrate, process for producing semiconductor substrate, and electronic device |
WO2011093473A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 富士電機システムズ株式会社 | Semiconductor device |
JP2014503452A (en) * | 2010-11-23 | 2014-02-13 | エバーグリーン ソーラー, インコーポレイテッド | Method for reducing the resistivity range of semiconductor crystalline sheets grown in a multi-lane furnace. |
-
2014
- 2014-06-10 JP JP2014119635A patent/JP2015233089A/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08327957A (en) * | 1995-05-30 | 1996-12-13 | Toshiba Corp | Semiconductor optical modulator |
JPH09293854A (en) * | 1996-02-29 | 1997-11-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | Heavily doped semiconductor and its manufacture |
JP2003007840A (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Nec Corp | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
JP2003022976A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Toshiba Corp | Organometallic vapor growth device |
WO2005096365A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Nec Corporation | Semiconductor device |
JP2006310464A (en) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Signal distortion suppressor |
JP2011009722A (en) * | 2009-05-26 | 2011-01-13 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Semiconductor substrate, process for producing semiconductor substrate, and electronic device |
WO2011093473A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | 富士電機システムズ株式会社 | Semiconductor device |
JP2014503452A (en) * | 2010-11-23 | 2014-02-13 | エバーグリーン ソーラー, インコーポレイテッド | Method for reducing the resistivity range of semiconductor crystalline sheets grown in a multi-lane furnace. |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101656531B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
JP2013089970A (en) | Group iii metal nitride-insulator semiconductor heterostructure field effect transistor | |
JP2017126762A (en) | Semiconductor substrate, semiconductor substrate manufacturing method and electronic device | |
JP5343910B2 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor device | |
JP2003297849A (en) | Heterojunction bipolar transistor and manufacture method therefor | |
CN107004600B (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
WO2010134334A1 (en) | Semiconductor substrate, electronic device, semiconductor substrate manufacturing method, and electronic device manufacturing method | |
US20160005841A1 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
US8896028B2 (en) | Semiconductor device, manufacturing method thereof, protective element, and manufacturing method thereof | |
JP6242678B2 (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2013225621A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
US9570595B2 (en) | Transistor and method of making | |
JP2008004807A (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
JP2013021024A (en) | Transistor element | |
TW201409687A (en) | Bipolar transistor with high electron mobility | |
JP2007103727A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing same | |
CN212182338U (en) | Semiconductor structure | |
JP2015233089A (en) | Epitaxial wafer for compound semiconductor element and compound semiconductor element | |
JP5487708B2 (en) | Method for manufacturing epitaxial wafer for transistor element | |
CN111129120A (en) | NPN type transverse GaN/SiGe HBT device structure and preparation method thereof | |
JPH03145139A (en) | Field-effect transistor and manufacture thereof | |
JP2007042936A (en) | Group iii-v compound semiconductor epitaxial wafer | |
US10312324B2 (en) | Epitaxial wafer for hetero-junction bipolar transistor and hetero-junction bipolar transistor | |
JP2012160662A (en) | Method of manufacturing epitaxial wafer for transistors | |
CN211743162U (en) | NPN type transverse SOI AlGaN/Si HBT device structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20151130 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170509 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180306 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180417 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180606 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180626 |