JP3277809B2 - 化合物半導体結晶成長方法及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents
化合物半導体結晶成長方法及びヘテロ接合バイポーラトランジスタInfo
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体層を成長させて積層する化合物半導体結晶成長方法及
びヘテロ接合バイポーラトランジスタに係り、特にベー
ス層とエミッタ層との界面付近の結晶性を良くして成長
させることができる化合物半導体結晶成長方法及びその
方法で作製したヘテロ接合バイポーラトランジスタに関
するものである。
ンジスタには、レーザ及び高電子移動度トランジスタ
(HEMT)や、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
(HBT)がある。これらトランジスタの結晶領域に
は、GaAsに代表される高移動度化合物半導体が利用
されており、最近、HBTのエミッタ層に従来のn−A
lGaAsに変えてn−InGaPを用いることでデバ
イスの信頼性が高くなることが報告された。
る化合物半導体層は、主としてエピタキシャル成長法に
より結晶成長されている。そして、このInGaP等の
高移動度化合物半導体のエピタキシャル成長法として
は、現在、有機金属気相成長(MOVPE)法が一般的
に用いられている。
長させる際には、Inの原料としてトリメチルインジウ
ム(TMI)、Gaの原料としてトリメチルガリウム
(TMG)及びトリエチルガリウム(TEG)の有機金
属化合物を用い、また、Pの原料にはホスフィン(PH
3 )、Asの原料には水素化ヒ素(AsH3 )を用いて
成長温度を600℃〜700℃にして成長させている。
有機金属気相成長させて作製するに際しては、ベース層
のp+ −GaAsにドーピングされるp型不純物ドーパ
ントとしてのカーボン(C)のドーピング効率を上げる
ために、ベース層は500℃程度の低温で成長させてい
る。従って、エミッタ層となるn−InGaPの成長温
度は600℃〜700℃であるため、ベース層の成長
後、エミッタ層を成長する際に成長中断を設け、半導体
成長装置を昇温してからエミッタ層が成長されている。
長中断の昇温過程は、p+ −GaAsベース層の結晶欠
陥の原因となり、HBT素子の特性を悪くしてしまう。
すなわち、InGaPはInPとGaPの混晶であり、
それらInPとGaPの二元結晶はそれぞれの結合力が
弱く、600℃〜700℃の高温下ではその結合が切れ
やすい。特にInPは、GaPよりも結合力が弱く(I
nP=21.2(kcal/mol)<GaP=24.4(kcal
/mol)、このInPの結合が切れてしまうと、結晶内に
Inによるクラスターが生成され結晶欠陥の原因とな
る。そのため、InGaPはなるべく低温での成長が望
ましい。
ベース層の成長温度に合わせて500℃付近で成長させ
ることが求められているが、n−InGaPを、ベース
層の成長温度である500℃付近で成長させようとする
と、りん(P)の原料であるPH3 は分解効率が悪くな
るという問題がある。
に500℃付近の一定温度で結晶成長を行い、結晶性の
良いInGaP/GaAsHBTのエピタキシャル成長
法を提供することにある。
に請求項1の発明は、GaAs基板上に、GaAsコレ
クタバッファ層、GaAsコレクタ層、GaAsベース
層、InGaPエミッタ層、及びGaAsエミッタコン
タクト層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタに
おいて、上記InGaP層エミッタ層を、そのPの原料
に450℃〜550℃で50%以上分解する原料を用い
て450℃〜550℃で成長させると共に、上記各層を
450℃〜550℃の範囲内の全層一定温度で成長させ
るものである。
GaP層を成長させる際に、その層中のInPが熱分解
しないので、結晶欠陥が生じない。また、Pの原料にタ
ーシャリーブチルホスフィン(TBP)を用いること
で、450℃〜550℃でも効率良くInGaP層を成
長させることができる。
ッタ層にn−InGaPを用いて成長する場合に、n−
InGaPエミッタ層の成長温度をp+ −GaAsベー
ス層の成長温度に合わせて、かつ連続して成長させるこ
とにある。
をベース層の500℃付近にして、低温での分解効率が
良いTBPを用いることにより、n−InGaPエミッ
タ層にInのクラスターが無く、p+ −GaAsベース
層との界面付近に結晶欠陥がない、特性の優れたHBT
を提供することができる。
させるために、低温で分解効率が悪いPH3 に代えてT
BPを用いた。TBPは50%分解する温度が450℃
であり、500℃付近でのTBPの使用量は、PH3 の
10分の1である。
によりエチル系の有機金属を用いた方がアクセプター不
純物であるカーボンが入りにくい。そこで、n−InG
aPエミッタ層の低温成長には、Inの原料にトリエチ
ルインジウム(TEI)、Gaの原料にトリエチルガリ
ウム(TEG)を用い、高純度化を図ることが望まし
い。
添付図面を用いて詳述する。
半導体製造装置を使用した。
ルウェハの構造図を示す。
ャルウェハ10は、半絶縁性GaAs基板11上に、コ
レクタバッファ層となるn+ −GaAs12、コレクタ
層となるn−GaAs13、ベース層となるp+ −Ga
As14、エミッタ層となるn−InGaP15、エミ
ッタコンタクト層となるn+ −GaAs16、及び一般
にノンアロイオーミックコンタクト層と呼ばれるn+ −
InGaAs17の化合物半導体層が連続的かつ同一の
成長温度で成長され、順に積層されている。
て説明する。
15,16,17を成長させる際には、成長温度を45
0℃〜550℃の範囲内の一定温度に保って成長させ
る。
As12を成長させるには、TMG及びAsH3 ガス中
に大量のSiをドーピングしながら成長させ、n−Ga
As13を成長させるには、TMG及びAsH3 と共に
少量のSiをドーピングしながら成長させる。また、p
+ −GaAs14を成長させるには、TMG及びAsH
3 ガス中で成長させる。
TEG及びTEI及びTBPガス中に少量のSiをドー
ピングしながら成長させる。この時、成長温度が450
℃〜550℃の範囲内なので、n−InGaP15層中
のInPは熱分解せず、n−InGaP15とp+ −G
aAs14との界面付近に結晶欠陥が生じない。また、
Pの原料にTBPを用いることで、450℃〜550℃
でもその50%以上が分解するので、InGaP層を効
率良く成長させることができる。従って、p+−GaA
s14層とn−InGaP15層との界面付近の結晶性
を良くして成長させることができる。
は、TMG及びAsH3 ガス中に大量のSiをドーピン
グしながら成長させ、n+ −InGaAs17を成長さ
せるには、TMG及びAsH3 及びTMIガス中に大量
のSiをドーピングしながら成長させる。
及びそのドーピング量を表1に示す。
の成長過程においてドーパントの種類及びそのドーピン
グ量を変えて成長させる。
体エピタキシャルウェハを有するHBTの、成長温度
(Tg)と電流利得(hfe)との関係を図2に示す。
の範囲内にあっては、本発明の化合物半導体エピタキシ
ャルウェハは高い電流利得を示した。このことは、今回
の低温成長により、HBT素子としての特性が良くなっ
たことを示している。
させて(下層のp+ −GaAsの成長温度は500
℃)、成長中断を設けた場合のTgとhfeとの関係を図
3に示す。
エピタキシャルウェハが高い電流利得を示したのは、T
gが500℃±20℃の範囲内であり、このことは、成
長中断や昇温過程等が悪影響を導いていると考えられ
る。
ェハを成長させるに、各層の結晶成長を連続的に行い、
かつTgを500℃±50℃の範囲内で成長させれば、
結晶欠陥がない半導体化合物エピタキシャルウェハを提
供できる。
優れたHBTエピタキシャルウェハが得られるので、特
性が優れたヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供で
きる。
示す図である。
度(Tg)と電流利得(hfe)との関係を示す図であ
る。
nGaPのみ成長温度を変えたものの成長温度(Tg)
と電流利得(hfe)との関係を示す図である。
GaAs)
Claims (1)
- 【請求項1】 GaAs基板上に、GaAsコレクタバ
ッファ層、GaAsコレクタ層、GaAsベース層、I
nGaPエミッタ層、及びGaAsエミッタコンタクト
層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおい
て、上記InGaP層エミッタ層を、そのPの原料に4
50℃〜550℃で50%以上分解する原料を用いて4
50℃〜550℃で成長させると共に、上記各層を45
0℃〜550℃の範囲内の全層一定温度で成長させるこ
とを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11275196A JP3277809B2 (ja) | 1996-05-07 | 1996-05-07 | 化合物半導体結晶成長方法及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
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Publications (2)
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JPH09298160A JPH09298160A (ja) | 1997-11-18 |
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DE102006024376B4 (de) * | 2006-05-24 | 2016-03-24 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Wälzlager mit unterschiedlichen Führungstaschen |
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JP5543302B2 (ja) * | 2010-09-02 | 2014-07-09 | 住友化学株式会社 | 化合物半導体ウェーハの製造方法及び化合物半導体素子 |
JP5919161B2 (ja) * | 2012-10-10 | 2016-05-18 | 住友化学株式会社 | Iii−v族化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
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1996
- 1996-05-07 JP JP11275196A patent/JP3277809B2/ja not_active Expired - Fee Related
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