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

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の化合物半導
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。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体のヘテロ接合を有するトラ
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。
【0003】このInGaP/GaAsHBTを構成す
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。
【0004】InGaPやGaAs等を有機金属気相成
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。
【0005】ところで、InGaP/GaAsHBTを
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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この成
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。
【0007】以上のことから、エミッタ層の成長温度を
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。
【0008】そこで本発明の目的は、成長中断を設けず
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。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
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。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】本発明はこのように構成することで、In
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。
【0015】すなわち、本発明の要点は、HBTのエミ
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。
【0016】そのためにエミッタ層の成長は、成長温度
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。
【0017】本発明にあっては、InGaPを低温成長
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
10分の1である。
【0018】尚、低温での成長ではメチル系の有機金属
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。
【0019】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好適実施の形態を
添付図面を用いて詳述する。
【0020】尚、結晶成長にはMOVPE法を利用した
半導体製造装置を使用した。
【0021】図1に本発明の化合物半導体エピタキシャ
ルウェハの構造図を示す。
【0022】図示するように、化合物半導体エピタキシ
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。
【0023】次に、各化合物半導体層の成長方法につい
て説明する。
【0024】これら化合物半導体層12,13,14,
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。
【0025】半絶縁性GaAs基板11上にn+ −Ga
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。
【0026】n−InGaP15を成長させる際には、
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。
【0027】更に、n+ −GaAs16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+ −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。
【0028】これら化合物半導体層のドーパントの種類
及びそのドーピング量を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】このように各層は、従来技術と同様に、そ
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。
【0031】次に、本発明法により作製した化合物半導
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。
【0032】図示するように、Tgが500℃±50℃
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。
【0033】次に、n−InGaPのみ成長温度を変化
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。
【0034】図示するように、この場合、化合物半導体
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。
【0035】すなわち、半導体化合物エピタキシャルウ
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。
【0036】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、結晶性の
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のHBTエピタキシャルウェハの構造を
示す図である。
【図2】本発明のHBTエピタキシャルウェハの成長温
度(Tg)と電流利得(hfe)との関係を示す図であ
る。
【図3】本発明のHBTエピタキシャルウェハのn−I
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。
【符号の説明】
10 HBTエピタキシャルウェハ 11 半絶縁性GaAs基板 12 コレクタバッファ層(n+ −GaAs) 13 コレクタ層(n−GaAs) 14 ベース層(p+ −GaAs) 15 エミッタ層(n−InGaP) 16 エミッタコンタクト層(n+ −GaAs) 17 ノンアロイオーミックコンタクト層(n+ −In
GaAs)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−20964(JP,A) 特開 平6−97076(JP,A) 特開 平9−50963(JP,A) 特開 平7−321041(JP,A) 特開 昭63−136616(JP,A) 特開 平1−268114(JP,A) 特開 平8−64613(JP,A) 特開 平5−190467(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/331 H01L 29/205 H01L 29/73

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  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。
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