JP2004282049A - Compound semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Compound semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004282049A JP2004282049A JP2004047366A JP2004047366A JP2004282049A JP 2004282049 A JP2004282049 A JP 2004282049A JP 2004047366 A JP2004047366 A JP 2004047366A JP 2004047366 A JP2004047366 A JP 2004047366A JP 2004282049 A JP2004282049 A JP 2004282049A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compound semiconductor
- layer
- base layer
- semiconductor wafer
- dopant
- 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
Images
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
【課題】 HBTの電流増幅率が大きく、且つそのIcドリフト依存性の小さいHBTを得ること。
【解決手段】 V/III比を3.3〜40の範囲内とし、Cをドーパントとしてp型のGaAs層をMOCVD気相成長させて熱安定性の良好なHBTベース層43を形成する。これによりCとHとの結合様式C2−Hがない状態となる。その後熱処理によってベース層43内に取り込まれたHを除去し、これにより、電流増幅率βが大きく、且つそのIcドリフト依存性の小さいHBTを得る。
【選択図】 図6PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an HBT having a large current amplification factor and a small Ic drift dependency.
SOLUTION: A V / III ratio is set in a range of 3.3 to 40, and a p-type GaAs layer is subjected to MOCVD vapor deposition using C as a dopant to form an HBT base layer 43 having good thermal stability. As a result, there is no bonding mode C2-H between C and H. Thereafter, H taken in the base layer 43 by the heat treatment is removed, thereby obtaining an HBT having a large current amplification factor β and a small Ic drift dependence.
[Selection] Fig. 6
Description
本発明は、ヘテロ結合バイポーラトランジスタ(HBT)素子、HBT用の化合物半導体素子並びにその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor (HBT) device, a compound semiconductor device for an HBT, and a method for manufacturing the same.
HBTは、エミッタ注入効率を高めるため、エミッタ層にベース層よりもバンドギャップの大きい物質を用いてエミッタ−ベース接合をヘテロ接合としたバイポーラトランジスタである。 The HBT is a bipolar transistor in which the emitter-base junction is a heterojunction using a substance having a larger band gap than the base layer for the emitter layer in order to increase the emitter injection efficiency.
例えばGaAs系HBTの場合、一般的には半絶縁性GaAs基板上に有機金属熱分解法(MOCVD法)を用いて、n+ −GaAs層(サブコレクタ層)、n−GaAs層(コレクタ層)、p−GaAs層(ベース層)、n−InGaP層(エミッタ層)、n−GaAs層(サブエミッタ層)を次々に結晶成長させることにより、エミッタ−ベース接合であるpn接合がヘテロ接合の構造となっている上述した層構造の薄膜結晶ウエハを形成し、これを用いてHBTが製造されている。 For example, in the case of a GaAs-based HBT, an n + -GaAs layer (sub-collector layer) and an n-GaAs layer (collector layer) are generally formed on a semi-insulating GaAs substrate by using a metalorganic pyrolysis method (MOCVD method). , A p-GaAs layer (base layer), an n-InGaP layer (emitter layer), and an n-GaAs layer (sub-emitter layer) are successively crystal-grown to form a heterojunction pn junction as an emitter-base junction. The thin film crystal wafer having the above-described layer structure is formed, and the HBT is manufactured using the thin film crystal wafer.
図7は、従来における一般的なGaAs系HBTの構造を模式的に示す図である。HBT100は、半絶縁性のGaAs基板101上にn+ −GaAs層から成るサブコレクタ層102、n−GaAs層から成るコレクタ層103、p−GaAs層から成るベース層104、n−InGaP層から成るエミッタ層105及びn+ −GaAs層から成るサブエミッタ層106、n+ −InGaAs層から成るエミッタコンタクト層107がこの順序でMOCVD法等の適宜の気相成長法を用いて半導体薄膜結晶層として形成されており、サブコレクタ層102上にはコレクタ電極108が、ベース層104上にはベース電極109が、そしてエミッタコンタクト層107上にはエミッタ電極110がそれぞれ形成された構造となっている。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of a conventional general GaAs-based HBT. The
このように構成されるHBTにあっては、その電流増幅率βは、β=Ic/Ib=(In−Ir)/(Ip+Is+Ir)で表される。ここで、Inはエミッタからベースへの電子注入電流、Ipはベースからエミッタへの正孔注入電流、Isはエミッタ/ベース界面再結合電流、Irはベース内での再結合電流である。 In the HBT thus configured, the current amplification factor β is represented by β = Ic / Ib = (In−Ir) / (Ip + Is + Ir). Here, In is an electron injection current from the emitter to the base, Ip is a hole injection current from the base to the emitter, Is is an emitter / base interface recombination current, and Ir is a recombination current in the base.
したがって、電流増幅率βの大きさは、上式より、ベース内での再結合電流であるIrに影響されるが、ベース内での再結合電流はベース層の結晶性に敏感であり、良好なトランジスタ特性を得るためには、ベース層における結晶性を良好なものとする必要がある。
ところで、図7に示されるような層構造のHBT製造用の半導体ウエハを作製する場合において、そのベース層となるp−GaAs薄膜層をMOCVD法により気相成長させる際、ガリウム源であるトリメチルガリウム(TMG)に含まれる炭素(C)をp型ドーパントとして使用することが一般的に行われている。例えばV/III比が20〜150程度で実施するとCの薄膜層への取込みが不充であるので、Cの取込みが急増する2.5以下のV/III比で実施する方法が知られている(特許文献1)。このようにしてp−GaAsの薄膜結晶層をMOCVD反応炉内において気相成長させると、ドーパントとして使用されるCが原料に含まれる水素(H)と結合し、1〜2×1019cm-3ものHがその結晶中に取り込まれてしまうため、ベース層中のキャリアを不活性化させてしまい、HBTにおける電流増幅率特性に影響を与えることになるという問題を生じている。 By the way, when a semiconductor wafer for manufacturing an HBT having a layer structure as shown in FIG. 7 is manufactured, when a p-GaAs thin film layer serving as a base layer is vapor-phase grown by MOCVD, trimethylgallium as a gallium source is used. It is common practice to use carbon (C) contained in (TMG) as a p-type dopant. For example, when the V / III ratio is about 20 to 150, the incorporation of C into the thin film layer is unsatisfactory. Therefore, there is known a method of carrying out at a V / III ratio of 2.5 or less at which the incorporation of C rapidly increases. (Patent Document 1). When the p-GaAs thin film crystal layer is grown in a gas phase in a MOCVD reactor in this manner, C used as a dopant is combined with hydrogen (H) contained in the raw material, resulting in 1-2 × 10 19 cm − Since three kinds of H are taken into the crystal, the carriers in the base layer are inactivated, which causes a problem that the current amplification characteristics of the HBT are affected.
すなわちP型ドーパントとしてのCがHと結合した状態でベース層内に多量に含まれると、HBT素子としての動作中に、電流増幅率がコレクタ電流によりドリフトする、電流増幅率βのIcドリフトと称されるトランジスタ特性の初期変動が生じたり、長期信頼性に問題を生じることが指摘されている。 That is, if a large amount of C as a P-type dopant is contained in the base layer in a state of being combined with H, the current amplification factor drifts due to the collector current during operation as an HBT element. It has been pointed out that the above-mentioned initial fluctuation of the transistor characteristics occurs or a problem occurs in long-term reliability.
これらの問題を解決するため、p−GaAs層の成長後に熱処理を行い、これによってCとHとの結合を切断し、p−GaAs層中のH濃度を減少させることが考えられるが、これを前記公知の方法に適用すると、同時に電流増幅率も低下してしまうという不具合を生じる。 In order to solve these problems, it is considered that a heat treatment is performed after the growth of the p-GaAs layer, thereby breaking the bond between C and H and reducing the H concentration in the p-GaAs layer. When applied to the above-mentioned known method, there arises a problem that the current amplification factor is also lowered at the same time.
本発明の目的は、従来技術における上述の問題を解決することができる化合物半導体素子及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can solve the above-mentioned problems in the prior art.
上記課題を解決するため、本発明では、HBTのベース層を構成するp−GaAs層を気相成長させる場合、その成長条件であるV/III比を3.3〜40の範囲内とし、かつドーパントとしてのCをハロゲン化メタンとして供給してp−GaAs層を気相成長させるようにしたものである。またかくして得られた化合物半導体ウエハは、室温における赤外吸収測定において、HとCとの結合様式C2−Hのピークが殆ど検出されないという特徴を有する。 In order to solve the above problem, in the present invention, when a p-GaAs layer constituting a base layer of an HBT is vapor-phase grown, a V / III ratio, which is a growth condition thereof, is in a range of 3.3 to 40, and The p-GaAs layer is grown in vapor phase by supplying C as a dopant as halogenated methane. Further, the compound semiconductor wafer thus obtained has a feature that almost no peak of the bonding mode C2-H of H and C is detected in the infrared absorption measurement at room temperature.
ここで、V/III比とは3−5族化合物半導体結晶成長時における5族原料と3族原料の供給量比である。一般に有機金属気相成長法においては、原料供給はガスボンベやバブラーからガスの状態で供給される。ガスボンベからのガスの供給量は供給ラインに設置されたマスフローコントローラーなどの流量制御装置によって制御され、(ボンベ内のガス濃度)×(ガス流量)が原料の実流量となる。バブラーからのガスの供給量はバブラーに流すキャリアガス供給ラインに設置されたマスフローコントローラーなどの流量制御装置によって制御され、(キャリアガス流量)×(バブラー内原料蒸気圧)/(バブラー内圧)が原料の実流量となる。これらの方式によって供給された原料実流量について5族原料と3族原料の供給量比をとったものを一般にV/III比と称している。本明細書においてもV/III比という用語を上述の定義に従うものとして使用している。 Here, the V / III ratio is a supply ratio of the group 5 raw material and the group 3 raw material during the growth of the group 3-5 compound semiconductor crystal. Generally, in the metal organic chemical vapor deposition method, a raw material is supplied in a gas state from a gas cylinder or a bubbler. The amount of gas supplied from the gas cylinder is controlled by a flow rate control device such as a mass flow controller installed in the supply line, and the (gas concentration in the cylinder) × (gas flow rate) is the actual flow rate of the raw material. The amount of gas supplied from the bubbler is controlled by a flow control device such as a mass flow controller installed in the carrier gas supply line that flows through the bubbler. (Carrier gas flow rate) x (vapor pressure of raw material in bubbler) / (pressure of internal bubbler) Is the actual flow rate. The actual flow rate of the raw material supplied by these methods, which is the ratio of the supply amount of the Group 5 raw material to the Group 3 raw material, is generally called the V / III ratio. The term V / III ratio is also used herein according to the above definition.
このように、p−GaAs層をV/III比が3.3〜40の範囲内かつハロゲン化メタンの供給下で気相成長させると、p−GaAs層の熱安定性を良好なものとすることができる。すなわち、p−GaAs層を上述の如くして気相成長させると、成長後P−GaAs層に熱処理を施してその結晶中に存在するC−H結合を切断し、結晶中のH濃度を減少させても、これによる電流増幅率の低下を抑えることが可能となる。V/III比は好ましくは5〜35、より好ましくは10〜30、より一層好ましくは10〜25である。 As described above, when the p-GaAs layer is vapor-phase grown with the V / III ratio in the range of 3.3 to 40 and under the supply of halogenated methane, the thermal stability of the p-GaAs layer is improved. be able to. That is, when the p-GaAs layer is vapor-phase grown as described above, after the growth, the P-GaAs layer is subjected to a heat treatment to cut C-H bonds existing in the crystal, thereby reducing the H concentration in the crystal. Even if this is done, it is possible to suppress a decrease in the current amplification factor due to this. The V / III ratio is preferably between 5 and 35, more preferably between 10 and 30, even more preferably between 10 and 25.
請求項1の発明によれば、化合物半導体基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層が気相成長によりこの順序で薄膜結晶層として形成されて成るヘテロ接合バイポーラトランジスタを含む化合物半導体素子において、前ベース層が、ドーパントとしてCを含むp型化合物半導体薄膜であり、室温における赤外吸収測定においてHとCとの結合様式C2−Hのピークが検出されないことを特徴とする化合物半導体素子が提案される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a compound semiconductor including a heterojunction bipolar transistor in which a subcollector layer, a collector layer, a base layer, and an emitter layer are formed on a compound semiconductor substrate in this order as a thin film crystal layer by vapor phase growth. In the device, the front base layer is a p-type compound semiconductor thin film containing C as a dopant, and a peak of a bonding mode C2-H between H and C is not detected in infrared absorption measurement at room temperature. A device is proposed.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明において、前記ベース層が、Ga、Al、Inのうちの少なくとも一種を含み、5族元素としてAsを含む化合物半導体素子が提案される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the compound semiconductor device according to the first aspect, wherein the base layer includes at least one of Ga, Al, and In and includes As as a group V element.
請求項3の発明によれば、請求項1の発明において、前記気相成長がMOCVD法による気相成長である化合物半導体素子が提案される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the compound semiconductor device according to the first aspect, wherein the vapor phase growth is a vapor phase growth by MOCVD.
請求項4の発明によれば、化合物半導体基板上にサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層及びエミッタ層がこの順序で薄膜結晶層として形成されて成るヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造を含む化合物半導体ウエハの製造方法において、前ベース層をV/III比が3.3〜40の範囲内とし、かつハロゲン化メタンの供給下にMOCVD法により気相成長させることを特徴とする化合物半導体ウエハの製造方法が提案される。 According to the invention, a compound semiconductor wafer including a heterojunction bipolar transistor structure in which a subcollector layer, a collector layer, a base layer, and an emitter layer are formed on a compound semiconductor substrate in this order as a thin-film crystal layer. A method of manufacturing a compound semiconductor wafer, characterized in that the front base layer has a V / III ratio in the range of 3.3 to 40 and is vapor grown by MOCVD under the supply of halogenated methane. Is done.
請求項5の発明によれば、請求項4の発明において、前記ベース層が、Ga、Al、Inのうちの少なくとも一種を含み、5族元素としてAsを含む化合物半導体ウエハの製造方法が提案される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a compound semiconductor wafer according to the fourth aspect, wherein the base layer includes at least one of Ga, Al, and In and includes As as a group V element. You.
請求項6の発明によれば、請求項4又は5の発明において、前記ハロゲン化メタンがCBrCl3 である化合物半導体ウエハの製造方法が提案される。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a compound semiconductor wafer according to the fourth or fifth aspect, wherein the halogenated methane is CBrCl 3 .
請求項7の発明によれば、請求項4、5又は6の発明において、前記ベース層を成長させた後、温度600〜700℃でかつアルシンを含まない雰囲気下で、熱処理する工程を含む化合物半導体ウエハの製造方法が提案される。 According to the seventh aspect of the present invention, the compound according to the fourth, fifth or sixth aspect, further comprising, after growing the base layer, a heat treatment at a temperature of 600 to 700 ° C. and in an atmosphere containing no arsine. A method for manufacturing a semiconductor wafer is proposed.
請求項8の発明によれば、Ga、Al、Inの少なくとも一種を含み、5族元素としてAsを含み、ドーパントとしてCを含むようにMOCVD法で気相成長させたp型の化合物半導体薄膜であって、室温における赤外吸収測定において、HとCとの結合様式C2−Hのピークが検出されないことを特徴とする化合物半導体薄膜が提案される。 According to the invention of claim 8, a p-type compound semiconductor thin film grown by the MOCVD method so as to contain at least one of Ga, Al, and In, contain As as a group V element, and contain C as a dopant. There is proposed a compound semiconductor thin film characterized in that no peak of the bonding mode C2-H between H and C is detected in infrared absorption measurement at room temperature.
請求項9の発明によれば、請求項8の化合物半導体薄膜をベース層として含むヘテロバイポーラトランジスタ素子が提案される。 According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a hetero-bipolar transistor element including the compound semiconductor thin film of the eighth aspect as a base layer.
請求項10の発明によれば、化合物半導体基板上に、ドーパントとしてCを含む化合物半導体層を有する化合物半導体ウエハの品質確認方法であって、該ウエハにおけるHとCとの結合様式C2−Hを赤外線吸収により測定して、その品質を確認することを特徴とする化合物半導体ウエハの品質確認方法が提案される。 According to the tenth aspect of the present invention, there is provided a method for confirming the quality of a compound semiconductor wafer having a compound semiconductor layer containing C as a dopant on a compound semiconductor substrate, wherein a bonding mode C2-H between H and C in the wafer is determined. There has been proposed a method for confirming the quality of a compound semiconductor wafer characterized by confirming the quality by measuring by infrared absorption.
請求項11の発明によれば、化合物半導体基板上に、ドーパントとしてCを含む化合物半導体層を有する化合物半導体ウエハを気相成長法により製造した後、該ウエハにおけるHとCとの結合様式C2−Hを赤外線吸収により測定して、その品質を確認する工程を含むことを特徴とする化合物半導体ウエハの製造方法が提案される。 According to the eleventh aspect of the present invention, after a compound semiconductor wafer having a compound semiconductor layer containing C as a dopant on a compound semiconductor substrate is manufactured by a vapor phase growth method, a bonding mode of H and C in the wafer is C2- There is proposed a method for manufacturing a compound semiconductor wafer, comprising a step of measuring H by infrared absorption and confirming the quality.
請求項12の発明によれば、請求項10又は11の発明において、前記化合物半導体ウエハが、前記化合物半導体基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ドーパントとしてCを含むベース層及びエミッタ層がこの順で形成されてなるヘテロ結合バイポーラトランジスタ構造を含む方法が提案される。
According to the invention of
請求項13の発明によれば、請求項10、11又は12の発明において、ドーパントとしてCを含む化合物半導体層が、Ga、Al、Inのうちの少なくとも一種を含み、5族元素としてAsを含む方法が提案される。
According to the invention of
本発明によれば、ドーパントとしてCを用いたp型の化合物半導体薄膜において、CとHとの結合構成のうちC2−Hが生じないようにすることにより、熱的に安定なものとすることができる。この結果、熱処理によってその結晶中のH量を容易に減少させることができる。 According to the present invention, in a p-type compound semiconductor thin film using C as a dopant, thermal stability is obtained by preventing C2-H from being generated in a bonding configuration between C and H. Can be. As a result, the amount of H in the crystal can be easily reduced by the heat treatment.
したがって、このp型の化合物半導体薄膜をHBTのベース層として用いることにより、電流増幅率を維持しながら電流増幅率βのIcドリフト量依存性を小さくすることができ、高性能のHBT素子を実現できる。 Therefore, by using this p-type compound semiconductor thin film as the base layer of the HBT, it is possible to reduce the dependence of the current gain β on the Ic drift amount while maintaining the current gain, thereby realizing a high-performance HBT element. it can.
また、HBT構成を有する化合物半導体ウエハの製作時に、ベース層となる化合物半導体薄膜層の成長工程に、成長条件の1つであるV/III比を所要の範囲内にすることにより容易に高性能HBTの製作用として好適な化合物半導体ウエハを製造できるので、低コストで高性能のHBT素子を実現できる。 In addition, when manufacturing a compound semiconductor wafer having an HBT structure, the V / III ratio, which is one of the growth conditions, is set within a required range in a growth step of a compound semiconductor thin film layer serving as a base layer, so that high performance can be easily achieved. Since a compound semiconductor wafer suitable for HBT production can be manufactured, a low-cost, high-performance HBT element can be realized.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の方法によって製造されたHBT用薄膜結晶ウエハの一例を模式的に示す層構造図である。この薄膜結晶ウエハはGaAs系HBTの製造に用いる化合物半導体ウエハであり、図1に示した層構造の半導体ウエハを本発明の方法により製造する場合の実施の形態の一例について説明する。したがって、本発明の方法を図1に示した構造の化合物半導体ウエハの製造にのみ限定する趣旨ではない。 FIG. 1 is a layer structure diagram schematically showing an example of a thin film crystal wafer for HBT manufactured by the method of the present invention. This thin-film crystal wafer is a compound semiconductor wafer used for manufacturing a GaAs-based HBT. An example of an embodiment in which the semiconductor wafer having the layer structure shown in FIG. 1 is manufactured by the method of the present invention will be described. Therefore, it is not intended that the method of the present invention be limited only to the manufacture of the compound semiconductor wafer having the structure shown in FIG.
図1に示した半導体ウエハ1の構造は次の通りである。半導体ウエハ1は、半絶縁性のGaAs化合物半導体結晶であるGaAs基板2上にMOCVD法を用いて複数の半導体薄膜結晶成長層を次々と積層させて構成されたものである。GaAs基板2は半絶縁性GaAs(001)層から成り、GaAs基板2上にi−GaAs層から成るバッファ層3が形成されている。
The structure of the
次に、バッファ層3の上に形成されているHBT機能層4の構成について説明する。HBT機能層4は、バッファ層3の上に、サブコレクタ層41として働くn+ −GaAs層及びコレクタ層42として働くn- −GaAs層が、順次半導体エピタキシャル成長結晶層として所定の厚さに形成されている。そして、コレクタ層42の上にベース層43として働くp+ −GaAs層が同じく半導体エピタキシャル成長結晶層として形成されており、ベース層43の上にはエミッタ層44として働くn−InGaP層が形成されている。そしてエミッタ層44の上にはn- −GaAs層がサブエミッタ層45として、n+ −GaAs層及びn+ −InGaAs層がエミッタコンタクト層46、47として形成されている。
Next, the configuration of the HBT
ここで、ベース層43は、Ga、Al、Inのうちの少なくとも一種を含み、5族元素としてAsを含み、p型ドーパントの原料として炭素(C)を含む化合物半導体薄膜層として形成されている。p型ドーパントの原料としては、例えば後述のハロゲン化メタンが通常用いられる。
Here, the
上述した各層をMOCVD法によるエピタキシャル成長半導体薄膜結晶層として形成するための方法について詳しく説明する。 A method for forming each of the above-described layers as an epitaxially grown semiconductor thin film crystal layer by MOCVD will be described in detail.
図2には、図1に示した半導体ウエハ1をMOCVD法により製造するのに使用される気相成長半導体製造装置10の要部が概略的に示されている。気相成長半導体製造装置10は、図示しない原料供給系統からの原料ガスが原料供給ライン11を介して供給される反応器12を備え、反応器12内にはGaAs基板2を載せて加熱するためのサセプタ13が設けられている。
FIG. 2 schematically shows a main part of a vapor growth
本実施の形態では、サセプタ13は多角柱体でその表面にはGaAs基板2が複数枚取り付けられており、サセプタ13は回転装置14によって回転できる公知の構成となっている。符号15で示されるのはサセプタ13を高周波誘導加熱するためのコイルである。コイル15に加熱用電源16から加熱用の電流を流すことによりGaAs基板2を所要の成長温度に加熱することができる。この加熱により、原料供給ライン11を介してバッファ層3内に供給される原料ガスがGaAs基板2上で熱分解し、GaAs基板2上に所望の半導体薄膜結晶を気相成長させることができるようになっている。使用済みのガスは排気ポート12Aより外部に排出され、排ガス処理装置へ送られる。
In the present embodiment, the
反応器12内のサセプタ13上にGaAs基板2を載せた後、キャリアガスとして水素を用い、原料としてアルシン、トリメチルガリウム(TMG)を用い、650℃でGaAsをバッファ層3として約500nm成長させる。しかる後、バッファ層3上にサブコレクタ層41、コレクタ層42を成長温度620℃の条件で成長させる。
After the
そして、コレクタ層42の上には、3族原料としてトリメチルガリウム(TMG)を用い、5族原料としてアルシン(AsH3 )を用い、p型化のドーパントの原料としてCBrCl3 を用い、620℃の成長温度でベース層43を成長させる。ベース層43の成長時にこのCBrCl3 の流量を制御することで、ベース層43のキャリア濃度の調整を行うことができる。このキャリア濃度調整のために、他のハロゲン化メタン材料を用いてもよい。
Then, on the
ここで、ベース層43における熱安定性を良好なものとするため、ベース層43をMOCVD気相成長させる場合の成長条件のうち、V/III比を3.3〜40の範囲としてベース層43を成長させる。
Here, in order to improve the thermal stability of the
その理由は、次の通りである。p−GaAs層内において生じるCとHとの結合の態様は、C−Hと、C2−Hの2種類であるが、V/III比が3.3〜40の範囲内でp−GaAs層を成長させるとC−Hの結合が支配的となり、成長後の熱処理によりCとHとの結合の切断が容易であるため、熱安定性に優れた特性となる。一方、V/III比が3.3未満であるとC2−Hの結合形態がC−Hの結合形態に比べて増加し、C−H結合とC2−H結合の2種類が形成されたベース層43の結晶中に存在することになる。この結果、ベース層43としてp−GaAs層を成長させた後、熱処理を施してもC2−Hの結合は容易に切断されないので、熱的安定性を阻害する結果となる。
The reason is as follows. There are two types of bonding between C and H generated in the p-GaAs layer, namely, C-H and C2-H, and the p-GaAs layer has a V / III ratio of 3.3 to 40. Is grown, the bond of C—H becomes dominant, and the heat treatment after the growth facilitates the breaking of the bond between C and H, resulting in a property having excellent thermal stability. On the other hand, when the V / III ratio is less than 3.3, the bond form of C2-H increases as compared to the bond form of CH, and the base on which two types of CH bond and C2-H bond are formed. It will be present in the crystals of
このようにしてベース層43を成長させた後、ベース層43の上に、エミッタ層44、サブエミッタ層45を620℃の成長温度で成長させ、サブエミッタ層45の上にエミッタコンタクト層46、47を形成する。
After the
半導体ウエハ1においては、HBTを構成するベース層43をMOCVD法により気相成長させる場合、上述の如く、V/III 比を3.3〜40の範囲内とし、かつハロゲン化メタンを供給して成長させたので、ベース層43の熱安定性は極めて良好なものとなる。したがって、後述するようにして熱処理を施せば、CとHとの結合が容易に切断され、ベース層43中のH濃度が減少し、これにより、HBTの電流増幅率βを低下させることなしにHBTの電流増幅率βのIcドリフトを従来に比べて小さくすることができ、安定性の高いHBTを得ることができる。
In the
上記実施の形態では、3族原料としてTMG、すなわちGaを用いたが、この他、Al、Inを用いることができる。Ga、Al、Inは単独に用いてもよいが、これらのうちのいくつかを併用することもできる。また、5族原料としてはAsほか、Asを含む適宜の5族原料を用いてベース層43の成長を行ってもよい。
In the above embodiment, TMG, that is, Ga is used as the group 3 raw material, but Al and In can also be used. Although Ga, Al, and In may be used alone, some of them may be used in combination. In addition, the
そして、ドーパントの原料としてCBrCl3 を用い、炭素(C)をドープしてベース層43をp型としているので、ベース層43の成長時におけるCBrCl3 の流量を適宜に調整することにより炭素(C)のドープ量を加減し、これによりベース層43のキャリア濃度を成長条件とは独立して調節できる。
Since CBrCl 3 is used as a dopant material and carbon (C) is doped to make the base layer 43 p-type, the flow rate of CBrCl 3 during the growth of the
なお、ベース層43の成長時にV/III比を大きくすると、一般にCを含むTMGから結晶に取り込まれるCの量が減少するので、キャリア濃度は低下する。このため、外部からCドーパントを供給する必要があるが、CBrCl3 原料を使用すると、蒸気圧が高いことで、4×1019cm-3程度のキャリア濃度を十分制御することが可能である。
When the V / III ratio is increased during the growth of the
ベース層43におけるキャリア濃度の制御は、CBrCl3 の流量調節のほか、成長時にハロゲン化メタンを流し、この流量を制御することにより同様にして行うことができる。ハロゲン化メタンとしては、上記以外に、例えばCBr4 、CBr3 Cl、CBr2 Cl2 、CCl4 などを用いることができる。
The control of the carrier concentration in the
このようにして、図1に示す層構成の半導体ウエハ1を製造し、この半導体ウエハ1を用いてHBTを製造すれば、ベース層43の熱安定性性が向上するので、ベース層43の成長後、600℃〜700℃の温度でベース層43を熱処理することによりCとHとの結合を容易に切断し、ベース層43中のH濃度を減少させる処理を行っても、これにより、電流増幅率を低下させることがない。この結果、電流増幅率を低下することなしに、電流増幅率βのIcドリフト特性を大幅に改善することができる。なお、この熱処理は、アルシンを含まない雰囲気下で行うのが好ましい。
In this manner, if the
1μm厚のp−GaAs層をAlGaAs層で挟んだ構造の半導体薄膜を製作した。p−GaAs層はMOCVD法による気相成長によりAlGaAs層上にV/III比25の成長条件で、3族原料としてトリメチルガリウム(TMG)を用い、5族原料としてアルシン(AsH3 )を用い、p型化のドーパントとしてCBrCl3 を用い、620℃の成長温度で成長させた。このようにして製作された試料を成長後、500℃〜670℃で5分間熱処理し、そしてこの試料を室温でPL測定した。 A semiconductor thin film having a structure in which a 1 μm-thick p-GaAs layer was sandwiched between AlGaAs layers was manufactured. The p-GaAs layer is formed on the AlGaAs layer by vapor phase growth using MOCVD under a growth condition of a V / III ratio of 25, using trimethylgallium (TMG) as a Group 3 raw material, and using arsine (AsH 3 ) as a Group 5 raw material. CBrCl 3 was used as a p-type dopant and grown at a growth temperature of 620 ° C. After growing the sample thus manufactured, it was heat-treated at 500 ° C. to 670 ° C. for 5 minutes, and the sample was subjected to PL measurement at room temperature.
(比較例1)
また、比較例1として、p−GaAs層をV/III比0.7の成長条件としたことを除いて上記と同一の成長条件で成長させた試料も製作し、この比較用試料を、成長後、500℃、550℃、600℃、650℃、670℃等の温度でアニール処理した。このようにして得られた比較用試料についてもPL強度を測定した。
(Comparative Example 1)
Also, as Comparative Example 1, a sample was grown under the same growth conditions as described above except that the p-GaAs layer was grown under the V / III ratio of 0.7, and this comparative sample was grown. Thereafter, annealing was performed at a temperature of 500 ° C., 550 ° C., 600 ° C., 650 ° C., 670 ° C., or the like. The PL intensity of the comparative sample thus obtained was also measured.
これらの測定結果は以下の通りであった。
実施例1
(V/III比=25)
アニール温度(℃) PL強度(A.U.)
アズグローン 100
550℃ 107
600℃ 112
650℃ 102
670℃ 89
比較例1
(V/III比=0.7)
アニール温度(℃) PL強度(A.U.)
アズグローン 100
500℃ 102
550℃ 98
600℃ 46
650℃ 15
670℃ 9
The results of these measurements were as follows.
Example 1
(V / III ratio = 25)
Annealing temperature (° C) PL strength (AU)
550 °
600 ° C 112
650 °
670 ° C 89
Comparative Example 1
(V / III ratio = 0.7)
Annealing temperature (° C) PL strength (AU)
500 °
550 ° C 98
600 °
650 °
670 ℃ 9
図3には、これらの測定結果がグラフにて示されている。V/III比が25の場合と0.7の場合とを比較すると、V/III比=25の場合は熱処理してもPL強度は変化なく、結晶性は悪化しない、つまり熱安定性が良いことが分かる。V/III比=0.7の場合は600℃以上の熱処理でPL強度が低下し、結晶性が悪化することが分かる。 FIG. 3 is a graph showing these measurement results. Comparing the case where the V / III ratio is 25 and the case where the V / III ratio is 0.7, when the V / III ratio is 25, the PL strength does not change even after the heat treatment, and the crystallinity does not deteriorate, that is, the thermal stability is good. You can see that. It can be seen that when the V / III ratio is 0.7, the PL strength is reduced by heat treatment at 600 ° C. or higher, and the crystallinity is deteriorated.
また、上述の実施例1及び比較例1の試料について室温赤外吸収測定を行った。この測定は、それぞれアズグローンの試料と600℃で5分間熱処理を行った試料とについて行った。それらの測定結果は図4及び図5に示されている。これらの測定結果から次のことが判る。 In addition, room temperature infrared absorption measurement was performed on the samples of Example 1 and Comparative Example 1 described above. This measurement was performed on each of an as-grown sample and a sample subjected to a heat treatment at 600 ° C. for 5 minutes. The measurement results are shown in FIG. 4 and FIG. The following can be seen from these measurement results.
アズグローンの試料に関しては、CとHの結合に着目すると、V/III比が25の場合にはC−H結合しか検出されず、C2−H結合は検出されない。一方、V/III比が0.7の場合には、C−H結合の他にC2−H結合が観測された。 Focusing on the bond between C and H in the as-grown sample, when the V / III ratio is 25, only the CH bond is detected, and the C2-H bond is not detected. On the other hand, when the V / III ratio was 0.7, a C2-H bond was observed in addition to the C-H bond.
そして、各試料を600℃で、5分間熱処理すると、V/III比が25、0.7いずれの場合でも、C−H結合に起因するピーク強度は減少するが、V/III比が0.7の場合には、C2−H結合のピーク強度は上記熱処理によっても減少しない。このことから、C2−H結合は熱処理をしても切断することが困難であることが判明した。以上から、V/III比が0.7の場合には、アズグローン試料を熱処理してもHが結晶中に残りやすく、したがって、熱的安定性に関しては、V/III比を25としてp−GaAs層を成長させた場合の方が、V/III比が0.7の場合よりも熱的安定性に優れていると言える。 When each sample is heat-treated at 600 ° C. for 5 minutes, the peak intensity due to the C—H bond decreases in both cases of the V / III ratio of 25 and 0.7, but the V / III ratio is reduced to 0.1. In the case of 7, the peak intensity of the C2-H bond does not decrease even by the heat treatment. From this, it was found that the C2-H bond was difficult to be cut even by heat treatment. From the above, when the V / III ratio is 0.7, H tends to remain in the crystal even when the as-grown sample is heat-treated. Therefore, regarding the thermal stability, the V / III ratio is set to 25 and p-GaAs is used. It can be said that when the layer is grown, the thermal stability is better than when the V / III ratio is 0.7.
図1に示した層構造の化合物半導体ウエハを実施の形態で説明した条件で製作し、これにより得られた半導体ウェーハを用いてHBT素子を次のように製作した。エミッタサイズは100μm×100μmである。ここでは、コレクタ電流を1kA/cm2 流したときのコレクタ電流/ベース電流を電流増幅率βとする。なお、ベース層43は、V/III比を25としてMOCVD気相成長させた後、670℃で0〜10分の熱処理を施した。
A compound semiconductor wafer having the layer structure shown in FIG. 1 was manufactured under the conditions described in the embodiment, and an HBT element was manufactured as follows using the semiconductor wafer obtained thereby. The emitter size is 100 μm × 100 μm. Here, the collector current / base current when the collector current is 1 kA / cm 2 is defined as a current amplification factor β. The
このようにして製作されたHBTについて、Icドリフト(%)と電流増幅率βとの間の関係を調べるために測定を行った。 The HBT manufactured in this manner was measured to examine the relationship between the Ic drift (%) and the current amplification factor β.
図6には、この測定結果がグラフにて示されている。図6は、電流増幅率βの変動率ΔβのIcドリフト量依存性を示す。Δβはアニールしない場合のβで規格化したものであり、Icドリフト量は、Icドリフト=(Icf−Ici)/Ic×100で定義されたものである(Ici:コレクタ電初期値、Icf:コレクタ電流飽和値)。この特性はベース層中のH量と相関があることが知られており、デバイス動作の上では、10%以内のIcドリフト量が望まれている。図6に示したグラフより、V/III比を25として作製した実施例2の場合には、電流増幅率βのIcドリフト量依存性は極めて小さい。 FIG. 6 is a graph showing the measurement results. FIG. 6 shows the dependence of the fluctuation rate Δβ of the current amplification rate β on the Ic drift amount. Δβ is standardized by β when no annealing is performed, and the Ic drift amount is defined by Ic drift = (Icf−Ici) / Ic × 100 (Ici: initial collector voltage, Icf: collector Current saturation value). It is known that this characteristic has a correlation with the amount of H in the base layer, and an Ic drift amount within 10% is desired in device operation. According to the graph shown in FIG. 6, in the case of Example 2 manufactured with the V / III ratio set to 25, the dependence of the current amplification factor β on the Ic drift amount is extremely small.
(比較例2)
ベース層をV/III比0.7の成長条件で形成したことを除いて実施例2と同様にしてHBTを製作、測定を行った。この比較例2では、熱処理温度を670℃と620℃とで行っている。
(Comparative Example 2)
An HBT was manufactured and measured in the same manner as in Example 2 except that the base layer was formed under the growth condition of a V / III ratio of 0.7. In Comparative Example 2, the heat treatment was performed at 670 ° C. and 620 ° C.
これらの測定結果は、図6中にグラフとして示されている。図6から、比較例2の場合(V/III比=0.7)には、電流増幅率βのIcドリフト量依存性は極めて大きく、50%も低下する特性となっており、実施例2のトランジスタ特性が極めて優れたものとなっていることが判る。 The results of these measurements are shown graphically in FIG. From FIG. 6, in the case of Comparative Example 2 (V / III ratio = 0.7), the dependence of the current amplification factor β on the Ic drift amount is extremely large, and the characteristic is such that the current amplification factor β is reduced by as much as 50%. It can be seen that the transistor characteristics are extremely excellent.
1 半導体ウエハ
2 GaAs基板
3 バッファ層
4 HBT機能層
10 気相成長半導体製造装置
41 サブコレクタ層
42 コレクタ層
43 ベース層
44 エミッタ層
45 サブエミッタ層
46、47 エミッタコンタクト層
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前ベース層が、ドーパントとしてCを含むp型化合物半導体薄膜であり、室温における赤外吸収測定においてHとCとの結合様式C2−Hのピークが検出されないことを特徴とする化合物半導体素子。 In a compound semiconductor device including a heterojunction bipolar transistor in which a subcollector layer, a collector layer, a base layer, and an emitter layer are formed on a compound semiconductor substrate as a thin-film crystal layer by vapor-phase growth in this order,
A compound semiconductor device, wherein the front base layer is a p-type compound semiconductor thin film containing C as a dopant, and a peak of a bonding mode C2-H between H and C is not detected in infrared absorption measurement at room temperature.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004047366A JP2004282049A (en) | 2003-02-25 | 2004-02-24 | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003047223 | 2003-02-25 | ||
| JP2004047366A JP2004282049A (en) | 2003-02-25 | 2004-02-24 | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004282049A true JP2004282049A (en) | 2004-10-07 |
Family
ID=33301715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004047366A Pending JP2004282049A (en) | 2003-02-25 | 2004-02-24 | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004282049A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8421120B2 (en) | 2006-06-13 | 2013-04-16 | Renesas Electronics Corporation | Field effect transistor capable of reducing shift of threshold voltage |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1045404A (en) * | 1996-05-28 | 1998-02-17 | Fuji Xerox Co Ltd | Amorphous optical semiconductor and its production as well as optical semiconductor element |
| JP2000049094A (en) * | 1998-07-27 | 2000-02-18 | Sumitomo Chem Co Ltd | Method for manufacturing compound semiconductor |
-
2004
- 2004-02-24 JP JP2004047366A patent/JP2004282049A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1045404A (en) * | 1996-05-28 | 1998-02-17 | Fuji Xerox Co Ltd | Amorphous optical semiconductor and its production as well as optical semiconductor element |
| JP2000049094A (en) * | 1998-07-27 | 2000-02-18 | Sumitomo Chem Co Ltd | Method for manufacturing compound semiconductor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8421120B2 (en) | 2006-06-13 | 2013-04-16 | Renesas Electronics Corporation | Field effect transistor capable of reducing shift of threshold voltage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7576352B2 (en) | Method for producing compound semiconductor wafer and compound semiconductor device | |
| KR101082773B1 (en) | Compound semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP2004282049A (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP4883547B2 (en) | Compound semiconductor epitaxial substrate | |
| JP2003037074A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US6191014B1 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor | |
| JP5324525B2 (en) | Compound semiconductor epitaxial substrate | |
| US20060180833A1 (en) | Semiconductor material having bipolar transistor structure and semiconductor device using same | |
| JP5543302B2 (en) | Compound semiconductor wafer manufacturing method and compound semiconductor device | |
| WO2004036635A1 (en) | Production method for thin-film crystal wafer, semiconductor device using it and production method therefor | |
| JP3326378B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP4961740B2 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor epitaxial substrate | |
| JP2003318185A (en) | Method for manufacturing compound semiconductor wafer and compound semiconductor device | |
| JP2009081213A (en) | High electron mobility transistor and manufacturing method thereof | |
| JP4802442B2 (en) | Compound semiconductor epitaxial substrate and manufacturing method thereof | |
| JP3408419B2 (en) | Method of growing III-V compound semiconductor and heterojunction bipolar transistor | |
| JP2002083816A (en) | Compound semiconductor heterojunction structure | |
| JP2004342952A (en) | Compound semiconductor epitaxial substrate | |
| JP2004079679A (en) | Compound semiconductor and bipolar transistor using the same | |
| JP2003303825A (en) | Method for manufacturing compound semiconductor wafer and compound semiconductor element | |
| JP2003243408A (en) | Manufacturing method of bipolar transistor | |
| JP2004134548A (en) | Method of manufacturing heterojunction bipolar transistor | |
| JP2007012741A (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JPH11274169A (en) | Epitaxial wafer and heterojunction bipolar transistor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090310 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110125 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110705 |