JP2005086135A - Epitaxial wafer for heterobipolar transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】ベース層へp型不純物として添加した炭素の活性化率の高いヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】半絶縁性InP基板1上にコレクタ層3、ベース層4、エミッタ層5を含むヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハにおいて、エミッタ層5のすべてまたは一部のエピタキシャル成長の原料として、トリメチルリン等の有機リン化合物を用いることにより、ベース層4に取り込まれた水素原子を消費し、炭素不純物の活性化率を向上させる。
【選択図】図1An epitaxial wafer for a heterobipolar transistor having a high activation rate of carbon added as a p-type impurity to a base layer and a method for manufacturing the same are provided.
In an epitaxial wafer for a heterobipolar transistor including a collector layer 3, a base layer 4, and an emitter layer 5 on a semi-insulating InP substrate 1, trimethyl phosphorus or the like is used as a raw material for epitaxial growth of all or part of the emitter layer 5. By using this organophosphorus compound, hydrogen atoms taken into the base layer 4 are consumed, and the activation rate of carbon impurities is improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は光通信、無線通信、信号計測等に用いられるヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an epitaxial wafer for heterobipolar transistors used for optical communication, wireless communication, signal measurement, and the like, and a method for manufacturing the same.
ヘテロバイポーラトランジスタ(以下HBTと記す)はコレクタ層、ベース層、エミッタ層を含み、エミッタ層のバンドギャップをベース層より大きくすることを特徴とするトランジスタである。コレクタ層をアンドープあるいはn型、ベース層を高濃度のp型、エミッタ層をアンドーブあるいはn型とすることが一般的である。ベース層をp型としたHBTにおいては、少数キャリアであるホールのべ一スからエミッタヘの漏洩がバンドギャップの差により抑制されるため、高い利得が得られる。
HBTはエピタキシャル成長装置を用いて半導体基板上にコレクタ層、ベース層、エミッタ層を成長したエピタキシャルウエハを、微細加工技術を用いてエッチングを施して各層を露出させ、その上に電極を形成することにより作製される。
GaAs基板を用いたHBTでは、コレクタ層およびベース層にGaAs、エミッタ層にAlGaAsまたはInGaPを用いことが一般的である。
InP基板を用いてもHBTは作製でき、GaAs基板を用いて作製したHBTよりも高速で動作するものが報告されている(非特許文献1)。
InP基板を用いたHBT用エピタキシャルウエハの概略を図1に、HBTの概略を図2にそれぞれ記す。HBT用エピタキシャルウエハには、各層の膜厚と不純物濃度について高い精度が要求されている。特にベース層は薄い膜とする必要があり、かつp型不純物を高濃度にドープし高いp型キャリア濃度とすることが要求される。コレクタ層とベース層、およびベース層とエミッタ層の両界面には、組成および不純物濃度の急峻な変化が要求される。
A heterobipolar transistor (hereinafter referred to as HBT) includes a collector layer, a base layer, and an emitter layer, and is characterized in that the band gap of the emitter layer is made larger than that of the base layer. In general, the collector layer is undoped or n-type, the base layer is high-concentration p-type, and the emitter layer is andb or n-type. In an HBT having a p-type base layer, leakage from the base of holes, which are minority carriers, to the emitter is suppressed by the difference in the band gap, so that a high gain can be obtained.
In HBT, an epitaxial wafer with a collector layer, a base layer and an emitter layer grown on a semiconductor substrate using an epitaxial growth apparatus is etched using a fine processing technique to expose each layer, and electrodes are formed thereon. Produced.
In an HBT using a GaAs substrate, GaAs is generally used for the collector layer and the base layer, and AlGaAs or InGaP is used for the emitter layer.
It has been reported that an HBT can be manufactured using an InP substrate and operates at a higher speed than an HBT manufactured using a GaAs substrate (Non-patent Document 1).
An outline of an HBT epitaxial wafer using an InP substrate is shown in FIG. 1, and an outline of the HBT is shown in FIG. The HBT epitaxial wafer is required to have high accuracy with respect to the film thickness and impurity concentration of each layer. In particular, the base layer needs to be a thin film and is required to have a high p-type carrier concentration by doping p-type impurities at a high concentration. Abrupt changes in composition and impurity concentration are required at both the interface between the collector layer and the base layer, and between the base layer and the emitter layer.
InP基板を用いる場合には、コレクタ層およびベース層にInGaAs、エミッタ層にInPを用いことが一般的である。エミッタ層としてInPよりさらにバンドギャップが大きいInGaPあるいはInAlPを用いることも可能である。エミッタ層の上のInGaAsキャッブ層はエミッタ層とエミッタ電極との間の電気抵抗を小さくする目的で成長するものである。
近年、ベース層にGaAsSbを用いたHBTが報告された(非特許文献2)。この報告ではInP基板を用い、コレクタ層、エミッタ層ともにInPを使用している。InPとGaAsSbとのバンドギャップの関係により、ベース層からエミッタ層への少数キャリアの漏洩は厳しく抑制されるために動作速度は極めて高い。
When using an InP substrate, it is common to use InGaAs for the collector layer and the base layer, and InP for the emitter layer. It is also possible to use InGaP or InAlP having a larger band gap than InP as the emitter layer. The InGaAs cab layer on the emitter layer is grown for the purpose of reducing the electrical resistance between the emitter layer and the emitter electrode.
In recent years, HBTs using GaAsSb as a base layer have been reported (Non-patent Document 2). In this report, an InP substrate is used and InP is used for both the collector layer and the emitter layer. Due to the band gap relationship between InP and GaAsSb, the leakage of minority carriers from the base layer to the emitter layer is strictly suppressed, so the operation speed is extremely high.
化合物半導体からなるエピタキシャルウエハの製造方法の主なものとして、キャリアガスで希釈した有機金属とV族水素化物を原料とし、そのガス中で加熱した半導体基板を保持する有機金属気相成長法(MOCVD法)と、高真空に保持した容器の中で金属元素やV族元素を分子線として基板に供給する分子線エピタキシー法(MBE法)がある。MBE法と比べMOCVD法が、大面積の基板を同時に複数成長できるなどの点で、量産性に優れている。特にInPなどリンを含む化合物半導体の成長においては、リンの蒸気圧が高いためにMBE法の適用に困難さがあり、MOCVD法が有利である。 As a main method of manufacturing an epitaxial wafer made of a compound semiconductor, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD) in which an organic metal diluted with a carrier gas and a group V hydride are used as raw materials and a semiconductor substrate heated in the gas is held. And a molecular beam epitaxy method (MBE method) in which a metal element or a group V element is supplied as a molecular beam to a substrate in a container kept in a high vacuum. Compared with the MBE method, the MOCVD method is superior in mass productivity in that a plurality of large-area substrates can be grown simultaneously. In particular, in the growth of a compound semiconductor containing phosphorus such as InP, since the vapor pressure of phosphorus is high, it is difficult to apply the MBE method, and the MOCVD method is advantageous.
高濃度でドーピングできるp型不純物として炭素が注目されている。IV族元素である炭素はIII-V族化合物半導体の多くでV族元素の位置に取り込まれてアクセプタとなる。炭素は、III族元素の位置に取り込まれてp型不純物として振舞う亜鉛と比べ、化合物半導体中での拡散係数が小さいため、固相内での拡散による不純物濃度プロファイルの劣化が小さい。また、MOCVD法において炭素の原料ガスとして多く用いられる四臭化炭素などのハロゲン化炭素は、エピタキシャル装置の配管や反応容器の壁に吸着することがなく、ガスの切り替えにより急峻な不純物プロファイルを持つエピタキシャルウエハを得ることができる。 Carbon is attracting attention as a p-type impurity that can be doped at a high concentration. Carbon, which is a group IV element, is incorporated into the position of a group V element in many III-V compound semiconductors and becomes an acceptor. Since carbon has a smaller diffusion coefficient in a compound semiconductor than zinc which is taken into the position of a group III element and behaves as a p-type impurity, the deterioration of the impurity concentration profile due to diffusion in the solid phase is small. Also, carbon halides such as carbon tetrabromide, which are often used as carbon source gases in MOCVD, do not adsorb on the piping of the epitaxial equipment or the walls of the reaction vessel, and have a steep impurity profile by switching the gas. An epitaxial wafer can be obtained.
炭素をp型不純物として用いた場合、p型キャリア濃度が炭素の濃度と一致せずに炭素の一部が不活性となる場合があるという間題がある。この現象はInGaAsに炭素をドーピングした際に顕著に現れ、90%以上の炭素が不活性となることが報告されている(非特許文献3)。またGaAsSbに炭素をドープした場合においても、炭素の一部の不活性化が確認されている(非特許文献4)。炭素の一部が不活性となる理由は、エピタキシャル成長時に炭素の取り込みと同時に、V族原料である水素化物やキャリアガスである水素ガスの熱分解により生じる水素原子が化合物半導体中に取り込まれるためである。この水素原子が炭素に電子を供給するために炭素がアクセプタとして機能せず、p型キャリア濃度が炭素濃度より小さくなる。 When carbon is used as a p-type impurity, there is a problem that the p-type carrier concentration does not coincide with the carbon concentration and part of the carbon may become inactive. This phenomenon appears remarkably when carbon is doped into InGaAs, and it is reported that 90% or more of carbon becomes inactive (Non-patent Document 3). Even when GaAsSb is doped with carbon, inactivation of part of the carbon has been confirmed (Non-patent Document 4). The reason why a part of carbon becomes inactive is that hydrogen atoms generated by thermal decomposition of hydride as a V group material and hydrogen gas as a carrier gas are taken into the compound semiconductor at the same time as carbon incorporation during epitaxial growth. is there. Since these hydrogen atoms supply electrons to carbon, carbon does not function as an acceptor, and the p-type carrier concentration becomes smaller than the carbon concentration.
炭素をドープしたp型の化合物半導体を窒素雰囲気中など水素が存在しない雰囲気でアニールすることにより、半導体中の水素原子を取り除くことができる。しかしながら、HBT用のエピタキシャルウエハにおいてはベース層がエミッタ層で覆われており、アンドーブあるいはn型の化合物半導体中での水素原子の拡散は極めて遅いことより、エピタキシャルウエハを窒素雰囲気でアニールすることによってはベース層に取り込まれた水素原子を取り除くことはできない。
エピタキシャル成長装置内で、ベース層成長後に水素ガスやV族水素化物が存在しない雰囲気を作ることは可能である。しかしながら、引き続くエミッタ層の成長においてV族原料である水素化物やキャリアガスである水素ガスの熱分解により水素原子が供給されるため、ベース層内に水素原子が再度拡散し、炭素を不活性化する。
By annealing a carbon-doped p-type compound semiconductor in an atmosphere in which no hydrogen exists, such as in a nitrogen atmosphere, hydrogen atoms in the semiconductor can be removed. However, in the epitaxial wafer for HBT, the base layer is covered with the emitter layer, and the diffusion of hydrogen atoms in the ANDOR or n-type compound semiconductor is extremely slow, so that the epitaxial wafer is annealed in a nitrogen atmosphere. Cannot remove hydrogen atoms incorporated into the base layer.
In the epitaxial growth apparatus, it is possible to create an atmosphere in which no hydrogen gas or group V hydride exists after the base layer is grown. However, in the subsequent growth of the emitter layer, hydrogen atoms are supplied by thermal decomposition of the hydride that is a group V raw material and the hydrogen gas that is the carrier gas, so that the hydrogen atoms diffuse again in the base layer and deactivate the carbon. To do.
以上説明したように、ベース層への水素原子の取り込みを少なくすることは困難である。従来手法においては、水素原子の供給源となるV族水素化物の供給量を可能な限り減らす、エピタキシャル成長温度や反応容器内圧力を最適化する、等して、水素原子の取り込み量の低減を図っているが、成長後のエピタキシャルウエハには多くの水素が残存しているのが実情である。
従来の手法において作製したInPを基板とするHBT用エピタキシャルウエハにおいては、炭素不純物の多くが水素原子により不活性化されている。必要とするp型キャリア濃度を得るためには過剰の炭素をドーピングしなくてはならず、過剰の炭素による結晶性の劣化が危倶される。
また、HBT作製のためにエピタキシャルウエハを加工する過程でベース層が露出するため、取り込まれた水素原子の一部が脱離し、その結果としてp型キャリア濃度が変化する。このような副次的な反応は制御が困難であり、HBTの製品の均一性に悪影響がある。
As described above, it is difficult to reduce the incorporation of hydrogen atoms into the base layer. In the conventional method, the supply amount of the hydrogen atom as a supply source of hydrogen atoms is reduced as much as possible, the epitaxial growth temperature and the pressure in the reaction vessel are optimized, etc., to reduce the intake amount of hydrogen atoms. However, the fact is that a lot of hydrogen remains in the grown epitaxial wafer.
In an HBT epitaxial wafer using InP as a substrate manufactured by a conventional method, most of carbon impurities are inactivated by hydrogen atoms. In order to obtain the required p-type carrier concentration, excessive carbon must be doped, and the deterioration of crystallinity due to excessive carbon is jeopardized.
Further, since the base layer is exposed in the process of processing the epitaxial wafer for HBT fabrication, part of the incorporated hydrogen atoms is desorbed, and as a result, the p-type carrier concentration is changed. Such side reactions are difficult to control and adversely affect the uniformity of the HBT product.
前述の非特許文献1および非特許文献3では、微細加工の途中においてベース層が一部露出した状態で、窒素ガス雰囲気中で高温のアニールを行って水素原子を脱離させ、炭素の不活性化の影響を低減している。この手法においては、エミッタ層の直下のベース層内の水素原子は、ベース層に沿って基板と水平方向に拡散した後に露出したベース層の表面から脱離する。このように拡散する距離が長くなり、その距離も場所により異なるため、アニール後の水素原子の分布を均一にすることは困難である。またこの手法は、工程数を増やすと共に、微細にエッチング加工した面に熱ダメージを与える恐れがある。
すべての工程を経て、高速動作するデバイスとしてHBTを完成させた後の信頼性にも間題がある。使用する間に水素原子の一部が徐々に脱離していくためである。水素原子の脱離に伴いp型キャリア濃度が徐々に変化することによるデバイス特性の変化、および電極などが水素化されることによる特性の変化が危倶されている。
In the above-mentioned Non-Patent
There is also a problem in reliability after completing the HBT as a device operating at high speed through all the steps. This is because some of the hydrogen atoms are gradually desorbed during use. Changes in device characteristics due to a gradual change in the p-type carrier concentration accompanying desorption of hydrogen atoms, and changes in characteristics due to hydrogenation of electrodes and the like are in danger.
通信需要の増加による光通信速度の高速化、無線通信で使用される周波数の高周波化などにより、高速で動作する電子デバイスが求められており、HBTが有望視されている。また、InP基板を用いたHBTはGaAs基板を用いたものより高速で動作する。
InP基板を用いたHBTでは、ベース層として炭素をドープしたInGaAsやGaAsSbを用いている。MOCVD法によりHBT用エピタキシャルウエハを作製する場合においては、エピタキシャル成長中に炭素の一部が水素原子により不活性化される問題がある。水素原子による不活性化によりp型キャリア濃度が減少するのみならず、デバイスの均一性や安定性の確保も困難となっている。
Electronic devices that operate at high speed have been demanded due to the increase in optical communication speed due to the increase in communication demand and the increase in frequency used in wireless communication, and HBT is promising. Further, the HBT using the InP substrate operates at a higher speed than that using the GaAs substrate.
In the HBT using the InP substrate, InGaAs or GaAsSb doped with carbon is used as the base layer. In the case of producing an epitaxial wafer for HBT by the MOCVD method, there is a problem that a part of carbon is inactivated by hydrogen atoms during epitaxial growth. Inactivation by hydrogen atoms not only reduces the p-type carrier concentration, but also makes it difficult to ensure device uniformity and stability.
従来の手法による水素原子による炭素不活性化の低減が限界を迎えている現状において、量産性の優れたMOCVD法により水素原子の取り込み量の少ないHBT用エピタキシャルウエハを提供することが本発明の目的である。
本発明のエピタキシャルウエハを使用することにより、より高品質なHBTを作製することが可能となる。本発明のエピタキシャルウエハの製造方法を用いることにより、水素の取り込み量の少ないエピタキシャルウエハを得ることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an HBT epitaxial wafer with a small amount of hydrogen atom incorporation by MOCVD method with excellent mass productivity under the present situation where reduction of carbon inactivation by hydrogen atoms is approaching the limit. It is.
By using the epitaxial wafer of the present invention, it is possible to produce a higher quality HBT. By using the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, an epitaxial wafer with a small amount of hydrogen uptake can be obtained.
上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項1に記載のように、InP基板を用い、コレクタ層、ベース層、エミッタ層を含むへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハにおいて、前記ベース層が炭素を不純物として含むp型の化合物半導体であり、前記エミッタ層が有機リン化合物を原料として成長したInP、InGaPもしくはInAlPであることを特徴とするへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハとするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as described in the claims. That is,
The hetero bipolar transistor epitaxial wafer using an InP substrate and including a collector layer, a base layer, and an emitter layer according to
また、請求項2に記載のように、InP基板を用い、コレクタ層、ベース層、該ベース層に接する第一のエミッタ層、該第一のエミッタ層に接する第二のエミッタ層を含むヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハにおいて、前記ベース層が炭素を不純物として含むp型の化合物半導体であり、前記第一のエミッタ層が有機リン化合物を原料として成長した厚さが1分子層以上のInP、InGaPもしくはInAlPであるへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハとするものである。
Further, according to
また、請求項3に記載のように、請求項1または請求項2において、前記有機リン化合物としてトリメチルリン、ジメチルリン、モノメチルリン、トリエチルリン、ジエチルリン、モノエチルリンのいずれか1種類以上を用いて成長したへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハとするものである。
In addition, as described in
また、請求項4に記載のように、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハを成長するに際して、前記ベース層成長後に前記有機リン化合物を供給し、前記ベース層とエミッタ層との界面にリンの原子層を作製する工程を含むへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハの製造方法とするものである。
In addition, as described in
また、請求項5に記載のように、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハを成長するに際して、前記エミッタ層の成長中のキャリアガスの一部、もしくはすべてに窒素ガスを用いるへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハの製造方法とするものである。
In addition, as described in
また、請求項6に記載のように、請求項4または請求項5に記載のエピタキシャルウエハの製造方法において、前記ベース層と前記第一のエミッタ層との界面のリンの原子層を作製する際のキャリアガスの一部、もしくはすべてに窒素ガスを用いるへテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハの製造方法とするものである。
In addition, as described in
本発明によれば、ベース層へp型不純物として添加した炭素の活性化率の高いエピタキシャルウエハを提供することが可能になった。このエピタキシャルウエハを用いることにより動作特性に優れたヘテロバイポーラトランジスタを実現することができた。 According to the present invention, it is possible to provide an epitaxial wafer having a high activation rate of carbon added as a p-type impurity to the base layer. By using this epitaxial wafer, a heterobipolar transistor excellent in operating characteristics could be realized.
図1にHBT(ヘテロバイポーラトランジスタ)用エピタキシャルウエハの断面の概略を示し、図2にInP基板を用いたヘテロバイポーラトランジスタの断面の概略構造を示す。図1、2において、1は半絶縁性InP基板、2はInPバッファ層、3はInGaAsコレクタ層、4はInGaAsベース層、5はInPエミッタ層、6はInGaAsキャップ層、7はコレクタ電極、8はベース電極、9はエミッタ電極を表す。 FIG. 1 shows an outline of a cross section of an epitaxial wafer for HBT (heterobipolar transistor), and FIG. 2 shows an outline structure of a cross section of a heterobipolar transistor using an InP substrate. 1 and 2, 1 is a semi-insulating InP substrate, 2 is an InP buffer layer, 3 is an InGaAs collector layer, 4 is an InGaAs base layer, 5 is an InP emitter layer, 6 is an InGaAs cap layer, 7 is a collector electrode, 8 Represents a base electrode, and 9 represents an emitter electrode.
InP基板を用いたHBTエピタキシャルウエハの成長中に炭素ドープしたベース層より水素原子を脱離することができれば、水素原子による炭素不純物の不活性化の少ないエピタキシャルウエハが実現する。本発明では、エミッタ層すべてのエピタキシャル成長を、あるいはエミッタ層のうちベース層に近接する部分を第一のエミッタ層とし、そのエピタキシャル成長を、有機リン化合物という水素原子の供給が少ない原料で行うことにより、水素原子濃度の大幅な低減を実現した。 If hydrogen atoms can be desorbed from the carbon-doped base layer during the growth of an HBT epitaxial wafer using an InP substrate, an epitaxial wafer with less inactivation of carbon impurities by hydrogen atoms can be realized. In the present invention, the epitaxial growth of the entire emitter layer, or the portion of the emitter layer that is close to the base layer is the first emitter layer, and the epitaxial growth is performed with a raw material that has a low supply of hydrogen atoms, such as an organic phosphorus compound. A significant reduction in the hydrogen atom concentration was achieved.
有機リン化合物を使用する効果は、窒素ガス雰囲気中でのアニールなど、水素原子が存在しない雰囲気での処理よりも強い水素原子の脱離効果を持つ。この現象は(化1)式に例示するような反応によって、有機リン化合物の半導体表面での分解によって半導体中の水素原子が消費されることにより発現しており、本発明により発見された現象である。 The effect of using an organophosphorus compound has a stronger hydrogen atom desorption effect than a treatment in an atmosphere in which no hydrogen atom exists, such as annealing in a nitrogen gas atmosphere. This phenomenon is manifested by the consumption of hydrogen atoms in the semiconductor due to the decomposition of the organophosphorus compound on the semiconductor surface by the reaction illustrated in the formula (1), and is a phenomenon discovered by the present invention. is there.
(トリメチルリンの半導体表面での分解)…(化1)式
(CH3)3P+3H(半導体中の水素)→P(半導体中のリン)+3CH4
有機リン化合物の分解により半導体中の水素が消費される効果は、アルキル基の数が多いほど強い。また、エチル基の効果は(化2)式に示す複数の反応が生じるため、メチル基より弱い。毒性が弱いMOCVD原料として注目されているターシャリブチルフォスフィンはエピタキシャル成長時の半導体基板温度より低い温度で、(化3)式に示す分解をし、基板表面ヘアルキル基を供給しないため、半導体中の水素を消費される効果は無かった。
(Decomposition of trimethyl phosphorus on the semiconductor surface) (Formula 1) Formula (CH 3 ) 3 P + 3H (hydrogen in the semiconductor) → P (phosphorus in the semiconductor) + 3CH 4
The effect of consuming hydrogen in the semiconductor due to the decomposition of the organophosphorus compound is stronger as the number of alkyl groups is larger. Further, the effect of the ethyl group is weaker than that of the methyl group because a plurality of reactions shown in the formula (2) occurs. Tertiary butylphosphine, which has been attracting attention as a MOCVD raw material with low toxicity, decomposes as shown in the formula (3) at a temperature lower than the temperature of the semiconductor substrate during epitaxial growth and does not supply an alkyl group to the substrate surface. There was no effect of consuming hydrogen.
(エチルリン化合物の半導体表面での分解)…(化2)式
(C2H5)-P+H(半導体中の水素)→P(半導体中のリン)十C2H6
(C2H5)-P→P(半導体中のリン)+C2H4+H(半導体表面へ供給される水素)
(ターシャリブチルフォスフィンの半導体近傍での熱分解)…(化3)式
(CH3)3C-PH2→(CH3)2=CH2+PH3
アンドープあるいはn型の半導体中では水素原子の拡散が遅いため、有機リン化合物を用いて成長する第一のエミッタ層の厚さは小さくても、その後のエピタキシャル成長において供給される水素化物からの水素原子のベース層への拡散は少ない。
(Decomposition of ethyl phosphorus compound on semiconductor surface) (Formula 2) Formula (C 2 H 5 ) −P + H (hydrogen in semiconductor) → P (phosphorus in semiconductor) + C 2 H 6
(C 2 H 5 ) -P → P (phosphorus in the semiconductor) + C 2 H 4 + H (hydrogen supplied to the semiconductor surface)
(Thermal decomposition of tert-butylphosphine in the vicinity of the semiconductor) (Formula 3) Formula (CH 3 ) 3 C—PH 2 → (CH 3 ) 2 = CH 2 + PH 3
Since diffusion of hydrogen atoms is slow in an undoped or n-type semiconductor, even if the thickness of the first emitter layer grown using an organophosphorus compound is small, hydrogen atoms from hydrides supplied in the subsequent epitaxial growth Is less diffused into the base layer.
有機リン化合物の分解に必要な水素原子は、半導体中からだけではなく、水素キャリアガスからも供給され得る。前述した有機リン化合物による半導体中の水素原子の離脱の効果を強くするためには、キャリアガスの一部あるいはすべてを窒素ガスで置き換えることが有効であることを発見した。
ベース層の厚さ、キャリア濃度、結晶性がHBTの特性を決定する主因である。本発明ではベース層のエピタキシャル成長条件を従来手法によるものから変更する必要はない。そのため、従来手法で得られた最適な結晶性を持つベース層を容易に再現できる。エミッタ層に有機リン化合物を起源とする炭素が混入することが危惧されたが、エミッタ層中の炭素濃度は2次イオン質量分析の測定限界以下であった。
Hydrogen atoms necessary for the decomposition of the organophosphorus compound can be supplied not only from within the semiconductor but also from a hydrogen carrier gas. In order to strengthen the effect of desorption of hydrogen atoms in a semiconductor by the above-described organophosphorus compound, it has been found effective to replace part or all of the carrier gas with nitrogen gas.
The base layer thickness, carrier concentration, and crystallinity are the main factors that determine the characteristics of the HBT. In the present invention, it is not necessary to change the epitaxial growth conditions of the base layer from those according to the conventional method. Therefore, the base layer having the optimum crystallinity obtained by the conventional method can be easily reproduced. There was a concern that carbon originating from an organophosphorus compound would be mixed into the emitter layer, but the carbon concentration in the emitter layer was below the measurement limit of secondary ion mass spectrometry.
本発明のHBT用エピタキシャルウエハはMOCVD法によるエピタキシャル成長装置を用いて作製した。III族元素であるAl、Ga、Inの原料として、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムをそれぞれ用いた。Asの原料としてはアルシンを、Sbの原料としてはトリメチルアンチモンを用いた。
本発明の特徴であるリンの原料として、各種の有機リン化合物およびフォスフィンを用いた。
キャリアガスとしては水素ガスおよび窒素ガスを用いた。
ベース層をp型とするための不純物として炭素を用い、その原料として四臭化炭素を用いた。以下に示す〈実施例1〜12〉では、コレクタ層とエミッタ層は、特記しない限りはアンドープとした。n型コレクタ層、n型エミッタ層を成長する際にはn型不純物としてSiを用い、その原料としてジシランを用いた。
基板として、(001)面の半絶縁性InPを用いた。
The epitaxial wafer for HBT of the present invention was produced using an epitaxial growth apparatus by the MOCVD method. Trimethylaluminum, trimethylgallium, and trimethylindium were used as raw materials for the group III elements Al, Ga, and In, respectively. Arsine was used as the As raw material, and trimethylantimony was used as the Sb raw material.
Various organic phosphorus compounds and phosphine were used as raw materials for phosphorus, which is a feature of the present invention.
Hydrogen gas and nitrogen gas were used as the carrier gas.
Carbon was used as an impurity for making the base layer p-type, and carbon tetrabromide was used as a raw material. In <Examples 1 to 12> shown below, the collector layer and the emitter layer were undoped unless otherwise specified. When growing the n-type collector layer and the n-type emitter layer, Si was used as an n-type impurity, and disilane was used as a raw material.
As the substrate, (001) plane semi-insulating InP was used.
ベース層中の炭素濃度および水素濃度は、エピタキシャルウエハ成長後に室温において、InP、InGaPあるいはInA1Pからなるエミッタ層をエッチングにより除去し、ベース層を露出させた後、p型キャリア濃度を電気的に測定することにより求めた。エッチング後に窒素ガス雰囲気中において500℃でアニールして水素を脱離させ、窒素雰囲気中で室温に冷ましてから測定したp型キャリア濃度を炭素濃度とし、前記炭素濃度よりエッチング直後に測定したp型キャリア濃度を差し引いたものを水素濃度とした。いくつかの試料において2次イオン質量分析を行い、電気的測定によって求められる炭素および水素濃度と2次イオン質量分析により求められる炭素および水素濃度とが一致することを確認した。 The carbon concentration and hydrogen concentration in the base layer are measured by removing the emitter layer made of InP, InGaP or InA1P by etching at room temperature after growing the epitaxial wafer, exposing the base layer, and then measuring the p-type carrier concentration electrically. Was determined by After etching, annealing is performed at 500 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to desorb hydrogen, and the p-type carrier concentration measured after cooling to room temperature in the nitrogen atmosphere is defined as the carbon concentration. The hydrogen concentration was obtained by subtracting the carrier concentration. Secondary ion mass spectrometry was performed on several samples, and it was confirmed that the carbon and hydrogen concentrations determined by electrical measurement coincided with the carbon and hydrogen concentrations determined by secondary ion mass spectrometry.
以下の実施例では、エッチング直後のp型キャリア濃度と、炭素濃度の比率を活性化率として表した。活性化率が大きいほど、エピタキシャル成長後のベース層の炭素が電気的に活性であること、すなわち水素原子の取り込みが少ないことを意味する。
本発明によるHBT用エピタキシャルウエハの概略は図1に示したものと同様である。ベース層に接するエミッタ層を、有機リン化合物を用いてエピタキシャル成長することに本発明の特徴がある。
InP、InGaPあるいはInA1Pからなるエミッタ層のエッチングを容易にし、ベース層の炭素および水素濃度の測定を容易にするため、以下の実施例ではInGaAsキャップ層を含まないエピタキシャルウエハも用いた。キャップ層の有無は、ベース層の炭素および水素濃度に影響を与えないことは2次イオン質量分析により確認した。
In the following examples, the ratio between the p-type carrier concentration immediately after etching and the carbon concentration was expressed as the activation rate. As the activation rate is larger, it means that the carbon of the base layer after epitaxial growth is electrically active, that is, less hydrogen atoms are taken up.
The outline of the epitaxial wafer for HBT according to the present invention is the same as that shown in FIG. A feature of the present invention is that the emitter layer in contact with the base layer is epitaxially grown using an organic phosphorus compound.
In order to facilitate the etching of the emitter layer made of InP, InGaP or InA1P and to facilitate the measurement of the carbon and hydrogen concentrations of the base layer, an epitaxial wafer not including an InGaAs cap layer was also used in the following examples. It was confirmed by secondary ion mass spectrometry that the presence or absence of the cap layer did not affect the carbon and hydrogen concentrations of the base layer.
〈実施例1〉
200nmのInGaAsコレクタ層、50nmのInGaAsベース層、50nmのInPエミッタ層、70nmのInGaAsキャップ層をInP基板上に成長温度450℃にてエピタキシャル成長させた。
InPエミッタ層のリン原料としてトリメチルリンを用いた。比較のため、従来手法であるフォスフィンをリン原料として用いてInPエミッタ層を成長したものも作製した。電気的特性と併せ、2次イオン質量分析も行った。
図4に従来手法によって作製されたエピタキシャルウエハの炭素および水素の深さ方向の濃度分布を、図3に本発明のエピタキシャルウエハの炭素および水素の深さ方向の濃度分布を示す。図4と図3の比較から明らかなように、本発明によりベース層の水素濃度が大幅に減少している。また、InPエミッタ層には炭素の混入が観測されていない。
電気測定により得られた値は、従来手法において炭素濃度7.0×1019cm−3、活性化率7%、本発明では炭素濃度7.0×1019cm−3、活性化率95%であった。これは、従来手法において水素濃度6.5×1019cm−3、本発明では水素濃度2.5×1018cm−3に相当し、水素濃度は25分の1と大幅に減少していることを示している。
本発明により、大幅な水素濃度の減少が実現していることに併せ、特定高圧ガスであり取扱に危険を伴うフォスフィンを使用せずにHBT用エピタキシャルウエハを作製することが可能となった。
<Example 1>
A 200 nm InGaAs collector layer, a 50 nm InGaAs base layer, a 50 nm InP emitter layer, and a 70 nm InGaAs cap layer were epitaxially grown on an InP substrate at a growth temperature of 450 ° C.
Trimethyl phosphorus was used as a phosphorus raw material for the InP emitter layer. For comparison, an InP emitter layer was grown using phosphine, which is a conventional method, as a phosphorus material. Combined with the electrical characteristics, secondary ion mass spectrometry was also performed.
FIG. 4 shows the concentration distribution in the depth direction of carbon and hydrogen of an epitaxial wafer produced by the conventional method, and FIG. 3 shows the concentration distribution in the depth direction of carbon and hydrogen of the epitaxial wafer of the present invention. As is clear from the comparison between FIG. 4 and FIG. 3, the hydrogen concentration in the base layer is greatly reduced by the present invention. Further, no carbon is observed in the InP emitter layer.
The values obtained by the electrical measurement are as follows. The carbon concentration is 7.0 × 10 19 cm −3 and the activation rate is 7% in the conventional method. In the present invention, the carbon concentration is 7.0 × 10 19 cm −3 and the activation rate is 95%. Met. This corresponds to a hydrogen concentration of 6.5 × 10 19 cm −3 in the conventional method and a hydrogen concentration of 2.5 × 10 18 cm −3 in the present invention, and the hydrogen concentration is greatly reduced to 1/25. It is shown that.
According to the present invention, it has become possible to produce an epitaxial wafer for HBT without using phosphine, which is a specific high-pressure gas and dangerous to handle, in addition to realizing a significant reduction in hydrogen concentration.
〈実施例2〉
実施例1と同じ構造を400℃で成長した。従来手法においては炭素濃度7.0×1019cm−3、活性化率7%、本発明では炭素濃度7.0×1019cm−3、活性化率90%であった。実施例1より活性化率が小さいのは、成長温度が低い分メチル基の分解速度が遅く、水素の脱離が少なくなったためと考えられる。メチル基の分解の遅さによりエミッタ層に炭素が混入することが危惧されたが、2次イオン質量分析においてはInPエミッタ層に炭素の混入が観測されなかった。
<Example 2>
The same structure as in Example 1 was grown at 400 ° C. In the conventional method, the carbon concentration was 7.0 × 10 19 cm −3 and the activation rate was 7%, and in the present invention, the carbon concentration was 7.0 × 10 19 cm −3 and the activation rate was 90%. The reason why the activation rate is smaller than that of Example 1 is considered to be that the decomposition rate of methyl groups is slowed by the lower growth temperature, and the elimination of hydrogen is reduced. Although it was feared that carbon was mixed into the emitter layer due to the slow decomposition of the methyl group, in the secondary ion mass spectrometry, no carbon was observed in the InP emitter layer.
〈実施例3〉
200nmのInGaAsコレクタ層、50nmのInGaAsベース層、100nmのInPエミッタ層をInP基板上に、成長温度450℃にてエピタキシャル成長させた。100nmのエミッタ層をベース層に接する第一のエミッタ層と、第一のエミッタ層に接する第二のエミッタ層とに分け、合計が100nmとなるように成長を行った。第一のエミッタ層のリンの原料としてトリメチルリンを、第二のエミッタ層のリンの原料としてフォスフィンを用いた。
すべてのウエハにおいてベース層の炭素濃度は7.0×1019cm−3とした。第一のエミッタ層の厚さ、0.5nm、1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、50nmのウエハに対し、活性化率は45%、60%、80%、85%、90%、95%、95%であった。トリメチルリンを原料として成長したInP層が極めて薄いものであっても、水素原子を脱離する効果は高い。また、10〜20nm以上の厚さがあれば、第二のエミッタ成長時にフォスフィンから供給される水素原子の再拡散は完全に阻止できる。
<Example 3>
A 200 nm InGaAs collector layer, a 50 nm InGaAs base layer, and a 100 nm InP emitter layer were epitaxially grown on an InP substrate at a growth temperature of 450 ° C. The 100 nm emitter layer was divided into a first emitter layer in contact with the base layer and a second emitter layer in contact with the first emitter layer, and growth was performed so that the total was 100 nm. Trimethyl phosphorus was used as the phosphorus material for the first emitter layer, and phosphine was used as the phosphorus material for the second emitter layer.
In all the wafers, the carbon concentration of the base layer was 7.0 × 10 19 cm −3 . The activation rate is 45%, 60%, 80%, 85%, 90%, and 95% for wafers having a thickness of the first emitter layer of 0.5 nm, 1 nm, 2 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, and 50 nm. 95%. Even if the InP layer grown using trimethyl phosphorus as a raw material is extremely thin, the effect of desorbing hydrogen atoms is high. If the thickness is 10 to 20 nm or more, re-diffusion of hydrogen atoms supplied from phosphine during the second emitter growth can be completely prevented.
〈実施例4〉
実施例3に示した構造の作製にあたって、ベース層の成長後にトリメチルリンを供給し、表面をリンで覆い、ベース層とエミッタ層の界面のリン原子層の原料をトリメチルリンとする構造を作製した。界面のリン原子層の形成後にトリメチルインジウムとフォスフィンを供給した。この構造は実施例3において、第一のエミッタ層の厚さが1分子層であることに相当する。
トリメチルリンを原料としたInP層が1分子であっても、界面形成中のメチル基による水素脱離効果が働き、活性化率は22%が得られた。この値は、従来手法による7%と比較すると大きな値である。
<Example 4>
In producing the structure shown in Example 3, trimethyl phosphorus was supplied after the base layer was grown, the surface was covered with phosphorus, and a structure in which the raw material of the phosphorus atomic layer at the interface between the base layer and the emitter layer was trimethyl phosphorus was produced. . Trimethylindium and phosphine were supplied after the formation of the phosphorus layer at the interface. This structure corresponds to that the thickness of the first emitter layer is one molecular layer in Example 3.
Even if the InP layer using trimethyl phosphorus as a raw material is a single molecule, the hydrogen desorption effect due to the methyl group during interface formation worked, and an activation rate of 22% was obtained. This value is large compared to 7% according to the conventional method.
〈実施例5〉
200nmのInPコレクタ層、50nmのGaAsSbベース層、100nmのInPエミッタ層をInP基板上に、成長温度450℃にてエピタキシャル成長させた。100nmのエミッタ層をベース層に接する第一のエミッタ層と、第一のエミッタ層に接する第二のエミッタ層とに分け、合計が100nmとなるように成長を行った。第一のエミッタ層のリンの原料としてトリメチルリンを、第二のエミッタ層のリンの原料としてフォスフィンを用いた。InPコレクタ層のリンの原料としてフォスフィンを用いた。
すべてのウエハにおいてベース層の炭素濃度は8.0×1019cm−3とした。第一のエミッタ層を持たない従来手法においては、活性化率は60%であった。InGaAsをベース層として用いる場合より、GaAsSbを用いる場合のほうが、従来手法によっても水素原子の影響は小さい。
第一のエミッタ層の厚さ、0.5nm、1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、50nmのウエハに対し、活性化率は70%、75%、82%、87%、92%、96%、96%であった。トリメチルリンを原料として成長したInP層が極めて薄いものであっても、水素原子を脱離する効果は高い。また、10〜20nm以上の厚さがあれば、第二のエミッタ成長時にフォスフィンから供給される水素原子の再拡散は完全に阻止できる。
なお、InPエミッタ層すべてを、トリメチルリンを原料として成長した場合にも96%の活性化率が得られた。
InPコレクタ層を、トリメチルリンを原料として成長することも可能であった。リンの原料を全てトリメチルリンとすることにより、特定高圧ガスであるフォスフィンの使用を回避することができる。
本実施例で示したとおり、本発明はGaAsSbをベース層として用いるHBT用エピタキシャルウエハに対しても有効である。
<Example 5>
A 200 nm InP collector layer, a 50 nm GaAsSb base layer, and a 100 nm InP emitter layer were epitaxially grown on an InP substrate at a growth temperature of 450 ° C. The 100 nm emitter layer was divided into a first emitter layer in contact with the base layer and a second emitter layer in contact with the first emitter layer, and growth was performed so that the total was 100 nm. Trimethyl phosphorus was used as the phosphorus material for the first emitter layer, and phosphine was used as the phosphorus material for the second emitter layer. Phosphine was used as a raw material for phosphorus in the InP collector layer.
In all the wafers, the carbon concentration of the base layer was 8.0 × 10 19 cm −3 . In the conventional method without the first emitter layer, the activation rate was 60%. The influence of hydrogen atoms is smaller in the case of using GaAsSb than in the case of using InGaAs as the base layer even by the conventional method.
The activation rate is 70%, 75%, 82%, 87%, 92%, 96% for wafers having a thickness of the first emitter layer of 0.5 nm, 1 nm, 2 nm, 5 nm, 10 nm, 20 nm, and 50 nm. 96%. Even if the InP layer grown using trimethyl phosphorus as a raw material is extremely thin, the effect of desorbing hydrogen atoms is high. If the thickness is 10 to 20 nm or more, re-diffusion of hydrogen atoms supplied from phosphine during the second emitter growth can be completely prevented.
An activation rate of 96% was also obtained when all the InP emitter layers were grown using trimethyl phosphorus as a raw material.
It was also possible to grow the InP collector layer using trimethyl phosphorus as a raw material. By using trimethyl phosphorus as the raw material for phosphorus, it is possible to avoid the use of phosphine, which is a specific high-pressure gas.
As shown in this embodiment, the present invention is also effective for an HBT epitaxial wafer using GaAsSb as a base layer.
〈実施例6〉
200nmのInGaAsコレクタ層、50nmのInGaAsベース層、100nmのInPエミッタ層をInP基板上に、成長温度450℃にてエピタキシャル成長させた。InPエミッタ層のリンの原料としてさまざまな有機リン化合物を用いた。すべてのウエハにおいてベース層の炭素濃度は7.0×1019cm−3とした。従来手法であるフォスフィンを用いた場合には活性化率は7%であった。
トリメチルリンを用いた場合には、実施例1に示したように95%の活性化率が得られた。ジメチルリンでは85%、モノメチルリンでは65%の活性化率となった。
エチル基を持つ有機リン化合物も試みた。トリエチルリンで40%、ジエチルリンで18%、モノエチルリンで12%の活性化率となった。
なお、ターシャリブチルフォスフィンを用いた場合には、従来手法であるフォスフィンを用いた場合と差はなく、活性化率は7%であった。
<Example 6>
A 200 nm InGaAs collector layer, a 50 nm InGaAs base layer, and a 100 nm InP emitter layer were epitaxially grown on an InP substrate at a growth temperature of 450 ° C. Various organic phosphorus compounds were used as the raw material for phosphorus in the InP emitter layer. In all the wafers, the carbon concentration of the base layer was 7.0 × 10 19 cm −3 . When using phosphine, which is a conventional method, the activation rate was 7%.
When trimethyl phosphorus was used, an activation rate of 95% was obtained as shown in Example 1. The activation rate was 85% for dimethyl phosphorus and 65% for monomethyl phosphorus.
An organophosphorus compound having an ethyl group was also tried. The activation rate was 40% for triethyl phosphorus, 18% for diethyl phosphorus, and 12% for monoethyl phosphorus.
In addition, when tertiary butyl phosphine was used, there was no difference from the case where the conventional phosphine was used, and the activation rate was 7%.
〈実施例7〉
実施例6に示した構造のInPエミッタ層成長時のキャリアガスを水素ガスに換えて窒素ガスとした。
InPエミッタ層のリンの原料としてさまざまな有機リン化合物を用いた。すべてのウエハにおいてベース層の炭素濃度は7.0×1019cm−3とした。従来手法であるフォスフィンを用いた場合には活性化率は9%と、水素ガスをキャリアとした場合からわずかに向上した。
トリメチルリンを用いた場合には98%の活性化率が得られ、水素濃度は水素キャリアを用いた場合と比べ、さらに半分以下となった。ジメチルリンでは92%、モノメチルリンでは80%の活性化率となった。
エチル基を持つ有機リン化合物も試みた。トリエチルリンで55%、ジエチルリンで25%、モノエチルリンで18%の活性化率となった。
なお、ターシャリブチルフォスフィンを用いた場合には、従来手法であるフォスフィンを用いた場合と差はなく、活性化率は9%であった。
窒素ガスをキャリアとして用いた場合においても、本実施例に示したすべての試料においてエミッタ層中の炭素濃度は2次イオン質量分析による検出限界以下であった。
<Example 7>
The carrier gas used in the growth of the InP emitter layer having the structure shown in Example 6 was replaced with hydrogen gas to form nitrogen gas.
Various organic phosphorus compounds were used as the raw material for phosphorus in the InP emitter layer. In all the wafers, the carbon concentration of the base layer was 7.0 × 10 19 cm −3 . When phosphine, which is a conventional method, was used, the activation rate was 9%, which was slightly improved from the case where hydrogen gas was used as a carrier.
When trimethyl phosphorus was used, an activation rate of 98% was obtained, and the hydrogen concentration was further reduced to half or less compared with the case where hydrogen carrier was used. The activation rate was 92% for dimethyl phosphorus and 80% for monomethyl phosphorus.
An organophosphorus compound having an ethyl group was also tried. The activation rate was 55% with triethyl phosphorus, 25% with diethyl phosphorus, and 18% with monoethyl phosphorus.
In addition, when tertiary butyl phosphine was used, there was no difference from the case where the conventional phosphine was used, and the activation rate was 9%.
Even when nitrogen gas was used as a carrier, the carbon concentration in the emitter layer was below the detection limit by secondary ion mass spectrometry in all the samples shown in this example.
〈実施例8〉
実施例7に示したキャリアガスを水素と窒素の混合ガスとし、キャリアガスの効果を確認した。
窒素の割合を0%(水素のみ)、25%、50%、75%、100%とし、実施例6に記載した構造のInPエミッタ層を、トリメチルリンを用いて成長した場合、活性化率はそれぞれ95%、95%、97%、97%、98%となった。
モノメチルリンを用いて成長した場合、活性化率は65%、68%、75%、77%、80%となった。
キャリアガスの一部を窒素とすることによっても、活性化率を高くすることができる。また、キャリアガスにおける窒素の割合が大きいほど、高い活性化率が得られる。
<Example 8>
The carrier gas shown in Example 7 was a mixed gas of hydrogen and nitrogen, and the effect of the carrier gas was confirmed.
When the ratio of nitrogen is 0% (only hydrogen), 25%, 50%, 75%, and 100%, and the InP emitter layer having the structure described in Example 6 is grown using trimethyl phosphorus, the activation rate is They were 95%, 95%, 97%, 97%, and 98%, respectively.
When grown using monomethyl phosphorus, the activation rates were 65%, 68%, 75%, 77%, and 80%.
The activation rate can also be increased by using part of the carrier gas as nitrogen. Further, the higher the ratio of nitrogen in the carrier gas, the higher the activation rate can be obtained.
〈実施例9〉
実施例4に示したベース層とエミッタ層の界面をトリメチルリンで作製する方法において、トリメチルリン供給時のみ、キャリアガスとして窒素ガスを用いた。これにより活性化率が22%より30%に向上した。
<Example 9>
In the method of manufacturing the interface between the base layer and the emitter layer shown in Example 4 with trimethyl phosphorus, nitrogen gas was used as a carrier gas only when trimethyl phosphorus was supplied. This increased the activation rate from 22% to 30%.
〈実施例10〉
実施例1から実施例9において、InPエミッタ層をInGaPエミッタ層(III族元素に占めるGaの割合が5%、10%、20%)とした。エミッタ層をInPより大きなバンドギャップを持つInGaPとすることにより、ベース層とのバンドギャップ差が大きくなり、HBTの特性が向上することが期待できる。
ベース層は実施例1から9と同一のため、ベース層中の炭素不純物濃度には変化がなかった。また炭素不純物の活性化率も実施例1から実施例9とほぼ同じ値であった。
<Example 10>
In Example 1 to Example 9, the InP emitter layer was an InGaP emitter layer (the proportion of Ga in group III elements was 5%, 10%, and 20%). When the emitter layer is made of InGaP having a larger band gap than InP, it is expected that the band gap difference from the base layer is increased and the characteristics of the HBT are improved.
Since the base layer was the same as in Examples 1 to 9, there was no change in the carbon impurity concentration in the base layer. Also, the activation rate of carbon impurities was almost the same as in Examples 1 to 9.
〈実施例11〉
実施例1から実施例9において、InPエミッタ層をInAlPエミッタ層(III族元素に占めるAlの割合が5%、10%、20%)とした。エミッタ層をInPより大きなバンドギャップを持つInA1Pとすることにより、ベース層とのバンドギャップ差が大きくなり、HBTの特性が向上することが期待できる。
ベース層は実施例1から実施例9と同一のため、ベース層中の炭素不純物濃度には変化がなかった。また炭素不純物の活性化率も実施例1から実施例9とほぼ同じ値であった。
<Example 11>
In Example 1 to Example 9, the InP emitter layer was an InAlP emitter layer (the proportion of Al in group III elements was 5%, 10%, and 20%). When the emitter layer is made of InA1P having a larger band gap than InP, it is expected that the band gap difference from the base layer is increased and the characteristics of the HBT are improved.
Since the base layer was the same as in Example 1 to Example 9, there was no change in the carbon impurity concentration in the base layer. Also, the activation rate of carbon impurities was almost the same as in Examples 1 to 9.
〈実施例12〉
実施例1から実施例11において、コレクタ層およびエミッタ層の成長時にジシランを供給し、5.0×1017cm−3の濃度のn型とした。ベース層中の炭素濃度に変化は無く、炭素不純物の活性化率は実施例1から実施例11に示したものと同等であった。
本発明の実施例1から実施例12によれば、ベース層へp型不純物として添加した炭素の活性化率の高いエピタキシャルウエハを提供することが可能となる。このエピタキシャルウエハを用いることにより動作特性に優れたヘテロバイポーラトランジスタの作製が可能となる効果がある。
<Example 12>
In Examples 1 to 11, disilane was supplied during the growth of the collector layer and the emitter layer to obtain an n-type having a concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 . There was no change in the carbon concentration in the base layer, and the activation rate of the carbon impurities was equivalent to that shown in Examples 1 to 11.
According to
1 半絶縁性InP基板
2 InPバッファ層
3 InGaAsコレクタ層
4 InGaAsベース層
5 InPエミッタ層
6 InGaAsキャップ層
7 コレクタ電極
8 ベース電極
9 エミッタ電極
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