(57)【要約】【課題】ＩｎＧａＰをエミッタ層とするＨＢＴ用エピタキシャルウエハでは、グレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層のキャリア濃度を１Ｅ１９cm−３以上とするためＴｅをドーピングするが、Ｔｅの供給量を増加させると電極形成のためエッチング後のＩｎＧａＰエミッタ表面上にＴｅを起因とする、高速動作、高出力動作の妨げとなる突起物が発生する。そこで、ＩｎＧａＰエミッタ表面上に突起物を形成せず、且つ高キャリア濃度が得られるＴｅ濃度を規定する。【解決手段】ＩｎＧａＰをエミッタ層とＨＢＴ用エピタキシャルウエハにおいて、グレーデッドノンアロイ層若しくはノンアロイ層のドーパントとしてＴｅを用い、その濃度を２．０Ｅ１９〜５．０Ｅ１９cm−３と規定した。Ｔｅのドーピング濃度を規定することにより、ＩｎＧａＰエミッタ表面上に突起物が発生するのを抑制し、電流利得の劣化を抑える特性の信頼性を向上させることが可能となった。【選択図】      図１
2006261364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、グレーデッドノンアロイ層及びノンアロイ層が順次積層されたヘテロ接合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、ＩｎＧａＰをエミッタ層とすると共に、ｎ型エピタキシャル層である上記グレーデッドノンアロイ層のドーパントとしてＴｅを用いたことを特徴とする、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項２】
上記グレーデッドノンアロイ層のドーパントであるＴｅのドーピング濃度を２．０Ｅ１９〜５．０Ｅ１９cm−３とすることを特徴とする、請求項１記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項３】
上記グレーデッドノンアロイ層のＩｎ組成を、０から当該グレーデッドノンアロイ層の上部に積層された上記ノンアロイ層のＩｎ組成まで、下方から上方に徐々に変化させたことを特徴とする、請求項１又は２記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項４】
ｎ型エピタキシャル層である上記ノンアロイ層のドーパントとしてＴｅを用いたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項５】
上記ノンアロイ層のドーパントであるＴｅのドーピング濃度を２．０Ｅ１９〜５．０Ｅ１９cm−３とすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項６】
上記ノンアロイ層のＩｎ組成を０．８以下の均一な値とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項７】
上記ノンアロイ層及び上記グレーデッドノンアロイ層にドーピングするＴｅの供給原料が、テルル化水素（Ｈ２Ｔｅ）、ジメチルテルル（Ｔｅ（ＣＨ３）２）、ジエチルテルル（Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２）、ジイソプロフィルテルル（Ｔｅ（Ｃ３Ｈ７）２）のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項８】
上記エミッタ層がＩｎＧａＰからなることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【請求項９】
上記基板としてＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＰのうちのいずれかを用いることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用エピタキシャルウエハに係り、特にそのエピタキシャル層の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＢＴは、低歪みの信号増幅が可能で、単一電源での使用ができる等の優れた特長を有することから、デジタル通信、ミリ波システム等のキーデバイスとして注目されている。特に、ＩｎＧａＰをエミッタ層とするＨＢＴは、ＡｌＧａＡｓをエミッタ層とするＨＢＴと比較して、活性な原子であるＡｌを含まないことにより、高い性能を実現するものとして注目されている。
【０００３】
最近のＡｌＧａＡｓをエミッタ層とするＨＢＴ用エピタキシャルウエハは、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法といった気相エピタキシャル成長方法により、例えば、ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層、ｐ型ＧａＡｓベース層、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＡｓグレーデッドノンアロイ層、ｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイ層のエピタキシャル層を積層させることにより形成される。グレーデッドノンアロイ層は、Ｉｎの組成を上部のノンアロイ層に向けて下方から上方に徐々に変化する構成を有する。
【０００４】
コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層の導電型としてｎｐｎ型とｐｎｐ型の２種類があり、ｎｐｎ型のエピタキシャル層を積層する場合が殆どである。ここで、ｎ型のドーパントとしてはＳｉが用いられ、ｐ型のドーパントとしては炭素、亜鉛、ベリリウムといった元素が用いられる。また、グレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層は電極形成時通常アロイされずに使用されるため、ＳｉまたはＴｅまたはＳｅ等を高ドープしたＩｎＧａＡｓ層が使用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、ＩｎＧａＰをエミッタ層とするＨＢＴ用エピタキシャルウエハとしては、ＡｌＧａＡｓをエミッタ層とする場合とほぼ類似の構成を有するものが知られている（例えば、特許文献２参照）が、グレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層のｎ型のドーパントとしては主にＳｅとＳｉが用いられている。
【特許文献１】特開２００３−１３３３２５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７５４６号公報
【０００６】
ＨＢＴの動作は、基本的に通常のバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）と同様で、ｎｐｎ型ＢＪＴではエミッタからコレクタに向けて流れる電子量をベース電流（ホール電流）によって制御し、トランジスタを動作させる。ホール電流を増やすと、コレクタ電流が増加し、さらにホール電流を増やすとベースからエミッタに向けてホールが漏れ出すため、トランジスタの電流増幅率が低下する。しかし、エミッタにバンドギャップの大きな半導体材料を用いたｎｐｎ型ＨＢＴでは、ベース・エミッタ界面に障壁ができ、ホールのエミッタへの漏れを抑えることができる。つまり、ＨＢＴは電流増幅率を低下させることなくコレクタ電流を大きくすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の効果をより高速・高出力にするために、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタの電極サイズを小さくし、ヘテロバイポーラトランジスタを隣接させた並列接続構造を有するチップ構造とする。そこで、小さく加工されたエミッタ電極に大きな寄生抵抗を生じさせないために、グレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層のキャリア濃度を１Ｅ１９cm−３以上とする必要がある。
【０００８】
しかし、グレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層のキャリア濃度を１Ｅ１９cm−３以上とするためには、Ｔｅをドーパントとした場合は多くのＴｅを供給する必要が生じる。しかし、Ｔｅの供給量を増加させると図４の通り、電極形成のためエッチング後のＩｎＧａＰエミッタ表面上にＴｅに起因する突起物が発生することが分かった。この突起物は、高速動作、高出力動作の妨げになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ＩｎＧａＰエミッタ表面上に突起物を形成せず、且つ高キャリア濃度が得られるＴｅ濃度を規定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために次のような構成を有する。
【００１１】
請求項１に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、基板上に、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層、グレーデッドノンアロイ層及びノンアロイ層が順次積層されたヘテロ接合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、ＩｎＧａＰをエミッタ層とすると共に、ｎ型エピタキシャル層であるグレーデッドノンアロイ層のドーパントとしてＴｅを用いたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、グレーデッドノンアロイ層のドーパントであるＴｅのドーピング濃度を２．０Ｅ１９〜５．０Ｅ１９cm−３とすることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、グレーデッドノンアロイ層のＩｎ組成を、０から当該グレーデッドノンアロイ層の上部に積層されたノンアロイ層のＩｎ組成まで、下方から上方に徐々に変化させたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、ｎ型エピタキシャル層であるノンアロイ層のドーパントとしてＴｅを用いたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、ノンアロイ層のドーパントであるＴｅのドーピング濃度を２．０Ｅ１９〜５．０Ｅ１９cm−３とすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、ノンアロイ層のＩｎ組成を０．８以下の均一な値とすることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、ノンアロイ層及びグレーデッドノンアロイ層にドーピングするＴｅの供給原料が、テルル化水素（Ｈ２Ｔｅ）、ジメチルテルル（Ｔｅ（ＣＨ３）２）、ジエチルテルル（Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２）、ジイソプロフィルテルル（Ｔｅ（Ｃ３Ｈ７）２）のうちのいずれかであることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、エミッタ層がＩｎＧａＰからなることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９に係る発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハは、基板にＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＰのうちのいずれかを用いることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
ＨＢＴの利得劣化に関しては、未だその信頼性の寄与に係る原因が明確でないところがあり、その一つとしてグレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層について、これまで電極のオーミックさえ取ることができればよいと考えられてきたが、本発明により、グレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層のドーピング濃度が最適な条件を有することがわかった。
【００２１】
この知見に従い、本発明においては、ＩｎＧａＰをエミッタ層とするＨＢＴの場合、Ｔｅ濃度を規定することにより、ＩｎＧａＰエミッタ表面上に突起物が発生するのを抑制し、電流利得の劣化を抑える特性の信頼性を向上させることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係るＨＢＴ用エピタキシャルウエハの構造を模式的に示したものである。半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にサブコレクタ層となるｎ型ＧａＡｓ層２を厚さ５００ｎｍ、コレクタ層となるｎ型ＧａＡｓ層３を厚さ７００ｎｍ、ベース層となるｐ型ＧａＡｓ層４を厚さ８０ｎｍ、エミッタ層となるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＰ層５（ｘ＝０．４８）を厚さ４０ｎｍ、エミッタコンタクト層となるｎ型ＧａＡｓ層６を厚さ１００ｎｍ、Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２をドーピングしたグレーデッドノンアロイ層となるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層（ｘ＝０→０．５）７を厚さ５０ｎｍ、Ｔｅをドーピングした均一組成ノンアロイ層となるｎ型ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層（ｘ＝０．５）８を厚さ５０ｎｍ、順次積層させたヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウエハを作製する。ここで、グレーデッドノンアロイ層７は、Ｉｎの組成を上部のノンアロイ層８に向けて下方から上方に徐々に変化（ｘ＝０→０．５）したエピタキシャル層とする。
【００２４】
上記構成のエピタキシャルウエハを用い、ＳＩＭＳ分析、グレーデッドノンアロイ層、ノンアロイ層およびエミッタコンタクト層をエッチング除去した後のＩｎＧａＰエミッタ層表面のＡＦＭ観察、信頼性試験を行い、Ｔｅ濃度とＩｎＧａＰエミッタ層表面に形成される突起物との関係及びＴｅ濃度と電流利得の劣化との関係を求めた。図２にはＴｅ濃度とＩｎＧａＰエミッタ層表面（５μｍ２）に形成される突起物との関係を示し、図３にはＴｅ濃度と電流利得劣化との関係を示した。電流利得の劣化は、初期値の電流利得値に対し、高温、高電流を流した後の電流利得の比率とを定義した。
【００２５】
図２、３より、ＩｎＧａＰエミッタ層表面に形成される突起物面積率、電流利得劣化率ともに５％以下とすることができ、且つグレーデッドノンアロイ層およびノンアロイ層のコンタクト抵抗が大きくならないＴｅの濃度条件として、２．０Ｅ１９cm−３以上５．０Ｅ１９cm−３以下と規定すればよいことを確認することができた。突起物面積比率、電流利得劣化率ともに５％以下とすることについては、顧客における実使用時の評価（問題の有無）に基づくものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における実施の形態に係るヘテロ接合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模式図である。
【図２】Ｔｅ濃度とＩｎＧａＰエミッタ層表面に形成される突起物面積率との関係を示す図である。
【図３】Ｔｅ濃度と電流利得劣化との関係を示す図である。
【図４】ノンアロイ層、グレーデッドノンアロイ層、エミッタコンタクト層をエッチングした後のＩｎＧａＰエミッタ層表面のＡＦＭ像を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
２  サブコレクタ層
３  コレクタ層
４  ベース層
５  エミッタ層
６  エミッタコンタクト層
７  グレーデッドノンアロイ層
８  ノンアロイ層
【図１】
2006261364.tif 000003
【図２】
2006261364.tif 000004
【図３】
2006261364.tif 000005
【図４】
2006261364.tif 000006