(57)【要約】【課題】電流利得βの向上が図れる半導体装置用エピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板(1)上に、少なくともIII−Ｖ族化合物半導体からなるコレクタ層(3)、ベース層(4)及びエミッタ層(5)が積層形成された半導体装置用エピタキシャルウェハにおいて、ベース層(4)中のＣ濃度分布が、エミッタ層(5)との界面近傍において低濃度になっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくともIII−Ｖ族化合物半導体からなるコレクタ層、ベース層及びエミッタ層が積層形成された半導体装置用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ベース層中のＣ濃度分布が、前記ベース層と前記コレクタ層との界面よりも前記エミッタ層とベース層との界面近傍において低濃度になっていることを特徴とする半導体装置用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
前記ベース層のＣ濃度が、前記コレクタ層側から前記エミッタ層側に向かって連続的に又はステップ状に低くなっていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
前記ベース層がＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
加熱された基板上に、ドーパント原料ガス、III族原料ガス、Ｖ族原料ガス及びキャリアガスを供給して、少なくともコレクタ層、ベース層及びエミッタ層を結晶成長する半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記ベース層の結晶成長時に、Ｃドーパント原料ガスの供給量を制御して、前記ベース層中のＣ濃度分布が、前記ベース層と前記コレクタ層との界面よりも前記エミッタ層とベース層との界面近傍において低濃度になるようにしたことを特徴とする半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項５】
前記Ｃドーパント原料ガスとして、少なくともＣＢｒ４、ＣＣｌ３Ｂｒ、ＣＣｌ４のいずれか１つが用いられていることを特徴とした請求項４記載の半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体からなるエピタキシャル層のエミッタ／ベース界面の平坦化が図れる半導体装置用エピタキシャルウェハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどの化合物半導体はＳｉ（シリコン）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例としてＨＢＴ（Hetero Junction Bipolar Transistor；ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）が挙げられる。ＨＢＴは、携帯電話送信用等のマイクロ波通信の増幅器として広く用いられている。
【０００３】
従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハには、ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層、ｐ型ＧａＡｓべース層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰのエミッタ層を結晶成長させた構造のものが知られている。このＨＢＴ用エピタキシャルウェハの結晶成長は、主に有機金属気相成長方法（ＭＯＶＰＥ法）によりなされており、ベース層のｐ型ドーパントとしては拡散の少ないＣ（炭素）が用いられている。Ｃドーパント原料には、ＣＢｒ４、ＣＣｌ３Ｂｒ、ＣＣｌ４が使用されている。
【０００４】
なお、関連する技術として、ＳｉＧｅベース層のＧｅ組成をエミッタ側からコレクタ側に向けて徐々に増加させた傾斜組成ベース構造を有するＳｉＧｅ−ＨＢＴにおいて、傾斜組成ベース層中の不純物Ｂ（ホウ素）のプロファイルをエミッタに隣接する部分で低濃度にし、コレクタに近くなるほど高濃度になるように構成して、エミッタ・ベース接合における障壁を小さくし、エミッタからベースにより多くの電子を注入可能にして電流増幅率を高めるという提案がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−４５８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＨＢＴでは、より高い電流利得（＝コレクタ電流／ベース電流、電流増幅率ともいう）βが求められており、高い電流利得βを実現する手段として、ベース電流のリーク防止が挙げられる。
しかし、Ｃドーパント原料ガスであるＣＢｒ４、ＣＣｌ３Ｂｒ、ＣＣｌ４に含まれるＢｒ，Ｃｌはエッチング作用があり、ＧａＡｓべース層の表面がエッチングによって粗くなり、ベース／エミッタ界面にベース電流のリークが発生するという問題があった。また、ベース層のリーク電流のため、目標のβ値に到達しない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決し、電流利得βの向上が図れる半導体装置用エピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、基板上に、少なくともIII−Ｖ族化合物半導体からなるコレクタ層、ベース層及びエミッタ層が積層形成された半導体装置用エピタキシャルウェハにおいて、前記ベース層中のＣ濃度分布が、前記ベース層と前記コレクタ層との界面よりも前記エミッタ層とベース層との界面近傍において低濃度になっていることを特徴とする半導体装置用エピタキシャルウェハである。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様の半導体装置用エピタキシャルウェハにおいて、前記ベース層のＣ濃度が、前記コレクタ層側から前記エミッタ層側に向かって連続的に又はステップ状に低くなっていることを特徴とする半導体装置用エピタキシャルウェハである。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の半導体装置用エピタキシャルウェハにおいて、前記ベース層がＧａＡｓからなることを特徴とする半導体装置用エピタキシャルウェハである。
【００１０】
本発明の第４の態様は、加熱された基板上に、ドーパント原料ガス、III族原料ガス、Ｖ族原料ガス及びキャリアガスを供給して、少なくともコレクタ層、ベース層及びエミッタ層を結晶成長する半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記ベース層の結晶成長時に、Ｃドーパント原料ガスの供給量を制御して、前記ベース層中のＣ濃度分布が、前記ベース層と前記コレクタ層との界面よりも前記エミッタ層とベース層との界面近傍において低濃度になるようにしたことを特徴とする半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１１】
本発明の第５の態様は、第４の態様の半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記Ｃドーパント原料ガスとして、少なくともＣＢｒ４、ＣＣｌ３Ｂｒ、ＣＣｌ４のいずれか１つが用いられていることを特徴とした半導体装置用エピタキシャルウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エミッタ／ベース界面を平坦化でき、ベース電流のリークを防止し、電流利得βを向上できる半導体装置用エピタキシャルウェハ及びその製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る半導体装置用エピタキシャルウェハ及びその製造方法の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態のＩｎＧａＰ系のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す。このＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層３、ｐ型ＧａＡｓべース層４、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層５、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６、およびｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７のエピタキシャル層が順次、積層形成されている。
このＨＢＴ用エピタキシャルウェハに対して、エッチングや蒸着などより、サブコレクタ層２上にはコレクタ電極、べース層４上にはベース電極、ノンアロイコンタクト層７上にはエミッタ電極がそれぞれ形成される。
【００１４】
図１のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの作製には、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）が用いられる。即ち、気相成長装置内に設置したＧａＡｓ基板１を加熱し、ＧａＡｓ基板１にIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、ドーパント原料ガス及びキャリアガスを供給し、ＧａＡｓ基板１上にIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル層を順次成長させて、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層３、ｐ型ＧａＡｓべース層４、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層５、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６およびｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７を積層形成した。
【００１５】
上記のＶ族原料としては、ＡｓＨ３、Ａｓ（ＣＨ３）３、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ３若しくはＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）を用い、又はこれらを組み合わせて用いる。
また、III族原料としては、Ａｌ（ＣＨ３）３、Ｇａ（ＣＨ３）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＨ２）３、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３若しくはＩｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３を用い、又はこれらを組み合わせて用いる。
キャリアガスとしては、Ｈ２、Ｎ２若しくはＡｒを用い、又はこれらを組み合わせて用いる。
ｐ型ドーパント原料としては、ＣＢｒ４、ＣＣｌ３Ｂｒ若しくはＣＣｌ４を用い、又はこれらを組み合わせて用いる。
ｎ型ドーパント原料して、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６若しくはＨ２Ｓｅを用い、又はこれらを組み合わせて用いる。
【００１６】
上記ｐ型ＧａＡｓべース層４のｐ型ドーパントであるＣ（炭素）濃度は、従来の均一ドープではなく、ベース層４のＣ濃度が、コレクタ層３側からエミッタ層５側に向かって連続的に低くなった傾斜ドープ分布、或いはステップ状に低くなった分布などになっており、少なくともエミッタ層５との界面近傍におけるベース層４中のＣ濃度が、この界面近傍よりもコレクタ層３側のベース層４のＣ濃度に比べて低濃度になっている。
ｐ型ＧａＡｓべース層４のＣ濃度分布は、Ｃドーパント原料ガスの供給流量を変化させることで制御でき、Ｃ濃度を低濃度にするときには、Ｃドーパント原料ガスの供給流量を少なくすればよい。
【００１７】
このように、ベース層４中のＣ濃度をエミッタ層５との界面近傍で低めにし、即ち、ＣＢｒ４、ＣＣｌ３ＢｒなどのＣドーパント原料ガスの供給流量が少ない状態でエミッタ／ベース界面付近のベース層４の結晶成長を行っている。従って、ｐ型ＧａＡｓべース層４の表面がＣドーパント原料ガスのＢｒ，Ｃｌから受けるエッチング作用を軽減でき、平坦で急峻なエミッタ／ベース界面が得られる。このため、ベース電流のリーク（界面再結合電流）を低減でき、電流利得βが大きくなると共に、初期動作の安定性が向上する。
【００１８】
上記実施形態では、ＨＢＴのベース層に新たなＣドーパント分布を適用した場合を説明したが、本発明は、他のエピタキシャル層への適用、あるいは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造への応用も期待できる。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の実施例を説明する。本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、図１の上記実施形態と同一構造のものである。
具体的には、本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板１上に、厚さ５００ｎｍでキャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２と、厚さ８００ｎｍでキャリア濃度２×１０１６ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓコレクタ層３と、厚さ１００ｎｍで傾斜ドープのｐ型ＧａＡｓべース層４と、厚さ４０ｎｍでキャリア濃度４×１０１７ｃｍ−３のｎ型Ｉｎ０.５６ＧａＰエミッタ層５と、厚さ１００ｎｍでキャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６と、厚さ１００ｎｍでキャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３のｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７とを順次積層して形成した。
【００２０】
本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、ＭＯＶＰＥ法により作製した。成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は約９３３３Ｐａ（７０Ｔｏｒｒ）、キャリアガスは水素である。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２及びエミッタコンタクト層６の成長には、Ｇａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３およびＳｉ２Ｈ６を用いた。それらの流量はそれぞれ９０ｃｍ３／分、１９ｃｍ３／分及び３４００ｃｍ３／分である。
ｎ型ＧａＡｓコレクタ層３の成長には、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２及びエミッタコンタクト層６の成長に使用したＧａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３およびＳｉ２Ｈ６を用いた。それらの流量は、それぞれ２００ｃｍ３／分、６４０ｃｍ３／分及び１７ｃｍ３／分である。
【００２２】
ｐ型ＧａＡｓべース層４の成長には、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、ＡｓＨ３に加えてドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、ＡｓＨ３の流量は、それぞれ５００ｃｍ３／分、１０ｃｍ３／分である。ＣＢｒ４の流量は、キャリアプロファイルを傾斜させるため、成長開始時は２０ｃｍ３／分で、次第に供給流量を減少させて、成長終了時は１７ｃｍ３／分とした。
【００２３】
ｎ型Ｉｎ０.５６ＧａＰエミッタ層５の成長には、Ｉｎ（ＣＨ３）３、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、ＰＨ３及びＳｉ２Ｈ６を用いた。それらの流量は、それぞれ２６０ｃｍ３／分、１３０ｃｍ３／分、１.０ｃｍ３／分および５０ｃｍ３／分である。
ｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７の成長には、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３に加えてＨ２Ｓｅを使用した。それらの流量は、それぞれ２００ｃｍ３／分、４００ｃｍ３／分、１２０ｃｍ３／分および３００ｃｍ３／分である。
【００２４】
図２は、厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＡｓべース層中のＣ（炭素）のキャリアプロファイルを示したものである。図中、ｐ１は、コレクタ層側からエミッタ層側ヘキャリア濃度を高→低と連続的に傾斜させた本実施例における傾斜ドープのプロファイルであり、ｎ型Ｉｎ０.５６ＧａＰエミッタ層５とｐ型ＧａＡｓベース層４との界面（０ｎｍ）でのキャリア濃度は８.５×１０１８ｃｍ−３、ｐ型ＧａＡｓベース層４とｎ型ＧａＡｓコレクタ層３との界面（１００ｎｍ）でのキャリア濃度は１.３５×１０１９ｃｍ−３である。一方、ｐ２は、上記実施例のベース層のキャリア濃度を１.３５×１０１９ｃｍ−３で一定とした比較例における均一ドープのプロファイルである。本実施例も比較例も、ともにターゲットとなるベース抵抗１７０〜１９０Ω／Ｓｑを満たしている。
【００２５】
図３（ａ）は、本実施例のエピタキシャルウェハを用いてＨＢＴを作製して評価したガンメルプロット図であり、図３（ｂ）は、同ＨＢＴにおけるコレクタ電流と電流利得βとの関係を示す図である。また、図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ比較例におけるガンメルプロット図、コレクタ電流と電流利得βとの関係を示す図である。
【００２６】
図３，図４に示すように、傾斜ドープの本実施例の方がベース電流のリークが小さいため、初期動作時に電流にリニアに近い形で電流利得βが増加し、初期動作の安定性が良く、初期動作不良を低減できると共に、到達β値も向上できる。到達β値は、実施例では６２、比較例では５８であり、約７％の向上を確認できた。また、目標とするベース抵抗を維持したまま、電流利得βを向上させることができ、本実施例のエピタキシャルウェハを使用してプロセスしたデバイス製品は、少ない消費電力で高いパワーおよび高速動作が可能であり、省エネルギーも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施形態及び実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの構造を示す縦断面図である。
【図２】図１の実施例におけるベース層中のＣ（炭素）濃度のプロファイルを示す図である。
【図３】（ａ）は実施例のエピタキシャルウェハを用いてＨＢＴを作製して評価したガンメルプロット図、（ｂ）は同ＨＢＴにおけるコレクト電流と電流利得との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は比較例におけるガンメルプロット図、（ｂ）は比較例におけるコレクト電流と電流利得との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓサブコレクク層
３  ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
４  ｐ型ＧａＡｓベース層
５  ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層
６  ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層
７  ｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンククト層
ｐ１  傾斜ドープのプロファイル
ｐ２  均一ドープのプロファイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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