(57)【要約】【課題】ＨＢＴのベース層のリーク電流を抑制し、且つ電流利得βの向上を図ることを可能にする。【解決手段】基板１上に、少なくとも原料ガス及びキャリアガスを供給してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長し、少なくともコレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、上記ベース層４としてＣドープのｐ型エピタキシャル層を形成するに際し、ドーパントのドーピング効率を３〜８×１０１７ｃｍ−３／ｓｅｃの範囲に設定する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも原料ガス及びキャリアガスを供給してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長し、少なくともコレクタ層、ベース層、エミッタ層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、
上記ベース層としてＣドープのｐ型エピタキシャル層を形成するに際し、ドーパントのドーピング効率を３〜８×１０１７ｃｍ−３／ｓｅｃの範囲に設定す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の製造方法。
【請求項２】
上記ドーパントを供給するための原料ガスとしてＣＢｒ４を用い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の製造方法。
【請求項３】
上記ドーピング効率の設定は、ＣＢｒ４の供給量を定め、成長温度又はＶ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比を加減して行うことを特徴とする請求項２記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベース層としてＣドープのｐ型エピタキシャル層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を気相成長法によって製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、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。この特長を生かして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）が挙げられる。ＨＢＴは電源が正電源だけで良く、携帯送信用等マイクロ波通信の増幅器として広く用いられている。
【０００３】
ＨＢＴのおおまかな構造を図４に示す。ＨＢＴは、半絶縁性基板１上に結晶成長したサブコレクタ層２、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５、エミッタコンタクト層６及びノンアロイコンタクト層７よりなる。
【０００４】
基板１は単結晶成長するための下地である。サブコレクタ層２は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。コレクタ層３はベース層から電子を引き抜く働きを持つキャリア濃度の小さなｎ型のＧａＡｓ層である。ベース層４は電流を制御する働きを持つｐ型のＧａＡｓ層からなる。エミッタ層５は電子をベース層に注入し、且つベース層４からの正孔の注入を抑止する働きを持つｎ型のＩｎＧａＰ層からなる。エミッタコンタクト層６は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。ノンアロイコンタクト層７は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。
【０００５】
このように、サブコレクタ層２はコレクタ電極を形成する層であり、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５はそれぞれトランジスタにおいてのコレクタ、ベース、エミッタ電流の流れる層であり、また、エミッタコンタクト層６及びノンアロイコンタクト層７はエミッタ電極を形成するための層である。
【０００６】
上記構成のＨＢＴにおいて、ベース層をｐ型に変換するために混入（ドープ）する材料（ドーパント）として、従来の亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）と比較して拡散係数が非常に小さい炭素（Ｃ）が用いられるようになり、ＨＢＴの製作上難題とされてきたベース層からのドーパントの拡散が抑制され、良好な特性のＨＢＴが安定して得られるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
従来のＨＢＴエピタキシャルウェハの成長方法を、本発明の実施例として示した図１を併用して以下に述べる。図中、結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エピタキシャル層名称のｎ−、ｐ−、ｉ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、ｐ型、半絶縁性であることを表している。厚さの単位はｎｍ（１０−９ｍ）である。キャリア濃度の単位はｃｍ−３である。
【０００８】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性基板１を、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）装置のサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、成長炉内で加熱する。サセプタに基板をセットする際、均熱板と呼ばれる治具を基板上に載せる。均熱板は基板面内の温度分布を均一にする働きがある。
【０００９】
成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層が成長する。
【００１０】
サブコレクタ層２、コレクタ層３のｎ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム）とＡｓ原料のＡｓＨ３（アルシン）及びｎ型ドーパントを半絶縁性基板１に供給する。なお、Ｇａ原料として他にＧａ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料としては他にＡｓ（ＣＨ３）３（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）がある。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉ（珪素）やＳｅ（セレン）がある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ４（モノシラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としてはＨ２Ｓｅ（セレン化水素）がある。エミッタコンタクト層６のｎ＋−ＧａＡｓを成長する場合はｎ型ドーパントとしてＨ２Ｓｅを用いる。
【００１１】
ベース層４のｐ−ＧａＡｓを成長する場合には、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３及びｐ型ドーパントを半絶縁性基板１に供給する。ｐ型ドーパントの元素としてはＣ（炭素）がある。Ｃ原料としては、ＣＢｒ４（テトラブロモメタン）、ＣＣｌ３Ｂｒ（ブロモトリクロロメタン）がある。
【００１２】
エミッタ層５のｎ−ＩｎＧａＰを成長する場合には、Ｉｎ原料のＩｎ（ＣＨ３）３（トリメチルインジウム）、Ｇａ（ＣＨ３）３とＰ原料のＰＨ３（ホスフィン）及びｎ型ドーパントを基板に供給する。なお、Ｐ原料として他にＴＢＰ（ターシャリーブチルホスイン）、Ｉｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリエチルインジウム）がある。
【００１３】
ノンアロイコンタクト層７のｎ＋−ＩｎＧａＡｓを成長する場合には、ｎ型ドーパントであるＳｅを高濃度にドーピングさせるため、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、及びＨ２Ｓｅを基板に供給する。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−１０２１７８号公報（段落番号０００３）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造方法では、図１ような層構造のＨＢＴを作製した場合、ベース電流（以下ＩＢ）にリークが発生する場合がある。リーク電流が発生するとＨＢＴ特性である電流利得（＝コレクタ電流／ベース電流、以下βと称する）が低下する傾向にあった。そして、従来技術では、ベース電流のリークが大きく、そのためターゲットとなる電流利得βに届かない場合もあった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ベース層のリーク電流を抑制し、且つＨＢＴの電流利得βの向上を図ることのできるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１８】
請求項１の発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、基板上に、少なくとも原料ガス及びキャリアガスを供給してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長し、少なくともコレクタ層、ベース層、エミッタ層を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、上記ベース層としてＣドープのｐ型エピタキシャル層を形成するに際し、ドーパントのドーピング効率を３〜８×１０１７ｃｍ−３／ｓｅｃの範囲に設定することを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、上記ドーパントを供給するための原料ガスとしてＣＢｒ４を用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項２記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、上記ドーピング効率の設定は、ＣＢｒ４の供給量を定め、成長温度又はＶ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比（いわゆるＶ／ＩＩＩ比）を加減して行うことを特徴とする。
【００２１】
＜発明の要点＞
ｐ型ドーパントのＣの原料であるＣＢｒ４はエッチング作用があり、多く使用するとベース層欠陥の原因となり、リーク電流が発生する。しかしながら、ターゲットのｐ濃度とするためには、ある程度使用（供給）しなければならない。ドーピング効率が向上すれば少ないＣＢｒ４でターゲット濃度になるため、エッチング作用が小さくなり、ベース層欠陥の発生が抑えられる。これによりベース電流のリークも抑えられる。
【００２２】
本発明はかかる発明者の知見に基づいてなされたもので、図１のようなＨＢＴ構造でベース層のｐ型ドーパントのドーピング効率を上げることにより、ＨＢＴ特性の向上を狙ったものである。より少ないＣＢｒ４のドーピング量（供給量）でターゲットとなるｐ型キャリア濃度を実現すればベース電流のリークが抑えられ、高利得となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２４】
図１に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）により成長する本発明のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの層構造例を示す。このＨＢＴ用エピタキシャルウェハの製造方法は、ベース層の成長を除き、基本的に上記従来技術で述べたところと同じである。すなわち、図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、厚さ５００ｎｍ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３のｎ＋　型ＧａＡｓサブコレクタ層２と、Ｓｉドープによるキャリア濃度が２×１０１６ｃｍ−３、厚さ７００ｎｍのｎ型ＧａＡｓコレクタ層３が順次成長され、その上に、Ｃドープによるキャリア濃度が４×１０１９ｃｍ−３、厚さ８０ｎｍのｐ型ＧａＡｓベース層４が成長される。
【００２５】
このＣドープｐ型ＧａＡｓベース層４を成長する際には、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリメチルガリウム）、Ａｓ原料のＡｓＨ３（アルシン）及びｐ型ドーパントを半絶縁性基板１に供給する。ｐ型ドーパントの元素はここではＣ（炭素）である。このＣ原料としてＣＢｒ４（テトラブロモメタン）を供給するが、その際、このドーパントＣのドーピング効率が３〜８×１０１７ｃｍ−３／ｓｅｃの範囲になるように設定する。このドーピング効率の設定又は変更は、ＣＢｒ４の供給量を定め、成長温度又はＶ／ＩＩＩ比（Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比）の一方又は双方を加減することにより行う。
【００２６】
このベース層４の上には、Ｓｉドープによるキャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３、厚さ５０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．５６Ｇａ０．４４Ｐエミッタ層５が成長される。更に、このエミッタ層５の上には、厚さ１００ｎｍ、Ｓｉドープによるキャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３のｎ＋型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６が成長され、この層６の上に、厚さ１００ｎｍ、Ｓｅドープによるキャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３のｎ＋型Ｉｎ　ＧａＡｓノンアロイコンタクト層７が成長される。
【００２７】
【実施例】
本発明を図１のＨＢＴエピタキシャルウェハに適用した。成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素である。
【００２８】
半絶縁性基板１には、ＧａＡｓ基板を用いた。
【００２９】
サブコレクタ層２、エミッタコンタクト層６のｎ＋−ＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ３）３、及びＡｓＨ３、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。
【００３０】
コレクタ層３のｎ−ＧａＡｓ層の成長には、ｎ＋−ＧａＡｓ層の成長に使用したＧａ（ＣＨ３）３、ＡｓＨ３及び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。
【００３１】
ベース層４のｐ−ＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、ＡｓＨ３に加えてＣＢｒ４を用いた。それらの流量はそれぞれ５００ｃｍ３／分、１０ｃｍ３／分及び１７ｃｍ３／分である。
【００３２】
エミッタ層５のｎ＋−ＩｎＧａＰ層の成長には、Ｉｎ（ＣＨ３）３、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３、ＰＨ３及びＳｉ２Ｈ６を用いた。これらの流量はそれぞれ２６０ｃｍ３／分、１３０ｃｍ３／分及び１．０ｃｍ３／分で５０ｃｍ３／分である。
【００３３】
ノンアロイコンタクト層７のｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層の成長には、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／分及び１２０ｃｍ３／分で、３００ｃｍ３／分である。
【００３４】
上記条件で成長したＨＢＴについて、電流利得βとドーピング効率の関係を調べた。これを図３に示す。ドーピング効率は成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比等で変更している。図３より、ドーピング効率３〜８×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲（実施例）で、電流利得βが最大（β＞１３０）となることがわかる。電流利得βに関して、このドーピング効率３〜８×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲が、本発明の実施例の範囲である。
【００３５】
このドーピング効率の範囲内でも、より大きな電流利得βを得る観点からは、ドーピング効率の設定は、特に３〜７×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲（１３５以上のβが得られる）とするのが好ましく、また５〜６×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲とすると最大の電流利得βが得られる。
【００３６】
次に、ドーピング効率とベース層のリーク電流の関係を図２に示す。縦軸の単位は、例えば１Ｅ−０９（Ａ）で１×１０−９（Ａ）を表す。
【００３７】
この図２から、ドーピング効率が３×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）未満となるとエッチング効果でリーク電流が大きくなることがかる。ドーピング効率が８×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）を超えると、表面曇り等の問題により、リーク電流が大きくなる。ドーピング効率が３〜８×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲であればリークは最小限に抑えられることがわかる。リーク電流に関し、このドーピング効率３〜８×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲が、本発明の実施例の範囲である。
【００３８】
このドーピング効率の範囲内でも、ドーピング効率が上記図３に対応する３〜７×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲ではリーク電流もほとんど無くなり、またドーピング効率を５〜６×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲とするとリーク電流がゼロに近くなる。よって、リーク電流の観点からも、ドーピング効率は３〜７×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲とする方がより好ましく、更には５〜６×１０１７（ｃｍ−３／ｓｅｃ）の範囲とすること最良となることが理解される。
【００３９】
従来技術を用いて図１のようなＨＢＴを製作した場合、本実施例よりもベース電流のリークが大きい。これに対し、上記実施例の半導体ウェハを用いて製作したＨＢＴによれば、ベース電流のリークを最小にし、且つ電流利得βの向上による高効率化を同時に達成することができる。このことは、本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハを使用してプロセスしたＨＢＴデバイス製品が、最小限の電力で駆動することができ、そのためＨＢＴデバイスの省エネルギー化に大きく寄与することができることを意味する。
【００４０】
なお、本発明ではベース層のドーピング効率の調整でベース電流のリークを抑えているが、ベース・エミッタ層界面の不純物低減によってもその効果が期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、ベース層としてＣドープのｐ型エピタキシャル層を形成するに際し、ドーパントのドーピング効率を３〜８×１０１７ｃｍ−３／ｓｅｃの範囲に設定するものである。このように、ベース層の成長時に一定範囲のドーピング効率を設定することにより、従来よりもベース電流のリークを最小限にし、電流利得βを最大限に大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＨＢＴの構造を示した図である。
【図２】本発明のＨＢＴにおけるベース電流のリーク量を示すドーピング効率とリーク電流の相関図である。
【図３】本発明のＨＢＴにおける電流利得βとドーピング効率の相関図である。
【図４】従来のＨＢＴを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１　半絶縁性基板
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　ノンアロイコンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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