(57)【要約】【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６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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を含む請求項１記載の化合物半導体素子。
【請求項３】
前記気相成長がＭＯＣＶＤ法による気相成長である請求項１記載の化合物半導体素子。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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を含む請求項４記載の化合物半導体ウエハの製造方法。
【請求項６】
前記ハロゲン化メタンがＣＢｒＣｌ3 である請求項４又は５記載の化合物半導体ウエハの製造方法。
【請求項７】
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請求項４、５又は６記載の化合物半導体ウエハの製造方法。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
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を含む請求項１０、１１又は１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開平３−１１０８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【実施例１】
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【実施例２】
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】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。
【図２】図１に示した半導体ウエハを製造するのに使用される気相成長半導体製造装置の要部を概略的に示す図。
【図３】実施例１及び比較例１についてのＰＬ強度の測定結果を示すグラフ。
【図４】実施例１の試料について室温赤外吸収測定を行った測定結果を示すグラフ。
【図５】比較例１の試料について室温赤外吸収測定を行った測定結果を示すグラフ。
【図６】実施例２及び比較例２についての電流増幅率βのＩｃドリフト量依存性を示すグラフ。
【図７】従来における一般的なＧａＡｓ系ＨＢＴの層構造を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００６２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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