(57)【要約】【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１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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の製造方法。
【請求項５】
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とす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の製造方法。
【請求項６】
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ことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
【非特許文献１】K.Kurishima,et al.,Jpn.J.App1.Phys.Vol.37(1998)p.1353
【非特許文献２】M.W.Dvorak,et al.,IEEE Elec.Dev.Lett.Vol.22(2001)p.361
【非特許文献３】N.Watanabe,et al.,J.Cryst.Growth Vol.195(1998)p.48
【非特許文献４】小田、他、第６３回応用物理学関係連合講演会 26a-YD-10(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
〈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。
【００３０】
〈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。
【００３１】
〈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。
【００３２】
〈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。
【００３３】
〈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。
【００３４】
〈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。  
【００３５】
〈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。
【００３６】
〈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。
【００３７】
〈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。
【００３８】
〈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。
【００３９】
〈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。
【００４０】
〈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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態で例示した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図。
【図２】本発明の実施の形態で例示した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図。
【図３】２次イオン質量分析法によって測定した、本発明によ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の炭素および水素濃度分布を示す図。
【図４】２次イオン質量分析法によって測定した、従来手法によ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の炭素および水素濃度分布を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
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
【図１】
2005086135.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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