(57)【要約】【課題】結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長し、電流利得βの長期信頼性を向上させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供する。【解決手段】加熱された半絶縁性化合物半導体基板１上に、ドーパント原料、III族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給し、気相成長法により、III−Ｖ族化合物半導体から成るヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用の少なくともサブコレクタ層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、ノンアロイ層７を順にエピタキシャル成長させる。ベース層４等の成長速度を従来よりも約３０％以上高い成長速度に設定し、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された半絶縁性化合物半導体基板上に、少なくともIII族原料及びＶ族原料を供給し、気相成長法により、少なくともサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層及びノンアロイ層をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記ベース層の成長速度を０．４０〜１．００ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
加熱された半絶縁性化合物半導体基板上に、少なくともIII族原料及びＶ族原料を供給し、気相成長法により、少なくともサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層及びノンアロイ層をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記エミッタ層の成長速度を０．２０〜０．４０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記エミッタ層の成長速度を０．２０〜０．４０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記サブコレクタ層及び前記コレクタ層の成長速度を２．００〜５．００ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記エミッタコンタクト層の成長速度を１．００〜２．５０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記ノンアロイ層の成長速度を０．１３〜０．４０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記サブコレクタ層、前記コレクタ層、前記ベース層及び前記エミッタコンタクト層がＧａＡｓから成り、前記エミッタ層がＩｎＧａＰから成り、前記ノンアロイ層がＩｎＧａＡｓから成ることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記Ｖ族原料として、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）又はＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）のいずれか、又はこれらを組み合わせて用い、
前記III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）又はＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）のいずれか、又はこれらを組み合わせて用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
前記気相成長法として、有機金属気相成長法を用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体の製造方法、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）に用いられるIII−Ｖ族化合物半導体結晶を、有機金属気相成長法等の気相成長法によりエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体はＳｉ半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長を活かして、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。これらのデバイスの代表例としてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Hetero Junction Bipolar Transistor：ＨＢＴ）が挙げられる。ＨＢＴは電源が正電源だけで良く、携帯電話の低コスト・小型化の要求から近年需要が高まっている。
【０００３】
図５に、従来の一般的なＨＢＴ用エピタキシャルウェハの概略構造を示す。ＨＢＴ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性ＧａＡｓ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及びノンアロイ層７よりなる。
【０００４】
半絶縁性ＧａＡｓ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層から成るが、ＩｎＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層から成る場合もある。エミッタ層５は電子をベース層に注入し、かつベース層４からの正孔の注入を抑止する働きを持つｎ型のＩｎＧａＰ層から成るが、ＡｌＧａＡｓ層から成る場合もある。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】
従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を次に述べる。
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性ＧａＡｓ基板１を、図示省略のサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、半絶縁性ＧａＡｓ基板１を反応炉（成長炉）内で加熱しつつ、反応炉内に原料ガスや希釈用ガスを供給する。供給された原料ガスは加熱された半絶縁性ＧａＡｓ基板１上で熱分解され、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル層が形成される。希釈用ガスとして、Ｈ２（水素）を供給する。なお、希釈用ガスとして、Ｎ２（窒素）またはＡｒ（アルゴン）も挙げられる。
【０００６】
図３に、具体的にエピタキシャル成長するＨＢＴ用エピタキシャルウェハの層構造を示す。図中、ｎ+型、ｎ-型はそれぞれキャリア濃度が大きいｎ型、キャリア濃度が小さいｎ型を表している。またｐ+型はキャリア濃度が大きいｐ型を表している。厚さの単位はｎｍ（１０-9ｍ）であり、キャリア濃度の単位はｃｍ-3である。
【０００７】
サブコレクタ層２及びエミッタコンタクト層６のｎ+型ＧａＡｓ、コレクタ層３のｎ-型ＧａＡｓを成長させる場合には、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ａｓ原料のＡｓＨ3（アルシン）及びｎ型ドーパントを半絶縁性ＧａＡｓ基板１に供給する。ｎ型ドーパントとしては、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）を用いる。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原料としてはＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6 があり、Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓｅがある。
【０００８】
ベース層４のｐ+型ＧａＡｓを成長させる場合には、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ＧａＡｓ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ＣＣｌ3Ｂｒ（ブロモトリクロロメタン）、ＣＢｒ4（テトラブロモメタン）がある。
【０００９】
エミッタ層５のｎ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐを成長させる場合には、Ｉｎ原料のＩｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｐ原料のＰＨ3（ホスフィン）及びｎ型ドーパント原料としてＳｉ2Ｈ6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フィン）、Ｉｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）がある。
【００１０】
ノンアロイ層７のｎ+型Ｉｎ0→0.50Ｇａ1→0.50Ａｓ（グレーデッド層８）やｎ+型Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ（均一組成層９）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、ＡｓＨ3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、及びＨ2Ｓｅをウエハに供給する。
【００１１】
ここで、各エピタキシャル層を成長する場合の成長速度は、次の通りである。
【００１２】
サブコレクタ層２のｎ+型ＧａＡｓ、コレクタ層３のｎ-型ＧａＡｓを成長する場合の成長速度は、１．５０ｎｍ／秒程度である。
ベース層４のｐ+型ＧａＡｓを成長する場合の成長速度は、０．３０ｎｍ／秒程度である。
エミッタ層５のｎ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐを成長する場合の成長速度は、０．１５ｎｍ／秒程度である。
エミッタコンタクト層６のｎ+型ＧａＡｓを成長する場合の成長速度は、０．８０ｎｍ／秒程度である。
ノンアロイ層７のｎ+型Ｉｎ0.50ＧａＡｓ及びｎ+型Ｉｎ0→0.50Ｇａ1→0.50Ａｓを成長する場合の成長速度は、０．１０ｎｍ／秒程度である。
【００１３】
ところで、本発明に関連する技術として、ＣＢｒ4を用いてＧａＡｓへのＣドーピング濃度を制御する場合、ＧａＡｓの成長速度は、ＣＢｒ4の流量に依存して変化するため、エピタキシャル成長膜厚の制御が難しいことから、ＣＢｒ4の供給量を一定とし、Ｖ族原料のＡｓＨ3の供給量を変化させることで、ベース層のＧａＡｓの成長速度を一定にする提案がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２１９３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来技術による成長速度で製造されたＨＢＴ用エピタキシャルウエハを用いて作製したＨＢＴについて、高温加熱下で電流利得βの長期信頼性試験を行ったところ、時間が経過していくとともに電流利得βが低下してしまうものが３割程度あった（後述）。このような信頼性の劣化があると、ＨＢＴデバイスの品質低下や歩留低下という問題にもつながる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長でき、電流利得βの長期信頼性を向上させることができるIII−Ｖ族化合物半導体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】
【００１６】
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。
【００１７】
請求項１の発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、加熱された半絶縁性化合物半導体基板上に、少なくともIII族原料及びＶ族原料を供給し、気相成長法により、少なくともサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層及びノンアロイ層をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記ベース層の成長速度を０．４０〜１．００ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、加熱された半絶縁性化合物半導体基板上に、少なくともIII族原料及びＶ族原料を供給し、気相成長法により、少なくともサブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層及びノンアロイ層をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記エミッタ層の成長速度を０．２０〜０．４０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１に記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記エミッタ層の成長速度を０．２０〜０．４０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記サブコレクタ層及び前記コレクタ層の成長速度を２．００〜５．００ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記エミッタコンタクト層の成長速度を１．００〜２．５０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記ノンアロイ層の成長速度を０．１３〜０．４０ｎｍ／秒の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記サブコレクタ層、前記コレクタ層、前記ベース層及び前記エミッタコンタクト層がＧａＡｓから成り、前記エミッタ層がＩｎＧａＰから成り、前記ノンアロイ層がＩｎＧａＡｓから成ることを特徴とする。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記Ｖ族原料として、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）又はＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）のいずれか、又はこれらを組み合わせて用い、前記III族原料として、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）又はＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）のいずれか、又はこれらを組み合わせて用いることを特徴とする。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、前記気相成長法として、有機金属気相成長法を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ベース層などの成長速度を高くすることにより、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長することができ、ＨＢＴを作製した場合の電流利得βの長期信頼性を得ることができる。電流利得βの長期信頼性が良いことは、ＨＢＴデバイスの品質向上、歩留向上につながることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２８】
まず、本実施形態で使用した有機金属気相成長（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ）装置を説明する。
【００２９】
図６には、有機金属気相成長装置の反応炉１１の構成を示す。この反応炉１１は自転公転型フェイスダウンタイプのものである。反応炉１１のケーシングとなる円筒状の反応管１２内の下部側にIII族およびＶ族原料ガスが流通するガス流路を形成すべく、ガス流路の上部壁を区画形成するように円板状の公転サセプタ１３が水平に設けられている。公転サセプタ１３の上面中心部には、公転サセプタ１３を回転するための軸２０が接続されており、反応管１２の上部壁を貫通して延出された軸２０の上端部には、モーター２１が取り付けられている。
【００３０】
公転サセプタ１３には、その外周部に沿って等間隔に複数の円形の開口部２３が形成され、各開口部２３内には円筒形の自転サセプタ１５が挿入されている。自転サセプタ１５はその上端部に外向フランジを有し、その外向フランジの部分がベアリング２４を介して公転サセプタ１３上に支持され、自転サセプタ１５は公転サセプタ１３に回転自在に支持されている。自転サセプタ１５の下端部の内周面には、半導体基板１４を支持するために３本のツメ１６が設けられており、半導体基板１４は自転サセプタ１５内に収納され、その表面（成長面）を下向きにして支持される。公転サセプタ１３の上方には、半導体基板１４を加熱するヒータ２２が設けられると共に、ヒータ２２と各半導体基板１４との間には、半導体基板１４の直上を覆うように、自転サセプタ１５の上部には均熱板１７が嵌め込まれている。均熱板１７は、半導体基板１４の面内温度分布を均一にする。
【００３１】
自転サセプタ１５上端の外向フランジ外周部には外歯車となる歯１８が形成されており、反応管１２の側壁内周面に配設された内歯車（大歯車）１９の歯と噛み合うようになっている。従って、モーター２１によって公転サセプタ１３を回転駆動させると、公転サセプタ１３と一緒に軸２０周りに自転サセプタ１５が回転（公転）すると共に、自転サセプタ１５の歯１８が内歯車１９と噛み合っているため、自転サセプタ１５は公転サセプタ１３に対して回転（自転）する。従って、自転サセプタ１５内の半導体基板１４は、公転と自転とを行うことになる。
【００３２】
原料ガス２５は、反応管１２底部壁の中心部に形成された原料導入口１２ａより、上方に向けて導入され、公転サセプタ１３の中心部から半導体基板１４の表面に沿って、反応管１２の半径方向外側に向かって流れ、反応管１２の側壁に形成されたガス排出口１２ｂより流出する。その間に、ヒータ２２によって加熱された半導体基板１４上で原料ガス２５は熱分解し、半導体基板１上にエピタキシャル層が成長する。半導体基板１４が公転及び自転しているため、半導体基板１４上に均一性の高い半導体結晶を成長させることができる。
【００３３】
上記の半導体基板１４として、エピタキシャル層を成長させる半絶縁性ＧａＡｓ基板１を自転サセプタ１５内にセットし、反応炉１１内に原料ガス２５を供給し、反応炉１１内で半絶縁性ＧａＡｓ基板１を加熱する。自転サセプタ１５に半絶縁性ＧａＡｓ基板１をセットした後、均熱板１７を自転サセプタ１５上部に載置する。
【００３４】
次に、図１に示す、ＭＯＶＰＥ法により成長させた本実施形態のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を説明する。このエピタキシャル成長には、上述した図６の有機金属気相成長装置を用いた。
【００３５】
図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、Ｓｉドープによるキャリア濃度５×１０18ｃｍ-3、厚さ６００ｎｍのｎ+型ＧａＡｓから成るサブコレクタ層２と、Ｓｉドープによるキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3、厚さ６００ｎｍのｎ-型ＧａＡｓから成るコレクタ層３を順次成長させ、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から成るベース層４を成長させる。
【００３６】
上記ＧａＡｓから成るベース層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Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐから成るエミッタ層５を成長させる。更に、このエミッタ層５の上には、Ｓｉドープによるキャリア濃度５×１０18ｃｍ-3、厚さ１００ｎｍのｎ+型ＧａＡｓから成るエミッタコンタクト層６を成長させ、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ＩｎＧａＡｓから成るノンアロイ層７を成長させる。このノンアロイ層７は、厚さ５０ｎｍのｎ+型Ｉｎ0→xＧａ1→xＡｓ（ｘ＝０．５）から成るグレーデッド層８と、厚さ５０ｎｍのｎ+型ＩｎxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．５）から成る均一組成層９で構成されている。
【００３７】
本実施形態によるエピタキシャル層の成長速度は、サブコレクタ層２及びコレクタ層３の成長速度が２．００〜５．００ｎｍ／秒の範囲であり、ベース層４の成長速度が０．４０〜１．００ｎｍ／秒の範囲であり、エミッタ層５の成長速度が０．２０〜０．４０ｎｍ／秒の範囲であり、エミッタコンタクト層６の成長速度が１．００〜２．５０ｎｍ／秒の範囲であり、ノンアロイ層７の成長速度が０．１３〜０．４０ｎｍ／秒の範囲である。
【００３８】
本実施形態において、エピタキシャル層の成長速度を従来よりも高く設定した理由を次に述べる。
【００３９】
ＨＢＴの電流利得βの低下は、ベース層４やエミッタ層５中の結晶欠陥による電子−正孔の再結合が原因として挙げられるため、結晶欠陥の少ないベース層４やエミッタ層５を成長することが重要となる。サブコレクタ層２やコレクタ層３にも結晶欠陥がある場合は、下の層２，３から結晶欠陥を引きずりながら成長するため、ベース層４などに結晶欠陥が伝播してしまう。また、エミッタコンタクト層６やノンアロイ層７といった上の層６，７からでもエミッタ層５などに結晶欠陥が伝播してしまうこともある。
【００４０】
本発明者は、結晶欠陥をなくすように、また結晶欠陥を伝播させないように成長するためには、そのエピタキシャル成長中、結晶欠陥が入る前に次の格子列を並べていく形で、成長速度を高くすることが有効であるとの知見を得た。
【００４１】
そこで、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長するために、ベース層４やエミッタ層５、もしくは全てのエピタキシャル層２〜７、又は一部のエピタキシャル層に対して、従来のエピタキシャル層の成長速度値より約３０％高い成長速度値（エピタキシャル層の成長速度の下限値）以上の高い成長速度でエピタキシャル成長することにした。
【００４２】
また、上記エピタキシャル層の成長速度の上限値については、従来の製造方法よりも、成長速度を可能な限り上げたいが、成長速度を上げすぎると、ウェハ面内の膜厚均一性やキャリア濃度均一性が悪化する。これらの点を考慮して、適切な成長速度範囲の上限値が定められる。
【００４３】
表１に、ＨＢＴの最重要層であるベース層４について、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハの膜厚均一性と成長速度との関係を示す。
【表１】
2007115782.tif 000003
【００４４】
表１に示すように、成長速度が０．４［ｎｍ／秒］より高くなるにつれて膜厚均一性が悪くなり、成長速度が１．０［ｎｍ／秒］で膜厚均一性が±２．４％、成長速度が１．２［ｎｍ／秒］で膜厚均一性が±４．２％となる。ウェハの膜厚均一性は±２．５％以下であることが望まれる。従って、ベース層４の成長速度は、膜厚均一性が±２．５％以下の範囲に入っている成長速度１．０［ｎｍ／秒］以下とするのが好ましい。また、表１より、成長速度が０．２［ｎｍ／秒］の場合と０．４［ｎｍ／秒］の場合とで膜厚均一性に差は認められず、共に±０．５％である。従って、ベース層４の成長速度は、０．４［ｎｍ／秒］以上とすることが好ましい。よって、ベース層４の好ましい成長速度は、０．４［ｎｍ／秒］〜１．０［ｎｍ／秒］の範囲である。
【００４５】
ベース層４以外の、エミッタ層５その他のエピタキシャル層についても、同様の理由・考慮に基づき、上記の数値範囲の成長速度を最適条件として採択した。
【００４６】
上述した数値範囲で成長速度を高くすることにより、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長することができ、ＨＢＴを作製した場合の電流利得βの長期信頼性を得ることができた（図２参照）。
【００４７】
エピタキシャル層の成長速度は、Ｇａ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3などのIII族原料の供給量を調整することにより制御でき、III族原料を増加することで、成長速度が速くなる。その他に、エピタキシャル層の成長速度を高める方法としては、III族原料とＶ族原料の供給比率であるＶ／III比を小さくしたり、ヒータ温度バランスの最適化で原料の熱分解ポイントを調整したりする方法などがある。
【実施例１】
【００４８】
図１の構造のＨＢＴ用エピタキシャルウェハを、ＭＯＶＰＥ法を用いて結晶成長させた具体的な実施例を次に述べる。
【００４９】
図６の反応炉１１内の圧力は約６６６６Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、希釈用ガスは水素を用い、半導体基板１４には半絶縁性ＧａＡｓ基板１を用いた。
【００５０】
サブコレクタ層２のｎ+型ＧａＡｓの成長には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を使用した。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は２００ｃｃ／分である。ＡｓＨ3の流量は５０ｃｃ／分である。Ｓｉ2Ｈ6の流量は４００ｃｃ／分である。このサブコレクタ層２の成長速度は２．５０ｎｍ／秒であった。
【００５１】
コレクタ層３のｎ-型ＧａＡｓの成長には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、６００ｃｃ／分及び１０ｃｃ／分である。このコレクタ層３の成長速度は２．５０ｎｍ／秒であった。
【００５２】
ベース層４のｐ+型ＧａＡｓの成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3及びＣＢｒ４を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２０ｃｃ／分及び２０ｃｃ／分である。このベース層４の成長速度は０．５０ｎｍ／秒であった。
【００５３】
エミッタ層５のｎ型Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐの成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＰＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分及び５０ｃｃ／分である。このエミッタ層５の成長速度は０．３０ｎｍ／秒であった。
【００５４】
エミッタコンタクト層６のｎ+型ＧａＡｓの成長には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、３００ｃｃ／分及び３００ｃｃ／分である。このエミッタコンタクト層６の成長速度は１．２０ｎｍ／秒であった。
【００５５】
ノンアロイ層７のうち、グレーデッド層８のｎ+型Ｉｎ0→0.50Ｇａ1.0→0.5Ａｓの成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅを用いた。それらＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅの成長開始時の流量は、それぞれ４００ｃｍ3／分、２０ｃｍ3／分、５００ｃｍ3／分、２０ｃｍ3／分とし、また成長終了時の流量は、それぞれ２００ｃｍ3／分、４００ｃｍ3／分、５００ｃｍ3／分、１００ｃｍ3／分とした。このグレーデッド層８の成長速度は０．２０ｎｍ／秒であった。
【００５６】
ノンアロイ層７のうち、均一組成層９のｎ+型Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓの成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量は、それぞれ２００ｃｃ／分、４００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分及び１００ｃｃ／分である。この均一組成層９の成長速度は０．２０ｎｍ／秒であった。
【００５７】
上記により製造したＨＢＴ用エピタキシャルウェハより、エミッタサイズ１００μｍ角のＨＢＴをそれぞれ作製し、高温状況下（１００℃）で、１０００時間の電流利得βの長期信頼性試験を行った。
【００５８】
この電流利得βの長期信頼性試験は、図７のように、エミッタサイズ１００μｍ角のＨＢＴに対して、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを３Ｖに設定し、コレクタ電流Ｉｃが２５ｍＡ得られているときの条件下（さらに測定温度は１００℃と高温条件下）を１０００時間継続し、７２時間（３日）後→１６８時間（７日）後→３３６時間（１４日）後→５０４時間（２１日）後→１０００時間（約４２日）後での、コレクタ電流Ｉｃとベース電流Ｉｂとの比である電流利得β＝Ｉｃ／Ｉｂの低下が起こらないか、確認する試験である。
【００５９】
図２に、本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハより作製したＨＢＴに対して、上記の長期信頼性試験を行った試験結果を示す。この長期信頼性試験は、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハ（図１）のウエハ面内の１０点（図２にａ〜ｊとして示す系列１〜１０）から作製したＨＢＴに対して行った。図２の縦軸は、時間経過に対する電流利得βを、その初期値で規格化した規格化β値である。
【００６０】
図２より、本実施例のＨＢＴでは、ウエハ面内の上記１０点のいずれから作製したＨＢＴにおいても、１０００時間経過しても電流利得βの低下が見られず、長期信頼性が良いことが分かる。長期信頼性が良ければ、ＨＢＴデバイスの品質向上、歩留向上につながる。
【００６１】
図３に示す成長速度で製造した従来例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハよりＨＢＴを作製し、上記長期信頼性試験を行った結果を図４に示す。この長期信頼性試験も、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハ（図３）のウエハ面内の１０点（図４にａ〜ｊとして示す系列１〜１０）から作製したＨＢＴに対して行った。
【００６２】
図４より、従来例のＨＢＴの場合、５００時間ほど経過した時点で、電流利得β（初期値で規格化）が８０％程度まで低下する信頼性劣化が、ウエハ面内の３点（図中にｃ、ｅ、ｇで示す系列３、５、７）で見られた。この３点は、エピタキシャル層、特にベース層４やエミッタ層５中の結晶欠陥による電子−正孔の再結合が原因で電流利得βの低下が現れていると考えられる。
【００６３】
以上、ＨＢＴのエピタキシャル層に本発明を適用する場合について説明したが、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を成長させるために、従来より約３０％以上高い成長速度でエピタキシャル層を成長させるという方法は、ＨＢＴだけでなく、ＦＥＴ（Field Effect Transistor ：電界効果トランジスタ）やＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）のエピタキシャル層の成長にも適用可能である。また、気相成長法だけでなく、ＭＢＥ法にも本発明の成長方法は利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＨＢＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造を成長速度と共に示した図である。
【図２】本発明の一実施例におけるＨＢＴの経過時間と電流利得β（初期値で規格化）の関係を示す図である。
【図３】従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造を成長速度と共に示した図である。
【図４】従来例のＨＢＴの経過時間と電流利得β（初期値で規格化）の関係を示す図である。
【図５】従来の一般的なＨＢＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造を示した図である。
【図６】有機金属気相成長装置の反応炉の構造を示す概略縦断面図である。
【図７】長期信頼性試験の説明に供する図である。
【符号の説明】
【００６５】
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  ノンアロイ層
８  グレーデッド層
９  均一組成層
１１  反応炉
１２  反応管
１３  公転サセプタ
１４  半導体基板
１５  自転サセプタ
１７  均熱板
２１  モーター
２２  ヒータ
２５  原料ガス
【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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