(57)【要約】      （修正有）【課題】有機金属気相成長法で作製する化合物半導体基板に関し、特にカーボンをドープする半導体層において、高濃度にカーボンをドープすることができ、尚且つ水素によるホールの不活性化を低減させることができる化合物半導体基板を提供する。【解決手段】半導体層を成長させる面方位をGaAs基板の(100)面から(110)面に最も近い方向に1.0°から2.0°微傾斜させたGaAs基板１０１上にカーボンドープする半導体層１０４を形成する化合物半導体基板の成長方法である。【選択図】図１
2007053180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に不純物としてカーボンドープされた化合物半導体層を有機金属気相成長させる化合物半導体基板の成長方法において、
前記基板表面の面方位を(100)面から(110)面に最も近い方向に1.0°以上2.0°以下の角度で傾斜させることを特徴とする化合物半導体基板の成長方法。
【請求項２】
前記基板の材料がGaAsである請求項１記載の化合物半導体基板の成長方法。
【請求項３】
カーボンドープの濃度が1e19cm-3以上であることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体基板の成長方法。
【請求項４】
前記化合物半導体層の材料がGaAsである請求項１記載の化合物半導体基板の成長方法。
【請求項５】
前記化合物半導体層の材料がInGaAsである請求項１記載の化合物半導体基板の成長方法。
【請求項６】
請求項１〜５記載の成長方法で作製されたベース層を含む半導体積層構造を有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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機金属気相成長法で作製する化合物半導体基板に関し、特にカーボンをドープする半導体層において、高濃度にカーボンをドープすることができ、尚且つ水素によるホールの不活性化を低減させることができる化合物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信機器の高周波信号ブロックには、その優れた高周波特性からGaAs系電子デバイスが多く用いられている。
【０００３】
それらのGaAs系電子デバイスの一つであるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下HBTという）は、FETに比べて電流駆動力が高く、短チャネル効果がなく微細化しやすい、また表面の影響を受けにくい等の特徴を有している。そのため高周波化に適した素子として、注目されている。中でもエミッタ層にInGaPを用いたHBTが、信頼性の面においても優れており、普及が進みつつある。
【０００４】
HBTは流れる動作電流方向が縦方向のため、主特性は形成する化合物半導体基板の半導体層の特性によって決まる。とりわけ、ベース層の厚み及びその半導体層の作製方法で大きく影響する。HBTの主特性である電流ゲインを向上させるためには、ベース層の厚みを薄く設計し、素子動作時のエミッタから注入される少数キャリアのコレクタ到達率を向上させることで達成させる。しかし、ベース層の厚みを薄くすると、ベース電極へ引き出しとなるベース層のシート抵抗が増大してしまい、素子としての入力ロスを増大させてしまう。入力ロスを低減させるためには、ベース層にどれだけ高濃度にカーボンをドーピングすることができるかが課題となるが、化合物半導体基板作製時のカーボンのドーパント量を可能な限り増やすことによって高濃度化を実現させる。しかし、実際にはベース層のホール濃度は4×1019 cm-3を超えると飽和してしまい、高濃度化に限界がある。
【０００５】
一方、有機金属気相成長法で、そのようなGaAs系電子デバイス用の化合物半導体基板を作製する場合、成長させるGaAs基板の面方位は(100)面から(110)面に最も近い方向に2°傾斜した基板を用いている。HBTの場合もこの例外ではない。
【０００６】
化合物半導体を基板上に成長する場合、一部の窒化物系半導体などを除き、成長する基板の面方位は(100)に成長する例が多い。しかし特に有機金属気相成長法で形成する場合には、基板の面方位は(100)から幾らか角度を傾斜させて成長する。傾斜させた成長面では、傾斜角度に伴うテラスと原子ステップが現れるが、有機金属気相成長法で形成する場合に、傾斜基板を用いるのは、原子ステップが有機金属元素の分解の触媒となり、半導体層の成長を促進させるためである。また傾斜がない場合には、表面上に結晶転移に対応するピットが多く発生してしまいデバイスの特性に影響を与えてしまうのも傾斜面上に半導体層を成長する一因である。
【０００７】
HBTでは前述の通り、ベース層にカーボンを高濃度にドーピングすることによって素子の入力抵抗を低減させるが、ベース層にドーピングできるカーボンのドーパント量はホール濃度が4×1019 cm-3を超えると飽和してしまい、それ以上ドーピング量を増やすと、カーボンがアクセプタサイト以外のサイトに混入してしまう。このように限界を超えたドープをすると、ベース層の結晶性が悪化し、逆に抵抗増大をまねく場合がある。更にHBTでは、ベース層に飽和に近い領域までカーボンドープするために、カーボンがアクセプタサイトから外れ、ベース層へ不意の水素が混入してしまいやすい。それによりベース層には水素が残留してしまい、アニールなどを施さない限り、水素によるベース層のホールの不活性化や電流ゲインが初期変動する課題がある。またアニールをした場合でも、電流ゲインを劣化させてしまうなど、特性面での劣化の課題が残る。
【０００８】
そこで、半導体層を成長させる面方位をGaAs基板の(100)面から(110)面に最も近い方向に0.1°から1.0°未満に傾斜させることを基板上に、カーボンドープする半導体層を形成することが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３３０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図４に記載の通り、1.0°より小さい角度のGaAs基板に飽和に近い領域までカーボンドープした半導体層を成長させると、基板表面上に結晶転移と対応したEPD(Etch Pit Density)が急激に増加してしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の化合物半導体基板の成長方法は、有機金属気相成長法で作製する場合に、半導体層を成長させる面方位をGaAs基板の(100)面から(110)面に最も近い方向に1.0°から2.0°微傾斜させたGaAs基板上に、カーボンドープする半導体層を形成する化合物半導体基板の成長方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の化合物半導体基板の成長方法は、結晶性を保ちつつ、これまでの濃度より高濃度にカーボンをドーピングすることが可能となり、尚且つその半導体層での水素によるホールの不活性化を低減させることができる。
【００１２】
本発明の化合物半導体基板のヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、結晶の劣化無くHBTベース層の高濃度カーボンドープが可能となり、入力抵抗の低減を解決する効果がある。また本発明は、カーボンがアクセプタサイトへ効率良くドープされている効果を用いているため、ベース層でのホールの不活性化を低減させることができ、電流ゲイン初期変動を抑制する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施形態に関して、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施形態）
図１は本発明による化合物半導体基板の実施形態を示すものである。半絶縁性GaAs基板の(100)面から(110)面に最も近い方向に1.0°微傾斜させた基板101上に、有機金属気相成長法の結晶成長技術を用いて、ｎ+_GaAsサブコレクタ層102（膜厚= 6000Å、n=5×1018cm-3）、ｎ_GaAsコレクタ層103（膜厚= 6000Å、n=5×1016 cm-3）、カーボンドープp+ GaAsベース層104（膜厚= 1000Å、p=4×1019 cm-3）、GaAsの格子定数に整合したｎ_InGaPエミッタ層105（膜厚= 300Å、n=3×1017 cm-3）、ｎ_GaAsエミッタ層106（膜厚= 500Å、n=3×1018 cm-3）、ｎ+_GaAsエミッタ層107（膜厚= 500Å、n=5×1018 cm-3）、n+ InGaAs_Grading層108（膜厚= 500Å、n=0.5→1×1019 cm-3）、n+ InGaAsキャップ層109（膜厚= 500Å、n=1×1019 cm-3）、で構成するHBT構造になっている。さらにトランジスタ製造工程においてコレクタ電極110、ベース電極111およびエミッタ電極112を形成している。本実施例では半絶縁性GaAs基板の微傾斜角度は1.0°で示したが、微傾斜角度は1.0°から2.0°に発明の効果があり、この範囲であれば、実施例の値に限らない。また、各半導体層の膜厚およびキャリア濃度は一例であってこの限りではない。InGaPエミッタ層105は、ベース層よりバンドギャップエネルギーが大きな材料であればこの限りではない。カーボンドープp+ GaAsベース層104は、InGaAsがその半導体層であっても同じ効果が得られる。
【００１５】
この化合物半導体基板を用いたHBTは、ベース層に従来より高濃度にカーボンをドーピングすることが可能になり、結晶性の劣化を抑えつつ、ベース層のシート抵抗を低減するよう作用する。次に実施形態による効果を説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施形態による効果を示した図である。ベース層にドープするカーボンのモルをパラメータとしたHBTの電流ゲインとベースシート抵抗の相関を表している。従来例においては、ベースのシート抵抗を下げるために、カーボンドープ量を増やしていくと（Rs<170Ω/□、p>4×1019 cm-3）、シート抵抗は電流ゲインとともにある値まで単調に下がるが、120Ω/□辺りで飽和してしまう。これはドープ量に対して、ベース層のホール濃度が飽和してしまうためである。従ってそれ以上の過ドープすると、ベース層の結晶が劣化し、図示のように電流ゲインの劣化が発生してしまう。一方、本発明の実施形態においては、同様にカーボンドープ量を増やした場合でも、効率良くカーボンを取り込むためシート抵抗は低減させることができ、電流ゲインの低下もドープ量に応じた低下だけである。以上の通り、本発明による化合物半導体基板を用いたHBTでは、結晶性を保ちつつベース層のシート抵抗を低減できる。または電流ゲインを向上させるために、ベース層の厚みを薄くしても従来以上に高濃度にドープすることができるため、ベースのシート抵抗をそのままに電流ゲインのみを向上させることができる。
【００１７】
図３は本発明の実施形態による2つ目の効果を示した図である。HBTの初期動作時の電流ゲインの初期変動を表している。従来例においては、約6秒程度にわたって28%変動している。しかし本発明の実施形態においてはほとんど変動していない。これは本発明により、カーボンがアクセプタサイトへ効率良くドープされているため、ベース層でのホールの不活性化を低減させているためであり、本発明による化合物半導体基板を用いたHBTでは、電流ゲイン初期変動も抑制することが出来る。
【００１８】
図４は、それぞれの角度に微傾斜した基板上に成長したGaAsに、各々同じモル比でカーボンをドープした場合の、ホール濃度の微傾斜角度に対する依存性を示したものである。2.0°から角度を小さくすると、ホール濃度が増大していくのがわかる。これは微傾斜角度を小さくすると、原子ステップが大きくなり、原子のマイグレーションが促進されるため、カーボンが効率良くアクセプタサイトにドープされているためである。しかし、同図の通り1.0°より小さい角度では、基板表面上に結晶転移と対応したEPD(Etch Pit Density)が急激に増加してしまう。これらより結晶性を保ちつつ、高濃度にカーボンドープをするためには、1.0°から2.0°の微傾斜基板上に成長するのがよい。
【００１９】
以上より本発明の化合物半導体基板をHBTに応用した場合、結晶の劣化無くHBTベース層の高濃度カーボンドープが可能となり、入力抵抗の低減を解決する効果がある。また本発明は、カーボンがアクセプタサイトへ効率良くドープされている効果を用いているため、ベース層でのホールの不活性化を低減させることができ、電流ゲイン初期変動を抑制する効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明に関する化合物半導体基板は、有機金属気相成長法で基板上にカーボンドープ半導体層を作製した場合、半導体層には従来の値を超える高濃度カーボンドープが可能となり、高濃度カーボンドープ層の水素によるホールの不活性化を低減させる。HBTに応用した場合には、ベース層に従来の値を超える高濃度カーボンドープが可能となり、ベース層のドープによる結晶劣化を抑えつつ、ベース層の入力抵抗の低減を解決する。またはベースのシート抵抗をそのままに電流ゲインのみを向上させることができる。加えてベース層でのホールの不活性化を低減させることができ、電流ゲイン初期変動を解決する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に関する実施形態を示すHBTの図
【図２】本発明に関する実施形態による1つ目の効果を示す図
【図３】本発明に関する実施形態による2つ目の効果を示す図
【図４】本発明に関する効果を示す図
【符号の説明】
【００２２】
101  微傾斜半絶縁性GaAs基板
102  n+_GaAsサブコレクタ層
103  n_GaAsコレクタ層
104   n+ GaAsベース層
105  n_InGaPエミッタ層
106  n_GaAsエミッタ層
107  n+_GaAsエミッタ層
108  n+ InGaAs_Grading層
109  n+ InGaAsキャップ層
110  コレクタ電極
111  ベース電極
112  エミッタ電極
【図１】
2007053180.tif 000003
【図２】
2007053180.tif 000004
【図３】
2007053180.tif 000005
【図４】
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