(57)【要約】      （修正有）【課題】特定の半導体層の電気抵抗を従来よりも低下させると共に半導体トランジスタの電流利得を従来よりも上昇させることが可能な半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ及びそれを使用した半導体トランジスタを提供する。【解決手段】ｎ型不純物であるＴｅが９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度で添加されている半導体層を備えている半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ１００である。半導体層は、サブコレクタ層１０２であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型不純物であるＴｅが９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度で添加されている半導体層を備えていることを特徴とする半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
前記半導体層は、サブコレクタ層である請求項１に記載の半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハを使用して作製されていることを特徴とする半導体トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が使用されている半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び半導体トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が使用されている半導体トランジスタとしては、エミッタ層がワイドギャップ半導体であるＩｎＧａＰで形成されていると共にその他の層がＧａＡｓで形成されているＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタが広く利用されている。
【０００３】
ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいては、サブコレクタ層の電気抵抗を低下させるため、ｎ型不純物であるＳｉをサブコレクタ層に添加している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
Ｓｉをサブコレクタ層に添加する場合、Ｓｉの添加量が増加する程、サブコレクタ層の電気抵抗が低下するが、Ｓｉの添加量が所定の閾値を超えた時点でＳｉがアンチサイトに入り込んで電子を補償するため、逆にサブコレクタ層の電気抵抗が増加することになる。
【０００５】
更に、Ｓｉをサブコレクタ層に添加する場合、Ｓｉの添加量が増加する程、サブコレクタ層で欠陥が発生し易くなり、その欠陥がベース層に伝播するため、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得が低下することになる。
【０００６】
そのため、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいては、サブコレクタ層の電気抵抗とＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得との均衡を図るため、Ｓｉを４．０×１０18ｃｍ-3以上８．０×１０18ｃｍ-3以下の濃度でサブコレクタ層に添加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３４５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年における電子機器の更なる高性能化に伴い、サブコレクタ層の電気抵抗を従来よりも低下させると共にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得を従来よりも上昇させることが望まれている。
【０００９】
更に、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ以外の半導体トランジスタでも特定の半導体層との関係で同様の課題が発生している。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、特定の半導体層の電気抵抗を従来よりも低下させると共に半導体トランジスタの電流利得を従来よりも上昇させることが可能な半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び半導体トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために創案された本発明は、ｎ型不純物であるＴｅが９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度で添加されている半導体層を備えている半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハである。
【００１２】
前記半導体層は、サブコレクタ層であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハを使用して作製されている半導体トランジスタである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定の半導体層の電気抵抗を従来よりも低下させると共に半導体トランジスタの電流利得を従来よりも上昇させることが可能な半導体トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び半導体トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハの構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造を示す模式図である。
【図３】サブコレクタ層におけるＳｉの濃度を変化させたときのサブコレクタ層の電気抵抗を示す図である。
【図４】サブコレクタ層におけるＳｉの濃度を変化させたときのＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得を示す図である。
【図５】サブコレクタ層におけるＴｅの濃度を変化させたときのサブコレクタ層の電気抵抗を示す図である。
【図６】サブコレクタ層におけるＴｅの濃度を変化させたときのＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得を示す図である。
【図７】図３の結果と図５の結果を併せて示す図である。
【図８】図４の結果と図６の結果を併せて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１７】
本発明は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor；ＨＢＴ）やＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor；ＨＥＭＴ）等の種々の半導体トランジスタに適用することが可能である。
【００１８】
本明細書においては、本発明の好適な実施の形態として、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハとＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタとを説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明の好適な実施の形態に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ１００は、半絶縁性ＧａＡｓで形成されている基板１０１と、基板１０１上に設けられていると共にＧａＡｓで形成されているサブコレクタ層１０２と、サブコレクタ層１０２上に設けられていると共にＧａＡｓで形成されているコレクタ層１０３と、コレクタ層１０３上に設けられていると共にＧａＡｓで形成されているベース層１０４と、ベース層１０４上に設けられていると共にＩｎＧａＰで形成されているエミッタ層１０５と、エミッタ層１０５上に設けられていると共にＧａＡｓで形成されているエミッタコンタクト層１０６と、エミッタコンタクト層１０６上に設けられていると共にＩｎＧａＡｓで形成されている第１のノンアロイ層１０７と、第１のノンアロイ層１０７上に設けられていると共にＩｎＧａＡｓで形成されている第２のノンアロイ層１０８と、を備えており、ｎ型不純物であるＴｅが９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下、好ましくは、２．３×１０19ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度で添加されているサブコレクタ層１０２を備えていることを特徴とする。
【００２０】
図２に示すように、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ１００を使用して、サブコレクタ層１０２上にコレクタ電極２０１を設け、ベース層１０４上にベース電極２０２を設け、第２のノンアロイ層１０８上にエミッタ電極２０３を設けることにより、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ２００が得られる。
【００２１】
以上の構成により、サブコレクタ層１０２の電気抵抗を従来よりも低下させると共にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ２００の電流利得を従来よりも上昇させることが可能となる。
【００２２】
ここで、ｎ型不純物であるＴｅを９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下、好ましくは、２．３×１０19ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度でサブコレクタ層１０２に添加する理由を説明する。
【００２３】
本明細書においては、半導体層がｎ型である場合は「ｎ」を付記すると共にｐ型である場合は「ｐ」を付記する。更に、不純物の相対濃度が高い場合は「+」と記載すると共に低い場合は「-」と記載する。
【００２４】
本発明者は、有機金属気相成長（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy；ＭＯＶＰＥ）法により、半絶縁性ＧａＡｓで形成されている基板上に、ｎ+−ＧａＡｓで形成されているサブコレクタ層と、ｎ-−ＧａＡｓで形成されているコレクタ層と、ｐ+−ＧａＡｓで形成されているベース層と、ｎ-−Ｉｎ0.484Ｇａ0.516Ｐで形成されているエミッタ層と、ｎ+−ＧａＡｓで形成されているエミッタコンタクト層と、ｎ+−Ｉｎ0.5→0Ｇａ0.5→1Ａｓで形成されている第１のノンアロイ層と、ｎ+−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ａｓで形成されている第２のノンアロイ層と、を順にエピタキシャル成長させてＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハを作製した。
【００２５】
このとき、サブコレクタ層の膜厚を５００ｎｍとし、コレクタ層の膜厚を５００ｎｍとすると共に不純物の濃度を４．０×１０16ｃｍ-3とし、ベース層の膜厚を１００ｎｍとすると共に不純物の濃度を４．０×１０19ｃｍ-3とし、エミッタ層の膜厚を３０ｎｍとすると共に不純物の濃度を３．０×１０17ｃｍ-3とし、エミッタコンタクト層の膜厚を１００ｎｍとすると共に不純物の濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とし、第１のノンアロイ層の膜厚を４０ｎｍとすると共に不純物の濃度を２．０×１０19ｃｍ-3とし、第２のノンアロイ層の膜厚を４０ｎｍとすると共に不純物の濃度を２．０×１０19ｃｍ-3とした。
【００２６】
ここでは、従来技術に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハとして、Ｓｉをサブコレクタ層に添加すると共にＳｉの濃度を４．２×１０18ｃｍ-3，５．４×１０18ｃｍ-3，８．２×１０18ｃｍ-3，８．８×１０18ｃｍ-3，１．０５×１０19ｃｍ-3と変化させたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハをそれぞれ作製し、これらのＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハについて、サブコレクタ層の電気抵抗とＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得とを測定した。
【００２７】
図３に示すように、Ｓｉの濃度が増加するに連れてサブコレクタ層の電気抵抗が低下し、Ｓｉの濃度が８．２×１０18ｃｍ-3でサブコレクタ層の電気抵抗は最小となり、それ以上にＳｉの濃度を増加させると、逆にサブコレクタ層の電気抵抗は上昇する。これは、Ｓｉがアンチサイトに入り込んで電子を補償するからである。
【００２８】
更に、図４に示すように、Ｓｉの濃度が増加するに連れてＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得が低下する。これは、サブコレクタ層で欠陥が発生し、その欠陥がベース層に伝播するからである。
【００２９】
これに加えて、Ｔｅをサブコレクタ層に添加すると共にＴｅの濃度を１．８×１０18ｃｍ-3，４．０×１０18ｃｍ-3，９．０×１０18ｃｍ-3，２．３×１０19ｃｍ-3，３．６×１０19ｃｍ-3，４．５×１０19ｃｍ-3，５．４×１０19ｃｍ-3，９．０×１０19ｃｍ-3と変化させたＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハをそれぞれ作製し、これらのＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハについて、サブコレクタ層の電気抵抗とＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得とを測定した。
【００３０】
図５に示すように、Ｔｅの濃度が増加するに連れてサブコレクタ層の電気抵抗が低下し、Ｔｅの濃度が３．６×１０19ｃｍ-3でサブコレクタ層の電気抵抗は最小となり、それ以上にＴｅの濃度を増加させると、逆にサブコレクタ層の電気抵抗は上昇するものの、Ｓｉをサブコレクタ層に添加する場合よりも、サブコレクタ層の電気抵抗を低下させることができる。これは、Ｔｅはアンチサイトに入り込み難く、電子を補償し難いからである。
【００３１】
更に、図６に示すように、Ｔｅの濃度が増加するに連れてＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得が上昇し、Ｔｅの濃度が２．３×１０19ｃｍ-3以上でＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得が大幅に上昇する。これは、Ｔｅをサブコレクタ層に添加する場合であってもＳｉをサブコレクタ層に添加する場合と同様にＴｅの濃度が増加するに連れてサブコレクタ層で欠陥が発生するものの、Ｔｅが添加されているＧａＡｓはＴｅが添加されていないＧａＡｓよりも格子定数が大きくなって圧縮歪を受けるため、サブコレクタ層からベース層に対する欠陥の伝播が抑制されるからであると考えられる。
【００３２】
図３の結果と図５の結果を併せて図７に示すと共に図４の結果と図６の結果を併せて図８に示すと、Ｓｉに代えてＴｅをＳｉと同じ濃度（４．０×１０18ｃｍ-3以上８．０×１０18ｃｍ-3以下の濃度）でサブコレクタ層に添加する場合、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得がＳｉをサブコレクタ層に添加する場合よりも大幅に低下するものの、Ｔｅの濃度が９．０×１０18ｃｍ-3以上になると、Ｔｅをサブコレクタ層に添加する場合の方がＳｉをサブコレクタ層に添加する場合よりもＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得が大きくなることが分かる。
【００３３】
即ち、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、ｎ型不純物であるＴｅを９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下、好ましくは、２．３×１０19ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度でサブコレクタ層に添加することにより、サブコレクタ層１０２の電気抵抗が従来よりも低下すると共にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電流利得が従来よりも上昇することが分かる。
【００３４】
以上の結果から、本発明の好適な実施の形態に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ１００においては、ｎ型不純物であるＴｅを９．０×１０18ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下、好ましくは、２．３×１０19ｃｍ-3以上９．０×１０19ｃｍ-3以下の濃度でサブコレクタ層１０２に添加している。
【００３５】
なお、本発明者による検討では、Ｔｅの濃度を９．０×１０19ｃｍ-3までしか増加させることができなかったため、これを最大値としている。
【００３６】
また、冒頭に記載の通り、本発明は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ以外のＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系高電子移動度トランジスタ等の種々の半導体トランジスタに適用することが可能であり、この場合、Ｔｅを添加するための特定の半導体層として、不純物の濃度が高いｎ型ＧａＡｓ層やｎ型ＡｌＧａＡｓ層等を採用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００  ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャルウェハ
１０１  基板
１０２  サブコレクタ層
１０３  コレクタ層
１０４  ベース層
１０５  エミッタ層
１０６  エミッタコンタクト層
１０７  第１のノンアロイ層
１０８  第２のノンアロイ層
２００  ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
２０１  コレクタ電極
２０２  ベース電極
２０３  エミッタ電極
【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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【図８】
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