(57)【要約】【課題】電流増幅率を低下させること無しにサブコレクタ層の抵抗を低下させることが可能な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及びヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層１０２を備える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、サブコレクタ層１０２は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物とを含有しているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層を備える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、
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物とを含有してい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用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である請求項１に記載の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。
【請求項３】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下である請求項１又は２に記載の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。
【請求項４】
ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層を備えるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物とを含有してい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。
【請求項５】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である請求項４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下である請求項４又は５に記載の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、化合物半導体素子用エピタキシャルウェハ及び化合物半導体素子に係り、特に、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及びヘテロ接合バイポーラトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ；Heterojunction Bipolar Transistor）は、低歪で超高速動作が可能であり、主に携帯電話や無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ；Local Area Network）等における送信部の高周波パワーアンプ（ＰＡ；Power Amplifier）として使用されている。
【０００３】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、例えば、半絶縁性ＧａＡｓからなる基板上に形成されると共にｎ型ＧａＡｓからなり、外部に電流を取り出すためのサブコレクタ層と、サブコレクタ層上に形成されると共にアンドープ型ＧａＡｓやｎ型ＧａＡｓからなり、電子を集めるためのコレクタ層と、コレクタ層上に形成されると共にｐ型ＧａＡｓからなり、電子の流れを制御するためのベース層と、ベース層上に形成されると共にｎ型ＩｎＧａＰからなり、電子を放射するためのエミッタ層と、エミッタ層上に形成されると共にｎ型ＧａＡｓやｎ型ＩｎＧａＡｓからなり、外部から電流を注入するためのエミッタコンタクト層と、を備える薄膜多層構造となっている。
【０００４】
この薄膜多層構造は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、又はＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法や分子線成長（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法等の方法により形成することができる。
【０００５】
このうち、有機金属気相成長法は、固体又は液体の有機金属原料を加熱してガス化させると共に所定の温度まで昇温させた基板上に供給することにより、これを基板上で熱分解乃至化学反応させて基板上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させる方法である。
【０００６】
また、分子線成長法は、超真空中で薄膜結晶の構成元素のそれぞれを別々のルツボから蒸発させると共に分子線の形で所定の温度まで昇温させた基板上に供給することにより、基板上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させる方法である。
【０００７】
但し、分子線成長法は、超真空環境が要求されることから、蒸気圧の高いＰ系のエピタキシャル成長が不得手であり、ｎ型ＩｎＧａＰからなるベース層をエピタキシャル成長させる必要のあるヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合、専ら有機金属気相成長法が採用されている。
【０００８】
これらの方法により、基板上に薄膜多層構造がエピタキシャル成長されてなる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が完成し、その後のパターン形成、エッチング、電極（エミッタ電極、ベース電極、及びコレクタ電極）形成、保護膜形成、及びパッケージング等の加工工程を経てヘテロ接合バイポーラトランジスタが完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２０７５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スマートフォン等の高性能携帯端末では、近年のマルチバンド化の進展に伴い多数の高周波パワーアンプが使用されていることから、高周波パワーアンプとして使用されているヘテロ接合バイポーラトランジスタの電気使用効率を向上させて消費電力を低減することにより、電池の持続性を確保することが非常に重要となってきている。
【００１１】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電気使用効率を向上させて消費電力を低減するためには、ターンオン電圧やオン抵抗を低減することが必須となる。ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、構造上、ベース層やベース電極をエッチング等で除去して露出させたサブコレクタ層上にコレクタ電極を形成する必要があるため、サブコレクタ層は、基板平面方向に沿って長距離導電路が必要となる。
【００１２】
よって、サブコレクタ層のキャリア濃度を増加させて抵抗を低下させることは、正にオン抵抗の低減に繋がるが、サブコレクタ層のキャリア濃度を増加させ過ぎると、電流増幅率が低下してしまい、必要十分なゲインが得られなくなるという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、電流増幅率を低下させること無しにサブコレクタ層の抵抗を低下させることが可能な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及びヘテロ接合バイポーラ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】
【００１４】
この目的を達成するために創案された本発明は、ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層を備える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、前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物とを含有している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である。
【００１５】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であると良い。
【００１６】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下であると良い。
【００１７】
また、本発明は、ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層を備えるヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物とを含有しているヘテロ接合バイポーラトランジスタである。
【００１８】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であると良い。
【００１９】
前記サブコレクタ層は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下であると良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電流増幅率を低下させること無しにサブコレクタ層の抵抗を低下させることが可能な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及びヘテロ接合バイポーラ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】
【００２１】
【図１】本発明に係る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概略図である。
【図２】本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造を示す概略図である。
【図３】サブコレクタ層における不純物濃度の合計と電流増幅率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明の好適な実施の形態に係る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からなる基板１０１と、基板１０１上に形成されると共にｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層１０２と、サブコレクタ層１０２上に形成されると共にｎ型ＧａＡｓからなるコレクタ層１０３と、コレクタ層１０３上に形成されると共にｐ型ＧａＡｓからなるベース層１０４と、ベース層１０４上に形成されると共にｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層１０５と、エミッタ層１０５上に形成されると共にｎ型ＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層１０６と、エミッタコンタクト層１０６上に形成されると共にｎ型ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）からなるノンアロイコンタクト層１０７と、を備えている。
【００２４】
この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では、サブコレクタ層１０２は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物とを含有している。
【００２５】
置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉ（Ｇａサイト）、Ｓｅ（Ａｓサイト）、又はＳ（Ａｓサイト）が挙げられる。また、置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物としては、例えば、Ｓｎ（Ｇａサイト）、又はＴｅ（Ａｓサイト）が挙げられる。
【００２６】
置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の組み合わせとしては、例えば、ＳｉとＳｎの組み合わせ、ＳｉとＴｅの組み合わせ、ＳｅとＴｅの組み合わせ、ＳｅとＳｎの組み合わせ、ＳとＴｅの組み合わせ、又はＳとＳｎの組み合わせが考えられる。また、ＳｉとＳｎとＴｅの組み合わせのような３種類以上の組み合わせであっても良い。
【００２７】
なお、有機金属気相成長法を使用してサブコレクタ層１０２をエピタキシャル成長させる際には、例えば、ｎ型不純物がＳｉのときは原料としてＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6を使用し、ｎ型不純物がＳｅのときは原料としてＨ2Ｓｅを使用し、ｎ型不純物がＳのときは原料として（ＣＨ3）2Ｓ、（Ｃ2Ｈ5）2Ｓ、（Ｃ4Ｈ9Ｓ）2、又はＨ2Ｓを使用し、ｎ型不純物がＳｎのときは原料として（ＣＨ3）4Ｓｎや（Ｃ2Ｈ5）4Ｓｎを使用し、ｎ型不純物がＴｅのときは原料として（ＣＨ3）2Ｔｅや（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅを使用する。
【００２８】
この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にいくつかの加工工程を施し、図２に示すように、エミッタ電極２０１、ベース電極２０２、及びコレクタ電極２０３を形成することにより、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ２００を作製することができる。
【００２９】
ここで、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、サブコレクタ層１０２が置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の二種類を含有している理由を説明する。
【００３０】
通常、ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層はｎ型不純物を一種類だけ含有しているが、例えば、サブコレクタ層がｎ型不純物としてＳｉを含有している場合、Ｓｉは共有結合半径が置換位置のＧａよりも小さいため、Ｓｉを高濃度に添加すると、薄膜結晶中に引張応力が働き、空孔欠陥が発生し易い。その上、Ｓｉをより高濃度に添加すると、空孔欠陥がベース層まで伝播し、その結果として、電流増幅率を低下させていると推測される。
【００３１】
そこで、本発明者等は、鋭意検討の結果、例えば、Ｓｉに加えてＳｎをサブコレクタ層に添加することで、置換位置のＧａに対して共有結合半径が小さいＳｉによる空孔欠陥を、置換位置のＧａに対して共有結合半径が大きいＳｎで補償し、薄膜結晶中の引張応力を大幅に低下させることに思い至った。
【００３２】
これにより、サブコレクタ層にｎ型不純物を高濃度に添加しても歪の極めて少ない、結晶状態の良好な薄膜結晶が得られるようになり、電流増幅率の低下を抑制することが可能となる。
【００３３】
従って、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、サブコレクタ層１０２が置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の二種類を含有している旨を規定した。
【００３４】
また、サブコレクタ層１０２は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下、より好ましくは４×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００３５】
置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3未満であると、サブコレクタ層１０２のキャリア濃度を従来よりも増加させることができず、サブコレクタ層１０２の抵抗を従来よりも低下させることができないからである。
【００３６】
また、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が１×１０19ｃｍ-3超であると、サブコレクタ層１０２を構成するＧａＡｓに対する不純物の固溶限界に近づくため、それ以上の濃度で不純物を添加することが困難となるからである。また、固溶限界に達しなくても、高濃度にドーピングすると、欠陥を生成してキャリアを補償する力が働くので、効果が得られなくなる。
【００３７】
また、サブコレクタ層１０２は、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下、より好ましくは２以上３以下であることが望ましい。
【００３８】
前記の通り、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物として、例えば、Ｓｉ（Ｇａサイト）、Ｓｅ（Ａｓサイト）、又はＳ（Ａｓサイト）、置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物として、例えば、Ｔｅ（Ａｓサイト）を採用することが考えられる。しかし、Ｓｅの原料であるＨ2ＳｅやＴｅの原料である（Ｃ2Ｈ5）2Ｔｅは、Ｓｉの原料であるＳ2Ｈ6やＳの原料である（ＣＨ3）2Ｓと比較して添加効率の良い成長温度が大きく異なるので、これらの原料の組み合わせを採用する場合は、上記の不純物濃度の合計（Ａ）＋（Ｂ）がなるべく大きくなり、かつ比（Ａ）／（Ｂ）が上記数値範囲内に収まるような成長温度を選ぶと良い。
【００３９】
なお、これらのｎ型不純物原料を採用した場合であっても、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3程度、かつ比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下となるものが作製可能であり、小さいながらも本発明の効果を得られる。
【００４０】
これにより、サブコレクタ層１０２におけるキャリア濃度の増加と電流増幅率の低下のバランスを最も良く取ることができ、飛躍的に大きな効果を得ることが可能となる。
【００４１】
高性能携帯端末の高周波パワーアンプのみならず、従来は高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ；High Electron Mobility Transistor）の使用が多かったＷｉ-Ｆｉ向けの低出力パワーアンプにも、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ２００を使用することが可能となる。
【００４２】
以上の通り、本発明によれば、電流増幅率を低下させること無しにサブコレクタ層の抵抗を低下させることが可能な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及びヘテロ接合バイポーラトランジスタを提供することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明における数値限定の根拠を説明する。
【００４４】
有機金属気相成長法により、ｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層と、ｎ型ＧａＡｓからなるコレクタ層と、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層と、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層と、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層と、ｎ型ＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）からなるノンアロイコンタクト層と、を半絶縁性ＧａＡｓからなる基板上に順にエピタキシャル成長させて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。
【００４５】
このとき、添加効率の良い成長温度が同程度であるｎ型不純物原料の組み合わせとしてＳｉ（Ｓｉ2Ｈ6）とＳｎ（（ＣＨ3）4Ｓｎ）を使用した。そして、Ｓｉの不純物濃度とＳｎの不純物濃度との比を変更して、これらの不純物濃度の合計が異なる複数枚の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。
【００４６】
その後、これらの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いくつかの加工工程を施すことにより、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを作製した。
【００４７】
これらのヘテロ接合バイポーラトランジスタについて、サブコレクタ層における不純物濃度の合計と電流増幅率との関係を調査した。
【００４８】
その結果、図３に示すように、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との合計（Ａ）＋（Ｂ）が３×１０18ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であり、置換サイトよりも共有結合半径が小さいｎ型不純物の不純物濃度（Ａ）と置換サイトよりも共有結合半径が大きいｎ型不純物の不純物濃度（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が２以上５以下であれば、サブコレクタ層の抵抗を下げつつ、電流増幅率の低下を抑制することができ、本発明の効果を発揮できることが確認された。
【００４９】
また、ＳｉとＳｎ以外の組み合わせであっても、サブコレクタ層の抵抗を下げつつ、電流増幅率の低下を抑制することができ、本発明の効果を発揮できることが確認された。
【符号の説明】
【００５０】
１００  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  ノンアロイコンタクト層
【図１】
2016184675.tif 000003
【図２】
2016184675.tif 000004
【図３】
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