專利名稱：晶體管用外延晶片及晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管用外延晶片及晶體管，特別是涉及其n型InGaAs非合金層的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
使用以GaAs為代表的化合物半導體的高頻設備，形變小，能夠?qū)崿F(xiàn)效率高的GHz以上的高頻特性，因此廣泛用于移動電話或其他通信器械的放大器等。其中，發(fā)射極·基極結(jié)中使用異質(zhì)結(jié)的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(以下，稱為HBT)的發(fā)射極層的能隙比基極層的能隙寬，因而可以提高發(fā)射極的注入效率，因此高頻特性優(yōu)良，廣泛用于移動電話用高輸出晶體管等。
以前的HBT，發(fā)射極/基極結(jié)一般是通過AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)來構(gòu)成的，但近年來，從提高設備特性或提高可靠性的觀點考慮，發(fā)射極層由AlGaAs發(fā)射極層向InGaP發(fā)射極層的轉(zhuǎn)換正在積極地進行。
圖7表示以前的HBT。該HBT300為，InGaP/GaAs系HBT，其使用的外延晶片為，通過MOVPE法或MBE法的氣相外延生長法，在半絕緣性GaAs襯底1上，層疊n型GaAs次集電極層2、n型GaAs集電極層3、p型GaAs基極層4、n型InGaP發(fā)射極層(或，n型AlGaAs)5、n型GaAs發(fā)射極集電極層6及n型InGaAs非合金層14而形成的。
這里，作為n型摻雜劑一般使用Si，作為p型摻雜劑使用C(碳)、Zn(鋅)、Be(鈹)。
HBT300中，n型InGaAs非合金層14上形成發(fā)射極11，GaAs基極層4上形成基極12，次集電層2上形成集電極13。發(fā)射極接地使其工作時，基極12和集電極13上外加正向電壓Vb、Vc，通過基極12作為信號輸入的基極電流Ib流動，通過控制輸出的集電極電流Ic，而作為晶體管進行工作。
作為減少上述HBT300的消耗電力的方法，考慮減小下述列舉處的電阻成分
1)與發(fā)射極11接觸的n型InGaAs非合金層14的接觸電阻；2)與基極12接觸的基極層4的接觸電阻；3)與集電極13接觸的次集電極層2的接觸電阻；4)各外延層中的電阻；5)外延層的界面電阻。
其中，關(guān)于上述(1)的與發(fā)射極11接觸的n型InGaAs非合金層14的接觸電阻，由于n型InGaAs非合金層14的尺寸比基極層4或次集電極層2的電極尺寸小，因而容易高電阻化。因此，n型InGaAs非合金層14中，使用In組分為0.4～0.7高的InGaAs層，且進行摻雜濃度為1×1019cm-3以上的高濃度的n型摻雜。
但是，使高In組分的n型InGaAs非合金層14直接在GaAs發(fā)射集電極層6上生長的話，由于非合金層14的InGaAs和下層的GaAs的晶格常數(shù)有很大差別，因此引起晶格失配，在GaAs和InGaAs的界面產(chǎn)生很多缺陷。因此，為了將該缺陷的量限制在最小限度，作為n型InGaAs非合金層14，是使In組分從0至所希望的均勻In組分值(最終值)緩緩提高的線性漸變層(In0→xGa1→1-xAs線性漸變層)生長后，將In組分固定為上述最終值x而生長的均勻組分層(均勻In組分的InxGa1-xAs非合金層)。
為了降低n型InGaAs非合金層14的電阻而使用Si作為n型摻雜材料時，與Se/Te相比，摻雜效率差，難以得到1×1019cm-3以上的載流子濃度。因此，為了降低n型InGaAs非合金層14的接觸電阻而要求高摻雜，為了高摻雜，則需要提高n型InGaAs非合金層14的生長溫度。但是，這樣使n型InGaAs非合金層14表面的平坦性變差。另一方面，使用摻雜效率好的Se/Te作為n型的摻雜材料時，有利于n型InGaAs非合金層14的平坦性改善及接觸電阻的減小，但與Si相比，擴散系數(shù)高，生長中可能發(fā)生向發(fā)射極層5的擴散。
因此，在專利文獻1所示的結(jié)構(gòu)，具體即為圖7的結(jié)構(gòu)中，n型InGaAs非合金層14由In組分從0至0.5線性變化的線性漸變層15和其上的In組分固定為0.5的非合金層(均勻組分層)16構(gòu)成，通過在上側(cè)的均勻組分層16中使用Se，提高非合金層14的平坦性和減小接觸電阻。另外，通過在下側(cè)的線性漸變層15中使用Si，抑制向發(fā)射極層5的擴散，得到高可靠性。
專利文獻1特開2003-133325號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，即使在n型InGaAs非合金層14的均勻組分層16中使用Se，在線性漸變層15中使用Si的情況下，根據(jù)In組分等的生長條件，n型InGaAs非合金層14也沒有形成低電阻，另外，平坦性也不充分，因此還存在改進的余地。
另外，通過在n型InGaAs非合金層14的線性漸變層15中摻雜Si，沒有完全降低線性漸變層15的電阻，而在上層的非合金層(n型InGaAs層)16中摻雜過量的Se來降低接觸電阻，在接下來的外延生長時，有次集電極層2和集電極層3中Se作為存儲而混入，特別是，集電極電容增大的情況。進而，增加Se供給量的話，利用酸系蝕刻液對非合金層16進行蝕刻時，如圖8所示，出現(xiàn)刺狀突起物17，損害HBT的可靠性。
因此，本發(fā)明的目的是，解決上述問題，提供能夠減小n型InGaAs非合金層電阻的晶體管用外延晶片及晶體管。
為了達到上述目的，本發(fā)明為如下結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。
第1發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，具有襯底，在所述襯底上順次形成的n型集電極層、p型基極層及n型發(fā)射極層，以及，n型InGaAs非合金層，所述n型InGaAs非合金層由In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層和設置在所述n型InGaAs不均勻組分層之上的、In組分均勻的n型InGaAs均勻組分層構(gòu)成，所述In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層設置在所述發(fā)射極層之上；所述n型InGaAs不均勻組分層是由摻雜了Si的In組分低的第一層，和在所述第一層之上設置的摻雜了Si以外的n型摻雜劑且In組分比第一層高的第二層構(gòu)成。
第二發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，具有襯底，在所述襯底上順次形成的緩沖層、供電子層、隧道層及肖特基層，以及，n型InGaAs非合金層，所述n型InGaAs非合金層由In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層和設置在所述n型InGaAs不均勻組分層之上的、In組分均勻的n型InGaAs均勻組分層構(gòu)成，所述In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層設置在所述肖特基層之上；所述n型InGaAs不均勻組分層是由摻雜了Si的In組分低的第一層，和在所述第一層之上設置的摻雜了Si以外的n型摻雜劑且In組分比第一層高的第二層構(gòu)成。
第3發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1、2的發(fā)明中，所述n型InGaAs不均勻組分層是In組分從0開始緩緩增大的漸變層，所述第一層的In組分為0～0.35，所述第二層的In組分比0.35大，所述第二層的與所述均勻組分層的界面附近的In組分的最終值與所述均勻組分層的In組分值一致。
這里，In組分緩緩增大的漸變層中包括In組分線性變化的漸變層形態(tài)和In組分階梯狀變化的階梯狀漸變層形態(tài)。
第4發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1、2的發(fā)明中，所述第一層為，In組分在0～0.35的范圍內(nèi)，所述第二層為，In組分在0.35至與所述均勻組分層的In組分值一致的范圍內(nèi)。
第5發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1至4的發(fā)明中，所述第一層的C(碳)的背景濃度為1×1018cm-3以下。
這里，所說的C的背景濃度是指，無論是否有意添加(摻雜)C作為p型摻雜劑，生長中的晶體中都不可避免地自然混入C時，該C的濃度。
第6發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1、2發(fā)明中，所述第二層，使用Se或Te的任一種作為所述Si以外的n型摻雜劑。
第7發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1、2發(fā)明中，所述第二層，所述C的背景濃度為1×1018cm-3以下。
第8發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1、2發(fā)明中，所述n型InGaAs均勻組分層摻雜了Se或Te作為n型摻雜劑。
第9發(fā)明為晶體管用外延晶片，其特征為，第1、2發(fā)明中，所述襯底是由GaAs、Si或InP的任一種形成的。
第10發(fā)明為晶體管，其特征為，具有在襯底上順次形成的n型次集電極層、n型集電極層、p型基極層及n型發(fā)射極層；n型InGaAs非合金層，其設置在所述發(fā)射極層上，由n型InGaAs不均勻組分層和In組分均勻且形成于所述n型InGaAs不均勻組分層之上的n型InGaAs均勻組分層構(gòu)成，其中，所述n型InGaAs不均勻組分層包括摻雜了Si的In組分低的第一層和摻雜了Si以外的n型摻雜劑的、In組分比第一層高且設置在所述第一層上的第二層；設置在所述n型InGaAs均勻組分層上的發(fā)射極；設置在所述p型基極層上的基極；以及，設置在所述n型集電極層上的集電極。
根據(jù)本發(fā)明，可以降低n型InGaAs非合金層的電阻，且可以使表面平坦化。所以，在制作異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管或高電子遷移率晶體管時，可以取得良好的電阻性，因此可以降低消耗電力，可以改善發(fā)射極的注入效率。


圖1為本發(fā)明的第1實施方式的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為表示漸變層中摻雜了Si時的非合金層的分析曲線的圖。
圖3為表示漸變層中摻雜了Se時的非合金層的分析曲線的圖。
圖4為表示對應于In組分，線性漸變層中摻雜了Si、Se的外延晶片的HBT用外延晶片的非合金層的SIMS分析曲線的圖。
圖5為表示本發(fā)明的第2實施方式的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖。
圖6為表示利用酸系蝕刻液對實施例1的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管用外延晶片的非合金層進行蝕刻時的表面狀態(tài)的圖。
圖7為表示以前的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖。
圖8為表示利用酸系蝕刻液對以前的外延晶片的非合金層進行蝕刻時的表面狀態(tài)的圖。
圖9表示比較例1～3的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管用外延晶片，(a)為比較例1的晶片結(jié)構(gòu)圖，(b)為比較例2的晶片結(jié)構(gòu)圖，(c)為比較例3的晶片結(jié)構(gòu)圖。
圖10表示實施例2的高電子遷移率晶體管用外延晶片，(a)為表示實施例2的高電子遷移率晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖，(b)為表示比較例4的高電子遷移率晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖。
符號說明1半絕緣性GaAs襯底2n型次集電極層3n型集電極層4p型基極層5n型發(fā)射極層6n型發(fā)射極集電極層
7第一漸變層(第一層)8第二漸變層(第二層)9均勻組分層10 n型InGaAs非合金層10a 漸變層(不均勻組分層)11 發(fā)射極12 基極13 集電極14 n型InGaAs非合金層15 線性漸變層16 非合金層17 突起物21 Si摻雜In0→0.35GaAs22 Si摻雜In0.35→xGaAs漸變層23 Se摻雜InxGaAs均勻組分層24 Si摻雜InxGaAs均勻組分層25 Se摻雜In0→0.35GaAs漸變層26 Se摻雜In0.35→xGaAs構(gòu)成的漸變層30，40，50 非合金層61 半絕緣性GaAs襯底62 非摻雜GaAs緩沖層63 Si摻雜n型供電子層64 非摻雜AlxGa1-xAs隔離層65 非摻雜InxGa1-xAs隧道層66 非摻雜AlxGa1-xAs隔離層67 Si摻雜n型供電子層68 非摻雜AlxGa1-xAs肖特基層69 非摻雜InGaP隔離層70 n型InxGa1-xAs層(x＝0→0.35)
71n型InxGa1-xAs層(x＝0.35→0.5)72n型InxGa1-xAs層(x＝0.5)73n型InxGa1-xAs層(x＝0→0.5)74n型InxGa1-xAs層(x＝0.5)100，400，500，600HBT用外延晶片200，300異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)700，800HEMT用外延晶片具體實施方式
以下，基于本發(fā)明的圖示的實施方式進行說明。
非合金層的研究如上所述，即使在圖7表示的HBT300的n型InGaAs非合金層14的均勻組分層16中使用Se，在線性漸變層15中使用Si，根據(jù)In組分等的生長條件，n型InGaAs非合金層14電阻也不降低。這里，本發(fā)明人對外延生長n型InGaAs非合金層14時的原料進行了重新研究。
外延生長n型InGaAs非合金層14時，通常，使用三甲基銦(TMIIn(CH3)3)作為In原料，使用三乙基鎵(TEGGa(C2H5)3)作為鎵原料，使用砷化氫氣體(AaH3)作為砷原料。另外，作為n型摻雜劑的原料氣體，使用硒化氫氣體(H2Se)或乙硅烷氣體(Si2H6)。另外，n型化是通過在InGaAs非合金層14中摻雜Se或Si來實現(xiàn)的。
原料的TMI及TEG中含有C(碳)。該C在氣相生長法的制法中，在InGaAs非合金層16上作為背景濃度不可避免地混入。因為C為p型，所以C背景濃度高時，抵消了Se或Si的n型的一部分，結(jié)果是線性漸變層15的電阻值升高。推測，增高了該電阻值的C背景濃度與線性漸變層15的In組分及摻雜劑有關(guān)。
因此，本發(fā)明人著眼于C背景濃度，利用二次離子質(zhì)譜分析(SIMS)對In組分和摻雜劑的關(guān)系進行了研究。
非合金層的分析結(jié)果圖2表示漸變層中摻雜了Si時的非合金層的分析曲線圖。圖2中很明顯的是，在In組分變化的線性漸變層15中摻雜Si作為n型摻雜劑時，無論In組分的高低，線性漸變層15的C背景濃度(圖2中用C表示)都低于1×1017atoms/cc(1×1017cm-3)。但是，Si濃度只混入1×1019cm-3左右，可知載流子濃度不太增高。
另外，圖3表示漸變層中摻雜了Se時的非合金層的分析曲線圖。圖3中很明顯的是，在In組分變化的線性漸變層15中摻雜Se作為n型摻雜劑時，無論In組分的高低，線性漸變層15的Se濃度都表現(xiàn)為1.0×1019cm-3～1×1020cm-3的高濃度。另外，C背景濃度(圖3中用C表示)，In組分高的超過0.35的層中，表現(xiàn)為1.0×1018cm-3以下的低的值，In組分為0～0.35低的層中，如圖3的斜線部分所示，存在1×1018cm-3～3×1018cm-3的高C背景濃度。斷定該濃度高的部分為成為高電阻成分的物質(zhì)。另外，由于高電阻成分的存在，導致HBT的消耗電力增加或由于產(chǎn)生熱引起的注入效率的降低。
所以，不在線性漸變層15的全部區(qū)域摻雜Si，而是在線性漸變層15中，下層摻雜Si，上層摻雜Se。這時，存在著Se摻雜至何處為止，即下層和上層的邊界何處為宜的問題。該問題，根據(jù)上述結(jié)果，線性漸變層15中，In組分為0至0.35的層中，為了使C背景濃度高的部分(圖3的斜線部分)不出現(xiàn)，優(yōu)選摻雜Si作為n型摻雜劑。In組分超過0.35的層中，為了提高n型摻雜劑的濃度，推測不摻雜Si而摻雜Se是適宜的。
因此，實際上，構(gòu)成非合金層14的線性漸變層15中，在In組分為0至0.35的層中摻雜Si，在In組分超過0.35的層中摻雜Se，來制造HBT用外延晶片，使用該晶片，在In組分均勻的均勻組分層上設置發(fā)射極11，在基極層4上設置基極12，在次集電極層2上設置集電極13，制作如圖7所示的HBT。
圖4表示，使用了對應In組分在線性漸變層中摻雜了Si、Se的外延晶片的HBT的非合金層的SIMS分析曲線的結(jié)果。正如所推測的，In組分超過0.35的層中，可以使Se濃度提高至1.0×1019cm-3。另外，線性漸變層15的C背景濃度在In組分的全部區(qū)域中降低為1×1017cm-3左右。
第1實施方式圖1表示本發(fā)明的第1實施方式的HBT用外延晶片。該HBT外延晶片100為以上述結(jié)果為基礎(chǔ)得到的，在n型InGaAs非合金層10的In0→xGa1→1-xAs漸變層10a中，In組分0～0.35之間摻雜劑使用Si，其余的In組分0.35至均勻In組分之間摻雜Se。
HBT用外延晶片100的結(jié)構(gòu)為，在半絕緣性GaAs襯底1上，順次層疊由n型GaAs層(例如，厚度500nm，載流子濃度3×1018cm-3)構(gòu)成的n型次集電極層2，由n型GaAs層(例如，厚度700nm，載流子濃度1×1016cm-3)構(gòu)成的n型集電極層3，由p型GaAs層(例如，厚度80nm，載流子濃度4×1019cm-3)構(gòu)成的p型基極層4，由n型InxGa1-xP層(X＝0.48)(例如，厚度40nm，載流子濃度3×1017cm-3)構(gòu)成的n型發(fā)射極層5，由n型GaAs層(例如，厚度100nm，載流子濃度3×1018cm-3)構(gòu)成的n型發(fā)射極集電極層6，n型InGaAs非合金層(例如，厚度80nm)。
n型InGaAs非合金層10為，由In組分從0開始緩緩增大的漸變層10a(例如，厚度40nm)和In組分均勻的均勻組分層9(例如，厚度40nm)構(gòu)成的，漸變層10a的In組分的最終值與均勻組分層9的In組分值一致。
上述漸變層10a分為以下的兩個層。即，由n型InxGa1-xAs層(x＝0～0.35)(例如，厚度20nm)構(gòu)成的n型第一漸變層7和，由n型InxGa1-xAs層(x＝0.35～0.5)(例如，厚度20nm)構(gòu)成的n型第二漸變層8。
另外均勻組分層9由摻雜了Se的n型InxGa1-xAs層(x＝0.5)(例如，厚度40nm，載流子濃度＞1×1019cm-3)構(gòu)成。
第一層7中摻雜Si，其作用是將C背景濃度抑制在較低水平。其載流子濃度為5×1018cm-3以上。該第一漸變層7的生長溫度為450～750℃，優(yōu)選500～600℃。第二漸變層8中摻雜Se，其作用是提高載流子濃度。其載流子濃度為1×1019cm-3以上。第二漸變層8的生長溫度為優(yōu)選400～550℃。另外，進一步優(yōu)選，第二漸變層8的生長溫度低于第一漸變層7的生長溫度。
該HBT用外延晶片100的二次離子質(zhì)譜分析得到的C、Se、Si、In組分的分布測定結(jié)果為已經(jīng)進行了說明的圖4。其中，同樣已經(jīng)說明的圖2和圖3為，在圖1中，分別在漸變層10a的全部區(qū)域摻雜了Se、Si時的HBT用外延晶片100的組分的分布測定結(jié)果。
第1實施方式的效果根據(jù)第1實施方式，具有以下效果。
由In組分低的第一漸變層7和In組分高于第一漸變層7的第二漸變層8構(gòu)成n型InGaAs漸變層10a，第一漸變層7中摻雜Si，第二漸變層8中摻雜Se時，存在的問題是，何處為第一漸變層7和第二漸變層8的邊界，著眼于C背景濃度，使第一漸變層7和第二漸變層8的邊界由In組分決定的，所以可以抑制由于C背景濃度高濃度化帶來的高電阻成分而發(fā)生的n型InGaAs非合金層10電阻值的升高。
另外，高電阻成分的存在導致用晶片制作的HBT的消耗電力增加或產(chǎn)生熱而引起的注入效率的降低，但因為可以抑制C背景濃度，所以這樣的情況消失。進而，由于消除了高電阻成分，而不必進行Se等n型摻雜劑的過量摻雜，因此也可以解決以此為起因的發(fā)生Se等的n型摻雜劑的爐內(nèi)存儲效果等的問題。
另外，因為In組分低的0至0.35的第一漸變層7中摻雜Si作為n型摻雜劑，所以C背景濃度低，也可以在某種程度上保持高水平的載流子濃度。另外，因為In組分高的超過0.35的第二漸變層8中摻雜Se作為摻雜劑，所以可以保持低的C背景濃度，同時可以得到1×1019cm-3以上的高n型載流子濃度。該結(jié)果與漸變層10a中摻雜Si的情況相比，可以實現(xiàn)漸變層10a的低電阻化。
另外，漸變層10a的全部區(qū)域中摻雜Si時，由于InGaAs生長溫度增高，因此表面凹凸惡化，本實施方式中，漸變層10a中，只在第一漸變層7中摻雜Si，剩余的第二漸變層8中摻雜Se，因此表面凹凸得到改善，可以實現(xiàn)InGaAs層的平坦化。
第2實施方式圖5表示本發(fā)明的第2實施方式的HBT。該HBT200是使用圖1所示的第1實施方式的外延晶片形成的。
HBT200由外延晶片構(gòu)成主體，該外延晶片的結(jié)構(gòu)為，在半絕緣性GaAs襯底1上，順次層疊由n型GaAs層構(gòu)成的n型次集電極層2，由n型GaAs層構(gòu)成的n型集電極層3，由p型GaAs層構(gòu)成的p型基極層4，由n型InxGa1-xP層(X＝0.48)構(gòu)成的n型發(fā)射極層5，由n型GaAs層構(gòu)成的n型發(fā)射極集電極層6，以及n型InGaAs非合金層10。
n型InGaAs非合金層10由摻雜了Si的第一漸變層7、摻雜了Se的第二漸變層8和由摻雜了Se的n型InxGa1-xAs層(x＝0.5)構(gòu)成的均勻組分層9構(gòu)成。
進一步，在均勻組分層9上形成發(fā)射極11，在p型基極層4上形成基極12，在n型次集電層2上形成集電極13。發(fā)射極接地使其工作時，基極12和集電極13上外加正向電壓Vb、Vc，通過基極12作為信號輸入的基極電流Ib流動，通過控制輸出的集電極電流Ic，而作為晶體管進行工作。
第2實施方式的效果根據(jù)第2實施方式，通過使用具有第1實施方式的效果中記載的效果的外延晶片，可以減少消耗電力，可以得到改善了發(fā)射極注入效率的HBT。
其他實施方式此外，本發(fā)明不限定于上述各實施方式，可以在不脫離或變更本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)進行各種變形。
例如，上述的實施方式中，均勻組分層9的In組分固定為0.5，但In組分也可以固定為0.4～0.7的任意值。
另外，對于n型InGaAs不均勻組分層(漸變層10a)為In組分從0開始緩緩增大的線性漸變層的情形進行了說明，但也可以是In組分階梯狀變化的階梯狀漸變層。進而，也可以不是漸變層，而是第一層的In組分為0～0.35范圍內(nèi)，第二層的In組分為0.35至均勻組分層In組分值的范圍內(nèi)的不均勻組分層。
另外。上述實施方式中，作為第二層的n型摻雜劑使用了Se，但也可以摻雜Te代替Se。本實施方式中，襯底1的材料為GaAs，但也可以是Si或InP。
實施例1下面，對本發(fā)明的實施例進行說明。
表1表示本發(fā)明的實施例1和比較例1～3的評價結(jié)果。
表1

表1中，“垂直電阻”是基極·發(fā)射極之間的縱深方向的電阻，“簡易可靠性”是100KA/cm2上的通電試驗，“集電極層中Se存儲濃度”是連續(xù)進行外延生長時，第2次外延生長的集電極層中混入的Se濃度。
實施例1和比較例1～3中，GaAs襯底1～GaAs發(fā)射極集電極層6的層結(jié)構(gòu)和各層的組分相同，只有非合金層的組分不同。即，除去非合金層的部分的結(jié)構(gòu)為，在GaAs襯底1上，順次設置Si-GaAs次集電極層2、Si-GaAs集電極層3、C-GaAs基極層4、Si-InGaP發(fā)射極層5和Si-GaAs發(fā)射極集電極層6。
實施例1是由第1實施方式所示的HBT用外延晶片100得到的，具有的組成是Si摻雜In0→0.35GaAs的第一漸變層7，Se摻雜In0.35→xGaAs的第二漸變層8，Se摻雜InxGaAs的均勻組分層9。這里，x如表1所示，x＝0.4，0.5，0.6。
比較例1是由如圖9(a)所示結(jié)構(gòu)的HBT用外延晶片得到的，比較例2是由如圖9(b)所示結(jié)構(gòu)的HBT用外延晶片得到的，比較例3是由如圖9(c)所示結(jié)構(gòu)的HBT用外延晶片得到的。
如圖9(a)所示，比較例1的HBT用外延晶片400具有非合金層30，非合金層30的結(jié)構(gòu)為，在n型GaAs發(fā)射極集電極層6上順次形成由Si摻雜In0→0.35GaAs構(gòu)成的漸變層21，由Si摻雜In0.35→xGaAs構(gòu)成的漸變層22和由Se摻雜InxGaAs均勻組分層23。這里的x為，如表1所示，x＝0.4，0.5，0.6。
如圖9(b)所示，比較例2的HBT用外延晶片500具有非合金層40，非合金層40的結(jié)構(gòu)為，在n型GaAs發(fā)射極集電極層6上順次形成由Si摻雜In0→0.35GaAs構(gòu)成的漸變層21，由Si摻雜In0.35→xGaAs構(gòu)成的漸變層22和由Si摻雜InxGaAs均勻組分層24。這里的x為，如表1所示，x＝0.4，0.5，0.6。
如圖9(c)所示，比較例3的HBT用外延晶片600具有非合金層50，非合金層50的結(jié)構(gòu)為，在n型GaAs發(fā)射極集電極層6上順次形成由Se摻雜In0→0.35GaAs構(gòu)成的漸變層25，由Se摻雜In0.35→xGaAs構(gòu)成的漸變層26和由Se摻雜InxGaAs均勻組分層23。這里的x為，如表1所示，x＝0.4，0.5，0.6。
表1中很明顯的是，實施例1與比較例3相比，簡易可靠性并不遜色，另外，表面平坦性、接觸電阻和垂直電阻的綜合評價，與比較例1～3相比有良好的效果。其中，比較例2中，集電極層中存儲濃度為“無”，這是由于沒有使用Se。
圖6表示利用酸系蝕刻液對實施例1的HBT用外延晶片100中非合金層10a進行蝕刻時的表面狀態(tài)。比較圖6和圖8，顯然，實施例1由于在均勻組分層9中摻雜了Se，而得到表面的平坦性。
實施例2圖10顯示實施例2的高電子遷移率晶體管用外延晶片，(a)為表示實施例2的高電子遷移率晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖，(b)為表示比較例4的高電子遷移率晶體管用外延晶片的結(jié)構(gòu)圖。如下形成實施例2的高電子遷移率晶體管(HighElectron Mobility TransistorHEMT)用外延晶片700在半絕緣性GaAs襯底61上，順次層疊非摻雜GaAs緩沖層62、Si摻雜n型供電子層63、非摻雜n型AlxGa1-xAs隔離層64、非摻雜InxGa1-xAs隧道層65、非摻雜AlxGa1-xAs隔離層66、Si摻雜n型供電子層67、非摻雜AlxGa1-xAs肖特基層68、非摻雜InGaP隔離層69，進而在其上面，層疊由n型InxGa1-xAs層(x＝0→0.35)(例如，厚度20nm)70構(gòu)成的n型第一漸變層，由InxGa1-xAs層(x＝0.35→0.5)(例如，厚度20nm)71構(gòu)成的n型第二漸變層，和由摻雜了Se的n型InxGa1-xAs層(x＝0.5)(例如，厚度40nm，載流子濃度＞1×1019cm-3)72。
比較例4的HEMT用外延晶片800為，與實施例2的HEMT用外延晶片700同樣地，具有在半絕緣性GaAs襯底61上，順次設置的直至非摻雜InGaP隔離層69的結(jié)構(gòu)，在非摻雜InGaP隔離層69上設置了由摻雜了Se的n型InxGa1-xAs層(x＝0.35→0.5)(例如，厚度20nm)73和摻雜了Se的n型InxGa1-xAs層(x＝0.5)74構(gòu)成的非合金層90。
利用上述實施例2的HEMT用外延晶片800制作的高電子遷移率晶體管，相對于以往與異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管同樣結(jié)構(gòu)的比較例4，不僅降低了垂直方向的電阻，而且由于非合金層制作中使用的Se的總流量減少(以前0.9L，本發(fā)明品0.7L)的效果而使Se濃度的存儲也減少(以往1.0×1017cm-3，本發(fā)明品1.0×1016cm-3)。這里，關(guān)于HEMT用外延晶片中重要的遷移率如表2所示。
表2

如表2所示，沒有由于應用本實施例表示的結(jié)構(gòu)而發(fā)生的特性惡化。相對于上述結(jié)構(gòu)的夾斷電壓Vp2.5V，得到遷移率為5600(cm2/V·s)，相對于比較例4的夾斷電壓Vp2.5V，遷移率為5450(cm2/V·s)，是同等水平以上，還發(fā)現(xiàn)了C背景濃度降低的效果。
權(quán)利要求
1.晶體管用外延晶片，其特征為，具有襯底；在所述襯底上順次形成的n型集電極層、p型基極層及n型發(fā)射極層；以及，n型InGaAs非合金層，所述n型InGaAs非合金層由In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層和設置在所述n型InGaAs不均勻組分層之上的、In組分均勻的n型InGaAs均勻組分層構(gòu)成，所述In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層設置在所述發(fā)射極層之上；所述n型InGaAs不均勻組分層是由摻雜了Si的In組分低的第一層，和在所述第一層之上設置的摻雜了Si以外的n型摻雜劑且In組分比第一層高的第二層構(gòu)成。
2.晶體管用外延晶片，其特征為，具有襯底；在所述襯底上順次形成的緩沖層、供電子層、隧道層及肖特基層；以及，n型InGaAs非合金層，所述n型InGaAs非合金層由In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層和設置在所述n型InGaAs不均勻組分層之上的、In組分均勻的n型InGaAs均勻組分層構(gòu)成，所述In組分不均勻的n型InGaAs不均勻組分層設置在所述肖特基層之上；所述n型InGaAs不均勻組分層是由摻雜了Si的In組分低的第一層，和在所述第一層之上設置的摻雜了Si以外的n型摻雜劑且In組分比第一層高的第二層構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述n型InGaAs不均勻組分層是In組分從0開始緩緩增大的漸變層，所述第一層的In組分為0～0.35，所述第二層的In組分比0.35大，所述第二層的與所述均勻組分層的界面附近的In組分的最終值與所述均勻組分層的In組分值一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述第一層為，In組分在0～0.35的范圍內(nèi)，所述第二層為，In組分在0.35至與所述均勻組分層的In組分值一致的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述第一層的在所述In組分中的C(碳)的背景濃度為1×1018cm-3以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述第二層中，使用Se或Te的任一種作為所述的Si以外的n型摻雜劑。
7.權(quán)利要求1或2所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述第二層中，所述C的背景濃度為1×1018cm-3以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述n型InGaAs均勻組分層摻雜了Se或Te作為n型摻雜劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶體管用外延晶片，其特征為，所述襯底是由GaAs、Si或InP的任一種形成的。
10.晶體管，其特征為，具有在襯底上順次形成的n型次集電極層、n型集電極層、p型基極層及n型發(fā)射極層；n型InGaAs非合金層，其設置在所述發(fā)射極層上，由n型InGaAs不均勻組分層和In組分均勻且形成于所述n型InGaAs不均勻組分層之上的n型InGaAs均勻組分層構(gòu)成，其中，所述n型InGaAs不均勻組分層包括摻雜了Si的In組分低的第一層和摻雜了Si以外的n型摻雜劑的、In組分比第一層高且設置在所述第一層上的第二層；設置在所述n型InGaAs均勻組分層上的發(fā)射極；設置在所述p型基極層上的基極；以及，設置在所述n型集電極層上的集電極。
全文摘要
本發(fā)明研究的目的是降低n型InGaAs非合金層的電阻。在半絕緣性GaAs襯底(1)上，順次形成n型次集電極層(2)、n型集電極層(3)、p型基極層(4)、n型發(fā)射極層(5)和n型InGaAs非合金層(10)，n型InGaAs非合金層10由In組分不均勻n型InGaAs漸變層(10a)(不均勻組分層)和其上的In組分均勻的n型InGaAs均勻組分層(9)所構(gòu)成。漸變層(10a)由In組分低的第一漸變層(7)(第一層)和In組分高于第一層的第二漸變層(8)構(gòu)成，第一漸變層(7)中，為了抑制該In組分的C(碳)的背景濃度，且為了在摻雜Se作為n型摻雜劑時得到更高的載流子濃度，而摻雜了Si。
文檔編號H01L29/737GK1983627SQ200610167018
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者守谷美彥 申請人:日立電線株式會社