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技術 半導体薄膜の作製方法およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ

出願人 日本電信電話株式会社
発明者 星拓也杉山弘樹横山春喜栗島賢二
出願日 2013年11月19日 (4年0ヶ月経過) 出願番号 2013-239241
公開日 2015年5月28日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2015-099859
状態 特許登録済
技術分野 バイポーラトランジスタ 気相成長(金属層を除く)
主要キーワード 整合ライン ベース層材料 理論計算値 高周波半導体 四元材料 組成傾斜構造 引張ひずみ 等高線状

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図面 (10)

課題

四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成しようとする場合、より簡単化したパラメータの変化によって、InGaAsSbの組成傾斜を形成し、その特性再現性およびウェハ面内均一性を高めることが求められていた。さらに、形成された組成傾斜構造には、高い遮断周波数および最大発振周波数を持つHBTを実現する本来的な効果を最大限に発揮することが求められていた。

解決手段

Cがドープされてp型化されたInGaAsSbに対して、C原料ハロメタン系原料を用い、その供給量を、ベース層エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて連続的に減少させる。また、ベース層の薄膜成長温度を、ベース層のエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて連続的に低下させながらベース層を形成し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを作製する。

背景

本発明は、半導体デバイスおよび半導体デバイスの作製方法に関する。より詳細には、ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその作製方法に関する。

通信高速化、大容量化に対する要求が高まっている中で、無線通信システム高速伝送システムなどのキーデバイスとして、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Hetero-junction Bipolar Transistor;HBT)などの高周波半導体トランジスタの性能向上が求められている。HBTは、現在、携帯電話システム基地局、WiMAX、WLAN、CATVなどの各システムなどにおいて広く使用されている。近年では、ミリ波テラヘルツ帯と呼ばれる、〜1THz程度の周波数帯域において動作させる集積回路(IC)においても、特に高周波特性の優れたInP系HBTを用いる研究が盛んにおこなわれている。InP系HBTのますますの遮断周波数最大発振周波数の向上が求められている。

HBTの遮断周波数を向上させる方法として、ベース層バンドギャップを、ベース層内で連続的に変化させた構造がよく知られており、実施されている。この構造においては、ベース層内の内部電界誘起し、エミッタ側から注入された電子をベース層内で加速することによって、ベース層内でのキャリア走行時間を小さくすることができる。たとえば、InGaAsをベース層とするHBTにおいては、一般的には、ベース層の中でエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、固相In組成を小さい状態から大きい状態へと変化させる。このとき、ベース層のバンドギャップは、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、バンドギャップの大きい状態から小さい状態へと連続的に変化する。

たとえば、非特許文献1においては、厚さ12.5nmのInGaAsからなるベース層の固相In組成を、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、0.47から0.53に変化させたHBTが開示されている。ベース層内の固相In組成を変化させることによって、ベース層のバンドギャップを変化させ、内部電界を誘起することで、高い遮断周波数のHBTを実現している。また、非特許文献2においては、GaAsSbからなるベース層に対して、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、ベース層の固相Sb組成を0.58から0.40に変化させたHBTが開示されている。ベース層の固相Sb組成を変化させることによって、ベース層のバンドギャップを変化させ、内部電界を誘起することで、非特許文献1と同様に、高い遮断周波数・最大発振周波数のHBTを実現している。

上述のInGaAsやGaAsSbのような三元系材料を利用する場合に加えて、ベース層にInGaAsSbからなる四元材料を利用した場合においても、ベース層の組成傾斜を形成する手法が報告されている。InGaAsやGaAsSbに比べて、InGaAsSbは、固相組成を適切に選ぶことによって、三元系材料を用いる場合よりもさらにバンドギャップを小さくすることができる材料である。したがって、ベース層の組成傾斜を形成することによって、高い内部電界を誘起することが可能であり、遮断周波数をさらに向上させることができる。例えば、非特許文献3においては、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、ベース層の固相In組成を0から0.2へ、および、固相Sb組成を0.5から0.3へと変化させることによって、ベース層を形成している。

Walid Hafez, William Snodgrass, and Milton Feng, Applied Physics Letters, 86, 152101 (2005年)
Rickard Lovblom, Ralf Fluckiger, YupingZeng, Olivier Ostinelli, Andreas R. Alt, Hansruedi Benedickter, and C. R. Bolognesi,IEEE Electron Device Letters, 32, 629 (2011年)
William Snodgrass and Milton Feng, CSMANTECH Conference, April 14-17, 2008年, Chicago, Illinois, USA
Takuya Hoshi, Hiroki Sugiyama, Haruki Yokoyama, Kenji Kurishima, Minoru Ida, Hideaki Matsuzaki, and Kouta Tateno, Journal of Crystal Growth 380, 197 (2013年)

概要

四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成しようとする場合、より簡単化したパラメータの変化によって、InGaAsSbの組成傾斜を形成し、その特性再現性およびウェハ面内均一性を高めることが求められていた。さらに、形成された組成傾斜構造には、高い遮断周波数および最大発振周波数を持つHBTを実現する本来的な効果を最大限に発揮することが求められていた。Cがドープされてp型化されたInGaAsSbに対して、C原料ハロメタン系原料を用い、その供給量を、ベース層のエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて連続的に減少させる。また、ベース層の薄膜成長温度を、ベース層のエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて連続的に低下させながらベース層を形成し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを作製する。

目的

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造工程を簡単化し、その特性および再現性を向上した傾斜組成を持つベースを形成するとともに、さらに、高い遮断周波数・最大発振周波数を持つHBTを実現することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、前記C原料の供給量を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備え、前記半導体薄膜は、エミッタベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタベース層であって、半導体薄膜を形成する前記ステップは、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に大きくすること、または、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を連続的に小さくすることにより形成することを含み、バンドギャップIn組成およびSb組成が、エミッタ側およびコレクタ側の間で連続的に変化していることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。

請求項2

結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、成長温度を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備え、前記半導体薄膜は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であって、半導体薄膜を形成する前記ステップは、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を連続的に上昇させること、または、エミッタ層に近い側からコレクタ層にかけて、成長温度を連続的に低下させることを含み、バンドギャップ、In組成およびSb組成が、前記エミッタ側および前記コレクタ側の間で連続的に変化していることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。

請求項3

前記ベース層内において、前記エミッタ層に近い側の固相In組成(x)および固相Sb組成(y)が、y≦0.49×(1−x/0.53)の関係を満たし、前記ベース層内において、前記コレクタ層に近い側の固相In組成および固相Sb組成が、y≧0.49×(1−x/0.53)の関係を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の方法

請求項4

エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)において、炭素(C)がドープされてp型化されたInGaAsSbを用いて形成されたベース層であって、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、そのバンドギャップが大きい状態から小さい状態へ連続的に変化し、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、その固相In組成が小さい状態から大きい状態へと連続的に変化し、かつ、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、その固相Sb組成が小さい状態から大きい状態へと連続的に変化した状態で構成されたベース層を備えたことを特徴とするHBT。

請求項5

前記ベース層は、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に大きくすること、もしくは、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に小さくすることにより形成すること、または、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を連続的に上昇させること、もしくは、エミッタ層に近い側からコレクタ層にかけて、成長温度を連続的に低下させることによって形成されたことを特徴とする請求項4に記載のHBT。

請求項6

前記ベース層内において、前記エミッタ層に近い側の固相In組成(x)および固相Sb組成(y)が、y≦0.49×(1−x/0.53)の関係を満たし、前記ベース層内において、前記コレクタ層に近い側の固相In組成および固相Sb組成が、y≧0.49×(1−x/0.53)の関係を満たすことを特徴とする請求項4に記載のHBT。

請求項7

結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、前記C原料の供給量を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備えることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。

請求項8

結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、成長温度を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備えることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。

背景技術

0001

本発明は、半導体デバイスおよび半導体デバイスの作製方法に関する。より詳細には、ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその作製方法に関する。

0002

通信高速化、大容量化に対する要求が高まっている中で、無線通信システム高速伝送システムなどのキーデバイスとして、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Hetero-junction Bipolar Transistor;HBT)などの高周波半導体トランジスタの性能向上が求められている。HBTは、現在、携帯電話システム基地局、WiMAX、WLAN、CATVなどの各システムなどにおいて広く使用されている。近年では、ミリ波テラヘルツ帯と呼ばれる、〜1THz程度の周波数帯域において動作させる集積回路(IC)においても、特に高周波特性の優れたInP系HBTを用いる研究が盛んにおこなわれている。InP系HBTのますますの遮断周波数最大発振周波数の向上が求められている。

0003

HBTの遮断周波数を向上させる方法として、ベース層バンドギャップを、ベース層内で連続的に変化させた構造がよく知られており、実施されている。この構造においては、ベース層内の内部電界誘起し、エミッタ側から注入された電子をベース層内で加速することによって、ベース層内でのキャリア走行時間を小さくすることができる。たとえば、InGaAsをベース層とするHBTにおいては、一般的には、ベース層の中でエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、固相In組成を小さい状態から大きい状態へと変化させる。このとき、ベース層のバンドギャップは、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、バンドギャップの大きい状態から小さい状態へと連続的に変化する。

0004

たとえば、非特許文献1においては、厚さ12.5nmのInGaAsからなるベース層の固相In組成を、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、0.47から0.53に変化させたHBTが開示されている。ベース層内の固相In組成を変化させることによって、ベース層のバンドギャップを変化させ、内部電界を誘起することで、高い遮断周波数のHBTを実現している。また、非特許文献2においては、GaAsSbからなるベース層に対して、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、ベース層の固相Sb組成を0.58から0.40に変化させたHBTが開示されている。ベース層の固相Sb組成を変化させることによって、ベース層のバンドギャップを変化させ、内部電界を誘起することで、非特許文献1と同様に、高い遮断周波数・最大発振周波数のHBTを実現している。

0005

上述のInGaAsやGaAsSbのような三元系材料を利用する場合に加えて、ベース層にInGaAsSbからなる四元材料を利用した場合においても、ベース層の組成傾斜を形成する手法が報告されている。InGaAsやGaAsSbに比べて、InGaAsSbは、固相組成を適切に選ぶことによって、三元系材料を用いる場合よりもさらにバンドギャップを小さくすることができる材料である。したがって、ベース層の組成傾斜を形成することによって、高い内部電界を誘起することが可能であり、遮断周波数をさらに向上させることができる。例えば、非特許文献3においては、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、ベース層の固相In組成を0から0.2へ、および、固相Sb組成を0.5から0.3へと変化させることによって、ベース層を形成している。

0006

Walid Hafez, William Snodgrass, and Milton Feng, Applied Physics Letters, 86, 152101 (2005年)
Rickard Lovblom, Ralf Fluckiger, YupingZeng, Olivier Ostinelli, Andreas R. Alt, Hansruedi Benedickter, and C. R. Bolognesi,IEEE Electron Device Letters, 32, 629 (2011年)
William Snodgrass and Milton Feng, CSMANTECH Conference, April 14-17, 2008年, Chicago, Illinois, USA
Takuya Hoshi, Hiroki Sugiyama, Haruki Yokoyama, Kenji Kurishima, Minoru Ida, Hideaki Matsuzaki, and Kouta Tateno, Journal of Crystal Growth 380, 197 (2013年)

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上述の四元材料を利用したHBTについては、組成傾斜の形成方法について依然として課題があり、組成傾斜を持つInGaAsSbベースを用いることの利点を、最大限に引き出したものではなかった。

0008

通常、InGaAsやGaAsSbなどの三元混晶材料を用いて、ベース層の組成傾斜を形成する場合、固相III族組成または固相V族組成のいずれか一方を変化させることによって、組成傾斜を形成している。たとえば、InGaAsの場合は、固相に取り込まれるInおよびGaの比を、供給する原料の比を連続的に変えることで形成する。また、GaAsSbにおいても、固相に取り込まれるSbおよびAsの比を、供給する原料の比を連続的に変えることで形成する。一般には、どちらか一方の原料の供給量を一定とし、他方の供給量のみを連続的に増減させれば、組成傾斜を持つベース層を形成することができる。

0009

一方、InGaAsSbからなる四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成しようとする場合には、固相のIII族組成および固相のV族組成の両方を、ともに連続的に変化させる必要がある。このような場合、最低でも2種類以上の原料の供給比を連続的に変化させなければならない。原料の供給量を連続的に変化させる薄膜等の成長方法は、供給量を一定に保ちながら均一組成の層を形成する方法の場合と比べて、薄膜の形成工程がより複雑となる。2種またはそれ以上の種類の原料供給を連続的に行おうとする場合、その作成方法再現性およびウェハ面内均一性を高めることは難しい。固相のIII族組成および固相のV族組成の2種の原料供給を連続的に行おうとする場合でも、組成傾斜を持つベース層の再現性およびウェハ面内の均一性を高めることは難しい。

0010

InGaAsSbからなる四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成しようとする場合には、さらに別の問題があった。上述の非特許文献3に開示された、組成傾斜を持つInGaAsSbベースを備えたHBTにおいては、形成されるバンドギャップの観点から、四元混晶を利用したときに本来発揮されるべき性能を十分に発揮していなかった。

0011

図1は、固相In組成および固相Sb組成に対するInGaAsSbのバンドギャップの変化を示した図である。横軸には固相In組成を、縦軸には固相Sb組成を取っており、バンドギャップ(eV)をパラメータとして、等高線状に、両組成によって形成可能な状態を示している。InP上にひずんだ状態で形成された擬似格子整合状態のInGaAsSbについて、絶対零度における計算結果である。

0012

図1の中の破線は、InPに格子整合するInGaAsSbの固相In組成および固相Sb組成である。InPに格子整合する、三元混晶材料であるGaAsSbおよびInGaAsの、室温におけるバンドギャップはそれぞれ、0.72eVおよび0.74eVである。一方、InPに格子整合する、四元混晶であるInGaAsSbにおいては、バンドギャップがある値であるとき、図1に示すように、一方の固相In組成の増大に伴い、他方の固相Sb組成は減少する。InGaAsSbでは、固相In組成が高いほど、または、固相Sb組成が高いほど、そのバンドギャップが小さくなる傾向にある。このために、InPに格子整合するInGaAsSbにおいては、固相In組成および固相Sb組成の相反する変化方向のために、固相組成を変化させたとしても、そのバンドギャップを大きく変化させることができない。

0013

非特許文献3に示された三元混晶材料を用いて傾斜組成のベースを形成したHBTでは、ベース層の固相組成を、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、図1におけるA点からB点に向けて連続的に変化させている。このような組成の変化のさせ方では、組成傾斜ベースを適用したとしても、バンドギャップはあまり大きく変化せず、内部電界による遮断周波数の向上効果を十分に発揮できていない。

0014

上述のように、InGaAsSbからなる四元混晶材料によりベース層を形成し、ベース層のバンドギャップを、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、大きい状態から小さい状態へと変化させるHBTにおいて、半導体薄膜製造工程は複雑化していた。従来技術の製造工程では、2種類以上の原料の供給量を同時に変化させることで、InGaAsSbの固相In組成および固相Sb組成を変化させなければならないためである。さらに従来技術では、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、ベース層内の固相In組成を小さい状態から大きい状態へ変化させるのに対し、固相Sb組成は大きい状態から小さい状態へと変化させていた。このような組成変化の方法によれば、固相In組成の増大に伴い逆に固相Sb組成は減少してしまう構造であったため、組成傾斜によるバンドギャップの変化量が小さく、組成傾斜ベース層を適用する効果を十分には発揮できないものであった。

0015

以上のように、四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成しようとする場合、より簡単化したパラメータの変化によって、InGaAsSbの組成傾斜を形成し、その特性の再現性およびウェハ面内の均一性を高めることが求められていた。さらに、形成された組成傾斜構造には、高い遮断周波数・最大発振周波数のHBTを実現できる本来的な効果を最大限に発揮することが求められていた。

0016

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造工程を簡単化し、その特性および再現性を向上した傾斜組成を持つベースを形成するとともに、さらに、高い遮断周波数・最大発振周波数を持つHBTを実現することにある。

課題を解決するための手段

0017

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、前記C原料の供給量を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップ
を備え、前記半導体薄膜は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であって、半導体薄膜を形成する前記ステップは、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に大きくすること、またはエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を連続的に小さくすることにより形成することを含み、バンドギャップ、In組成およびSb組成が、エミッタ側およびコレクタ側の間で連続的に変化していることを特徴とする半導体薄膜の形成方法である。

0018

請求項2に記載の発明は、結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、成長温度を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備え、前記半導体薄膜は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であって、半導体薄膜を形成する前記ステップは、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を連続的に上昇させること、またはエミッタ層に近い側からコレクタ層にかけて、成長温度を連続的に低下させることを含み、バンドギャップ、In組成およびSb組成が、前記エミッタ側および前記コレクタ側の間で連続的に変化していることを特徴とする半導体薄膜の形成方法である。

0019

請求項3に記載の発明は、請求項1または2の方法であって、前記ベース層内において、前記エミッタ層に近い側の固相In組成(x)および固相Sb組成(y)が、y≦0.49×(1−x/0.53)の関係を満たし、前記ベース層内において、前記コレクタ層に近い側の固相In組成および固相Sb組成が、y≧0.49×(1−x/0.53)の関係を満たすことを特徴とする。

0020

請求項4に記載の発明は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)において、炭素(C)がドープされてp型化されたInGaAsSbを用いて形成されたベース層であって、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、そのバンドギャップが大きい状態から小さい状態へ連続的に変化し、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、その固相In組成が小さい状態から大きい状態へと連続的に変化し、かつ、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、その固相Sb組成が小さい状態から大きい状態へと連続的に変化した状態で構成されたベース層を備えたことを特徴とするHBTである。

0021

請求項5に記載の発明は、請求項4のHBTであって、前記ベース層は、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に大きくすること、もしくは、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に小さくすることにより形成すること、または、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を連続的に上昇させること、もしくは、エミッタ層に近い側からコレクタ層にかけて、成長温度を連続的に低下させることによって形成されたことを特徴とする。

0022

請求項6に記載の発明は、請求項4のHBTであって、前記ベース層内において、前記エミッタ層に近い側の固相In組成(x)および固相Sb組成(y)が、y≦0.49×(1−x/0.53)の関係を満たし、前記ベース層内において、前記コレクタ層に近い側の固相In組成および固相Sb組成が、y≧0.49×(1−x/0.53)の関係を満たすことを特徴とする。

0023

請求項7に記載の発明は、結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、前記C原料の供給量を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備えることを特徴とする半導体薄膜の形成方法である。

0024

請求項8に記載の発明は、結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法において、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、成長温度を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備えることを特徴とする半導体薄膜の形成方法である。

発明の効果

0025

本発明によって、四元混晶を利用して組成傾斜ベースを持つHBTにおいて、エピタキシャルウェハ作製工程における複雑さが低減され、作製時の再現性、面内均一性を向上させることができる。より高い遮断周波数・最大発振周波数を持つHBTを実現することができる。

図面の簡単な説明

0026

図1は、固相In組成および固相Sb組成に対するInGaAsSbのバンドギャップの変化を示した図である。
InGaAsSb薄膜において、In原料の割合および固相In組成の変化を、成長温度をパラメータとして実験的および計算によって示した図である。
図3は、GaAsSb薄膜において、成長温度に対する固相Sb組成の変化を示した図である。
図4は、本発明の半導体薄膜の作製方法における半導体薄膜の固相組成の変化を示す図である。
図5は、InGaAsSb薄膜において、C原料の供給量の変化に伴う固相In組成および固相Sb組成の変化を、実験的および計算によって示した図である。
図6は、GaAsSb薄膜の場合の、C原料の供給量に対する固相Sb組成の変化を示した図である。
図7は、本実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の層構成を示す図である。
図8は、本実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構造例を示す断面図である。
図9は、本発明の構造を持つHBTの、熱平衡状態における典型的なバンド図である。

0027

本発明の半導体薄膜の作製方法およびヘテロ接合バイポーラトランジスタは、単一パラメータの連続的変化のみで、InGaAsSbの組成傾斜を行う。さらに、形成された組成傾斜構造が、より高い遮断周波数・最大発振周波数を持つHBTを実現する効果を最大限に発揮することができる固相組成を持つ。炭素(C)がドープされてp型化されたInGaAsSbに対して、C原料にハロメタン系原料を用い、その供給量を、ベース層のエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて連続的に減少させ、または、ベース層のコレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて連続的に増加させる。別法として、成長温度を、ベース層のエミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて連続的に減少させることにより、または、ベース層のコレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて連続的に上昇させることにより、ベース層を形成することもできる。以下、本発明の導体薄膜の作製方法およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)について、具体的な実施例と共に詳細に説明する。

0028

半導体薄膜の成膜方法
図2は、InGaAsSb薄膜において、In原料の割合および固相In組成の変化を、成長温度をパラメータとして実験的におよび計算によって示した図である。図2の横軸は全III族原料のうちのIn原料の割合(モル比RIn)を、縦軸は形成される固相In組成(モル比:x)を示している。○および□(および太い実線)は実験的に得られたデータをプロットしたものである。尚、以後の実施例の記述において□は、図面上では、黒で塗りつぶした四角形のプロットを意味するものとする。InGaAsSb薄膜の結晶成長には有機金属化学気相堆積を用いた。原料には、トリメチルインジウムトリエチルガリウムアルシントリメチルアンチモン、および四臭化炭素(CBr4)を用いた。図2の中の細い実線は、理論計算によって、InGaAsSb薄膜において成長温度の変化に伴う固相In組成の変化をプロットしたものである。

0029

CBr4によるCドーピングを行わない場合、実験値である○のプロット点から分かるように、InGaAsSbの固相In組成は、全III族原料のうちのIn原料の供給割合にほぼ比例して取り込まれる。これに対し、CBr4によるCドーピングを行う場合、固相In組成は、全III族原料のうちのIn原料の供給割合よりも小さくなる。すなわち、CBr4によるCドーピングを行う場合は、Cドーピングを行わない場合と比べて、形成されたInGaAsSb薄膜の固相In組成が減少する。このようなInGaAsSb薄膜における固相In組成の減少は、CBr4が含んでいるBrが、エッチング効果を持っており、そのエッチング効果の多寡がIII族の元素種によって異なることに起因する。Brによるこのエッチング反応は、非特許文献4によれば、次のように表される。
III(g) + HBr(g) = III−Br(g) + 1/2H2(g) 式(1)

0030

上式(1)によって表されるエッチング効果を抑制すれば、InGaAsSb薄膜における固相In組成は、III族原料のうちのIn原料の供給割合に近づき、固相In組成がより増大すると考えられる。一般に式(1)って表されるエッチング効果は、薄膜の成長温度が高いほど、その影響が大きい。そこで成長温度を変化させて、InGaAsSb薄膜の成長を行った。従来技術で利用される通常の温度よりも50℃設定温度下げて、薄膜の成長を行ったところ、III族原料のうちのIn原料の供給割合RInが同じであっても、成長温度を50℃下げた場合のほうが、固相In組成が増大することがわかった。図2における下側にある「Experiments」と表記されたプロット□に比べて、上側にある「成長温度を50℃下げた場合」と表記された2つのプロット□は、固相In組成が大幅に増大している。実線で表記した理論計算値と、○(Cドープなし)、□(Cドープあり、50℃低温)プロット点は、いずれも良く一致している。

0031

Inに関する、上述の成長温度が薄膜の固相組成に対する影響は、Sbに関しても同様に成り立つことが確かめられた。

0032

図3は、GaAsSb薄膜において、薄膜の成長温度に対する固相Sb組成の変化を示した図である。縦軸には、固相Sb組成(モル比:x)を取っている。GaAsSb薄膜の結晶成長には有機金属化学気相堆積を用いた。原料には、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、アルシン、トリメチルアンチモン、および四臭化炭素(CBr4)を用いた。本例では、Sb原料の供給割合RSbは、0.06であった。図3に示すよう、Sb原料の供給割合RSbが同一成長条件においては、成長温度の低下に伴い、固相Sb組成が増大することがわかる。図3においては、成長温度が50℃変化することにより、固相Sb組成がおおよそ0.08〜0.10程度、変化することがわかる。この傾向は、四元混晶であるInGaAsSbの成長の場合においても同様である。

0033

図2および図3に示された実験的な結果から、原料供給割合が同一の成長条件では、成長温度の変化によって、固相In組成および固相Sb組成がいずれも変化することが分かる。成長温度を低下させることによって、固相In組成を増大させ、同様に、固相Sb組成も増大させる。本発明の半導体薄膜の作製方法は、上述の薄膜の成長温度の変化による固相組成の変化を利用して大きな組成傾斜を生じさせることで、四元混晶であるInGaAsSbの成長において、高い遮断周波数・最大発振周波数を持つHBTを実現する。また、成長温度のみの簡単化したパラメータの変化によって、InGaAsSbの組成傾斜を形成し、その特性の再現性およびウェハ面内の均一性を高めることができる。

0034

図4は、本発明の半導体薄膜の作製方法における半導体薄膜の固相組成の変化を示す図である。横軸には固相In組成x(モル比:x)を、縦軸には固相Sb組成モル比:y)を示している。本発明では、InGaAsSbの薄膜成長において、ベース層の形成時に、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を低い状態から高い状態へと連続的に変化させる。このときの薄膜の各固相組成の変化は、図4のA点からB点へと変化する。すなわち、A点はコレクタ側に近いベース層に対応しており成長温度が低く設定されている。A点の固相In組成はB点よりも大きく、かつ、A点のSb組成もB点より大きい。一方で、B点はエミッタ側に近いベース層に対応しており、A点よりも成長温度が高い状態にある。本発明の半導体薄膜の作製方法では、A点からB点へ成長温度を変化させながら、固相組成を連続的に変化させることによって、四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成することができる。尚、図4におけるA点およびB点の位置は例示的なものであって、それぞれの位置の各組成値に限定されることは無い。A点およびB点の間で、バンドギャップの等高線を多く横切るような変化となるようにそれぞれの組成値(x、y)を持つ点が選ばれれば良い。

0035

したがって、本発明の半導体薄膜の形成方法は、結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法であって、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、成長温度を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備える。上述の半導体薄膜は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であって、半導体薄膜を形成する前記ステップは、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を連続的に上昇させること、または、エミッタ層に近い側からコレクタ層にかけて、成長温度を連続的に低下させることを含み、バンドギャップ、In組成およびSb組成が、前記エミッタ側および前記コレクタ側の間で連続的に変化している。

0036

本発明の作製方法においてA点からB点へと移行する際のバンドギャップの変化は、図4に対応する、従来技術の図1のバンドギャップの等高線を多く横切るような変化となる。このため、InおよびSbの各組成の変化に伴うバンドギャップの変化が大きく、組成傾斜によって生じる内部電界の効果を十分に発揮できる。上述の説明では、ベース層の形成時に、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を低い状態から高い状態へと連続的に変化させるものとした。これは、後述するように、コレクタ側からベースをエピタキシャル成長させて、その後エミッタをさらに成長させる手順が一般的に採用されているためである。しかしながら、異なるHBTの作製手順によって、エミッタ側からベース層を作製し、さらにコレクタ層を作製することができるような場合には、作製手順と同様に成長温度の変化方向が逆となる点に留意されたい。すなわち、ベース層の形成時に、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、成長温度を高い状態から低い状態へと連続的に変化させて、InGaAsSbの薄膜成長を行うこともできる。

0037

上述の実施例では、薄膜の成長温度に着目して、四元混晶を利用して組成傾斜を持つベースを形成しようとする場合の作製方法を説明した。InおよびSnの固相組成は、C原料の供給量によっても制御できる。次の実施例では、C原料の供給量を変化させて、従来技術より複雑さを減らした単純化した工程による薄膜作製方法について述べる。

0038

図5は、InGaAsSb薄膜において、C原料の供給量の変化に伴う固相In組成および固相Sb組成の変化を、実験的におよび計算によって示した図である。図5の横軸には全III族原料のうちのIn原料の供給割合RIn(モル比)を、縦軸には固相In組成x(モル比:x)を示す。図5の中の○および□の各プロット点ならびに実線は、図2の場合と同様に、実験値および計算値を示している。ここで、III族原料の供給量に対するCBr4の供給量を、RCBr4とする。RCBr4は、全III族原料分子モル供給量に対する、CBr4分子のモル供給量を表す。InGaAsSb薄膜の結晶成長には有機金属化学気相堆積を用いた。原料には、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、アルシン、トリメチルアンチモン、および四臭化炭素(CBr4)を用いた。

0039

実施例1の場合と同様に、CBr4によるCドーピングを行わないときは、○のプロットの実験値および実線の計算値(Calculation:Undoped)から明らかなように、InGaAsSbの固相In組成xは、III族原料のうちのIn原料の供給割合RInにほぼ比例して取り込まれる。これに対し、□のプロットの実験値および実線の計算値(Calculation:C-doped)から明らかなように、CBr4によるCドーピングを行う場合、固相In組成は、エッチング効果によりIII族原料のうちのIn原料の供給割合よりも小さくなる。C原料の供給量を増大させると、このエッチング効果が顕著に現れ、固相In組成は大きく減少する。図5において、理論計算によってC原料の供給量の変化に伴う固相In組成の変化を示した実線と、各プロットとは概ね良く一致してしおり、実験結果をよく再現していた。図5の結果からも、C原料の供給量を、少ない状態から大きい状態へと連続的に変化させることによって、InGaAsSb薄膜の固相In組成が大きい状態から小さい状態へと変化させることができる。固相In組成と同様に、固相Sb組成についても同様に次の検討を行った。

0040

図6は、GaAsSb薄膜の場合の、C原料の供給量に対する固相Sb組成の変化を示した図である。図6の横軸には、CBr4のバブリング流量(sccm)を、縦軸には固相Sb組成y(モル比:y)を示している。図6に示すよう、C原料の供給量を除いた外は同一の成長条件においては、C原料の供給量を減少させるに伴い、固相Sb組成が増大することがわかる。この傾向は、四元混晶であるInGaAsSbの成長の場合においても同様である。

0041

図5および図6に示した実験的な結果から、In原料の供給割合が同一の成長条件では、C原料の供給量を変化させることによって、固相In組成を変化させることができる。同様に、Sb原料の供給割合が同一の成長条件では、C原料の供給量を変化させるによって、固相Sb組成を変化させることもできる。このような固相In組成および固相Sb組成の変化の挙動は、実施例1において説明した、薄膜の成長温度の変化に伴う固相組成の変化と類似している。

0042

本発明の半導体薄膜の作製方法においては、C原料の供給量を変化させるによって、固相In組成または固相Sb組成を変化させることができる。したがって、2種類以上の原料の供給比を連続的に変化させる必要が無く、より簡単化したパラメータの変化によって、InGaAsSbの組成傾斜を形成することができる。2種類以上の原料の供給比を連続的に変化させる場合にくらべて、InGaAsSb薄膜の特性の再現性およびウェハ面内の均一性を高めることができる。

0043

したがって、本発明の半導体薄膜の作製方法は、結晶成長法を使用して、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、砒素(As)、アンチモン(Sb)および炭素(C)原料から構成される半導体薄膜の形成方法であって、前記C原料として、少なくとも四臭化炭素(CBr4)または四塩化炭素(CCl4)を含むハロメタン系原料を使用し、前記C原料の供給量を連続的に変化させながら半導体薄膜を形成するステップを備える。さらに、上述の半導体薄膜は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であって、半導体薄膜を形成する前記ステップは、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に大きくすること、または、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を連続的に小さくすることにより形成することを含み、バンドギャップ、In組成およびSb組成が、エミッタ側およびコレクタ側の間で連続的に変化している。

0044

上述のように本実施例の半導体薄膜の作製方法においては、InGaAsSb薄膜による組成傾斜を有するベース層を形成する時に、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を小さい状態から大きい状態へと連続的に変化させる。このようにC原料の供給量を変化させると、固相組成の変化は図3示した薄膜の成長温度を変化させた場合と同様の傾向を示すことができる。本実施例の場合も、図4におけるA点からB点へと移行する際のバンドギャップの変化と同様の半導体薄膜の固相組成の変化となる。このため、図4の場合と同様、バンドギャップの等高線を多く横切るような変化となる。このような組成の変化に伴ってバンドギャップの変化が大きくなり、組成傾斜を持つことの効果を十分に発揮することができる。

0045

上述のように、本実施例の半導体薄膜の作製方法においては、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を小さい状態から大きい状態へと連続的に変化させるものとして説明した。これは、次の実施例で説明するように、HBTの作製手順として、コレクタ側からベースをエピタキシャル成長させて、その後エミッタをさらに成長させる方法が一般的に採用されているためである。しかしながら、異なるHBTの作製手順を利用して、エミッタ側からベース層を作製し、さらにコレクタ層を作製することができるような場合には、作製手順と同様にC原料の供給量の変化方向が逆となる点に留意されたい。すなわち、ベース層の形成時に、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を大きい状態から小さい状態へと連続的に変化させて、InGaAsSbの薄膜成長を行うこともできる。次に、本発明の半導体薄膜の作製方法より得られる具体的なHBTの構成について、さらに説明する。

0046

上述の実施例1または実施例2の作製方法によって、本発明に特有の構成を持つヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)が実現される。本発明のHBTは、コレクタ層、ベース層およびエミッタ層を有し、各半導体層は、結晶成長法によって半導体基板上に形成される。以下、具体的なHBTの構成について以下説明する。

0047

図7は、本実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構成を示す図である。図7は、本発明のHBT10の層構成を示しており、成長用基板として半導体基板(InP)1を用い、半導体基板1上に、バッファ層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、エミッタキャップ層6が順次形成される。各層の材料については、サブコレクタ層3はn型InPにより、コレクタ層4はn型InGaAsにより、エミッタ層6はn型InPにより、そして、エミッタキャップ層7はn型InGaAsによって構成される。

0048

ベース層5は、上述の実施例1または実施例2の薄膜作製方法によって形成される。ベース層5材料としては、Cがドープされたp型InGaAsSbを用いた。ベース層5は組成傾斜を持つものとして構成され、固相In組成が、ベース層5のうちのコレクタ層4に近い側からエミッタ層6に近い側にかけて、大きい状態から小さい状態へと連続的に変化した状態で形成される。または、固相Sb組成が、ベース層5のうちのコレクタ層4に近い側からエミッタ層6に近い側にかけて、連続的に大きい状態から小さい状態へと変化した状態で形成される。尚、図7の本発明のHBT10は、半導体基板1の上に、各層が下方から上方に向かって順次、作製されるものとして示してある。しかしながら、上の層から下の層に向かって逆の順序によって各層が作製できるよう場合には、固相In組成が、ベース層5のうちのエミッタ層6に近い側からコレクタ層4に近い側にかけて、小さい状態から大きい状態へと連続的に変化した状態で形成されることもある。同様に、固相Sb組成が、ベース層5のうちのエミッタ層6に近い側からコレクタ層4に近い側にかけて、小さい状態から大きい状態へと連続的に変化した状態で形成されることもある。

0049

より具体的には、ベース層のInGaAsSbは、実施例1で示した方法によって作製できる。すなわち、ベース層5のうち、コレクタ層4に近い側からエミッタ層6に近い側にかけて、連続的に成長温度を上昇させることによって形成する。図7のHBTの構成において、上の層から下の層に向かって各層が作製できるよう場合には、ベース層5のうち、エミッタ層6に近い側からコレクタ層4に近い側にかけて、連続的に成長温度を低下させることによって形成することもできる。実施例1の作製方法によれば、単一のパラメータ(成長温度)のみの連続的変化による簡単化された方法によって、固相In組成および固相Sb組成を変化させることができる。

0050

さらに、ベース層のInGaAsSbは、実施例2で示した方法によって作製することもできる。すなわち、ベース層5のうち、コレクタ層4に近い側からエミッタ層6に近い側にかけて、連続的にC原料の供給量を増大させることによって形成する。また、図7のHBTの構成において、上の層から下の層に向かって各層が作製できるよう場合には、ベース層5のうち、エミッタ層6に近い側からコレクタ層4に近い側にかけて、連続的にC原料の供給量を減少させることによって形成することもできる。実施例2の作製方法によれば、単一のパラメータ(原料の供給量)のみの連続的変化による簡単化された方法によって、固相In組成および固相Sb組成を変化させることができる。

0051

したがって、本発明は、エミッタ、ベースおよびコレクタを少なくとも有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)において、Cがドープされてp型化されたInGaAsSbを用いて形成されたベース層であって、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、そのバンドギャップが大きい状態から小さい状態へ連続的に変化し、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、その固相In組成が小さい状態から大きい状態へと連続的に変化し、かつ、エミッタ層側からコレクタ層側にかけて、その固相Sb組成が小さい状態から大きい状態へと連続的に変化した状態で構成されたベース層を備えたHBTである。

0052

さらに、本発明のHBTでは、前記ベース層は、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、前記C原料の供給量を連続的に大きくすること、もしくは、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、C原料の供給量を連続的に小さくすることにより形成すること、または、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、成長温度を連続的に上昇させること、もしくは、エミッタ層に近い側からコレクタ層にかけて、成長温度を連続的に低下させることによって形成される。

0053

図8は、作製された本発明のHBTの構造例を示す図である。HBT20は、典型的な半導体リソグラフィ技術、ウェットエッチングおよびドライエッチングなどの公知の手法によって、エミッタ6を含むエミッタメサ、および、ベース5を含むベースメサを形成する。さらに、エミッタキャップ層7、ベース層5、サブコレクタ層3の上に、蒸着などの手法によって、金属電極13、12a、12b、11a、11bを形成する。

0054

図9は、本発明の構造を持つHBTの、熱平衡状態における典型的なバンド図である。横軸の中央部にあるInGaAsベース層5の両脇に、InPエミッタ層6およびInGaAsコレクタ層4が表示され、縦軸には、電導帯31、フェルミ順位33、価電子帯32が表示されている。本発明のHBTでは、ベース層5に用いたInGaAsSbは、ベース層のエミッタ層6に近い側からコレクタ4層に近い側にかけて、固相In組成および固相Sb組成が、それぞれ、小さい状態から大きい状態へと変化する。このため、バンドギャップは、エミッタ層6に近い側からコレクタ層4に近い側にかけて、大きい状態から小さい状態へと連続的に変化する。このようにして発生したバンドギャップの連続的変化により、ベース層6内に内部電界が発生し、エミッタ層からベース層内に注入された電子は加速されて、遮断周波数の向上が見込める。

0055

本発明の半導体薄膜の作製方法および得られるHBTでは、図4で示されたA点とB点との間で組成状態を変化させている。ベース層におけるエミッタ層に近い側の組成を、B点で示されるように、InPよりも格子定数の小さい領域、すなわち図4の破線より左下の領域に設定した。一方、ベース層におけるコレクタ層に近い側の組成を、A点で示されるように、InPよりも格子定数の大きい領域、すなわち図4の破線より右上の領域に設定した。しかしながら、本発明のHBTを作製するにあたっては、ベース層におけるこのような組成変化の態様だけに限定されるものではない。すなわち、エミッタ層に近い側の組成が、図4とは逆にInPよりも格子定数の大きい領域であっても良いし、また、コレクタ層に近い側の組成が、InPよりも格子定数の小さい領域にあっても良い。

0056

ベース層のエミッタ層近傍およびコレクタ層近傍の各元材料の組成がどのような場合でも、ベース層の固相組成が、エミッタ層に近い側とコレクタ層に近い側との間で、固相In組成および固相Sb組成のそれぞれについて、ともに連続的に変化している構造であれば良い。具体的には、ベース層の固相組成が、エミッタ層に近い側からコレクタ層に近い側にかけて、固相In組成および固相Sb組成のそれぞれについて、ともに連続的に増大している構造であれば良い。また、エミッタ層からコレクタ層に向かってベース層を作成できるような作製方法が利用される場合、ベース層の固相組成が、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、固相In組成および固相Sb組成のそれぞれについて、ともに連続的に減少している構造であっても良い。

0057

本発明におけるベース層は、InPに対して格子整合しておらず、擬似格子整合の状態で成膜される。ベース層が擬似格子整合しているとき、ベース層材料の格子定数が、InPの格子定数よりも大きい場合は圧縮ひずみがベース層に印加され、小さい場合は引張ひずみがベース層に印加される。従って、組成の傾斜を、図4に示した破線の整合条件ラインを横切るように、すなわちInPと格子整合する状態を経るように設定することによって、残留ひずみの影響を最小化することができる。例えば、ベース層が受ける歪の状態を、圧縮ひずみから引張ひずみへ、または、引張ひずみから圧縮ひずみへと変化させ、ベース層全体としてひずみを補償するように固相組成を設定することができる。固相組成を、InPと格子整合する状態を経るように設定することによって、残留ひずみの影響を小さくすることが、より好ましい。

0058

したがって、横軸に固相In組成(x)および縦軸に固相Sb組成(y)をとった図4を再び参照すれば、ベース層のうち、エミッタ層に近い側の固相In組成(x)および固相Sb組成(y)が、InP整合ラインの下方の領域にあるように設定されることが好ましい。すなわち、次式を満たす領域にあれば良い。
y≦0.49×(1−x/0.53) 式(2)

0059

同時に、コレクタ層に近い側の固相In組成および固相Sb組成が、InP整合ラインの上方の領域にあるように設定されることが好ましい。すなわち、次式を満たす領域にあれば良い。
y≧0.49×(1−x/0.53) 式(3)

0060

式(2)および式(3)を満たすように、ベース層のエミッタ層近近傍およびコレクタ層近傍の固相In組成および固相Sb組成が設定されることで、残留ひずみの影響を小さくすることができる。

0061

したがって、本発明の半導体薄膜の作製方法は、ベース層内において、エミッタ層に近い側の固相In組成(x)および固相Sb組成(y)が、y≦0.49×(1−x/0.53)の関係を満たし、ベース層内において、前記コレクタ層に近い側の固相In組成および固相Sb組成が、y≧0.49×(1−x/0.53)の関係を満たすことになる。

実施例

0062

以上、実施例と共に詳細に説明してきたように、本発明の薄膜の作製方法では、InGaAsSbからなる四元混晶材料によりベース層を形成し、ベース層のバンドギャップを、コレクタ層に近い側からエミッタ層に近い側にかけて、小さい状態から大きい状態へと変化させ、単一の成長パラメータの連続的変化のみで、InGaAsSbの組成傾斜を形成することができる。形成されたHBTのベース層における組成傾斜の構造によって、高い遮断周波数・最大発振周波数を持つHBTの効果を最大限に発揮することができる。

0063

本発明は、半導体デバイスおよび半導体デバイスの作製方法に利用することができる。

0064

1半導体基板
2バッファ層
3サブコレクタ層
4コレクタ層
5ベース層
6エミッタ層
7エミッタキャップ層
10、20HBT
11a、11b、12a、12b、13 電極

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