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JP2761264B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP2761264B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2761264B2
JP2761264B2 JP1280197A JP28019789A JP2761264B2 JP 2761264 B2 JP2761264 B2 JP 2761264B2 JP 1280197 A JP1280197 A JP 1280197A JP 28019789 A JP28019789 A JP 28019789A JP 2761264 B2 JP2761264 B2 JP 2761264B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置、特にHBTの製造方法に関し、 Beを高濃度に含んだ化合物半導体材料よりなるエピタ
キシャル層を有する半導体装置においてBeの異常拡散を
抑制することを目的とし、 結晶層上に格子整合して形成され、GaAlAs及びInGaAl
Asよりなる群より選ばれたIII−V族化合物半導体材料
よりなり、Be添加によりp形にドープされたエピタキシ
ャル層を有する半導体装置の製造方法において、Beをエ
ピタキシャル層中に約5×1019原子/cm3ないし約5×10
20原子/cm3の濃度レベルに添加する段階と、該エピタキ
シャル層中にInを半導体材料中のIII族元素に対して0.5
モル%〜8モル%の割合で添加する段階とより構成して
なり、 結晶層上にn形コレクタ層を成長させる段階とGaAlAs
及びInGaAlAsよりなる群より選ばれたIII−V族化合物
半導体材料よりなるベース層を該n形コレクタ層上に成
長させる段階とよりなるバイポーラトランジスタの製造
方法において、ベース層中にBeを5×1019原子/cm3ない
し5×1020原子/cm3の濃度レベルに添加してベース層を
p形にドープする段階と、ベース層中にInをベース層中
に含まれるIII族元素に対して0.5モルパーセントないし
8モルパーセント添加する段階と、該ベース層上にn形
エミッタ層を成長させる段階より構成してなり、更に 結晶層上に格子整合して形成され、GaAlAs及びInGaAl
Asよりなる群より選ばれたIII−V族化合物半導体材料
よりなり、Be添加によりp形にドープされたエピタキシ
ャル層を有する半導体装置の製造方法において、Beを所
定濃度レベルに添加する段階と、InをBeに対して略等量
添加する段階とより構成してなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, in particular, an HBT, which aims to suppress abnormal diffusion of Be in a semiconductor device having an epitaxial layer made of a compound semiconductor material containing Be at a high concentration. Formed on the crystal layer with lattice matching, GaAlAs and InGaAl
In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a III-V compound semiconductor material selected from the group consisting of As and having a p-type doped epitaxial layer by adding Be, Be is added to the epitaxial layer by about 5 × 10 19 atoms. / cm 3 to about 5 × 10
Adding to a concentration level of 20 atoms / cm 3 , and adding 0.5% of In to the group III element in the semiconductor material in the epitaxial layer.
And a step of growing an n-type collector layer on the crystal layer and a step of adding GaAlAs.
And growing a base layer made of a III-V compound semiconductor material selected from the group consisting of InGaAlAs and the n-type collector layer on the n-type collector layer. Doping the base layer into p-type by adding to a concentration level of 19 atoms / cm 3 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 , and adding In to the group III element contained in the base layer. A step of adding 0.5 mol% to 8 mol%, and a step of growing an n-type emitter layer on the base layer, further formed on the crystal layer with lattice matching, and comprising GaAlAs and InGaAl
In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a III-V compound semiconductor material selected from the group consisting of As and having an epitaxial layer doped p-type by adding Be, a step of adding Be to a predetermined concentration level; Is added to Be in a substantially equal amount.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は半導体装置、特にヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ(HBT)の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, in particular, a heterojunction bipolar transistor (HBT).

III−V族化合物半導体材料例えばGaAs等を使ったHBT
は高速動作を特徴とする。これは主としてトランジスタ
を構成するIII−V族化合物中における高い電子移動度
による。また、エミッタにバンドギャップの大きな材料
を使用できることも動作速度の向上に寄与する。
HBT using III-V compound semiconductor material such as GaAs
Is characterized by high-speed operation. This is mainly due to the high electron mobility in the group III-V compound constituting the transistor. Further, the fact that a material having a large band gap can be used for the emitter also contributes to the improvement of the operation speed.

かかるHBTあるいはバイポーラトランジスタ一般にお
いて、ベースは電子が通過する通過時間が減少しトラン
ジスタ動作速度が向上するように可能な限り薄く形成す
ることが望ましい。しかし、ベースの厚さを薄くしすぎ
るとベース抵抗が増大してしまいトランジスタの動作速
度が低下してしまう。ベース抵抗を増加させることなく
ベースを薄くするためにはベースのドープ濃度を例えば
1×1020cm-3程度以上に可能な限り高くすることが望ま
しい。
In such HBTs or bipolar transistors in general, it is desirable that the base be formed as thin as possible so that the passage time of the electrons decreases and the operation speed of the transistor improves. However, if the thickness of the base is too thin, the base resistance increases and the operating speed of the transistor decreases. In order to make the base thinner without increasing the base resistance, it is desirable to make the doping concentration of the base as high as possible, for example, about 1 × 10 20 cm −3 or more.

一方、HBTの動作速度はベース中に電場を形成しベー
スを通過する電子が電場により加速されるようにすると
更に向上することが公知である。かかる電場はベースを
構成する半導体材料に組成勾配を与え、ベースのエミッ
タと接する側には大きなバンドギャップが、またコレク
タと接する側には小さなバンドギャップが形成されるよ
うにすることで得られる。この目的のため、ベースとし
て組成がGa1-xAlxAsで表わされるGaAlAsを使い組成xを
0から例えば0.1まで変化させることが行われている。
上記の系では実質的に格子定数の変化がなく、格子不整
合の問題が回避できる。
On the other hand, it is known that the operating speed of the HBT is further improved by forming an electric field in the base so that electrons passing through the base are accelerated by the electric field. Such an electric field is obtained by imparting a composition gradient to the semiconductor material constituting the base so that a large band gap is formed on the base in contact with the emitter and a small band gap is formed on the base in contact with the collector. For this purpose, the composition x is changed from 0 to, for example, 0.1 using GaAlAs whose composition is represented by Ga 1-x Al x As as a base.
In the above system, there is substantially no change in the lattice constant, and the problem of lattice mismatch can be avoided.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

GaAs基板上に形成され、p形にドープされたGaAsをベ
ースとして有するnpn形HBTにおいては一般にBeがベース
のドーパントとして使われる。ところで、GaAs中におけ
るBeの拡散係数はBeの組成が約4×1019cm-3程度のレベ
ル以上に増加した場合、1000倍ないし 10000倍にまでも増大してしまうことが知られている
(パオ,ワイ シー他、ジャーナル オブ アプライド
フィジックス 60、1986年,201頁;Pao,Y・C・,J・Ap
pl・Phys・60、1986,P201)。また、かかるBeの拡散係
数の増加はGaAlAsの系では更に著しいことが知られてい
る(ミラー,ディー ジェー、ジャーナル オブ アプ
ライド フィジックス 57,1985年1816頁;Miller,D・J
・,J・Appl.Phys・57,1985,P1816)。換言すれば、Beは
製造工程中に隣接するコレクタあるいはエミッタ中へ拡
散する傾向があり、このためエミッタ及びコレクタの伝
導形が変ってしまったりトランジスタのバイポーラ構造
が崩れてしまったりする危険がある。GaAlAsの成長には
600℃程度以上の高温が必要であり、Beがコレクタやエ
ミッタへ拡散してしまう問題はグレーデッドベースを実
現するためにGaAlAsを使ったHBTの場合特に深刻とな
る。このため、従来のHBTではベースを十分薄くすると
共に組成勾配を与えてHBTの高速性能を完全に発揮させ
ることができなかった。
In an npn-type HBT formed on a GaAs substrate and having p-type doped GaAs as a base, Be is generally used as a base dopant. By the way, it is known that the diffusion coefficient of Be in GaAs increases to 1000 times to 10,000 times when the composition of Be increases to a level of about 4 × 10 19 cm −3 or more ( Pao, Weishy et al., Journal of Applied Physics 60 , 1986, p. 201; Pao, YC, J. Ap
pl · Phys · 60, 1986, P201). It is also known that such an increase in the diffusion coefficient of Be is more remarkable in the GaAlAs system (Miller, DJ, Journal of Applied Physics 57 , 1816, 1985; Miller, DJ).
・, J. Appl. Phys. 57 , 1985, P1816). In other words, Be tends to diffuse into adjacent collectors or emitters during the manufacturing process, which may change the conductivity type of the emitters and collectors, or destroy the bipolar structure of the transistor. For growth of GaAlAs
A high temperature of about 600 ° C. or higher is required, and the problem that Be diffuses to the collector and the emitter becomes particularly serious in the case of an HBT using GaAlAs to realize a graded base. For this reason, in the conventional HBT, the base was made sufficiently thin and the composition gradient was given, so that the high-speed performance of the HBT could not be fully exhibited.

同様な問題点はInGaAlAsのベースをInGaAsのコレクタ
及びエミッタで挾持した構造をInP基板上に形成したHBT
においても生じる。すなわち、BeがInGaAlAs中に約1×
1020cm-3を越える量ドープされた場合Beの拡散係数が急
増してしまう。
A similar problem is that the HBT has a structure in which the base of InGaAlAs is sandwiched between the collector and the emitter of InGaAs on the InP substrate.
Also occurs in That is, Be is approximately 1 × in InGaAlAs.
When doped in an amount exceeding 10 20 cm -3 , the diffusion coefficient of Be rapidly increases.

一方、ワン他によりBeをベース中に高濃度にドープす
ると同時にInAs成分をベース中に10%程度含ませたHBT
が公知である(ワン,ケー シー、アスベック,ピー
エム,チャン,エム エフ,サリバン,ジー ジェー及
びミラー,ディー,エル アイイーイーイー エレクト
ロンデバイス レターズ イーディーエル−8,9号,1987
年9月,383〜385頁;Wang,K・C.,Asbeck,P.M.,Chang,M・
F,Sullivan,G.J.,and Miller,D・L・,IEEE Electron
Device Letters,EDL−8,No.9,September 1987,PP.383−
385)。この例ではBeの異常拡散の問題はベースとしてA
lを含まないInGaAsを使いベースの形成を約500℃以下の
低温で行うことにより回避している。しかし、この公知
装置ではベースに組成勾配を形成することができず、従
って動作速度に限界がある。一方、Al以外の元素を上記
の系に加えて組成勾配を形成しようとするとコレクタあ
るいはエミッタに対して許容不可能な格子不整合が生じ
てしまう。
On the other hand, HBT doped Be with a high concentration in the base by Wang et al.
Are known (One, Casey, Asbeck, P
M, Zhang, M.F., Sullivan, G.J. and Miller, D.L.E.I.E.I.E.Electron Device Letters IDL-8,9,1987
Sep. 383-385; Wang, K.C., Asbeck, PM, Chang, M.
F, Sullivan, GJ, and Miller, DL, IEEE Electron
Device Letters, EDL-8, No.9, September 1987, PP.383-
385). In this example, the problem of anomalous diffusion of Be
This is avoided by using InGaAs not containing l and forming the base at a low temperature of about 500 ° C. or less. However, in this known device, a composition gradient cannot be formed in the base, so that the operating speed is limited. On the other hand, if an element other than Al is added to the above system to form a composition gradient, an unacceptable lattice mismatch with the collector or the emitter will occur.

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、Beを高濃度
に含んだ化合物半導体材料よりなるエピタキシャル層を
有する半導体装置においてBeの異常拡散を抑制すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to suppress abnormal diffusion of Be in a semiconductor device having an epitaxial layer made of a compound semiconductor material containing Be at a high concentration.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は上記の課題を、 結晶層上に格子整合して形成され、GaAlAs及びInGaAs
よりなる群より選ばれたIII−V族化合物半導体材料よ
りなり、Be添加によりp形にドープされたエピタキシャ
ル層を有する半導体装置の製造方法において、Beをエピ
タキシャル層中に5×1019原子/cm3ないし5×1020原子
/cm3の濃度レベルに添加する段階と、該エピタキシャル
層中にInを半導体材料中のIII族元素に対して0.5モル%
〜8モル%の割合で添加する段階とを特徴とする製造方
法により、また 結晶層上にn形コレクタ層を成長させる段階と、GaAl
As及びInGaAlAsよりなる群より選ばれたIII−V族化合
物半導体材料よりなるベース層を該n形コレクタ層上に
成長させる段階とよりなるバイポーラトランジスタの製
造方法において、ベース層中にInをベース層中に含まれ
るIII族元素に対して0.5モルパーセントないし8モルパ
ーセント添加する段階と、ベース層中にBeを約5×1019
原子/cm3ないし約5×1020原子/cm3の濃度レベルに添加
してベース層をp形にドープする段階と、該ベース層上
にn形エミッタ層を成長させる段階とを特徴とする製造
方法により、及び更に 結晶層上に格子整合して形成され、GaAlAs及びInGaAl
Asよりなる群より選ばれたIII−V族化合物半導体材料
よりなり、Be添加によりp形にドープされたエピタキシ
ャル層を有する半導体装置の製造方法において、Beを所
定濃度レベルに添加する段階と、InをBeに対して略等量
添加する段階とを特徴とする製造方法により解決する。
The present invention solves the above problems by forming a lattice-matched GaAlAs and InGaAs layer on a crystal layer.
In a method for manufacturing a semiconductor device comprising a III-V compound semiconductor material selected from the group consisting of: a p-type doped epitaxial layer by adding Be, Be is added to the epitaxial layer at 5 × 10 19 atoms / cm 3. 3 to 5 × 10 20 atoms
/ cm 3 at a concentration level of 0.5 mol% with respect to the group III element in the semiconductor material.
A step of growing an n-type collector layer on the crystal layer;
Growing a base layer made of a group III-V compound semiconductor material selected from the group consisting of As and InGaAlAs on the n-type collector layer, wherein the base layer contains In as a base layer. Adding 0.5 mol% to 8 mol% to the group III element contained therein, and adding about 5 × 10 19 Be to the base layer.
Doping the base layer p-type by adding a concentration level of atoms / cm 3 to about 5 × 10 20 atoms / cm 3 , and growing an n-type emitter layer on the base layer. GaAlAs and InGaAl are formed by a manufacturing method and further lattice-matched on the crystal layer.
In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a III-V compound semiconductor material selected from the group consisting of As and having an epitaxial layer doped p-type by adding Be, a step of adding Be to a predetermined concentration level; Is added to Be in a substantially equal amount.

〔作用〕[Action]

本発明によれば、III−V族化合物半導体材料の結晶
構造中に小さな原子半径(1.06Å)を有するBeを加えた
ことで生じたひずみが大きな原子半径(1.44Å)を有す
るInの添加により補償される。その結果、格子変形に伴
うひずみエネルギーにより生じるBeのエネルギー的な不
安定及びこれに伴う拡散のエネルギー障壁の相低的な低
下がなくなり、Beの異常拡散の問題が解決される。Be及
びInは結晶構造中でIII族元素の入る席にランダムに分
布し、結晶中のひずみは一様に緩和される。Beの異常拡
散の問題が解決される結果、HBT等の半導体装置を前記
エピタキシャル層に隣接する半導体層が誤ってドープさ
れたりあるいは装置構造が破壊されたりする危険なしに
形成することが可能になる。
According to the present invention, the strain caused by adding Be having a small atomic radius (1.06 °) to the crystal structure of a group III-V compound semiconductor material is reduced by adding In having a large atomic radius (1.44 °). Compensated. As a result, the energy instability of Be caused by the strain energy due to the lattice deformation and the declining energy barrier of diffusion associated therewith are eliminated, and the problem of anomalous diffusion of Be is solved. Be and In are randomly distributed in the crystal structure where the group III element enters, and the strain in the crystal is uniformly relaxed. As a result of solving the problem of anomalous diffusion of Be, it becomes possible to form a semiconductor device such as HBT without a risk that a semiconductor layer adjacent to the epitaxial layer is erroneously doped or a device structure is destroyed. .

以下、さらに第1図(A),(B)を参照しながら本
発明の原理を説明する。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).

第1図(A)はGaAsの概略的な構造を示す。図中、Ga
原子2及びAs原子4が閃亜鉛鉱形のfcc構造を形成し、G
a原子は4配位のIII族元素の席に入り一方As原子は同じ
く4配位V族元素の席に入る。これがGaAlAsであれば、
AlがGaの一部を置換する。
FIG. 1A shows a schematic structure of GaAs. In the figure, Ga
Atom 2 and As atom 4 form a zinc-blende fcc structure,
The a atom goes into the four-coordinate group III element, while the As atom also goes into the four-coordinate group V element. If this is GaAlAs,
Al replaces part of Ga.

第1図(A)の構造に実質的な量のBeが添加された場
合、Be原子は第1図(B)に示すようにGa原子2の一部
を置換する。その結果、特にBeの濃度が約5×1019cm-3
〜5×1020に達した場合GaあるいはAlに比較したBeの実
質的に小さな原子半径に起因して結晶構造にひずみない
し変形が生じる。
When a substantial amount of Be is added to the structure of FIG. 1A, the Be atoms replace a part of the Ga atoms 2 as shown in FIG. 1B. As a result, especially when the concentration of Be was about 5 × 10 19 cm −3
When it reaches 55 × 10 20 , the crystal structure is distorted or deformed due to the substantially smaller atomic radius of Be compared to Ga or Al.

以下の表IにBe及び本発明のHBTに関与するIII族元素
及びV族元素の原子半径をまとめて示す。
Table I below summarizes the atomic radii of Be and the Group III and Group V elements involved in the HBT of the present invention.

表 I 典型的なIII族及びV族元素の原子半径をIII−V族化
合物のドーピングに使われるBeの原子半径と比較して示
す表 Be 1.06Å Al 1.26Å Ga 1.26Å In 1.44Å As 1.18Å 本発明ではGaAlAsあるいはInGaAlAsの系におけるBeの
異常拡散が系中のIII族元素に対してInを0.5〜8モル%
添加することで抑止されることが見出された。すなわち
Be原子1と同時にIn原子3を添加することにより、結晶
構造中のひずみは第1図(B)に示すように緩和され
る。かかる結晶中のひずみの緩和は構造中のBeのエネル
ギーを相対的に低下させるものと考えられ、そのため逆
に拡散の障壁エネルギーは相対的に上昇する。その結果
Beの隣接半導体層への異常拡散の問題が解決するものと
考えられる。
Table I Table 1.0 showing the atomic radii of typical group III and V elements compared to the atomic radii of Be used for doping of group III-V compounds. Be 1.06 Al 1.26 Ga 1.26 In 1.44 As 1.18 In the present invention, anomalous diffusion of Be in a system of GaAlAs or InGaAlAs causes In to 0.5 to 8 mol% of the group III element in the system.
The addition was found to be suppressed. Ie
By adding In atom 3 at the same time as Be atom 1, the strain in the crystal structure is relaxed as shown in FIG. 1 (B). It is considered that such relaxation of the strain in the crystal relatively lowers the energy of Be in the structure, and conversely, the barrier energy of diffusion relatively increases. as a result
It is considered that the problem of anomalous diffusion of Be into the adjacent semiconductor layer is solved.

第2図(A),(B)は本発明によるInの添加による
Beの異常拡散の解消の効果を実証するための実験試料の
構成を示す。
FIGS. 2A and 2B show the results of adding In according to the present invention.
The configuration of an experimental sample for verifying the effect of eliminating the anomalous diffusion of Be is shown.

第2図(A)は従来の方法により、すなわちInをBe添
加と同時に添加することをせずに作製した試料を示し、
GaAs基板31の(100)面上に厚さ500Åでエピタキシャル
成長したGaAsバッファ層32と、バッファ層32上に厚さ21
00Åで成長された組成Ga0.9Al0.1Asを有するGaAlAs層33
と、GaAlAs層33上に形成されp形にドープされた組成が
同じくGa0.9Al0.1Asで厚さが1000ÅのGaAlAs層34と、層
34上に形成され、組成が同じく組成Ga0.9Al0.1Asの別の
GaAlAs層35とよりなる。このうち、層34はBeの拡散を詳
細に吟味するため典型的なHBTのベースよりも厚くして
ある。また図中、縦軸は層31〜35中のAl濃度をあらわ
す。
FIG. 2 (A) shows a sample prepared by the conventional method, that is, without adding In at the same time as adding Be.
A GaAs buffer layer 32 epitaxially grown to a thickness of 500 mm on the (100) face of the GaAs substrate 31;
GaAlAs layer 33 having composition Ga 0.9 Al 0.1 As grown at 00 °
And a GaAlAs layer 34 formed on the GaAlAs layer 33 and having the same p-type doped composition as Ga 0.9 Al 0.1 As and having a thickness of 1000
34 and another composition of the same composition Ga 0.9 Al 0.1 As
It is composed of a GaAlAs layer 35. The layer 34 is thicker than a typical HBT base in order to examine the diffusion of Be in detail. In the drawing, the vertical axis represents the Al concentration in the layers 31 to 35.

第2図(B)は本発明に対応する実験試料を示す。図
中、第1図(A)に対応する部分には同一符号を付し説
明を省略する。
FIG. 2 (B) shows an experimental sample corresponding to the present invention. In the figure, portions corresponding to those in FIG. 1 (A) are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第2図(B)の試料ではバッファ層32を500Åエピタ
キシャル成長させた後、組成Ga0.9Al0.1Asを有するGaAl
As層33aを厚さ2000Å成長させる。次に、組成Ga0.9Al
0.1AsにInを加えた組成の下部境界層35を層33a上に100
Åだけ成長させ、さらにp形GaAlAs層37が1000Åの厚さ
に形成される。層37ではBeの添加と同時にInの添加がな
されている。さらに組成Ga0.9Al0.1AsにInを添加した組
成のGaAlAs上部境界層39がp形層37上に厚さ100Å成長
され、さらにその上に組成がGa0.9Al0.1Asの別のGaAlAs
層35aが厚さ3000Å成長される。Ga及びAlの全量に対す
るInの濃度レベルは層36〜38で同一とする。さらに、第
2図(B)の構造を有する多数の試料がInの濃度を変え
て作製された。第2図(B)においても縦軸は第2図
(A)と同じくAlの濃度をあらわすものとする。
In the sample shown in FIG. 2 (B), after the buffer layer 32 was epitaxially grown at 500 °, GaAl having a composition of Ga 0.9 Al 0.1 As was used.
The As layer 33a is grown to a thickness of 2000 mm. Next, the composition Ga 0.9 Al
A lower boundary layer 35 composed of 0.1 As and In
成長 is grown, and a p-type GaAlAs layer 37 is further formed to a thickness of 1000 °. In the layer 37, In is added at the same time as Be is added. Further, a GaAlAs upper boundary layer 39 having a composition obtained by adding In to the composition Ga 0.9 Al 0.1 As is grown to a thickness of 100 mm on the p-type layer 37, and another GaAlAs having a composition of Ga 0.9 Al 0.1 As is further formed thereon.
Layer 35a is grown to a thickness of 3000 mm. The concentration level of In with respect to the total amount of Ga and Al is the same in the layers 36 to 38. Further, many samples having the structure shown in FIG. 2 (B) were prepared by changing the concentration of In. In FIG. 2 (B), the vertical axis indicates the Al concentration as in FIG. 2 (A).

いずれの試料でも半導体層の成長はMBEにより600℃の
温度で成長速度1μm/時でなされた。成長の際Asの蒸気
圧は4×10-5Torrに制御され、またAl及びGaのソース物
質を保持したセルの温度を形成される半導体層中でのAl
とGaの比が1:9に維持されるように制御した。さらに、B
e及びInのソース物質を保持するセルの温度をこれらの
元素の濃度レベルが所定値となるように制御した。これ
により、層37の成長時Beが単独であるいはInと共にGaAl
AsのIII族元素の席に取り込まれる。
In each sample, the semiconductor layer was grown by MBE at a temperature of 600 ° C. at a growth rate of 1 μm / hour. During the growth, the vapor pressure of As is controlled to 4 × 10 −5 Torr, and the temperature of the cell holding the Al and Ga source materials is controlled by the Al in the semiconductor layer formed.
And the ratio of Ga was controlled to be maintained at 1: 9. Furthermore, B
The temperature of the cell holding the source material of e and In was controlled so that the concentration level of these elements became a predetermined value. Thus, during the growth of the layer 37, Be alone or together with In
As is taken into the group III element of As.

第3図(A)及び(B)は第2図(A)の試料につい
て試験結果を示す。この試験結果の評価はBeの組成プロ
ファイルをSIMSにより層35の表面から層33の底面まで求
めることで行った。このうち、第3図(A)はBeを層34
中に3×1019cm-3の濃度レベルに導入した場合を示し、
一方第3図(B)はBeを層34中に7×1019cm-3の濃度レ
ベルに導入した場合を示す。以後、Beが含まれる層の幅
を、Beの最大濃度から1桁下った濃度での層厚で定義す
る。
FIGS. 3 (A) and (B) show test results for the sample of FIG. 2 (A). The evaluation of the test results was performed by obtaining the composition profile of Be from the surface of the layer 35 to the bottom surface of the layer 33 by SIMS. 3 (A) shows the Be layer 34.
Shows the case where it was introduced at a concentration level of 3 × 10 19 cm −3 ,
On the other hand, FIG. 3B shows the case where Be is introduced into the layer 34 at a concentration level of 7 × 10 19 cm −3 . Hereinafter, the width of the layer containing Be is defined as the layer thickness at a concentration one digit lower than the maximum concentration of Be.

第3図(A)より明らかなように、Beのドープレベル
が3×1019cm-3以下の場合試料中のBeを含有する部分の
厚さはベース層34の設計値に対応する約1200Åの範囲内
に限定されている。ベース層34を越えたBeの拡散は見ら
れない。これに対し、Beの濃度を1×1019cm-3まで増加
させた場合第3図(B)より試料中のBe含有部分の厚さ
は約1500Åまで増加していることが明瞭である。すなわ
ち、この結果は前出の文献の報告と一致してベース層34
からのBeの実質的な拡散が生じていることを示してい
る。
As is clear from FIG. 3 (A), when the doping level of Be is 3 × 10 19 cm −3 or less, the thickness of the portion containing Be in the sample is about 1200 ° corresponding to the design value of the base layer 34. Within the range. No diffusion of Be beyond the base layer 34 is observed. On the other hand, when the concentration of Be is increased to 1 × 10 19 cm −3, it is clear from FIG. 3 (B) that the thickness of the Be-containing portion in the sample has increased to about 1500 °. In other words, this result is consistent with the report in
This indicates that substantial diffusion of Be from the gas has occurred.

一方、第4図(A)〜(C)は第2図(B)の試料に
ついてBeのドーピング濃度を7×1019cm-3に固定してIn
の濃度を様々に変化させた場合の結果を示す。評価は同
じくSIMSにより行った。
On the other hand, FIGS. 4 (A) to 4 (C) show the results of FIG. 2 (B) with the Be doping concentration fixed at 7 × 10 19 cm −3.
Shows the results when the concentration of was variously changed. The evaluation was also performed by SIMS.

第4図(A)を参照するに、この実験ではBe濃度レベ
ル7×1019cm-3に対してInの濃度レベルが1×1021cm-3
に設定されているが第3図(B)と同様に試料中のBe含
有領域の約1800Åに達する拡りが観察された。換言すれ
ば、この場合は先の場合と同様なBeの異常拡散が生じて
いる。
Referring to FIG. 4 (A), in this experiment, the In concentration level was 1 × 10 21 cm −3 while the Be concentration level was 7 × 10 19 cm −3 .
However, as in FIG. 3 (B), an expansion of the Be-containing region in the sample to about 1800 ° was observed. In other words, in this case, the same abnormal diffusion of Be occurs as in the previous case.

一方、第4図(B)の例ではIn濃度レベルは1×1019
cm-3とされているが、試料中Beを含有する領域の厚さは
層37のBe濃度レベルが7×1019cm-3でも約1200Åの範囲
内にあることがわかる。換言すればBeの異常拡散はGaAl
As層37中のIn量をこのように設定した場合効果的に抑止
されることがわかる。
On the other hand, in the example of FIG. 4 (B), the In concentration level is 1 × 10 19
cm -3 and being, but the thickness of the region containing the sample Be it is understood that Be concentration level of the layer 37 is within the range of about 1200Å even 7 × 10 19 cm -3. In other words, the extraordinary diffusion of Be is GaAl
It can be seen that when the amount of In in the As layer 37 is set in this manner, it is effectively suppressed.

Inの量をさらに減らしてSIMSの検出限界に対する5×
19cm-3以下にすると第4図(C)に示されるようにBe含
有領域の厚さは再び第3図(B)の場合と同程度の約15
00Åに拡ってしまう。この場合はInの濃度レベルが低す
ぎるためBeの異常拡散の抑止が有効でないものと考えら
れる。
Further reduce the amount of In to 5 × the detection limit of SIMS
When the thickness is reduced to 19 cm -3 or less, as shown in FIG.
It expands to 00Å. In this case, it is considered that the suppression of the abnormal diffusion of Be is not effective because the concentration level of In is too low.

同様な傾向はGaAs,InGaAsあるいはInGaAlAsの系でも
観察される。一般に、Beの拡散係数の異常な増加はInを
Beドープと同時に式Iny(III)1-y(V)の形で加える
と抑止できることが見出された。ここで、(III)はIII
族元素を、(V)はV族元素をあらわし、y=0はBeド
ープのない仮想組成を示す。組成yは一般にドーピング
で加えられたBeの量に比例する。Inをこのように加える
ことにより、通常隣接層との間に格子整合が達成される
ように設定される二又はそれ以上のIII族元素間の組成
比はそのまま維持される。例えば、InはGa1-xAlxAsに対
して式Iny(Ga1-xAlx1-yAsに従って導入される。明ら
かに、AlとGaの比はInの添加によって変化しない。Inを
既にInを含む系,例えばInxGa1-xAsに加える場合はIn添
加後の組成はIny(InxGa1-x1-yAsであらわされる。値
yはBeの濃度レベルにより決ることは前述の通りであ
る。Beを5×1019〜5×1020cm-3のレベルでドープする
場合、Beの異常拡散を抑止するにはyの値を0.005〜0.0
8に設定するのが好ましい。
A similar tendency is observed in GaAs, InGaAs or InGaAlAs systems. In general, an abnormal increase in the diffusion coefficient of Be
It has been found that it can be suppressed by adding it in the form of the formula In y (III) 1-y (V) simultaneously with the Be doping. Where (III) is III
(V) represents a group V element, and y = 0 represents a virtual composition without Be doping. The composition y is generally proportional to the amount of Be added by doping. By adding In in this manner, the composition ratio between two or more Group III elements, which is usually set so as to achieve lattice matching with the adjacent layer, is maintained. For example, In is introduced according to the formula In y (Ga 1-x Al x) 1-y As with respect to Ga 1-x Al x As. Clearly, the ratio of Al to Ga does not change with the addition of In. When In is added to a system already containing In, for example, In x Ga 1-x As, the composition after the addition of In is represented by In y (In x Ga 1-x ) 1-y As. As described above, the value y is determined by the concentration level of Be. When Be is doped at a level of 5 × 10 19 to 5 × 10 20 cm −3 , the value of y is set to 0.005 to 0.0 to suppress the abnormal diffusion of Be.
It is preferably set to 8.

第5図は第2図(B)の試料中に形成されたBe含有領
域の厚さでIn濃度レベルを様々に変化させた場合につい
て示す。元の実験の場合と同じく、Beの濃度は7×1019
cm-3に設定してある。この図より明らかなように、Be含
有領域はInAs成分の組成にして約0.5モル%〜約8モル
%の範囲で厚さが最小になる。
FIG. 5 shows a case where the In concentration level is variously changed by the thickness of the Be-containing region formed in the sample of FIG. 2 (B). As in the original experiment, the concentration of Be was 7 × 10 19
cm -3 is set. As is clear from this figure, the thickness of the Be-containing region is minimized when the composition of the InAs component is in the range of about 0.5 mol% to about 8 mol%.

以上の結果はBeの異常拡散が系にInを同時に加えるこ
とで抑止されることを明瞭に示している。この理由は先
に説明した結晶構造中にBeにより誘起されたひずみのIn
添加による補償の結果として理解される。すなわち格子
ひずみの緩和の結果、BeのエネルギはBe拡散のエネルギ
障壁に対して安定化されるものと考えられる。この理論
に従えば、以下の関係式が成立することが予期される。
The above results clearly show that anomalous diffusion of Be is suppressed by adding In to the system at the same time. The reason for this is that the strain induced by Be in the crystal structure
It is understood as a result of the compensation by addition. That is, it is considered that the energy of Be is stabilized against the energy barrier of Be diffusion as a result of the relaxation of the lattice strain. According to this theory, the following relational expression is expected to hold.

(VGa−VBe)NBe=(VIn−VGa)NIn, ただし、VGa,VBe及びVInはそれぞれGa,Be,Inの原子体
積であり、NBe及びNInはBe及びInの原子数をあらわす。
換言すれば、InをBeと略等量同時にドープすることによ
りBeの異常拡散を抑止できるはずである。第4図(A)
〜(C)及び第5図の結果はこの予測を支持している。
すなわち、In量が第4図(C)の場合のように少なすぎ
れば結晶格子中にひずみが残留するためにBe異常拡散を
抑止することができず、一方、In濃度が高すぎれば第4
図(A)の場合のように結晶格子中にInによりひずみが
誘起されてやはりBeの異常拡散はなくならない。このよ
うに、第5図に示されるような一定のBe濃度レベルに対
応したInの最適組成範囲の出現はこの理論によって合理
的に説明がつく。Beの異常拡散のIn同時ドープによる抑
止はGaAlAs系に限られたことではなく、他の系について
も同様に適用可能であることは明らかである。
(V Ga −V Be ) N Be = (V In −V Ga ) N In where V Ga , V Be and V In are the atomic volumes of Ga, Be and In, respectively, and N Be and N In are Be And the number of atoms of In.
In other words, it should be possible to suppress anomalous diffusion of Be by doping In with substantially the same amount of In as In. Fig. 4 (A)
(C) and the results in FIG. 5 support this prediction.
That is, if the amount of In is too small as in the case of FIG. 4 (C), strain in the crystal lattice remains, so that abnormal Be diffusion cannot be suppressed.
As in the case of FIG. 7A, strain is induced by In in the crystal lattice, and the abnormal diffusion of Be does not disappear. Thus, the appearance of the optimum composition range of In corresponding to a constant Be concentration level as shown in FIG. 5 can be reasonably explained by this theory. It is clear that the suppression of anomalous diffusion of Be by simultaneous doping with In is not limited to the GaAlAs system, but can be similarly applied to other systems.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明方法により製造されたHBTについて説明
する。第6図は本発明一実施例によるHBTを示し、n+形G
aAsよりなるコレクタバッファ層13及びn形GaAsコレク
タ層14が半絶縁層GaAs基板11の(100)面上に順次エピ
タキシャル成長させられている。コレクタバッファ層13
は厚さ5000Åでドナー濃度レベルが3×1018cm-3である
のに対し、コレクタ層14は厚さが3000Åでドナー濃度レ
ベルが5×1016cm-3とされている。
Next, the HBT manufactured by the method of the present invention will be described. FIG. 6 shows an HBT according to an embodiment of the present invention, wherein n + type G
A collector buffer layer 13 made of aAs and an n-type GaAs collector layer 14 are sequentially epitaxially grown on the (100) plane of the semi-insulating GaAs substrate 11. Collector buffer layer 13
Has a thickness of 5000 ° and a donor concentration level of 3 × 10 18 cm −3 , whereas the collector layer 14 has a thickness of 3000 ° and a donor concentration level of 5 × 10 16 cm −3 .

GaAsコレクタ層14上にはBeによりP+形にドープされ組
成が下側のコレクタ層14と格子整合するように整調され
たInGaAlAsベース層16が、例えば厚さ約1000Åでしかも
第7図に示すようなAlの組成勾配を持ってエピタキシャ
ル成長させられる。Beのドーピングは典型的に約1×10
20cm-3の濃度レベルまで行われる。さらに、ベース層16
上にはn形GaAlAsエミッタ層20及びn+形エミッタキャッ
プ層24が第7図に示すAl組成勾配を持って形成される。
ベース層16の組成はInとBeが添加されない仮想的状態で
コレクタ層14と格子整合するような値に設定される。Be
だけを5×1019〜5×1020cm-3までドープしてベースの
拡がり抵抗を減少させた場合Beの小さな原子半径のため
格子整合は失われるが、本発明ではBeドープと同時にIn
を式Iny(Ga1-xAlx1-yAsに従ってyとして、0.005〜
0.08のの範囲で添加することにより失われた格子整合が
再び得られる。Alの組成xは(1−x)であらわされる
Gaのそれに対しコレクタ層14との境界面における値0.0
からエミッタ層20との境界面における値0.1まで組成パ
ラメータyと独立に変化させられる。このため、Inドー
ピングがない場合と全く同様なベース中を横切る電子を
加速する電場の形成が可能である。
On the GaAs collector layer 14, an InGaAlAs base layer 16 doped with P + in Be and tuned so that the composition is lattice-matched to the lower collector layer 14 is, for example, about 1000 ° thick and shown in FIG. Epitaxial growth is performed with such an Al composition gradient. Be doping is typically about 1 × 10
Performed to a concentration level of 20 cm -3 . In addition, base layer 16
An n-type GaAlAs emitter layer 20 and an n + -type emitter cap layer 24 are formed thereon with an Al composition gradient shown in FIG.
The composition of the base layer 16 is set to such a value as to lattice match with the collector layer 14 in a virtual state in which In and Be are not added. Be
When only base is doped to 5 × 10 19 to 5 × 10 20 cm −3 to reduce the spreading resistance of the base, the lattice matching is lost due to the small atomic radius of Be.
According to the formula In y (Ga 1-x Al x ) 1-y As, where y is 0.005 to
Loss of lattice matching is obtained again by addition in the range of 0.08. The composition x of Al is represented by (1-x)
The value of Ga at the interface with collector layer 14 is 0.0
To a value of 0.1 at the interface with the emitter layer 20 independently of the composition parameter y. Therefore, it is possible to form an electric field for accelerating electrons traversing the base in exactly the same manner as without In doping.

n形エミッタ層20は厚さ約300Åでドナー濃度が約5
×1017cm-3、またAl組成が0.1から0.3まで変化する第1
の層21と、厚さ約900Åでドナー濃度が同じく約5×10
17cm-3、またAl組成か一定で0.3の第2の層22と、厚さ
約300Åでドナー濃度が同じく約5×1017cm-3、Al組成
が第7図に示すように0.3からゼロに減少する第3の層2
3とよりなる。かかるAlの組成勾配によりコレクタ,ベ
ース及びエミッタを貫く断面においてバンド構造が連続
的になり、バンド構造からスパイクやノッチを除去する
ことが可能になる。
The n-type emitter layer 20 has a thickness of about 300.degree.
× 10 17 cm -3 , the first in which the Al composition changes from 0.1 to 0.3
Layer 21 with a thickness of about 900 mm and a donor concentration of about 5 × 10
A second layer 22 of 17 cm -3 and a constant Al composition of 0.3, a thickness of about 300 °, a donor concentration of about 5 × 10 17 cm -3 and an Al composition of 0.3 to 0.3 cm 3 as shown in FIG. Third layer 2 reduced to zero
Consists of three. Such a compositional gradient of Al makes the band structure continuous in a cross section passing through the collector, the base and the emitter, and makes it possible to remove spikes and notches from the band structure.

n+形キャップ層24は厚さ約1500Åでドナー濃度が約5
×1018cm-3である。このキャップ層24上にはエミッタ電
極25が設けられる。同様に、ベース層14上にはベース電
極26が設けられ、またコレクタバッファ層13上にコレク
タ電極27が設けられる。
The n + type cap layer 24 has a thickness of about 1500 Å and a donor concentration of about 5
× 10 18 cm -3 . An emitter electrode 25 is provided on the cap layer 24. Similarly, a base electrode 26 is provided on the base layer 14, and a collector electrode 27 is provided on the collector buffer layer 13.

層12〜24、特にベース層16は第2図(B)の試料作成
に関して既に説明したMBE法、あるいはほぼ理想的なス
トイキオメトリが実現できるMOCVD等により形成するの
が好ましい。Alを含む層16及び20のエピタキシャル成長
は550〜680℃の温度範囲で好ましくは600℃以上の温度
で行われる。Inをベース層16にBeと共に加えることによ
り隣接するエミッタ層20あるいはコレクタ層14へのBeの
拡散は層16及び20の形成をこのような比較的高い温度範
囲で行う場合であっても効果的に阻止され、HBT構造の
崩壊を防止することができる。しかも、かかるHBT構造
は高速動作を実現する上で好ましい組成勾配を保ってい
る。
The layers 12 to 24, in particular, the base layer 16 are preferably formed by the MBE method already described with reference to the preparation of the sample in FIG. 2B, or by MOCVD which can realize almost ideal stoichiometry. The epitaxial growth of the Al-containing layers 16 and 20 is performed at a temperature in the range of 550-680 ° C, preferably at a temperature of 600 ° C or higher. By adding In to the base layer 16 together with Be, diffusion of Be into the adjacent emitter layer 20 or collector layer 14 is effective even when the layers 16 and 20 are formed at such a relatively high temperature range. And the collapse of the HBT structure can be prevented. Moreover, such an HBT structure maintains a preferable composition gradient for realizing high-speed operation.

次に、第8図を参照しながら本発明によるHBTの第2
実施例を説明する。本実施例ではHBTは半絶縁性InP基板
41上に形成される。第8図を参照するに、基板41上には
ドープのないInAlAsバッファ層43が格子整合した状態で
約3000Åの厚さにエピタキシャル成長され、このバッフ
ァ層43上にn+形InGaAsコレクタコンタクト層45がドナー
濃度レベル2×1019cm-3、厚さ5000Åで成長させられ
る。さらに、n形InGaAsコレクタ層47がこのコレクタコ
ンタクト層45上にドナー濃度レベル3×1016cm-3で5000
Åにわたりエピタキシャル成長させられる。InGaAs層45
及び47の組成はInP基板41の格子整合するようにIn0.53G
a0.47Asとされ、またInAlAsバッファ層の組成もIn0.52A
l0.48Asとされる。このようにして形成したコレクタ構
造上にInGaAlAsベース層49が約1000Åの厚さでエピタキ
シャル成長させられる。このベース層49はBeを約1×10
20cm-3の濃度レベルに添加することでp形にドープされ
ている。さらに、ベース層49にはAl組成が下端部から上
端部に向って後に0から0.2まで変化する組成勾配が形
成されている。ベース層49ではBeドープと同時にIn濃度
も0.53からBe濃度に見合った値まで前記関係に従って増
加させられる。Be濃度が5×1019〜5×1020cm-3の範囲
に設定された場合、Inは式 Iny[In0.53(Ga1-xAlx0.471-yAs に従ってy=0.008〜0.05の範囲に相当する量増加させ
られる。また前記Al組成勾配に対応してxの値は0から
0.2まで変化させられる。
Next, the second embodiment of the HBT according to the present invention will be described with reference to FIG.
An embodiment will be described. In this embodiment, HBT is a semi-insulating InP substrate.
Formed on 41. Referring to FIG. 8, an undoped InAlAs buffer layer 43 is epitaxially grown on a substrate 41 in a lattice-matched state to a thickness of about 3000 °, and an n + -type InGaAs collector contact layer 45 is formed on the buffer layer 43. It is grown at a donor concentration level of 2 × 10 19 cm −3 and a thickness of 5000 °. Further, an n-type InGaAs collector layer 47 is formed on the collector contact layer 45 at a donor concentration level of 3 × 10 16 cm -3 and 5000
エ ピ タ キ シ ャ ル is epitaxially grown. InGaAs layer 45
And 47 have a composition of In 0.53 G so as to match the lattice of the InP substrate 41.
a 0.47 As, and the composition of the InAlAs buffer layer is In 0.52 A
l 0.48 As. On the collector structure thus formed, an InGaAlAs base layer 49 is epitaxially grown to a thickness of about 1000 °. This base layer 49 has a Be of about 1 × 10
It is doped p-type by adding it to a concentration level of 20 cm -3 . Further, the base layer 49 has a composition gradient in which the Al composition changes from 0 to 0.2 later from the lower end to the upper end. In the base layer 49, simultaneously with the Be doping, the In concentration is also increased from 0.53 to a value commensurate with the Be concentration according to the above relationship. When the Be concentration is set in the range of 5 × 10 19 to 5 × 10 20 cm −3 , In is y = 0.008 to 0.05 according to the formula Iny [In 0.53 (Ga 1−x Al x ) 0.47 ] 1−y As Is increased by an amount corresponding to the range of Further, the value of x is from 0 to 0 corresponding to the Al composition gradient.
Can be changed to 0.2.

ベース層49上にはn形で組成が In0.53(Ga1-xAlx0.47AsのInGaAlAsよりなる第1の
エミッタ層51がパラメータxを底面から頂面に向って0.
2から1まで変化させながら成長させられる。この第1
のエミッタ層51は約300Åの厚さを有し、その上にInAlA
sよりなる第2のエミッタ層53が厚さ約2000Åで形成さ
れる。第1及び第2のエミッタ層51及び53のいずれかに
おいてもドナー濃度レベルは約2×1017cm-3に固定され
る。
On the base layer 49, a first emitter layer 51 made of n-type InGaAlAs having a composition of In 0.53 (Ga 1 -x Al x ) 0.47 As has a parameter x of 0.1 from the bottom to the top.
Grow while changing from 2 to 1. This first
The emitter layer 51 has a thickness of about 300 mm, and the InAlA
A second emitter layer 53 of s is formed with a thickness of about 2000 °. In either of the first and second emitter layers 51 and 53, the donor concentration level is fixed at about 2 × 10 17 cm −3 .

さらに、n形にドープされドナー濃度レベルが約2×
1019cm-3のInGaAlAsよりなる第2のキャップ層55が第2
のエミッタ層53上にその組成を底面で100%InAlAsから
頂面で100%InGaAsまで変化させながら約700Åの厚さに
成長させられる。さらに、InGaAsよりなる第2のキャッ
プ層57が第1のキャップ層55上に約500Åの厚さで成長
させられる。この第2のキャップ層57は約1×1019cm-3
のドナー濃度レベルにドープされる。エミッタ層51及び
53の組成勾配の結果、バンド構造から望ましくないスパ
イクやノッチを除くことができる。最後にAu/Ge合金よ
りなるエミッタ電極61とAu/Zn合金よりなるベース電極6
2と、Au/Ge合金よりなるコレクタ電極63がそれぞれエミ
ッタキャップ層57,ベース層49及びコレクタコンタクト
層45上に形成されて本実施例のHBTが完成する。
Furthermore, it is doped n-type and the donor concentration level is about 2 ×
The second cap layer 55 made of InGaAlAs of 10 19 cm -3
Is grown to a thickness of about 700 ° on the emitter layer 53 while changing its composition from 100% InAlAs on the bottom surface to 100% InGaAs on the top surface. Further, a second cap layer 57 made of InGaAs is grown on the first cap layer 55 to a thickness of about 500 °. This second cap layer 57 has a thickness of about 1 × 10 19 cm −3.
At a donor concentration level of Emitter layer 51 and
As a result of the 53 composition gradients, unwanted spikes and notches can be removed from the band structure. Finally, an emitter electrode 61 made of an Au / Ge alloy and a base electrode 6 made of an Au / Zn alloy
2 and a collector electrode 63 made of an Au / Ge alloy are formed on the emitter cap layer 57, the base layer 49, and the collector contact layer 45, respectively, to complete the HBT of this embodiment.

先の実施例と同じく、層45〜層57の成長はMBE又はMOC
VDにより600℃以上の温度でなされる。BeとInをベース
層49中に同時にドープすることによりBeの隣接層への拡
散はベース層の成長温度が高いにもかかわらず効果的に
抑止される。その結果、薄くかつ低抵抗のベースを使用
し同時にベース及びエミッタに組成勾配を設けたことで
極めて速い動作速度を有するHBTを得ることができる。
またBeの異常拡散を抑制したことによりHBT構造の再現
性が向上する。
As in the previous embodiment, the growth of layers 45 to 57 is performed by MBE or MOC.
This is done at a temperature of 600 ° C or more by VD. By doping Be and In into the base layer 49 at the same time, diffusion of Be into the adjacent layer is effectively suppressed despite the high growth temperature of the base layer. As a result, an HBT having an extremely high operating speed can be obtained by using a thin and low-resistance base and simultaneously providing a composition gradient in the base and the emitter.
In addition, the reproducibility of the HBT structure is improved by suppressing the abnormal diffusion of Be.

以下、本発明を実施例により説明したが、本発明はそ
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。
Hereinafter, the present invention has been described with reference to examples. However, the present invention can be variously modified in accordance with the gist thereof, and these are not excluded from the present invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、III−V族化合物半導体を使ったHBT
においてBeドープ時にInを同時にドープすることにより
格子のひずみを緩和できBeの異常拡散を防止することが
できる。このため、高い温度での成長過程を必要とする
Alの組成勾配をベースに有するHBTにおいてもベースに
多量のBeドープを行うことが可能になり、これに伴いベ
ースの厚さをベース拡り抵抗を増大させることなく減少
させることが可能になる。その結果、極めて高動作速度
を有するHBTを形成することが可能になる。
According to the present invention, an HBT using a III-V compound semiconductor
By doping In at the same time as Be doping, strain of the lattice can be reduced and abnormal diffusion of Be can be prevented. This requires a growth process at a high temperature
Even in an HBT having an Al composition gradient as a base, a large amount of Be can be doped into the base, and accordingly, the thickness of the base can be reduced without increasing the base spreading resistance. As a result, it becomes possible to form an HBT having an extremely high operation speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の原理説明図; 第2図(A),(B)は本発明方法及び従来例方法の比
較実験に使った試料の構成を示す図; 第3図(A),(B)は従来例方法により作成された試
料について得られた評価実験結果を示す図; 第4図(A),(B),(C)は本発明方法により作成
された試料について得られた評価実験結果を示す図; 第5図は本発明方法により作成された試料について得ら
れた評価実験結果を示す別の図; 第6図は本発明方法により作成されたHBTの一実施例の
構成を示す図; 第7図は第6図のHBT中におけるAl組成プロファイルを
示す図; 第8図は本発明方法により作成されたHBTの他の実施例
の構成を示す図である。 図において、 1はBe原子、 2はGa原子、 3はIn原子、 4はAs原子、 11はGaAs基板、 12はGaAsバッファ層、 13はGaAsコレクタコンタクト層、 14はGaAsコレクタ層、 16はGaAlAsベース層、 20はGaAlAsエミッタ層、 21はエミッタ第1層、 22はエミッタ第2層、 23はエミッタ第3層、 24はGaAsエミッタキャップ層、 25はエミッタ電極、 26はベース電極、 27はコレクタ電極、 31はGaAs基板、 32はGaAsバッファ層、 33はGaAlAs層、 34はBeドープGaAlAs層、 35はGaAlAs層、 33a,35aはGaAlAs層、 36はInドープGaAlAs境界層、 37はIn,BeドープGaAlAs層、 38はInドープGaAlAs境界層、 41はInP基板、 43はInAlAsバッファ層、 45はInGaAsコレクタコンタクト層、 47はInGaAsコレクタ層、 49はInGaAlAsベース層、 51はInGaAlAsエミッタ第1層、 53はInGaAlAsエミッタ第2層、 55はInGaAlAsエミッタ第3層、 57はInGaAsエミッタキャップ層、 61はエミッタ電極、 62はベース電極、 63はコレクタ電極 を示す。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention; FIGS. 2 (A) and (B) are diagrams showing the structure of a sample used in a comparative experiment of the method of the present invention and a conventional example; FIGS. FIG. 4B shows the results of an evaluation experiment obtained on a sample prepared by the conventional method; FIGS. 4A, 4B, and 4C show the evaluation obtained on the sample prepared by the method of the present invention; FIG. 5 is a diagram showing experimental results; FIG. 5 is another diagram showing the results of evaluation experiments obtained on the sample prepared by the method of the present invention; FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the HBT prepared by the method of the present invention; FIG. 7 is a diagram showing an Al composition profile in the HBT of FIG. 6; FIG. 8 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the HBT produced by the method of the present invention. In the figure, 1 is Be atom, 2 is Ga atom, 3 is In atom, 4 is As atom, 11 is GaAs substrate, 12 is GaAs buffer layer, 13 is GaAs collector contact layer, 14 is GaAs collector layer, 16 is GaAlAs Base layer, 20 is a GaAlAs emitter layer, 21 is an emitter first layer, 22 is an emitter second layer, 23 is an emitter third layer, 24 is a GaAs emitter cap layer, 25 is an emitter electrode, 26 is a base electrode, 27 is a collector Electrodes, 31 is a GaAs substrate, 32 is a GaAs buffer layer, 33 is a GaAlAs layer, 34 is a Be-doped GaAlAs layer, 35 is a GaAlAs layer, 33a and 35a are GaAlAs layers, 36 is an In-doped GaAlAs boundary layer, 37 is In, Be Doped GaAlAs layer, 38 is an In-doped GaAlAs boundary layer, 41 is an InP substrate, 43 is an InAlAs buffer layer, 45 is an InGaAs collector contact layer, 47 is an InGaAs collector layer, 49 is an InGaAlAs base layer, 51 is an InGaAlAs emitter first layer, 53 is the second layer of the InGaAlAs emitter, 55 is the third layer of the InGaAlAs emitter, 57 is the InGaAs emitter A cap layer, 61 indicates an emitter electrode, 62 indicates a base electrode, and 63 indicates a collector electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/203,21/205,21/31,21/328,2 1/33,21/331,21/363,2 1/365,21/469,21/86 H01L 29/68 - 29/739──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Investigated field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21 / 203,21 / 205,21 / 31,21 / 328,2 1 / 33,21 / 331,21 / 363,2 1 / 365,21 / 469,21 / 86 H01L 29/68-29/739

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】結晶層(11〜14,31〜36,41〜47)上に格子
整合して形成され、ガリウムアルミニウムヒ素及びイン
ジウムガリウムアルミニウムヒ素よりなる群より選ばれ
たIII−V族化合物半導体材料よりなり、ベリリウム添
加によりp形にドープされたエピタキシャル層を有する
半導体装置の製造方法であって、ベリリウムをエピタキ
シャル層中に5×1019原子/cm3ないし5×1020原子/cm3
の濃度レベルに添加する段階と、該エピタキシャル層中
にインジウムを半導体材料中のIII族元素に対して0.5モ
ル%〜8モル%の割合で添加する段階とを特徴とする製
造方法。
1. A group III-V compound semiconductor formed on a crystal layer (11-14, 31-36, 41-47) in lattice-matching and selected from the group consisting of gallium aluminum arsenide and indium gallium aluminum arsenide. A method of manufacturing a semiconductor device having an epitaxial layer made of a material and doped in a p-type by adding beryllium, wherein beryllium is contained in the epitaxial layer in an amount of 5 × 10 19 atoms / cm 3 to 5 × 10 20 atoms / cm 3.
And a step of adding 0.5% to 8% by mole of indium to the epitaxial layer with respect to the group III element in the semiconductor material.
【請求項2】結晶層(11〜13,41〜45)上にn形コレク
タ層(14,47)を成長させる段階と、ガリウムアルミニ
ウムヒ素及びインジウムガリウムアルミニウムヒ素より
なる群より選ばれたIII−V族化合物半導体材料よりな
る、ベース層(16,49)を該n形コレクタ層上に成長さ
せる段階とよりなるバイポーラトランジスタの製造方法
であって、ベース層中にベリリウムを約5×1019原子/c
m3ないし約5×1020原子/cm3の濃度レベルに添加してベ
ース層をp形にドープする段階と、ベース層中にインジ
ウムをベース層中に含まれるIII族元素に対して0.5モル
パーセントないし8モルパーセント添加する段階と、該
ベース層上にn形エミッタ層(20,51〜55)を成長させ
る段階とを特徴とする製造方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the steps of: growing an n-type collector layer (14, 47) on the crystal layer (11-13, 41-45); Growing a base layer (16,49) of a group V compound semiconductor material on the n-type collector layer, wherein the base layer contains beryllium in an amount of about 5 × 10 19 atoms. / c
doping the base layer into p-type by adding to a concentration level of m 3 to about 5 × 10 20 atoms / cm 3 , wherein indium is contained in the base layer in an amount of 0.5 mol based on the group III element contained in the base layer. % To 8 mol%, and growing an n-type emitter layer (20, 51 to 55) on the base layer.
【請求項3】結晶層(11〜14,31〜36,41〜47)上に格子
整合して形成され、ガリウムアルミニウムヒ素及びイン
ジウムガリウムアルミニウムヒ素よりなる群より選ばれ
たIII−V族化合物半導体材料よりなり、ベリリウム添
加によりp形にドープされたエピタキシャル層を有する
半導体装置の製造方法であって、ベリリウムを所定濃度
レベルに添加する段階と、インジウムをベリリウムに対
して略等量添加する段階とを特徴とする製造方法。
3. A group III-V compound semiconductor formed on the crystal layers (11-14, 31-36, 41-47) in lattice-matching and selected from the group consisting of gallium aluminum arsenide and indium gallium aluminum arsenide. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a material and having an epitaxial layer doped with p-type by adding beryllium, comprising: adding beryllium to a predetermined concentration level; and adding substantially equal amounts of indium to beryllium. The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135350A (en) * 2006-11-29 2008-06-12 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor photocathode

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