KR20040038855A

KR20040038855A - 이종접합 바이폴라 트랜지스터

Info

Publication number: KR20040038855A
Application number: KR1020030076494A
Authority: KR
Inventors: 야구라모토지
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2004-05-08
Also published as: US20040089875A1; TW200416896A; DE60312102T2; KR100514109B1; JP2004172582A; EP1416539A3; TWI230421B; EP1416539A2; US7030462B2; DE60312102D1; EP1416539B1

Abstract

콜렉터층 (104), 베이스층 (105)및 에미터층 (106)을 포함하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터, HBT (100)는 콜렉터층 (104), 베이스층 (105)및 에미터층(106)이 각각 a_c, a_b및 a_e의 다른 격자 상수를 가지고, a_b의 값이 a_c와 a_e사이에 놓여지도록 구성된다(바꿔 말해, a_c, a_b및 a_e의 값은 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족한다). 본 발명에 따르면, HBT를 제조하기 위한 기존 설비 및 공정을 대폭적으로 변경하지 않고도 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 실현된다.

Description

이종접합 바이폴라 트랜지스터 {HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR}

본 발명은, 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관련된 것으로서, 이하에서는 "HBT"로 인용한다.

이종접합 바이폴라 트랜지스터는 고주파 및 고전류 구동 능력에 있어서, 단일 물질계로 구성된 바이폴라 트랜지스터보다 더 우수한 성질을 보이기 때문에, Ⅲ-Ⅴ화합물 반도체의 이종접합 바이폴라 트랜지스터는, 광통신 기기, 마이크로웨이브 또는 밀리미터 웨이브 통신 기기와 같은 통신 기기용으로 사용되고, 예를 들면, 이동 통신 장치 또는 광통신 장치의 고주파 또는 고출력 소자로 실용화되기 시작하였다.

HBT를 실용화하기 위해서는 그 신뢰도를 향상시키는 것이 특히 중요하다. HBT의 신뢰도를 향상시키기 위해 많은 접근들이 있어 왔지만, 파워 디바이스용으로 사용되는 경우와 같이 많은 양의 전류가 HBT에 가해짐으로 인해 디바이스의 퇴화(degrade)가 가끔씩 발생하기 때문에, HBT의 신뢰도의 향상은 여전히 만족스럽지 못하다.

그러한 퇴화의 주된 원인은 이하에 의한 것으로 여겨진다. AlGaAs/GaAs HBT층의 GaAs 베이스층에 도핑된, 최근 Be를 대신하여 p-형 도펀트로 일반적으로 사용되는, C(carbon)의 원자 반경은 베이스층의 Ga과 As의 원자 반경보다 작다. 따라서, C는 베이스층을 변형시키고, 재결합 중심의 기능을 하여, 전류 이득을 감소시키고, 특히 C가 고농도 도핑된 경우 신뢰도를 약화시키게 된다.

이러한 문제를 방지하기 위한 방법으로서, 상기 베이스층을 구성하는 물질과는 다른, Ⅲ 또는 Ⅴ족 원소들을 C가 도핑된 GaAs 베이스층에 첨가하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 No.H6-37105를 참조하라. 이 방법에 따르면, 도펀트로서, 베이스층을 구성하는 원소들(즉, Ga 와 As)의 원자 반경보다 더 큰 원자 반경을 가지는 불순물(예를 들면, In 또는 Sb)을 첨가하는 것은 베이스층의 변형을 완화시킬 수 있고 HBT의 신뢰도가 향상된다.

또 다른 방법으로서, GaAs 베이스층의 도펀트들로서 Ⅲ 또는 Ⅴ족을 제외한 원소들로 구성되는, 두 가지 타입의 불순물을 사용하는 것도 제안되고 있다. 한 타입은 베이스층을 구성하는 원자들과 비교하여, 더 큰 원자 반경을 가지고, 다른 타입은 더 작은 원자 반경을 가진다. 예를 들면, 일본 특허공개공보 No.2000-323491를 참조하라. 이 방법에 따르면, 베이스층을 구성하는 원자들(즉, Ga 와 As)과 비교했을 때, 더 큰 원자 반경을 가지는 불순물 한 타입(예를 들면, Mg)과 더 작은 원자 반경을 가지는 불순물의 다른 타입(예를 들면, C)을 첨가하는 것은, Ga 또는 As와 화합물을 형성함이 없이, 베이스층의 변형을 완화시키고 HBT의 신뢰도는 향상 된다.

종래의 기술에 있어서, 도면을 참조하여 후자에 따른 HBT의 예를 이하 설명한다(일본 특허 공개공보 No.2000-323491의 도1의 실시예를 참조할 것). 도7에 나타난 바와 같이, 종래의 HBT (600)는 반절연 GaAs기판 (601)위에, i-GaAs 또는 i-AlGaAs 버퍼층 (602), Si가 도핑된 n-GaAs 콜렉터층 (603), C 와 Mg가 도핑된 p-GaAs 베이스층 (604), Si가 도핑된 n-AlGaAs 또는 n-InGaP 에미터층 (605)및 Si가 고도핑된 n⁺-GaAs 에미터-캡(cap)층 (606)을 에피텍셜 성장 기법을 사용하여 차례대로 형성시킴으로써 만들어진다. 그리고 나서, n⁺-GaAs 에미터-캡(cap)층 (606), n-AlGaAs 또는 n-InGaP 에미터층 (605) 및 p-GaAs 베이스층 (604)은 적절히 드라이 에칭 되고, WSi 에미터 전극 (609), Ni/AuGe/Au 콜렉터 전극 (607)및 Ti/Pt/Au 베이스 전극 (608)은 n⁺-GaAs 에미터-캡(cap)층 (606), n-GaAs 콜렉터층 (603)및 p-GaAs 베이스층 (604) 위에 각각 형성된다. 에미터층의 재료가 n-AlGaAs일 경우, HBT (600)는 AlGaAs/GaAs HBT로 불리우고, 에미터층의 재료가 n-InGaP일 경우, InGaP/GaAs HBT로 불린다. InGaP/GaAs HBT는 AlGaAs/GaAs HBT에 비해 더 긴 수명 및 더 높은 신뢰도를 가진다고 알려져 있다.

그러나, 도펀트로 종래에 사용해 오던 C에 부가하여 Sb 또는 Mg와 같은 새로운 원소를 도핑하기 위해서, 에피텍셜 성장 기술을 이용한 기존의 장비는 이용될 수 없다. 적어도 기존의 장비를 개조하든지, 아니면 새로운 장비를 구축할 필요가 있다.

또한, C에 부가하여 In, Sb 또는 Mg와 같은 원소들로 도핑된 베이스층은, In, Sb 또는 Mg와 같은 원소를 가지지 않는 베이스층보다 더 낮은 드라이 에칭 속도를 가진다. 전자의 베이스층을 에칭하기 위해서는, 기존에 사용되던 것과는 다른 드라이 에칭용 가스를 공급하거나, 이온 밀링(ion milling)을 행할 필요가 있다.이온 밀링을 하는 경우에, 에칭 마스크가 베이스층과 거의 같은 양으로 에칭되기 때문에, 에칭 마스크는 더 두꺼운 막두께를 가지도록 형성되어야 한다(바꿔 말하면, 에칭의 높은 선택도(selectivity)를 얻기 힘들다). 그러나, 편평하지 않은 층 위에 미세한 패턴으로 된, 두꺼운 두께를 가지는 에칭 마스크를 형성하는 것은 어렵다. 어느 경우에 있어서도, 에피텍셜 성장 기술을 이용한 HBT 제조 공정 및 기존의 장치를 변경하는 것이 필요하다.

본 발명은 HBT 제조 공정 및 기존의 장치를 대폭적으로 변경하지 않고, 높은 신뢰도를 가지는 HBT를 제공하는데 그 목적이 있다.

HBT의 신뢰도 시험에 있어서, 온도 가속 시험(temperature accelerated test)이 일반적으로 행해진다. 이러한 온도 가속 시험(이하, 간단히 “신뢰도 시험”이라고 한다)에서는 반응속도론 모델들 중 하나인 소위 아레니우스 모델을 사용한다. 이 아레니우스 모델은 다음 방정식(1)의 수식으로 알려져 있다:

L=Aㆍexp(Ea/kT)…(1)

여기서 L은 수명 시간(h), A는 상수(h), Ea는 활성화 에너지(eV), k는 볼츠만 상수(약 8.61×10^-5eV/K), T는 온도(K)이다. 본 명세서에서, 수명 시간 L은 MTTF, 즉, HBT가 파괴될 때까지의 평균 시간(Mean Time To Failure)(h)에 따르고, 온도 T는 접합 온도 Tj (℃)를 절대 온도(K)로 환산한 값이다. 접합 온도는 가장 높은 온도가 되는 부분의 온도를 의미하는데, 일반적으로 HBT에 있어서는 콜렉터층의 온도로 여겨진다. 본 명세서에 있어서 접합 온도 Tj (℃)는 다음 방정식(2)에 의해 계산된다:

T_j= T_s+ R ×P…(2)

여기서, T_s는 환경 온도(또는 주위 온도)(℃)이고, R은 HBT의 열저항(℃/W)이고, P는 HBT로 공급되는 전력(W)(즉, 콜렉터-에미터 전압 V_ce(Ⅴ)와 콜렉터 전류 I_c(A)와의 곱)이다.

MTTF를 측정하기 위해 다양한 온도 조건하에서 신뢰도 시험이 행해졌을 경우, 얻어진 데이터의 아레니우스 플롯(plot)(온도의 역수 대 MTTF에 로그를 취한 플롯)은, 단일 파괴 모드(single failure mode)에서 플롯된 데이터가 거의 직선이 됨을 보여준다. 활성화 에너지 Ea는 상기 직선의 기울기로부터 얻어진다.

발명자는 HBT의 신뢰도를 향상시키기 위해서, 새로운 관점으로 신뢰도 시험의 활성화 에너지에 초점을 맞추었다.

발명자는 HBT의 일례로서 InGaP/GaAs HBT(a)를 제작하였다. InGaP/GaAs HBT(a)는 InGaP/GaAs HBT(a)의 베이스층이 C만으로 도핑된 사실만을 제외하고는, 도7에 나타난 종래 기술에 있어서의 HBT (600)과 유사한 구조를 가지고 있다. 그리고 나서, 약 270∼290℃의 범위에서 접합 온도를 변화시키면서, 신뢰도 시험을 행하였다. 신뢰도 시험의 전기적 조건들은 이하와 같다: 에미터-콜렉터 전압 V_ce=3.0V; 전류 밀도 J_c=50kA/cm². 그 후, 얻어진 MTTF의 데이터(샘플 번호: N=10)를 아레니우스 플롯하고, 최소제곱법(least squares method)에 의해 회귀선(regression line) (a)을 얻었다. 그 결과는 도8에 나타내었다. 활성화 에너지는 상기 직선(a)의 기울기로부터 대략 0.7eV로 계산되었다.

또한, 신뢰도 시험으로부터 얻어진, HBT의 활성화 에너지에 대한 많은 보고들이 있어 왔다. 예를 들면, InGaP/GaAs HBT(a)(베이스층이 C로 도핑된)와 유사한 구조를 가지는 InGaP/GaAs HBT가 약 0.7eV의 활성화 에너지를 가지는 것으로 보고 되었다. 예를 들면, Sanddeep R. Bahl et al., "Reliability Investigation of InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar Transistors", International Electron Devices Meeting Digest, 1995,pp.815-818을 참조하라.

HBT의 또 다른 예로서, 발명자는 또한 InGaP/GaAs HBT(b)에 관해 추론함으로써 직선(b)를 얻었다. InGaP/GaAs HBT(b)는 베이스층이 C와 Mg로 도핑된, 도7에 나타난 HBT (600)과 유사한 구조를 가졌다. 좀 더 구체적으로, 발명자는 일본 특허 공개 공보 No.2000-323491와 H. Sugahara et al., "IMPROVED RELIABILITY OF AlGaAs/GaAs HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTORS WITH A STRAIN-RELAXED BASE", IEEE GaAs IC Symposium Technical Digest, 1993, pp.115-118 의 설명을 기초로 하여, InGaP/GaAs HBT(b)의 신뢰도 시험의 결과를 추론하고, 상기 직선(b)를 얻었다. 이 결과 또한, 도8에 나타내었다. 도8에서 있어서, 베이스층이 C로 도핑된, HBT(b)의 직선(b)은 베이스층이 C만으로 도핑된 HBT(a)의 직선(a)에 비해, 위쪽으로 쉬프트(shift)되어 있고, 어떠한 온도에서도 더 긴 MTTF를 보여 주었다. 바꿔 말해, 베이스층이 C만으로 도핑된 HBT에 비해, 베이스층이 C와 함께 Mg로 도핑되었을 경우가, HBT의 수명 시간이 더 길어졌다고 이해될 수 있다. 그러나, 직선(b)의 기울기로부터 계산된 HBT(b)의 활성화 에너지는 HBT(a)와 유사하게 약 0.7eV 였고, 양자의 활성화 에너지간에는 실질적인 차이가 없었다.

또한, 베이스층이 C와 더불어 In 또는 Sb가 도핑된 HBT에 대한 신뢰도 시험에 대한 보고도 있다. 이 경우 또한, 베이스층이 C와 Mg로 도핑된 HBT(b)의 경우와 유사한 결과를 보였다. 예를 들면, HBT(b)의 경우와 마찬가지로, 베이스층이 C와 In으로 도핑된 AlGaAs/GaAs HBT는 베이스층이 C만으로 도핑된 HBT보다 더 긴 수명 시간을 가진다고 보고 된다. 그러나, 또한 AlGaAs/GaAs HBT는 0.45eV의 낮은 활성화 에너지를 가진다고 보고 된다. 예를 들면, H. Sugahara et al.,"IMPROVED RELIABILITY OF AIGaAs/GaAs HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTORS WITH A STRAIN-RELAXED BASE", IEEE GaAs IC Symposium Technical Digest, 1993, pp. 115-118을 참조하라.

또한, 베이스층이 C만으로 도핑된 InGaP/GaAs HBT(c)의 신뢰도 시험에 대한 보고가 있다(전기적 조건들: 에미터-콜렉터 전압 V_ce=2.4∼2.5V; 전류 밀도Jc=60kA/cm²). 예를 들면, A. Kawano et al., "Reliability of C-doped base InGaP/GaAs HBT", 1997 General Conference of IEICE (Institute of Electronics, Information and Communication Engineers),SA-8-1, pp. 474-475, 도4를 참조하라. 이러한 결과는 또한, 도8에 직선(c)로 나타나 있다. HBT(c)에 있어서, 베이스층은 C만으로 도핑되어 있고, 그 내부의 변형을 감소시킬 수 있는 다른 원소들은 도핑되지 않았다. 그러나, HBT(c)는 발명자가 비교를 목적으로 제작한 HBT(a)에 비해서, 특정 온도에서 더 긴 MTTF를 가질 뿐만 아니라, 약 2.0eV의 더 큰 활성화 에너지를가진다. 더 큰 활성화 에너지라 함은, 직선(c)의 기울기가 더 커서, 더 낮은 온도에서 수명 시간(MTTF)이 더 길어짐을 의미한다(즉, 도8의 그래프 우측). 약 0.7eV의 활성화 에너지를 가지는 HBT(b)에 대해서, 접합 온도 T_j가 240℃인 경우의 수명 시간(MTTF)은 약 3×10³시간인데 반해, 약 2.0eV의 활성화 에너지를 가지는 HBT(c)에 대해서는 약 4×10⁴시간으로, 이는 HBT(b)의 경우보다 약 10배 길다.

HBT(c)에 대한 신뢰도 시험의 결과와 다른 HBT, 특히 HBT(a)의 경우를 비교한 것을 기초로 하여, 발명자는 베이스층의 도펀트로서, 기존에 사용된 C(또는 Be)와는 다른 원소를 첨가하여 도핑하지 않고, 활성화 에너지를 증가시킴으로써, 특히 낮은 온도에서 HBT의 수명 시간을 더 길게 만들고, 그에 따라 HBT의 신뢰도를 향상 시킬 수 있다는 사실을 발견했다.

그러나, 활성화 에너지는 InGaP/GaAs HBT에 대해서만 보아도 여러가지 값을 가진다. 보고된 HBT(a), HBT(b)및 다른 HBT에 비해, HBT(c)가 더 큰 활성화 에너지(그 결과 저온에서 더 긴 수명 시간을 가진다)를 가지는 이유에 대해서는 알려져 있지 않다 (특히,Sandeep R.Bah et al., "Reliability Investigation of InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar Transistors", International Electon Devices Meeting Digest,1995, pp.815-818을 참조하라).

발명자는 활성화 에너지에 영향을 주는 인자들을 주의 깊게 고려함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 따르면, 콜렉터층, 베이스층 및 에미터층을 가진 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)가 제공되는데, 여기서 콜렉터층, 베이스층및 에미터층은 각각 a_c, a_b및 a_e의 다른 격자 상수를 갖고, a_b는 a_c와 a_e사이의 값이다. a_c는 a_b및 a_e보다 크거나 작을 수 있다. 바꿔 말해, a_c, a_b및 a_e는 이 순서대로 증가하거나, 감소하는 값을 가진다. 즉, a_c, a_b및 a_e는 a_c> a_b> a_e 또는 a_c< a_b< a_e인 수식 관계를 만족한다.

본 발명에 있어서, 격자 상수 a_c, a_b및 a_e는 이하와 같이 결정될 수 있다. 첫 째, HBT의 제조 공정에 있어서 베이스층을 성장(전형적으로, 에피텍셜 성장)시킬 때와 같은 조건 하에서, (001)면을 가지는 기판 위에 베이스층과 실질적으로 같은 층(이하 의사(pseudo)-베이스층)을 성장 시킨다. 그에 따라, 의사-베이스층을 가지는 샘플이 얻어진다. 의사-베이스층의 두께는 3000Å으로 설정된다. 그리고 나서, 샘플의 (004)면에서 브래그(Bragg)반사의 록킹 커브(rocking curve)를 θ와 2θ에 걸쳐 측정한다. 따라서, 기판과 그 위의 의사-베이스층의 피크(peak) 각도가 측정된다. 그에 따라, 측정된 피크 각도는 일반적으로 다소의 오차를 가지므로, 측정된 의사-베이스층의 피크 각도는 그대로 이용될 수는 없다. 반면에, 이러한 측정된 피크 각도간의 차이값은 신뢰할 만하다. 또한, 기판의 피크 각도의 고유값은 이미 당해 기술 분야에 알려져 있다. 따라서, 의사-베이스층의 피크 각도는 측정된 값을 보정함으로써 결정된다. 그리고 나면, 의사-베이스층의 격자 상수 “d"는 위에서 정해진 의사 베이스층의 피크 각도 θ를 대입하여, 브래그 방정식(2dsinθ=nλ, 여기서 d는 격자 상수, λ는 사용된 X선의 파장, n은 자연수(1,2,3...))으로부터 계산된다. 계산된 의사-베이스층의 격자 상수 ”d"는 실질적인 베이스층의 격자 상수 a_b로 간주될 수 있다. 콜렉터층의 격자 상수 a_c와 에미터층의 격자 상수 a_e는 유사한 방법으로 결정될 수 있다. X선 장치로서 4-결정 모노크로미터(monochromator)가 있는 X선 회절기, 모델:MPD1880HR(입사 X선: CuK α선)가 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, a_c, a_b및 a_e사이의 관계는 격자 변형(strain)으로 인한 응력 변형(deformation)을 결정하기 위해서 a_c, a_b및 a_e를 증가 또는 감소 순으로 설정함으로써 적절히 선택될 수 있다. 그 결과, 종래보다 더 큰 활성화 에너지를 가지는 HBT가 얻어지고, 그에 따라, 기존에 비해 HBT의 수명 시간(좀 더 구체적으로 MTTF)을 연장할 수 있게 되었다. 본 발명에 따른 HBT의 수명 시간은 더 낮은 온도, 즉, 실사용 온도 또는 그 근처에서 현저히 연장된다.

어떠한 이론에 의해서도 구속되고 싶지 않지만, 본 발명이 HBT의 수명 시간을 연장시킬 수 있는 이유는 아래와 같다. 디바이스의 퇴화의 한 원인은 전위(dislocation)의 이동 때문이라고 여겨진다. 좀 더 구체적으로, 결정 격자에 존재하는 변형에 의한 힘이 전위에 영향을 주고, 전위는 이러한 힘에 의해 종래대로 움직이게 되고, 결국엔, 예를 들면, 베이스층과 에미터층 사이의 계면에 도착하여 디바이스의 퇴화를 야기시킨다. 상기 전위를 이동시키기 위해서, 전위의 이동을 방해하는 에너지 장벽보다 더 큰 힘(또는 에너지)이 전위에 가해져야 하는 것이 필요하다. 반면에, 본 발명은 격자 변형으로 인한 응력 변형(deformation)을 결정하기 위해서 a_c, a_b및 a_e 간의 관계를 적절히 선택하여, 전위에 작용하는 힘을 감소시키고, 전위가 이동하기 어렵게 만든다. 그 결과, 본 발명에 따른 HBT의 수명 시간은 연장 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 도7을 참조해 설명한 종래의 HBT에서와 같이, 변형을 완화하기 위한 도펀트를 베이스층에 도핑할 필요가 없다. 그에 따라, 에피텍셜 성장 기법과 에칭 기법을 사용하여 기존의 장치 및 공정을 변경할 필요가 없게 된다.

요컨대, 본 발명에 따라, 에피텍셜 성장 기법과 에칭 기법을 사용하여 기존의 장치 및 공정을 변경함이 없이, 연장된 수명 시간, 바꿔 말해, 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 제공된다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 콜렉터층, 베이스층및 에미터층 중에서 인접한 두 층들간에 격자 부정합율, 더 구체적으로, 에미터층과 베이스층간의 격자 부정합율과, 베이스층과 콜렉터층간의 격자 부정합율 중 적어도 하나, 바람직하게는 양자 모두가 0.3%이하이고, 더욱 바람직하게는 0.1%이하이다. “격자 부정합율”이라는 용어는 두 층의 격자 상수 값의 차이를 절대치한 것을 두 층 중 더 낮은 곳에 위치하는 층의 격자 상수 값으로 나누어 이를 퍼센트 값으로 나타낸 것을 말한다. 상기한 격자 부정합율의 정의에 기초하여, 격자 부정합율의 이론상 최저치는 0이라는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

더 구체적으로, 본 발명의 HBT는 에미터-업 타입 또는 콜렉터-업 타입이 될 수 있다. 에미터-업 HBT의 경우에 있어서, 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율(%) (즉, ｜a_e- a_b｜/a_b×100)은 약 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 즉, a_e와 a_b는 ｜a_e- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.3% 및 바람직하게는 ｜a_e- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.1%의 관계를 만족한다. 또한, 에미터-업 HBT의 경우에 있어서, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율(%) (즉, ｜a_b- a_c｜/a_c×100)은 약 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 즉, a_b와 a_c는 ｜a_b- a_c｜/a_c×100 ≤ 0.3% 및 바람직하게는 ｜a_b- a_c｜/a_c×100 ≤ 0.1%의 관계를 만족한다.

콜렉터-업 HBT의 경우에 있어서, 베이스층에 대한 콜렉터층의 격자 부정합율(%)(즉, ｜a_c- a_b｜/a_b×100)은 약 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 즉, a_c와 a_b는 ｜a_c- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.3% 및 바람직하게는 ｜a_c- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.1%의 관계를 만족한다. 또한, 콜렉터-업 HBT의 경우에 있어서, 에미터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율(%) (즉, ｜a_b- a_e｜/a_e×100)은 약 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 즉, a_b와 a_e는 ｜a_b- a_e｜/a_e×100 ≤ 0.3% 및 바람직하게는 ｜a_b- a_e｜/a_e×100 ≤ 0.1%의 관계를 만족한다.

콜렉터층, 베이스층 및 에미터층 중에서 인접한 두 층 간의 격자 부정합율이 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하가 되도록 격자 부정합율을 설정하여 특정 변형도를 적절히 선택함으로써, 더 큰 활성화 에너지, 예를 들면, 약 2.0 eV보다 크고, 바람직하게는 약 3.0eV보다 큰 활성화 에너지를 보이는 HBT를 실현하는 것이가능해진다. 이러한 HBT는 특히 실사용 온도에서 연장된 수명 시간을 보여주고, 바람직하게는 기존의 것보다 약 10배 이상의 수명 시간을 가지는, 높은 신뢰도의 HBT가 제공될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 에미터-업 HBT의 경우, 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율과, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율, 양자 모두 약 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 콜렉터-업 HBT의 경우, 베이스층에 대한 콜렉터층의 격자 부정합율과, 에미터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율, 양자 모두 약 0.3%이하이고, 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 이는 실사용 온도 범위에 있어서, 더 큰 활성화 에너지와 더 연장된 수명 시간을 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서, 격자 부정합율이 작을수록 더 큰 활성화 에너지를 제공하기 때문에, 0%보다 크고 약 0.3%보다 크지 않은 범위 내에서, 더 작은 격자 부정합율을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 에피텍셜 성장시의 두께 전체와 웨이퍼 면 전체에 걸친 도펀트들의 농도 변화 뿐만 아니라, 층의 재료 조성 변화를 고려할 경우 격자 부정합율은 현실적으로, 약 0.01% 내지 0.3%가 바람직하고, 약 0.01% 내지 0.1%일 경우에는 더욱 바람직하게 된다.

콜렉터층, 베이스층및 에미터층 각각의 격자 상수 a_c, a_b및 a_e는, 예를 들면, 각 층들을 도핑하기 위한 도펀트의 농도를 조절함에 의해 변화시킬 수 있다. 특히, 삼원 화합물 반도체 결정으로 만들어진 층의 경우에는, 화합물 반도체에 있어서의 혼합 비율을 조절함으로써 격자 상수가 변할 수 있다. 도펀트의 농도 및/또는 혼합 비율의 조절은, 예를 들면, 도핑 재료의 유속, 원료 가스의 유량비 등을 적당히 제어함으로써, 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수 있을 것이다. 다른 사항들에 대해서는 상세히 설명하지 않지만, 본 발명의 HBT는, 에미터-업 HBT 또는 콜렉터-업 HBT의 어느 경우에 있어서도, 해당 기술 분야에서의 기존의 제조 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 그러한 반도체 층의 격자 상수는 일반적으로 온도의 상승에 따라 증가한다고 알려져 있다. 구체적으로, 격자 상수는 이하의 방정식(3)에 의해 근사할 수 있다:

α=α₀×(1+β×(T₁-T₀))…(3)

여기서, T₀는 기준 온도(K)(T₀=300K), α₀는 특정 온도 T₁에서의 격자 상수(Å)및 β는 팽창 계수(K^-1)이다. β는 반도체층의 재료에 따라 변한다고 알려져 있다.

본 발명에 있어서, 상기한 격자 상수들 a_c, a_b및 a_e 간의 관계(이들로부터 구한 격자 부정합율의 범위 뿐 아니라)는 반드시 모든 온도에서 만족되지는 않는다. 상기 관계식은 최소한 접합 온도 T_j에서 만족되는 것으로 족하다. 접합 온도에서의 상기 관계를 확증함에 의해, HBT의 수명 시간의 연장 및 신뢰도 향상의 효과가 얻어진다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 격자 상수 a_e1, a_e2를 각각 가지는 제1 에미터층 및 제2 에미터층의 두 층으로 구성될 수도 있고, 제1 에미터층은 제2 에미터층과 베이스층 사이에 있다. 이러한 경우, 제2 에미터층의 격자 상수 a_e2는 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계에 있는 격자 상수 a_e로서 사용된다. 즉, a_c, a_b및 a_e2 는 a_c> a_b> a_e2 또는 a_c< a_b< a_e2의 관계를 만족한다. 제2 에미터층의 격자 상수 a_e2는 베이스층의 격자 상수 a_b와 비교적 크게 어긋나도 되고, a_e2 및 a_b는 ｜a_e2- a_b｜/a_b×100 > 0.3 (%)의 관계를 만족하여도 된다. 반면에, 제1 에미터층의 격자 상수 a_e1는 베이스층의 격자 상수 a_b의 값에 가까워도 되고, 제1 에미터층과 베이스층 간의 격자 부정합율이, 예를 들면, 0.1%보다 크지 않을 수 있다. 또한, a_e1과 a_b는 실질적으로 같고 서로 격자 정합 관계에 있어도 된다.

종래 기술의 일반적인 HBT에서는 에미터층과 베이스층이 실질적으로 같은 격자 상수를 가지고, 서로 격자 정합을 하도록 설계되었다. 그러나, a_c> a_b> a_e 또는 a_c< a_b< a_e 의 관계를 만족하도록, 에미터층과 베이스층의 재료들은 에미터층과 베이스층이 서로 격자 부정합이 되도록 선택된다. 그 결과, 밴드 갭(band gap)은 기존의 HBT와는 다르게 변화된다. 이로 인해 에미터-베이스의 밴드 구조가 원하는 대로 형성되지 않아 HBT의 특성의 변화를 초래한다. 에미터-베이스의 밴드 구조의 변화는, HBT의 고주파 특성과 온-전압(on-voltage) 등에 있어서의 변화를 초래하므로 때로는 바람직하지 않다.

그러한 경우, 에미터층을 하나로 사용하지 않고, 상기한 바와 같이 에미터층을 제1 에미터층 및 제2 에미터층의 두 층으로 나누는 것이 바람직하다. 제1 에미터층의 격자 상수 a_e1는 원하는 밴드 구조(구체적으로, 원하는 에미터-베이스의 밴드 갭)를 형성하도록 제어될 수 있고, 제2 에미터층의 격자 상수 a_e2는 베이스층의 격자 상수 a_b에 대해서 충분히 변형되도록 제어할 수 있다. 그 결과, 베이스층에 대한 제2 에미터층의 격자 부정합으로 인한 변형은 제1 에미터층과 베이스층에 영향을 주어, 베이스층과 에미터층 사이의 접합 부분에 있는 전위에 작용하는 힘이 작아지고, 따라서 HBT의 특성에 있어서의 변화 없이, 긴 수명 시간 및 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 예에 있어서, 콜렉터층은 격자 상수 a_c1과 a_c2를 각각 가지는 제1, 제2 콜렉터층의 두 층으로 구성될 수 있고, 제1 콜렉터층은 제2 콜렉터층과 베이스층 사이에 있다. 이러한 경우, 제2 콜렉터층의 격자 상수 a_c2는 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계에 있는 격자 상수 a_c로서 사용된다. 즉, a_c2, a_b및 a_e 는 a_c2> a_b> a_e 또는 a_c2< a_b< a_e 의 관계를 만족한다. 제2 콜렉터층의 격자 상수 ac2 는 베이스층의 격자 상수 ab 와 비교적 크게 어긋나도 되고, a_c2 및 a_b는 ｜a_c2- a_b｜/a_b×100 > 0.3 (%)의 관계를 만족하여도 된다. 반면에, 제1 콜렉터층의 격자 상수 a_c1는 베이스층의 격자 상수 a_b의 값에 가까워도 되고, 제1 콜렉터층과 베이스층 간의 격자 부정합율이, 예를 들면, 0.1%보다 크지 않을 수 있다. 또한, a_c1과 a_b는 실질적으로 같고 서로 격자 정합 관계에 있어도 된다. 본 실시예는 콜렉터-베이스의 밴드 구조가 원하는 대로 형성되지 않아서 HBT의 특성에 변화를 초래하는경우에 유용하다. 본 실시예에 따르면, 상기한 바와 유사한 효과들은, 원하는 밴드 구조(구체적으로, 원하는 콜렉터-베이스의 밴드 갭)를 형성하도록 제1 콜렉터층의 격자 상수 a_c1을 제어하고, 베이스층의 격자 상수 a_b에 대해서 충분히 변형되도록 제2 콜렉터층의 격자 상수 a_c2를 제어함으로써 얻을 수 있다. 에미터층 및/또는 콜렉터층이 두 층으로 구성되는 실시예에 있어서, 각각의 격자 상수 간의 관계는 반드시 모든 온도에서 만족될 필요는 없고, 상기 관계는 최소한 접합 온도 T_j에서 만족되는 것으로 족하다.

또한, 에미터층 또는 콜렉터층의 어느 하나 뿐 아니라, 양자 모두가 두 층으로 구성되어도 좋다. 본 발명의 실시예에 있어서, 에미터층 및/또는 콜렉터층을 두 층으로 하는 HBT는 에미터-업 타입 또는 콜렉터-업 타입의 어느 것이어도 된다.

본 발명의 HBT는 Ⅲ-Ⅴ 또는 Ⅱ-Ⅵ의 HBT일 수 있다. Ⅲ-Ⅴ HBT는 In, Ga및 Al과 같은 Ⅲ족 원소 중에 적어도 한 원소와 P, As, Sb및 N과 같은 Ⅴ족 원소 중에 적어도 한 원소를 포함하고 있는 재료 층들을 사용하여 만들어 진다. 예를 들면, 상기 Ⅲ-Ⅴ HBT는 InGaP/GaAs 이종접합, InP/InGaAs 이종접합 등을 포함할 수 있다. Ⅱ-Ⅵ HBT는 Zn과 같은 Ⅱ족 원소 중에 적어도 한 원소와 Se와 같은 Ⅵ족 원소 중에 적어도 한 원소를 포함하고 있는 재료 층들을 사용하여 만들어 진다. 예를 들면, 상기 Ⅱ-Ⅵ HBT는 Zn/Se 이종접합 등을 포함할 수 있다.

해당 기술 분야에 있어서 알려진 바와 같이, HBT는 에미터층과 베이스층 간의 이종접합이나 베이스층과 콜렉터층 간의 이종접합 중 어느 하나를 가질 수도 있고, 양자 모두를 가질 수도 있다.

본 발명에 따른 HBT는 npn 타입 또는 pnp 타입의 어느 것이어도 된다.

본 발명의 하나의 요지에 있어서, 콜렉터층, 베이스층 및 에미터층을 포함하고, 이들 각 층이 a_c, a_b및 a_e의 서로 다른 격자 상수를 가지고, a_b의 값은 a_c와 a_e사이에 있는, 바꿔 말해, a_c, a_b및 a_e가 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계식을 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터 (HBT)가 제공된다.

본 발명에 따르면, HBT를 제조하는 기존의 장비와 공정을 대폭적으로 변경하지 않고서도 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 제공된다. 구체적으로, 특별한 원소를 도핑하지 않고서도 격자 변형으로 인한 응력 변형을 결정하기 위해서, a_c, a_b및 a_e의 관계를 적절히 설정함으로써 더 큰 활성화 에너지를 가지는 HBT를 실현할 수 있다. 따라서, HBT의 수명 시간(MTTF)이 기존의 HBT의 경우보다 더 길어진다.

기존의 에미터-업 HBT의 경우에 있어서, 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율은 바람직하게는 약 0.3% 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 0.1% 이하이다. 또한, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율은 바람직하게는 약 0.3% 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 콜렉터-업 HBT의 경우에 있어서, 베이스층에 대한 콜렉터층의 격자 부정합율은 바람직하게는 약 0.3% 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 0.1%이하이다. 또한, 에미터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율은 바람직하게는 0.3% 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 0.1% 이하이다.

이와 같이, 더욱 큰 활성화 에너지를 가지는 HBT는, 변형의 정도를 제한하기 위해 작은 격자 부정합율을 선택함으로써 실현될 수 있고, 이에 따라 HBT의 수명 시간은 실사용 온도 범위에서 길어진다.

내림순 또는 오름순으로 격자 상수를 가지는 반도체층들이 콜렉터, 베이스및 에미터층으로 사용되는 경우, 밴드 구조가 원하는 대로 형성되지 않아, HBT의 전기적 특성이 의도한 대로 얻어지지 않는 경우가 있다. 이러한 경우, 원하는 것으로부터 밴드 구조가 변하는 것을 회피하도록, 2층 구조를 가지는 에미터층 및/또는 콜렉터층을 사용함으로써 긴 수명 시간과 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 얻어질 수 있다.

에미터층은 두 층, 즉, 제1 및 제2 에미터층으로 구성될 수 있다. 제1 에미터층은 제1 에미터층의 일방의 면에서 베이스층과 접촉하고, 제2 에미터층은 제1 에미터층의 타방의 면에서 제1 에미터층과 접촉한다. 제1 및 제2 에미터층은 격자 상수 a_e1및 a_e2를 각각 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, a_e를 대신한 a_e2가 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하는 한, 베이스층에 대한 제2 에미터층의 격자 부정합율은 0.3%를 초과해도 된다. 본 실시예에 따르면, 베이스층에 대한 제1 에미터층의 격자 부정합율은, 예를 들면, 0.1% 이하로 충분히 작게 만들 수 있기 때문에, 종래의 밴드 구조를 유지하도록, 원하는 것으로부터 밴드 구조가 변하는 것을 피할 수 있다.

이는 콜렉터층이 두 층, 즉, 제1 및 제2 콜렉터층으로 구성된 경우에 대해서도 적용할 수 있다. 제1 콜렉터층은 제1 콜렉터층의 일방면에서 베이스층과 접촉하고, 제2 콜렉터층은 제1 콜렉터층의 타방에서 제1 콜렉터층과 접한다. 제1 및 제2 콜렉터층은 격자 상수 a_c1및 a_c2를 각각 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, a_c를 대신한 a_c2가 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하는 한, 베이스층에 대한 제2 콜렉터층의 격자 부정합율은 0.3%를 초과해도 된다. 본 실시예에 따르면, 베이스층에 대한 제1 콜렉터층의 격자 부정합율은, 예를 들면, 0.1% 이하로 충분히 작게 만들 수 있기 때문에, 종래의 밴드 구조를 유지하도록, 원하는 것으로부터 밴드 구조가 변하는 것을 피할 수 있다.

본 발명에 따른 a_c, a_b및 a_e의 관계는 본 발명의 효과가 실현되도록, 접합 온도에서 만족되는 것으로 충분하다.

본 발명의 좀 더 완전한 평가와 부수하는 많은 장점들은, 이하의 상세한 설명을 참조하고, 특히, 수반되는 도면들과 연결하여 고찰할 경우에 더욱 명백해 질 것이다:

도1a 내지 1c는 HBT 제조 방법을 설명하기 위해 두께 방향을 따라 절단한, 본 발명의 한 실시예의 HBT 단면도를 보여주는 공정도이다;

도2는 GaAs층의 격자 상수의 GaAs층의 C농도 의존성을 나타내는 그래프이다;

도3a 및 3b는 본 발명의 한 실시예의 샘플 No.1 내지 4및 5 내지 7의 HBT에 관한 신뢰도 시험 결과를 각각 나타내는 그래프이다;

도4는 (a)GaAs층, (b)C가 도핑된 GaAs층(4×10¹⁹cm^-3), (c)In_yGa_1-yP층 (y=0.46)및 (d)In_yGa_1-yP층(y=0.48) 에 대한 격자 상수의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다;

도5는 본 발명의 다른 실시예에 있어서 HBT의 개략 단면도를 나타낸다;

도6a 및 6b는 본 발명의 다른 실시예의 샘플 No.8 내지 10및 11 내지 13의 HBT에 관한 신뢰도 시험 결과를 각각 나타내는 그래프이다;

도7은 종래 기술에 있어서 일례로서, HBT의 개략단면도를 나타낸다;

도8은 종래 기술의 HBT에 대한 신뢰도 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예를 도면에 대해 상세히 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예는 에미터-업 InGaP/GaAs HBT 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 도1a 내지 1c는 본 실시예의 HBT (100)을 제조하는 방법을 설명하기 위한, 두께 방향에 따른 단면도를 개략적으로 보여주는 공정도이다.

도1c에 있어서, 본 실시예의 HBT (100)은 기판 (101)( 약 600㎛ 두께의 반절연 GaAs 기판)위에, 버퍼층 (102)(약 250㎛ 두께의 i-GaAs층), 서브 콜렉터층 (103)(약 500nm 두께, 약 5×10¹⁸cm^-3의 도펀트 농도를 가지는, Si가 도핑된 n-GaAs층), 콜렉터층 (104) (약 700nm 두께, 약 2×10¹⁶cm^-3의 도펀트 농도를 가지는, Si가 도핑된 n-GaAs층), 베이스층 (105) (약 80nm 두께의, C로 도핑된, 도펀트 농도(즉, C-농도)가 아래와 같이 제어되고 있는, p-GaAs층), 에미터층 (106) (약 25nm 두께, 약 5×10¹⁷cm^-3의 도펀트 농도를 가지는, Si가 도핑된, y는 아래 설명과 같이 정해지는 n-In_yGa_1-yP층), 콘택트층 (107) (약 50nm 두께, 약 5×10¹⁷cm^-3의 도펀트 농도를 가지는, Si가 도핑된 n-GaAs층), 그레이디드(graded)층 (108) (약 50nm 두께, 약 1×10¹⁹cm^-3의 도펀트 농도를 가지는, Si가 도핑된, x의 값이 0부터 0.5 이고 성장 방향으로 x값이 그 높이와 함께 점차적으로 변하는 n-In_xGa_1-xAs층)및 캡(cap)층 (109) (약 50nm 두께, 약 1×10¹⁹cm^-3의 도펀트 농도를 가지는, Si가 도핑된, z=0.5인 n-In_zGa_1-zAs층)가 순서대로 적층된 구조를 가졌다. HBT (100)에 있어서, 도1c에 나타난 바와 같이, 에미터 전극 (110) (전체 두께가 약 300nm인 WN/Pt/Ti/Pt/Au 또는 WSi/Pt/Ti/Pt/Au), 베이스 전극 (111) (전체 두께가 약 200nm인 Pt/Ti/Pt/Au)및 콜렉터 전극 (112) (전체 두께가 약 215nm인 AuGe/Ni/Au)이 캡층 (109), 에미터층 (106)및 서브 콜렉터층 (103)의 각각 위에 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 에미터층 (106)의 두께는 약 25nm로 정해진다. 에미터층의 두께는, 에미터층 (106)의 두께가 두꺼워질수록 활성화 에너지 Ea가 더 작아질 것으로 기대되기 때문에, 30nm보다 작은 것이 바람직하다.

HBT (100)는 이하와 같이 제조된다. 도1에 나타난 바와 같이, 버퍼층 (102), 서브 콜렉터층 (103), 콜렉터층 (104), 베이스층 (105), 에미터층 (106), 콘택트층 (107), 그레이디드층 (108) 및 캡층 (109)이 연속적으로, 예를 들면, MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy), CBE(Chemical Beam Epitaxy) 등과 같은 방법을 사용한 에피텍셜 성장에 의해 기판 (101) 위에 박막의 형태로 형성된다.

에피텍셜 성장에 의한 이러한 층들의 형성은, GaAs층에 대해서는 TEG (트리에틸 갈륨) 과 AsH₃(아르신); InGaP층에 대해서는 TEG, TMIn(트리메틸 인듐)및 PH₃(포스핀); InGaAs층에 대해서는 TEG, TMIn및 AsH₃의 원료 가스를 각각 사용하여 실행될 수 있다. AsH₃대신에 TBA(터셔리 부틸 포스핀)가 사용될 수도 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, p형 층에는 p형 도펀트로서 C를 도핑하였고, C도핑 층을 형성할 경우에, 예를 들면, TMG(트리메틸 갈륨)이 도핑 재료로서 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, n형 층에는 n형 도펀트로서 Si를 도핑하였고, Si 도핑 층을 형성할 경우에, 예를 들면, SiH₄(모노실렌) 및/또는 Si₂H₆(다이실렌)이 도핑 재료로서 사용될 수 있다. Si 이외에, 예를 들면, Sn, Se, 또는 Te가 n형 도펀트로서 n형 층에 도핑될 수 있고, 이 경우에는, 예를 들면, TESn(트리에틸 틴), DESe(다이에틸 셀리늄), DeTe(다이에틸 텔루륨)이 각각 도핑 재료로서 사용된다. 도핑할 경우의 도핑 재료 및 원료 가스의 유속, 에피텍셜 성장을 위한 장치 내의 온도와 압력 등은, 형성될 층의 조성 및 도핑할 경우의 도펀트 농도에 따라, 당해 기술 분야의 당업자에 의해 선택될 수 있다.

상기의 박막층이 형성된 후, 에미터 전극 하부층이 되는, 장벽(barrier)층 (110a) (약 100nm의 두께의 WN 또는 WSi층) 이 스퍼터링(sputtering)에 의해 캡층 (109) 박막 위의 표면 전체에 걸쳐 형성된다. 그리고 나서, 포토레지스트 마스크(photoresist mask)(도시하지 않음)가 장벽층 (110a) 위에 형성된다. 도1a에 나타난 바와 같이, 장벽층은 폭 1㎛ ×길이 20㎛ 의 크기를 가지도록 에칭 된다. 그 후, 사용된 포토레지스트 마스크는 제거된다.

다음의 도1b에 있어서, 캡층 (109), 그레이디드층 (108)및 콘택트층 (107)은 상기에 형성된 장벽층 (110a)을 마스크로 한 습식(wet) 에칭에 의해 부분적으로 제거되고, 에미터 메사(mesa)가 형성된다.

그리고 나서, 에미터 전극 및 베이스 전극이 형성될 소정의 영역을 제외한 노출된 표면 위에 레지스트 마스크(도시하지 않음)가 형성된다. Pt, Ti, Pt및 Au는 증착에 의해 순차적으로 적층된다. 그 후, 마스크는 제거된다. (이러한 공정을 리프트-오프(Lift-off) 방법이라고 한다.) 이에 의해, 에미터 전극 상부층 (110b) 및 베이스 전극 (111)(Pt/Ti/Pt/Au, 금속층 당 약 50nm의 두께) 는 장벽층 (110a)의 전 표면과 에미터층 (106)의 소정의 영역 각각의 위에 동시에 형성된다. 그 결과, 장벽층(에미터 전극 하부층) (110a) 및 에미터 전극 상부층 (110b)이 적층되고, 에미터 전극 (110)이 만들어진다.

다음에, 도1c에 있어서, 포토레지스트 마스크(도시하지 않음) 가 에미터 전극 (110) 및 베이스 전극 (111)에 걸쳐 형성된다. 에미터층 (106), 베이스층 (105)및 콜렉터층 (104)은 서브 콜렉터층 (103)이 노출될 때까지 습식 에칭에 의해 부분적으로 제거되고, 베이스 메사가 형성된다. 그 후, 사용된 포토레지스트 마스크는 제거된다.

그리고 나서, 콜렉터 전극 (112)(AuGe/Ni/Au, 두께가 각각 약 100nm, 약 15nm, 약 100nm)이 상기 방법과 유사하게, 서브 콜렉터층 (103)의 소정의 영역에 형성된다. 그에 따라, 얻어진 기판은 콜렉터 전극 (112)과 베이스 전극 (111)을 합금하기 위한 열처리를 행한다. 이에 의해, 콜렉터 전극 (112)와 서브 콜렉터층 (103) 간의 오믹 접속(ohmic contact)이 확보될 뿐만 아니라, 베이스 전극의 합금층이 에미터층 (106)을 침투함으로써, 베이스 전극 (111)과 베이스층 (105) 간의 오믹 접속이 확보된다.

다음으로, 포토레지스트 마스크는 콜렉터 메사를 위해 에칭 영역이 아닌 노출된 표면 위에 형성되고, 습식 에칭은 서브 콜렉터층 (103)으로부터 버퍼층 (102)이 노출될 때까지 행해져서, 콜렉터 메사가 도1c에 나타난 바와 같이 형성된다. 그 후, 사용된 포토레지스트 마스크는 제거된다.

상기한 바와 같이, 도1c에 나타난 본 실시예의 HBT (100) 가 제작된다.

이러한 HBT (100)에 있어서, 베이스층 (105)인 p-GaAs층 내의 C농도(도펀트 농도) 및 에미터층 (106)인 n-In_yGa_1-yP층의 혼합비 y는 콜렉터층 (104)의 격자 상수 a_c, 베이스층 (105)의 격자 상수 a_b및 에미터층 (106)의 격자 상수 a_e가 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하도록 적절히 선택될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 콜렉터층 (104)으로서 GaAs층의 동일한 재료를 사용함으로써 a_c를 고정시키고, 표 1에 나타낸 바와 같이, 베이스층 (105)인 p-GaAs층 내의 C농도를 약 4×10¹⁹cm^-3또는 약 1×10²⁰cm^-3(도2를 참조하여 아래에 설명된)으로 설정함에 의해 a_b를 변화시키고, 에미터층 (106)인 n-In_yGa_1-yP층의 혼합비 y를 약 0.44 내지 0.52의 범위 내에서 변경함에 의해 a_e또한 변화시킴으로써 다양한 HBT가 제작된다.

C 농도가 높아질수록 GaAs층의 격자 상수가 작아진다는 사실은 당해 기술 분야에 알려져 있다. 발명자는 본 발명의 실시에 앞서, GaAs층 내의 C농도를 변화시키고, 상기 순서에 따라 격자 상수를 상온(RT, 약 20 내지 30℃)에서 측정함으로써, 격자 상수와 C 농도 간의 상호 관계를 얻었다. 참고로 도2에 그 결과를 나타낸다. 도2의 “격자 부정합율(ppm)" 은 (a₁-a₀)/a₀×10⁶의 계산으로부터 얻어진다. 여기서 a₀는 도핑되지 않는 GaAs층의 격자 상수, a₁는 C가 도핑된 p-GaAs층의 격자 상수이다. 도핑되지 않은 GaAs층의 격자 상수 a₀는 기준 온도 T₀(300K=약 27℃)에서 약 5.654 Å이다. 따라서, 당해 기술 분야의 당업자는 본 발명자에 의해 얻어진 도2의 상호 관계를 기초로 하여, 원하는 격자 상수를 가지는 GaAs층을 형성할 수 있다.

상기한 바대로 제작된 본 실시예의 HBT에 대해서, X선 회절기를 사용하여 상기 순서에 따라, 격자 상수 a_c, a_b및 a_e가 사전에 측정 또는 결정된다. 결과는 표2에 나타내었다. 표2의 격자 상수는 상온(RT, 약 20 내지 30℃)에서의 값이고, 기준 온도 T₀=약 27℃(상기 방정식(3) 참조)에서의 격자 상수 α₀로 간주할 수 있다. 접합 온도 T_j가 90℃라고 가정하면, 90℃의 접합 온도 T_j에서의 격자 상수 α는, 표2에 나타난 기준 온도 T₀에서의 각 격자 상수 α₀에 대해서 방정식(3)의 소정의 온도 T₁에 90℃를 대입함으로써 계산되어진다. 결과는 표3에 나타내었다. β값은 GaAs층에 대해서는 약 6.86×10^-6K^-1, InGaP층에 대해서는 약 5.0×10^-6K^-1로 알려져 있다. 표2 및 표3에 있어서, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율 (즉, ｜a_b- a_c｜/a_c×100(%)) 및 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율(즉, ｜a_e- a_b｜/a_b×100(%)) 또한 a_b,a_e에 각각 부기된 괄호 안에 나타나 있다. (이하 표6 및 7에도 동일하게 적용된다)

이에 따라 얻어진 HBT에 신뢰도 시험을 수행한다. 신뢰도 시험의 전기적 조건들은 이하와 같다: 에미터-콜렉터 전압 V_CE=3.0V; 전류 밀도 J_C=100kA/cm². 환경 온도(이를테면, 접합 온도)를 매개 변수로 하여 이를 변화시키면서, MTTF(즉, 파괴까지의 평균 시간)를 각 온도에 대해서 측정하였다. HBT의 파괴의 판정은, 전류이득, hfe, 이 초기값의 80% 이하가 될 때 결정된다. MTTF는 시험 시작시부터 파괴시까지의 기간이다.

회귀선은 측정된 MTTF 의 아레니우스 플롯으로부터 각 HBT에 대해 얻어진다. 회귀선은 도3a 및 도3b에 나타내었다. 도3a는 샘플 No.1 내지 4 (GaAs층의 C 농도가 약 4×10¹⁹cm³)의 회귀선을 나타내고, 도3b는 샘플 No.5 내지 7(GaAs층의 C 농도가 약 1×10²⁰cm³)의 회귀선을 나타낸다(첨부된 도면에 화살표로 가리키는 샘플 번호들). 또한, 각 HBT에 대한 활성화 에너지 Ea는 회귀선으로부터 얻어진다. 결과는 표4에 나타내었다.

표2 및 3에 있어서, 샘플 No.1 내지 7의 HBT 중에서, 샘플 No. 1, 2, 5및 6의 HBT는 a_c> a_b> a_e의 관계를 만족하므로, 본 발명의 예에 해당한다. 한편, 샘플 No.3, 4, 7의 HBT는 비교예들이다.

표2 내지 4로부터 a_c> a_b> a_e의 관계가 만족되면 더 큰 Ea가 얻어진다는 것을 알 수 있다(샘플 No.1, 2, 5및 6). a_c> a_b> a_e의 관계가 만족되어도, a_b의 값에 비해 a_e의 값이 훨씬 작은 경우, Ea는 적어지는 경향을 보인다(샘플 No.1 내지 5를 No.2 내지 6과 각각 비교할 것). 그러나, 상기 관계(샘플 No.1, 2, 5및 6)는 만족되지만, 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율이 바람직하게 0.3% 이하일 경우, 얻어진 Ea 값은 2.0eV 이상이었고, 저온에서 HBT의 수명시간의 연장이 확인되었다. 특히, 샘플 No.2 및 6에 대한 Ea값은 3.0eV 이상이었다. 이에 따라, 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율이 0.1% 이하일 때, 더욱 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 실현된다.

a_e의 값은 동일하나 a_b의 값이 다른 조건 하에서, 샘플 No.1 및 2를 No.5 및 6과 각각 비교했을 경우, a_b가 a_c에 더 가까운 샘플인 No.1 및 2의 Ea값이, 샘플 No.5 및 6보다 더 큰 값을 가졌다. 이는 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율이 보다 작기 때문에 기인하는 것이다. 이에 따라, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율은 바람직하게 0.3%이하이고, 더욱 바람직하게 0.1%이하이다.

샘플 No.2 및 6의 HBT에 있어서, 3.0eV 이상의 높은 활성화 에너지 Ea가 얻어졌다. 샘플 No.2 및 6인 HBT의 접합 온도 T_j=230℃에서의 MTTF는 각각 약 150만 시간 및 130만 시간이었다(도시하지 않음). 종래 기술 분야의 HBT중에서 HBT(c)는 가장 높은 활성화 에너지를 가졌고, 그에 따라 MTTF는 접합 온도 T_j=230℃(도8의 라인(c)를 참조)에서 약 12만 시간이었다. HBT(c)의 신뢰도 시험에 있어서, 전기적조건들이 본 실시예의 경우보다 완화된 조건이었음에도 불구하고, 본 실시예의 MTTF는 HBT(c)의 경우보다 약 10배 가량 더 길었다. 또한, 본 실시예의 MTTF는 약 200℃와 같은 저온에 있어서는 HBT(c)의 경우보다 100배 이상의 값을 가진다는 것이 확인되었다.

상기에 있어서, 디바이스 특성들의 개선은 상온 및 접합 온도에서의 a_c, a_b및 a_e(또한 격자 부정합율)의 관계에 기초하여 고려되었다. 다음으로, 격자 상수의 온도 의존성이 또한 검토한다. 상기의 방정식(3)으로부터 이해되는 바와 같이, 격자 상수는 온도에 비례하여 거의 직선적으로 증가한다. 일례로서, 샘플 No.2의 HBT로 사용한 각 층에 대해서, 격자 상수의 온도 의존성을 나타내는 직선을 도4에 나타내었다. 직선(a)는 GaAs층(도핑되지 않은, 콜렉터층)의 격자 상수 a_c에 대응된다. 직선(b)는 C가 도핑된 GaAs층(C농도가 4×10¹⁹cm^-3, 베이스층)의 격자 상수 a_b에 대응된다. 직선(c)는 In_yGa_1-yP층(y=0.46, 에미터층)의 격자 상수 a_e에 대응된다. 또한, 비교를 위해서, 직선(d)가 또한 도4에 나타나 있는데, 이는 In_yGa_1-yP층(y=0.48, 에미터층)의 격자 상수 a_e에 대응된다.

직선(a) 내지 (c)로부터 이해되는 바와 같이, 샘플 No.2의 HBT는 도면에 나타난 전 영역의 온도에 있어서 a_c> a_b> a_e의 관계를 만족한다. 이에 따라, 긴 수명 시간과 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 확실히 실현된다.

다음으로, 샘플 No.2의 HBT에 있어서, 직선(c)의 In_yGa_1-yP층(y=0.46)을 대신하는 직선(d)의 In_yGa_1-yP층(y=0.48)을 가지는 HBT를 검토한다. 이 경우, 120℃미만의 온도 범위에서 직선(d)는 직선(b)보다 위쪽에 위치한다. 따라서, a_c, a_b및 a_e는 a_c> a_b, a_b< a_e가 되고, a_c> a_b> a_e의 관계는 이 범위에서 만족되지 않는다. 반면에, 120℃ 이상의 온도 범위에서, 직선(d)는 직선(b)에 위치하고, a_c> a_b> a_e의 관계가 만족된다. 이에 따라, 접합 온도가 120℃ 이상인 한, 긴 수명 시간과 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 얻어진다.

상기한 바와 같이, 격자 상수에 대한 온도의 영향을 고려하면서, 적어도 HBT의 접합 온도에서 a_c> a_b> a_e의 관계가 만족되도록 본 발명은 실행될 수 있다. 예를 들면, 열저항 R=60℃/W, 콜렉터-에미터 전압 V_ce=3V및 콜렉터 전류 I_c=300mA 인 경우, 접합 온도 T_j=약 80℃가 되므로, 적어도 이 온도에서 소정의 관계를 만족하도록 격자 상수 a_c, a_b및 a_e를 선택하는 것이 요망된다.

[실시예 2]

본 실시예는 에미터-업 InP/InGaAs HBT 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 도5는 본 실시예의 HBT (400)의 단면도를 개략적으로 나타낸다.

도5에 있어서, 본 실시예의 HBT (400)는 기판 (401) (반절연 InP기판, 약 625㎛의 두께) 위에, 서브 콜렉터층 (402) ( w=0.53, Si가 도핑된, 도펀트 농도가약 5×10¹⁸cm^-3, 두께가 약 400nm인 n-In_wGa_l-wAs층), 콜렉터층 (403) (y는 하기한 바와 같이 설정된, 도핑되지 않고, 두께가 약 300nm인 i-In_yGa_l-yAs층), 베이스층 (404) (x는 하기한 바와 같이 설정된, C-도핑된, 도펀트 농도가 약 1×10¹⁹cm^-3,두께가 약 50nm인 p-In_xGa_1-xAs), 에미터층 (405) (Si도핑된, 도펀트 농도가 약 3×10¹⁷cm^-3, 두께가 약 25nm인 n-InP층), 콘택트층 (406) (Si도핑된, 도펀트 농도가 약 2×10¹⁹cm^-3, 두께가 약 20nm인 n-InP층)및 캡층 (407) (z=0.53, Si도핑된, 도펀트 농도가 약 3×10¹⁹cm^-3, 두께가 약 100nm인 n-In_zGa_l-zAs층)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. HBT (400)에 있어서, 도5에 나타난 바와 같이, 에미터 전극 (408), 베이스 전극 (409)및 콜렉터 전극 (410) (각 금속층에 대한 두께가 약 50nm, 약 50nm, 약 100nm이고, 전체 두께가 약 200nm인 Ti/Pt/Au)이 캡층 (407), 베이스층 (404)및 서브 콜렉터층 (402) 위에 각각 형성된다.

본 실시예의 HBT (400)은 당해 기술 분야의 당업자라면 실시예 1의 HBT (100) 제조 방법을 참조하여 제조할 수 있을 것이다.

본 HBT (400)에 있어서, 콜렉터층 (403)인 In_yGa_1-yAs층의 혼합비 y 및 베이스층 (404)인 In_xGa_1-xAs층의 혼합비 x는, 콜렉터층 (403)의 격자 상수 a_c, 베이스층 (404)의 격자 상수 a_b및 에미터층 (405)의 격자 상수 a_e가 a_c> a_b> a_e또는 a_c<a_b< a_e의 관계를 만족하도록 적절하게 선택될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 에미터층 (405)인 InP층의 동일한 재료를 사용하여 a_e를 일정하게 하고, 표5에 나타난 바와 같이 베이스층 (404)인 In_xGa_1-xAs층의 혼합비 x를 약 0.52 또는 약 0.54로 설정함으로써 a_b를 변화시키고, 콜렉터층 (403)인 In_yGa_1-yAs층의 혼합비 y를 약 0.48 내지 0.56의 범위에서 변경시킴으로써 a_c를 또한 변화시면서, 여러 가지 HBT를 제조하였다.

상기한 바와 같이 제조된 본 실시예의 HBT에 대해서, 격자 상수 a_c, a_b및 a_e는 실시예 1과 유사하게 사전에 측정 또는 결정되었다. 결과는 표6에 나타내었다. 표6의 격자 상수는 상온(RT, 약 20 내지 30℃)에서의 값이고, 기준 온도 T₀=약27℃(상기 방정식(3) 참조)에서의 격자 상수 α₀로 간주할 수 있다. 접합 온도 T_j가 150℃라고 가정하면, 150℃의 접합 온도 T_j에서의 격자 상수는, 실시예 1과 유사한 방법으로 방정식 (3)에 의하여, 표6의 기준 온도 T₀에서 각 격자 상수에 대하여 계산되었다. 결과는 표7에 나타내었다. β값은 InGaAs층에 대해서는 약 5.69×10^-6K^-1, InP층에 대해서는 약 4.75×10^-6K^-1로 알려져 있다.

이에 따라 얻어진 HBT에 실시예 1과 유사하게 신뢰도 시험을 하였다. 회귀선은 측정된 MTTF의 아레니우스 플롯으로부터 각 HBT에 대해 얻어진다. 회귀선은도6a 및 도6b에 나타나 있다. 도6a는 샘플 No.8 내지 10 (In_xGa_1-xAs층의 혼합비 x가 약 0.52)의 회귀선을 나타내고, 도6b는 샘플 No.11 내지 13(In_xGa_1-xAs층의 혼합비 x가 약 0.54)의 회귀선을 나타낸다. 또한, 각 HBT에 대한 활성화 에너지 Ea는 회귀선으로부터 얻어진다. 결과는 표8에 나타나 있다.

표6 및 7에 있어서, 샘플 No.8 내지 13의 HBT 중에서, 샘플 No.9 내지 12의 HBT는 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하고, 샘플 No.11 및 12의 HBT는 a_c> a_b> a_e의 관계를 만족하므로, 본 발명의 예에 해당한다.

표6 내지 8로부터 a_c< a_b< a_e(샘플 No.9 및 10) 또는 a_c> a_b> a_e(샘플 No.11 및 12)의 관계가 만족되면 더 큰 Ea가 얻어진다는 것을 알 수 있다. a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하여도, a_c의 값이 a_b의 값보다 훨씬 작은 경우, Ea는 작아지는 경향을 보였다(샘플 No.9를 10과 비교하라). 또한, a_c> a_b> a_e의 관계를 만족하여도, a_c의 값이 a_b의 값보다 훨씬 크다면 Ea는 역시, 작아지는 경향을 보였다(샘플No.11을 12와 비교하라). 그러나, 상기의 관계를 만족하면서(샘플 No.9, 10, 11및 12)콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율이 바람직하게 0.3% 이하인 경우, 얻어진 Ea의 값은 2.0eV 이상이었고, HBT의 수명 시간(MTTF)이 저온에서 연장되는 것이 확인되었다. 특히, 샘플 No.9 및 12에 대한 Ea의 값은 3.0eV 이상이었다. 이에 따라, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율이 0.1% 이하일 경우, 특히 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 실현되었다.

상기한 바와 유사하게, 베이스층에 대한 에미터층의 격자 부정합율은 약 0.3% 이하일 경우 바람직하고, 약 0.1% 이하일 경우에 더욱 바람직하다.

본 발명의 두 실시예가 앞에서 상술되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 두 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 방법으로 개조될 수 있을 것이다. 본 발명의 HBT는 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계가 만족되는 한, 임의의 적절한 구조를 가질 수 있고, 임의의 적절한 재료로 구성될 수도 있다.

상기 실시예 1 및 (2)는 에미터층이 콜렉터층 및 베이스층보다 기판에 대해 상측에 위치하도록, 콜렉터층, 베이스층및 에미터층이 기판 위에 순서대로 적층되어 있는 에미터-업 HBT에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 콜렉터층이 에미터층 및 베이스층보다 기판에 대해 상측에 위치하도록, 에미터층, 베이스층, 콜렉터층이 기판 위에 순서대로 적층되어 있는 콜렉터-업 HBT에 대해서도 적용할 수 있다. 후자의 경우, 베이스층에 대한 콜렉터층의 격자 부정합율 및 에미터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율 중 적어도 하나가, 바람직하게는 양자 모두가 0.3% 이하이어야 하며, 바람직한 것은 0.1% 이하인 것이다.

또한, 실시예 1 및 (2)의 HBT에는 넓은 밴드 갭이 에미터층에만 형성되는 싱글 HBT에 대해 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 넓은 밴드 갭이 에미터층 뿐만 아니라 콜렉터층에도 형성되는 더블 HBT에 대해서도 적용가능하다. 예를 들면, 실시예 1에 있어서 콜렉터층은 InGaP층과 같이 다른 층이어도 된다. 이 경우, 각 층의 격자 상수가 a_c> a_b> a_e또는 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하도록 적절히 제어함으로써 현실적으로 개선된 HBT를 얻는 것이 가능하다.

실시예 1의 HBT에는 버퍼층, 서브 콜렉터층, 콘택트층, 그레이디드층및 캡층이 제공되고, 실시예 2의 HBT에는 서브 콜렉터층, 컨택층및 캡층이 제공된다. 그러나, 이러한 층들은 본 발명의 실시에 반드시 필요한 것이 아니라고 알려져 있다.

[실시예 3]

본 실시예는 실시예 1이 변형된 것이고, 두 층으로 구성된 에미터를 가지는 HBT에 관한 것이다. 도1c의 HBT에 있어서, 본 실시예의 HBT는, 에미터층 (106)은, 제1 에미터층 (106a) (y=0.46, Si가 도핑된, 도펀트 농도가 약 5×10¹⁷cm^-3, 두께가 약 23nm인 n-In_yGa_1-yP층)이 베이스층 (105) 위에 적층되고, 제2 에미터층 (106b) (y'=0.43, Si가 도핑된, 도펀트 농도가 약 5×10¹⁷cm-3, 두께가 약 25nm인 n-In_y'Ga_1-y'P층) 이 제1 에미터층 (106a) 위에 적층된 구성을 가진다는 것을 제외 하고는, HBT (100)과 실질적으로 같은 구조를 가진다. 본 실시예에 있어서, 베이스층 (105)인 p-GaAs층 내의 C농도는 약 1×10²⁰cm^-3이다. 본 실시예의 HBT는 해당 기술분야의 당업자라면 상기한 실시예 1을 참조하여 제조할 수 있을 것이다.

상기한 대로 제조된 본 실시예의 HBT에 있어서, 격자 상수 a_c, a_b및 a_e는 실시예 1과 유사한 방법으로 사전에 측정 또는 결정된다. 결과는 표9에 나타내었다. 표9의 격자 상수는 상온(RT, 약 20 내지 30℃)에서의 값이고, 기준 온도 T₀=약 27℃(상기 방정식(3) 참조)에서의 격자 상수 α₀로 간주할 수 있다. 접합 온도 T_j가 85℃라고 가정하면, 85℃의 접합 온도 T_j에서의 격자 상수는, 실시예 1과 유사한 방법으로 방정식(3)에 의해, 표9의 기준 온도 T₀에서의 각 격자 상수에 대해서 계산되어진다. 결과는 표10에 나타내었다. 표9 및 표10에 있어서, 콜렉터층에 대한 베이스층의 격자 부정합율 (즉, ｜a_b- a_c｜/a_c×100(%)), 베이스층에 대한 제1 에미터층의 격자 부정합율(즉, ｜a_e1- a_b｜/a_b×100(%))및 베이스층에 대한 제2 에미터층의 격자 부정합율(즉, ｜a_e2- a_b｜/a_b×100(%)) 또한, a_b, a_e1, a_e2각각에 부기된 괄호 안에 나타내었다.

표9 및 10으로부터 콜렉터층의 격자 상수 a_c, 베이스층의 격자 상수 a_b및 제2 에미터층의 격자 상수 a_e2가 a_c> a_b> a_e2의 관계를 만족함을 알 수 있다. 베이스층에 대한 제2 에미터층의 격자 부정합율은 0.32%로서 0.3% 보다 크다는 것을 알 수 있다. 반면에, 베이스층에 대한 제1 에미터층의 격자 부정합 비율은 0.05%로서 0.1%보다 작다.

본 실시예에 따르면, 제1 에미터층이 HBT의 특성(구체적으로 에미터-베이스의 밴드 갭)에 큰 기여를 한 것이므로, 제1 에미터층에 대한 적절한 재료를 선택함으로써 원하는 밴드 구조를 실현할 수 있고, HBT의 특성을 유지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 제2 에미터층이 베이스층에 대해 0.3%를 초과하여 변형되도록 제2 에미터층과 베이스층의 격자 상수가 서로 부정합 관계에 있으므로, 제2 에미터층의 변형은 제1 에미터층과 베이스층에 영향을 주어 높은 신뢰도를 가지는 HBT를얻게 한다.

본 실시예에 있어서, 제1 에미터층은 약 25nm의 두께를 가졌지만, 제1 에미터층은 10nm 이하와 같이 더 얇은 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 얇은 제1 에미터층은, 제1 에미터층이 제2 에미터층에 의해 더 영향을 받기 쉬우므로, 높은 신뢰도를 얻으면서도 HBT의 특성이 더 쉽게 제어될 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 실시예 3에 있어서, 에미터층은 두 층으로 구성되었지만, 콜렉터-베이스의 밴드 구조의 변화가 문제되는 경우에는 콜렉터층이 두 층으로 구성되어도 된다. 또한, 에미터층과 콜렉터층 모두가 두 층으로 구성되어도 된다.

본 발명에 따르면, HBT를 제조하기 위한 기존 설비 및 공정을 대폭적으로 변경하지 않고도 높은 신뢰도를 가지는 HBT가 실현된다.

본 발명은 실시예 1 내지 (3)을 참조하여 상술 되었지만, 본 발명은 이러한 예들에만 제한되지 않고, 본 발명의 영역과 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개조를 할 수 있다.

본 명세서는 발명의 명칭이 “이종접합 바이폴라 트랜지스터”인, 2002년 10월 30일 및 2003년 9월 10일에 각각 출원된 일본 특허 출원 Nos. 2002-316011및 2003-318668에 대해서 파리 조약을 기초로 하여 우선권을 주장한다. 이들 명세서의 내용은 전체에 덧붙여 참고적으로 여기에 포함된다.

Claims

콜렉터층, 베이스층 및 에미터층을 포함하고, 콜렉터층, 베이스층 및 에미터층이 각각 다른 격자 상수 a_c, a_b및 a_e를 가지고, a_b의 값이 a_c와 a_e사이에 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, a_c, a_b및 a_e의 값이 a_c> a_b> a_e의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, a_c, a_b및 a_e의 값이 a_c< a_b< a_e의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 에미터-업 타입이고, a_e및 a_b의 값이 ｜a_e- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.3(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제4항에 있어서, a_e및 a_b의 값이 ｜a_e- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.1(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 에미터-업 타입이고, a_b및 a_c의 값이 ｜a_b- a_c｜/a_c×100 ≤ 0.3(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제6항에 있어서, a_b및 a_c의 값이 ｜a_b- a_c｜/a_c×100 ≤ 0.1(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 콜렉터-업 타입이고, a_c및 a_b의 값이｜a_c- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.3(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제8항에 있어서, a_c및 a_b의 값이 ｜a_c- a_b｜/a_b×100 ≤ 0.1(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 콜렉터-업 타입이고, a_b및 a_e의 값이 ｜a_b- a_e｜/a_e×100 ≤ 0.3(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제10항에 있어서, a_b및 a_e의 값이 ｜a_b- a_e｜/a_e×100 ≤ 0.1(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, InGaP/GaAs 이종접합이 이용된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, InP/InGaAs 이종접합이 이용된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, 에미터층은 제1 에미터층 및 제2 에미터층을 포함하고, 제1 에미터층은 베이스층과 제2 에미터층 사이에 배치되고, 제1 및 제2 에미터층은 격자 상수 a_e1및 a_e2를 각각 갖고, a_e2의 값은 a_e의 값에 대응하고, a_e2및 a_b는 ｜a_e2- a_b｜/a_b×100 > 0.3(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, 콜렉터층은 제1 콜렉터층 및 제2 콜렉터층을 포함하고, 제1 콜렉터층은 베이스층과 제2 콜렉터층 사이에 배치되고, 제1 및 제2 콜렉터층은 격자 상수 a_c1및 a_c2를 각각 갖고, a_c2의 값은 a_c의 값에 대응하고, a_c2및 a_b는 ｜a_c2- a_b｜/a_b×100 > 0.3(%)의 관계를 만족하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
제1항에 있어서, a_b의 값은 접합 온도에서 a_c의 값과 a_e의 값 사이에 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.