KR100573720B1 - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
도핑되지 않은 GaN 채널층(1), 채널층(1) 위에 형성된 n형 Al0.2Ga0.8N 장벽층(2), 장벽층(2) 위에 선택적으로 형성된 p형 Al0.1Ga0.9N 반도체층(3), 반도체층(3)의 양측면 중 하나에 위치하고, 장벽층(2) 위에 형성된 드레인 전극(4), 적어도 반도체층(3)과 드레인 전극(4) 사이에서, 반도체층(3)에 인접한 장벽층(2) 위에 형성된 절연막(7) 및, 절연막(7) 위에 형성된 필드 판전극(8)을 구비하는 전력 반도체소자가 개시된다. An undoped GaN channel layer 1, an n-type Al 0.2 Ga 0.8 N barrier layer 2 formed on the channel layer 1, and a p-type Al 0.1 Ga 0.9 N semiconductor layer selectively formed on the barrier layer 2 (3 ), A barrier located on either side of the semiconductor layer 3 and adjacent to the semiconductor layer 3, at least between the drain electrode 4 formed on the barrier layer 2, at least between the semiconductor layer 3 and the drain electrode 4. A power semiconductor device comprising an insulating film 7 formed on the layer 2 and a field plate electrode 8 formed on the insulating film 7 is disclosed.
Description
본 발명은 전력제어에 사용되는 전력 반도체소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 질화물 반도체, 쇼트키 장벽 다이오드(SBD) 등을 이용하는 측면형(lateral type) 전력 FET에 관한 것이다. The present invention relates to a power semiconductor device used for power control. In particular, the present invention relates to lateral type power FETs using nitride semiconductors, Schottky barrier diodes (SBDs), and the like.
스위칭 소자 및 다이오드와 같은 전력 반도체소자는 스위칭 모드 전원 및 인버터(inverter) 회로 등의 전력제어 회로에 사용된다. 전력 반도체소자는 높은 항복전압과 낮은 ON 저항과 같은 특성을 필요로 한다. 전력 반도체소자의 항복전압과 ON 저항 사이에는 소자 재료에 의해 결정되는 트레이드 오프(trade-off) 관계가 존재한다. 최근 기술의 발전에 따라, 주요 소자 재료, 즉 실리콘의 한계에 가까운 낮은 ON 저항이 전력 반도체소자에서 실현된다. ON 저항을 더욱 감소시키기 위해, 소자 재료를 변경할 필요가 있다. GaN 및 AlGaN 등과 같은 질화물 반도체나 실리콘 카바이드(SiC), 넓은 밴드 갭(band gap) 반도체가 스위칭소자 재료로 사용된다. 그렇게 함으로써, 상기 재료에 의해 결정되는 트레이드 오프 관계를 향상시키는 것이 가능하고, 낮은 ON 저항을 달성할 수 있다. GaN 및 AlGaN 등과 같은 질화물 반도체를 이용하는 HEMT(High Electron Mobility Transistor)가 아래의 문서에 개시되어 있다. 그 문서는 "IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS"의 "VOL.23, No.10. OCTOBER 2002, page 598-590"에 개시된 "Coffie 등"에 의한 "p-Capped GaN-AlGaN-GaN High Electron Mobility Transistors" 이다.Power semiconductor devices such as switching devices and diodes are used in power control circuits such as switching mode power supplies and inverter circuits. Power semiconductor devices require characteristics such as high breakdown voltage and low ON resistance. There is a trade-off relationship determined by the device material between the breakdown voltage and the ON resistance of the power semiconductor device. With recent advances in technology, low ON resistance near the limits of the main device material, silicon, is realized in power semiconductor devices. In order to further reduce the ON resistance, it is necessary to change the device material. Nitride semiconductors such as GaN and AlGaN, silicon carbide (SiC), and wide band gap semiconductors are used as the switching device materials. By doing so, it is possible to improve the trade-off relationship determined by the material, and to achieve a low ON resistance. High Electron Mobility Transistors (HEMT) using nitride semiconductors such as GaN and AlGaN are disclosed in the following documents. The document is "p-Capped GaN-AlGaN-GaN High Electron Mobility Transistors" by "Coffie et al." Disclosed in "VOL. 23, No. 10. OCTOBER 2002, page 598-590" of "IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS". .
최근, 넓은 밴드 갭 반도체를 이용하는 전력 반도체소자에 대한 연구는 종종 있어 왔다. GaN 등과 같은 질화물 반도체에서, 낮은 ON 저항이 실현되었다. 그러나, 전력 소자에 고유한 특성, 즉 애벌랜치 저항능력(avalanche withstand capability)을 고려하는 설계는 만들어지지 않았다. 이것은 GaN 기반의 소자가 무선 주파수(RF) 소자에 기초하여 설계되었기 때문이다. In recent years, research on power semiconductor devices using wide band gap semiconductors has often been conducted. In nitride semiconductors such as GaN, low ON resistance has been realized. However, no design has been made that takes into account the inherent characteristics of the power device, namely avalanche withstand capability. This is because GaN-based devices are designed based on radio frequency (RF) devices.
더욱이, FET에서 필드 판전극(field plate electrode)이 제공되고, 따라서 높은 항복전압이 달성된다. 상기의 기법은, 예컨대 일본국 특허공개공보 평5-21793호, 제2001-230263호, 일본국 특허 제3271613호에 개시되어 있다. Moreover, a field plate electrode is provided in the FET, thus high breakdown voltage is achieved. The above technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. Hei 5-21793, 2001-230263, and Japanese Patent No. 3231613.
본 발명의 목적은 높은 애벌랜치 저항능력 및 매우 낮은 ON 저항을 갖는 전력 반도체소자를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a power semiconductor device having a high avalanche resistance and a very low ON resistance.
본 발명의 이러한 관점에 따라, 도핑되지 않은 AlXGa1-XN(0≤X≤1)의 제1반도체층, 제1반도체층의 일 표면 위에 형성된 도핑되지 않은 또는 n형 AlYGa1-YN(0≤Y≤1, X<Y)의 제2반도체층, 제2반도체층 위에 선택적으로 형성된 p형 AlZGa1-ZN(0≤Z≤1)의 제3반도체층, 제3반도체층의 양측면 중 하나에 위치하고, 제2반도체층 위에 형성된 제1전극, 적어도 제3반도체층과 제1전극 사이에서, 제3반도체층에 인접한 제2반도체층 위에 형성된 절연막 및, 절연막 위에 형성된 필드 판전극을 구비한 전 력 반도체소자가 제공된다. According to this aspect of the invention, an undoped or n-type Al Y Ga 1 formed on one surface of the first semiconductor layer, the first semiconductor layer of undoped Al X Ga 1-X N (0 ≦ X ≦ 1) A second semiconductor layer of -Y N (0≤Y≤1, X <Y), a third semiconductor layer of p-type Al Z Ga 1-Z N (0≤Z≤1) selectively formed on the second semiconductor layer, A first electrode formed on one of both sides of the third semiconductor layer and formed on the second semiconductor layer adjacent to the third semiconductor layer, at least between the first electrode formed on the second semiconductor layer, and at least between the third semiconductor layer and the first electrode; Provided is a power semiconductor device having formed field plate electrodes.
본 발명에 의한 전력 반도체소자는 AlGaN 기반의 헤테로 접합 구조를 결합시킴으로써 고이동도를 갖는 2차원 전자가스를 생성하고, 전류가 수송되는 캐리어로서 생성된 전자가스를 이용하므로, 낮은 ON 저항이 실현된다. 넓은 밴드 갭을 갖는 질화물 반도체가 사용되고, 필드 판 구조가 채용되므로, 높은 항복전압이 실현된다. 더욱이, p형 AlGaN 층이 반도체층의 표면에 형성되므로, 애벌랜치 항복이 발생할 때 정공을 신속하게 방출하는 것이 가능하다. 따라서, 높은 애벌랜치 저항능력이 얻어질 수 있다. 애벌랜치 항복이 일어나는 점이 반도체 내, 즉 p-n 접합 표면에 존재하고, 필드 판전극의 말단과 같은 보호막과 반도체 사이의 인터페이스에 존재하지 않는다. 그렇게 함으로써, 열에 의한 불안정 인터페이스를 방지하는 것이 가능하고, 따라서 높은 신뢰성을 갖는 소자를 실현하는 것이 가능하다. The power semiconductor device according to the present invention generates a two-dimensional electron gas having a high mobility by combining an AlGaN-based heterojunction structure, and uses an electron gas generated as a carrier for carrying current, thereby achieving low ON resistance. . Since a nitride semiconductor having a wide band gap is used and a field plate structure is adopted, a high breakdown voltage is realized. Furthermore, since the p-type AlGaN layer is formed on the surface of the semiconductor layer, it is possible to quickly release holes when avalanche breakdown occurs. Thus, high avalanche resistance can be obtained. Avalanche breakdown occurs in the semiconductor, i.e., at the p-n junction surface, and is not present at the interface between the semiconductor and the protective film, such as the end of the field plate electrode. By doing so, it is possible to prevent an unstable interface due to heat, and thus it is possible to realize an element having high reliability.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도, 1 is a cross-sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 제1실시예의 제1변형예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,2 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a first modification of the first embodiment;
도 3은 제1실시예의 제2변형예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도, 3 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a second modification of the first embodiment;
도 4는 제1실시예의 제3변형예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도, 4 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a third modification of the first embodiment;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,5 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
도 6의 (a) 및 (b)는 상기 제2실시예를 설명하기 위한 단면도 및 특성 다이어그램,6 (a) and 6 (b) are cross-sectional views and characteristic diagrams for explaining the second embodiment;
도 7의 (a) 내지 (c)는 상기 제2실시예를 설명하기 위한 단면도 및 특성 다이어그램, 7 (a) to 7 (c) are cross-sectional views and characteristic diagrams for explaining the second embodiment;
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,8 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,9 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention;
도 10은 제4실시예의 변형예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도, 10 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment;
도 11는 본 발명의 제5실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,11 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention;
도 12는 제5실시예의 제1변형예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,12 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a first modification of the fifth embodiment;
도 13의 (a) 및 (b)는 제5실시예의 제2변형예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도 및 평면도,13A and 13B are a cross-sectional view and a plan view schematically illustrating a power semiconductor device according to a second modification of the fifth embodiment;
도 14는 본 발명의 제6실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,14 is a sectional view schematically showing a power semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention;
도 15는 본 발명의 제7실시예에 따른 전력 반도체소자를 개략적으로 나타낸 단면도,15 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention;
도 16의 (a) 및 (b)는 상기 제7실시예를 설명하기 위한 단면도 및 특성 다이어그램이다. (A) and (b) are sectional drawing and characteristic diagram for demonstrating the said 7th Example.
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 전체 도면을 통해 상응하는 부분에는 동일한 참조번호가 부여된다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Corresponding parts are designated by like reference numerals throughout the drawings.
(제1실시예)(First embodiment)
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 접합형(junction type) 전력 HEMT(High Electron Mobility Transistor)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a junction type power HEMT (High Electron Mobility Transistor) according to a first embodiment of the present invention.
HEMT는 도핑되지 않은 AlXGa1-XN(0≤X≤1)로서 GaN층(X=0)을 포함하는 채널층(1)을 구비한다. 채널층(1)의 두께는 항복전압 600V를 얻기 위해 약 1 내지 2㎛로 설정된다. 장벽층(2)은 0.02㎛의 두께를 갖고 n형 AlYGa1-YN(0≤Y≤1, X<Y)로서 채널층(1)의 표면(일측)에 형성된다. 장벽층(2)은 Si가 불순물로서 약 1013(atom/cm2)의 양으로 도핑된 Al0.2Ga0.8N 층(Y=0.2)을 포함한다. 더욱이, 반도체층(3)은 0.01㎛의 두께를 갖고 p형 AlZGa1-ZN(0≤Z≤1)로서 장벽층(2) 위에 선택적으로 형성된다. 반도체층(3)은 Mg가 불순물로서 도핑된 Al0.1Ga0.9N 층(Z=0.1)을 포함한다. The HEMT comprises a
Ti/Al/Ni/Au로 이루어진 드레인 전극(4)(D:제1전극)과 소스 전극(5)(S:제2전 극)은 장벽층(2) 위의 상기 반도체층(3)의 양면에 서로 분리되어 형성된다. 상기 드레인 및 소스 전극(4,5)은 각각 장벽층(2)의 표면과 전기적으로 접속된다. The drain electrode 4 (D: first electrode) and the source electrode 5 (S: second electrode) made of Ti / Al / Ni / Au are formed of the
Pt 또는 Ni/Au로 이루어진 게이트 전극(6)(G:게이트 전극)은 반도체층(3) 위에 형성된다. 게이트 전극(6)은 반도체층(3)의 표면과 전기적으로 접속된다. A gate electrode 6 (G: gate electrode) made of Pt or Ni / Au is formed on the
상기 게이트 전극(6) 및 주변의 장벽층(2) 연속적으로 덮기 위해, 절연막(7)이 형성된다. Ti/Al/Ni/Au로 이루어진 필드 판전극(8;field plate electrode)이 게이트 전극(6)과 드레인 전극(4) 사이에 위치하도록 절연막(7) 위에 형성된다. 필드 판전극(8)은 소스 전극(5)과 전기적으로 접속된다. In order to cover the
상기한 구조를 갖는 HEMT는, 채널층(1)의 표면영역에 형성된 공핍층의 깊이가 게이트 전극(6)에 인가된 전압에 따라 제어되는 접합형 FET로 동작한다. 따라서, 소스 및 드레인 전극(5,4) 사이를 흐르는 전류는 공핍층의 깊이에 따라 제어된다. The HEMT having the above structure operates as a junction type FET in which the depth of the depletion layer formed in the surface region of the
제1실시예의 HEMT에서, 넓은 밴드 갭을 갖는 AlXGa1-XN, AlYGa1-Y
N 및, AlZGa1-ZN와 같은 질화물 반도체가 소자 재료로서 사용된다. 따라서, 임계필드(critical field)가 강화되고, 소자의 높은 항복전압이 실현될 수 있다. 필드 판전극(8)은 항복전압을 결정하는 게이트와 드레인 사이에 형성된다. 따라서, 전압이 인가되면, 게이트 전극(6)과 드레인 전극(4) 사이에 인가된 전기장이 낮아지고, 항복전압의 감소가 방지될 수 있다. 고이동도를 갖는 2차원 전자 가스가 장벽층(2)과 채널층(1)을 포함하는 AlGaN/GaN 헤테로 인터페이스(hetero interface)에 생성되고, 따라 서 낮은 ON 저항이 실현될 수 있다. In the HEMT of the first embodiment, nitride semiconductors such as Al X Ga 1-X N, Al Y Ga 1-Y N, and Al Z Ga 1-Z N having a wide band gap are used as the device materials. Therefore, the critical field is strengthened, and the high breakdown voltage of the device can be realized. The
더욱이, p형 반도체층(3)이 n형 장벽층(2) 위에 형성된다. 그러므로, 애벌랜치 항복이 소자에서 발생한다면, 생성된 정공은 재빨리 p형 반도체층(3)으로 이동하고, 따라서 높은 애벌랜치 저항능력이 실현된다. Moreover, the p-
더욱이, p형 반도체층(3)이 장벽층(2) 위에 형성되므로, 다음의 효과, 즉 게이트 누설전류가 감소된다는 효과가 얻어진다. Furthermore, since the p-
일반적인 HEMT 구조에서, 항복전압은 게이트의 쇼트키 접합에 생성된 전기장에 의해 결정된다. 반대로, 상기 실시예의 HEMT 구조에서는, p형 반도체층(3)과 n형 장벽층 사이의 p-n 접합에 생성된 전기장이 상기 항복전압을 결정한다. 즉, 쇼트키 접합 소자의 특성 불균일성이 커지기 쉬운 구조와 비교할 때, 항복점은 반도체층 내에 존재한다. 따라서, 다음의 효과, 즉 항복전압의 불균일성이 방지된다. In a typical HEMT structure, the breakdown voltage is determined by the electric field generated at the Schottky junction of the gate. In contrast, in the HEMT structure of the embodiment, the electric field generated at the p-n junction between the p-
더욱이, 일반적인 HEMT 구조에서, 높은 전기장이 게이트 쇼트키 인터페이스, 필드 판 말단, 반도체와 보호막(passivation film) 사이의 금속 인터페이스 등에 생성된다. 이러한 이유로, 애벌랜치 항복이 상기의 점에서 발생하도록 설계된다면, 열에 의한 특성변화가 발생하기 쉽다. 반대로, 상기 실시예의 HEMT 구조에서, 항복점은 반도체층의 pn 접합에 존재한다. 따라서, 애벌랜치 항복의 안정성이 증가하고, 높은 신뢰성을 가진 소자가 실현된다. Moreover, in a typical HEMT structure, high electric fields are generated in gate schottky interfaces, field plate ends, metal interfaces between semiconductors and passivation films, and the like. For this reason, if avalanche breakdown is designed to occur at this point, a change in characteristics due to heat is likely to occur. In contrast, in the HEMT structure of the above embodiment, the yield point exists at the pn junction of the semiconductor layer. Therefore, the stability of avalanche breakdown increases, and a device with high reliability is realized.
필드 판전극(8)은 소스 전극(5)과 접속되므로, 사이의 게이트/드레인 캐패시턴스는 작아지고, 따라서 고속의 스위칭 동작이 실현된다.
Since the
p형 Al0.1Ga0.9N 층을 포함하는 반도체층(3)은 채널층(1) 및 장벽층(2)과 함께 결정 성장에 의해 균일하게 형성된다. 이후, 반도체층(3)이 패터닝되고 식각에 의해 형성된다. 또는, 반도체층(3)은 결정 성장에 의해 형성되고, 이후 선택적 산화 프로세스에 의해 형성된다. 또는, 채널층(1) 및 장벽층(2)은 결정 성장에 의해 형성되고, 이후 반도체층(3)은 선택적 성장에 의해 그 층들의 표면에 형성될 수 있다. The
(제1실시예의 제1변형예)(First modification of the first embodiment)
도 2는 제1변형예에 따라 도 1에 도시된 전력 HEMT의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 전력 HEMT에서, 유전층(7)이 게이트 전극(6) 및 주변의 장벽층(2)을 연속적으로 덮기 위해 형성되고, 필드 판전극(8)이 소스 전극(5)에 전기적으로 접속되었다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of the power HEMT shown in FIG. 1 according to the first modification. In the power HEMT shown in FIG. 1, a
반대로, 도 2의 전력 HEMT는 다음의 구조를 갖는다. 즉, 유전층(7)이 반도체층(3)과 드레인 전극(4) 사이에 위치할 수 있도록 형성되고, 반도체층(3)에 인접해 있다. 게이트 전극(6)은 반도체층(3)의 상부 표면 외에 유전층(7) 까지 연장되도록 형성된다. 즉, 제1변형예에 따르면, 게이트 전극(6)은 도 1에 도시된 필드 판전극(8)으로서 동시에 기능한다. In contrast, the power HEMT of FIG. 2 has the following structure. In other words, the
변형예의 전력 HEMT는 도 1과 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 더욱이 필드 판전극 및 게이트 전극은 함께 형성될 수 있다. 따라서, 다음의 효과가 얻어진다. 즉, 제조 프로세스가 도 1과 비교할 때 단순화될 수 있다. The modified power HEMT can achieve the same effect as that of FIG. 1, and furthermore, the field plate electrode and the gate electrode can be formed together. Thus, the following effects are obtained. That is, the manufacturing process can be simplified when compared with FIG.
(제1실시예의 제2변형예)(2nd modification of 1st Example)
도 3은 제2변형예에 따른 도 1에 도시된 전력 HEMT의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3의 전력 HEMT은 게이트 전극(6)이 반도체층(3)의 드레인 전극(4)측에 인접한 장벽층(2)까지 연장되도록 형성된다는 점에서 도 1과 다르다. 즉, 도 3의 전력 HEMT에서, 게이트 전극(6)은 장벽층(2)과 쇼트키 접합을 형성한다. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of the power HEMT shown in FIG. 1 according to a second modified example. The power HEMT of FIG. 3 differs from FIG. 1 in that the
제2변형예에 따르면, 게이트 전극(6)은 장벽층(2)과 쇼트키 접속을 형성한다. 그러나, 반도체층(3)이 게이트 전극(6)과 접속되기 때문에, 정공이 애벌랜치 항복 시에 반도체층(3)을 통해 방출되고, 따라서 높은 애벌랜치 저항능력이 도 1의 경우에서와 같이 실현된다. 더욱이, 도 1의 경우와 동일한 효과가 얻어진다. According to the second variant, the
(제1실시예의 제3변형예)(Third Modified Example of First Embodiment)
도 4는 제3변형예에 따른 도 1에 도시된 전력 HEMT의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3의 전력 HEMT에서, 게이트 전극(6)이 반도체층(3)의 드레인 전극(4)측에 인접한 장벽층(2)의 표면에 까지 연장되도록 형성되었다. 반면, 도 4의 전력 HEMT에서는, 게이트 전극(6)이 반도체층(3)의 소스 전극(5)에 인접한 장벽층(2) 표면에 까지 연장되도록 형성된다. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of the power HEMT shown in FIG. 1 according to a third modified example. In the power HEMT of FIG. 3, the
제3변형예에 따라, 게이트 전극(6)은 장벽층(2)과 쇼트키 접속을 형성한다. 그러나, 반도체층(3)이 게이트 전극(6)과 접속되기 때문에, 정공이 애벌랜치 항복 시에 반도체층(3)을 통해 방출되고, 따라서 높은 애벌랜치 저항능력이 도 1의 경우와 같이 실현된다. 더욱이, 도 1의 경우와 동일한 효과가 얻어진다. According to the third variant, the
(제2실시예) Second Embodiment
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 접합형 전력 HEMT의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1의 전력 HEMT에서, p-AlGaN 층을 포함하는 반도체층(3)은 게이트 전극(6)과 동일한 길이로 형성되었다. 즉, 드레인 전극(4)측의 반도체층(3) 말단이 동일한 측면에 있는 게이트 전극(6) 말단의 위치에서 정렬된다. 5 is a schematic cross-sectional view of a structure of a junction type power HEMT according to a second embodiment of the present invention. In the power HEMT of FIG. 1, the
반대로, 제2실시예의 전력 HEMT에서는, p-AlGaN 층을 포함하는 반도체층(3)은, 드레인 전극(4)측의 말단이 드레인 전극(4)측의 게이트 전극(6) 말단으로부터 드레인 전극(4)측으로 연장되도록 형성된다. 더욱이, 반도체층(3)은 드레인 전극(4)측의 말단이 필드 판전극(8)의 아래에 위치할 수 있도록 형성된다. In contrast, in the power HEMT of the second embodiment, in the
도 6의 (a)는 도 5의 전력 HEMT 반도체층(3)의 말단 영역을 확대한 단면도이고, 도 6의 (b)는 도 5의 전력 HEMT가 동작할 경우 장벽층(2)에서의 전기장 분포를 나타낸 특성 다이어그램이다. FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view of an end region of the power
도 5에 도시된 바와 같이, 반도체층(3)은 드레인 전극(4)의 측면에 있는 말단이 필드 판전극(8)의 아래에 위치할 수 있도록 형성된다. 그렇게 함으로써, 도 6의 (b)에서 보여지는 바와 같이, 필드가 집중된 점은 반도체층(3)의 말단과 필드 판전극(8)의 말단에 존재한다. 도 6의 (b)에서, 특성 커브(21;선)은 절연막(7)이 소정 두께로 두껍게 형성된 경우를 나타내고, 반면에 특성 커브(22)는 절연막(7)이 소정 두께로 얇게 형성된 경우를 나타낸다. As shown in FIG. 5, the
더욱 구체적으로, 필드 판전극(8) 하부의 유전층(7)은 적절한 두께를 갖도록 형성되고, 따라서 애벌랜치 항복이 발생하는 점, 즉 전기장이 최대로 되는 점은 반도체층(3)의 말단에 설정된다. 그러므로, 애벌랜치 항복시 정공은 빠르게 방출되므 로, 충분한 애벌랜치 저항능력이 확보될 수 있다. More specifically, the
다음은 전기장이 반도체층(3)의 말단에서 최대가 되도록 절연막(7)의 두께를 설정하는 방법에 관한 설명이다. 도 7의 (a)는 도 5에 도시된 전력 HEMT 반도체층(3)의 말단 영역을 확대한 단면도이다. 도 7의 (b)는 도 5의 전력 HEMT가 동작할 경우 수평 방향에서 전기장 분포를 나타낸 특성 다이어그램이다. 도 7의 (c)는 도 5의 전력 HEMT가 동작할 경우 수직 방향에서 전기장 분포를 나타낸 특성 다이어그램이다. 도 7의 (b) 및 (c)에서, 드레인 전극(4)측의 반도체층(3) 말단의 점은 A로 설정되고, 필드 판전극(8) 말단 하부의 장벽층(2)의 점은 B로 설정되며, 필드 판전극(8) 말단의 점은 C로 설정된다. 상기 점 A 내지 C의 전기장은 각각 EA, EB, EC
로 설정된다. 더욱이, 점 A로부터 B 까지의 거리, 즉 필드 판전극(8)의 길이는 L로 설정되고, 절연막(7)의 두께는 t로 설정된다. The following is a description of the method of setting the thickness of the insulating
각 점의 전기장의 크기 및 각 요소의 치수에 기초할 때, A와 B 점 사이의 전압(VAB) 및 C와 B 점 사이의 전압(VCB)은 다음의 수학식에 의해 각각 표현된다. Based on the magnitude of the electric field of each point and the dimension of each element, the voltage V AB between the points A and B and the voltage V CB between the points C and B are each expressed by the following equation.
필드 판전극(8)의 전위는 반도체층(3)의 전위와 거의 동등하고, 따라서 전압 (VAB)은 전압(VCB)와 동등하다. 전기 유속밀도(electric flux density)는 지속되므로, 전기장(EB)과 전기장(EC) 사이의 관계는 다음의 수학식 3과 같이 표현된다. The potential of the
여기에서, εi는 절연막(7)의 유전상수(상대 유전율)이고, εS는 장벽층(2)의 유전상수이다. 상기 수학식 1 내지 3은 전기장 EA와 EB 사이의 관계가 결정될 수 있도록 변형된다. 상기 관계는 다음의 수학식 4에 의해 표현된다.Here, ε i is the dielectric constant (relative permittivity) of the insulating
이러한 경우, 전기장(EA)은 전기장(EB) 보다 크게 설정되고, 따라서 애벌랜치 저항능력이 커진다. 그러므로, 수학식 4에 의해 표현된 EA와 EB의 비는 1 보다 크게 설정된다. 상기한 것에 기초하여 수학식 4를 변형하면 다음의 수학식 5가 얻어진다. In this case, the electric field E A is set larger than the electric field E B , and therefore the avalanche resistance is large. Therefore, the ratio of E A and E B represented by equation (4) is set larger than one. The following equation (5) is obtained by modifying the equation (4) based on the above.
따라서, 상기 수학식 5에 의해 표현된 관계를 만족하도록 절연막(7)의 두께(t)와 필드 판전극의 길이(L)를 설정하는 것이 바람직하다.
Therefore, it is preferable to set the thickness t of the insulating
만일 필드 판전극의 길이(L)가 2㎛로 설정되고, 절연막(7)이 SiO2로 이루어지며, AlGaN 층을 포함하는 장벽층(2)의 구성비가 0.2로 설정된다면, 유전상수(εi,εS)는 각각 3.9와 9.3이다. 따라서, 절연막(7)의 두께가 0.83㎛ 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. If the length L of the field plate electrode is set to 2 μm, the insulating
AlGaN 및 GaN 등과 같은 넓은 밴드 갭 반도체에서, 임계 필드는 절연막의 유전 항복 필드에 가깝다. 만일 절연막(7)의 유전 항복전압이 애벌랜치 항복전압보다 작다면, 유전 항복전압이 소자의 항복전압을 결정한다. 이러한 경우, 소자의 항복전압과 동등한 전압이 소자에 인가되면, 소자는 파괴된다. 반도체층의 임계 필드가 절연막의 유전 항복 필드와 동등하다면, 도 7의 (c)에 도시된 점 C의 전기장(EC)은 도 7의 (b)에 도시된 점 A의 전기장(EA) 보다 작게 된다. 이렇게 함으로써, 유전 항복을 피할 수 있게 된다. In wide band gap semiconductors such as AlGaN and GaN, the critical field is close to the dielectric breakdown field of the insulating film. If the dielectric breakdown voltage of the insulating
상기 수학식 1 내지 3이 EA와 EC 사이의 관계가 결정될 수 있도록 변형되는 경우, 상기 관계는 다음의 수학식 6에 의해 표현된다. When
상기 수학식 6에 의해 표현된 비가 1 보다 커지게 되고, 따라서 유전 항복을 피할 수 있게 된다. 그러므로, 다음의 수학식 7이 만족되도록 절연막(7)의 두께(t)와 필드 판전극의 길이(L)를 설정하는 것이 바람직하다.
The ratio represented by
동일하게, 만일 필드 판전극의 길이(L)가 2㎛로 설정되고, 절연막(7)이 SiO2로 이루어지며, AlGaN 층을 포함하는 장벽층(2)의 구성비가 0.2로 설정된다면, 유전상수(εi,εS)는 각각 3.9와 9.3이다. 따라서, 절연막(7)의 두께(t)가 1.4㎛ 이상으로 설정되는 것이 바람직하다. Similarly, if the length L of the field plate electrode is set to 2 mu m, the insulating
(제3실시예)(Third Embodiment)
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 접합형 전력 HEMT의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 게이트와 드레인 사이의 거리가 도 1에 도시된 측면형 전력소자의 항복전압을 결정하므로, 상기 거리를 길게 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 항복전압과 관계가 없는 소스와 게이트 사이의 거리는 짧게 한다. 이것은 ON 저항을 감소시키는데 기여한다. 제3실시예에 의한 전력 HEMT에서, 게이트와 드레인 사이의 거리는 높은 항복전압과 낮은 ON 저항을 달성하기 위해 게이트와 소스 사이의 거리보다 더 넓게 설정된다. 더욱 구체적으로, 거리 Lgd는 거리 Lgs 보다 더 넓게 설정된다. 즉, 거리 Lgd는 드레인 전극(4)측의 게이트 전극(6) 말단과 게이트 전극(6)측의 드레인 전극(4) 말단 사이의 거리이다. 거리 Lgs는 소스 전극(5)측의 게이트 전극(6) 말단과 게이트 전극(6)측의 소스 전극(5) 말단 사이의 거리이다. 8 is a schematic cross-sectional view of a structure of a junction type power HEMT according to a third embodiment of the present invention. Since the distance between the gate and the drain determines the breakdown voltage of the side power device shown in Fig. 1, it is preferable to lengthen the distance. Moreover, the distance between the source and the gate which is not related to the breakdown voltage is shortened. This contributes to reducing the ON resistance. In the power HEMT according to the third embodiment, the distance between the gate and the drain is set wider than the distance between the gate and the source to achieve high breakdown voltage and low ON resistance. More specifically, the distance Lgd is set wider than the distance Lgs. That is, the distance Lgd is the distance between the
도 8은 드레인 전극(4)측의 반도체층(3) 말단이 필드 판전극(8) 아래에 위치하는 경우를 나타낸다. 그러나, 제3실시예는 상기와 같은 배치에 국한되지 않고, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체층(3)은 드레인 전극(4)측의 말단이 게이트 전극(6)의 말단과 정렬하도록 형성될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(6)은 반도체층(3)의 드레인 전극(4)측에 인접한 장벽층(2)의 표면으로 연장되도록, 또는 소스 전극(5)의 측면으로 연장되도록 형성될 수 있다. FIG. 8 shows a case where the terminal of the
(제4실시예)(Example 4)
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 접합형 전력 HEMT의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 9에 도시된 전력 HEMT는 다음의 점에서 도 1에 도시된 것과 다르다. 즉, Mg가 불순물로서 도핑된 GaN 층(W=0)을 포함하는 반도체층(9)이 채널층(1)의 뒷면(다른 면)에 p형 AlWGa1-WN(0≤W≤1)로서 형성된다. Pt로 이루어진 후면전극(10)이 반도체층(9)의 표면에 더욱 형성된다. 이러한 경우, 후면전극(10)은 소스 전극(5)과 전기적으로 접속된다. 9 is a schematic cross-sectional view of a structure of a junction type power HEMT according to a fourth embodiment of the present invention. The power HEMT shown in FIG. 9 differs from that shown in FIG. 1 in the following points. That is, a
상기 구조를 갖는 전력 HEMT에서, 애벌랜치 항복이 발생할 때 생성된 정공은 반도체층(9) 및 후면전극(10)을 통해 방출되고, 따라서 애벌랜치 저항능력을 더욱 강화하는 것이 가능해 진다. In the power HEMT having the above structure, holes generated when avalanche breakdown occurs are emitted through the
(제4실시예의 변형예)(Modification of the fourth embodiment)
도 10은 제4실시예의 변형예를 나타낸 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 채널층(1)의 두께 td는 게이트 전극(6)과 드레인 전극(4) 사이의 거리 Lgd 보다 작게 설정된다. 그렇게 함으로써, 애벌랜치 항복은 채널층(1)과 반도체층(9) 사이의 접합에서 발생하기 어렵게 되고, 따라서 채널층(1)의 두께가 항복전압을 결정 하게 된다. 이러한 경우, 채널층(1)의 두께는 결정 성장에서 조절되므로, 항복전압에 거의 변화가 없는 소자를 제조하는 것이 가능하다. 반도체층(9)에 포함된 불순물의 농도는 높아지고, 따라서 정공이 빠르게 방출되며, 결국 높은 애벌랜치 저항능력이 예상된다. 10 is a sectional view showing a modification of the fourth embodiment. As shown in FIG. 10, the thickness td of the
제4실시예와 변형예의 HEMT에서, 채널층(1)의 후면에 반도체층(9)에 대해 형성된 콘택트는 기판의 후면으로부터 꺼내어진다. 반도체층(9)에 대한 콘택트는 소스 전극(5)과 동일한 표면으로부터 꺼내어질 수 있다. 이러한 경우, 도전성 기판이 필요 없게 된다. In the HEMTs of the fourth embodiment and the modification, the contacts formed to the
p형 반도체층(9)은 채널층(1)에서 생성된 정공을 빠르게 방출하고, 따라서 반도체층(9)이 채널층(1)과 동일하거나 더 좁은 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 반도체층(9)의 구성비(W)가 채널층(1)의 구성비(X)와 동일하거나 더 작은 것이 바람직하다. The p-
(제5실시예)(Example 5)
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 측면형 GaN-MISFET의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 11 is a schematic cross-sectional view of a structure of a lateral GaN-MISFET according to a fifth embodiment of the present invention.
제5실시예에 의한 MISFET에서, 게이트 절연막(11)이 도 5에 도시된 HEMT에 부가된다. 더욱 구체적으로는, 게이트 절연막(11)이 반도체층(3)과 주위의 장벽층(2)을 연속적으로 덮도록 형성된다. 게이트 전극(6)은 반도체층(3) 위에 위치한 게이트 절연막(11) 위에 형성된다. 이러한 경우, 게이트 절연막(11)에는 반도체층(3)이 개구 영역을 통해 게이트 전극과 전기적으로 접속되도록 개구 영역이 부분적으 로 형성된다. In the MISFET according to the fifth embodiment, the
상기 구조를 갖는 MISFET에서, 채널층(1)의 표면은 게이트 전극(6)에 인가된 전압에 따라 반전된 채널로 형성된다. 소스 전극(5) 및 드레인 전극(4) 사이에 흐르는 전류는 반전된 채널의 형성 상태에 따라 제어된다. In the MISFET having the above structure, the surface of the
상기 실시예의 MISFET에서, 넓은 밴드 갭을 갖는 AlXGa1-XN, AlYGa1-Y
N 및, AlZGa1-ZN와 같은 질화물 반도체가 소자 재료로 사용된다. 따라서, 임계 필드를 향상시키고, 소자에서 높은 항복전압을 실현하는 것이 가능하다. 필드 판전극(8)은 항복전압을 결정하는 게이트와 드레인 사이에 형성된다. 이 때문에, 전압이 인가될 때 게이트 전극(6)과 드레인 전극(4) 사이에 인가된 전기장이 경감되고, 따라서 항복전압의 감소를 방지하는 것이 가능하다. 고이동도를 갖는 2차원 전자 가스가 장벽층(2)과 채널층 사이의 헤테로 인터페이스에서 생성되고, 따라서 낮은 ON 저항이 실현된다. In the MISFET of the above embodiment, nitride semiconductors such as Al X Ga 1-X N, Al Y Ga 1-Y N, and Al Z Ga 1-Z N having a wide band gap are used as the device materials. Therefore, it is possible to improve the critical field and to realize high breakdown voltage in the device. The
p형 반도체층(3)이 n형 장벽층(2) 위에 형성된다. 따라서, 소자에서 애벌랜치 항복이 발생할 경우, 생성된 정공은 p형 반도체층(3)으로 빠르게 이동하므로, 높은 애벌랜치 효과가 얻어진다. The p-
더욱이, p형 반도체층(3)은 장벽층(2) 위에 형성되므로, 게이트 누설 전류가 감소된다는 효과가 얻어질 수 있다. Moreover, since the p-
상기 실시예의 구조에서, p형 반도체층(3)과 n형 장벽층(2) 사이의 p-n 접합에서의 전기장이 항복전압을 결정한다. 항복점이 반도체층 내에 존재하므로, 항복 전압의 불균일성이 방지된다는 효과가 얻어진다. In the structure of this embodiment, the electric field at the p-n junction between the p-
상기 실시예의 구조에서, 항복점은 반도체층의 p-n 접합 내에 존재한다. 따라서, 애벌랜치 항복이 안정성 있게 증가하고, 높은 신뢰성을 갖는 소자가 실현될 수 있다. In the structure of this embodiment, the yield point is in the p-n junction of the semiconductor layer. Thus, avalanche breakdown increases stably, and an element with high reliability can be realized.
필드 판전극(8)이 소스 전극(5)과 접속되기 때문에, 게이트와 드레인 사이의 캐패시턴스가 작아지고, 따라서 고속의 스위칭 동작이 실현될 수 있다. Since the
반도체층(3)이 게이트 전극(6)과 전기적으로 접속되므로, 다음의 효과, 즉 작은 게이트 누설 전류를 얻을 수 있다는 효과가 있다. Since the
(제5실시예의 제1변형예)(First modification of the fifth embodiment)
도 12는 제5실시예의 제1변형예에 따른 MISFET을 도시한다. 도 12에 도시된 MISFET에서 보여지는 바와 같이, 게이트 절연막(11)은 반도체층(3)이 게이트 전극(6)으로부터 절연되도록 개구 영역 없이 형성될 수 있다. MISFET이 상기와 같은 구조를 가지므로, 게이트 누설 전류를 대폭 감소하는 것이 가능하다. 12 shows a MISFET according to a first modification of the fifth embodiment. As shown in the MISFET shown in FIG. 12, the
이러한 경우, 반도체층(3)은 전위적으로 부유 상태(floating state)가 되도록 게이트 전극과 전기적으로 접속되지 않으며, 따라서 정공은 반도체층(3)으로 방출되지 않는다. 이러한 이유 때문에, 변형예의 MISFET에서, 소스 전극(5)은 반도체층(3)의 상부 영역까지 부분적으로 연장될 수 있도록 형성된다. 그렇게 함으로써, 반도체층(3)은 소스 전극(5)과 전기적으로 접속된다. 따라서, 애벌랜치 전류가 반도체층(3)을 통해 소스 전극(5)으로 흐르나, 게이트 전극(6)으로는 흐르지 않는다. 이 때문에, 게이트 전극(6)을 구동시키기 위한 게이트 구동 회로에 대한 부하를 감 소시키는 것이 가능하다. In this case, the
또한, 반도체층(3)과의 인터페이스 상태가 작은 것이 바람직하다. 이 때문에, 다음의 막이 바람직한 게이트 절연막(11)으로 사용된다. 즉, AlGaN 층을 산화한 AlXGa2-XO3 막과 같은 산화막, CVD 프로세스에 의해 증착된 Al2
O3, SiN 등과 같은 절연막이 포함된다. Moreover, it is preferable that the interface state with the
만일 반도체층(3)의 분순물 농도가 너무 높다면, 이것은 게이트 전극에 인가된 전압에 의해 생성되는 반전된 채널의 제어 특성을 악화시키는 요인이 된다. 즉, 게이트 전극(6)의 상호 컨덕턴스가 작아진다. 반대로, 만일 반도체층(3)의 불순물 농도가 너무 낮다면, 정공을 방출할 때 방출 저항이 커진다. 따라서, 상기한 두가지 관점을 고려할 때, 반도체층(3)의 불순물 농도는 장벽층(2)과 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. If the concentration of impurities in the
(제5실시예의 제2변형예)(2nd modification of 5th Example)
도 13의 (a) 및 도 13의 (b)는 도 12에 도시된 전력 MISFET의 제2변형예에 따른 구조를 개략적으로 나타낸 단면도 및 평면도이다. 도 12에 도시된 전력 MISFET에서, 반도체층(3)은 게이트 폭 방향으로 전체 표면 위에 형성되었다. 13A and 13B are cross-sectional views and a plan view schematically illustrating a structure according to a second modification example of the power MISFET shown in FIG. 12. In the power MISFET shown in FIG. 12, the
반대로, 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)에 도시된 전력 MISFET에서, 반도체층(3)은 게이트 폭 방향으로 직사각형 모양과 같이 형성된다. 반도체층(3)은 상기 모양을 가지므로, 게이트 문턱전압과 ON 저항의 제어가 가능해진다. In contrast, in the power MISFET shown in Figs. 13A and 13B, the
반도체층(3)이 직사각형 모양으로 형성되므로, 게이트 하부에는 반도체층(3) 이 형성되는 영역과, 형성되지 않는 영역의 양자가 존재한다. 반도체층(3)이 형성되는 영역에는, 게이트 문턱전압이 높고, 더욱이 게이트와 소스 사이의 채널 저항과 오프셋 저항이 크다. 반대로, 반도체층(3)이 게이트 하부에 형성되지 않는 영역에서는 게이트 문턱전압이 낮고, 더욱이 게이트와 소스 사이의 채널 저항과 오프셋 저항이 작다. Since the
소자 전체에서는, 전자 및 후자 영역이 동시에 동작된다. 따라서, 문턱전압이나 ON 저항은 직사각형 모양의 반도체층(3) 사이의 간격과 밀도를 변화시킴으로써 조절가능하다. In the entire device, the former and the latter regions are operated simultaneously. Therefore, the threshold voltage or the ON resistance can be adjusted by changing the spacing and density between the rectangular semiconductor layers 3.
(제6실시예)(Example 6)
도 14는 본 발명의 제6실시예에 따른 측면형 GaN-Schottky 장벽 다이오드(SBD)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a side GaN-Schottky barrier diode (SBD) according to a sixth embodiment of the present invention.
SBD는, 도 1에 도시된 FET와 같이, 도핑되지 않은 GaN 층을 포함하는 채널층(1)을 구비한다. n형 Al0.2Ga0.8N 층(Y=0.2)을 포함하는 장벽층(2)이 채널층(1)의 표면에 형성된다. 더욱이, p형 Al0.1Ga0.9N 층을 포함하는 복수의 반도체층(3)이 장벽층(2) 위에 선택적으로 형성된다. The SBD has a
Ni/Au로 이루어진 애노드 전극(12)(A:제2전극)은 상기 반도체층(3)과 주위의 장벽층(2)을 연속적으로 덮도록 형성된다. 절연막(7)은 애노드 전극(12)과 접촉하도록 장벽층(2) 위에 형성된다. Ni/Au로 이루어진 필드 판전극(8)은 절연막(7) 위에 형성된다. 필드 판전극(8)은 애노드 전극(12)과 전기적으로 접속된다. 또한, Ti/Al/Ni/Au로 이루어진 캐소드 전극(13)(K:제1전극)은 상기 애노드 전극(12)과 분리된 상태로 장벽층(2) 위에 형성된다. An anode electrode 12 (A: second electrode) made of Ni / Au is formed to continuously cover the
제6실시예의 SBD에서는 상기한 HEMT 처럼 장벽층(2)과 채널층(1)을 포함하는 n-AlGaN/GaN 헤테로 구조가 채용된다. 그렇게 함으로써, 높은 항복전압과 매우 낮은 ON 저항을 실현하는 것이 가능하다. In the SBD of the sixth embodiment, an n-AlGaN / GaN heterostructure including the
p-AlGaN 층을 포함하는 반도체층(3)은 n-AlGaN 층을 포함하는 장벽층(2) 위에 형성된다. 그렇게 함으로써, 애벌랜치 항복이 발생할 때 정공이 안전하게 방출되고, 따라서 고전압 효과를 예상할 수 있다. 반도체층(3)이 상기 방식으로 형성되므로, 애노드 전극(12)과 장벽층을 직접적으로 접촉시키는 쇼트키 접합 영역을 감소시키는 것이 가능하고, 역누설전류를 감소시키는 것이 가능하다. A
(제7실시예)(Example 7)
도 15는 본 발명의 제7실시예에 따른 쇼트키 장벽 다이오드(SBD)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a Schottky barrier diode (SBD) according to a seventh embodiment of the present invention.
제7실시예의 SBD에서, 반도체층(3)은 쇼트키 접합 말단에 형성된다. 이러한 경우, 캐소드 전극(13)측의 반도체층(3) 말단은 캐소드 전극(13)측의 필드 판전극(8) 말단과 캐소드 전극(13)측의 애노드 전극(12) 말단 사이에 위치한다. In the SBD of the seventh embodiment, the
도 16의 (a)는 도 15에 도시된 반도체층(3)의 말단을 확대한 단면도이고, 도 16의 (b)는 도 15의 SBD가 동작할 때 장벽층(2)에서 전기장 분포를 나타낸 특성 다이어그램이다. FIG. 16A is an enlarged cross-sectional view of an end of the
도 15에 도시된 바와 같이, 반도체층(3)은 캐소드 전극(13)측의 말단 영역이 필드 판전극(8)의 아래에 위치하도록 형성된다. 그렇게 함으로써, 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 필드 집중점은 반도체층(3)의 말단 및 필드 판전극(8)의 말단에 위치한다. 도 16의 (b)에서, 특성 커브(23)는 절연막(7)이 소정 두께로 두껍게 형성된 경우를 보여주고, 반면 특성 커브(24)는 절연막(7)이 소정 두께로 얇게 형성된 경우를 보여준다. As shown in FIG. 15, the
더욱 구체적으로, 상기 제2실시예의 HEMT에서 설명한 바와 같이, SBD에서 절연막(7)의 두께(t)는 상기 상대적인 수학식 5 및 7이 만족되도록 설정된다. 그렇게 함으로써, 애벌랜치 저항능력을 보장하는 것이 가능하고, 유전 항복을 피하는 것이 가능하다. More specifically, as described in the HEMT of the second embodiment, the thickness t of the insulating
본 발명이 제1 내지 제7실시예에 기초하여 설명되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 또한 당업자에 의해 용이하게 발명될 수 있는 변형으로도 응용가능하다. The present invention has been described based on the first to seventh embodiments. The present invention is not limited to the above embodiments, and is also applicable to modifications that can be easily invented by those skilled in the art.
예컨대, 정공을 방출하기 위해 사용된 p-AlGaN 층을 포함하는 반도체층(3)은, 정공 방출의 관점에서 n-AlGaN 층을 포함하는 장벽층(2) 보다 더 좁은 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다. 즉, Al의 구성비가 작은 것이 바람직하고, p-GaN 층이 사용될 수 있다. 반도체층(3)에 대한 접촉 저항을 감소시키기 위해, 좁은 밴드 갭을 갖는 InGaN 층과 같은 반도체층이 접촉층으로서 사용된다. 접촉층은 게이트 전극(6)이나 애노드 전극(12)과 반도체층(3) 사이에 형성될 수 있다. For example, the
상기 실시예에서, AlGaN/GaN의 조합이 소자 재료로서 채용되었다. 이러한 경우, GaN/InGaN이나 AlN/AlGaN의 조합이 채용될 수 있다. In this embodiment, a combination of AlGaN / GaN was employed as the device material. In such a case, a combination of GaN / InGaN or AlN / AlGaN may be employed.
본 발명은 접합형 FET 등과 같은 단극형 소자에 국한되지 않는다. 이러한 경우, 본 발명은 소자가 측면형인 한 MISFET의 드레인측에 p 층을 채용하는 핀 다이오드 및 IGBT 등과 같은 양극형 소자에도 쉽게 응용가능하다. The invention is not limited to monopolar devices such as junction FETs and the like. In this case, the present invention is also easily applicable to bipolar devices such as pin diodes and IGBTs employing the p layer on the drain side of the MISFET as long as the device is lateral.
상기 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면 높은 애벌랜치 저항능력, 높은 항복전압 및, 매우 낮은 ON 저항을 갖는 측면형 GaN 기반의 전력 소자를 얻는 것이 가능하다. As is clear from the above description, the present invention makes it possible to obtain a lateral GaN based power device having a high avalanche resistance, a high breakdown voltage, and a very low ON resistance.
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