KR101877427B1 - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 실시 예에 따른 반도체 소자는, 기판, 상기 기판 상에 반도체층, 상기 반도체층 상에 오믹컨택되며, 서로 이격된 제1, 2 전극 및 상기 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향되며 상기 제2 전극과 인접한 제2 면을 포함하는 제3 전극을 포함하고, 상기 제3 전극은, 상기 제1 면 선상에서 상기 제1 전극 방향으로 돌기가 형성하는 반도체 소자를 제공한다.A semiconductor element according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a semiconductor layer on the substrate, first and second electrodes which are ohmic-contacted on the semiconductor layer and are spaced apart from each other, And a third electrode adjacent to the electrode and including a second surface opposite to the first surface and adjacent to the second electrode, wherein the third electrode is arranged on the first surface line in the first electrode direction The protrusion being formed by the protrusion.

Description

반도체 소자{Semiconductor device}Semiconductor device

실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to semiconductor devices.

정보화 사회와 더불어 초고속, 대용량의 신호 전송을 위한 통신 기술은 급속도로 발달되고 있다. 이를 위하여 무선 통신용 전자소자에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며 우수한 연구 결과들이 보고되고 있다. 우수한 물성을 지닌 GaN 계 화합물 반도체는 차세대 고주파, 고출력용 전자소자의 재료로 주목을 받고 있으며 세계적으로 활발히 연구되고 있다.In addition to the information society, communication technologies for high-speed, large-capacity signal transmission are rapidly developing. For this purpose, research on electronic devices for wireless communication has been actively conducted and excellent research results have been reported. GaN-based compound semiconductors with excellent physical properties are attracting attention as materials for next-generation high-frequency and high-output electronic devices and are being actively studied worldwide.

GaN 계 전자소자 중에서도 AlGaN/GaN 이종접합구조를 이용하는 이종접합 구조 전계효과 트랜지스터가 가장 많이 연구되고 있으며, 성능 또한 가장 우수하다.Of the GaN-based electronic devices, heterojunction structure field effect transistors using an AlGaN / GaN heterojunction structure are mostly studied and their performance is also excellent.

GaN은 약 4MV/cm의 우수한 항복전계를 가지므로 드레인 동작전압을 증가시킬 경우에는 높은 RF 출력을 얻을 수 있는 장점이 있다.Since GaN has an excellent breakdown field of about 4 MV / cm, a high RF output can be obtained when the drain operating voltage is increased.

높은 드레인 동작전압 하에서의 고주파, 고출력용 HFET는 우수한 특성의 게이트 접합을 가져야 한다. 높은 항복전압, 낮은 누설전류와 더불어 열적, 화학적으로 안정한 게이트 접합을 형성시키기 위한 많은 연구가 진행중이다.High frequency, high power HFETs under high drain operating voltages must have good gate junctions. Much research is underway to form thermally and chemically stable gate junctions with high breakdown voltage and low leakage current.

실시 예는, 게이트 전극과 드레인 전극 사이에 서로 다른 제1, 2 거리로 이격시켜 항복전압 및 동작저항을 감소시키기 용이하여 반도체 소자를 제공한다.Embodiments provide a semiconductor device that is easy to reduce the breakdown voltage and the operation resistance by being spaced apart from each other by a first and a second distance between the gate electrode and the drain electrode.

실시 예에 따른 반도체 소자는, 기판, 상기 기판 상에 반도체층, 상기 반도체층 상에 오믹컨택되며, 서로 이격된 제1, 2 전극 및 상기 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향되며 상기 제2 전극과 인접한 제2 면을 포함하는 제3 전극을 포함하고, 상기 제3 전극은, 상기 제1 면 선상에서 상기 제1 전극 방향으로 돌기가 형성할 수 있다.A semiconductor device according to an embodiment includes a substrate, a semiconductor layer on the substrate, first and second electrodes which are in ohmic contact with each other on the semiconductor layer and are disposed on the semiconductor layer, And a third electrode facing the first surface and having a second surface adjacent to the second electrode, wherein the third electrode has protrusions formed on the first surface line toward the first electrode can do.

실시 예에 따른 반도체 소자는, 게이트 전극의 제1, 2 영역을 형성하며, 제1, 2 영역과 인접한 드레인 전극 사이에 서로 다른 제1, 2 거리로 이격되도록 함으로써, 드레인 전극과 게이트 전극의 에지(dege) 하부에 형성되는 E-field가 확장(extension)되어 피크 필드(peak field)를 낮추어 반도체층에 공핍 영역을 확대시킬 수 있는 이점이 있다.The semiconductor device according to the embodiment includes the first and second regions of the gate electrode and is spaced apart from the first and second regions by the first and second distances between the adjacent drain electrodes, the E-field formed at the lower portion of the dege is extended to lower the peak field, thereby enlarging the depletion region in the semiconductor layer.

또한, 실시 예에 따른 반도체 소자는 공핍 영역의 확대로 인하여 항복전압이 낮아지며, 동작 저항을 감소시킬 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the embodiment, the breakdown voltage is lowered due to the enlargement of the depletion region, and the operation resistance can be reduced.

도 1은 제1 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 제2 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 반도체 소자를 P1-P1 방향 및 P2-P2 방향으로 절단한 단면도 및 전원 인가시 전계 영역(Electric field)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 제3 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 반도체 소자를 P3-P3 방향 및 P4-P4 방향으로 절단한 단면도 및 전원 인가시 전계 영역(Electric field)을 나타낸 그래프이다.
1 is a perspective view showing a semiconductor device according to a first embodiment.
2 is a perspective view showing a semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 taken along the line P1-P1 and the line P2-P2, and is a graph showing an electric field during power application.
4 is a perspective view showing a semiconductor device according to the third embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 4 taken along the lines P3-P3 and P4-P4, and is a graph showing an electric field during power application.

본 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the present embodiment, in the case where one element is described as being formed "on or under" of another element, the upper (upper) or lower (lower) on or under includes both the two elements being directly contacted with each other or one or more other elements being indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

도면에서, 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의, 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity. Therefore, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

또한, 본 명세서에서 반도체 소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 반도체 소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.Further, the angles and directions mentioned in the description of the structure of the semiconductor device in this specification are based on those described in the drawings. In the description of the structure of the semiconductor device in the specification, reference points and positional relationship with respect to angles are not explicitly referred to, refer to the related drawings.

도 1은 제1 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 사시도이고, 도 2는 제2 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor device according to a first embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing a semiconductor device according to a second embodiment.

도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 소자(100)는 기판(10), 기판(10) 위에 반도체층(20) 및 반도체층(20) 위에 배치되며 서로 이격된 제1, 2 전극(D, S) 및 반도체층(20) 위에 배치되며, 제1, 2 전극(D, S) 사이에 제3 전극(G)을 포함할 수 있다.1 and 2, a semiconductor device 100 includes a substrate 10, first and second electrodes D and D disposed on the semiconductor layer 20 and the semiconductor layer 20 on the substrate 10, S and the semiconductor layer 20 and may include a third electrode G between the first and second electrodes D and S. [

여기서, 기판(10)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga203 및 AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. The substrate 10 may be formed of any one of, for example, sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga 2 O 3, But is not limited thereto.

또한, 기판(10)은 열의 방출을 용이하게 하여 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 재질을 사용할 수 있다.In addition, the substrate 10 can be made of a material capable of facilitating the release of heat and improving the thermal stability.

기판(10) 위에는 2족-6족 또는 3족-5족 원소의 화합물 반도체를 이용한 버퍼층(12)이 배치될 수 있다.On the substrate 10, a buffer layer 12 using compound semiconductors of Group 2-Group 6 or Group 3-Group 5 elements may be disposed.

여기서, 버퍼층(12)은 기판(10)과 반도체층(20) 간의 격자 부정합을 완화하고, 복수의 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 할 수 있다.Here, the buffer layer 12 relaxes the lattice mismatch between the substrate 10 and the semiconductor layer 20, and can easily grow a plurality of semiconductor layers.

버퍼층(12)은 기판(10) 상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층(12)은 버퍼층(12) 상에 성장하는 반도체층(20)의 결정성을 향상시킬 수 있다The buffer layer 12 can be grown as a single crystal on the substrate 10 and the buffer layer 12 grown with a single crystal can improve the crystallinity of the semiconductor layer 20 grown on the buffer layer 12

또한, 버퍼층(12)은 예를들어, AlN, GaN를 포함하여 AlInN/GaN 적층 구조, InGaN/GaN 적층 구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층 구조 등의 구조로 형성될 수 있다.The buffer layer 12 may be formed of, for example, an AlInN / GaN laminated structure including AlN and GaN, an InGaN / GaN laminated structure, and a laminated structure of AlInGaN / InGaN / GaN.

반도체층(20)은 질화물 반도체 물질로 이루어지며, Si, GaAs, InP 계 물질보다 높은 에너지 밴드갭(bandgap), 높은 항복전압(breakdown voltage), 전자의 높은 포화 속도 및 뛰어난 열적 특성 등의 장점들을 많이 가지고 있기 때문에 마이크로파 주파수 영역에서 작동하는 고출력의 증폭기 등에 매우 용이하게 응용된다.The semiconductor layer 20 is made of a nitride semiconductor material and has advantages such as an energy bandgap higher than Si, GaAs, and InP materials, a high breakdown voltage, a high saturation rate of electrons, and excellent thermal characteristics It is very easily applied to a high output amplifier operating in the microwave frequency range.

실시 예에 따른 반도체층(20)은 도펀트가 도핑되지 않은 언도프 GaN층(22) 및 GaN층(22) 상에 AlGaN층(24)을 포함하는 우르짜이트(Wurtzite) 구조를 이룰 수 있다.The semiconductor layer 20 according to the embodiment may have a Wurtzite structure including an undoped GaN layer 22 doped with no dopant and an AlGaN layer 24 on the GaN layer 22.

즉, 상기 우르짜이트 구조로 이루어진 반도체층(20)은 GaN층(22) 및 AlGaN층(24) 사이의 접합면에서 발생하는 압전 분극(piezoelectric polarization) 효과와 상기 우르짜이트 구조 자체에 형성되는 자발적 분극(spontaneous polarization)에 의해 고밀도의 전자들이 GaN층(22) 및 AlGaN층(24) 사이의 접합면에 형성되는 양자우물의 버금띠(subband)에 유도될 수 있다.That is, the semiconductor layer 20 having the wurtzite structure is formed in the piezoelectric polarization effect generated at the junction between the GaN layer 22 and the AlGaN layer 24, High density electrons can be induced in the subband of the quantum well formed in the junction plane between the GaN layer 22 and the AlGaN layer 24 by spontaneous polarization.

상기 양자우물에 모이는 전자가스는 성장축 상에서 상기 양자우물의 버금띠에 속박되지만, 성장축과 직교하는 판(plane) 상에서는 자유롭게 움직이므로 준 2차원 자유전자가스를 형성할 수 있다.The electron gas gathering in the quantum well is bound to the bottom of the quantum well on the growth axis, but is free to move on a plane perpendicular to the growth axis, so that quasi two dimensional free electron gas can be formed.

따라서, GaN층(22)은 채널층 역할을 하며, AlGaN층(24)은 장벽층 역할을 하여 상기 양자우물을 형성할 수 있다.Accordingly, the GaN layer 22 serves as a channel layer, and the AlGaN layer 24 serves as a barrier layer to form the quantum well.

제1, 2 전극(D, S)은 AlGaN층(24) 상에 오믹컨택을 형성하여야 하며, 낮은 오믹컨택 저항을 얻기 위하여 600℃ 이상의 고온에서 열처리를 하여 형성할 수 있다.The first and second electrodes D and S should form ohmic contacts on the AlGaN layer 24 and may be formed by heat treatment at a high temperature of 600 ° C or higher to obtain a low ohmic contact resistance.

이때, 제1, 2 전극(D, S)은 질소, 아르곤 또는 산소 분위기에서 열처리를 형성할 수 있으며, 예를들어 알루미늄, 구리, 금, 은 또는 다른 금속물질이나 실리사이드 등의 도전성 물질로 형성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.The first and second electrodes D and S may be formed of a conductive material such as aluminum, copper, gold, silver, or other metal material or silicide, for example, in a nitrogen, argon or oxygen atmosphere. And is not limited to this.

또한, 제3 전극(G)은 AlGaN층(24) 상에 쇼크키컨택을 형성하여야 하며, 예를 들어, CoSi2 , 알루미늄, 백금, 또는 AlGaN층(24) 상에 형성될 때 쇼트키 장벽을 형성하는 다른 물질로 형성될 수 있다. The third electrode G should also form a Schottky contact on the AlGaN layer 24 and form a Schottky barrier when formed on, for example, CoSi 2 , Al, Platinum, or AlGaN layer 24 Or may be formed of other materials to form.

제3 전극(G)은 제1 전극(D)과 인접한 제1 면(G_s1) 및 제1 면(G-s1)과 대향되며 제2 전극(S)과 인접한 제2 면(G_s2)을 포함할 수 있다.The third electrode G includes a first surface G_s1 adjacent to the first electrode D and a second surface G_s2 facing the first surface G-s1 and adjacent to the second electrode S .

이때, 제3 전극(G)은 제1 면(G_s1)에서 제1 전극(D) 방향으로 돌기(Gg)가 형성될 수 있다.At this time, the third electrode G may be formed with a protrusion Gg in the direction from the first surface G_s1 to the first electrode D.

즉, 제3 전극(G)의 제1 면(G_s1)은 제1 전극(D)과 제1 거리(d1)로 이격되며, 제3 전극(G)의 돌기(Gg)는 제1 전극(D)과 제2 거리(d2)로 이격될 수 있다.That is, the first surface G_s1 of the third electrode G is spaced apart from the first electrode D by a first distance d1, and the projection Gg of the third electrode G is spaced apart from the first electrode D And a second distance d2.

여기서, 돌기(Gg)는 제1 전극(D) 방향으로 동일한 길이로 돌출되며, 동일한 폭을 가지는 것으로 나타내었으나, 이에 한정을 두지 않는다.Here, the protrusions Gg protrude in the same direction in the direction of the first electrode D and have the same width, but are not limited thereto.

예를 들면, 돌기(Gg)는 서로 인접한 제1, 2 돌기(미도시)를 포함하고, 상기 제1 돌기의 폭은 상기 제2 돌기의 폭 대비 1배 내지 2배이며, 상기 제1 돌기의 길이는 상기 제2 돌기의 길이 대비 1배 내지 2배일 수 있다.For example, the projections Gg include first and second projections (not shown) adjacent to each other, and the width of the first projections is 1 to 2 times the width of the second projections, The length may be one to two times the length of the second projection.

즉, 돌기(Gg)는 복수 개의 돌기를 포함하며, 복수 개의 돌기 중 적어도 하나의 돌기의 폭 및 길이가 다른 돌기들과 동일하거나 크게 함으로써, 제1 전극(D)과의 이격거리를 조절하여, 전하량을 확보할 수 있는 이점이 있다.That is, the protrusion Gg includes a plurality of protrusions, and at least one protrusion of the plurality of protrusions has the same width or length as the protrusions of the other protrusions, thereby making it possible to adjust the distance from the first electrode D, There is an advantage that the amount of charge can be secured.

제2 거리(d2)는 제1 거리(d1) 대비 0.5배 내지 0.9배일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.The second distance d2 may be 0.5 to 0.9 times the first distance d1, but is not limited thereto.

또한, 도 2에 나타낸 반도체 소자(100)는 제3 전극(G)과 AlGaN층(24) 사이에 유전체층(30)을 포함할 수 있다.The semiconductor device 100 shown in FIG. 2 may include a dielectric layer 30 between the third electrode G and the AlGaN layer 24.

유전체층(30)은 두께를 조절함으로써, Gate 전압에 의해 Channel Potential을 효과적으로 조절함으로 인하여 short-channel 효과를 줄여주어 Gate length의 scaling을 가능하게 하며, 구동 전류의 증가로 인하여 집적회로의 속도를 개선할 수 있다.By adjusting the thickness of the dielectric layer 30, the channel potential can be effectively controlled by the gate voltage, thereby short-channel effect is reduced, gate length scaling is enabled, and the speed of the integrated circuit is improved due to the increase of the driving current .

이때, 유전체층(30)의 단면 면적은 제3 전극(G)의 단면 면적 대비 1배 내지 1.2배일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.At this time, the cross-sectional area of the dielectric layer 30 may be 1 to 1.2 times the cross-sectional area of the third electrode G, but is not limited thereto.

도 3은 도 1에 나타낸 반도체 소자를 P1-P1 방향 및 P2-P2 방향으로 절단한 단면도 및 전원 인가시 전계 영역(Electric field)을 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 taken along the line P1-P1 and the line P2-P2, and is a graph showing an electric field during power application.

도 3을 참조하면, (a)는 도 1에 나타낸 P1-P1 방향으로 반도체 소자(100)를 절단한 단면도이고, (b)는 도 1에 나타낸 P2-P2 방향으로 반도체 소자(100)를 절단한 단면도이다.3 (a) is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 taken along line P1-P1 shown in FIG. 1, and FIG. 2 (b) is a plan view of the semiconductor device 100 taken along the line P2- Fig.

여기서, 제3 전극(G)은 제1 전극(D)과 제1, 2 거리(d1, d2)로 이격되며, 도 1에서 상술한 바 설명을 생략하기로 한다.Here, the third electrode G is separated from the first electrode D by the first and second distances d1 and d2, and the description thereof is omitted in FIG. 1.

(c)는 제3 전극(G)으로 전원을 인가하는 경우, 제3 전극(G)의 에지(edge)와 제1 전극(D)의 에지(edge) 사이에 피크 전류 또는 전압을 나타낸 그래프이다.(c) is a graph showing a peak current or voltage between the edge of the third electrode G and the edge of the first electrode D when power is applied to the third electrode G .

즉, (c)에 나타낸 바와 같이, 제1, 2 그래프(gr1, gw2)는 (a) 및 (b)에 나타낸 제1, 3 전극(D, G) 사이의 피크 전류 또는 전압에 대하여 거리(Distance) 및 전계 영역(Electric field)으로 나타낼 수 있다.That is, as shown in (c), the first and second graphs gr1 and gw2 are obtained by multiplying the peak current or voltage between the first and third electrodes D and G shown in (a) and (b) Distance and an electric field.

여기서, 제1 그래프(gr1)는 제3 전극(G)의 제1 면(G_s1) 및 제1 전극(D)에서의 피크 전류 또는 전압이 발생하며, 제2 그래프(gr2)는 제3 전극(G)의 돌기(Gg) 및 제1 전극(D)에서의 피크 전류 또는 전압이 발생됨을 알 수 있다.Here, the first graph gr1 generates a peak current or voltage at the first surface G_s1 and the first electrode D of the third electrode G, and the second graph gr2 represents the peak current or voltage at the third electrode G G of the first electrode D and the protrusion Gg and the first electrode D of the second electrode G are generated.

제1, 2 그래프(gr1, gr2)에 나타낸 피크 전류 또는 전압은 크기가 낮을수록 항복 전압이 우수할 수 있다.The peak current or voltage shown in the first and second graphs (gr1, gr2) may have a higher breakdown voltage as the size is lower.

(d)는 제1, 2 그래프(gr1, gr2)를 합성한 제3 그래프(gr3)를 나타낸 것이다.(d) shows a third graph gr3 obtained by synthesizing the first and second graphs gr1 and gr2.

여기서, 제3 그래프(gr3)는 전하량(Q)을 나타낸 것이며, 제3 그래프(gr3)의 피크 전류 또는 전압은 제1, 2 그래프(gr1, gr2)의 피크 전류 또는 전압보다 낮게 되어, 전하량(Q)은 증가하고 항복 전압을 낮출 수 있다.The peak current or voltage of the third graph gr3 is lower than the peak current or voltage of the first and second graphs gr1 and gr2 so that the charge amount Q Q) can be increased and the breakdown voltage can be lowered.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제1, 3 전극(D, G) 사이의 제1, 2 거리(d1, d2)를 조절함에 따라 전압 또는 전류의 제어가 용이할 수 있으며, 그에 따라 안정적인 항복 전압을 유지할 수 있으므로, 반도체 소자(100)의 품질에 대한 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.As shown in FIG. 3, by controlling the first and second distances d1 and d2 between the first and third electrodes D and G, it is possible to easily control the voltage or the current, The reliability of the quality of the semiconductor device 100 is improved.

또한, 도 3은 도 1에 나타낸 반도체 소자(100)의 절단면을 나타낸 것이나, 도 2에 나타낸 반도체 소자(100)의 절단면과 동일하며, 유전체층(30)이 더 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.3 is a sectional view of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, but is the same as the cut surface of the semiconductor device 100 shown in FIG. 2, and the dielectric layer 30 may be further formed. Do not.

도 4는 제3 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 반도체 소자를 P3-P3 방향 및 P4-P4 방향으로 절단한 단면도 및 전원 인가시 전계 영역(Electric field)을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a perspective view showing a semiconductor device according to a third embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 4 taken along P3-P3 direction and P4-P4 direction, Fig.

도 4를 참조하면, 반도체 소자(200)는 기판(110), 기판(110) 위에 반도체층(120) 및 반도체층(120) 위에 배치되며 서로 이격된 제1, 2 전극(D1, S1) 및 반도체층(120) 위에 배치되며, 제1, 2 전극(D1, S1) 사이에 제3 전극(G1)을 포함할 수 있다.4, a semiconductor device 200 includes a substrate 110, first and second electrodes D1 and S1, which are disposed on the semiconductor layer 120 and the semiconductor layer 120 on the substrate 110, And may include a third electrode G1 disposed between the first and second electrodes D1 and S1.

여기서, 기판(110)은 예를 들어, 사파이어(Al2O3), S1iC, S1i, G1aAS1, G1aN, ZnO, S1i, G1aP, InP, G1e, G1a203 및 AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. Here, the substrate 110 is, for example, formed with any one of a sapphire (Al 2 O 3), S1iC, S1i, G1aAS1, G1aN, ZnO, S1i, G1aP, InP, G1e, G1a 2 0 3 and AlO But is not limited thereto.

또한, 기판(110)은 열의 방출을 용이하게 하여 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 재질을 사용할 수 있다.In addition, the substrate 110 may be made of a material capable of facilitating the release of heat and improving the thermal stability.

기판(110) 위에는 2족-6족 또는 3족-5족 원소의 화합물 반도체를 이용한 버퍼층(112)이 배치될 수 있다.On the substrate 110, a buffer layer 112 using compound semiconductors of Group 2-VI-VI or Group-VI-Group elements may be disposed.

여기서, 버퍼층(112)은 기판(110)과 반도체층(120) 간의 격자 부정합을 완화하고, 복수의 반도체층이 용이하게 성장될 수 있도록 할 수 있다.Here, the buffer layer 112 may mitigate lattice mismatch between the substrate 110 and the semiconductor layer 120, and may facilitate the growth of a plurality of semiconductor layers.

버퍼층(112)은 기판(110) 상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층(112)은 버퍼층(112) 상에 성장하는 반도체층(120)의 결정성을 향상시킬 수 있다The buffer layer 112 can be grown as a single crystal on the substrate 110 and the buffer layer 112 grown with a single crystal can improve the crystallinity of the semiconductor layer 120 grown on the buffer layer 112

또한, 버퍼층(112)은 예를들어, AlN, G1aN를 포함하여 AlInN/G1aN 적층 구조, InG1aN/G1aN 적층 구조, AlInG1aN/InG1aN/G1aN의 적층 구조 등의 구조로 형성될 수 있다.In addition, the buffer layer 112 may be formed of a structure such as an AlInN / G1aN laminated structure including AlN and G1aN, an InG1aN / G1aN laminated structure, and a laminated structure of AlInG1aN / InG1aN / G1aN.

반도체층(120)은 질화물 반도체 물질로 이루어지며, S1i, G1aAS1, InP 계 물질보다 높은 에너지 밴드갭(banD1G1ap), 높은 항복전압(breakD1own voltaG1e), 전자의 높은 포화 속도 및 뛰어난 열적 특성 등의 장점들을 많이 가지고 있기 때문에 마이크로파 주파수 영역에서 작동하는 고출력의 증폭기 등에 매우 용이하게 응용된다.The semiconductor layer 120 is made of a nitride semiconductor material and has advantages such as an energy band gap (banD1G1ap) higher than S1i, G1aAS1 and InP materials, a high breakdown voltage (breakD1own voltaG1e), a high saturation rate of electrons and excellent thermal characteristics It is very easily applied to a high output amplifier operating in the microwave frequency range.

실시 예에 따른 반도체층(120)은 도펀트가 도핑되지 않은 언도프 G1aN층(122) 및 G1aN층(122) 상에 AlG1aN층(124)을 포함하는 우르짜이트(Wurtzite) 구조를 이룰 수 있다.The semiconductor layer 120 according to an embodiment may have a Wurtzite structure including an undoped G1aN layer 122 doped with no dopant and an AlGaN layer 124 on the G1aN layer 122. [

즉, 상기 우르짜이트 구조로 이루어진 반도체층(120)은 G1aN층(122) 및 AlG1aN층(124) 사이의 접합면에서 발생하는 압전 분극(piezoelectric polarization) 효과와 상기 우르짜이트 구조 자체에 형성되는 자발적 분극(S1pontaneouS1 polarization)에 의해 고밀도의 전자들이 G1aN층(122) 및 AlG1aN층(124) 사이의 접합면에 형성되는 양자우물의 버금띠(S1ubbanD1)에 유도될 수 있다.That is, the semiconductor layer 120 of the wurtzite structure is formed in the piezoelectric polarization effect generated at the junction between the G1aN layer 122 and the AlGaN layer 124, The high density of electrons can be induced in the quantum well S1bubanD1 formed in the junction plane between the G1aN layer 122 and the AlGaN layer 124 by the spontaneous polarization (S1pontaneouS1 polarization).

상기 양자우물에 모이는 전자가스는 성장축 상에서 상기 양자우물의 버금띠에 속박되지만, 성장축과 직교하는 판(plane) 상에서는 자유롭게 움직이므로 준 2차원 자유전자가스를 형성할 수 있다.The electron gas gathering in the quantum well is bound to the bottom of the quantum well on the growth axis, but is free to move on a plane perpendicular to the growth axis, so that quasi two dimensional free electron gas can be formed.

따라서, G1aN층(122)은 채널층 역할을 하며, AlG1aN층(124)은 장벽층 역할을 하여 상기 양자우물을 형성할 수 있다.Accordingly, the G1aN layer 122 serves as a channel layer, and the AlGaN layer 124 serves as a barrier layer to form the quantum well.

제1, 2 전극(D1, S1)은 AlG1aN층(124) 상에 오믹컨택을 형성하여야 하며, 낮은 오믹컨택 저항을 얻기 위하여 600℃ 이상의 고온에서 열처리를 하여 형성할 수 있다.The first and second electrodes D1 and S1 must form an ohmic contact on the AlGaN layer 124 and may be formed by heat treatment at a high temperature of 600 ° C or higher to obtain a low ohmic contact resistance.

이때, 제1, 2 전극(D1, S1)은 질소, 아르곤 또는 산소 분위기에서 열처리를 형성할 수 있으며, 예를들어 알루미늄, 구리, 금, 은 또는 다른 금속물질이나 실리사이드 등의 도전성 물질로 형성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.The first and second electrodes D1 and S1 may be formed of a conductive material such as aluminum, copper, gold, silver, or other metal material or silicide, for example, in a nitrogen, argon or oxygen atmosphere. And is not limited to this.

또한, 제3 전극(G1)은 AlG1aN층(124) 상에 쇼크키컨택을 형성하여야 하며, 예를 들어, CoS1i2 , 알루미늄, 백금, 또는 AlG1aN층(124) 상에 형성될 때 쇼트키 장벽을 형성하는 다른 물질로 형성될 수 있다. In addition, the third electrode (G1) are to be formed in the shock key contacts on AlG1aN layer 124, for example, CoS1i 2, aluminum, platinum, or a Schottky barrier when formed on AlG1aN layer 124 Or may be formed of other materials to form.

제3 전극(G1)은 제1 전극(D1)과 인접한 제1 면(G1_s11) 및 제1 면(G-s11)과 대향되며 제2 전극(S1)과 인접한 제2 면(G_s12)을 포함할 수 있다.The third electrode G1 includes a first surface G1_s11 adjacent to the first electrode D1 and a second surface G_s12 opposed to the first surface G-s11 and adjacent to the second electrode S1 .

이때, 제3 전극(G1)은 제1 면(G_s11)에서 제1 전극(D1) 방향으로 돌기(Gg1)가 형성될 수 있으며, 제1 전극(D1)은 돌기(Gg1)에 대응하는 대응돌기(Dd1)가 형성될 수 있다.At this time, the third electrode G1 may have a protrusion Gg1 in the direction of the first electrode D1 from the first surface G_s11, and the first electrode D1 may have a protrusion Gg1 corresponding to the protrusion Gg1, (Dd1) may be formed.

즉, 제3 전극(G1)의 제1 면(G_s11)은 제1 전극(D1)의 대응돌기(Dd1) 사이와 제1 거리(d11)로 이격되며, 제3 전극(G1)의 돌기(Gg1)는 제1 전극(D1)의 대응돌기(Dd1)과 제2 거리(d12)로 이격될 수 있다.That is, the first surface G_s11 of the third electrode G1 is spaced apart from the corresponding protrusion Dd1 of the first electrode D1 by a first distance d11, and the protrusion Gg1 of the third electrode G1 May be spaced apart from the corresponding protrusion Dd1 of the first electrode D1 by a second distance d12.

여기서, 돌기(Gg1)는 제1 전극(D1) 방향으로 동일한 길이로 돌출되며, 동일한 폭을 가지는 것으로 나타내며, 대응돌기(Dd1)는 돌기(Gg1)과 대칭되게 나타낼 수 있으나, 이에 한정을 두지 않는다.Here, the protrusions Gg1 protrude in the same direction in the direction of the first electrode D1 and have the same width, and the protrusion Dd1 may be symmetrical with respect to the protrusion Gg1, but it is not limited thereto .

예를 들면, 돌기(Gg1)는 서로 인접한 제1, 2 돌기(미도시)를 포함하고, 상기 제1 돌기의 폭은 상기 제2 돌기의 폭 대비 1배 내지 2배이며, 상기 제1 돌기의 길이는 상기 제2 돌기의 길이 대비 1배 내지 2배일 수 있다.For example, the protrusion Gg1 includes first and second protrusions (not shown) adjacent to each other, and the width of the first protrusion is 1 to 2 times the width of the second protrusion, The length may be one to two times the length of the second projection.

즉, 돌기(Gg1) 및 대응돌기(Dd1)는 복수 개의 돌기를 포함하며, 복수 개의 돌기 중 적어도 하나의 돌기의 폭 및 길이가 다른 돌기들과 동일하거나 크게 함으로써, 제1, 3 전극(G1, D1)과의 이격거리를 조절하여, 전하량을 확보할 수 있는 이점이 있다.In other words, the protrusion Gg1 and the corresponding protrusion Dd1 include a plurality of protrusions, and at least one protrusion of the plurality of protrusions has the same width or length as the protrusions of the other protrusions, D1), it is possible to secure the amount of charge.

또한, 돌기(Gg1) 및 대응돌기(Dd1)은 복수 개의 돌기를 포함할 수 있으며, 복수 개의 돌기 각각이 서로 다른 길이로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.The protrusion Gg1 and the corresponding protrusion Dd1 may include a plurality of protrusions, and each protrusion may have a different length, but is not limited thereto.

제2 거리(d12)는 제1 거리(d11) 대비 0.5배 내지 0.9배일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.The second distance d12 may be 0.5 to 0.9 times the first distance d11, but is not limited thereto.

또한, 도 4에는 나타내지 않았으나, 반도체 소자(200)는 제3 전극(G1)과 AlG1aN층(124) 사이에 유전체층(미도시)을 포함할 수 있다.Although not shown in FIG. 4, the semiconductor device 200 may include a dielectric layer (not shown) between the third electrode G1 and the AlGaN layer 124. FIG.

도 5를 참조하면, (a)는 도 4에 나타낸 P3-P3 방향으로 반도체 소자(200)를 절단한 단면도이고, (b)는 도 4에 나타낸 P4-P4 방향으로 반도체 소자(300)를 절단한 단면도이다.5A is a cross-sectional view of the semiconductor device 200 taken along the line P3-P3 in FIG. 4, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the semiconductor device 300 taken along line P4- Fig.

여기서, 제3 전극(G1)은 제1 전극(D1)과 제1, 2 거리(d11, d12)로 이격되며, 도 4에서 상술한 바 설명을 생략하기로 한다.Here, the third electrode G1 is separated from the first electrode D1 by the first and second distances d11 and d12, and the description of the third electrode G1 is omitted in FIG. 4.

(c)는 제3 전극(G1)으로 전원을 인가하는 경우, 제3 전극(G1)의 에지(edge)와 제1 전극(D1)의 에지(edge) 사이에 피크 전류 또는 전압을 나타낸 그래프이다.(c) is a graph showing a peak current or voltage between an edge of the third electrode G1 and an edge of the first electrode D1 when power is applied to the third electrode G1 .

즉, (c)에 나타낸 바와 같이, 제1, 2 그래프(gr11, gr12)는 (a) 및 (b)에 나타낸 제1, 3 전극(D1, G1) 사이의 피크 전류 또는 전압에 대하여 거리(Distance) 및 전계 영역(Electric field)으로 나타낼 수 있다.That is, as shown in (c), the first and second graphs gr11 and gr12 are obtained by multiplying the peak current or voltage between the first and third electrodes D1 and G1 shown in (a) and (b) Distance and an electric field.

여기서, 제1 그래프(gr11)는 제3 전극(G1)의 제1 면(G_s11) 및 제1 전극(D)에서의 피크 전류 또는 전압이 발생하며, 제2 그래프(gr12)는 제3 전극(G1)의 돌기(Gg1) 및 제1 전극(D)의 대응돌기(Dd1)에서의 피크 전류 또는 전압이 발생됨을 알 수 있다.Here, the first graph gr11 generates a peak current or voltage at the first surface G_s11 and the first electrode D of the third electrode G1, and the second graph gr12 represents a peak current or voltage at the third electrode G1, A peak current or voltage is generated at the protrusion Gg1 of the first electrode G1 and the corresponding protrusion Dd1 of the first electrode D. [

제1, 2 그래프(gr11, gr12)에 나타낸 피크 전류 또는 전압은 크기가 낮을수록 항복 전압이 우수할 수 있다.The peak current or voltage shown in the first and second graphs (gr11, gr12) may have a higher breakdown voltage as the size is lower.

(d)는 제1, 2 그래프(gr11, gr12)를 합성한 제3 그래프(gr13)를 나타낸 것이다.(d) shows a third graph (gr13) obtained by synthesizing the first and second graphs (gr11, gr12).

여기서, 제3 그래프(gr13)는 전하량(Q)을 나타낸 것이며, 제3 그래프(gr13)의 피크 전류 또는 전압은 제1, 2 그래프(gr11, gr12)의 피크 전류 또는 전압보다 낮게 되어, 전하량(Q)은 증가하고 항복 전압을 낮출 수 있다.The peak current or voltage of the third graph gr13 is lower than the peak current or voltage of the first and second graphs gr11 and gr12 so that the charge amount Q Q) can be increased and the breakdown voltage can be lowered.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제1, 3 전극(D1, G1) 사이의 제1, 2 거리(d11, d12)를 조절함에 따라 전압 또는 전류의 제어가 용이할 수 있으며, 그에 따라 안정적인 항복 전압을 유지할 수 있으므로, 반도체 소자(200)의 품질에 대한 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.As shown in FIG. 5, by controlling the first and second distances d11 and d12 between the first and third electrodes D1 and G1, it is easy to control the voltage or the current, The reliability of the quality of the semiconductor device 200 can be improved.

실시 예에서, 제1 전극의 대응돌기 및 제3 전극의 돌기는 에지 부분이 각을 이루는 것으로 나타내었으나, 곡률을 가지는 형상일 수 있으며, 평면 형상은 다각형 및 반원형을 이룰 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.Although the protrusions of the first electrode and the protrusions of the third electrode are shown as being angled at the edges, the protrusions may have a curvature, and the planar shape may be polygonal and semicircular. Do not.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects and the like illustrated in the embodiments can be combined and modified by other persons skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, It will be appreciated that various modifications and applications are possible without departing from the scope of the present invention. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

Claims (14)

기판;
상기 기판 상에 반도체층;
상기 반도체층 상에 오믹컨택되며, 서로 이격된 제1, 2 전극; 및
상기 반도체층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 대향되며 상기 제2 전극과 인접한 제2 면을 포함하는 제3 전극;을 포함하고,
상기 제3 전극은,
상기 제1 면 선상에서 상기 제1 전극 방향으로 돌기가 형성되고,
상기 제1 전극은,
상기 돌기와 대응하는 위치에 대응 돌기가 형성되며,
상기 제1 면은, 상기 대응 돌기와 제1 거리로 이격되고,
상기 돌기는, 상기 대응 돌기와 제2 거리로 이격되며,
상기 제1, 2 거리를 조절하여 전압 또는 전류를 제어하는 반도체 소자.
Board;
A semiconductor layer on the substrate;
First and second electrodes which are ohmic-contacted on the semiconductor layer and are spaced apart from each other; And
And a third electrode disposed on the semiconductor layer and including a first surface adjacent to the first electrode and a second surface opposite the first surface and adjacent to the second electrode,
Wherein the third electrode comprises:
A protrusion is formed on the first face line in the direction of the first electrode,
Wherein the first electrode comprises:
A corresponding projection is formed at a position corresponding to the projection,
Wherein the first surface is spaced a first distance from the corresponding projection,
The projection being spaced a second distance from the corresponding projection,
And controlling the voltage or current by adjusting the first and second distances.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제2 거리는,
상기 제1 거리 대비 0.5배 내지 0.9배인 반도체 소자.
2. The method of claim 1,
Wherein the first distance is 0.5 to 0.9 times the first distance.
제 1 항에 있어서,
상기 돌기는,
서로 인접한 제1, 2 돌기;를 포함하고,
상기 제1 돌기의 폭은,
상기 제2 돌기의 폭 대비 1배 내지 2배이고,
상기 제1 돌기의 길이는,
상기 제2 돌기의 길이 대비 1배 내지 2배인 반도체 소자.
The method according to claim 1,
The projection
And first and second projections adjacent to each other,
The width of the first projection
The width of the second protrusion is 1 to 2 times the width of the second protrusion,
The length of the first projection
Wherein the length of the second protrusion is 1 to 2 times the length of the second protrusion.
삭제delete 제 4 항에 있어서,
상기 돌기는,
상기 제1, 2 돌기의 길이와 다른 길이를 가지는 제3 돌기;를 포함하고,
상기 돌기의 평면 형상은,
다각형, 반원형 및 에지에 곡률을 가지는 형상 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자.
5. The method of claim 4,
The projection
And a third projection having a length different from the length of the first and second projections,
The planar shape of the projection
A polygon, a semicircle, and a shape having a curvature at an edge.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 반도체층과 상기 제3 전극 사이에 유전체층;을 포함하고,
상기 유전체층의 평면 면적은,
상기 제3 전극의 평면 면적 대비 1배 내지 1.2배인 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And a dielectric layer between the semiconductor layer and the third electrode,
The plane area of the dielectric layer
And the second electrode is 1 to 1.2 times the plane area of the third electrode.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 반도체층은,
상기 기판 상에 언도프 GaN층; 및
상기 GaN층 상에 AlGaN층;을 포함하는 반도체 소자.
The semiconductor device according to claim 1,
An undoped GaN layer on the substrate; And
And an AlGaN layer on the GaN layer.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 대응 돌기의 사이즈는,
상기 돌기의 사이즈와 동일한 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And the size of the projection is the same.
삭제delete
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