KR102241012B1 - Diode embedded semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자에 관한 것이고, 보다 상세하게 본 발명은 양방향 스위칭 동작을 하는 반도체 소자에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 반도체 소자는 기판; 기판의 상부에 형성된 버퍼층; 버퍼층의 상부에 형성된 배리어층; 배리어층의 상부에 형성된 게이트 절연층; 게이트 절연층의 상면 중 일부 혹은 전체를 관통하여 형성되고, 배리어층의 상부에 위치되는 소스 전극과 드레인 전극; 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 위치하고, 게이트 절연층에 의해 배리어층과 이격된 게이트 전극; 및 게이트 절연층을 관통하여 배리어층의 상부, 상면 중 일부 또는 그 전체를 관통하여 형성되는 쇼트키 전극을 포함하고, 쇼트키 전극과 소스 전극은 드레인 전극을 기준으로 서로 대향되게 형성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, the present invention relates to a semiconductor device that performs a bidirectional switching operation. The semiconductor device of the present invention for this purpose includes a substrate; A buffer layer formed on the substrate; A barrier layer formed on the buffer layer; A gate insulating layer formed on the barrier layer; A source electrode and a drain electrode formed through a part or all of the upper surface of the gate insulating layer and positioned above the barrier layer; A gate electrode positioned between the source electrode and the drain electrode and spaced apart from the barrier layer by a gate insulating layer; And a Schottky electrode penetrating through the gate insulating layer and penetrating some or all of the upper and upper surfaces of the barrier layer, wherein the Schottky electrode and the source electrode are formed to face each other with respect to the drain electrode. do.

Description

다이오드 내장형 반도체 소자{DIODE EMBEDDED SEMICONDUCTOR DEVICE}Diode embedded semiconductor device{DIODE EMBEDDED SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것이고, 보다 상세하게 본 발명은 양방향 스위칭 동작을 하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, the present invention relates to a semiconductor device that performs a bidirectional switching operation.

일반적으로, DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터는 가정 및 산업용의 다양한 전자기기와 전동부의 전원 공급 회로에 사용되는 중요한 구성 요소이며, 고효율의 DC-DC 컨버터 또는 DC-AC 인버터를 제작하기 위해서는 스위칭 소자의 역할이 중요하다. In general, DC-DC converters and DC-AC inverters are important components used in the power supply circuit of various electronic and electric parts for home and industrial use. In order to manufacture high-efficiency DC-DC converters or DC-AC inverters The role of the switching element is important.

최근, 스위칭 소자는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)에 다이오드를 접합하여 구성하는 것이 일반화되고 있다. 이러한 종래의 스위칭 소자는 질화 갈륨(GaN) 기반의 소자를 적용하면서 기존의 실리콘 기반의 소자에 비하여 효율이 향상되었다. 하지만, 상술한 종래의 스위칭 소자는 외부에 별도의 다이오드를 연결하는 점에서 크기와 성능 면에서 제한이 있다.In recent years, it has become common to construct a switching element by bonding a diode to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). Such a conventional switching device has improved efficiency compared to a conventional silicon-based device while applying a gallium nitride (GaN)-based device. However, the conventional switching device described above has limitations in size and performance in that a separate diode is connected to the outside.

다이오드의 기능이 내장된 GaN GIT(Gate Injection Transistor)는 다이오드의 정방향 턴온 전압이 상대적으로 높아서 불감 시간 손실(dead time loss)을 줄이는 데 제한이 있고, GIT 구조의 경우 다이오드 정방향 턴온 전압을 트랜지스터의 턴온 전압과 별도로 제어할 수 없기 때문에 높은 트랜지스터 턴온 전압이 요구되는 회로에서 다이오드의 정방향 턴온 전압을 낮게 유지할 수 없는 문제가 있다.GaN GIT (Gate Injection Transistor) with a built-in diode function has a relatively high forward turn-on voltage, so there is a limit to reducing dead time loss, and in the case of a GIT structure, the diode forward turn-on voltage is reduced to the turn-on of the transistor. Since it cannot be controlled separately from the voltage, there is a problem in that the forward turn-on voltage of the diode cannot be kept low in a circuit requiring a high transistor turn-on voltage.

또한, 실리콘 다이오드를 내장한 GIT 소자에 대한 연구가 진행되고 있으나, 제조 공정이 복잡하고 실리콘 다이오드로 인하여 회로의 최대 동작 온도가 제한되는 문제가 있다.In addition, although research on a GIT device incorporating a silicon diode is being conducted, there is a problem in that the manufacturing process is complicated and the maximum operating temperature of the circuit is limited due to the silicon diode.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "III-질화물 양방향 스위치"인 한국등록특허 제0841472호가 존재한다.In this regard, there is Korean Patent No. 0841472 in which the name of the invention is "III-nitride bidirectional switch".

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, DC-DC 컨버터와 DC-AC 인버터에 적용 가능한 스위칭 소자의 기능을 수행하는 반도체 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device that performs the function of a switching device applicable to a DC-DC converter and a DC-AC inverter.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 소자는 기판; 기판의 상부에 형성된 버퍼층; 버퍼층의 상부에 형성된 배리어층; 배리어층의 상부에 형성된 게이트 절연층; 게이트 절연층의 상면 중 일부를 관통하여 형성되고, 배리어층의 상부에 위치되는 소스 전극과 드레인 전극; 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 위치하고, 게이트 절연층에 의해 배리어층과 이격된 게이트 전극; 및 게이트 절연층을 관통하여 배리어층의 상부에 형성되는 쇼트키 전극을 포함하고, 쇼트키 전극과 소스 전극은 드레인 전극을 기준으로 서로 대향되게 형성되는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device of the present invention for solving the above problems includes a substrate; A buffer layer formed on the substrate; A barrier layer formed on the buffer layer; A gate insulating layer formed on the barrier layer; A source electrode and a drain electrode formed through a portion of the upper surface of the gate insulating layer and positioned above the barrier layer; A gate electrode positioned between the source electrode and the drain electrode and spaced apart from the barrier layer by a gate insulating layer; And a Schottky electrode penetrating through the gate insulating layer and formed on the barrier layer, wherein the Schottky electrode and the source electrode are formed to face each other with respect to the drain electrode.

또한, 반도체 소자는 다이오드와 트랜지스터가 하나의 집적 회로로 구성된 소자일 수 있다.In addition, the semiconductor device may be a device in which a diode and a transistor are formed as one integrated circuit.

또한, 소스 전극과 쇼트키 전극은 전기적으로 연결될 수 있다.In addition, the source electrode and the Schottky electrode may be electrically connected.

또한, 드레인 전극은 다이오드 영역에서 캐소드로 동작하고, 쇼트키 전극은 다이오드 영역에서 애노드로 동작할 수 있다.In addition, the drain electrode may operate as a cathode in the diode region, and the Schottky electrode may operate as an anode in the diode region.

또한, 배리어층에는 상면 중 일부 혹은 전체가 관통된 트렌치가 형성되고, 게이트 전극은 트렌치의 상부에 삽입되어 형성될 수 있다.In addition, a trench through which some or all of the upper surface is penetrated may be formed in the barrier layer, and the gate electrode may be formed by being inserted in the upper portion of the trench.

또한, 배리어층에는 상면 중 일부 혹은 전체가 관통된 트렌치가 형성되고, 트렌치의 상부에 쇼트키 전극이 형성될 수 있다.In addition, a trench through which some or all of the upper surface is penetrated may be formed in the barrier layer, and a Schottky electrode may be formed on the upper portion of the trench.

또한, 배리어층에 접하는 버퍼층의 계면에 2차원 전자가스(2-DEG) 또는 전자 채널층이 더 형성될 수 있다.In addition, a two-dimensional electron gas (2-DEG) or an electron channel layer may be further formed at the interface of the buffer layer in contact with the barrier layer.

또한, 버퍼층은 GaN계 물질, AlGaN계 물질, InGaN계 물질 및 AlInGaN계 물질 중 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다.In addition, the buffer layer may be formed of at least one of a GaN-based material, an AlGaN-based material, an InGaN-based material, and an AlInGaN-based material.

또한, 배리어층은 GaN계 물질, AlGaN계 물질, InGaN계 물질 및 AlInGaN계 물질 중 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다.
In addition, the barrier layer may be formed of at least one of a GaN-based material, an AlGaN-based material, an InGaN-based material, and an AlInGaN-based material.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다채널 반도체 소자는 복수의 반도체 소자가 병렬로 배치되고, 하나의 반도체 소자의 쇼트키 전극은 반도체 소자에 인접한 다른 하나의 반도체 소자의 소스 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.In the multi-channel semiconductor device of the present invention for solving the above problems, a plurality of semiconductor devices are arranged in parallel, and the Schottky electrode of one semiconductor device is electrically connected to the source electrode of the other semiconductor device adjacent to the semiconductor device. It is characterized by being connected.

또한, 하나의 반도체 소자의 쇼트키 전극의 일 단부는 다른 하나의 반도체 소자의 소스 전극의 일 단부와 접촉될 수 있다.In addition, one end of the Schottky electrode of one semiconductor device may contact one end of the source electrode of the other semiconductor device.

본 발명의 반도체 소자에 따르면 GaN 기반 물질 전력 반도체 소자로 기존에 널리 사용되는 실리콘 기반의 전력 반도체 소자에 비하여 넓은 에너지밴드 대역으로 적어도 10배 높은 항복 전압을 구현할 수 있고, 높은 전자 이동도로 스위칭 속도가 높아 궁극적으로 전력 전송 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.According to the semiconductor device of the present invention, a GaN-based material power semiconductor device can realize a breakdown voltage that is at least 10 times higher in a wide energy band than that of a silicon-based power semiconductor device that is widely used in the past, and has a high electron mobility and a switching speed. As it is high, it has the effect of ultimately improving power transmission efficiency.

또한, 본 발명의 반도체 소자에 따르면 GaN 전력 소자가 실리콘 기반의 전력 소자로는 불가능한 300°C 이상에서도 동작이 가능하여, 기존의 실리콘 기반의 전력 소자를 대체하는 것을 넘어서 다양한 응용 범위를 가질 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the semiconductor device of the present invention, the GaN power device can operate even at 300°C or higher, which is impossible with a silicon-based power device, so that it can have various application ranges beyond replacing the existing silicon-based power device. It works.

또한, 본 발명의 반도체 소자에 따르면 다이오드의 애노드를 트랜지스터 옆에 장착시킴과 동시에 애노드를 트랜지스터의 소스 접합에 연결함으로서 트랜지스터와 다이오드 두 역할을 한 개의 소자 내에서 동작이 가능한 효과가 있다.In addition, according to the semiconductor device of the present invention, the anode of the diode is mounted next to the transistor and the anode is connected to the source junction of the transistor so that the transistor and the diode can operate in one device.

또한, 본 발명의 반도체 소자에 따르면 임의의 스위칭 동작시간에서 순방향과 역방향 채널이 공유되지 않고, 트랜지스터 동작 영역 및 다이오드 동작 영역이 각각 분리될 수 있고, 분리된 채널로 인해 소자의 발열을 감소시킬 수 있고, 반도체 소자의 단위 면적당 전류량도 획기적으로 증가시킬 수 있어서, 기존의 실리콘 기반 전력 소자에 비하여 상당한 스위칭 효율 증가를 가져올 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the semiconductor device of the present invention, the forward and reverse channels are not shared at any switching operation time, the transistor operation region and the diode operation region can be separated, respectively, and heat generation of the device can be reduced due to the separated channels. In addition, since the amount of current per unit area of the semiconductor device can be dramatically increased, there is an effect that can bring about a significant increase in switching efficiency compared to the existing silicon-based power device.

또한, 본 발명의 반도체 소자에 따르면 전계효과 트랜지스터(MOSHFET)에 쇼트키 다이오드를 내장시킴으로써, 외부의 다이오드를 별도로 연결할 필요가 없어서 기생 인덕턴스 성분을 줄여 고주파 동작이 가능하며, 동시에 소자의 부피를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the semiconductor device of the present invention, by embedding a Schottky diode in a field effect transistor (MOSHFET), there is no need to separately connect an external diode, thereby reducing parasitic inductance components, enabling high-frequency operation, and simultaneously reducing the volume of the device. There is an effect that can be.

또한, 본 발명의 반도체 소자에 따르면 외부의 다이오드 연결 없이도 스위칭 소자의 역할을 할 수 있기 때문에, 컨버터 또는 인버터를 모놀리식 집적회로(monolithic IC)로 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the semiconductor device of the present invention, since it can serve as a switching device without external diode connection, there is an effect that a converter or inverter can be manufactured as a monolithic IC.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 등가 회로를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 전류-전압 특성을 도시하는 그래프.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 동작 원리를 도시하는 모식도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자가 다채널 대면적에 형성된 경우를 도시하는 단면도.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도.
1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing current-voltage characteristics of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are schematic diagrams showing an operating principle of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a case in which a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is formed in a large multi-channel area.
9 to 11 are cross-sectional views of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows. Here, repeated descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 좌측은 트랜지스터 영역, 그리고 우측은 다이오드 영역으로서, 한 개의 소자만으로도 트랜지스터와 다이오드 동작을 모두 할 수 있게 하는 것을 그 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 배리어층(130), 캡층(140), 게이트 절연층(150), 웨이퍼 절연층(155), 게이트 전극(160), 소스 전극(170), 드레인 전극(180) 및 쇼트키 전극(190)을 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention is a transistor region on the left and a diode region on the right. The purpose. To this end, the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110, a buffer layer 120, a barrier layer 130, a cap layer 140, a gate insulating layer 150, and a wafer insulating layer 155. ), a gate electrode 160, a source electrode 170, a drain electrode 180, and a Schottky electrode 190.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 금속 산화물 반도체 이종접합 전계효과 트랜지스터(MOSHFET)를 기초로 하기 때문에, 기판(110)위에 순차적으로 버퍼층(120) 및 배리어층(130), 게이트 전극(160), 소스 전극(170) 및 드레인 전극(180)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 게이트 절연층(150)은 게이트 전극(160)과 배리어층(130)을 절연하기 위해, 게이트 전극(160)의 하부, 그리고 배리어층(130)의 상부에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트 절연층(150)에 의해, 게이트 전극(160)과 배리어층(130)은 서로 이격되어 형성된다.Since the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention is based on a metal oxide semiconductor heterojunction field effect transistor (MOSHFET), the buffer layer 120 and the barrier layer 130 and the gate are sequentially formed on the substrate 110. It may be configured to include an electrode 160, a source electrode 170, and a drain electrode 180. In addition, the gate insulating layer 150 may be formed under the gate electrode 160 and over the barrier layer 130 to insulate the gate electrode 160 and the barrier layer 130. As shown in FIG. 1, by the gate insulating layer 150, the gate electrode 160 and the barrier layer 130 are formed to be spaced apart from each other.

본 실시예에서는 단결정 성장시킨 P 타입 실리콘 기판(110)에 GaN 재질의 버퍼층(120)을 3 내지 4㎛의 두께로 형성하고, 그 위에 Al0 .25GaN 재질의 배리어층을 300 Å의 두께로 형성하였다. 버퍼층(120)은 본 실시예에서 적용한 GaN 재질에 한정되지 않고, AlGaN계 물질, InGaN계 물질 및 AlInGaN계 물질 등과 같은 GaN 기반의 화합물을 다양하게 형성하여 적용할 수 있으며, 도핑 또는 이온주입 공정으로 다양한 조성의 화합물층을 형성하여 사용할 수도 있다. 배리어층(130)도 본 실시예에서 적용한 Al0 .25GaN와 같은 AlGaN 재질에 한정되지 않고, GaN계 물질, AlGaN계 물질, InGaN계 물질 및 AlInGaN계 물질 등의 GaN 기반의 화합물을 다양하게 형성하여 적용할 수 있으며, 도핑 또는 이온 주입 공정으로 다양한 조성의 화합물층을 형성하여 사용할 수 있다.In this embodiment, the single crystal growth in which P-type silicon substrate a barrier layer of Al 0 .25 Material GaN buffer layer 120 of GaN material is formed to have a thickness of 3 to 4㎛, thereon in 110 to a thickness of 300 Å Formed. The buffer layer 120 is not limited to the GaN material applied in this embodiment, and can be applied by forming various GaN-based compounds such as AlGaN-based materials, InGaN-based materials, and AlInGaN-based materials. It may be used by forming a compound layer of various compositions. Barrier layer 130 is not limited to AlGaN material, such as Al 0 .25 GaN applied in this embodiment, the various forms of a compound of GaN-based, such as GaN-based material, AlGaN-based material, InGaN-based materials and AlInGaN-based material It can be applied, and it can be used by forming a compound layer of various compositions by doping or ion implantation process.

상술한 버퍼층과 배리어층이 모두 Al를 포함하는 재질인 경우에는 배리어층에 포함된 Al의 비율이 버퍼층에 포함된 Al의 비율보다 높아야 한다.When the above-described buffer layer and the barrier layer are both made of a material containing Al, the ratio of Al contained in the barrier layer should be higher than the ratio of Al contained in the buffer layer.

게이트 전극(160)은 두께가 30nm인 SiO2 재질의 게이트 절연층(150)에 의해서 배리어층과 이격되어 절연되어 상시불통(normally off)상태이고, 소스 전극과 드레인 전극은 배리어층에 접하여 게이트 전극의 양쪽에 설치된다. 여기서 게이트 절연층(150)은 그 재질이 SiO2 -만으로 한정되지 않고, SiO2, SiNx, Al2O3 HfO2 등의 절연 물질을 모두 적용할 수 있다. The gate electrode 160 is separated from and insulated from the barrier layer by a gate insulating layer 150 made of SiO 2 having a thickness of 30 nm, and is in a normally off state, and the source electrode and the drain electrode are in contact with the barrier layer, and the gate electrode is It is installed on both sides of the. Here, the gate insulating layer 150 is not limited to only SiO 2 , and all insulating materials such as SiO 2 , SiN x , and Al 2 O 3 HfO 2 may be applied.

여기서, 배리어층(130)에는 도 1에 도시된 것처럼 상면 중 일부가 관통된 트렌치가 형성되는데, 게이트 절연층(150)과 게이트 전극(160)이 이러한 트렌치에 삽입되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 배리어층(130)에 접하는 버퍼층(120)의 계면에 2차원 전자가스(2-DEG) 층 또는 전자 채널층이 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에서 트렌치는 배리어층(130)을 완전히 관통하여 버퍼층(120)까지 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 트렌치 하부의 게이트 절연층은 버퍼층(120)에 형성되어, 게이트 전극과 버퍼층을 절연할 수 있고, 게이트 절연층과 버퍼층의 계면에 채널이 형성될 수 있다.Here, as shown in FIG. 1, a trench through which a portion of the upper surface is penetrated is formed in the barrier layer 130, and the gate insulating layer 150 and the gate electrode 160 may be inserted into the trench to be formed. Accordingly, it is preferable that a two-dimensional electron gas (2-DEG) layer or an electron channel layer is formed at the interface of the buffer layer 120 in contact with the barrier layer 130. Further, in another embodiment of the present invention, the trench may completely penetrate the barrier layer 130 to form the buffer layer 120. In this case, the gate insulating layer under the trench is formed on the buffer layer 120 to insulate the gate electrode and the buffer layer, and a channel may be formed at the interface between the gate insulating layer and the buffer layer.

소스 전극(170)과 드레인 전극(180)은 게이트 전극(160)을 사이에 두고 양쪽에 위치할 수 있다. 또한, 소스 전극(170)과 드레인 전극(180)은 게이트 절연층(150)의 상면 중 일부를 관통하고, 배리어층(130)의 상부에 위치될 수 있다. 도 1에서 소스 전극(170)과 드레인 전극(180)은 캡층(140)에 접하고, 배리어층(130)에는 이격되어 형성된 것으로 도시되었으나, 이는 단지 예시일 뿐이고, 캡층(140)을 관통하여 배리어층(130)에 접하도록 형성되는 것도 가능하다.The source electrode 170 and the drain electrode 180 may be positioned on both sides with the gate electrode 160 interposed therebetween. In addition, the source electrode 170 and the drain electrode 180 may penetrate a portion of the upper surface of the gate insulating layer 150 and may be positioned above the barrier layer 130. In FIG. 1, the source electrode 170 and the drain electrode 180 are shown to be formed in contact with the cap layer 140 and spaced apart from the barrier layer 130, but this is only an example, and the barrier layer penetrates the cap layer 140. It is also possible to be formed to be in contact with (130).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 트랜지스터 영역과 다이오드 영역을 구분하기 위해, 배리어층(130)의 상부에 형성된 쇼트키 전극(190)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 쇼트키 전극(190)은 게이트 절연층(150)을 관통하여, 배리어층(130)의 상부에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 쇼트키 전극(190)과 소스 전극(170)은 드레인 전극(180)을 기준으로 서로 대향되는 위치에 형성될 수 있고, 쇼트키 전극(190)과 소스 전극(170)은 전기적으로 연결될 수 있다. In addition, the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention may further include a Schottky electrode 190 formed on the barrier layer 130 to separate the transistor region and the diode region. Specifically, the Schottky electrode 190 may pass through the gate insulating layer 150 and may be formed on the barrier layer 130. As shown in FIG. 1, the Schottky electrode 190 and the source electrode 170 may be formed at positions opposite to each other with respect to the drain electrode 180, and the Schottky electrode 190 and the source electrode 170 ) Can be electrically connected.

상술한 구조를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 트랜지스터 영역과 다이오드 영역을 구비한 즉, 트랜지스터와 다이오드의 기능 모두를 수행할 수 있는 모놀리식 집적회로로 제조될 수 있다. 즉, 게이트 절연층(150)을 관통하여 접합된 드레인 전극(180)은 다이오드 영역에서는 캐소드로 동작을 할 수 있게 되므로 트랜지스터 영역에서의 드레인, 그리고 다이오드 영역에서의 캐소드 역할 모두를 동시에 담당할 수 있다. 그리고, 쇼트키 전극(190)은 다이오드 영역에서 애노드의 역할을 하게 된다.Through the above-described structure, the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention can be manufactured as a monolithic integrated circuit having a transistor region and a diode region, that is, capable of performing both functions of a transistor and a diode. have. That is, since the drain electrode 180 bonded through the gate insulating layer 150 can operate as a cathode in the diode region, it can simultaneously play both the drain in the transistor region and the cathode in the diode region. . In addition, the Schottky electrode 190 serves as an anode in the diode region.

여기서, 쇼트키 전극(190)은 도 1에 도시된 트랜지스터 영역이 아닌 다이오드 영역에 배치됨으로써, 본 발명의 반도체 소자(100)가 트랜지스터의 기능을 수행하는 경우 완전히 분리되어 오프될 수 있고, 반대로 다이오드의 기능을 수행하는 경우 트랜지스터 영역에 별다른 영향을 미치지 않게 된다. 이에 따라, 반도체 소자(100)는 다이오드 영역과 트랜지스터 영역이 완벽히 구분되어 동작될 수 있게 되고, 종래의 스위칭 소자에서 발생하는 발열 문제도 해소 가능하다.Here, the Schottky electrode 190 is disposed in a diode region other than the transistor region shown in FIG. 1, so that when the semiconductor device 100 of the present invention performs the function of a transistor, it can be completely separated and turned off. In the case of performing the function of, it does not affect the transistor region much. Accordingly, the semiconductor device 100 can be operated by completely dividing the diode region and the transistor region, and it is possible to solve the heat generation problem that occurs in the conventional switching device.

웨이퍼 절연층(155)은 애노드와 캐소드의 원활한 형성을 위해 게이트 절연층(150)의 상부에 형성될 수 있다. 여기서 웨이퍼 절연층(155)의 재질은 SiNx에 한정되지 않고, 다양한 절연 물질이 가능하다. 본 실시예의 반도체 소자(100)는, 트렌치 아래 남아있는 배리어층(130)의 두께와 Al의 비율 및 게이트 절연층(150)의 재질과 두께에 따라 MOSHFET의 턴온 전압이 결정되고, 다이오드의 정방향 턴온 전압은 애노드의 쇼트키 장벽으로 결정되고, 쇼트키 전극과 게이트 전극 사이의 거리 및 드레인 전극과 게이트 전극의 거리에 의하여 항복전압이 결정된다.The wafer insulating layer 155 may be formed on the gate insulating layer 150 for smooth formation of the anode and the cathode. Here, the material of the wafer insulating layer 155 is not limited to SiN x , and various insulating materials are possible. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the turn-on voltage of the MOSHFET is determined according to the ratio of the thickness and Al of the barrier layer 130 remaining under the trench and the material and thickness of the gate insulating layer 150, and the forward turn-on of the diode. The voltage is determined by the Schottky barrier of the anode, and the breakdown voltage is determined by the distance between the Schottky electrode and the gate electrode and the distance between the drain electrode and the gate electrode.

또한, 본 발명의 반도체 소자(100)는 게이트 전극(160)과 소스 전극(170) 및 드레인 전극(180)에 의해서 구성되는 트랜지스터의 턴온 전압이 0V 이상이고, 드레인 전극(180)과 쇼트키 전극(190)에 의해 구성되는 다이오드의 턴온 전압은 2V 이하일 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 반도체 소자(100)는 고전압 전력회로 시스템에서 요구하는 트랜지스터의 턴온 전압과 다이오드의 턴온 전압을 만족하도록 제작할 수 있다. 한편, 본 발명의 반도체 소자(100)는 트랜지스터의 턴온 전압과 다이오드의 턴온 전압을 개별적으로 조절할 수 있으며, 반도체 소자가 적용되는 시스템의 요구조건에 맞추어 제작할 수 있다. 한편, 상술한 본 발명의 다른 실시예에서 언급된, 트렌치를 깊게 형성함으로써 트렌치가 배리어층을 관통하여 버퍼층까지 형성된 경우에는, 게이트 절연층의 재질과 두께에 따라 MOSHFET의 턴온 전압이 결정될 수 있다.In addition, in the semiconductor device 100 of the present invention, the turn-on voltage of the transistor constituted by the gate electrode 160, the source electrode 170, and the drain electrode 180 is 0V or higher, and the drain electrode 180 and the Schottky electrode The turn-on voltage of the diode configured by 190 may be 2V or less. As described above, the semiconductor device 100 of the present invention can be manufactured to satisfy the turn-on voltage of the transistor and the turn-on voltage of the diode required by the high-voltage power circuit system. Meanwhile, the semiconductor device 100 of the present invention can individually adjust the turn-on voltage of the transistor and the turn-on voltage of the diode, and can be manufactured according to the requirements of a system to which the semiconductor device is applied. On the other hand, when the trench is deeply formed to penetrate the barrier layer to the buffer layer, as mentioned in the other embodiment of the present invention, the turn-on voltage of the MOSHFET may be determined according to the material and thickness of the gate insulating layer.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)의 등가 회로를 도시한 회로도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)의 전류-전압 특성을 도시하는 그래프이다. 도 2와 같이, 등가회로로 표현될 수 있는 본 발명의 반도체 소자(100)는 MOSHFET(Q)와 쇼트키 다이오드(D)의 동작여부에 따라서 도 3과 같은 전류-전압 특성을 나타낼 수 있다. 이하, 도 4 내지 도 7을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)의 동작 원리를 더 설명한다.2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a graph showing current-voltage characteristics of the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention to be. As shown in FIG. 2, the semiconductor device 100 of the present invention, which can be expressed as an equivalent circuit, may exhibit current-voltage characteristics as in FIG. 3 depending on whether the MOSHFET (Q) and the Schottky diode (D) operate. Hereinafter, an operating principle of the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention will be further described with reference to FIGS. 4 to 7.

도 4는 게이트 전극(160)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vgs)이 0이어서 MOSHFET(Q)가 동작하지 않고, 드레인 전극과 소스 전극 사이의 전압(Vds)은 0보다 커서 쇼트키 다이오드(D)가 동작하지 않는 상태의 전류 흐름을 나타낸다. 도시된 것과 같이, MOSHFET(Q)가 동작하지 않기 때문에 드레인 전극(180)과 소스 전극(170) 사이에 전류가 흐르지 않고, 쇼트키 다이오드(D)가 동작하지 않기 때문에 쇼트키 전극(190)과 드레인 전극(180) 사이에도 전류가 흐르지 않는, 차단 모드(blocking mode)가 된다.4 shows that the voltage Vgs between the gate electrode 160 and the source electrode 170 is 0 so that the MOSHFET Q does not operate, and the voltage Vds between the drain electrode and the source electrode is greater than 0, so that the Schottky diode (D) shows the current flow in an inactive state. As shown, since the MOSHFET Q does not operate, current does not flow between the drain electrode 180 and the source electrode 170, and the Schottky diode D does not operate. A blocking mode is established in which no current flows even between the drain electrodes 180.

도 5는 게이트 전극(160)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vgs)이 턴온 전압을 유지하면서 드레인 전극(180)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vds)이 0보다 커서 트랜지스터가 동작하고, 쇼트키 다이오드(D)는 역방향 전압이기 때문에 동작하지 않는 상태의 전류 흐름을 나타낸다. 도 5에 도시된 것과 같이, 쇼트키 다이오드(D)가 동작하지 않기 때문에 쇼트키 전극(190)과 드레인 전극(180) 사이에는 전류가 흐르지 않고, MOSHFET(Q)의 동작에 의해서 드레인 전극(180)으로부터 소스 전극(170)으로 전류(is)가 흐르는, 정방향 전도 모드(forward conduction mode)가 된다.5 shows that the voltage (Vgs) between the gate electrode 160 and the source electrode 170 maintains a turn-on voltage while the voltage (Vds) between the drain electrode 180 and the source electrode 170 is greater than 0, so that the transistor is operated. And, because the Schottky diode (D) is a reverse voltage, it represents the current flow in a state in which it does not operate. As shown in FIG. 5, since the Schottky diode D does not operate, current does not flow between the Schottky electrode 190 and the drain electrode 180, and the drain electrode 180 is generated by the operation of the MOSHFET Q. A current (is) flows from) to the source electrode 170, and becomes a forward conduction mode.

도 6은 게이트 전극(160)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vgs)이 0이면서, 드레인 전극(180)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vds)이 0보다 작으면서, 다이오드(D)의 턴온전압 이상이 될 경우, 트랜지스터는 동작하지 않고, 쇼트키 다이오드(D)가 동작하는 상태의 전류 흐름을 나타낸다. 도시된 것과 같이, MOSHFET(Q)가 동작하지 않기 때문에 드레인 전극(180)과 소스 전극(170) 사이에 전류가 흐르지 않고, 쇼트키 다이오드(D)가 동작하기 때문에 쇼트키 전극(190)으로부터 드레인 전극(180)으로 전류(is)가 흐르는, 역방향 전도 모드(reverse conduction mode)가 된다.6 shows that the voltage Vgs between the gate electrode 160 and the source electrode 170 is 0, the voltage Vds between the drain electrode 180 and the source electrode 170 is less than 0, and the diode D When the turn-on voltage of) is greater than or equal to), the transistor does not operate, and the current flow in the Schottky diode D operates. As shown, since the MOSHFET Q does not operate, current does not flow between the drain electrode 180 and the source electrode 170, and because the Schottky diode D operates, the drain from the Schottky electrode 190 A current is flows through the electrode 180, and becomes a reverse conduction mode.

도 7은 게이트 전극(160)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vgs)이 턴온 전압(Von) 이상이면서, 드레인 전극(180)과 소스 전극(170) 사이의 전압(Vds)이 0보다 작으면서 다이오드(D)의 턴온전압 이상이 될 경우, 트랜지스터는 역방향으로 동작하며, 쇼트키 다이오드(D)는 순방향 전압으로 동작한다. 이 때의 최대 전류는 앞서 도시한 도 6의 트랜지스터의 전류가 합쳐지므로 최대 전류는 트랜지스터와 다이오드의 전류의 합으로 나타나게 된다.7 shows that the voltage Vgs between the gate electrode 160 and the source electrode 170 is greater than or equal to the turn-on voltage Von, and the voltage Vds between the drain electrode 180 and the source electrode 170 is less than zero. In addition, when the turn-on voltage of the diode D is higher than that of the diode D, the transistor operates in the reverse direction, and the Schottky diode D operates with a forward voltage. Since the maximum current at this time is the sum of the currents of the transistors of FIG. 6 shown above, the maximum current is expressed as the sum of the currents of the transistor and the diode.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자가 다채널 대면적에 형성된 경우를 도시하는 단면도이다. 도 8에 도시된 다채널 반도체 소자(200)는 도 1 내지 도 7을 참조로 설명한 반도체 소자(100)가 복수개로 이루어지고, 이들 복수의 반도체 소자가 병렬로 배치된 예시를 나타낸다. 도 8에 도시된 다채널 반도체 소자(200)는 도면의 간략화를 위하여 반도체 소자가 3개만 도시되어 있으나, 상기 개수로 제한되지 않고, 요구되는 전력에 대응하여 스위칭 소자를 병렬로 추가 반복하여 배치할 수 있다. 여기서, 트랜지스터와 다이오드의 쌍이 반드시 유지될 필요는 없으며, 정방향과 역방향에서 요구되는 전류크기에 따라 트랜지스터 혹은 다이오드의 개수를 상이하게 배치할 수 있다.8 is a cross-sectional view illustrating a case in which a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is formed in a large multi-channel area. In the multi-channel semiconductor device 200 illustrated in FIG. 8, a plurality of semiconductor devices 100 described with reference to FIGS. 1 to 7 are formed, and the plurality of semiconductor devices are arranged in parallel. In the multi-channel semiconductor device 200 shown in FIG. 8, only three semiconductor devices are shown for simplification of the drawing, but the number is not limited, and switching devices may be additionally repeatedly arranged in parallel in response to the required power. I can. Here, the pair of transistors and diodes does not necessarily need to be maintained, and the number of transistors or diodes may be arranged differently depending on the current magnitude required in the forward direction and the reverse direction.

도 8의 배열 방식은 위에서 언급한 것처럼 드레인을 기준으로 임의의 시간에 좌우 중 한쪽으로만 전류가 흐르게 되어 이웃한 채널의 발열 영향을 줄이는 장점도 가지고 있다.As mentioned above, the arrangement method of FIG. 8 also has an advantage of reducing the heat generation effect of neighboring channels since current flows only to one of the left and right at an arbitrary time based on the drain.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도를 도시한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자(200, 300, 400)는 게이트 전극 또는 쇼트키 전극의 형상만 다를 뿐, 다른 부분은 동일하다. 따라서, 위에서 언급된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.9 to 11 are cross-sectional views of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. In the semiconductor devices 200, 300, and 400 according to another embodiment of the present invention, only the shape of the gate electrode or the Schottky electrode is different, and other parts are the same. Accordingly, detailed descriptions of items overlapping with those mentioned above will be omitted.

도 9에서, 반도체 소자(200)에 포함된 트랜치는 반도체 소자(100)의 트랜치에 비해 더 깊게 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서 트랜치는 배리어층(230)의 전체를 관통하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극(260)도 더 깊게 형성될 수 있다.In FIG. 9, the trench included in the semiconductor device 200 may be formed deeper than the trench in the semiconductor device 100. That is, in another embodiment of the present invention, the trench may be formed through the entire barrier layer 230. Accordingly, the gate electrode 260 may also be formed deeper.

또한, 도 10 도 11에 도시된 것처럼, 쇼트키 전극(390, 490)의 형성시, 다이오드 턴온 전압을 낮추기 위해, 쇼트키 전극(390, 490) 하부의 배리어 층(330, 430)의 일부 또는 전체를 관통하여 트랜치를 형성하고, 쇼트키 전극(390, 490)을 형성하는 것도 가능하다. 여기서, 쇼트키 전극(390, 490)의 형상은 도 10 및 도 11에 도시된 것처럼 특정 형상으로 제한되지 않는다.
In addition, as shown in FIG. 10 and 11, in order to lower the diode turn-on voltage when the Schottky electrodes 390 and 490 are formed, a portion of the barrier layers 330 and 430 under the Schottky electrodes 390 and 490 or It is also possible to form a trench through the whole and form the Schottky electrodes 390 and 490. Here, the shape of the Schottky electrodes 390 and 490 is not limited to a specific shape as shown in FIGS. 10 and 11.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specifications. Although specific terms have been used herein, these are only used for the purpose of describing the present invention, and are not used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. Therefore, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100 : 반도체 소자 110 : 기판
120 : 버퍼층 130 : 배리어층
140 : 캡층 150 : 게이트 절연층
155 : 웨이퍼 절연층 160 : 게이트 전극
170 : 소스 전극 180 : 드레인 전극
190 : 쇼트키 전극 200 : 다채널 반도체 소자
100: semiconductor element 110: substrate
120: buffer layer 130: barrier layer
140: cap layer 150: gate insulating layer
155: wafer insulating layer 160: gate electrode
170: source electrode 180: drain electrode
190: Schottky electrode 200: multi-channel semiconductor device

Claims (11)

기판;
상기 기판의 상부에 형성된 버퍼층;
상기 버퍼층의 상부에 형성된 배리어층;
상기 배리어층의 상부에 형성된 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층의 상면 중 일부를 관통하여 형성되고, 상기 배리어층의 상부에 위치되는 소스 전극과 드레인 전극;
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 사이에 위치하고, 상기 게이트 절연층에 의해 상기 배리어층과 이격된 게이트 전극; 및
상기 게이트 절연층을 관통하여 상기 배리어층의 상부에 형성되는 쇼트키 전극을 포함하는 반도체 소자에 있어서,
상기 쇼트키 전극과 상기 소스 전극은 상기 드레인 전극을 기준으로 서로 대향되게 형성되고,
상기 드레인 전극을 기준으로 쇼트키 전극과 게이트 전극이 대향되게 형성되며,
상기 배리어층과 상기 게이트 절연층 사이에 캡층이 형성되고,
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 및 상기 쇼트키 전극은 상기 캡층에 접촉하고, 상기 배리어층에는 이격되며,
상기 게이트 전극은 상기 게이트 절연층과 상기 캡층을 완전히 관통하고, 상기 배리어 층의 상면 일부를 관통하여 형성되고,
상기 반도체 소자는 다이오드 영역과 트랜지스터 영역을 구비한 집적 회로로 구성된 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
Board;
A buffer layer formed on the substrate;
A barrier layer formed on the buffer layer;
A gate insulating layer formed on the barrier layer;
A source electrode and a drain electrode formed through a portion of the upper surface of the gate insulating layer and positioned above the barrier layer;
A gate electrode positioned between the source electrode and the drain electrode and spaced apart from the barrier layer by the gate insulating layer; And
In the semiconductor device comprising a Schottky electrode formed on the barrier layer through the gate insulating layer,
The Schottky electrode and the source electrode are formed to face each other with respect to the drain electrode,
A Schottky electrode and a gate electrode are formed to face each other with respect to the drain electrode,
A cap layer is formed between the barrier layer and the gate insulating layer,
The source electrode, the drain electrode, and the Schottky electrode are in contact with the cap layer, and are spaced apart from the barrier layer,
The gate electrode completely penetrates the gate insulating layer and the cap layer, and is formed to penetrate a portion of the upper surface of the barrier layer,
The semiconductor device, characterized in that the semiconductor device is composed of an integrated circuit having a diode region and a transistor region.
제1항에 있어서,
상기 반도체 소자는 다이오드와 트랜지스터의 기능 모두를 수행할 수 있는 모놀리식 집적 회로로 구성된 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 1,
The semiconductor device, characterized in that consisting of a monolithic integrated circuit capable of performing both the functions of a diode and a transistor.
제2항에 있어서,
상기 소스 전극과 상기 쇼트키 전극은 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 2,
The semiconductor device, characterized in that the source electrode and the Schottky electrode are electrically connected.
제2항에 있어서,
상기 드레인 전극은 상기 트랜지스터 영역에서 드레인으로 동작하고, 상기 다이오드 영역에서 캐소드로 동작하며, 상기 쇼트키 전극은 상기 다이오드 영역에서 애노드로 동작하는 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 2,
Wherein the drain electrode operates as a drain in the transistor region, a cathode in the diode region, and the Schottky electrode operates as an anode in the diode region.
제1항에 있어서,
상기 배리어층에는 상면 중 일부 혹은 전체가 관통된 트렌치가 형성되고, 상기 게이트 절연층 및 상기 게이트 전극은 상기 트렌치에 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 1,
A semiconductor device, characterized in that the barrier layer has a trench through which a portion or all of the upper surface is penetrated, and the gate insulating layer and the gate electrode are formed by being inserted into the trench.
제1항에 있어서,
상기 배리어층에는 상면 중 일부 혹은 전체가 관통된 전극용 트렌치가 형성되고, 상기 쇼트키 전극은, 상기 전극용 트렌치의 상부에 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 1,
A semiconductor device, characterized in that the barrier layer has an electrode trench through which a portion or all of the upper surface is penetrated, and the Schottky electrode is formed by being inserted in the upper portion of the electrode trench.
제1항에 있어서,
상기 배리어층에 접하는 상기 버퍼층의 계면에 2차원 전자가스(2-DEG) 또는 전자 채널층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method of claim 1,
A semiconductor device, characterized in that a two-dimensional electron gas (2-DEG) or electron channel layer is further formed at an interface of the buffer layer in contact with the barrier layer.
제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 GaN계 물질, AlGaN계 물질, InGaN계 물질 및 AlInGaN계 물질 중 적어도 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 1,
Wherein the buffer layer is formed of at least one of a GaN-based material, an AlGaN-based material, an InGaN-based material, and an AlInGaN-based material.
제1항에 있어서,
상기 배리어층은 GaN계 물질, AlGaN계 물질, InGaN계 물질 및 AlInGaN계 물질 중 적어도 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 소자.
The method of claim 1,
Wherein the barrier layer is formed of at least one of a GaN-based material, an AlGaN-based material, an InGaN-based material, and an AlInGaN-based material.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 반도체 소자가 복수개로 병렬로 배치된 다채널 반도체 소자로서,
하나의 반도체 소자의 쇼트키 전극은 상기 반도체 소자에 인접한 다른 하나의 반도체 소자의 소스 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 다채널 반도체 소자.
A multi-channel semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices according to any one of claims 1 to 9 are disposed in parallel,
A multi-channel semiconductor device, characterized in that the Schottky electrode of one semiconductor device is electrically connected to a source electrode of another semiconductor device adjacent to the semiconductor device.
제10항에 있어서,
하나의 반도체 소자의 쇼트키 전극의 일 단부는 상기 다른 하나의 반도체 소자의 소스 전극의 일 단부와 접촉되는 것을 특징으로 하는, 다채널 반도체 소자.
The method of claim 10,
A multi-channel semiconductor device, characterized in that one end of a Schottky electrode of one semiconductor device is in contact with an end of a source electrode of the other semiconductor device.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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