KR101003909B1 - Potential well barrier transistor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 자세하게는 넓은 밴드 갭과 좁은 밴드 갭이 형성하는 포텐셜 웰을 갖는 장벽층을 이용한 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a potential well barrier transistor, and more particularly, to a potential well barrier transistor using a barrier layer having a potential well formed by a wide band gap and a narrow band gap.

본 발명의 이종접합층 구조를 가진 트랜지스터에 있어서, 기판 및 상기 기판 상에 위치하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 위치하는 제 1장벽층; 상기 제 1장벽층 상에 위치하는 채널층; 상기 채널층 상에 위치하고, 포텐셜 웰을 갖는 제 2장벽층; 및 상기 제 2장벽층 상에 위치하는 캡층을 포함함에 기술적 특징이 있다.A transistor having a heterojunction layer structure of the present invention, comprising: a substrate and a buffer layer on the substrate; A first barrier layer on the buffer layer; A channel layer on the first barrier layer; A second barrier layer on the channel layer, the second barrier layer having a potential well; And a cap layer located on the second barrier layer.

포텐셜 웰, 이종접합구조, 장벽층, 트랜지스터 Potential Wells, Heterojunctions, Barrier Layers, Transistors

Description

포텐셜 웰 베리어 트랜지스터{Potential well barrier transistor}Potential well barrier transistor

본 발명은 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 자세하게는 넓은 밴드 갭과 좁은 밴드 갭이 형성하는 포텐셜 웰을 갖는 장벽층을 이용한 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a potential well barrier transistor, and more particularly, to a potential well barrier transistor using a barrier layer having a potential well formed by a wide band gap and a narrow band gap.

쇼트키 접합(Schottky contact)을 게이트로 갖는 고전자 이동도 소자(High Electron Mobility Transistor, HEMT)나 금속 반도체 전계 효과 소자(Metal Epitaxial Semiconductor Field Effect Transistor, MESFET)는 N-채널 소자로 게이트에 전압을 증가시키면 드레인 전류(IDS)가 증가된다. 상기 소자들의 게이트 쇼트키 접합은 순방향 전압을 걸면 전류가 흐르면서 도통 상태가 된다. High Electron Mobility Transistors (HEMTs) or Metal Epitaxial Semiconductor Field Effect Transistors (MESFETs) with Schottky contacts as gates are N-channel elements that provide voltage across the gate. Increasing increases the drain current I DS . The gate Schottky junction of the devices is in a conducting state as a current flows when a forward voltage is applied.

그러나 게이트에는 쇼트키 턴온 전압(Schottky turn-on voltage, VG . ON) 이상 걸 수 없고 이에 따라 드레인 전류(IDS)도 제한된다. 따라서 드레인 전류(IDS)를 증가시키기 위해 쇼트키 턴온 전압(VG . ON)을 증가시키는 이종접합층구조가 개발되었다.However, the Schottky gate turn-on voltage (Schottky turn-on voltage, V G. ON) can not make more than thereby also limit the drain current (I DS). As a result, the heterojunction layer structure to increase the Schottky turn-on voltage (V G. ON) for increasing the drain current (I DS) have been developed.

도 1은 종래 기술에 따른 GaAs계열의 고전자 이동도 소자의 제 1실시예이다. 1 is a first embodiment of a GaAs-based high electron mobility device according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 GaAs계 고전자 이동도 소자(HEMT)는 기판 및 버퍼층(100) 위에 Al0 .22Ga0 .78As 제 1장벽층(200), 높은 전자 이동도를 갖는 In0.22Ga0.78As 채널층(300), 전자공급층인 Al0 .22GaAs 제 2장벽층(400) 및 GaAs n+ 캡층(500)으로 구성되어 있다.1, the conventional general GaAs-based high electron mobility device (HEMT) includes a substrate and a buffer layer (100) on the Al 0 .22 0 .78 Ga As first barrier layer 200, has a high electron mobility is composed of in 0.22 Ga 0.78 as channel layer 300, the electron supply layer is an Al 0 .22 GaAs second barrier layer 400 and the n + GaAs cap layer 500.

상기 GaAs n+ 캡층(500)은 소스 및 드레인 영역사이에서 하부에 위치한 고농도로 도핑된 n타입 층으로, 소스 및 드레인 컨택 층이 상기 GaAs n+ 캡층(500)의 소스 및 드레인 영역 상에 각각 형성되고, 게이트 전극이 소스 및 드레인 영역 사이의 GaAs n+ 캡층(500)을 제거한 제 2장벽층(400) 부분에 형성된다.The GaAs n + cap layer 500 is a heavily doped n-type layer disposed between the source and drain regions, and a source and drain contact layer is formed on the source and drain regions of the GaAs n + cap layer 500, respectively. The gate electrode is formed on the portion of the second barrier layer 400 from which the GaAs n + cap layer 500 between the source and drain regions is removed.

이와 같은 구조에서는 게이트에는 쇼트키 턴온 전압(Schottky turn-on voltage, VG . ON) 이상 걸 수 없고 이에 따라 드레인 전류(IDS)도 제한된다. In such a structure, the gate turn-on voltage Schottky (Schottky turn-on voltage, V G. ON) can not make more than thereby also limit the drain current (I DS).

도 2는 종래 기술에 따른 고전자 이동도 소자의 제 2실시예로, 도 2를 참조하면 도 1의 경우보다 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG . ON)을 증가시키기 위한 넓은 밴드 갭(wide band gap)을 가진 물질 또는 전도대가 높은 물질로 이루어진 제 1반도체층(411)을 포함한 제 2장벽층(410), 기판 및 버퍼층(100) 위에 Al0 .22Ga0 .78As 제 1장벽층(200), 고저항을 갖는 In0 .22Ga0 .78As 채널층(300) 및 GaAs n+ 캡층(500)으로 구성 되어 있다.2 is a wide band gap to increase (ON V G.) High electron mobility of the second embodiment, the road there is shown than the gate Schottky turn-on voltage when the first reference to Figure 2 of a device according to the prior art (wide band second barrier layer (410), Al 0 .22 on a substrate and a buffer layer (100) 0 .78 Ga as first barrier layer including a first semiconductor layer 411 is made of a material or a high conduction material having a gap) ( 200), is composed of in 0 .22 Ga 0 .78 as channel layer 300 and the n + GaAs cap layer 500 having a high resistance.

도 2와 같이, 넓은 밴드 갭을 가진 물질(Al0 .45GaAs)로 이루어진 제 1반도체층(411)을 포함한 제 2장벽층(410)을 사용하면 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG . ON)을 높일 수 있다. 그러나 넓은 밴드 갭을 가진 물질은 일반적으로 소자의 소스 드레인 저항 접촉(source drain ohmic contact)을 저하시킨다.As shown in FIG. 2, the material (Al 0 .45 GaAs), the first semiconductor layer 411, second barrier layer 410, a Schottky gate turn-on voltage (V G. ON) Using including made with wide bandgap Can increase. However, materials with wide band gaps generally degrade the device's source drain ohmic contact.

즉, 제 2장벽층(410)의 두께가 두꺼울수록 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG . ON)이 증가되나, 저항 접촉의 성능저하도 함께 일어나므로 이를 개선하기 위하여 이온 주입법(ion-implantation)을 오믹 공정에 사용하기도 하나 공정단계가 증가하고 비용이 증가하는 문제가 발생한다.That is, the second, but the thicker the thickness of the barrier layer 410, the gate Schottky turn-on voltage (V G. ON) is increased, the degradation of the resistance contact also because up with the ion implantation (ion-implantation) in order to improve this, Although it is used for ohmic process, there is a problem of increasing process steps and cost.

도 3은 종래 기술에 따른 고전자 이동도 소자의 제 3실시예이다.3 is a third embodiment of a high electron mobility device according to the prior art.

도 3을 참조하면, 제2 장벽층(420)은 넓은 밴드 갭을 가진 물질 또는 전도대가 높은 물질로 이루어진 제 1반도체층(421)과 좁은 밴드 갭을 가진 물질 또는 전도대가 낮은 물질로 이루어진 제 2반도체층(422)를 여러 층에 번갈아 가며 쌓아 형성된 초격자구조(super lattice)이다. 초격자 구조는 양자역학적 거울의 역할을 하며 제 2장벽층(420)으로 전자가 유입되는 것을 막아 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG . ON)을 증가시킨다.Referring to FIG. 3, the second barrier layer 420 may include a first semiconductor layer 421 made of a material having a wide band gap or a high conduction band and a second material made of a material having a narrow band gap or a material having a low conduction band. It is a super lattice formed by alternately stacking the semiconductor layer 422 in several layers. Super lattice structure serves as a quantum-mechanical mirror and to increase the second barrier layer 420 in electrons (ON V G.) Makes a Schottky gate turn-on voltage to be introduced.

제 2장벽층(420)은 넓은 밴드 갭을 가진 물질(Al0 .45GaAs)로 이루어진 제 1반도체층(421)과 좁은 밴드 갭을 가진 물질(In0 .22GaAs)로 이루어진 제 2반도체층(422) 가 여러 층에 반복적으로 쌓은 초격자 구조이므로 소스 드레인 저항 접촉이 저하되어 이온 주입법을 오믹 공정에 사용하기는 하나 공정단계가 증가하고 비용이 증가하는 문제점이 발생한다.The second barrier layer 420 is a material having a first semiconductor layer 421 and made of a narrow bandgap material (Al 0 .45 GaAs) having a wide bandgap second semiconductor layer made of the (In GaAs 0 .22) Since 422 is a superlattice structure repeatedly stacked in several layers, the source-drain resistance contact is lowered, so that the ion implantation method is used in the ohmic process, but the process step is increased and the cost is increased.

또한, 제 2장벽층(420)의 두께가 두꺼워 게이트와 채널 전자간의 거리가 멀어져 트랜스컨덕턴스(transconductance)가 나빠진다. 특히 인헨스먼트 모드 고전자 이동도 소자(Enhancement-mode HEMT)는 양의 문턱전압(positive threshold voltage)를 위해 얇은 장벽층이 필요하므로 초격자 구조는 이에 적합하지가 않다.In addition, since the thickness of the second barrier layer 420 is large, the distance between the gate and the channel electrons increases, resulting in poor transconductance. In particular, the enhancement mode high-electron mobility device (Enhancement-mode HEMT) requires a thin barrier layer for the positive threshold voltage (super-lattice structure is not suitable for this.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 넓은 밴드 갭과 좁은 밴드 갭이 형성하는 포텐셜 웰을 갖는 장벽층을 이용하여 이종접합층 구조를 가진 트랜지스터의 게이트 쇼트키 턴온 전압을 증가시켜, 게이트에 큰 전압을 인가할 수 있어 드레인 전류가 증가되도록 하는 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the above problems of the prior art increases the gate Schottky turn-on voltage of a transistor having a heterojunction layer structure by using a barrier layer having a potential well formed by a wide band gap and a narrow band gap. It is an object of the present invention to provide a potential well barrier transistor capable of applying a large voltage to a gate to increase a drain current.

본 발명의 상기 목적은 이종접합층 구조를 가진 트랜지스터에 있어서, 기판 및 상기 기판 상에 위치하는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 위치하는 제 1장벽층; 상기 제 1장벽층 상에 위치하는 채널층; 상기 채널층 상에 위치하고, 포텐셜 웰을 갖는 제 2장벽층; 및 상기 제 2장벽층 상에 위치하는 캡층을 포함하는 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터에 의해 달성된다.The object of the present invention is a transistor having a heterojunction layer structure, comprising: a substrate and a buffer layer located on the substrate; A first barrier layer on the buffer layer; A channel layer on the first barrier layer; A second barrier layer on the channel layer, the second barrier layer having a potential well; And a cap layer positioned on the second barrier layer.

또한, 본 발명의 상기 제 2장벽층은, 넓은 밴드 갭의 제 3반도체층; 상기 제 3반도체층 상에 존재하는 좁은 밴드 갭의 제 2반도체층; 및 상기 제 2반도체층 상에 존재하는 넓은 밴드 갭의 제 1반도체층으로 구성됨이 바람직하다.In addition, the second barrier layer of the present invention, the third semiconductor layer having a wide band gap; A second semiconductor layer having a narrow band gap present on the third semiconductor layer; And a wide band gap first semiconductor layer present on the second semiconductor layer.

또한, 본 발명의 상기 제 2반도체층의 두께는 10~50Å임이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the thickness of the said 2nd semiconductor layer of this invention is 10-50 GPa.

또한, 본 발명의 상기 제 1반도체층과 제 3반도체층은 AlXGaAs이고, 상기 x 는 0.2이상 1이하임이 바람직하다.The first semiconductor layer and the third semiconductor layer of the present invention are Al X GaAs, and x is preferably 0.2 or more and 1 or less.

또한, 본 발명의 상기 제 1반도체층과 제 3반도체층은 In1 - XAlXAs이고, 상기 x는 0.2이상 1.0미만임이 바람직하다.In addition, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer of the present invention is In 1 - X Al X As, wherein x is preferably 0.2 or more and less than 1.0.

또한, 본 발명의 상기 제 1반도체층과 제 3반도체층은 AlXGaN이고, 상기 x는 0.1이상 1.0이하임이 바람직하다.In addition, the first semiconductor layer and the third semiconductor layer of the present invention is Al X GaN, wherein x is preferably 0.1 or more and 1.0 or less.

또한, 본 발명의 상기 제 2반도체층은 InXGaAs이고, 상기 x는 0.0초과 1.0이하임이 바람직하다.In addition, the second semiconductor layer of the present invention is In X GaAs, x is preferably more than 0.0 and less than 1.0.

또한, 본 발명의 상기 제 2반도체층은 GaN임이 바람직하다.In addition, the second semiconductor layer of the present invention is preferably GaN.

따라서, 본 발명의 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터는 넓은 밴드 갭과 좁은 밴드 갭이 형성하는 포텐셜 웰을 갖는 장벽층을 이용함으로써 게이트 쇼트키 턴온 전압을 증가시켜, 게이트에 큰 전압을 인가할 수 있어 드레인 전류가 증가되는 장점이 있고, 얇은 장벽층을 제공하고, 공정단계를 줄이며, 비용을 감소하는 현저하고도 유리한 효과가 있다.Accordingly, the potential well barrier transistor of the present invention can increase the gate schottky turn-on voltage by applying a barrier layer having a potential well formed by a wide band gap and a narrow band gap, thereby applying a large voltage to the gate, thereby increasing the drain current. There is an increased advantage and there is a significant and advantageous effect of providing a thin barrier layer, reducing the process steps and reducing the cost.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법 으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자의 레이어 구조이다.4 is a layer structure of a high electron mobility device according to the present invention.

도 4를 참조하면, 기판 및 버퍼층(600) 위에 Al0 .22Ga0 .78As 제 1장벽층(700), 높은 전자이동도를 갖는 In0 .22Ga0 .78As 채널층(800), 포텐셜 웰을 갖는 제 2장벽층(900) 및 GaAs n+ 캡층(1000)으로 구성되어 있다.Referring to Figure 4, Al 0 .22 on a substrate and a buffer layer (600) 0 .78 Ga As first barrier layer (700), In 0 0 .22 Ga .78 As channel layer 800 having high electron mobility, And a second barrier layer 900 having a potential well and a GaAs n + cap layer 1000.

기판 및 버퍼층(600)상 위에 Al0 .22Ga0 .78As 제 1장벽층(700), 높은 전자이동도를 갖는 In0 .22Ga0 .78As 채널층(800) 및 GaAs n+ 캡층(1000)은 도 1의 고전자 이동도 소자와 동일하다.Al 0 .22 on a substrate and a buffer layer (600) 0 .78 Ga As first barrier layer (700), In 0 0 .22 Ga .78 As channel layer 800 and n + GaAs cap layer having a higher electron mobility Reference numeral 1000 is the same as the high electron mobility device of FIG. 1.

포텐셜 웰을 갖는 제 2장벽층(900)은 넓은 밴드 갭을 가진 물질 또는 전도대가 높은 물질로 이루어진 제 1반도체층(910), 좁은 밴드 갭을 가진 물질 또는 전도대가 낮은 물질로 이루어진 제 2반도체층(920) 및 넓은 밴드 갭을 가진 물질 또는 전도대가 높은 물질로 이루어진 제 3반도체층(930)으로 구성된다(도 5참조).The second barrier layer 900 having the potential well is a first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap or a high conduction band, a second semiconductor layer made of a material having a narrow band gap or a material having a low conduction band. 920 and a third semiconductor layer 930 made of a material having a wide band gap or a high conduction band (see FIG. 5).

제 2장벽층(900)은 초격자 구조와 다르게 한 층의 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)을 사용한다. 제 2반도체층(920)의 위아래에는 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910) 및 제 3반도체층(930)이 있어 제 2반도체층(920)은 포텐셜 웰이 된다.Unlike the superlattice structure, the second barrier layer 900 uses a second semiconductor layer 920 made of a material having a narrow band gap of one layer. Above and below the second semiconductor layer 920 is a first semiconductor layer 910 and a third semiconductor layer 930 made of a material having a wide band gap so that the second semiconductor layer 920 becomes a potential well.

제 2반도체층(920)의 두께는 10Å이하인 경우는 균등성(uniformity)이 보장되지 않고, 50Å이상 경우에는 제 2반도체층(920)이 장벽의 역할보다는 전자의 채널 역할을 하기 때문에 제 2반도체층(920)의 두께는 10~50Å으로 하는 것이 바람직하다. If the thickness of the second semiconductor layer 920 is less than 10 GPa, uniformity is not guaranteed. If the thickness of the second semiconductor layer 920 is less than 50 GPa, the second semiconductor layer 920 acts as a channel of electrons rather than a barrier. It is preferable that the thickness of 920 be 10-50 microseconds.

제 1반도체층(910)과 제 3반도체층(930)은 Al0 .45GaAs, Al0 .22GaAs로 구성되며 제 1반도체층(910)과 제 3반도체층(930) 사이에 위치하는 제 2반도체층(920)은 In0.22GaAs로 구성된다. The first is located between the first semiconductor layer 910 and the third semiconductor layer 930 is Al 0 .45 GaAs, Al 0 .22 is composed of GaAs first semiconductor layer 910 and the third semiconductor layer 930 The second semiconductor layer 920 is composed of In 0.22 GaAs.

도 4의 기판 및 버퍼층(600), 제 1장벽층(700), 채널층(800), 제 2장벽층(900) 및 캡층(1000)을 구성하는 물질은 일실시예로, AlGaAs, InGaAs, GaAs, InP, GaN, AlGaAs 등의 다양한 물질로 대체가 가능하며, 물질의 조성(mole fraction) 역시 변화가 가능하다. The material constituting the substrate and the buffer layer 600, the first barrier layer 700, the channel layer 800, the second barrier layer 900, and the cap layer 1000 of FIG. 4 may include AlGaAs, InGaAs, It can be replaced with various materials such as GaAs, InP, GaN, AlGaAs, and the composition of the material (mole fraction) can also be changed.

특히, 제 1반도체층(910)과 제 3반도체층(930)을 구성하는 물질은 AlXGaAs, In1-XAlXAs, AlXGaN 등으로 제 2반도체층(920)보다 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 대체 가 가능하며, 상기 AlXGaAs, In1 - XAlXAs인 경우, x는 0.2이상 1.0미만이다.In particular, the materials constituting the first semiconductor layer 910 and the third semiconductor layer 930 are Al X GaAs, In 1-X Al X As, Al X GaN, or the like, and have a wider band gap than the second semiconductor layer 920. It is possible to replace with a material having, In the case of Al X GaAs, In 1 - X Al X As, x is 0.2 or more and less than 1.0.

또한, 제 2반도체층(920)을 구성하는 물질은 InxGaAs, GaN 등으로 제 1 반도체층(910) 및 제 3반도체층(930)보다 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 대체가 가능하며, 상기 InxGaAs인 경우 x는 0.0초과 1.0이상이다.In addition, the material constituting the second semiconductor layer 920 may be replaced with a material having a narrower band gap than the first semiconductor layer 910 and the third semiconductor layer 930 by In x GaAs, GaN, or the like. In the case of In x GaAs, x is greater than 0.0 and greater than 1.0.

도 2와 도 4를 비교하면, 도 2의 제 1반도체층(411)과 도 4의 제 1반도체층(910)은 아래에 위치한 물질이 다르다. 즉, 도 2에서는 제 1반도체층(411) 아래에 Al0 .22GaAs가 있는 반면에, 도 4에서는 제 1반도체층(910) 아래에 좁은 밴드 갭을 가진 물질인 In0 .22GaAs가 있다.2 and 4, the first semiconductor layer 411 of FIG. 2 and the first semiconductor layer 910 of FIG. 4 are different from each other. That is, FIG. 2, a first semiconductor layer 411. On the other hand, in the Al 0 .22 GaAs below, Figure 4, the first material of In 0 .22 GaAs with a narrow band gap under the semiconductor layer 910 .

이러한 도 4의 구조는 도 2의 구조보다 더 큰 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG,ON)을 갖는데 그 첫 번째 이유는 좁은 밴드 갭을 가진 물질(In0 .22GaAs)로 이루어진 제 2반도체층(920) 위에 위치하는 넓은 밴드 갭을 가진 물질(Al0 .45GaAs)로 이루어진 제 1반도체층(910)의 전도대(Ec)가 상승하기 때문이다.This Figure 4 is a structure gatneunde greater Schottky gate turn-on voltage (V G, ON) than the structure of the second reason is that the first material having a narrow bandgap second semiconductor layer made of the (In 0 .22 GaAs) 920 first because it increases the conduction band (E c) of the semiconductor layer 910 made of a material (Al 0 .45 GaAs) having a wide band gap that is formed on.

넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910)과 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)이 접하고 있으면, 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910)의 전자 중 일부는 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)으로 이동한다. 이는 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)의 전도대가 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910)의 전도대보다 낮기 때문에 발생한다.When the first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap and the second semiconductor layer 920 made of a material having a narrow band gap are in contact with each other, the first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap is formed. Some of the electrons in the electrons move to the second semiconductor layer 920 made of a material having a narrow band gap. This occurs because the conduction band of the second semiconductor layer 920 made of a material having a narrow band gap is lower than the conduction band of the first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap.

넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910)의 전자 중 일부는 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)으로 이동하면, 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910)에 공핍(depletion)이 일어나 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910)의 전자 농도가 낮아지고 전자가 공핍된 만큼 전도대는 상승한다.When some of the electrons of the first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap are moved to the second semiconductor layer 920 made of a material having a narrow band gap, the first semiconductor made of a material having a wide band gap is present. Depletion occurs in the layer 910 so that the electron concentration of the first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap is lowered and the conduction band increases as the electrons are depleted.

전도대가 상승하면 전자의 열이온 방출(thermionic emission)을 방해하고, 쇼트키 전류가 감소한다.Elevated conduction bands interfere with thermionic emission of electrons and reduce Schottky currents.

도 6은 VGS=1.1V에서 게이트 아래의 전도대 다이어그램이다.6 is a conduction band diagram below the gate at V GS = 1.1V.

도 6을 참조하면, VGS=1.1V는 도 2의 고전자 이동도 소자의 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)이며, 도 4의 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자의 레이어 구조는 도 2의 고전자 이동도 소자의 제 2실시예의 구조에 비해 넓은 밴드 갭을 가진 물질(Al0 .45GaAs)로 이루어진 제 1반도체층(910)의 전도대가 0.04eV 상승하였다. 즉, 도 4의 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자의 레이어 구조가 도 2의 고전자 이동도 소자의 구조에 비해 같은 게이트 바이어스에서 게이트 전류가 적게 흐를 것으로 예상할 수 있다.Referring to FIG. 6, V GS = 1.1V is a gate Schottky turn-on voltage (V G , ON ) of the high electron mobility device of FIG. 2, and the layer structure of the high electron mobility device according to the present invention of FIG. FIG high electron mobility of the second degree of the conduction band of the first semiconductor layer 910 made of a material (Al 0 .45 GaAs) has a large band gap compared to the second embodiment structure of the device rose 0.04eV. That is, the layer structure of the high electron mobility device according to the present invention of FIG. 4 may be expected to flow less gate current at the same gate bias than that of the high electron mobility device of FIG. 2.

도 4의 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자의 레이어 구조는 채널층(800)에서 게이트로 이동하는 전자의 일부가 좁은 밴드 갭을 가진 물질(In0 .22GaAs)로 이루어진 제 2반도체층(920)으로 이동한다. 그리고 제 2반도체층(920)의 전자는 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)과 넓은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 1반도체층(910) 사이의 큰 전도대 불연속면(conduction band discontinuity)를 넘어야 게이트로 갈 수 있다. A second semiconductor layer made of a high-electron mobility according to the present invention of FIG. 4 layer structure of the device is the channel layer 800 material (0 .22 In GaAs), a part of electrons traveling in the gate with a narrow band gap in the ( Go to 920. The electron of the second semiconductor layer 920 is a large conduction band discontinuity band between the second semiconductor layer 920 made of a material having a narrow band gap and the first semiconductor layer 910 made of a material having a wide band gap. discontinuity) to get to the gate.

반면, 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 구성된 제 2반도체층(920)을 사용하지 않는 도 2의 고전자 이동도 소자의 경우 넓은 밴드 갭을 가진 물질(Al0 .45GaAs)로 이루어진 제 1반도체층(411)과 Al0 .22GaAs층(412) 사이의 전도대 불연속면만 넘으면 되므로 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자에 더 작은 게이트 전류가 흐르게 된다.On the other hand, consisting of a material having a narrow bandgap second case of the device is also high electron mobility of the second does not use the semiconductor layer 920, a first semiconductor consisting of a material (Al 0 .45 GaAs) having a wide band gap layer is 411 and Al 0 .22, so's above the conduction band discontinuity between the GaAs layer 412, the smaller the gate current to the device is also high electron mobility according to the invention is caused to flow.

도 7은 본 발명에 따른 0.15 마이크론 게이트를 갖는 고전자 이동도 소자의 게이트 쇼트키 전류 그래프이다.7 is a gate Schottky current graph of a high electron mobility device having a 0.15 micron gate according to the present invention.

도 7을 참조하면, 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)이 1g=1㎃/㎜의 게이트 전류가 흐르는 게이트 바이어스로 정의될 때, 도 2의 구조의 경우는 VG , ON=1.1인데 비해, 도 4의 구조의 경우는 VG , ON=1.4V로 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)이 증가된 것을 볼 수 있다. 즉, 도 4의 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자의 레이어 구조는 게이트 전류가 감소하고, 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)이 증가하므로 더 많은 드레인 전류를 흘릴 수 있다. Referring to FIG. 7, when the gate schottky turn-on voltage V G and ON is defined as a gate bias through which a gate current of 1 g = 1 mA / mm flows, V G and ON = 1.1 in the structure of FIG. 2. In contrast, in the case of the structure of FIG. 4, it can be seen that the gate Schottky turn-on voltage (V G , ON ) is increased to V G and ON = 1.4 V. That is, in the layer structure of the high electron mobility device of FIG. 4, the gate current decreases and the gate schottky turn-on voltage V G and ON increase, so that more drain current can flow.

또한, 종래의 고전자 이동도 소자의 경우 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)이 증가되면 저항 접촉의 성능저하가 일어나는데 반해, 본 발명의 경우 좁은 밴드 갭을 가진 물질로 이루어진 제 2반도체층(920)을 추가함으로써 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)이 증가되면서도 저항 접촉의 저항의 열화가 발생하지 않는다.Further, in the case of the conventional high electron mobility device, when the gate schottky turn-on voltage (V G , ON ) is increased, the performance of the resistance contact occurs, whereas in the present invention, the second semiconductor layer is made of a material having a narrow band gap. The addition of 920 increases the gate Schottky turn-on voltage (V G , ON ) but does not cause deterioration of the resistance of the resistance contact.

상기 제 1반도체층(910), 제 2반도층(920) 및 제 3반도체층(930)은 고전자 이동도 소자뿐만 아니라 이종접합층구조를 가지는 금속 반도체 전계 효과 소자 및 이종접합 쇼트키 다이오드(heterojunction schottky diode)에도 사용할 수 있으며, 저항 접촉의 저항의 열화 없이 게이트 쇼트키 턴온 전압(VG , ON)을 증가시킬 수 있다.The first semiconductor layer 910, the second semiconductor layer 920, and the third semiconductor layer 930 are not only high electron mobility devices but also a metal semiconductor field effect device having a heterojunction layer structure and a heterojunction schottky diode ( Heterojunction schottky diodes can also be used to increase the gate Schottky turn-on voltage (V G , ON ) without degrading the resistance of the ohmic contact.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1은 종래 기술에 따른 GaAs계열의 고전자 이동도 소자의 제 1실시예,1 is a first embodiment of a GaAs-based high electron mobility device according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 고전자 이동도 소자의 제 2실시예,Figure 2 is a second embodiment of a high electron mobility device according to the prior art,

도 3은 종래 기술에 따른 고전자 이동도 소자의 제 3실시예,3 is a third embodiment of a high electron mobility device according to the prior art,

도 4는 본 발명에 따른 고전자 이동도 소자의 레이어 구조,4 is a layer structure of a high electron mobility device according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 제 2장벽층 구조,5 is a second barrier layer structure according to the present invention,

도 6은 VGS=1V에서 게이트 아래의 전도대 다이어그램,6 is a conduction band diagram under the gate at V GS = 1 V,

도 7은 본 발명에 따른 0.15 마이크론 게이트를 갖는 고전자 이동도 소자의 게이트 쇼트키 전류 그래프이다.7 is a gate Schottky current graph of a high electron mobility device having a 0.15 micron gate according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>           <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100, 600 : 기판 및 버퍼층 200, 700 : 제 1장벽층100, 600: substrate and buffer layer 200, 700: first barrier layer

300, 800 : 채널층 400, 410, 420, 900 : 제 2장벽층300, 800: channel layer 400, 410, 420, 900: second barrier layer

500, 1000 : 캡층 411, 421, 910 : 제 1반도체층500, 1000: cap layer 411, 421, 910: first semiconductor layer

422, 920 : 제 2반도체층 930 : 제 3반도체층422, 920: second semiconductor layer 930: third semiconductor layer

Claims (8)

이종접합층 구조를 가진 트랜지스터에 있어서,In a transistor having a heterojunction layer structure, 기판 및 상기 기판 상에 위치하는 버퍼층;A substrate and a buffer layer on the substrate; 상기 버퍼층 상에 위치하는 제 1장벽층;A first barrier layer on the buffer layer; 상기 제 1장벽층 상에 위치하는 채널층;A channel layer on the first barrier layer; 상기 채널층 상에 위치하고, 포텐셜 웰을 갖는 제 2장벽층; 및A second barrier layer on the channel layer, the second barrier layer having a potential well; And 상기 제 2장벽층 상에 위치하는 캡층Cap layer located on the second barrier layer 을 포함하는 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.Potential well barrier transistor comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 제 2장벽층은, The method of claim 1, wherein the second barrier layer, 밴드 갭의 제 3반도체층과, 상기 제 3반도체층 상에 존재하는 밴드 갭의 제 2반도체층 및 상기 제 2반도체층 상에 존재하는 밴드 갭의 제 1반도체층으로 이루어지고,A third semiconductor layer of a band gap, a second semiconductor layer of a band gap existing on the third semiconductor layer, and a first semiconductor layer of a band gap existing on the second semiconductor layer, 상기 제 2반도체층의 밴드 갭은 제 1반도체층 및 제 3반도체층의 밴드 갭보다 좁은 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.And a band gap of the second semiconductor layer is narrower than the band gap of the first semiconductor layer and the third semiconductor layer. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제 2반도체층의 두께는 10~50Å인 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.A potential well barrier transistor having a thickness of the second semiconductor layer of 10 to 50 kV. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제 1반도체층과 제 3반도체층은 AlXGaAs이고, 상기 x는 0.2이상 1이하인 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.And the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are Al X GaAs, and x is 0.2 or more and 1 or less. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제 1반도체층과 제 3반도체층은 In1 - XAlXAs이고, 상기 x는 0.2이상 1.0미만인 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.And the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are In 1 - X Al X As, and x is 0.2 or more and less than 1.0. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제 1반도체층과 제 3반도체층은 AlXGaN이고, 상기 x는 0.1이상 1.0이하인 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.And the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are Al X GaN, and x is 0.1 or more and 1.0 or less. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제 2반도체층은 InXGaAs이고, 상기 x는 0.0초과 1.0이하인 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.And the second semiconductor layer is In X GaAs, and x is greater than 0.0 and less than 1.0. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제 2반도체층은 GaN인 포텐셜 웰 베리어 트랜지스터.And the second semiconductor layer is GaN.
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