KR101813178B1 - Stack structure having two-dimensional electron gas, semiconductor device including the stack structure and methods of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
이차원 전자가스를 갖는 적층구조물, 이를 포함하는 반도체소자 및 이들의 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 적층구조물의 형성방법은 제1물질층을 형성하는 단계, 상기 제1물질층을 열처리하는 단계 및 상기 제1물질층 상에 상기 제1물질층에 이차원 전자가스(two-dimensional electron gas)(2DEG)를 유발시키는 제2물질층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1물질층의 열처리는 상기 제1물질층의 표면 조도(surface roughness) 및/또는 표면 상태(surface states)를 증가시키는 조건으로 수행할 수 있다. 위와 같은 방법으로 형성된 적층구조물 상에 반도체소자를 제조할 수 있다. A stacked structure having a two-dimensional electron gas, a semiconductor device including the stacked structure, and a manufacturing method thereof are disclosed. The disclosed method of forming a stacked structure includes forming a first material layer, heat treating the first material layer, and depositing a two-dimensional electron gas on the first material layer RTI ID = 0.0 > 2DEG). ≪ / RTI > The heat treatment of the first material layer may be performed under conditions that increase surface roughness and / or surface states of the first material layer. A semiconductor device can be manufactured on the laminated structure formed by the above method.
Description
이차원 전자가스를 갖는 적층구조물, 이를 포함하는 반도체소자 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. A two-dimensional electron gas, a semiconductor device including the same, and a method of manufacturing the same.
고전자이동도 트랜지스터(High electron mobility transistor)(이하, HEMT)는 이종접합구조(heterojunction structure)의 계면에서 발생하는 이차원 전자가스(2-dimensional electron gas)(이하, 2DEG)를 캐리어(carrier)로 사용하는 소자이다. 분극률이 서로 다른 두 개의 반도체층이 접합된 이종접합구조에서, 상대적으로 큰 분극률을 갖는 반도체층은 그와 접합된 다른 반도체층에 2DEG를 유발할 수 있다. 2DEG에서 전자의 이동도(mobility)는 매우 높을 수 있다. 이러한 2DEG는 HEMT에서 채널로 이용될 수 있다. 2. Description of the Related Art A high electron mobility transistor (hereinafter referred to as HEMT) has a structure in which a two-dimensional electron gas (hereinafter referred to as 2DEG) generated at the interface of a heterojunction structure is used as a carrier It is a used device. In a heterojunction structure in which two semiconductor layers having different polarization ratios are bonded, a semiconductor layer having a relatively high polarization ratio may induce a 2DEG in another semiconductor layer bonded thereto. In 2DEG, the mobility of electrons can be very high. These 2DEGs can be used as channels in HEMTs.
HEMT와 같이 2DEG를 이용하는 반도체소자의 성능/특성은 2DEG의 전자 농도 및 저항 등에 영향을 받는다. 2DEG의 전자 농도가 높을수록, 전류밀도가 높은 고출력/고성능 소자를 구현하는데 유리할 수 있다. 이런 이유로 2DEG의 전자 농도를 높일 수 있는 기술이 요구된다. The performance / characteristics of semiconductor devices using 2DEG, such as HEMT, are affected by the electron concentration and resistance of 2DEG. The higher the electron concentration of the 2DEG, the more advantageous it is to realize a high output / high performance device with high current density. For this reason, a technique for increasing the electron concentration of 2DEG is required.
2DEG의 전자 농도를 높일 수 있는 방법을 제공한다. Thereby providing a method of increasing the electron concentration of the 2DEG.
상기 방법을 적용한 적층구조물의 형성방법을 제공한다. A method of forming a laminated structure to which the above method is applied is provided.
상기 적층구조물을 포함하는 반도체소자의 제조방법을 제공한다. And a method of manufacturing a semiconductor device including the stacked structure.
전자 농도가 높은 2DEG를 갖는 적층구조물 및 이를 포함하는 반도체소자를 제공한다. A stacked structure having a 2DEG with a high electron concentration and a semiconductor device including the stacked structure are provided.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 제1물질층을 형성하는 단계; 상기 제1물질층을 열처리하는 단계; 및 상기 제1물질층 상에 상기 제1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 유발시키는 제2물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 적층구조물의 형성방법이 제공된다. According to an aspect of the invention, there is provided a method comprising: forming a first material layer; Heat treating the first material layer; And forming a second material layer on the first material layer to induce a two-dimensional electron gas (2DEG) in the first material layer.
상기 제1물질층의 열처리는 상기 제1물질층의 표면 조도(surface roughness)를 증가시키는 조건으로 수행할 수 있다. The heat treatment of the first material layer may be performed under conditions that increase the surface roughness of the first material layer.
상기 제1물질층의 열처리는 상기 제1물질층의 표면 상태(surface states)를 증가시키는 조건으로 수행할 수 있다. The heat treatment of the first material layer may be performed under conditions that increase the surface states of the first material layer.
상기 제1물질층의 열처리는 500∼1200℃ 사이의 온도로 수행할 수 있다. The heat treatment of the first material layer may be performed at a temperature between 500 and 1200 < 0 > C.
상기 제1물질층의 열처리는 질소 분위기에서 수행할 수 있다. The heat treatment of the first material layer may be performed in a nitrogen atmosphere.
상기 제1물질층 및 제2물질층 중 적어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함할 수 있다. At least one of the first material layer and the second material layer may comprise a III-V semiconductor.
상기 제1물질층은 GaN, InN 및 GaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first material layer may include at least one of GaN, InN, and GaAs.
상기 제2물질층은 AlGaN, AlInN 및 AlGaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second material layer may include at least one of AlGaN, AlInN, and AlGaAs.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 방법으로 2DEG를 포함하는 적층구조물을 형성하는 단계; 및 상기 적층구조물 상에 상기 2DEG를 이용하는 소자를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체소자의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a stacked structure including a 2DEG by the above-described method; And forming an element using the 2DEG on the stacked structure.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1물질층을 형성하는 단계; 상기 제1물질층의 표면 모폴로지(surface morphology)를 변화시키는 단계; 및 상기 제1물질층 상에 상기 제1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 유발시키는 제2물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 적층구조물의 형성방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first material layer; Varying a surface morphology of the first material layer; And forming a second material layer on the first material layer to induce a two-dimensional electron gas (2DEG) in the first material layer.
상기 제1물질층의 표면 모폴로지를 변화시키는 단계는 상기 제1물질층의 표면 조도(surface roughness)를 증가시키는 조건으로 수행할 수 있다. The step of changing the surface morphology of the first material layer may be performed under conditions that increase the surface roughness of the first material layer.
상기 제1물질층의 표면 모폴로지를 변화시키는 단계는 상기 제1물질층의 표면 상태(surface states)를 증가시키는 조건으로 수행할 수 있다. The step of changing the surface morphology of the first material layer may be performed under conditions that increase the surface states of the first material layer.
상기 제1물질층의 표면 모폴로지를 변화시키는 단계는 상기 제1물질층을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. The step of varying the surface morphology of the first material layer may include heat treating the first material layer.
상기 제1물질층 및 제2물질층 중 적어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함할 수 있다. At least one of the first material layer and the second material layer may comprise a III-V semiconductor.
상기 제1물질층은 GaN, InN 및 GaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first material layer may include at least one of GaN, InN, and GaAs.
상기 제2물질층은 AlGaN, AlInN 및 AlGaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second material layer may include at least one of AlGaN, AlInN, and AlGaAs.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 방법으로 2DEG를 포함하는 적층구조물을 형성하는 단계; 및 상기 적층구조물 상에 상기 2DEG를 이용하는 소자를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체소자의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a stacked structure including a 2DEG by the above-described method; And forming an element using the 2DEG on the stacked structure.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 표면 조도(surface roughness)가 2nm 이상인 제1면을 갖는 제1물질층; 상기 제1물질층의 제1면에 구비된 것으로, 상기 제1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 유발시키는 제2물질층; 및 상기 제2물질층 상에 구비된 것으로, 상기 2DEG를 이용하는 소자;를 포함하는 반도체소자가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first material layer having a first surface with a surface roughness of 2 nm or more; A second material layer provided on the first surface of the first material layer to induce a 2DEG (2-dimensional electron gas) on the first material layer; And a device provided on the second material layer, the device using the 2DEG.
상기 2DEG의 전자 농도는 1014/㎠ 이상일 수 있다. The electron concentration of the 2DEG may be 10 < 14 > / cm < 2 >
상기 제1물질층 및 제2물질층 중 적어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함할 수 있다. At least one of the first material layer and the second material layer may comprise a III-V semiconductor.
상기 제1물질층은 GaN, InN 및 GaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first material layer may include at least one of GaN, InN, and GaAs.
상기 제2물질층은 AlGaN, AlInN 및 AlGaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second material layer may include at least one of AlGaN, AlInN, and AlGaAs.
전자 농도가 높은 2DEG를 갖는 적층구조물을 형성할 수 있다. A stacked structure having a 2DEG with a high electron density can be formed.
상기 적층구조물을 이용해서 반도체소자를 제조하면, 고성능/고출력의 반도체소자를 구현할 수 있다. When a semiconductor device is manufactured using the above laminated structure, a high performance / high output semiconductor device can be realized.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적층구조물의 형성방법을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적층구조물을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 적층구조물 상에 제조된 반도체소자의 일례를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적층구조물의 형성방법에서 열처리된 반도체층의 표면 상태를 보여주는 단면도이다.
도 6은 비교예에 따른 반도체층(열처리 전)의 AFM(atomic force microscopy) 표면 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체층(열처리 후)의 AFM(atomic force microscopy) 표면 이미지이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10 : 제1반도체층 20 : 제2반도체층
SUB1 : 기판 S1 : 소오스전극
D1 : 드레인전극 G1 : 게이트전극1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming a stacked structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a stacked structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured on the stacked structure of FIG.
5 is a cross-sectional view showing a surface state of a semiconductor layer heat-treated in a method of forming a multilayer structure according to an embodiment of the present invention.
6 is an AFM (atomic force microscopy) surface image of a semiconductor layer (before heat treatment) according to a comparative example.
7 is an AFM (atomic force microscopy) surface image of a semiconductor layer (after heat treatment) according to an embodiment of the present invention.
Description of the Related Art [0002]
10: first semiconductor layer 20: second semiconductor layer
SUB1: substrate S1: source electrode
D1: drain electrode G1: gate electrode
이하, 본 발명의 실시예에 따른 이차원 전자가스(2DEG)를 갖는 적층구조물, 이를 포함하는 반도체소자 및 이들의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. Hereinafter, a laminated structure having a two-dimensional electron gas (2DEG) according to an embodiment of the present invention, a semiconductor device including the same, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The widths and thicknesses of the layers or regions illustrated in the accompanying drawings are exaggeratedly shown for clarity of the description. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적층구조물의 형성방법을 보여주는 단면도이다. 1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming a stacked structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(SUB1) 상에 제1반도체층(10)을 형성할 수 있다. 기판(SUB1)은, 예컨대, 사파이어(sapphire), Si, SiC, GaN 등으로 구성된 기판일 수 있다. 제1반도체층(10)은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1반도체층(10)은 GaN, InN, GaAs 등을 포함할 수 있다. 제1반도체층(10)은 미도핑된(undoped) 층일 수 있지만, 소정의 불순물이 도핑된 층일 수도 있다. 제1반도체층(10)은 에피택셜(epitaxial) 성장법으로 형성할 수 있다. 제1반도체층(10)은, 예컨대, MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition) 장비를 이용해서 형성할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 기판(SUB1)과 제1반도체층(10) 사이에 소정의 버퍼층을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층은 기판(SUB1)과 제1반도체층(10) 사이의 격자상수 및 열팽창계수 차이를 완화시켜 제1반도체층(10)의 결정성 저하를 방지하기 위해 구비시킬 수 있다. 상기 버퍼층은, 예컨대, AlN, GaN, AlGaN, AlInN, AlGaInN 등으로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 제1반도체층(10)을 열처리할 수 있다. 상기 열처리 공정은 제1반도체층(10)의 표면 특성을 변화시키는 조건으로 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 열처리 공정은 제1반도체층(10)의 표면 조도(surface roughness) 및/또는 표면 상태(surface states)를 증가시키는 조건으로 수행할 수 있다. 상기 열처리 공정에 의해 제1반도체층(10)의 표면 조도(surface roughness)는 약 2nm 이상으로 증가할 수 있다. 예컨대, 열처리된 제1반도체층(10)의 표면 조도(surface roughness)는 2∼50nm 정도일 수 있다. 도 2의 부분 확대도에 도시한 바와 같이, 제1반도체층(10)의 표면(상면)은 나노스케일(nanoscale) 또는 원자스케일(atomic-scale) 수준에서 울퉁불퉁(rough) 할 수 있다. 한편, 제1반도체층(10)의 표면 상태(surface states)의 증가는 표면 전하의 증가를 의미할 수 있다. 상기 열처리 공정에 의해 제1반도체층(10)의 표면부에서 댕글링 본드(dangling bond)의 수가 증가할 수 있고, 그에 따라 표면 전하가 증가할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 열처리 공정에 의해 제1반도체층(10)의 표면에 다량의 양(+)의 전하가 발생할 수 있다. 제1반도체층(10)의 표면 상태(surface states) 및/또는 표면 조도(surface roughness)의 증가는 추후에 제1반도체층(10)에 형성될 2DEG(2-dimensional electron gas)의 전자 농도를 증가시키는 요인이 될 수 있다. Referring to FIG. 2, the
도 2의 제1반도체층(10)의 열처리 공정에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 열처리 공정은, 예컨대, 약 500∼1200℃ 사이의 온도에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행할 수 있고, 수 내지 수십 분 동안 수행할 수 있다. 이러한 열처리 공정은 제1반도체층(10)의 증착 장비(예컨대, MOCVD 장비) 내에서 인-시츄(in-situ)로 진행하거나, 상기 증착 장비가 아닌 별도의 퍼니스(furnace)를 이용해서 수행하거나, 그 밖에 다른 방법, 예컨대, 레이저 어닐링(laser annealing) 방법으로 수행할 수도 있다. The heat treatment process of the
도 3을 참조하면, 열처리된 제1반도체층(10) 상에 제2반도체층(20)을 형성할 수 있다. 제1반도체층(10)과 유사하게, 제2반도체층(20)도 에피택셜 성장법으로 형성할 수 있다. 또한 제2반도체층(20)은 MOCVD 장비를 이용해서 형성할 수 있다. 제2반도체층(20)은 제1반도체층(10) 내에 2DEG를 유발시키는 물질층일 수 있다. 제2반도체층(20)은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2반도체층(20)은 AlGaN, AlInN, AlGaAs 등을 포함할 수 있다. 상기 AlGaN, AlInN 및 AlGaAs 등은 제1반도체층(10)보다 큰 분극률을 갖기 때문에, 제1반도체층(10)에 2DEG를 유발할 수 있다. 제1반도체층(10)이 GaN층인 경우, 제2반도체층(20)은 AlGaN층 또는 AlInN층일 수 있다. 제1반도체층(10)이 InN층인 경우, 제2반도체층(20)은 AlInN층일 수 있다. 제1반도체층(10)이 GaAs층인 경우, 제2반도체층(20)은 AlGaAs층일 수 있다. 그러나 여기서 제시한 제1반도체층(10) 및 제2반도체층(20)의 물질들은 예시적인 것이고, 다양하게 변화될 수 있다. 제2반도체층(20)은 n형 불순물로 도핑된 층일 수도 있다. 상기 n형 불순물은, 예컨대, Si일 수 있다. 또한 제2반도체층(20)은 서로 다른 복수의 물질층을 포함하는 다층 구조를 가질 수도 있다. Referring to FIG. 3, the
제2반도체층(20)에 의해 제1반도체층(10)에 형성되는 2DEG는 높은 전자 농도를 가질 수 있다. 본 실시예에서 형성되는 2DEG는 종래의 방법으로 형성된 2DEG의 전자 농도보다 10∼15배 정도 높은 전자 농도를 가질 수 있다. 이는 도 2에서 설명한 제1반도체층(10)의 열처리 공정과 관련된다. 본 발명의 실시예에 따라 열처리된 제1반도체층(10)은 나노스케일 또는 원자스케일 수준에서 다소 큰 표면 조도(surface roughness)를 갖거나, 비교적 많은 표면 전하(즉, 높은 표면 상태)를 가지기 때문에, 이로 인해 2DEG의 전자 농도가 증가되는 것이라 추정된다. 또한, 상기 열처리 공정에 의해 제1반도체층(10)이 스트레스(stress)를 받을 수 있는데, 이러한 스트레스에 의해서도 2DEG의 전자 농도가 증가될 수 있다고 추정된다. 그러나 여기서 설명한 2DEG의 전자 농도 증가 요인(메커니즘) 이외에 다른 요인이 더 있을 수 있다. The 2DEG formed in the
도 3의 적층구조물에 소정의 반도체소자를 제조할 수 있다. 예컨대, 도 4와 같은 구조의 반도체소자(HEMT)를 제조할 수 있다. A predetermined semiconductor element can be manufactured in the laminated structure of Fig. For example, a semiconductor element (HEMT) having a structure as shown in Fig. 4 can be manufactured.
도 4를 참조하면, 제2반도체층(20)의 소정 영역 상에 게이트전극(G1)이 구비될 수 있고, 게이트전극(G1) 양측의 제2반도체층(20) 상에 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)이 구비될 수 있다. 제1반도체층(10), 제2반도체층(20), 게이트전극(G1), 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)은 HEMT를 구성할 수 있다. 제1반도체층(10)에 구비된 2DEG는 HEMT의 채널로 사용될 수 있다. 이런 점에서, 제1반도체층(10)은 '채널층'이라 할 수 있다. 4, the gate electrode G1 may be provided on a predetermined region of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 HEMT의 기본적인 구조를 보여주는 것이고, 이 구조는 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 게이트전극(G1)과 제2반도체층(20) 사이에 게이트절연층(미도시)이나 디플리션층(미도시)을 더 구비시킬 수 있다. 또한 게이트전극(G1)이 형성되는 제2반도체층(20) 부분을 소정 깊이까지 리세스(recess) 하여 리세스영역(미도시)을 형성한 후에, 상기 리세스영역에 게이트전극(G1)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 리세스영역에 대응하는 2DEG의 특성이 변화될 수 있고, 결과적으로 HEMT의 특성이 조절될 수 있다. 그 밖에도 다양한 변형이 가능할 수 있다. FIG. 4 shows a basic structure of a HEMT according to an embodiment of the present invention, and this structure can be variously modified. For example, a gate insulating layer (not shown) or a depletion layer (not shown) may be further provided between the gate electrode G1 and the
부가해서, 본 발명의 실시예에 따른 2DEG를 포함하는 적층구조물은 HEMT가 아닌 다른 반도체소자를 제조하는데 사용될 수도 있다. 상기 다른 반도체소자는, 예컨대, 쇼트키 다이오드(Schottky diode) 소자일 수 있다. 그 밖에도 2DEG를 이용하는 모든 소자 분야에 본 발명의 실시예에 따른 적층구조물을 적용할 수 있다. In addition, the stacked structure including the 2DEG according to the embodiment of the present invention may be used for manufacturing a semiconductor device other than a HEMT. The other semiconductor element may be, for example, a Schottky diode element. In addition, the stacked structure according to the embodiment of the present invention can be applied to all devices using 2DEG.
도 6 및 도 7은 각각 비교예에 따른 반도체층 및 본 발명의 실시예에 따른 반도체층의 AFM(atomic force microscopy) 표면 이미지이다. 도 6는 열처리 전의 반도체층에 대한 결과이고, 도 7은 열처리 후의 반도체층에 대한 결과이다. 도 6의 반도체층은 도 1의 제1반도체층(10)에 대응될 수 있고, 도 7의 반도체층은 도 2의 제1반도체층(10)에 대응될 수 있다. 도 6 및 도 7의 반도체층의 물질은 모두 GaN 이었다. 6 and 7 are atomic force microscopy (AFM) surface images of the semiconductor layer according to the comparative example and the semiconductor layer according to the embodiment of the present invention, respectively. Fig. 6 shows the result for the semiconductor layer before the heat treatment, and Fig. 7 shows the result for the semiconductor layer after the heat treatment. The semiconductor layer of FIG. 6 may correspond to the
도 6 및 도 7을 비교하면, 열처리 후 반도체층의 표면(도 7)이 열처리 전 반도체층의 표면(도 6)보다 울퉁불퉁한(rough) 것을 확인할 수 있다. 실제, 표면 조도(surface roughness)를 측정한 결과, 열처리 전 반도체층(도 6)의 표면 조도는 1.67nm 정도였고, 열처리 후 반도체층(도 7)의 표면 조도는 29.2nm 정도였다. 이러한 결과를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 열처리에 의해 반도체층의 표면 조도(surface roughness)가 증가한 것을 확인할 수 있다. 6 and 7, it can be seen that the surface of the semiconductor layer (FIG. 7) after the heat treatment is rougher than the surface of the semiconductor layer (FIG. 6) before the heat treatment. As a result of measuring the surface roughness, the surface roughness of the semiconductor layer before the heat treatment (FIG. 6) was about 1.67 nm, and the surface roughness of the semiconductor layer (FIG. 7) after the heat treatment was about 29.2 nm. From these results, it can be seen that the surface roughness of the semiconductor layer is increased by the heat treatment according to the embodiment of the present invention.
아래의 표 1은 비교예에 따른 적층구조물 및 본 발명의 실시예에 따른 적층구조물의 2DEG의 전자 농도 및 면저항을 측정한 결과를 정리한 것이다. 상기 비교예에 따른 적층구조물은 열처리 없이 형성한 것이고, 실시예에 따른 적층구조물은 도 1 내지 도 3의 방법으로, 즉, 열처리를 거쳐서 형성한 것이다. 비교예 및 실시예의 적층구조물은 모두 GaN/AlGaN 구조를 갖는다. 표 1의 전자 농도(즉, sheet carrier concentration)는 CV(capacitance-voltage) 법으로 측정하였다. 한편, 표 1에서 면저항(sheet resistivity)은 GaN과 AlGaN 사이의 계면의 면저항이다. Table 1 below summarizes the results of measuring the electron concentration and the sheet resistance of 2DEG of the laminated structure according to the comparative example and the laminated structure according to the embodiment of the present invention. The laminated structure according to the comparative example is formed without heat treatment, and the laminated structure according to the embodiment is formed by the method of FIGS. 1 to 3, that is, after heat treatment. The stacked structures of the comparative examples and the examples all have a GaN / AlGaN structure. The electron concentration (ie, sheet carrier concentration) in Table 1 was measured by a capacitance-voltage (CV) method. In Table 1, the sheet resistivity is the sheet resistance of the interface between GaN and AlGaN.
(without thermal treatment)Comparative Example
(without thermal treatment)
(with thermal treatment)Example
(with thermal treatment)
표 1의 결과를 보면, 비교예에 따른 적층구조물의 2DEG의 전자 농도(즉, sheet carrier concentration)는 1.03×1013/㎠ 정도이고, 실시예에 따른 적층구조물의 2DEG의 전자 농도(즉, sheet carrier concentration)는 1.47×1014/㎠ 정도이다. 따라서 실시예에 따른 적층구조물의 2DEG의 전자 농도가 비교예에 따른 적층구조물의 2DEG의 전자 농도보다 15배 정도 높았다. 이러한 결과를 통해, 본원의 실시예에 따른 열처리에 의해, 2DEG의 전자 농도가 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예에 따른 적층구조물의 면저항(sheet resistivity)은 비교예에 따른 적층구조물의 면저항보다 낮게 나타났다. Table 1 shows that the electron concentration (i.e., sheet carrier concentration) of the 2DEG of the laminated structure according to the comparative example is about 1.03 × 10 13 / cm 2, and the electron concentration of the 2DEG of the laminated structure according to the embodiment carrier concentration) is about 1.47 × 10 14 / cm 2. Therefore, the electron concentration of the 2DEG of the laminated structure according to the embodiment was 15 times higher than the electron concentration of the 2DEG of the laminated structure according to the comparative example. From these results, it can be seen that the electron concentration of 2DEG is greatly increased by the heat treatment according to the embodiment of the present invention. In addition, the sheet resistivity of the laminated structure according to the embodiment was lower than that of the laminated structure according to the comparative example.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자 농도가 높은 2DEG를 갖는 적층구조물을 형성할 수 있기 때문에, 이러한 적층구조물을 이용해서 HEMT와 같은 반도체소자를 구성할 경우, 고성능/고출력의 반도체소자를 얻을 수 있다. 이때, 상기 반도체소자는, 예컨대, 파워 디바이스(power device)로 사용될 수 있지만, 그 밖에 다른 다양한 분야에 여러 가지 목적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 반도체소자는 파워 디바이스뿐 아니라, 조명, 메모리소자 및 다양한 회로 분야에 적용될 수 있다. Thus, when a semiconductor device such as a HEMT is formed using such a stacked structure, a high-performance / high-output semiconductor device can be obtained because a stacked structure having a 2DEG with a high electron concentration can be formed according to the embodiment of the present invention . At this time, the semiconductor device can be used, for example, as a power device, but it can be used for various purposes in various other fields. For example, the semiconductor device can be applied not only to power devices, but also to lighting, memory devices, and various circuit fields.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 3의 적층구조물 형성방법 및 도 4의 구조는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 전술한 열처리 공정 이외에 다른 방법을 이용해서, 도 3 및 도 4와 같이 전자 농도가 높은 구조물을 형성할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 부가해서, 당업자라면 본 발명의 사상(idea)은 HEMT가 아닌 다른 다양한 반도체소자에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many have been described in detail above, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but rather as examples of specific embodiments. For example, those skilled in the art will appreciate that the method of forming the stacked structures of FIGS. 1 through 3 and the structure of FIG. 4 may be modified in various ways. In addition, it will be understood that a structure having a high electron concentration can be formed by using a method other than the above-described heat treatment process as shown in FIG. 3 and FIG. In addition, those skilled in the art will appreciate that the idea of the present invention is applicable to various semiconductor devices other than HEMTs. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments but should be determined by the technical idea described in the claims.
Claims (20)
상기 제1물질층을 열처리하는 단계; 및
상기 제1물질층 상에 상기 제1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 유발시키는 제2물질층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1물질층의 열처리는 상기 제1물질층의 표면 조도(surface roughness)를 증가시키는 조건으로 수행하는 적층구조물의 형성방법. Forming a first layer of material;
Heat treating the first material layer; And
Forming a second material layer on the first material layer to induce a two-dimensional electron gas in the first material layer,
Wherein the heat treatment of the first material layer is performed under conditions that increase the surface roughness of the first material layer.
상기 제1물질층의 열처리는 상기 제1물질층의 표면 상태(surface states)를 증가시키는 조건으로 수행하는 적층구조물의 형성방법. The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment of the first material layer is performed under conditions that increase surface states of the first material layer.
상기 제1물질층의 열처리는 500∼1200℃ 사이의 온도로 수행하는 적층구조물의 형성방법. The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment of the first material layer is performed at a temperature between 500 and 1200 캜.
상기 제1물질층의 열처리는 질소 분위기에서 수행하는 적층구조물의 형성방법. The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment of the first material layer is performed in a nitrogen atmosphere.
상기 제1물질층 및 제2물질층 중 적어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함하는 적층구조물의 형성방법. The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first material layer and the second material layer comprises a III-V semiconductor.
상기 제1물질층은 GaN, InN 및 GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 적층구조물의 형성방법. The method according to claim 6,
Wherein the first material layer comprises at least one of GaN, InN, and GaAs.
상기 제2물질층은 AlGaN, AlInN 및 AlGaAs 중 적어도 하나를 포함하는 적층구조물의 형성방법. 8. The method according to claim 6 or 7,
Wherein the second material layer comprises at least one of AlGaN, AlInN, and AlGaAs.
상기 제1물질층의 표면 모폴로지(surface morphology)를 변화시키는 단계;
상기 제1물질층 상에 상기 제1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 유발시키는 제2물질층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1물질층의 표면 모폴로지를 변화시키는 단계는 상기 제1물질층의 표면 상태(surface states)를 증가시키는 조건으로 수행하는 적층구조물의 형성방법. Forming a first layer of material;
Varying a surface morphology of the first material layer;
Forming a second material layer on the first material layer to induce a two-dimensional electron gas in the first material layer,
Wherein changing the surface morphology of the first material layer is performed under conditions that increase surface states of the first material layer.
상기 제1물질층의 표면 모폴로지를 변화시키는 단계는 상기 제1물질층의 표면 조도(surface roughness)를 증가시키는 조건으로 수행하는 적층구조물의 형성방법. 10. The method of claim 9,
Wherein changing the surface morphology of the first material layer is performed under conditions that increase the surface roughness of the first material layer.
상기 제1물질층의 표면 모폴로지를 변화시키는 단계는 상기 제1물질층을 열처리하는 단계를 포함하는 적층구조물의 형성방법. 10. The method of claim 9,
Wherein changing the surface morphology of the first material layer comprises heat treating the first material layer.
상기 제1물질층 및 제2물질층 중 적어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함하는 적층구조물의 형성방법. 10. The method of claim 9,
Wherein at least one of the first material layer and the second material layer comprises a III-V semiconductor.
상기 적층구조물 상에 상기 2DEG를 이용하는 소자를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체소자의 제조방법. Forming a laminated structure including a 2DEG (2-dimensional electron gas) by the method according to claim 1; And
And forming an element using the 2DEG on the stacked structure.
상기 적층구조물 상에 상기 2DEG를 이용하는 소자를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체소자의 제조방법. Forming a laminated structure including a 2DEG (2-dimensional electron gas) by the method according to claim 9; And
And forming an element using the 2DEG on the stacked structure.
상기 제1물질층의 제1면에 구비된 것으로, 상기 제1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 유발시키는 제2물질층; 및
상기 제2물질층 상에 구비된 것으로, 상기 2DEG를 이용하는 소자;를 포함하고,
상기 2DEG의 전자 농도는 1014/㎠ 이상인 반도체소자. A first material layer having a first surface with a surface roughness of at least 2 nm;
A second material layer provided on the first surface of the first material layer to induce a 2DEG (2-dimensional electron gas) on the first material layer; And
And an element using the 2DEG, the element being provided on the second material layer,
And the electron concentration of the 2DEG is 10 14 / cm 2 or more.
상기 제1물질층 및 제2물질층 중 적어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 포함하는 반도체소자. 17. The method of claim 16,
Wherein at least one of the first material layer and the second material layer comprises a III-V semiconductor.
상기 제1물질층은 GaN, InN 및 GaAs 중 적어도 하나를 포함하는 반도체소자. 19. The method of claim 18,
Wherein the first material layer comprises at least one of GaN, InN, and GaAs.
상기 제2물질층은 AlGaN, AlInN 및 AlGaAs 중 적어도 하나를 포함하는 반도체소자. 19. The method of claim 18,
Wherein the second material layer comprises at least one of AlGaN, AlInN, and AlGaAs.
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