KR101952175B1 - Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
질화물 반도체 소자 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 수평 소자인 질화물 반도체 소자, 특히 HFET를 수직 소자와 같은 이점을 갖게 하고, 드레인 전극의 면적을 넓힘과 동시에, GaN층 아래쪽에 전극을 형성시켜 전체 소자의 칩(Chip) 사이즈를 감소시킨다. 본 발명의 실시 예들은 n형 GaN 위에 질화물 반도체를 성장시켜, 전자가 소스에서 드레인으로, 수직방향으로 흐르도록 함으로써, 전류의 증가로 인한 소자 면적의 감소가 가능하여 질화물 반도체 소자의 이점을 최대한 활용할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시 예들은 질화물 반도체 소자를 수직형으로 형성함으로써 노멀리 오프(Normally Off)를 구현한다.A nitride semiconductor device and a manufacturing method thereof are disclosed. Embodiments of the present invention can provide a nitride semiconductor device, particularly an HFET, as a horizontal device, having advantages such as a vertical device, widening the area of the drain electrode, and forming electrodes below the GaN layer, . Embodiments of the present invention make it possible to reduce the element area due to an increase in current, by allowing the nitride semiconductor to grow on the n-type GaN so that the electrons flow in the vertical direction from the source to the drain, thereby maximizing the advantage of the nitride semiconductor device . Embodiments of the present invention implement a normally-off by forming a nitride semiconductor device vertically.
Description
본 발명은 수직형 구조를 가지는 질화물 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride semiconductor device having a vertical structure and a method of manufacturing the same.
질화물 반도체는 광대역 밴드 갭 화합물 반도체로서, 가시 범위와, 넓게는 자외선 범위까지 광을 방출하는 것이 가능하다. 청자색 레이저 다이오드 및 청색 발광 다이오드는 광 픽업 장치, 신호등, 퍼블릭 디스플레이, 액정의 백라이트, 조명에 이르기까지 넓은 분야에서 사용되고 있다.The nitride semiconductor is a broadband bandgap compound semiconductor and is capable of emitting light up to a visible range and broadly to the ultraviolet range. Blue-violet laser diodes and blue light-emitting diodes are used in a wide range of fields ranging from optical pickup devices, traffic lights, public displays, liquid crystal backlights, and lighting.
질화물 반도체는 실리콘에 비해 높은 임계 전계, 낮은 온(on) 저항, 고온, 고주파 동작 특성이 주목되어, 차세대 반도체 소자의 재료로 선행 연구되고 있다.Nitride semiconductors are attracting attention due to their high critical electric field, low on resistance, high temperature and high frequency operation characteristics compared to silicon and are being studied as materials for next generation semiconductor devices.
고출력 전력 소자에는, 일반적으로 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor; MOSFET)와, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT)가 있다. 또한, 갈륨 나이트라이드(Gallium Nitride; GaN) 계열로는, 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor; HEMT), 이종 접합 전계 효과 트랜지스터(Heterojunction Field-Effect Transistor; HFET) 및 MOSFET 등의 소자가 연구되고 있다.BACKGROUND ART [0002] Metal-oxide semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) and insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are generally used for high output power devices. In addition, devices such as a high electron mobility transistor (HEMT), a heterojunction field-effect transistor (HFET), and a MOSFET are studied as a gallium nitride (GaN) .
HEMT는, 높은 전자의 이동도를 이용하여 고주파 특성의 통신 소자 등에 이용되고 있다. 반면, MOSFET의 경우에는, 좋은 게이트 산화막의 부재와, 선택적으로 P형, 혹은 N형 영역을 만들기 위한 이온 주입 및 열 확산 공정의 어려움 등으로 인해, 소자의 특성이 GaN이 갖는 물질적 특성에 비해 그 효과가 두드러지지 못하고 있다.HEMTs are used for high frequency communication devices and the like by using high mobility of electrons. On the other hand, in the case of a MOSFET, due to the absence of a good gate oxide film and the difficulty of ion implantation and thermal diffusion process to selectively form a P-type or N-type region, The effect is not prominent.
도 1은 이종 접합 전계 효과 트랜지스터(HFET)의 일반적인 구조를 나타내는 예시도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 HFET는 기판(1), 상기 기판 상에 형성된 제1 GaN층(2), 상기 제1 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층(3), 상기 AlGaN층 상에 형성되는 제2 GaN층(4), 상기 제2 GaN층 상에 형성되는 게이트(Gate) 전극(5), 소스(Source) 전극(6) 및 드레인(Drain) 전극(7)을 포함한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an exemplary diagram illustrating the general structure of a heterojunction field effect transistor (HFET). Referring to FIG. 1, a general HFET includes a
일반적인 HFET는 쇼트키(schottky) 게이트 전극을 통해 드레인 전극에서 소스 전극으로 흐르는 2DEG(Two-Dimensional Electron Gas) 전류를 스위칭(switching) 동작한다.A typical HFET operates to switch a two-dimensional electron gas (2DEG) current flowing from a drain electrode to a source electrode through a schottky gate electrode.
일반적인 HFET 소자의 경우, 게이트 동작을 이용한 쇼트키 특성의 퀄리티가 소자의 스위칭 특성에 커다란 영향을 줄 수 있다. 따라서, 게이트 쪽 누설 전류(leakage)를 최소화하고, 공핍 영역을 확대하는 역할이 무엇보다 중요하다. 또한 이종 접합 구조에서의 2DEG 채널의 전류 흐름을 평상시에서는 턴-오프(turn-off) 되도록 문턱 전압(공급 전압)을 양의 방향으로 이동시키는 기술이 필요하다.In the case of a general HFET device, the quality of the Schottky characteristic using the gate operation can have a large influence on the switching characteristics of the device. Therefore, the role of minimizing leakage on the gate side and expanding the depletion region is of the utmost importance. Also, there is a need for a technique of moving the threshold voltage (supply voltage) in the positive direction so that the current flow of the 2DEG channel in the heterojunction structure is normally turned off.
한편, 고내압 GaN HFET 소자는 수평형 소자이므로, 게이트, 소스, 드레인의 3 전극이 모두 기판 표면에 형성되어 전극의 크기가 곧 소자의 크기를 결정하게 된다. 그러나, 고내압을 위해서는 전극 사이의 거리는 어느 정도 확보되어야 하고, 면적을 줄이기 위해서는 비교적 넓은 면적을 차지하는 소스, 드레인을 줄여야 한다.On the other hand, since the high-voltage GaN HFET device is a horizontal type device, all three electrodes of the gate, source, and drain are formed on the surface of the substrate, and the size of the electrode determines the size of the device. However, for the high breakdown voltage, the distance between the electrodes must be secured to a certain extent, and in order to reduce the area, the source and drain which occupy a relatively large area must be reduced.
또한, 고내압을 위해서 전계(field) 완화를 위한 field plate를 소스 혹은 게이트와 연결시켜 제작하는 소자가 많다. 이는, 소자 표면 쪽에서 전계를 완화하는 목적이므로, 기판 방향에서도 혹은 드레인 쪽에서도 전계를 완화하는 구조로 제작할 수 있다.In addition, many devices are manufactured by connecting a field plate for field relaxation to a source or gate for high voltage resistance. This is for the purpose of alleviating the electric field at the device surface side, and therefore, it is possible to fabricate a structure that alleviates the electric field at the substrate side or at the drain side.
HFET의 구조 특성상 수평형 소자이므로, 게이트, 소스, 드레인의 세 전극이 모두 기판 표면에 제작되어 대전류 소자를 제작하기 위해서는 소자 면적이 넓어져 Si소자보다 뛰어난 GaN의 재료로서의 이점을 잘 살리지 못한다. 또, HFET의 채널로 사용되는 2DEG층이 수평방향으로 형성된다.Because of the horizontal characteristics of the HFET structure, all three electrodes of gate, source, and drain are fabricated on the surface of the substrate. In order to fabricate a large current device, the device area is widened, Also, a 2DEG layer used as a channel of the HFET is formed in the horizontal direction.
본 발명의 실시 예들은 전류를 증가시키고 소자 크기를 줄일 수 있는 질화물 반도체 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 데에 일 목적이 있다.Embodiments of the present invention have an object to provide a nitride semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can increase a current and reduce a device size.
본 발명의 실시 예들은 수평형 소자의 문제점인 면적을 감소시킴과 동시에 전류량을 증가시키는 수직형 구조를 가지는 질화물 반도체 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Embodiments of the present invention are directed to a nitride semiconductor device having a vertical structure that reduces the area of the horizontal-type device and increases the amount of current, and a method of manufacturing the same.
일 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자는, 기판 위에 형성되고, 질화물계 반도체로 이루어진 저저항층과, 상기 저저항층 위에 형성되는 채널층과, 상기 채널층 위에 형성되는 장벽층과, 상기 기판의 후면 또는 상기 저저항층 하부에 형성되고, 메탈로 이루어진 드레인 전극과, 상기 장벽층 위에 형성되는 소스 전극과, 상기 채널층 및 장벽층과, 상기 저저항층의 일부 영역을 포함하여 형성되는 리세스 영역에 형성되는 게이트 전극을 포함하여 구성된다.A nitride semiconductor device according to an embodiment includes a low resistance layer formed on a substrate and formed of a nitride semiconductor, a channel layer formed on the low resistance layer, a barrier layer formed on the channel layer, A source electrode formed on the barrier layer, a channel layer and a barrier layer, and a recess region formed to include a partial region of the low-resistance layer, the drain electrode being formed below the low-resistance layer, And a gate electrode formed on the substrate.
또, 상기 게이트 전극은, 상기 리세스 영역에 형성되는 게이트 절연막층;을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 게이트 메탈층은, 상기 게이트 절연막층 위에 형성된다.The gate electrode further includes a gate insulating film layer formed in the recess region. Here, the gate metal layer is formed on the gate insulating film layer.
상기 리세스 영역은, 트렌치 형태, 브이-그루브 형태, 반원 형태, 및 계단 형태 중 하나 이상의 형태로 이루어질 수 있다.The recessed region may be in the form of one or more of a trench shape, a V-groove shape, a semicircular shape, and a stepped shape.
상기 소스 전극은, 상기 게이트 전극이 형성되지 아니한 부분에 형성되고, 메탈로 이루어진다. 상기 게이트 전극 및 상기 소스 전극은 교대로 형성될 수 있다. 또, 두 개의 소스 전극들은 하나의 게이트 전극을 공유할 수 있다.The source electrode is formed in a portion where the gate electrode is not formed, and is made of metal. The gate electrode and the source electrode may be alternately formed. In addition, the two source electrodes may share one gate electrode.
일 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 제조 방법은, 기판 위에 저저항층을 형성하는 단계와, 상기 저저항층 위에 채널층을 형성하는 단계와, 상기 채널층 위에 장벽층을 형성하는 단계와, 상기 장벽층 위에 소스 전극을 형성하는 단계와, 상기 채널층 및 장벽층과, 상기 저저항층의 일부를 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계와, 상기 리세스 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면 또는 상기 저저항층 하부에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.A method of fabricating a nitride semiconductor device according to one embodiment includes forming a low resistance layer on a substrate, forming a channel layer on the low resistance layer, forming a barrier layer on the channel layer, Forming a source electrode on the barrier layer; etching the channel layer, the barrier layer, and a portion of the low-resistance layer to form a recess region; forming a gate electrode in the recess region; And forming a drain electrode on the back surface of the substrate or under the low resistance layer.
다른 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 제조 방법은, 기판 위에 저저항층을 형성하는 단계와, 상기 저저항층 위에 선택적으로 채널층을 성장하여 형성하는 단계와, 상기 채널층 위에 장벽층을 형성하는 단계와, 상기 장벽층 위에 소스 전극을 형성하는 단계와, 상기 장벽층 및 채널층이 형성되지 아니한 리세스 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면 또는 상기 저저항층 하부에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nitride semiconductor device, comprising: forming a low-resistance layer on a substrate; selectively growing a channel layer on the low-resistance layer; forming a barrier layer on the channel layer Forming a source electrode on the barrier layer; forming a gate electrode in a recessed region in which the barrier layer and the channel layer are not formed; forming a gate electrode on the backside of the substrate, And forming a second electrode.
상기 실시 예들은, 상기 장벽층 위에 게이트 절연막층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 소스 전극을 형성하는 단계는, 상기 게이트 절연막층을 선택적으로 식각하여 소스 영역을 정의하는 과정과, 상기 소스 영역 위에 상기 소스 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.The above embodiments are further comprised of forming a gate insulating film layer on the barrier layer. The step of forming the source electrode may include defining a source region by selectively etching the gate insulating layer, and forming the source electrode on the source region.
또, 상기 실시 예들에 있어서, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계는, 상기 리세스 영역에 게이트 절연막층을 형성하는 과정과, 상기 게이트 절연막층 위에 상기 게이트 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.In the above embodiments, the step of forming the gate electrode may include a step of forming a gate insulating film layer in the recess region, and a step of forming the gate electrode on the gate insulating film layer.
본 발명의 실시 예들은 수평 소자인 질화물 반도체 소자, 특히 HFET를 수직소자와 같은 이점을 갖게 하고, 드레인 전극의 면적을 넓힘과 동시에, GaN층 아래쪽에 전극을 형성시켜 전체 소자의 칩(Chip) 사이즈를 감소시킨다.Embodiments of the present invention can provide a nitride semiconductor device, particularly an HFET, as a horizontal device, having advantages such as a vertical device, widening the area of the drain electrode, and forming electrodes below the GaN layer, .
본 발명의 실시 예들은 n형 GaN 위에 질화물 반도체를 성장시켜, 전자가 소스에서 드레인으로, 수직방향으로 흐르도록 함으로써, 전류의 증가로 인한 소자 면적의 감소가 가능하여 질화물 반도체 소자의 이점을 최대한 활용할 수 있도록 한다.Embodiments of the present invention make it possible to reduce the element area due to an increase in current, by allowing the nitride semiconductor to grow on the n-type GaN so that the electrons flow in the vertical direction from the source to the drain, thereby maximizing the advantage of the nitride semiconductor device .
본 발명의 실시 예들은 질화물 반도체 소자를 수직형으로 형성함으로써 노멀리 오프(Normally Off)를 구현한다.Embodiments of the present invention implement a normally-off by forming a nitride semiconductor device vertically.
도 1은 이종 접합 전계 효과 트랜지스터(HFET)의 일반적인 구조를 보인 예시도;
도 2는 일 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 구조를 보인 도;
도 3은 일 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 제조 방법을 개략적으로 보인 흐름도;
도 4a 내지 도 4f는 일 실시 예에 따른 질화물 반도체를 제조하는 동작을 설명하기 위한 예시도들;
도 5는 다른 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 제조 방법을 개략적으로 보인 흐름도;
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시 예들에 따른 리세스 영역의 여러 형태를 보인도 ;
도 7a 및 도 7b는 서로 다른 형태의 게이트 전극을 구비한 질화물 반도체 소자를 개략적으로 보인 도; 및
도 8은 복수의 질화물 반도체 소자를 제조함에 따른 각 전극의 배치를 보인 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an exemplary diagram illustrating the general structure of a heterojunction field effect transistor (HFET);
FIG. 2 illustrates a structure of a nitride semiconductor device according to an embodiment; FIG.
3 is a flow chart schematically illustrating a method of manufacturing a nitride semiconductor device according to an embodiment;
FIGS. 4A to 4F are illustrations for explaining an operation of manufacturing a nitride semiconductor according to an embodiment; FIGS.
FIG. 5 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a nitride semiconductor device according to another embodiment; FIG.
Figures 6A-6D illustrate various forms of recessed regions according to embodiments of the present invention;
FIGS. 7A and 7B schematically show a nitride semiconductor device having gate electrodes of different types; FIG. And
8 is a view showing the arrangement of the respective electrodes according to the fabrication of a plurality of nitride semiconductor devices.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자는, 저저항층과, 채널층과, 장벽층, 그리고 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the nitride semiconductor device according to one embodiment includes a low-resistance layer, a channel layer, a barrier layer, and a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode.
저저항층(10)은 기판(1) 위에 형성되고, 질화물계 반도체로 이루어진다. 채널층(20)은 저저항층(10) 위에 형성되고, 장벽층(30)은 채널층(20) 위에 형성된다.드레인 전극(60)은 저저항층(10) 하부에 형성되고, 메탈로 이루어진다. 게이트 전극(40) 및 소스 전극(50)은 장벽층(30) 위에 각각 형성된다.The low-
기판(1)은 사파이어 기판 등과 같은 절연성 기판일 수 있다. 또, 기판(1)은 갈륨 나이트라이드(GaN) 기판, 실리콘 카바이트(SiC) 기판, 및 실리콘(Si) 기판 중 하나로 이루어질 수 있다. 기판(1)은 질화물 반도체 소자의 제작 후에 제거될 수 있다. 이 경우, 최종적인 소자의 구조는 기판(1)이 없는 구조일 수 있다. 예를 들어, 도 4e에 도시한 바와 같이, 절연성 기판인 경우, 드레인 전극(60)을 증착하기 전에 기판을 제거하는 것이 필요하다. 반면, 기판이 갈륨 나이트라이드 기판 등인 경우, 드레인 전극(60)을 증착하기 전에 기판을 제거해도 되고, 제거하지 않아도 된다.The
저저항층(10)은, 엔-형 갈륨 나이트라이드(n-GaN)로 이루어진다. 저저항층(10)의 두께는 0.01 내지 10 마이크로미터(μm)이다. 바람직하게는 저저항층(10)의 두께가 0.1~2 μm이 되도록 성장시킨다.The low-
저저항층(10)은, 다양한 방식(방법)으로 형성될 수 있다. 금속-유기 화학적 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 스퍼터링(Sputtering), 및 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 중 하나 이상을 근거로 형성될 수 있다. 다만, 저저항층(10)의 결정성을 고려하여, 저저항층(10)은 금속-유기 화학적 기상 증착으로 제작하는 것이 일반적이다. Ga의 원료인 TMGa, N의 원료인 NH3를 리액터 안에서 고온으로 합성시켜 에피 성장을 하게 된다.The
채널층(20)은, 갈륨 나이트라이드(GaN)로 이루어진다. 채널층(20)에는 2차원 전자 가스 채널(2 Dimensional Electron Gas; 2DEG)이 형성된다. 채널층(20)의 두께는 0.01 내지 0.5 마이크로미터(μm)이다. 바람직하게는 0.05~0.2 μm이 되도록 성장시킨다. 채널층(20)도 저저항층(10)과 마찬가지로, 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착 등에 의해 형성될 수 있다. The
장벽층(30)은, 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN), 즉 AlxGa1 - xN로 이루어진다. 장벽층(30)의 두께는 0 내지 100 나노미터(nm)이다. 바람직하게는 0~10 nm이 되도록 성장시킨다. AlGaN의 Al 조성은 1~100%, 바람직하게는 10~50%가 바람직하다. 장벽층(30)도 채널층(20)이나 저저항층(10)과 마찬가지로, 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착 등에 의해 형성될 수 있다.The
예를 들어, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에 N형 GaN층을 0.01~10μm, 바람직하게는 0.05~0.2μm 성장시킨 후, 2DEG가 형성되는 GaN 채널층을 0.01~0.5μm, 바람직하게는 0.05~0.2μm 성장시킨 후, AlGaN을 0~100nm, 바람직하게는 0~10nm 성장시켜 본 발명의 실시 예들에 따른 질화물 반도체 소자를 제조한다.For example, as shown in FIGS. 4A to 4C, an N-type GaN layer is grown to a thickness of 0.01 to 10 μm, preferably 0.05 to 0.2 μm on a
에피 성장 후, 도 4d에 도시한 바와 같이, 표면 쪽에 소스 전극(50)을 형성한다. 소스 전극(50)은, 게이트 전극(40)이 형성되지 아니한 부분에 형성되고, 메탈로 이루어진다. 도면을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 질화물 반도체 소자는, 드레인 전극(60)까지 표면에 증착되는 기존의 구조에 비해 2배 이상의 집적도를 갖도록 구현될 수 있다. 이렇게 함으로써, 소자의 크기가 현저하게 줄어들어 양산에 적합한 구조가 된다.After the epitaxial growth, the
소스 전극(50)은 오믹 콘택(Omic Contact)으로 형성된다. 예를 들면, 소스 전극(50)은, Ti/Al/Ti/Au이 각각 30/100/20/200nm의 두께로 전자 빔 증착기를 이용하여 증착하여 리프트 오프(Lift-off) 공정으로 패턴을 형성한다.The
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 게이트 전극(40) 및 소스 전극(50)은 교대로 형성된다. 이렇게 함으로써, 두 개의 소스 전극들은 하나의 게이트 전극을 공유하게 된다.As shown in Fig. 8, in the present invention, the
다음으로, 도 4d에 도시한 바와 같이, 수직 방향의 채널이 형성되도록 게이트 전극이 형성될 부분이 식각(etching)된다. 즉, 채널층(20)과 장벽층(30)의 일부를 에칭한다. 이때, 에칭 깊이는 채널층(20)과 n-GaN 저저항층(10)이 닿는 부분을 지나도록 한다.Next, as shown in FIG. 4D, a portion where a gate electrode is to be formed is etched so that a vertical channel is formed. That is, the
게이트 전극(40)은, 도 4f에 도시한 바와 같이, 장벽층(30) 및 채널층(20)의 식각된 리세스 영역(70)에 형성된다. 게이트 전극(40)은, 메탈로 이루어진 게이트 메탈층(43)을 포함하여 구성된다. 즉, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 질화물 반도체 소자는 MES(Metal-Semiconductor) 구조를 가질 수 있다. 여기서, 도 7a 및 도 7b는 유닛(unit) 단위의 질화물 반도체 소자를 나타낸 도들이다.The
또, 게이트 전극(40)은, 리세스 영역에 형성되는 게이트 절연막층(41)을 더 포함할 수 있다. 게이트 절연막층(41)은, 실리콘 옥사이드(SiO2), 하프늄 옥사이드(HfO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 및 실리콘 나이트라이드(SiN) 중 하나 이상으로 이루어진다. The
게이트 메탈층(43)은, 게이트 절연막층(41) 위에 형성된다. 즉, 도 7a에 도시한 바와 같이, 상기 질화물 반도체 소자는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 구조를 가질 수 있다.A
게이트 절연막층(41)은, 다양한 방식(방법)으로 형성될 수 있다. 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착, 스퍼터링, 및 원자층 증착 중 하나 이상을 근거로 형성될 수 있다. 게이트 절연막층(41)의 두께는 0.1 내지 300 나노미터(nm)이다. 바람직하게는 게이트 절연막층(41)의 두께가 1~100nm가 되도록 증착시킨다.The gate insulating
도 6a 내지 도 6d는 리세스 영역의 다양한 형태를 보인 도들이다. 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 리세스 영역(70)은, 도 2와 같은 사각 형태 이외에 트렌치(trench) 형태(도 6a), 브이-그루브(V-groove) 형태(도 6b), 반원 형태(도 6c), 및 계단 형태(도 6d) 중 하나 이상의 형태로 이루어질 수 있다.6A to 6D are views showing various forms of the recess region. 6A to 6D, the recessed
리세스 영역(70)은, 채널층(20)과 저저항층(10)이 접하는 부분 이상의 깊이가 되도록 식각(etching)되는 것이 바람직하다. 리세스 영역 위에 형성되는 게이트 전극은 2DEG 근처의 공핍 영역을 확대시켜 문턱 전압(공급 전압)이 양의 방향으로 이동되는 이점(또는 노멀리-오프 특성)을 제공할 수 있다. 만약 채널층(20)과 장벽층(30)만 제거하는 경우에는 에칭 공정 중에 일부 채널층(20)이 리세스 영역에 남아 있을 수 있는데, 이 경우에 채널층(20)은 저항이 높아 절연층으로 동작할 수 있다. 채널층(20)이 절연층으로 동작하게 되면, 드레인 방향으로 전기가 흐르는 것을 차단해서 수직형으로 채널형성이 되지 않아 수직형 구조의 장점을 갖지 못한다. 따라서 본 발명에서는 저저항층(10)의 일부 영역을 포함시켜 리세스 영역이 형성되도록 구현한다. 다만, 리세스 영역의 깊이는 저저항층(10)의 두께의 1/3이 넘지 않도록 제어한다. 리세스 영역의 깊이가 1/3의 두께를 넘어가는 경우는 게이트와 드레인 전극 간의 거리가 가까워져서 절연 파괴의 가능성이 생길 수 있다.It is preferable that the recessed
마지막으로, 도 4f에 도시한 바와 같이, 저저항층(10)의 하부에 드레인 전극(60)이 증착되면, 상기 질화물 반도체 소자가 제조된다. 드레인 전극(60)도 소스 전극(50)과 마찬가지로 오믹 콘택으로 한다. 만약 기판이 제거되지 않는 경우에는 상기 드레인 전극(60)은 저저항층의 하부 대신에 기판의 후면에 형성될 수 있다.Finally, as shown in FIG. 4F, when the
이렇게 함으로써 상기 질화물 반도체 소자는 노멀리 오프를 구현함과 동시에 수직형 소자로 되어 소자의 크기가 현저하게 줄어들어 양산에 적합한 구조를 가진다. 즉, 상기 질화물 반도체 소자는 드레인 전극까지 표면에 증착되는 기존의 구조에 비해 2배 이상의 집적도를 가진다.By doing so, the nitride semiconductor device realizes a normally off-state, and becomes a vertical type device, thereby remarkably reducing the size of the device, and has a structure suitable for mass production. That is, the nitride semiconductor device has an integration degree of twice or more as compared with the conventional structure in which the nitride semiconductor device is deposited on the surface up to the drain electrode.
게이트 전극(40)에 (+) 전압을 가하면, 게이트 절연막층의 반대편에는 (-) 전하가 모이게 되고, 이러한 축적 현상에 의해 소스 전극(50)에서 나온 전자는 저저항층(n-GaN, 10) 쪽으로 흐르게 된다. 저저항층(10)으로 들어간 전자는 드레인 전극(60)으로 빠져나가 전류가 흐르게 된다.(-) charge is collected on the opposite side of the gate insulating film layer when the (+) voltage is applied to the
도 4a 내지 도 4f는, 상기한 바와 같이, 기판 위에 저저항층, 채널층, 장벽층을 연속적으로 성장시킨 후, 선택적으로 식각하여 리세스 영역을 형성하였으나, 마스크 등을 이용하여 채널층, 장벽층을 선택적으로 성장시켜 게이트 전극을 형성하도록 할 수도 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.4A to 4F, the recess region is formed by successively growing a low-resistance layer, a channel layer, and a barrier layer on a substrate and then selectively etching the substrate. However, a channel layer, Layer may be selectively grown to form the gate electrode. This will be described later.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 제조 방법은, 기판 위에 저저항층을 형성하는 단계(S110)와, 상기 저저항층 위에 채널층을 형성하는 단계(S120)와, 상기 채널층 위에 장벽층을 형성하는 단계(S130)와, 상기 장벽층 위에 소스 전극을 형성하는 단계(S140)와, 상기 채널층 및 장벽층과, 상기 저저항층의 일부를 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계(S150)와, 상기 리세스 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계(S160)와, 상기 기판의 후면 또는 상기 저저항층 하부에 드레인 전극을 형성하는 단계(S170)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, a method of fabricating a nitride semiconductor device according to an embodiment includes forming a low-resistance layer on a substrate (S110), forming a channel layer on the low-resistance layer (S120) (S140) forming a barrier layer on the channel layer, forming a source electrode on the barrier layer (S140), etching the channel layer, the barrier layer, and a part of the low-resistance layer to form a recessed region A step S160 of forming a gate electrode in the recess region S160, and a step S170 of forming a drain electrode in a bottom surface of the substrate or under the low-resistance layer.
예를 들어, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 기판 위에 N형 GaN층을 0.01~10μm, 바람직하게는 0.05~0.2μm 성장시켜 저저항층을 형성하고(S110), 2DEG가 형성되는 GaN 채널층을 0.01~0.5μm, 바람직하게는 0.05~0.2μm 성장시켜 채널층을 형성한 후(S120), AlGaN을 0~100nm, 바람직하게는 0~10nm 성장시켜 장벽층을 형성한다(S130).For example, as shown in FIGS. 4A to 4C, an N-type GaN layer is grown by 0.01 to 10 μm, preferably 0.05 to 0.2 μm on the substrate to form a low resistance layer (S110) The channel layer is grown by 0.01 to 0.5 탆, preferably 0.05 to 0.2 탆, to form a channel layer (S120), and then a barrier layer is formed by growing AlGaN at 0 to 100 nm, preferably 0 to 10 nm.
저저항층은, 엔-형 갈륨 나이트라이드(n-GaN)로 이루어진다. 저저항층은, 다양한 방식(방법)으로 형성될 수 있다. 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착, 스퍼터링, 및 원자층 증착 중 하나 이상을 근거로 형성될 수 있다. 다만, 저저항층의 결정성을 고려하여, 저저항층은 금속-유기 화학적 기상 증착으로 제작하는 것이 일반적이다. Ga의 원료인 TMGa, N의 원료인 NH3를 리액터 안에서 고온으로 합성시켜 에피 성장을 하게 된다.The low-resistance layer is made of an n-type gallium nitride (n-GaN). The low resistance layer can be formed in various ways. For example, based on at least one of metal-organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, hydride vapor phase epitaxy, plasma chemical vapor deposition, sputtering, and atomic layer deposition. However, in consideration of the crystallinity of the low-resistance layer, the low-resistance layer is generally fabricated by metal-organic chemical vapor deposition. TMGa as a raw material of Ga, and NH 3 as a raw material of N are synthesized at a high temperature in a reactor to perform epitaxial growth.
채널층은, 갈륨 나이트라이드(GaN)로 이루어진다. 채널층에는 2차원 전자 가스 채널(2 Dimensional Electron Gas; 2DEG)이 형성된다. 채널층도 저저항층과 마찬가지로, 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착 등에 의해 형성될 수 있다. The channel layer is made of gallium nitride (GaN). A two-dimensional electron gas (2DEG) is formed in the channel layer. The channel layer may also be formed by metal-organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, hydride vapor phase epitaxy, plasma chemical vapor deposition, etc., as well as the low resistance layer.
장벽층은, 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN), 즉 AlxGa1 - xN로 이루어진다. 장벽층도 채널층이나 저저항층과 마찬가지로, 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착 등에 의해 형성될 수 있다.The barrier layer is made of aluminum gallium nitride (AlGaN), i.e., Al x Ga 1 - x N. The barrier layer can also be formed by metal-organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, hydride vapor phase epitaxy, plasma chemical vapor deposition or the like, as well as the channel layer or the low resistance layer.
상기 질화물 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 장벽층 위에 게이트 절연막층을 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.The method for fabricating the nitride semiconductor device may further include forming a gate insulating layer on the barrier layer (not shown).
일 예로, 상기 소스 전극을 형성하는 단계(S140)는, 상기 게이트 절연막층을 선택적으로 식각하여 소스 영역을 정의하는 과정과, 상기 소스 영역 위에 상기 소스 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.For example, the step of forming the source electrode (S140) comprises the steps of defining a source region by selectively etching the gate insulating layer, and forming the source electrode on the source region.
다른 예로, 게이트 절연막층을 형성하지 아니한 경우에는, 상기 소스 전극을 형성하는 단계(S140)는, 장벽층 위에 소스 전극을 형성한다.As another example, when the gate insulating film layer is not formed, the step of forming the source electrode (S140) forms the source electrode on the barrier layer.
에피 성장 후, 도 4d에 도시한 바와 같이, 표면 쪽에 소스 전극을 형성한다(S140). 소스 전극은, 게이트 전극이 형성되지 아니한 부분에 형성되고, 메탈로 이루어진다.After epitaxial growth, a source electrode is formed on the surface side as shown in FIG. 4D (S140). The source electrode is formed at a portion where no gate electrode is formed, and is made of metal.
소스 전극은 오믹 콘택(Omic Contact)으로 형성된다. 예를 들면, 소스 전극은, Ti/Al/Ti/Au이 각각 30/100/20/200nm의 두께로 전자 빔 증착기를 이용하여 증착하여 리프트 오프(Lift-off) 공정으로 패턴을 형성한다.The source electrode is formed of an ohmic contact. For example, the source electrode can be patterned by a lift-off process by depositing Ti / Al / Ti / Au with a thickness of 30/100/20/200 nm using an electron beam evaporator.
일 예로, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계(S160)는, 상기 리세스 영역에 게이트 절연막층을 형성하는 과정과, 상기 게이트 절연막층 위에 상기 게이트 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.For example, the step of forming the gate electrode (S160) includes a step of forming a gate insulating film layer in the recess region, and a step of forming the gate electrode on the gate insulating film layer.
다른 예로, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계(S160)는, 게이트 절연막층을 형성하지 아니하고, 리세스 영역에 게이트 메탈층을 형성할 수 있다.As another example, in the step of forming the gate electrode (S160), the gate metal layer may be formed in the recessed region without forming the gate insulating film layer.
다음으로, 도 4d에 도시한 바와 같이, 수직 방향의 채널이 형성되도록 게이트 전극이 형성될 부분이 식각(etching)된다(S150). 이때, 에칭 깊이는 n-GaN과 접하거나 그 이상이 되도록 한다.Next, as shown in FIG. 4D, a portion where a gate electrode is to be formed is etched so that a vertical channel is formed (S150). At this time, the etching depth is made to be in contact with or more than n-GaN.
도 6a 내지 도 6d는 리세스 영역의 다양한 형태를 보인 도들이다. 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 리세스 영역(70)은, 도 2와 같은 사각 형태 이외에 트렌치(trench) 형태(도 6a), 브이-그루브(V-groove) 형태(도 6b), 반원 형태(도 6c), 및 계단 형태(도 6d) 중 하나 이상의 형태로 이루어질 수 있다.6A to 6D are views showing various forms of the recess region. 6A to 6D, the recessed
리세스 영역은, 채널층과 저저항층이 접하는 부분 이상의 깊이가 되도록 식각(etching)되는 것이 바람직하다. 리세스 영역 위에 형성되는 게이트 전극은 2DEG 근처의 공핍 영역을 확대시켜 문턱 전압(공급 전압)이 양의 방향으로 이동되는 이점(또는 노멀리-오프 특성)을 제공할 수 있다. 만약 채널층과 장벽층만 제거하는 경우에는 에칭 공정 중 일부 채널층이 리세스 영역에 남아 있을 수 있다. 이 경우에, 채널층은 저항이 높아 절연층으로 동작할 수 있다. 채널층이 절연층으로 동작하게 되면, 드레인 방향으로 전기가 흐르는 것을 차단해서 수직형으로 채널 형성이 되지 않을 수 있다. 따라서 리세스 영역은 저저항층의 일부를 식각하여 형성된다. 다만, 리세스 영역의 깊이는 저저항층의 두께의 1/3이 넘지 않도록 한다. 저저항층의 1/3의 두께를 넘어서 식각되는 경우에는 게이트와 드레인 전극 간의 거리가 가까워져서 절연 파괴의 가능성이 있다.The recess region is preferably etched so as to have a depth greater than a portion where the channel layer and the low-resistance layer are in contact with each other. The gate electrode formed on the recessed region may enlarge the depletion region near the 2DEG to provide the advantage of the threshold voltage (supply voltage) being shifted in the positive direction (or the normally-off characteristic). If only the channel layer and the barrier layer are to be removed, some channel layers may remain in the recess region during the etching process. In this case, the channel layer has a high resistance and can operate as an insulating layer. When the channel layer operates as an insulating layer, the channel formation may not be performed vertically by blocking the flow of electricity in the drain direction. Therefore, the recessed region is formed by etching a part of the low-resistance layer. However, the depth of the recessed region should not exceed 1/3 of the thickness of the low-resistance layer. When etching is performed beyond 1/3 of the thickness of the low-resistance layer, the distance between the gate and the drain electrode becomes close to each other, which may cause dielectric breakdown.
게이트 전극은, 도 4f에 도시한 바와 같이, 장벽층 및 채널층과, 저저항층의 일부의 식각된 리세스 영역에 형성된다. 게이트 전극은, 메탈로 이루어진 게이트 메탈층을 포함하여 구성된다. 즉, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 질화물 반도체 소자는 MES(Metal-Semiconductor) 구조를 가질 수 있다. 여기서, 도 7a 및 도 7b는 유닛(unit) 단위의 질화물 반도체 소자를 나타낸 도들이다.A gate electrode is formed in the etched recessed region of the barrier layer and the channel layer and a part of the low-resistance layer, as shown in Fig. 4F. The gate electrode comprises a gate metal layer made of metal. That is, as shown in FIG. 7B, the nitride semiconductor device may have a MES (Metal-Semiconductor) structure. Here, FIGS. 7A and 7B are views showing a nitride semiconductor device in a unit unit.
또, 게이트 전극은, 리세스 영역에 형성되는 게이트 절연막층을 더 포함할 수 있다. 게이트 절연막층(41)은, 실리콘 옥사이드(SiO2), 하프늄 옥사이드(HfO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 및 실리콘 나이트라이드(SiN) 중 하나 이상으로 이루어진다.The gate electrode may further include a gate insulating film layer formed in the recess region. The gate insulating
게이트 메탈층은, 게이트 절연막층 위에 형성된다. 즉, 도 7a에 도시한 바와 같이, 상기 질화물 반도체 소자는 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 구조를 가질 수 있다.The gate metal layer is formed on the gate insulating film layer. That is, as shown in FIG. 7A, the nitride semiconductor device may have a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure.
게이트 절연막층은, 다양한 방식(방법)으로 형성될 수 있다. 금속-유기 화학적 기상 증착, 분자선 에피택시, 수소화물 기상 에피택시, 플라즈마 화학 기상 증착, 스퍼터링, 및 원자층 증착 중 하나 이상을 근거로 형성될 수 있다. 게이트 절연막층의 두께는 0.1 내지 300 나노미터(nm)이다. 바람직하게는 게이트 절연막층의 두께가 1~100nm가 되도록 증착시킨다.The gate insulating film layer may be formed by various methods. For example, based on at least one of metal-organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, hydride vapor phase epitaxy, plasma chemical vapor deposition, sputtering, and atomic layer deposition. The thickness of the gate insulating film layer is 0.1 to 300 nanometers (nm). Preferably, the gate insulating layer is deposited to a thickness of 1 to 100 nm.
마지막으로, 도 4f에 도시한 바와 같이, 저저항층의 하부에 드레인 전극이 증착된다(S170). 드레인 전극도 소스 전극과 마찬가지로 오믹 콘택으로 한다. 만약 기판이 제거되지 않는 경우에는 기판의 후면에 드레인 전극이 형성될 수 있다.Finally, as shown in FIG. 4F, a drain electrode is deposited under the low-resistance layer (S170). The drain electrode is also made to be an ohmic contact like the source electrode. If the substrate is not removed, a drain electrode may be formed on the rear surface of the substrate.
도 5를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 질화물 반도체 소자의 제조 방법은, 기판 위에 저저항층을 형성하는 단계(S210)와, 상기 저저항층 위에 선택적으로 채널층을 성장하여 형성하는 단계(S220)와, 상기 채널층 위에 장벽층을 형성하는 단계(S230)와, 상기 장벽층 위에 소스 전극을 형성하는 단계(S240)와, 상기 장벽층 및 채널층이 형성되지 아니한 리세스 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계(S250)와, 상기 기판의 후면 또는 상기 저저항층 하부에 드레인 전극을 형성하는 단계(S260)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5, a method of fabricating a nitride semiconductor device according to another embodiment includes forming a low-resistance layer on a substrate (S210), and selectively forming a channel layer on the low-resistance layer (S220 (S230) forming a barrier layer on the channel layer, forming a source electrode on the barrier layer (S240), forming a gate electrode in the recess region where the barrier layer and the channel layer are not formed (S250), and forming a drain electrode on the bottom surface of the substrate or under the low-resistance layer (S260).
상기 제조 방법은, 상기 장벽층 위에 게이트 절연막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 소스 전극을 형성하는 단계(S240)는, 상기 게이트 절연막층을 선택적으로 식각하여 소스 영역을 정의하는 과정과, 상기 소스 영역 위에 상기 소스 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.The manufacturing method may further include forming a gate insulating layer on the barrier layer. The step of forming the source electrode (S240) comprises the steps of defining a source region by selectively etching the gate insulating layer, and forming the source electrode on the source region.
상기 게이트 전극을 형성하는 단계(S250)는, 상기 리세스 영역에 게이트 절연막층을 형성하는 과정과, 상기 게이트 절연막층 위에 상기 게이트 전극을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다. 물론, 게이트 절연막층을 형성하지 아니하고, 게이트 메탈층을 형성할 수도 있다.The step of forming the gate electrode (S250) includes the steps of forming a gate insulating film layer in the recess region, and forming the gate electrode on the gate insulating film layer. Of course, the gate metal layer may be formed without forming the gate insulating film layer.
다른 실시 예에 따른 제조 방법은, 선택적으로 채널층 및 장벽층을 성장시킨다. 이때, 성장을 저지하는 영역에는 실리콘의 산화막 또는 질화막 등을 형성시켜 둔다(S220, S230).A manufacturing method according to another embodiment selectively grows a channel layer and a barrier layer. At this time, an oxide film or a nitride film of silicon is formed in the growth inhibiting region (S220, S230).
상기와 같이 선택적 성장에 의해 채널층 및 장벽층을 형성하는 경우에는 리세스 영역에 채널층이 남아 있을 가능성이 없으므로 소스전극에서 드레인 전극으로 채널형성이 생기지 않을 가능성은 없다.In the case of forming the channel layer and the barrier layer by the selective growth as described above, there is no possibility that the channel formation from the source electrode to the drain electrode occurs because there is no possibility that the channel layer remains in the recessed region.
상기 제조 방법들은, 기판을 제거하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 기판은 질화물 반도체 소자의 제작 후에 제거될 수 있다. 이 경우, 최종적인 소자의 구조는 기판이 없는 구조일 수 있다. 예를 들어, 도 4e에 도시한 바와 같이, 절연성 기판인 경우, 드레인 전극을 증착하기 전에 기판을 제거하는 것이 필요하다. 반면, 기판이 갈륨 나이트라이드 기판 등인 경우, 드레인 전극을 증착하기 전에 기판을 제거해도 되고, 제거하지 않아도 된다. 이 경우에 드레인 전극은 저저항층의 하부면이 아니라 기판의 후면에 형성되어 수직형 구조를 이룬다.The manufacturing methods may further include a step of removing the substrate (not shown). The substrate can be removed after fabrication of the nitride semiconductor device. In this case, the final device structure may be a substrate-free structure. For example, as shown in FIG. 4E, in the case of an insulating substrate, it is necessary to remove the substrate before depositing the drain electrode. On the other hand, when the substrate is a gallium nitride substrate or the like, the substrate may be removed or not removed before the drain electrode is deposited. In this case, the drain electrode is formed not on the lower surface of the low-resistance layer but on the back surface of the substrate and has a vertical structure.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 질화물 반도체 소자 및 이의 제조 방법은 수평 소자인 질화물 반도체 소자, 특히 HFET를 수직 소자와 같은 이점을 갖게 하고, 드레인 전극의 면적을 넓힘과 동시에, GaN층 아래쪽에 전극을 형성시켜 전체 소자의 칩(Chip) 사이즈를 감소시킨다. 본 발명의 실시 예들은 n형 GaN 위에 질화물 반도체를 성장시켜, 전자가 소스에서 드레인으로, 수직방향으로 흐르도록 함으로써, 전류의 증가로 인한 소자 면적의 감소가 가능하여 질화물 반도체 소자의 이점을 최대한 활용할 수 있도록 한다. 본 발명의 실시 예들은 질화물 반도체 소자를 수직형으로 형성함으로써 노멀리 오프(Normally Off)를 구현한다.As described above, the nitride semiconductor device according to the embodiments of the present invention and its manufacturing method have advantages such as a vertical device, a wider area of the drain electrode, and a larger area of the GaN layer An electrode is formed on the lower side to reduce the chip size of the entire device. Embodiments of the present invention make it possible to reduce the element area due to an increase in current, by allowing the nitride semiconductor to grow on the n-type GaN so that the electrons flow in the vertical direction from the source to the drain, thereby maximizing the advantage of the nitride semiconductor device . Embodiments of the present invention implement a normally-off by forming a nitride semiconductor device vertically.
10: 저저항층 20: 채널층
30: 장벽층 40: 게이트 전극
41: 게이트 절연막층 43: 게이트 메탈층
50: 소스 전극 60: 드레인 전극10: low resistance layer 20: channel layer
30: barrier layer 40: gate electrode
41: Gate insulating film layer 43: Gate metal layer
50: source electrode 60: drain electrode
Claims (19)
기판 위에 형성되고, 질화물계 반도체로 이루어진 저저항층;
상기 저저항층 위에 형성되는 채널층;
상기 채널층 위에 형성되는 장벽층;
상기 기판의 후면에 형성되고, 메탈로 이루어진 드레인 전극;
상기 장벽층 위에 형성되는 소스 전극; 및
상기 채널층 및 장벽층과, 상기 저저항층의 일부 영역을 포함하여 형성되는 리세스 영역에 형성되며, 메탈로 이루어지는 게이트 전극;을 포함하고,
상기 질화물 반도체 소자는 Metal-Semiconductor 구조로 이루어지고,
상기 기판은,
갈륨 나이트라이드 기판, 실리콘 카바이트 기판, 및 실리콘 기판 중 하나인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.In the nitride semiconductor device,
A low-resistance layer formed on the substrate and made of a nitride-based semiconductor;
A channel layer formed on the low-resistance layer;
A barrier layer formed on the channel layer;
A drain electrode formed on the rear surface of the substrate and made of metal;
A source electrode formed on the barrier layer; And
And a gate electrode formed in the recessed region including the channel layer, the barrier layer, and a part of the low-resistance layer, the gate electrode being made of metal,
The nitride semiconductor device has a metal-semiconductor structure,
Wherein:
Wherein the nitride semiconductor substrate is one of a gallium nitride substrate, a silicon carbide substrate, and a silicon substrate.
상기 리세스 영역은,
트렌치 형태, 브이-그루브 형태, 반원 형태, 및 계단 형태 중 하나 이상의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein the recessed region comprises:
A trench shape, a V-groove shape, a semicircular shape, and a stepped shape.
상기 리세스 영역은,
최소한 상기 저저항층의 일부를 포함하도록 형성되고, 그 깊이가 상기 저저항층의 1/3 이하에 이르기까지 식각된 영역인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.5. The method of claim 4,
Wherein the recessed region comprises:
Resistance layer is formed so as to include at least a portion of the low-resistance layer, and the depth is an etched region that is less than 1/3 of the low-resistance layer.
두 개의 소스 전극들은 하나의 게이트 전극을 공유하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein the two source electrodes share one gate electrode.
상기 저저항층은,
엔-형 갈륨 나이트라이드로 이루어지고, 두께는 0.01 내지 10 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The method according to any one of claims 1, 4, 5, and 7,
The low-
Type gallium nitride and has a thickness of 0.01 to 10 micrometers.
상기 채널층은,
갈륨 나이트라이드로 이루어지고, 2차원 전자 가스 채널이 형성되며, 두께는 0.01 내지 0.5 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 소자.The method according to any one of claims 1, 4, 5, and 7,
Wherein the channel layer comprises:
Gallium nitride, a two-dimensional electron gas channel is formed, and a thickness of the nitride semiconductor is 0.01 to 0.5 micrometer.
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