KR102080744B1 - Nitride semiconductor and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 명세서는, p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비한 질화물계 HFET 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
이를 위하여, 일 실시예에 따른 반도체 소자는, 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되는 초격자층; 상기 초격자층에 상에 형성되는 GaN층; 상기 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층; 및 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함하되, 상기 초격자층은, p형 도펀트로 도핑되는 것일 수 있다.
The present specification provides a nitride-based HFET device having a superlattice layer doped with a p-type dopant and a method of manufacturing the same.
To this end, the semiconductor device according to the embodiment includes a buffer layer; A superlattice layer formed on the buffer layer; A GaN layer formed on the superlattice layer; An AlGaN layer formed on the GaN layer; And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on a portion of the AlGaN layer, wherein the superlattice layer may be doped with a p-type dopant.

Description

질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법{Nitride semiconductor and method thereof}Nitride semiconductor device and method for manufacturing same

본 명세서는 p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비한 질화물계 HFET 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present specification relates to a nitride-based HFET device having a superlattice layer doped with a p-type dopant, and a method of manufacturing the same.

질화물 반도체는 실리콘에 비해 높은 임계 전계, 낮은 on저항, 고온, 고주파 동작 특성이 주목되어, 차세대 반도체 소자의 재료로 선행 연구되고 있다.Nitride semiconductors have been focused on high critical electric fields, low on-resistance, high temperature, and high frequency operating characteristics compared to silicon, and have been previously studied as materials for next generation semiconductor devices.

고출력 전력 소자에는 최근에 주류로, 크게 MOSFET와 IGBT가 있으며, GaN 계열로도 HEMT, HFET 및 MOSFET등의 소자가 연구되어 지고 있다. In recent years, high output power devices are mainly mainstream, MOSFETs and IGBTs, and GaN-based devices such as HEMTs, HFETs, and MOSFETs have been studied.

HEMT의 경우, 높은 전자의 이동도를 이용하여, 고주파 특성의 통신소자 등에 이용되어 지고 있다.In the case of HEMT, the high electron mobility is used for communication devices having high frequency characteristics.

또한, HEMT는 전력용 반도체 및 고주파 특성의 통신소자 등에 이용되어 지고 있다. 최근에는 하이브리드/연료 전지 자동차의 개발이 진행되고 있으며, 국외 여러 기업에서 하이브리드 자동차를 출시하고 있다. 하이브리드 자동차내 모터와 발전기(generator)를 연결하는 voltage booster converter 및 inverter내 반도체 스위치는 엔진에서 발생하는 열로 인하여 고온에서 신뢰적인 동작을 요구한다. GaN는 와이드 밴드갭으로 인하여 신뢰적인 고온 동작이 가능하며, 하이브리드 자동차내 차세대 반도체 스위치로 적합하다. HEMT is also used in power semiconductors and communication devices having high frequency characteristics. Recently, the development of hybrid / fuel cell vehicles is underway, and a variety of companies are launching hybrid vehicles. Voltage booster converters that connect motors and generators in hybrid vehicles and semiconductor switches in inverters require reliable operation at high temperatures due to heat generated by the engine. GaN enables reliable high temperature operation due to its wide bandgap, making it suitable for next-generation semiconductor switches in hybrid vehicles.

그 중 일본 Furukawa Electric이 AlGaN/GaN 고전자 이동도 트랜지스터 (high-electron-mobility transistor, HEMT) discrete를 발표하였으며, 750 V의 높은 항복 전압과 6.3 mΩ-cm2의 낮은 온-저항을 가져 기존 Si MOSFET, Si superjunction MOSFET 및 SiC MESFET에 비하여 우수한 특성을 가짐을 증명하였다. 또한 발표된 GaN discrete는 225℃의 고온에서도 안정적인 스위칭 동작을 하였다.Among them, Japan's Furukawa Electric announced AlGaN / GaN high-electron-mobility transistor (HEMT) discrete, which has a high breakdown voltage of 750 V and low on-resistance of 6.3 mΩ-cm2. , Si superjunction MOSFETs and SiC MESFETs have excellent characteristics. Also announced GaN discrete has stable switching operation even at high temperature of 225 ℃.

도 1은 이종접합 전계 효과 트랜지스터(HFET)의 일반적인 구조를 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing a general structure of a heterojunction field effect transistor (HFET).

도 1을 참조하면, 일반적인 HFET는 드레인 전극에서 소스 전극으로 흐르는 2DEG 전류를 쇼트키(schottky) 게이트 전극을 통해 스위칭(switching) 동작을 할 수 있다.Referring to FIG. 1, a typical HFET may switch 2DEG current flowing from a drain electrode to a source electrode through a schottky gate electrode.

일반적인 HFET(10)는 기판(미도시), 상기 기판상에 형성된 제 1 GaN층(11), 상기 제 1 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층(12), 상기 AlGaN층 상에 형성되는 제 2 GaN층(13), 상기 제 2 GaN층 상에 형성되는 게이트 전극(14), 소스 전극(15) 및 드레인 전극(16)을 포함할 수 있다.The general HFET 10 includes a substrate (not shown), a first GaN layer 11 formed on the substrate, an AlGaN layer 12 formed on the first GaN layer, and a second GaN formed on the AlGaN layer. The layer 13 may include a gate electrode 14, a source electrode 15, and a drain electrode 16 formed on the second GaN layer.

일반적인 HFET 소자의 경우 Gate 동작을 이용한 쇼트키(schottky) 특성의 퀄리티가 소자의 스위치 특성에 커다란 영향을 줄 수 있다.In the case of a general HFET device, the quality of the schottky characteristic using the gate operation can greatly affect the switch characteristics of the device.

따라서, HFET의 누설 전류를 감소시키고, 항복 전압을 최대화시키는 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a technique that reduces the leakage current of the HFET and maximizes the breakdown voltage.

본 명세서는 p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비하여 감소된 누설 전류 특성 및 항복 전압 특성을 나타내는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.An object of the present disclosure is to provide a semiconductor device having a superlattice layer doped with a p-type dopant and exhibiting reduced leakage current characteristics and breakdown voltage characteristics and a method of manufacturing the same.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 반도체 소자는, 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되는 초격자층; 상기 초격자층에 상에 형성되는 GaN층; 상기 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층; 및 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함하되, 상기 초격자층은, p형 도펀트로 도핑되는 것일 수 있다.A semiconductor device according to the present disclosure for achieving the above object, the buffer layer; A superlattice layer formed on the buffer layer; A GaN layer formed on the superlattice layer; An AlGaN layer formed on the GaN layer; And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on a portion of the AlGaN layer, wherein the superlattice layer may be doped with a p-type dopant.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층은, AlN 및 AlGaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the buffer layer may be formed of at least one of AlN and AlGaN.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층은, AIN으로 이루어지고, 상기 버퍼층은, 저온으로 성장된 제 1 AIN층; 및 상기 제 1 AIN층 상에 형성되고, 고온으로 성장된 제 2 AIN층을 포함하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the buffer layer may include AIN, and the buffer layer may include a first AIN layer grown at low temperature; And a second AIN layer formed on the first AIN layer and grown at a high temperature.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층은, AlGaN으로 이루어지고, 상기 버퍼층은, 적층 방향으로 Al의 조성이 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the buffer layer may be made of AlGaN, and the buffer layer may be one in which a composition of Al is gradually reduced in a stacking direction.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 초격자층은, 서로 다른 2개의 박막층이 적층된 초격자 박막층이 복수개 적층되어 형성되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the superlattice layer may be formed by stacking a plurality of superlattice thin film layers in which two different thin film layers are stacked.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 초격자 박막층은, AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the superlattice thin film layer may be at least one of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 서로 다른 2개의 박막층 각각의 두께는, 1 nm ~ 100 nm인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thicknesses of the two different thin film layers may be 1 nm to 100 nm.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 초격자층은, 3 ~ 500 개의 초격자 박막층을 포함하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the superlattice layer may include 3 to 500 superlattice thin film layers.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p형 도펀트는, Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the p-type dopant may be at least one of Mg, C, and Fe.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3 인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the concentration of the p-type dopant may be 1e 16 / cm 3 ~ 5e 20 / cm 3 .

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p형 도펀트의 농도는, 상기 초격자층의 적층 방향으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the concentration of the p-type dopant may be gradually reduced in the stacking direction of the superlattice layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GaN층의 두께는, 0.1um ~ 7um인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the GaN layer may have a thickness of about 0.1 μm to about 7 μm.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GaN층은, Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑되고, 상기 적어도 하나의 도펀트 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3 인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the GaN layer may be doped with at least one dopant of Mg, C, and Fe, and the at least one dopant concentration may be 1e 16 / cm 3 to 5e 20 / cm 3 . .

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 AlGaN층의 두께는, 2nm ~ 100nm인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thickness of the AlGaN layer may be 2 nm to 100 nm.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반도체 소자는 상기 AlGaN층 상에 형성되는 GaN 캡층을 더 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the semiconductor device may further include a GaN cap layer formed on the AlGaN layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GaN 캡층의 두께는, 2nm ~ 10nm인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thickness of the GaN cap layer may be 2 nm to 10 nm.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층은, 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the buffer layer may be formed on a substrate.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 기판은, Si, SiC, Sapphire 및 GaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the substrate may be formed of at least one of Si, SiC, Sapphire, and GaN.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반도체 소자는, 상기 AlGaN층, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 전극의 일부 영역 상에 형성되는 산화막층을 더 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the semiconductor device may further include an oxide layer formed on a portion of the AlGaN layer, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 산화막층은, SiO2, Si3N4, HfO2, Al2O3, ZnO 및 Ga2O3 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the oxide layer may be formed of at least one of SiO 2 , Si 3 N 4 , HfO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, and Ga 2 O 3 .

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 산화막층의 두께는, 2 nm ~ 200 nm인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thickness of the oxide layer may be 2 nm to 200 nm.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 반도체 소자의 제조방법은, Method for manufacturing a semiconductor device according to the present specification for achieving the above objects,

기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 초격자층을 형성시키는 단계; 상기 초격자층에 상에 GaN층을 형성시키는 단계; 상기 GaN층 상에 AlGaN층을 형성시키는 단계; 및 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함하되, 상기 초격자층은, p형 도펀트로 도핑되는 것일 수 있다.Forming a buffer layer on the substrate; Forming a superlattice layer on the buffer layer; Forming a GaN layer on the superlattice layer; Forming an AlGaN layer on the GaN layer; And forming a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on a portion of the AlGaN layer, wherein the superlattice layer may be doped with a p-type dopant.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층, 상기 초격자층, 상기 GaN층 및 상기 AlGaN층은, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the buffer layer, the superlattice layer, the GaN layer, and the AlGaN layer may include an organic metal vapor deposition method (MOCVD), a molecular beam epitaxial growth method (MBE), and a helide vapor deposition method (HVPE). It may be formed based on at least one of plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering, and atomic layer deposition (ALD).

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p형 도펀트는, Fe이고, 상기 초격자층은, Cp2Fe 소스를 근거로 상기 p형 도펀트가 도핑되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the p-type dopant may be Fe, and the superlattice layer may be doped with the p-type dopant based on a Cp 2 Fe source.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비하여 감소된 누설 전류 특성 및 항복 전압 특성을 나타내는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다.According to one embodiment disclosed herein, a semiconductor device having a superlattice layer doped with a p-type dopant exhibits reduced leakage current characteristics and breakdown voltage characteristics, and a method of manufacturing the same.

특히, 본 명세서에 개시된 반도체 소자에 따르면, 누설 전류 증가와 항복 전압 감소를 최소화하기 위해 AlN/GaN의 초격자(superlattice) 구조를 가지고, p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비함으로써 vertical과 lateral 누설 전류를 줄일 수 있고, 특히, p형 도펀트로 Fe를 사용하는 경우, Fe 도핑(doping)을 통한 GaN 저속 성장으로 결정성을 향상시킴으로써 AlN/GaN 계면 및 막질의 저하를 방지할 수 있는 추가적인 이점이 있을 수 있다.In particular, according to the semiconductor device disclosed herein, in order to minimize leakage current increase and decrease in breakdown voltage, it has a superlattice structure of AlN / GaN, and has a superlattice layer doped with a p-type dopant, thereby providing a vertical and lateral structure. Additional benefits to reduce leakage current and, in particular, when using Fe as a p-type dopant, improve crystallinity by GaN slow growth through Fe doping to prevent degradation of AlN / GaN interface and film quality This can be.

도 1은 이종접합 전계 효과 트랜지스터(HFET)의 일반적인 구조를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 Fe 도펀트의 도핑 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 Fe 도펀트의 도핑 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 6a ~ 도 6f는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.
1 is an exemplary view showing a general structure of a heterojunction field effect transistor (HFET).
2 is an exemplary view illustrating a structure of a semiconductor device according to an exemplary embodiment disclosed herein.
3 is a graph showing a doping profile of Fe dopant according to one embodiment disclosed herein.
4 is a graph showing a doping profile of Fe dopant according to another embodiment disclosed herein.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment disclosed herein.
6A to 6F are exemplary views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed in the present specification.

본 명세서에 개시된 기술은 이종접합 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법에 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 질화물계 반도체 소자 및 그 제조방법에 적용될 수 있다.The technique disclosed herein can be applied to a heterojunction field effect transistor and a method of manufacturing the same. However, the technology disclosed in the present specification is not limited thereto, and may be applied to all nitride-based semiconductor devices and a method of manufacturing the same, to which the technical spirit of the technology may be applied.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It is to be noted that the technical terms used herein are merely used to describe particular embodiments, and are not intended to limit the spirit of the technology disclosed herein. In addition, the technical terms used herein should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art to which the technology disclosed herein belongs, unless defined otherwise in this specification. It should not be interpreted in a comprehensive sense, or in an overly reduced sense. In addition, when the technical terms used herein are incorrect technical terms that do not accurately express the spirit of the technology disclosed herein, it will be replaced with technical terms that can be understood correctly by those skilled in the art. In addition, the general terms used herein should be interpreted as defined in the dictionary, or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or some steps It should be construed that it may not be included or may further include additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers, such as first and second, as used herein may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. In addition, in describing the technology disclosed herein, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the technology disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it is to be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the technology disclosed in this specification, and the spirit of the technology should not be construed as being limited by the accompanying drawings.

질화물계 반도체 소자에 있어서의 In nitride semiconductor elements 버퍼층에In the buffer layer 대한 설명 Description of

이종 접합 구조의 질화물 반도체 전력 소자에서 에피 박막에서 오는 누설 전류를 줄이기 위해 여러 방법이 있을 수 있다.In a nitride semiconductor power device having a heterojunction structure, there may be various methods to reduce leakage current from the epi thin film.

특히, 상기 누설 전류를 감소시키기 위해 기판 및 GaN층 사이에 적어도 하나의 버퍼층을 성장시키는 방법이 있을 수 있다.In particular, there may be a method of growing at least one buffer layer between the substrate and the GaN layer to reduce the leakage current.

또한, 버퍼층을 통해 효율적으로 누설 전류를 줄이기 위해서는 GaN 채널의 semi-insulating 기능을 강화해야 할 뿐만 아니라 이를 성장하기 위한 버퍼(buffer)층의 결정 결함도 최소화하고 semi-insulating 특성 또한 증대시켜 소자 active 영역에서 오는 vertical과 lateral 누설전류를 최소화해야 할 수 있다.In addition, in order to efficiently reduce leakage current through the buffer layer, not only the semi-insulating function of the GaN channel should be strengthened, but also the crystal defects of the buffer layer for growing it are minimized and the semi-insulating characteristics are also increased to increase the device active area. The vertical and lateral leakage currents coming from may need to be minimized.

이는 특히, 고전력 소자의 동작에 있어서 필요한 부분이라고 할 수 있다.In particular, this is a necessary part of the operation of the high-power device.

본 명세서에 개시된 기술은 GaN 성장을 위한 버퍼(buffer)층의 누설 전류를 줄이기 한 효과적인 에피 구조에 대해서 제안하고자 한다. The technique disclosed herein proposes an effective epi structure that reduces the leakage current of the buffer layer for GaN growth.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 기판(예를 들어, Si기판) 위에 GaN를 성장하기 위한 버퍼층의 종류에는 3가지가 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은 AlN, AlGaN, 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, there may be three kinds of buffer layers for growing GaN on a substrate (eg, Si substrate). For example, the buffer layer may be formed of AlN, AlGaN, and a superlattice structure.

첫째로 AlN 버퍼(buffer)는 저온과 고온의 조합으로 사용될 수 있다. 즉, AIN 버퍼의 하부는 저온 성장으로 형성되고, AIN 버퍼의 상부는 고온 성장으로 형성되는 것일 수 있다.Firstly, AlN buffers can be used in combination with low and high temperatures. That is, the lower portion of the AIN buffer may be formed by low temperature growth, and the upper portion of the AIN buffer may be formed by high temperature growth.

둘째로, AlGaN 버퍼의 하부 층에는 Al 조성이 높고 상부 층에는 Al 조성이 낮은 연속 graded 또는 단계별 graded 버퍼가 사용될 수 있다.Secondly, a continuous graded or step graded buffer having a high Al composition in the lower layer of the AlGaN buffer and a low Al composition in the upper layer may be used.

마지막으로, 상기 버퍼층은 초격자 버퍼(superlattice buffer) 구조를 구비할 수 있다.Finally, the buffer layer may have a superlattice buffer structure.

상기 초격자 버퍼 구조는 서로 다른 2개의 박막층(또는 초박막층)이 적층된 구조일 수 있다.The superlattice buffer structure may be a structure in which two different thin film layers (or ultra thin film layers) are stacked.

예를 들어, 상기 초격자 버퍼(superlattice buffer) 구조의 종류에는 AlN/GaN, AlGaN/GaN, AlN/AlGaN 조합이 사용될 수 있다. For example, a combination of AlN / GaN, AlGaN / GaN, and AlN / AlGaN may be used for the type of superlattice buffer structure.

따라서, 상기 버퍼층이 초격자 버퍼 구조를 구비한 경우(또는 초격자층인 경우), 상기 초격자 구조를 가지는 버퍼층(또는 초격자층)은 서로 다른 2개의 박막층이 교번하여 적층되어 형성되는 것일 수 있다.Therefore, when the buffer layer has a superlattice buffer structure (or a superlattice layer), the buffer layer (or superlattice layer) having the superlattice structure may be formed by alternately stacking two different thin film layers. have.

상기 3가지 buffer 중에 superlattice 구조가 누설 전류 측면에서는 가장 낮은 특성을 보일 수 있으며, 그 중에서도 AlN/GaN 조합이 누설 전류 측면에서는 가장 낮은 특성을 보일 수 있다.Among the three buffers, the superlattice structure may exhibit the lowest characteristic in terms of leakage current, and among them, the AlN / GaN combination may exhibit the lowest characteristic in terms of leakage current.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 세가지 종류의 버퍼층은, 단일 버퍼층으로 사용될 수도 있지만, 서로 조합되어 하나의 반도체 소자에 구비될 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the three types of buffer layers may be used as a single buffer layer, but may be combined with each other and provided in one semiconductor device.

따라서, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 이종 접합 질화물계 반도체 소자는 기판상에 형성되는 적어도 하나의 버퍼층, 상기 적어도 하나의 버퍼층 상에 형성되는 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성되고 활성층의 역할을 하는 AlGaN층 및 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함할 수 있다.Therefore, the heterojunction nitride-based semiconductor device according to the embodiment disclosed in the present specification includes at least one buffer layer formed on a substrate, a GaN layer formed on the at least one buffer layer, and a role of an active layer formed on the GaN layer. It may include an AlGaN layer and a source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed on a portion of the AlGaN layer.

일반적으로, 상기 기판의 종류는 Si, SiC, Sapphire, GaN 기판 등이 사용될 수 있다. In general, the substrate may be Si, SiC, Sapphire, GaN substrate and the like.

예를 들어, 상기 기판이 Si 기판인 경우, Si 기판상에 곧바로 상기 GaN층을 성장(또는 증착, 적층)시키는 경우, Si 및 GaN의 격자 상수 차이로 인해 GaN층의 결정성이 떨어지고 격자 결함등으로 인한 누설 전류 증가 및 항복 전압 특성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.For example, when the substrate is a Si substrate, when the GaN layer is grown (or deposited or deposited) directly on the Si substrate, the crystallinity of the GaN layer is inferior due to the lattice constant difference between Si and GaN, and the lattice defects and the like. Due to this, there may be a problem in that the leakage current increases and the breakdown voltage characteristics decrease.

따라서, 전술한 바와 같이, 상기 Si 기판상에 곧바로 상기 GaN층을 성장시키는 대신, 중간에 적어도 하나의 버퍼층을 성장시킴으로써 상기 GaN층의 결정성을 높이고, 누설 전류 특성 및 항복 전압 특성을 개선시킬 수 있다.Therefore, as described above, instead of growing the GaN layer directly on the Si substrate, by growing at least one buffer layer in the middle, the crystallinity of the GaN layer can be increased, and leakage current characteristics and breakdown voltage characteristics can be improved. have.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 버퍼층은 하부 버퍼층 및 상부 버퍼층의 2개의 버퍼층으로 이루어질 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the at least one buffer layer may be composed of two buffer layers, a lower buffer layer and an upper buffer layer.

상기 하부 버퍼층은, AIN으로 이루어진 버퍼층(또는 AIN 버퍼층) 또는 AlGaN으로 이루어진 버퍼층(또는 AlGaN 버퍼층)일 수 있다.The lower buffer layer may be a buffer layer (or AIN buffer layer) made of AIN or a buffer layer (or AlGaN buffer layer) made of AlGaN.

상기 상부 버퍼층은, 초격자 구조(또는 초격자 버퍼 구조)를 구비한 초격자층일 수 있다.The upper buffer layer may be a superlattice layer having a superlattice structure (or a superlattice buffer structure).

일 실시예에 따른 반도체 소자는 하부 버퍼층 및 상부 버퍼층을 구비함으로써, 기판 및 GaN층 사이의 격자 상수 차이로 인하여 발생하는 결정성 저하, 누설전류 증가 및 항복 전압 특성 저하를 더욱 효율적으로 방지할 수 있는 이점이 있을 수 있다.The semiconductor device according to the exemplary embodiment includes a lower buffer layer and an upper buffer layer, which can more effectively prevent crystallinity degradation, leakage current increase, and breakdown voltage characteristic degradation caused by the lattice constant difference between the substrate and the GaN layer. There may be an advantage.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, a structure of a semiconductor device according to an exemplary embodiment disclosed herein will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

본 명세서에 개시된 일 Work disclosed herein 실시예에Example 따른 반도체 소자에 대한 설명 Description of semiconductor devices according to

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자는, 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성되는 초격자층, 상기 초격자층에 상에 형성되는 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층 및 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함할 수 있다.A semiconductor device according to an embodiment disclosed in the present specification includes a buffer layer, a superlattice layer formed on the buffer layer, a GaN layer formed on the superlattice layer, an AlGaN layer formed on the GaN layer, and the AlGaN layer. It may include a source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed on a portion of the region.

일 실시예에 따르면, 상기 초격자층은, p형 도펀트로 도핑되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the superlattice layer may be doped with a p-type dopant.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은, AlN 및 AlGaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the buffer layer may be formed of at least one of AlN and AlGaN.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은, AIN으로 이루어지고, 상기 버퍼층은, 저온으로 성장된 제 1 AIN층 및 상기 제 1 AIN층 상에 형성되고, 고온으로 성장된 제 2 AIN층을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the buffer layer is made of AIN, and the buffer layer includes a first AIN layer grown at a low temperature and a second AIN layer formed on the first AIN layer and grown at a high temperature. It may be.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은, AlGaN으로 이루어지고, 상기 버퍼층은, 적층 방향으로 Al의 조성이 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the buffer layer may be made of AlGaN, and the buffer layer may be one in which a composition of Al is gradually reduced in a stacking direction.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 초격자층은, 서로 다른 2개의 박막층이 적층된 초격자 박막층이 복수개 적층되어 형성되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the superlattice layer may be formed by stacking a plurality of superlattice thin film layers in which two different thin film layers are stacked.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 초격자 박막층은, AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나인 것일 수 있다.According to an embodiment, the superlattice thin film layer may be at least one of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 2개의 박막층 각각의 두께는, 1 nm ~ 100 nm인 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the thickness of each of the two different thin film layers may be 1 nm to 100 nm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 초격자층은, 3 ~ 500 개의 초격자 박막층을 포함하는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the superlattice layer may include 3 to 500 superlattice thin film layers.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트는, Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나인 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the p-type dopant may be at least one of Mg, C and Fe.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3 인 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the concentration of the p-type dopant may be 1e16 / cm 3 to 5e20 / cm 3.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 상기 초격자층의 적층 방향으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the concentration of the p-type dopant may be gradually reduced in the stacking direction of the superlattice layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 GaN층의 두께는, 0.1um ~ 7um인 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the GaN layer may have a thickness of 0.1 μm to 7 μm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 GaN층은, Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑되고, 상기 적어도 하나의 도펀트 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다.According to an embodiment, the GaN layer may be doped with at least one dopant of Mg, C, and Fe, and the at least one dopant concentration may be 1e16 / cm 3 to 5e20 / cm 3.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN층의 두께는, 2nm ~ 100nm인 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the thickness of the AlGaN layer may be 2nm ~ 100nm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는 상기 AlGaN층 상에 형성되는 GaN 캡층을 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the semiconductor device may further include a GaN cap layer formed on the AlGaN layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 GaN 캡층의 두께는, 2nm ~ 10nm인 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the thickness of the GaN cap layer may be 2nm ~ 10nm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은, 기판 상에 형성되는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the buffer layer may be formed on a substrate.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 기판은, Si, SiC, Sapphire 및 GaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the substrate may be made of at least one of Si, SiC, Sapphire and GaN.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는 상기 AlGaN층, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 전극의 일부 영역 상에 형성되는 산화막층을 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the semiconductor device may further include an oxide layer formed on a portion of the AlGaN layer, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 산화막층은, SiO2, Si3N4, HfO2, Al2O3, ZnO 및 Ga2O3 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the oxide layer may be formed of at least one of SiO 2, Si 3 N 4, HfO 2, Al 2 O 3, ZnO, and Ga 2 O 3.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 산화막층의 두께는, 2 nm ~ 200 nm인 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the thickness of the oxide layer may be 2 nm to 200 nm.

도 2는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조를 나타내는 예시도이다.2 is an exemplary view illustrating a structure of a semiconductor device according to an exemplary embodiment disclosed herein.

도 2를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자(D100)는 버퍼층(100), 초격자층(200), GaN 층(300), AlGaN 층(400), 소스 전극(600), 게이트 전극(700) 및 드레인 전극(800)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the semiconductor device D100 according to the exemplary embodiment disclosed herein may include a buffer layer 100, a superlattice layer 200, a GaN layer 300, an AlGaN layer 400, and a source electrode 600. The gate electrode 700 and the drain electrode 800 may be included.

또한, 상기 반도체 소자는(D100)는 도 2와 같이 GaN층 캡층(500)을 더 포함할 수 있다.In addition, the semiconductor device D100 may further include a GaN layer cap layer 500 as shown in FIG. 2.

또한, 상기 반도체 소자(D100)는 도 2와 같이 표면 누설 전류를 막기 위한 산화막 층(900)을 더 포함할 수 있다.In addition, the semiconductor device D100 may further include an oxide layer 900 to prevent surface leakage current as shown in FIG. 2.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자(D100)는 상기 드레인 전극(800)에서 소스 전극(600)으로 흐르는 2DEG 전류를 쇼트키(schottky) 게이트 전극(700)을 통해 스위칭(switching) 동작을 할 수 있다.The semiconductor device D100 according to an exemplary embodiment of the present disclosure performs a switching operation of a 2DEG current flowing from the drain electrode 800 to the source electrode 600 through a schottky gate electrode 700. can do.

여기서, 상기 버퍼층(100)은 기판(미도시) 상에 형성되는 것일 수 있다. Here, the buffer layer 100 may be formed on a substrate (not shown).

일 실시예에 따르면, 상기 기판은 n형이 될 수도 있고, p형이 될 수도 있으며, 다양한 종류의 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 절연성 기판, 사파이어 기판, GaN 기판, SiC 기판 및 Si 기판 중 적어도 하나인 것일 수 있다. 이외에도 다양한 종류의 기판이 본 명세서에 개시된 반도체 소자에 적용될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.According to an embodiment, the substrate may be n-type, p-type, or made of various kinds of materials. For example, the substrate may be at least one of an insulating substrate, a sapphire substrate, a GaN substrate, a SiC substrate, and a Si substrate. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various kinds of substrates may be applied to the semiconductor devices disclosed herein.

또한, 상기 기판은 상기 반도체 소자(D100)의 제작 후에 제거될 수 있다. 따라서, 최종적인 상기 반도체 소자(D100)의 구조는 상기 기판이 없는 구조일 수 있다.In addition, the substrate may be removed after fabrication of the semiconductor device D100. Therefore, the final structure of the semiconductor device D100 may be a structure without the substrate.

상기 버퍼층(100)은, 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(100)은 AlN 및 AlGaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.The buffer layer 100 may be made of various materials. For example, the buffer layer 100 may be formed of at least one of AlN and AlGaN.

일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층(100)이 AIN으로 이루어진 경우, 상기 버퍼층(100)은 다양한 조건에서 성장될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(100)은, 저온으로 성장된 제 1 AIN층 및 상기 제 1 AIN층 상에 형성되고, 고온으로 성장된 제 2 AIN층을 포함할 수 있다.According to an embodiment, when the buffer layer 100 is made of AIN, the buffer layer 100 may be grown under various conditions. For example, the buffer layer 100 may include a first AIN layer grown at a low temperature and a second AIN layer formed on the first AIN layer and grown at a high temperature.

또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층(100)이 AlGaN으로 이루어진 경우, Al의 조성비가 적층 방향을 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(100)은, 적층 방향으로 Al의 조성이 점층적으로 감소 되는 AlGaN으로 이루어지는 것일 수 있다.According to another embodiment, when the buffer layer 100 is made of AlGaN, the composition ratio of Al may change the stacking direction. For example, the buffer layer 100 may be made of AlGaN in which the composition of Al gradually decreases in the stacking direction.

즉, AlGaN 층의 Al 조성은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 상기 Al의 조성은 연속적이고, 점층적으로 감소하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 Al의 조성은 계단식(또는 단계식)으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.That is, the Al composition of the AlGaN layer may be represented by Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1). For example, the composition of Al may be continuous and gradually decreasing. In addition, for example, the composition of Al may be gradually reduced stepwise (or stepwise).

상기 Al 조성의 변화는 도 3 내지 도 4에 개시된 Fe 도핑 농도 프로파일과 유사할 수 있다.The change in Al composition may be similar to the Fe doping concentration profile disclosed in FIGS. 3 to 4.

이외에도 다양한 물질, 조성비 및 성장 조건을 근거로 상기 버퍼층(100)이 형성될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the buffer layer 100 may be formed based on various materials, composition ratios, and growth conditions.

상기 버퍼층(100)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(100)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 버퍼층(100)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The buffer layer 100 may be formed in various ways (or methods). For example, the buffer layer 100 may be formed through a method of selectively growing nitride semiconductor crystals, including organic metal vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE), and helide vapor deposition (HVPE). It may be formed based on at least one of). However, considering the crystallinity of the buffer layer 100, it may be common to use the MOCVD method for manufacturing the device.

상기 초격자층(200)은, 서로 다른 2개의 박막층(201, 202)이 적층된 초격자 박막층(210)이 복수개 적층되어 형성되는 것일 수 있다.The superlattice layer 200 may be formed by stacking a plurality of superlattice thin film layers 210 in which two different thin film layers 201 and 202 are stacked.

다른 말로 표현하면, 상기 초격자층(200)은 서로 다른 2개의 박막층(201, 202, 또는 초박막층)이 교번하여 적층되어 형성되는 것일 수 있다.In other words, the superlattice layer 200 may be formed by alternately stacking two different thin film layers 201, 202, or ultra thin layers.

상기 초격자 박막층(210)은 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 초격자 박막층(210)은, AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나인 것일 수 있다. 즉, 이는 서로 다른 2개의 박막층(201, 202) 각각이 AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나의 조합으로 이루어진 것을 의미할 수 있다. 이외에도 다양한 물질로 상기 초격자 박막층(210)이 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.The superlattice thin film layer 210 may be made of various materials. For example, the superlattice thin film layer 210 may be at least one of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN. That is, it may mean that each of the two different thin film layers 201 and 202 is formed of at least one combination of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN. In addition, it is apparent to those skilled in the art that the superlattice thin film layer 210 may be made of various materials.

일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN의 Al 조성은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)으로 표현될 수 있고, Al의 조성은 적층 방향에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGaN의 Al 조성은 전술된 AlGaN 버퍼층의 Al의 조성 변화와 유사할 수 있다(도 3 내지 도 4도 함께 참조).According to an embodiment, the Al composition of AlGaN may be represented by Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1), and the composition of Al may change according to the stacking direction. For example, the Al composition of AlGaN may be similar to the composition change of Al of the AlGaN buffer layer described above (see also FIGS. 3 to 4).

일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 2개의 박막층(201, 202) 각각의 두께는, 1 nm ~ 100 nm인 것일 수 있다. 특히, 상기 서로 다른 2개의 박막층(201, 202) 각각의 두께는 5nm ~ 35nm일 수 있다.According to an embodiment, the thicknesses of the two different thin film layers 201 and 202 may be 1 nm to 100 nm. In particular, the thicknesses of the two different thin film layers 201 and 202 may be 5 nm to 35 nm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 초격자층(200)은, 3 ~ 500 개의 초격자 박막층(210)을 포함하는 것일 수 있다. 다른 의미로는, 상기 초격자층(200)은 3 ~ 500 페어(pair)의 상기 서로 다른 2개의 박막층(201, 202)을 구비하는 것일 수 있다. 또 다른 의미로는, 상기 초격자층(200)은 상기 서로 다른 2개의 박막층(201, 202)이 5 ~ 999 회 교번하여 적층되어 형성되는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the superlattice layer 200 may include 3 to 500 superlattice thin film layers 210. In other words, the superlattice layer 200 may be provided with two different thin film layers 201 and 202 of 3 to 500 pairs. In another meaning, the superlattice layer 200 may be formed by alternately stacking two different thin film layers 201 and 202 5 to 999 times.

상기 초격자층(200)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 초격자층(200)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 초격자층(200)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The superlattice layer 200 may be formed in various ways (or methods). For example, the superlattice layer 200 may be formed through a method for selectively growing nitride semiconductor crystals, including organic metal vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE), and helide vapor phase growth It may be formed based on at least one of (HVPE). However, considering the crystallinity of the superlattice layer 200, it may be common to use the MOCVD method for manufacturing the device.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 초격자 버퍼 구조(또는 초격자층, 200)는 특정 도펀트가 도핑되어 형성되는 것일 수 있다. According to one embodiment disclosed herein, the superlattice buffer structure (or superlattice layer, 200) may be formed by doping a specific dopant.

일 실시예에 따르면, 상기 특정 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 도펀트는 Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나인 것일 수 있다.According to one embodiment, the specific dopant may be a p-type dopant. For example, the p-type dopant may be at least one of Mg, C, and Fe.

상기 p형 도펀트는 다양한 방식(또는 방법)으로 상기 초격자층(200)에 도핑될 수 있다.The p-type dopant may be doped into the superlattice layer 200 in various ways (or methods).

예를 들어, 상기 초격자 층(200)이 AlN/GaN 초격자(superlattice) 구조를 구비하고, 상기 p형 도펀트가 C인 경우, 상기 초격자 층(200)에 carbon doping을 하기 위해서 GaN의 성장 속도를 높여서 TMGa 소스 자체에 있는 carbon 함량을 GaN 결정 내부에 높게 형성시키는 방법(또는 도핑 시키는 방법)으로 상기 p형 도펀트가 상기 초격자층(200)에 도핑되는 것일 수 있다.For example, when the superlattice layer 200 has an AlN / GaN superlattice structure and the p-type dopant is C, growth of GaN to carbon doping the superlattice layer 200 is performed. The p-type dopant may be doped into the superlattice layer 200 by increasing the speed to form (or doping) a high carbon content in the TMGa source itself inside the GaN crystal.

또한, 예를 들어, 상기 초격자 층(200)이 AlN/GaN 초격자(superlattice) 구조를 구비하고, 상기 p형 도펀트가 Fe인 경우, Cp2Fe 소스를 사용하여(또는 근거로) 의도적으로 Fe doping을 하여 새로운 trap을 생성함으로써 박막의 품질을 저하시키지 않고, semi-insulating효과도 가져올 수 있는 superlattice buffer 구조가 형성될 수 있다.Further, for example, if the superlattice layer 200 has an AlN / GaN superlattice structure and the p-type dopant is Fe, intentionally Fe doping using (or based on) a Cp2Fe source. By creating a new trap, a superlattice buffer structure can be formed that does not deteriorate the quality of the thin film and can also have a semi-insulating effect.

상기 p형 도펀트가 Fe인 경우, AlN/GaN의 GaN 성장 속도를 최대한 낮춰서 계면의 결정성을 향상시킬 수 있다. 즉, Fe(iron) doping을 사용할 경우에는 GaN 본연의 저속 성장에 따른 고품질의 결정성을 유지하면서 Fe dopant에 의한 새로운 trap을 형성시킴으로써 semi-insulating 효과도 가져오고 누설전류를 더욱 효율적으로 줄일 수 있는 이점을 가질 수 있다.When the p-type dopant is Fe, the GaN growth rate of AlN / GaN may be lowered as much as possible to improve the crystallinity of the interface. In other words, when Fe (iron) doping is used, a new trap by Fe dopant is formed while maintaining high-quality crystallinity due to the slow growth of GaN, resulting in semi-insulating effect and reducing leakage current more efficiently. It may have an advantage.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다. 특히, 상기 p형 도펀트의 농도는, 3e17/cm3 ~ 1e20/cm3인 것일 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the concentration of the p-type dopant may be 1e 16 / cm 3 ~ 5e 20 / cm 3 . In particular, the concentration of the p-type dopant may be 3e 17 / cm 3 ~ 1e 20 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 상기 초격자층(200)의 적층 방향으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 도펀트의 농도는 연속적이고, 점층적으로 감소하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 p형 도펀트의 농도는 계단식으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the concentration of the p-type dopant may be gradually reduced in the stacking direction of the superlattice layer 200. For example, the concentration of the p-type dopant may be continuous and gradually decreasing. Also, for example, the concentration of the p-type dopant may be gradually reduced stepwise.

다른 의미로, 상기 p형 도펀트는, 상기 초격자층(200)의 적층 방향으로의 상기 p형 도펀트에 대한 도핑량을 나타내는 도핑 프로파일을 근거로 도핑되는 것일 수 있다.In other words, the p-type dopant may be doped based on a doping profile indicating an amount of doping with respect to the p-type dopant in the stacking direction of the superlattice layer 200.

여기서, 상기 도핑 프로파일은, 상기 초격자층의 특정 위치로부터 적층방향으로 상기 p형 도펀트의 도핑량이 특정 기울기로 줄어드는 형태의 도핑 프로파일인 것일 수 있다.Here, the doping profile may be a doping profile in which the doping amount of the p-type dopant is reduced to a specific slope in a stacking direction from a specific position of the superlattice layer.

또한, 상기 도핑 프로파일은, 상기 초격자층의 특정 위치로부터 적층방향으로 상기 p형 도펀트의 도핑량이 계단식으로(또는 단계적으로) 줄어드는 형태의 도핑 프로파일인 것일 수 있다.The doping profile may be a doping profile in which the doping amount of the p-type dopant decreases stepwise (or stepwise) in a stacking direction from a specific position of the superlattice layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 도핑량은, 상기 초격자 층(200)의 상부로부터 특정 깊이까지는 최소 도핑량 이하가 되는 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the doping amount of the p-type dopant may be to be less than the minimum doping amount from the top of the superlattice layer 200 to a specific depth.

상기 특정 깊이는, 2nm ~ 50nm일 수 있다. 또한, 상기 최소 도핑량은, 1e16/cm3 ~ 1e17/cm3인 것일 수 있다.The specific depth may be 2 nm to 50 nm. The minimum doping amount may be 1e 16 / cm 3 to 1e 17 / cm 3 .

도 3은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 Fe 도펀트의 도핑 프로파일을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a doping profile of Fe dopant according to one embodiment disclosed herein.

도 3은 상기 p형 도펀트가 Fe인 경우를 나타낸다.3 shows the case where the p-type dopant is Fe.

도 3을 참조하면, 상기 초격자층(200) 내에서의 Fe 도핑 농도에 대한 도핑 프로파일을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, a doping profile for the Fe doping concentration in the superlattice layer 200 may be confirmed.

상기 Fe 도핑 농도는 상기 초격자층(200) 내의 제 2 지점(P2)에서 제 1 지점(P1)까지 연속적이고, 점층적으로 감소됨을 확인할 수 있다.The Fe doping concentration may be continuously and gradually decreased from the second point P2 to the first point P1 in the superlattice layer 200.

일 실시예에 따르면, 상기 제 2 지점(P2)에서의 Fe 도핑 농도는 5e20/cm3 일 수 있다.According to an embodiment, the Fe doping concentration at the second point P2 may be 5e 20 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 지점(P1)에서의 Fe 도핑 농도는 1e16/cm3 일 수 있다.According to an embodiment, the Fe doping concentration at the first point P1 may be 1e 16 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 초격자 층(200)의 상부로부터 특정 깊이(△l)까지는 최소 도핑량 이하가 되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 깊이(△l)는 2nm ~ 50nm일 수 있으며, 도 3은 상기 특정 깊이(△l)가 50nm인 경우를 나타낸다.In addition, according to one embodiment, from the top of the superlattice layer 200 to a specific depth Δl may be less than the minimum doping amount. For example, the specific depth Δl may be 2 nm to 50 nm, and FIG. 3 illustrates a case in which the specific depth Δl is 50 nm.

도 4는 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 Fe 도펀트의 도핑 프로파일을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a doping profile of Fe dopant according to another embodiment disclosed herein.

도 4는 상기 p형 도펀트가 Fe인 경우를 나타낸다.4 shows the case where the p-type dopant is Fe.

도 4를 참조하면, 상기 초격자층(200) 내에서의 Fe 도핑 농도에 대한 도핑 프로파일을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, a doping profile for the Fe doping concentration in the superlattice layer 200 may be confirmed.

상기 Fe 도핑 농도는 상기 초격자층(200) 내의 제 6 지점에서 제 3 지점(P6 ~ P3)까지 계단식으로 점층적으로 감소됨을 확인할 수 있다.The Fe doping concentration may be gradually reduced stepwise from the sixth point in the superlattice layer 200 to the third point (P6 ~ P3).

도 3과 마찬가지로 상기 제 6 지점(P6)에서의 Fe 도핑 농도는 5e20/cm3 일 수 있고, 제 3 지점에서의 Fe 도핑 농도는 1e16/cm3 일 수 있다.As in FIG. 3, the Fe doping concentration at the sixth point P6 may be 5e 20 / cm 3 , and the Fe doping concentration at the third point may be 1e 16 / cm 3 .

또한, 상기 초격자 층(200)의 상부로부터 특정 깊이(△l)까지는 최소 도핑량 이하가 되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 깊이(△l)는 2nm ~ 50nm일 수 있으며, 도 4는 상기 특정 깊이(△l)가 50nm인 경우를 나타낸다.In addition, from the top of the superlattice layer 200 to a specific depth Δl may be less than the minimum doping amount. For example, the specific depth Δl may be 2 nm to 50 nm, and FIG. 4 illustrates a case in which the specific depth Δl is 50 nm.

다시 도 2를 참조하면, 상기 GaN층(300)은 0.1um ~ 7um의 두께를 가질 수 있다. 특히, 상기 GaN층(300)의 두께는 1um ~ 3um인 것일 수 있다.Referring back to FIG. 2, the GaN layer 300 may have a thickness of 0.1 μm to 7 μm. In particular, the thickness of the GaN layer 300 may be 1um ~ 3um.

상기 GaN층(300)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 GaN층(300)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 GaN(300)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The GaN layer 300 may be formed in various ways (or methods). For example, the GaN layer 300 may be formed by a method of selectively growing nitride semiconductor crystals, including organic metal vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE) and helide vapor deposition ( HVPE) may be formed based on at least one. However, considering the crystallinity of the GaN (300), it may be common to use the MOCVD method for manufacturing the device.

일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자(D100)는 상기 GaN층(300) 상에 C, Fe 및 Mg 도펀트 중 적어도 하나의 도펀트를 주입하여 형성된 GaN 채널의 semi-insulating 특성을 나타내기 위한 고-저항 GaN층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적어도 하나의 도펀트의 농도는 Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 도펀트의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다. 특히, 상기 적어도 하나의 도펀트의 농도는 3e17/cm3 ~ 1e20/cm3인 것일 수 있다.In example embodiments, the semiconductor device D100 has a high resistance to exhibit semi-insulating properties of a GaN channel formed by implanting at least one of C, Fe, and Mg dopants onto the GaN layer 300. It may further include a GaN layer (not shown). Here, the concentration of the at least one dopant may be at least one of Mg, C and Fe. In addition, the concentration of the at least one dopant may be 1e 16 / cm 3 ~ 5e 20 / cm 3 . In particular, the concentration of the at least one dopant may be 3e 17 / cm 3 ~ 1e 20 / cm 3 .

상기 AlGaN층(400)은 상기 GaN층(300) 상에 형성될 수 있다. 상기 AlGaN층(400)은 활성층의 역할을 할 수 있다.The AlGaN layer 400 may be formed on the GaN layer 300. The AlGaN layer 400 may serve as an active layer.

일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN층(400)의 두께는, 2nm ~ 100nm 범위, 특히, 상기 AlGaN층(400)의 두께는 10nm ~ 30nm인 것일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the AlGaN layer 400, 2nm ~ 100nm, in particular, the thickness of the AlGaN layer 400 may be 10nm ~ 30nm.

상기 AlGaN층(400)은 다양한 물질과 조성으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGaN층(120)는 AlxGa1 - xN으로 이루어진 것일 수 있다. 이외에도 다양한 물질 또는 조성비로써 상기 AlGaN층(120)이 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.The AlGaN layer 400 may be formed of various materials and compositions. For example, the AlGaN layer 120 may be made of Al x Ga 1 - x N. In addition, it is apparent to those skilled in the art that the AlGaN layer 120 may be formed by various materials or composition ratios.

상기 AlGaN층(400)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGaN층(400)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 AlGaN층(400)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The AlGaN layer 400 may be formed in various ways (or methods). For example, the AlGaN layer 400 may be formed through a method of selectively growing nitride semiconductor crystals, including organic metal vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE), and helide vapor deposition ( HVPE) may be formed based on at least one. However, considering the crystallinity of the AlGaN layer 400, it may be common to use the MOCVD method for manufacturing the device.

상기 GaN 캡층(500)은 상기 AlGaN층(400) 상에 형성되고, GaN을 얇게 성장시킴으로써 형성될 수 있다.The GaN cap layer 500 may be formed on the AlGaN layer 400, and may be formed by thinly growing GaN.

일 실시예에 따르면, 상기 GaN 캡층(500)의 두께는 0nm ~ 100nm 범위, 특히, 2nm ~ 10nm인 것일 수 있다. 상기 GaN 캡층(500)은 표면 누설 전류를 막는 역할을 할 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the GaN cap layer 500 may be in the range of 0nm to 100nm, in particular, 2nm ~ 10nm. The GaN cap layer 500 may serve to prevent surface leakage current.

상기 게이트 전극(700), 상기 소스 전극(600) 및 상기 드레인 전극(800)은 상기 AlGaN층(400)의 일부 영역 상에 형성되는 것일 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자(D100)가 상기 GaN 캡층(500)을 더 포함하는 경우, 상기 GaN 캡층(500)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.The gate electrode 700, the source electrode 600, and the drain electrode 800 may be formed on a portion of the AlGaN layer 400. In addition, when the semiconductor device D100 further includes the GaN cap layer 500, the semiconductor device D100 may be formed on a portion of the GaN cap layer 500.

전술한 바와 같이, 상기 드레인 전극(800)에서 소스 전극(600)으로 흐르는 2DEG 전류가 쇼트키(schottky) 게이트 전극(700)의 제어를 통해 발생할 수 있다.As described above, a 2DEG current flowing from the drain electrode 800 to the source electrode 600 may be generated through the control of the schottky gate electrode 700.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자(D100)는 상기 AlGaN층(400), 상기 소스 전극(600), 상기 드레인 전극(800) 및 상기 게이트 전극(700)의 일부 영역 상에 형성되는 산화막층(900)을 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the semiconductor device D100 may be formed on an oxide layer formed on a portion of the AlGaN layer 400, the source electrode 600, the drain electrode 800, and the gate electrode 700. The layer 900 may further include.

또한, 상기 반도체 소자(D100)가 상기 GaN 캡층(500)을 더 포함하는 경우, 상기 산화막층(900)은 상기 GaN 캡층(500)의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.In addition, when the semiconductor device D100 further includes the GaN cap layer 500, the oxide layer 900 may be formed on a portion of the GaN cap layer 500.

상기 산화막층(900)은 표면 누설 전류를 감소시키는 역할을 할 수 있다. The oxide layer 900 may serve to reduce surface leakage current.

여기서, 상기 산화막층(900)은, 상기 소스 전극(600) 또는 상기 드레인 전극(800)과 상기 게이트 전극(700) 사이에 형성되는 것일 수 있다. Here, the oxide layer 900 may be formed between the source electrode 600 or the drain electrode 800 and the gate electrode 700.

상기 산화막층(900)은 다양한 물질 또는 조성비로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 산화막층(900)은, SiO2, SixNy(예를 들어, Si3N4), HfO2, Al2O3, ZnO 및 Ga2O3 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The oxide layer 900 may be formed of various materials or composition ratios. For example, the oxide layer 900 may be formed of at least one of SiO 2, Si x N y (eg, Si 3 N 4), HfO 2, Al 2 O 3, ZnO, and Ga 2 O 3.

일 실시예에 따르면, 상기 산화막층(900)의 두께는, 2nm ~ 200nm 범위이며, 특히 2nm ~ 100nm일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the oxide layer 900 is in the range of 2nm to 200nm, in particular may be 2nm to 100nm.

또한, 상기 산화막층(900)은 다양한 방법으로 형성될 수 있는다, 예를 들어, 상기 산화막층(900)은 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다.In addition, the oxide layer 900 may be formed in various ways. For example, the oxide layer 900 may be formed by organometallic vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE), or helide vapor deposition. (HVPE), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering, and at least one of atomic layer deposition (ALD).

본 명세서에 개시된 일 Work disclosed herein 실시예에Example 따른 반도체 소자의 제조방법에 대한 설명 Description of manufacturing method of semiconductor device according to

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein may be implemented by some or a combination of the structures or steps included in the above-described embodiments, or may be implemented by a combination of the embodiments, which are disclosed herein In order to clearly express a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment, overlapping portions may be omitted.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판상에 버퍼층을 형성시키는 단계, 상기 버퍼층 상에 초격자층을 형성시키는 단계, 상기 초격자층에 상에 GaN층을 형성시키는 단계, 상기 GaN층 상에 AlGaN층을 형성시키는 단계 및 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include forming a buffer layer on a substrate, forming a superlattice layer on the buffer layer, and forming a GaN layer on the superlattice layer. The method may include forming an AlGaN layer on the GaN layer, and forming a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on a portion of the AlGaN layer.

여기서, 상기 초격자층은, p형 도펀트로 도핑되는 것일 수 있다.The superlattice layer may be doped with a p-type dopant.

일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층, 상기 초격자층, 상기 GaN층 및 상기 AlGaN층은, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다.In example embodiments, the buffer layer, the superlattice layer, the GaN layer, and the AlGaN layer may include an organometallic vapor deposition method (MOCVD), a molecular beam epitaxial growth method (MBE), a helide vapor deposition method (HVPE), and a PECVD layer. It may be formed based on at least one of plasma-enhanced chemical vapor deposition (SPE), sputtering, and atomic layer deposition (ALD).

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트는, Fe이고, 상기 초격자층은, Cp2Fe 소스를 근거로 상기 p형 도펀트가 도핑되는 것일 수 있다.According to an embodiment, the p-type dopant may be Fe, and the superlattice layer may be doped with the p-type dopant based on a Cp 2 Fe source.

도 5는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment disclosed herein.

도 5를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein may be performed in the following steps.

먼저, 기판 상에 버퍼층을 형성시킬 수 있다(S110).First, a buffer layer may be formed on a substrate (S110).

다음으로, 상기 버퍼층 상에 p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 형성시킬 수 있다(S120).Next, a superlattice layer doped with a p-type dopant may be formed on the buffer layer (S120).

다음으로, 상기 초격자층에 상에 GaN층을 형성시킬 수 있다(S130).Next, a GaN layer may be formed on the superlattice layer (S130).

다음으로, 상기 GaN층 상에 AlGaN층을 형성시킬 수 있다(S140).Next, an AlGaN layer may be formed on the GaN layer (S140).

다음으로, 상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 형성시킬 수 있다(S150).Next, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode may be formed on a portion of the AlGaN layer (S150).

도 6a ~ 도 6f는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.6A to 6F are exemplary views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed in the present specification.

도 6a ~ 도 6f를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 차례로 버퍼층(100), p형 도펀트로 도핑된 초격자층(200), GaN층(300), AlGaN층(400) 및 GaN 캡층(500)을 형성시키는 단계로 이루어질 수 있다.6A to 6F, a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present disclosure may sequentially include a buffer layer 100, a superlattice layer 200 doped with a p-type dopant, a GaN layer 300, and AlGaN. Forming the layer 400 and the GaN cap layer 500.

또한, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 상기 GaN층(500)의 일부 영역 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a semiconductor device according to the exemplary embodiment disclosed herein may further include forming a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on a portion of the GaN layer 500.

또한, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 상기 GaN 캡층(500), 상기 소스 전극(600), 상기 드레인 전극(800) 및 상기 게이트 전극(700)의 일부 영역 상에 산화막층(900)을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include an oxide film on a portion of the GaN cap layer 500, the source electrode 600, the drain electrode 800, and the gate electrode 700. The method may further include forming the layer 900.

자세한 공정 순서를 도 6a ~ 도 6g를 참조하여 구체적으로 상술하면, 먼저, 기판(미도시)상에 MOCVD 박막 성장 장비를 가지고 버퍼층(100)을 형성(또는 성장)시킬 수 있다(도 6a).6A to 6G, the detailed process sequence will be described in detail. First, the buffer layer 100 may be formed (or grown) on the substrate (not shown) with the MOCVD thin film growth equipment (FIG. 6A).

상기 기판은 n형이 될 수도 있고, p형이 될 수도 있으며, 기판의 종류는 Si, SiC, Sapphire, GaN 기판등이 될 수 있다.The substrate may be n-type or p-type, and the type of substrate may be Si, SiC, Sapphire, GaN substrate, or the like.

상기 버퍼층(100)은 AlN, AlGaN 층이 사용될 수 있으며, AlN buffer 층이 사용될 경우에는 low temperature AlN 및 high temperature AlN의 여러 조합의 복합 구조로 이루어질 수 있다. 즉, AlN 버퍼(buffer)는 저온과 고온의 조합으로 사용될 수 있다. 즉, AIN 버퍼의 하부는 저온 성장으로 형성되고, AIN 버퍼의 상부는 고온 성장으로 형성되는 것일 수 있다(전술된 제 1 AIN층 및 제 2 AIN층 참조).AlN and AlGaN layers may be used as the buffer layer 100, and when the AlN buffer layer is used, the buffer layer 100 may have a complex structure of a combination of low temperature AlN and high temperature AlN. That is, AlN buffer can be used in combination of low temperature and high temperature. That is, the lower portion of the AIN buffer may be formed by low temperature growth, and the upper portion of the AIN buffer may be formed by high temperature growth (see the first and second AIN layers described above).

또한, 상기 버퍼층(100)으로 AlGaN buffer 층이 사용될 경우에는 하층부에는 Al 조성이 높은 층에서부터 상층 부에는 Al 조성이 낮은 층까지 연속적인 graded 또는 계단식의 graded buffer를 사용할 수 있다. 즉, AlGaN의 Al 조성은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)으로 표현될 수 있고, 상기 Al의 조성은 연속적이고, 점층적으로 감소되거나 계단식(또는 단계식)으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다(도 3 내지 도 4 함께 참조).In addition, when the AlGaN buffer layer is used as the buffer layer 100, a continuous graded or stepped graded buffer may be used from the layer having a high Al composition to the layer having a low Al composition in the upper layer. That is, the Al composition of AlGaN may be expressed as Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1), and the composition of Al is continuous, gradually reduced, or stepwise (or stepwise). May be reduced (see also FIGS. 3-4 together).

다음으로, 상기 버퍼층(100) 상에 초격자층(200)을 형성시킬 수 있다(도 6b). Next, the superlattice layer 200 may be formed on the buffer layer 100 (FIG. 6B).

구체적으로, 상기 초격자층(200)은, 서로 다른 2개의 박막층(201, 202)이 적층된 초격자 박막층(210)을 특정 횟수만큼 적층시킴에 의해 형성될 수 있다. 다른 말로 표현하면, 상기 초격자층(200)은 서로 다른 2개의 박막층(201, 202, 또는 초박막층)이 교번하여 적층하여 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 특정 횟수는 3 ~ 500일 수 있다.Specifically, the superlattice layer 200 may be formed by stacking the superlattice thin film layer 210 in which two different thin film layers 201 and 202 are stacked a specific number of times. In other words, the superlattice layer 200 may be formed by alternately stacking two different thin film layers 201, 202, or ultra thin layers. For example, the specific number may be 3 to 500.

상기 초격자 박막층(210)은 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 초격자 박막층(210)은, AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나인 것일 수 있다. 즉, 이는 서로 다른 2개의 박막층(201, 202) 각각이 AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나의 조합으로 이루어진 것을 의미할 수 있다. 이외에도 다양한 물질로 상기 초격자 박막층(210)이 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.The superlattice thin film layer 210 may be made of various materials. For example, the superlattice thin film layer 210 may be at least one of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN. That is, it may mean that each of the two different thin film layers 201 and 202 is formed of at least one combination of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN. In addition, it is apparent to those skilled in the art that the superlattice thin film layer 210 may be made of various materials.

일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN의 Al 조성은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)으로 표현될 수 있고, Al의 조성은 적층 방향에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGaN의 Al 조성은 전술된 AlGaN 버퍼층의 Al의 조성 변화와 유사할 수 있다(도 3 내지 도 4도 함께 참조).According to an embodiment, the Al composition of AlGaN may be represented by Al x Ga 1 - x N (0 ≦ x ≦ 1), and the composition of Al may change according to the stacking direction. For example, the Al composition of AlGaN may be similar to the composition change of Al of the AlGaN buffer layer described above (see also FIGS. 3 to 4).

일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 2개의 박막층(201, 202) 각각의 두께는, 1 nm ~ 100 nm인 것일 수 있다. 특히, 상기 서로 다른 2개의 박막층(201, 202) 각각의 두께는 5nm ~ 35nm일 수 있다.According to an embodiment, the thicknesses of the two different thin film layers 201 and 202 may be 1 nm to 100 nm. In particular, the thicknesses of the two different thin film layers 201 and 202 may be 5 nm to 35 nm.

상기 초격자층(200)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 초격자층(200)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 초격자층(200)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The superlattice layer 200 may be formed in various ways (or methods). For example, the superlattice layer 200 may be formed through a method for selectively growing nitride semiconductor crystals, including organic metal vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE), and helide vapor phase growth It may be formed based on at least one of (HVPE). However, considering the crystallinity of the superlattice layer 200, it may be common to use the MOCVD method for manufacturing the device.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 초격자 버퍼 구조(또는 초격자층, 200)는 특정 도펀트가 도핑되어 형성되는 것일 수 있다. According to one embodiment disclosed herein, the superlattice buffer structure (or superlattice layer, 200) may be formed by doping a specific dopant.

일 실시예에 따르면, 상기 특정 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 도펀트는 Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나인 것일 수 있다.According to one embodiment, the specific dopant may be a p-type dopant. For example, the p-type dopant may be at least one of Mg, C, and Fe.

상기 p형 도펀트는 다양한 방식(또는 방법)으로 상기 초격자층(200)에 도핑될 수 있다.The p-type dopant may be doped into the superlattice layer 200 in various ways (or methods).

예를 들어, 상기 초격자 층(200)이 AlN/GaN 초격자(superlattice) 구조를 구비하고, 상기 p형 도펀트가 C인 경우, 상기 초격자 층(200)에 carbon doping을 하기 위해서 GaN의 성장 속도를 높여서 TMGa 소스 자체에 있는 carbon 함량을 GaN 결정 내부에 높게 형성시키는 방법(또는 도핑 시키는 방법)으로 상기 p형 도펀트가 상기 초격자층(200)에 도핑되는 것일 수 있다.For example, when the superlattice layer 200 has an AlN / GaN superlattice structure and the p-type dopant is C, growth of GaN to carbon doping the superlattice layer 200 is performed. The p-type dopant may be doped into the superlattice layer 200 by increasing the speed to form (or doping) a high carbon content in the TMGa source itself inside the GaN crystal.

또한, 예를 들어, 상기 초격자 층(200)이 AlN/GaN 초격자(superlattice) 구조를 구비하고, 상기 p형 도펀트가 Fe인 경우, Cp2Fe 소스를 사용하여(또는 근거로) 의도적으로 Fe doping을 하여 새로운 trap을 생성함으로써 박막의 품질을 저하시키지 않고, semi-insulating효과도 가져올 수 있는 superlattice buffer 구조가 형성될 수 있다.Further, for example, if the superlattice layer 200 has an AlN / GaN superlattice structure and the p-type dopant is Fe, intentionally Fe doping using (or based on) a Cp2Fe source. By creating a new trap, a superlattice buffer structure can be formed that does not deteriorate the quality of the thin film and can also have a semi-insulating effect.

상기 p형 도펀트가 Fe인 경우, AlN/GaN의 GaN 성장 속도를 최대한 낮춰서 계면의 결정성을 향상시킬 수 있다. 즉, Fe(iron) doping을 사용할 경우에는 GaN 본연의 저속 성장에 따른 고품질의 결정성을 유지하면서 Fe dopant에 의한 새로운 trap을 형성시킴으로써 semi-insulating 효과도 가져오고 누설전류를 더욱 효율적으로 줄일 수 있는 이점을 가질 수 있다.When the p-type dopant is Fe, the GaN growth rate of AlN / GaN may be lowered as much as possible to improve the crystallinity of the interface. In other words, when Fe (iron) doping is used, a new trap by Fe dopant is formed while maintaining high-quality crystallinity due to the slow growth of GaN, resulting in semi-insulating effect and reducing leakage current more efficiently. It may have an advantage.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다. 특히, 상기 p형 도펀트의 농도는, 3e17/cm3 ~ 1e20/cm3인 것일 수 있다.According to one embodiment disclosed herein, the concentration of the p-type dopant may be 1e 16 / cm 3 ~ 5e 20 / cm 3 . In particular, the concentration of the p-type dopant may be 3e 17 / cm 3 ~ 1e 20 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 상기 초격자층(200)의 적층 방향으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 도펀트의 농도는 연속적이고, 점층적으로 감소하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 p형 도펀트의 농도는 계단식으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.In addition, according to an embodiment, the concentration of the p-type dopant may be gradually reduced in the stacking direction of the superlattice layer 200. For example, the concentration of the p-type dopant may be continuous and gradually decreasing. Also, for example, the concentration of the p-type dopant may be gradually reduced stepwise.

다른 의미로, 상기 p형 도펀트는, 상기 초격자층(200)의 적층 방향으로의 상기 p형 도펀트에 대한 도핑량을 나타내는 도핑 프로파일을 근거로 도핑되는 것일 수 있다(도 3 내지 도 4 참조).In other words, the p-type dopant may be doped based on a doping profile indicating an amount of doping with respect to the p-type dopant in the stacking direction of the superlattice layer 200 (see FIGS. 3 to 4). .

여기서, 상기 도핑 프로파일은, 상기 초격자층의 특정 위치로부터 적층방향으로 상기 p형 도펀트의 도핑량이 특정 기울기로 줄어드는 형태의 도핑 프로파일인 것일 수 있다.Here, the doping profile may be a doping profile in which the doping amount of the p-type dopant is reduced to a specific slope in a stacking direction from a specific position of the superlattice layer.

또한, 상기 도핑 프로파일은, 상기 초격자층의 특정 위치로부터 적층방향으로 상기 p형 도펀트의 도핑량이 계단식으로(또는 단계적으로) 줄어드는 형태의 도핑 프로파일인 것일 수 있다.The doping profile may be a doping profile in which the doping amount of the p-type dopant decreases stepwise (or stepwise) in a stacking direction from a specific position of the superlattice layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 도핑량은, 상기 초격자 층(200)의 상부로부터 특정 깊이까지는 최소 도핑량 이하가 되는 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the doping amount of the p-type dopant may be to be less than the minimum doping amount from the top of the superlattice layer 200 to a specific depth.

상기 특정 깊이는, 2nm ~ 50nm일 수 있다. 또한, 상기 최소 도핑량은, 1e16/cm3 ~ 1e17/cm3인 것일 수 있다.The specific depth may be 2 nm to 50 nm. The minimum doping amount may be 1e 16 / cm 3 to 1e 17 / cm 3 .

다음으로, 상기 초격자층(200) 상에 GaN층(300)을 형성시킬 수 있다(도 6c).Next, a GaN layer 300 may be formed on the superlattice layer 200 (FIG. 6C).

상기 GaN층(300)을 이루는 GaN은 MOCVD법으로 불리는 유기 금속기상 성장법으로 제작하는 것이 일반적일 수 있다.GaN constituting the GaN layer 300 may be generally manufactured by an organometallic gas phase growth method called MOCVD.

이 경우, Ga의 원료인 TMGa, N의 원료인 NH3를 리액터 안에서 고온으로 합성시켜 상기 GaN층(300)이 에피 성장으로 형성될 수 있다.In this case, the GaN layer 300 may be formed by epi growth by synthesizing Ga 3 , NH 3 , which is a raw material of Ga, and NH 3 , which is a raw material of N, in a reactor.

일 실시예에 따르면, 상기 GaN 층(300)의 두께는 1 ~ 10um인 것일 수 있다. 특히, 상기 GaN 층(300)의 두께는 0.1um ~ 7um인 것일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the GaN layer 300 may be 1 ~ 10um. In particular, the thickness of the GaN layer 300 may be 0.1um ~ 7um.

전술한 바와 같이, 상기 GaN층(300)에 C, Fe 또는 Mg 도펀트(dopant)를 사용하여 누설 전류를 막기 위한(semi-insulating 특성) 고-저항 GaN층(또는 High- resistivity GaN)을 추가로 성장시킬 수 있다.As described above, a high-resistance GaN layer (or high-resistivity GaN) is added to the GaN layer 300 to prevent leakage current (semi-insulating properties) using C, Fe, or Mg dopants. You can grow.

C, Fe 또는 Mg 도펀트(dopant)의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다. 특히, 상기 C, Fe 또는 Mg 도펀트(dopant)의 농도는 3e17/cm3 ~ 1e20/cm3인 것일 수 있다.The concentration of C, Fe or Mg dopant may be 1e 16 / cm 3 to 5e 20 / cm 3 . In particular, the concentration of the C, Fe or Mg dopant (dopant) may be 3e 17 / cm 3 ~ 1e 20 / cm 3 .

다음으로, 상기 GaN층(300)을 성장시킨 후에는 활성층인 AlGaN층(400)을 성장시킬 수 있다(도 6d).Next, after the GaN layer 300 is grown, an AlGaN layer 400 which is an active layer may be grown (FIG. 6D).

일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN층(400)의 두께는 2nm ~ 100nm 범위, 특히, 10nm ~ 30nm인 것일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the AlGaN layer 400 may be in the range of 2nm to 100nm, in particular, 10nm to 30nm.

또한, 상기 활성층을 성장시킨 후에는 표면 누설 전류를 막기 위해서 GaN ㅋ캡층(GaN cap layer, 500)을 성장시킬 수 있다(도 6e).In addition, after the active layer is grown, a GaN cap layer 500 may be grown to prevent surface leakage current (FIG. 6E).

일 실시예에 따르면, 상기 GaN 캡층(500)은 0nm ~ 100nm 범위, 특히, 2nm ~ 10nm인 것일 수 있다.According to an embodiment, the GaN cap layer 500 may be in a range of 0 nm to 100 nm, particularly, 2 nm to 10 nm.

다음으로, 상기 GaN 캡층(500)의 일부 영역 상에 게이트 전극(700), 소스 전극(600) 및 드레인 전극(800)을 형성시킬 수 있다(도 6e).Next, the gate electrode 700, the source electrode 600, and the drain electrode 800 may be formed on a portion of the GaN cap layer 500 (FIG. 6E).

다음으로, 상기 GaN 캡층(500), 게이트 전극(700), 소스 전극(600) 및 드레인 전극(800) 상에 산화막층(900)을 형성시킬 수 있다(도 6f). Next, an oxide layer 900 may be formed on the GaN cap layer 500, the gate electrode 700, the source electrode 600, and the drain electrode 800 (FIG. 6F).

상기 산화막층(900)은 표면 누설 전류를 감소시키는 역할을 할 수 있다. The oxide layer 900 may serve to reduce surface leakage current.

여기서, 상기 산화막층(900)은, 상기 소스 전극(600) 또는 상기 드레인 전극(800)과 상기 게이트 전극(700) 사이에 형성되는 것일 수 있다. Here, the oxide layer 900 may be formed between the source electrode 600 or the drain electrode 800 and the gate electrode 700.

상기 산화막층(900)은 다양한 물질 또는 조성비로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 산화막층(900)은, SiO2, SixNy(예를 들어, Si3N4), HfO2, Al2O3, ZnO 및 Ga2O3 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The oxide layer 900 may be formed of various materials or composition ratios. For example, the oxide layer 900 may be formed of at least one of SiO 2, Si x N y (eg, Si 3 N 4), HfO 2, Al 2 O 3, ZnO, and Ga 2 O 3.

일 실시예에 따르면, 상기 산화막층(900)의 두께는, 2nm ~ 200nm 범위이며, 특히, 2nm ~ 100nm일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the oxide layer 900 is in the range of 2nm to 200nm, in particular, may be 2nm ~ 100nm.

또한, 상기 산화막층(900)은 다양한 방법으로 형성될 수 있는다, 예를 들어, 상기 산화막층(170)은 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다.In addition, the oxide layer 900 may be formed by various methods. For example, the oxide layer 170 may be formed by organometallic vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxial growth (MBE), or helide vapor deposition. (HVPE), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering, and at least one of atomic layer deposition (ALD).

상술한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비하여 감소된 누설 전류 특성 및 항복 전압 특성을 나타내는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다.As described above, according to one embodiment disclosed herein, a semiconductor device having a superlattice layer doped with a p-type dopant exhibiting reduced leakage current characteristics and breakdown voltage characteristics and a method of manufacturing the same are provided.

특히, 본 명세서에 개시된 반도체 소자에 따르면, 누설 전류 증가와 항복 전압 감소를 최소화하기 위해 AlN/GaN의 초격자(superlattice) 구조를 가지고, p형 도펀트로 도핑된 초격자층을 구비함으로써 vertical과 lateral 누설 전류를 줄일 수 있고, 특히, p형 도펀트로 Fe를 사용하는 경우, Fe 도핑(doping)을 통한 GaN 저속 성장으로 결정성을 향상시킴으로써 AlN/GaN 계면 및 막질의 저하를 방지할 수 있는 추가적인 이점이 있을 수 있다. 즉, Fe(iron) doping을 사용할 경우에는 GaN 본연의 저속 성장에 따른 고품질의 결정성을 유지하면서 Fe dopant에 의한 새로운 trap을 형성시킴으로써 semi-insulating효과도 가져오고 누설전류를 더욱 효율적으로 줄일 수 있는 장점을 가질 수 있다.In particular, according to the semiconductor device disclosed herein, in order to minimize leakage current increase and decrease in breakdown voltage, it has a superlattice structure of AlN / GaN, and has a superlattice layer doped with a p-type dopant, thereby providing a vertical and lateral structure. Additional benefits to reduce leakage current and, in particular, when using Fe as a p-type dopant, improve crystallinity by GaN slow growth through Fe doping to prevent degradation of AlN / GaN interface and film quality This can be. In other words, when Fe (iron) doping is used, it produces semi-insulating effect and reduces leakage current more efficiently by forming new trap by Fe dopant while maintaining high quality crystallinity due to the slow growth of GaN. It can have an advantage.

본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the present invention can be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention.

D100: 반도체 소자 100: 버퍼층
200: 초격자층 300: GaN층
400: AlGaN층 500: GaN 캡층
600: 소스 전극 700: 게이트 전극
800: 드레인 전극 900: 산화막층
D100: semiconductor device 100: buffer layer
200: superlattice layer 300: GaN layer
400: AlGaN layer 500: GaN cap layer
600: source electrode 700: gate electrode
800: drain electrode 900: oxide film layer

Claims (24)

버퍼층;
상기 버퍼층 상에 형성되는 초격자층;
상기 초격자층에 상에 형성되는 GaN층;
상기 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층; 및
상기 AlGaN층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 포함하되,
상기 초격자층은, p형 도펀트로 도핑되며,
상기 p형 도펀트의 농도는, 상기 초격자층의 적층 방향으로 점층적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
Buffer layer;
A superlattice layer formed on the buffer layer;
A GaN layer formed on the superlattice layer;
An AlGaN layer formed on the GaN layer; And
A source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on a portion of the AlGaN layer,
The superlattice layer is doped with a p-type dopant,
The concentration of the p-type dopant is gradually reduced in the stacking direction of the superlattice layer.
제1항에 있어서, 상기 버퍼층은,
AlN 및 AlGaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the buffer layer,
A semiconductor device comprising at least one of AlN and AlGaN.
제2항에 있어서, 상기 버퍼층은,
AIN으로 이루어지고,
상기 버퍼층은,
저온으로 성장된 제 1 AIN층; 및
상기 제 1 AIN층 상에 형성되고, 고온으로 성장된 제 2 AIN층을 포함하는 것인 반도체 소자.
The method of claim 2, wherein the buffer layer,
Made of AIN,
The buffer layer,
A first AIN layer grown at low temperature; And
And a second AIN layer formed on the first AIN layer and grown at a high temperature.
제2항에 있어서, 상기 버퍼층은,
AlGaN으로 이루어지고,
상기 버퍼층은,
적층 방향으로 Al의 조성이 점층적으로 감소되는 것인 반도체 소자.
The method of claim 2, wherein the buffer layer,
Made of AlGaN,
The buffer layer,
A semiconductor device in which the composition of Al is gradually reduced in the stacking direction.
제1항에 있어서, 상기 초격자층은,
서로 다른 2개의 박막층이 적층된 초격자 박막층이 복수개 적층되어 형성되는 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the superlattice layer,
2. A semiconductor device in which a plurality of superlattice thin film layers in which two different thin film layers are stacked are stacked.
제5항에 있어서, 상기 초격자 박막층은,
AlN/GaN, AlN/AlGaN 및 AlGaN/GaN 중 적어도 하나인 것인 반도체 소자.
The method of claim 5, wherein the superlattice thin film layer,
At least one of AlN / GaN, AlN / AlGaN, and AlGaN / GaN.
제5항에 있어서, 상기 서로 다른 2개의 박막층 각각의 두께는,
1 nm ~ 100 nm인 것인 반도체 소자.
The thickness of each of the two different thin film layers,
1 nm to 100 nm semiconductor device.
제5항에 있어서, 상기 초격자층은,
3 ~ 500 개의 초격자 박막층을 포함하는 것인 반도체 소자.
The method of claim 5, wherein the superlattice layer,
Semiconductor device comprising 3 to 500 superlattice thin film layer.
제1항에 있어서, 상기 p형 도펀트는,
Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나인 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the p-type dopant,
At least one of Mg, C and Fe.
제1항에 있어서, 상기 p형 도펀트의 농도는,
1E16/cm³~ 5E20/cm³인 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the concentration of the p-type dopant,
A semiconductor device having 1E16 / cm³ to 5E20 / cm³.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 GaN층의 두께는,
0.1㎛ ~ 7㎛인 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the thickness of the GaN layer,
A semiconductor device of 0.1 μm to 7 μm.
제1항에 있어서, 상기 GaN층은,
Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑되고,
상기 적어도 하나의 도펀트 농도는,
1E16/cm³~ 5E20/cm³ 인 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the GaN layer,
Doped with at least one dopant of Mg, C and Fe,
The at least one dopant concentration is,
A semiconductor device having 1E16 / cm³ to 5E20 / cm³.
제1항에 있어서, 상기 AlGaN층의 두께는,
2nm ~ 100nm인 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the thickness of the AlGaN layer,
2nm to 100nm semiconductor device.
제1항에 있어서,
상기 AlGaN층 상에 형성되는 GaN 캡층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method of claim 1,
And a GaN cap layer formed on the AlGaN layer.
제15항에 있어서, 상기 GaN 캡층의 두께는,
2nm ~ 10nm인 것인 반도체 소자.
The method of claim 15, wherein the thickness of the GaN cap layer,
A semiconductor device of 2 nm to 10 nm.
제1항에 있어서, 상기 버퍼층은,
기판 상에 형성되는 것인 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the buffer layer,
The semiconductor device is formed on a substrate.
제17항에 있어서, 상기 기판은,
Si, SiC, Sapphire 및 GaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것인 반도체 소자.
The method of claim 17, wherein the substrate,
A semiconductor device comprising at least one of Si, SiC, Sapphire and GaN.
제1항에 있어서,
상기 AlGaN층, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 전극의 일부 영역 상에 형성되는 산화막층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method of claim 1,
And an oxide layer formed on a portion of the AlGaN layer, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode.
제19항에 있어서, 상기 산화막층은,
SiO2, HfO2, Al2O3, ZnO 및 Ga2O3 중 적어도 하나로 이루어지는 것인 반도체 소자.
The method of claim 19, wherein the oxide film layer,
A semiconductor device comprising at least one of SiO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3 , ZnO, and Ga 2 O 3 .
제19항에 있어서, 상기 산화막층의 두께는,
2 nm ~ 200 nm인 것인 반도체 소자.
The method of claim 19, wherein the thickness of the oxide film layer,
2 nm to 200 nm.
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