KR102137743B1 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
KR102137743B1
KR102137743B1 KR1020130119387A KR20130119387A KR102137743B1 KR 102137743 B1 KR102137743 B1 KR 102137743B1 KR 1020130119387 A KR1020130119387 A KR 1020130119387A KR 20130119387 A KR20130119387 A KR 20130119387A KR 102137743 B1 KR102137743 B1 KR 102137743B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
disposed
superlattice
semiconductor layer
nitride semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020130119387A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150040629A (en
Inventor
임정순
오현지
조현민
최원희
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020130119387A priority Critical patent/KR102137743B1/en
Publication of KR20150040629A publication Critical patent/KR20150040629A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102137743B1 publication Critical patent/KR102137743B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
    • H01L29/7783Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003Nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66446Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
    • H01L29/66462Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT

Abstract

실시 예의 반도체 소자는 기판과, 기판 위에 배치된 질화물 반도체층 및 질화물 반도체층 위에 배치된 소자부를 포함하고, 질화물 반도체층은 기판 위에 배치되며, AlXGa1 -XN(0≤X<0.3)/AlYGa1 -YN(0.8<Y≤1) 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 갖는 제1 초격자층부와, 제1 초격차층부 위에 배치되며 GaN 또는 AlGaN을 포함하는 적어도 하나의 삽입층 및 삽입층 위에 배치되며, AlIGa1 -IN(0.8<I≤1)/AlJGa1 -JN(0≤J<0.3) 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 갖는 제2 초격자층부를 포함한다.The semiconductor device of the embodiment includes a substrate, a nitride semiconductor layer disposed on the substrate, and a device portion disposed on the nitride semiconductor layer, and the nitride semiconductor layer is disposed on the substrate, and Al X Ga 1 -X N (0≤X<0.3) /Al Y Ga 1 -Y N (0.8<Y≤1) A first superlattice layer portion having a structure in which a superlattice layer pair is overlapped at least once, and at least a GaN or AlGaN layer disposed on the first superlattice layer portion Al I Ga 1 -I N (0.8<I≤1)/Al J Ga 1 -J N(0≤J<0.3) superlattice layer pairs are overlapped at least once. And a second superlattice layer portion having a structure.

Description

반도체 소자{Semiconductor device}Semiconductor device {Semiconductor device}

실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to semiconductor devices.

질화 갈륨(GaN) 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 넓고 조정이 용이한 밴드갭 에너지를 가지는 등 많은 장점으로 인해 광 전자 공학 분야(optoelectronics) 등에 널리 사용된다.Group III-V compound semiconductors such as gallium nitride (GaN) are widely used in the field of optoelectronics due to many advantages such as having a wide and easily adjustable bandgap energy.

또한, GaN은 넓은 에너지 밴드갭(bandgap) 특성을 가지므로, 우수한 순방향 특성, 높은 항복전압(break down voltage), 낮은 진성캐리어 밀도 등 전력용 스위치 같은 전력 반도체 소자 분야에도 적합한 특성을 갖는다. 전력 반도체 소자로서, 쇼트키 장벽 다이오드(Schottky barrier diode), 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal semiconductor field effect transistor), 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT:High Electron Mobility Transistor) 등이 있다.In addition, since GaN has a wide energy bandgap characteristic, it has characteristics suitable for power semiconductor devices such as power switches, such as excellent forward characteristics, high breakdown voltage, and low intrinsic carrier density. As a power semiconductor device, there are a Schottky barrier diode, a metal semiconductor field effect transistor, and a High Electron Mobility Transistor (HEMT).

전술한 광 전자 공학 분야 또는 전력 반도체 소자에 이용되는 반도체 소자는 제조시에 볼록하거나 오목하게 휘어지는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자에서 기판(미도시) 위에 버퍼층(미도시), 언도프된 GaN층(미도시) 및 AlGaN층(미도시)이 순차적으로 배치된다. 이때, 버퍼층의 두께가 작으면 전력 반도체 소자는 볼록하게 휘어지고, 언도프된 GaN층의 두께가 증가할수록 전력 반도체 소자는 오목하게 휘어지는 문제점이 있다.The semiconductor device used in the above-mentioned photoelectronics field or power semiconductor device has a problem in that convex or concave bending occurs during manufacturing. For example, in a power semiconductor device, a buffer layer (not shown), an undoped GaN layer (not shown), and an AlGaN layer (not shown) are sequentially disposed on a substrate (not shown). At this time, when the thickness of the buffer layer is small, the power semiconductor device is convexly curved, and as the thickness of the undoped GaN layer increases, the power semiconductor device is concavely curved.

실시 예는 휨 현상이 감소된 반도체 소자를 제공한다.The embodiment provides a semiconductor device with reduced warpage.

실시 예의 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 위에 배치된 질화물 반도체층; 및 상기 질화물 반도체층 위에 배치된 소자부를 포함하고, 상기 질화물 반도체층은 상기 기판 위에 배치되며, AlXGa1 -XN(0≤X<0.3)/AlYGa1 -YN(0.8<Y≤1) 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 갖는 제1 초격자층부; 상기 제1 초격차층부 위에 배치되며, GaN 또는 AlGaN을 포함하는 적어도 하나의 삽입층; 및 상기 삽입층 위에 배치되며, AlIGa1 -IN(0.8<I≤1)/AlJGa1 -JN(0≤J<0.3) 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 갖는 제2 초격자층부를 포함한다.The semiconductor device of the embodiment includes a substrate; A nitride semiconductor layer disposed on the substrate; And an element portion disposed on the nitride semiconductor layer, wherein the nitride semiconductor layer is disposed on the substrate, and Al X Ga 1 -X N(0≤X<0.3)/Al Y Ga 1 -Y N(0.8<Y ≤1) A first superlattice layer portion having a structure in which a superlattice layer pair is overlapped at least once; At least one insertion layer disposed on the first super-gap layer portion and including GaN or AlGaN; And disposed on the insertion layer, Al I Ga 1 -I N (0.8 <I ≤ 1 ) / Al J Ga 1 -J N (0 ≤ J <0.3) superlattice layer pair has a structure at least once overlapped And a second superlattice layer portion.

상기 삽입층은 불순물에 의해 도핑될 수 있다. 상기 불순물은 철(Fe), 탄소(carbon) 또는 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The insertion layer may be doped by impurities. The impurity may include at least one of iron (Fe), carbon (carbon), or zinc (Zn).

상기 삽입층의 두께는 100 ㎚ 내지 300 ㎚일 수 있다.The thickness of the insertion layer may be 100 nm to 300 nm.

상기 삽입층은 상기 질화물 반도체층의 전체 길이(L)에서 0.2L 내지 0.8L 사이의 위치에 배치될 수 있다.The insertion layer may be disposed between 0.2L and 0.8L in the total length (L) of the nitride semiconductor layer.

상기 삽입층에 포함된 AlGaN의 알루미늄(Al) 함량비는 0.1 이하일 수 있다.The aluminum (Al) content ratio of AlGaN included in the insertion layer may be 0.1 or less.

상기 I와 X는 서로 다르거나 동일할 수 있다.The I and X may be different or the same.

상기 소자부는 상기 질화물 반도체층 위에 배치된 채널층; 상기 채널층 위에 배치된 전자 공급층; 상기 전자 공급층 위에 배치된 전극부를 포함하고, 상기 전극부는 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 일측으로부터 이격되어 배치된 소스 콘택; 및 상기 게이트 전극의 타측으로부터 이격되어 배치된 드레인 콘택을 포함할 수 있다.The device portion is a channel layer disposed on the nitride semiconductor layer; An electron supply layer disposed on the channel layer; An electrode portion disposed on the electron supply layer, and the electrode portion includes a gate electrode; A source contact spaced apart from one side of the gate electrode; And a drain contact spaced apart from the other side of the gate electrode.

또는, 상기 소자부는 상기 질화물 반도체층 위에 배치된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 위에 배치된 활성층; 및 상기 활성층 위에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.Alternatively, the device portion may include a first conductivity type semiconductor layer disposed on the nitride semiconductor layer; An active layer disposed on the first conductive semiconductor layer; And a second conductivity type semiconductor layer disposed on the active layer.

실시 예에 따른 반도체 소자는 제1 초격자층부와 제2 초격자층부 사이에 삽입층을 배치함으로써 웨이퍼의 휨 정도를 개선함으로써, 소자부가 두껍게 형성되기 때문에, 높은 항복 전압을 가질 수 있어 우수한 소자 특성을 갖는다.The semiconductor device according to the embodiment improves the degree of warping of the wafer by disposing the insertion layer between the first superlattice layer part and the second superlattice layer part, so that the device part is formed thick, so it can have a high breakdown voltage and excellent device characteristics Have

도 1은 실시 예에 의한 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자를 이용한 전력 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 3은 실시 예에 따른 발광 소자용 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 반도체 소자의 실시 예에 의한 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 실시 예에 의한 반도체 소자의 휨 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
1 is a sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view of a power semiconductor device using the semiconductor device shown in FIG. 1.
3 is a sectional view showing a semiconductor device for a light emitting device according to an embodiment.
4A to 4C are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to an embodiment of a semiconductor device.
5A and 5B are graphs for describing a bending phenomenon of a semiconductor device according to an embodiment.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described to specifically describe the present invention, and the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed on "top (top)" or "bottom (bottom)" of each element, the top (top) or bottom (bottom) (on or under) includes both two elements directly contacting each other or one or more other elements formed indirectly between the two elements. In addition, when expressed as “up (up)” or “down (down)” (on or under), it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.In addition, relational terms, such as “first” and “second,” “upper” and “lower”, as used below, do not necessarily require or imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements. Thus, it may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

도 1은 실시 예에 의한 반도체 소자(100)의 단면도를 나타낸다.1 is a sectional view showing a semiconductor device 100 according to an embodiment.

도 1을 참조하면 반도체 소자(100)는 기판(110), 버퍼층(112), 질화물 반도체층(120) 및 소자부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the semiconductor device 100 includes a substrate 110, a buffer layer 112, a nitride semiconductor layer 120, and a device unit 130.

기판(110) 위에 버퍼층(112)이 배치된다. 기판(110)은 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판, GaN 기판 또는 사파이어 기판일 수 있으나, 실시 예는 기판(110)의 종류에 국한되지 않는다. 예를 들어, 기판(110)은 (111) 결정면을 주면으로서 갖는 실리콘 기판일 수 있으며, 실리콘 기판(110)의 두께는 100 ㎚ 내지 200 ㎚일 수 있다.The buffer layer 112 is disposed on the substrate 110. The substrate 110 may be a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a GaN substrate, or a sapphire substrate, but the embodiment is not limited to the type of the substrate 110. For example, the substrate 110 may be a silicon substrate having a (111) crystal surface as a main surface, and the thickness of the silicon substrate 110 may be 100 nm to 200 nm.

버퍼층(112)은 기판(110) 위에 배치되는 소자부(130)와 기판(110) 사이의 격자 정수 차에 따라 발생하는 변형을 완화시키고 기판(110)에 포함된 불순물의 영향을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 버퍼층(112)은 AlN, AlAs, SiC 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The buffer layer 112 serves to alleviate deformation caused by a difference in lattice constant between the element unit 130 and the substrate 110 disposed on the substrate 110 and prevent the influence of impurities contained in the substrate 110. do. To this end, the buffer layer 112 may include at least one of AlN, AlAs, SiC or AlGaN.

버퍼층(112)이 임계 두께 이상을 가질 경우, 실리콘 기판(110)으로부터 실리콘 원자의 확산이 방지되어 멜트 백(melt-back)이 방지될 수 있다. 이를 위해, 버퍼층(112)은 수십 또는 수백 나노 미터의 두께를 가질 수 있으며, 예를 들어 100 ㎚ 이상이고 300 ㎚ 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 경우에 따라 버퍼층(112)은 생략될 수도 있다.When the buffer layer 112 has a critical thickness or more, diffusion of silicon atoms from the silicon substrate 110 is prevented, and thus melt-back may be prevented. To this end, the buffer layer 112 may have a thickness of tens or hundreds of nanometers, for example, 100 nm or more and less than 300 nm. In some cases, the buffer layer 112 may be omitted.

질화물 반도체층(120)은 버퍼층(120)과 소자부(130) 사이에 배치되어 압축 응력을 소자부(130)에 부여할 수 있다. 질화물 반도체층(120)을 통해 소자부(130)에 부여되는 압축 응력이 커지면, 비교적 큰 두께를 갖는 소자부(130)를 형성할 수 있다.The nitride semiconductor layer 120 may be disposed between the buffer layer 120 and the device portion 130 to impart compressive stress to the device portion 130. When the compressive stress applied to the element portion 130 increases through the nitride semiconductor layer 120, the element portion 130 having a relatively large thickness may be formed.

도 1에 도시된 반도체 소자가 전력 반도체 소자일 경우, 소자부(130)의 두께가 증가하면 전력 반도체 소자의 항복 전압(BV:Breakdown Voltage)이 증가하는 등 소자 특성이 양호해질 수 있다.When the semiconductor device illustrated in FIG. 1 is a power semiconductor device, device characteristics may be improved, such as a breakdown voltage (BV) of the power semiconductor device increases when the thickness of the device unit 130 increases.

실시 예에 의하면, 질화물 반도체층(120)은 제1 초격자(SL:Super Lattice)층부(122), 적어도 하나의 삽입층(124) 및 제2 초격자층부(126)를 포함한다. 여기서, 초격자층이란, 인접하는 초격자층과 파동 함수(wave function)가 오버랩(overlap)되며, 인접하는 초격자층과의 간격이 3 ㎚ 내지 4 ㎚인 층이 될 수도 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.According to an embodiment, the nitride semiconductor layer 120 includes a first super lattice (SL) layer portion 122, at least one insertion layer 124, and a second super lattice layer portion 126. Here, the superlattice layer may be a layer in which the adjacent superlattice layer and the wave function overlap, and the spacing between the adjacent superlattice layers is 3 nm to 4 nm. It is not limited to this.

제1 초격자층부(122)는 버퍼층(112)과 삽입층(124) 사이에 배치되며, AlXGa1-XN/AlYGa1-YN 초격자층 페어(pair)(122-1, ..., 122-N)가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 0 ≤ X < 0.3 이고, 0.8 < Y ≤ 1 이고, N은 1 이상의 양의 정수이다. AlXGa1 - XN/AlYGa1 - YN 초격자층 페어(122-1, ..., 122-N) 각각에서, AlXGa1 - XN 초격자층(122-1A, ...122-NA) 및 AlYGa1 - YN 초격자층(122-1B, ..., 122-NB)의 상대적인 위치는 제한이 없다. 예를 들면, 도 1에 예시된 바와 같이 AlXGa1 - XN 초격자층(122-1A, ...122-NA)은 탑층(top layer)이고 AlYGa1 - YN 초격자층(122-1B, ...122-NB)은 버텀층(bottom layer)일 수 있다. 또는, 도 1에 예시된 바와 달리 AlXGa1-XN 초격자층(122-1A, ...122-NA)은 버텀층이고 AlYGa1 - YN 초격자층(122-1B, ...122-NB)은 탑층일 수 있다.The first superlattice layer portion 122 is disposed between the buffer layer 112 and the insertion layer 124, and the Al X Ga 1-X N/Al Y Ga 1-Y N superlattice layer pair 122-1 , ..., 122-N) may have a structure overlapped at least once. Here, 0 <X <0.3, 0.8 <Y ≤ 1, N is a positive integer of 1 or more. Al X Ga 1 - X N / Al Y Ga 1 - Y N super lattice layer pair (122-1, ..., 122-N) in each, Al X Ga 1 - X N super lattice layer (122-1A, ...122-NA) and Al Y Ga 1 - Y N The relative positions of the superlattice layers 122-1B, ..., 122-NB are not limited. For example, as illustrated in FIG. 1, Al X Ga 1 - X N superlattice layers 122-1A, ... 122-NA are top layers and Al Y Ga 1 - Y N superlattice layers (122-1B, ... 122-NB) may be a bottom layer (bottom layer). Alternatively, as illustrated in FIG. 1, the Al X Ga 1-X N superlattice layers 122-1A, ... 122-NA are bottom layers and the Al Y Ga 1 - Y N superlattice layers 122-1B, ... 122-NB) may be a top layer.

또한, 제2 초격자층부(126)은 삽입층(124)과 소자부(130) 사이에 배치되며, AlIGa1-IN/AlJGa1-JN 초격자층 페어(126-1, ...126-M)가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 0.8 < I ≤ 1 이고, 0 ≤ J < 0.3 이고, M은 1 이상의 양의 정수이다. AlIGa1 - IN/AlJGa1 - JN 초격자층 페어(126-1, ..., 126-M) 각각에서, AlIGa1-IN 초격자층(126-1A, ...126-MA) 및 AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ..., 126-MB)의 상대적인 위치는 제한이 없다. 예를 들면, 도 1에 예시된 바와 같이 AlIGa1 - IN 초격자층(126-1A, ...126-MA)은 버텀층이고 AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ...126-MB)은 탑층일 수 있다. 또는, 도 1에 예시된 바와 달리 AlIGa1 - IN 초격자층(126-1A, ...126-MA)은 탑층이고 AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ...126-MB)은 버텀층일 수 있다.Further, the second superlattice layer portion 126 is disposed between the insertion layer 124 and the device portion 130, and the Al I Ga 1-I N/Al J Ga 1-J N superlattice layer pair 126-1 , ...126-M) may have an overlapped structure at least once. Here, 0.8<I≦1, 0≦J<0.3, and M is a positive integer greater than or equal to 1. Al I Ga 1 - I N / Al J Ga 1 - J N super lattice layer pair (126-1, ..., 126-M) in each, Al I Ga 1-I N super lattice layer (126-1A, ...126-MA) and Al J Ga 1 - J N The relative positions of the superlattice layers (126-1B, ..., 126-MB) are not limited. For example, as illustrated in FIG. 1, the Al I Ga 1 - I N superlattice layers 126-1A, ... 126-MA are bottom layers and the Al J Ga 1 - J N superlattice layers 126- 1B, ...126-MB) may be a top layer. Alternatively, as illustrated in FIG. 1, the Al I Ga 1 - I N superlattice layers 126-1A, ... 126-MA are top layers and the Al J Ga 1 - J N superlattice layers 126-1B,. ..126-MB) may be a bottom layer.

예를 들어, 제1 초격자층부(122)는 Al0 .25Ga0 .75N/AlN 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가질 수 있고, 제2 초격자층부(126)는 AlN/GaN 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가질 수 있다.For example, the first superlattice layer portion 122 Al 0 .25 Ga 0 .75 N / AlN pairs may have a nested structure at least once, the second superlattice layer portion 126 is AlN / GaN second The lattice layer pair may have a structure overlapping at least once.

제2 초격자층부(126)에서 알루미늄의 함량비(I)와 제1 초격자층부(122)에서 알루미늄의 함량비(X)는 서로 다를 수도 있고 서로 동일할 수도 있다. 또한, 제1 초격자층부(122)와 제2 초격자층부(126)의 구성 물질은 서로 다르거나 동일할 수 있다.The content ratio (I) of aluminum in the second superlattice layer portion 126 and the content ratio (X) of aluminum in the first superlattice layer portion 122 may be different from each other or may be the same. In addition, the constituent materials of the first superlattice layer portion 122 and the second superlattice layer portion 126 may be different or the same.

전술한 제1 초격자층부(122)는 알루미늄이 풍부한 고저항층이고, 제2 초격자층부(126)는 알루미늄이 풍부하지 않아 GaN에 가까울 수 있다.The first superlattice layer portion 122 described above may be a high resistance layer rich in aluminum, and the second superlattice layer portion 126 may be close to GaN because it is not rich in aluminum.

한편, 삽입층(124)은 제1 초격차층부(122)와 제2 초격자층부(126) 사이에 배치되며, GaN 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, the insertion layer 124 is disposed between the first super-lattice layer portion 122 and the second super-lattice layer portion 126, and may include at least one of GaN or AlGaN.

또한, 삽입층(124)은 언도프된 층일 수도 있고, 불순물 예를 들어, 철(Fe), 탄소(carbon) 또는 아연(Zn) 중 적어도 하나에 의해 도핑될 수도 있다.Further, the insertion layer 124 may be an undoped layer, or may be doped with at least one of impurities, for example, iron (Fe), carbon (carbon), or zinc (Zn).

또한, 삽입층(124)의 두께(t)가 100 ㎚보다 작거나 300 ㎚보다 클 경우, 웨이퍼의 휨 정도를 50 ㎛보다 작게 제어하기 어려울 수도 있다. 따라서, 삽입층(124)의 두께(t)는 100 ㎚ 내지 300 ㎚일 수 있다. 삽입층(124)의 두께(t)는 제2 초격자층부(126)에 포함된 각 초격자층의 두께에 따라 결정될 수도 있다.In addition, when the thickness t of the insertion layer 124 is smaller than 100 nm or larger than 300 nm, it may be difficult to control the degree of warping of the wafer to less than 50 μm. Therefore, the thickness t of the insertion layer 124 may be 100 nm to 300 nm. The thickness t of the insertion layer 124 may be determined according to the thickness of each superlattice layer included in the second superlattice layer portion 126.

또한, 삽입층(124)이 질화물 반도체층(120)의 전체 길이(L)에서 0.2L보다 작거나 0.8L보다 큰 위치에 배치될 경우, 웨이퍼의 휨 정도를 50 ㎛보다 작게 제어하기 어려울 수도 있다. 따라서, 삽입층(124)은 질화물 반도체층(120)의 전체 길이(L)에서 0.2L 내지 0.8L 예를 들어, 0.3L 내지 0.7L의 위치에 배치될 수도 있다.In addition, when the insertion layer 124 is disposed at a position less than 0.2L or greater than 0.8L in the entire length L of the nitride semiconductor layer 120, it may be difficult to control the degree of warping of the wafer to less than 50 μm. . Accordingly, the insertion layer 124 may be disposed at a position of 0.2L to 0.8L, for example, 0.3L to 0.7L, in the entire length L of the nitride semiconductor layer 120.

또한, 삽입층(124)이 AlGaN으로 구현될 경우, AlGaN에 포함된 알루미늄(Al)의 함량비는 0.1 이하일 수 있다.In addition, when the insertion layer 124 is made of AlGaN, the content ratio of aluminum (Al) included in AlGaN may be 0.1 or less.

삽입층(124)이 질화물 반도체층(120)의 전체 길이(L) 중 어느 지점에 배치되는가 또는 삽입층(124)의 두께(t) 중 적어도 하나에 의해 웨이퍼의 휨 정도가 제어될 수 있다.The degree of warpage of the wafer may be controlled by at least one of the insertion layer 124 at which point the entire length L of the nitride semiconductor layer 120 is disposed or the thickness t of the insertion layer 124.

한편, 소자부(130)는 질화물 반도체층(120) 위에 배치된다. 소자부(130)는 도 1에 도시된 반도체 소자(100)의 응용 례에 따라 다양한 모습을 가질 수 있다.Meanwhile, the device unit 130 is disposed on the nitride semiconductor layer 120. The device unit 130 may have various shapes according to an application example of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1.

이하, 전력 반도체 소자에 응용된 반도체 소자(100A)의 구성 및 동작을 도 2를 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the semiconductor device 100A applied to the power semiconductor device will be described with reference to FIG. 2 as follows.

도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자(100)를 이용한 전력 반도체 소자(100A)의 단면도를 나타낸다.2 is a cross-sectional view of a power semiconductor device 100A using the semiconductor device 100 shown in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 전력 반도체 소자(100A)는 기판(110), 버퍼층(112), 질화물 반도체층(120) 및 소자부(130A)를 포함한다. 도 2에 도시된 기판(110), 버퍼층(112) 및 질화물 반도체층(120)은 도 1에 도시된 바와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 이에 대한 중복되는 설명을 생략한다.Referring to FIG. 2, the power semiconductor device 100A includes a substrate 110, a buffer layer 112, a nitride semiconductor layer 120, and a device unit 130A. Since the substrate 110, the buffer layer 112, and the nitride semiconductor layer 120 shown in FIG. 2 are the same as those shown in FIG. 1, the same reference numerals are used and redundant descriptions thereof will be omitted.

소자부(130A)는 채널층(132), 전자 공급층(134), 코팅층(136) 및 전극부(138)를 포함한다.The device portion 130A includes a channel layer 132, an electron supply layer 134, a coating layer 136, and an electrode portion 138.

채널층(132)은 질화물 반도체층(120)과 전자 공급층(134) 사이에 배치된다. 채널층(132)은 전자의 이동도를 향상시키기 위해 언도프된(undoped) 층일 수 있으며, 적어도 하나의 GaN 층을 포함할 수 있다.The channel layer 132 is disposed between the nitride semiconductor layer 120 and the electron supply layer 134. The channel layer 132 may be an undoped layer to improve electron mobility, and may include at least one GaN layer.

전자 공급층(134)은 채널층(132)과 코팅층(136) 사이에 배치된다. 전자 공급층(134)은 채널(132A)의 형성에 도움을 주는 층으로서 밴드 갭 에너지를 휘게 하는 역할을 한다. 전자 공급층(134)은 채널(132A)보다 밴드 폭이 큰 층으로서, 층 전체에서 균일한 분극 밀도를 가질 수 있다. 전자 공급층(134)은 채널층(132)보다 작은 격자 정수를 갖는다. 따라서, 전자 공급층(134)과 채널층(132)은 이종 접합(heterojunction) 계면(132B)을 형성한다. 이와 같이, 격자 정수 차를 갖는 채널층(132)과 전자 공급층(1334)이 이종 접합 계면(132B)을 형성할 경우, 격자 정수 차에 의해 자발 분극(spontaneous polarization)과 피에조 분극(piezoelectric polarization)이 야기되어, 이종 접합 계면(132B)에서 채널층(132) 측에 채널인 2차원 전자 가스(2-DEG:2-Dimensional Electron Gas)층(132A)이 발생될 수 있다. 즉, 게이트 전극(138G)에 게이트 바이어스를 인가할 때, 이종 접합 계면(132B)에서 채널층(132) 측에 채널(132A)이 형성된다. 이와 같이, 전자 공급층(134)은 전자에 대해 배리어의 역할을 하므로, 이종 접합 계면(132B)에서 채널층(132)에 2-DEG층(132A)이 형성될 수 있다.The electron supply layer 134 is disposed between the channel layer 132 and the coating layer 136. The electron supply layer 134 is a layer that helps to form the channel 132A, and serves to bend the band gap energy. The electron supply layer 134 is a layer having a larger band width than the channel 132A, and may have a uniform polarization density throughout the layer. The electron supply layer 134 has a lattice constant smaller than that of the channel layer 132. Thus, the electron supply layer 134 and the channel layer 132 form a heterojunction interface 132B. As described above, when the channel layer 132 having the lattice constant difference and the electron supply layer 1334 form the heterojunction interface 132B, spontaneous polarization and piezoelectric polarization are caused by the lattice constant difference. Due to this, a two-dimensional electron gas (2-DEG: 2-Dimensional Electron Gas) layer 132A, which is a channel, may be generated on the channel layer 132 side at the heterojunction interface 132B. That is, when a gate bias is applied to the gate electrode 138G, a channel 132A is formed on the channel layer 132 side at the heterojunction interface 132B. As such, since the electron supply layer 134 serves as a barrier to electrons, a 2-DEG layer 132A may be formed on the channel layer 132 at the heterojunction interface 132B.

전자 공급층(134)은 은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, AlaInbGa(1-a-b)N (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 전자 공급층(134)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN과 같은 질화물 반도체층 또는 AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP 또는 InP 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 공급층(134)은 AlxGaN 또는 AlxInGaN을 포함할 수 있다. 또한, 전자 공급층(134)은 전자의 이동도를 향상시키기 위해, 언도프된 층일 수 있다.The electron supply layer 134 may be formed of a compound semiconductor such as silver group 3-5 or group 2-6. For example, a semiconductor material having a composition formula of Al a In b Ga (1-ab) N (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1) may be included. The electron supply layer 134 may include a nitride semiconductor layer such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, or at least one of AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, or InP. . For example, the electron supply layer 134 may include Al x GaN or Al x InGaN. Also, the electron supply layer 134 may be an undoped layer to improve the mobility of electrons.

코팅층(136)은 전자 공급층(134) 위에 배치된다. 코팅층(136)은 전자 공급층(134)을 보호하는 역할을 한다. 코팅층(136)은 GaN 또는 SiNy 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 여기서, y는 양의 자연수이다. 경우에 따라, 코팅층(136)은 생략될 수도 있다.The coating layer 136 is disposed on the electron supply layer 134. The coating layer 136 serves to protect the electron supply layer 134. The coating layer 136 may include at least one of GaN or SiN y , and may have a thickness of 2 nm. Here, y is a positive natural number. In some cases, the coating layer 136 may be omitted.

전극부(138)는 코팅층(136) 위에 배치된다. 전극부(138)는 게이트 전극(138G), 소스 콘택(138S) 및 드레인 콘택(138D)를 포함한다.The electrode portion 138 is disposed on the coating layer 136. The electrode portion 138 includes a gate electrode 138G, a source contact 138S, and a drain contact 138D.

게이트 전극(138G)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(138G)은 내화 금속(refractory metal) 또는 이러한 내화 금속의 혼합물일 수 있다. 또는, 게이트 전극(138G)은 Ni(Nickel), Au(Aurum), Pt(Platinum), Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN(Titanium Nitride), Pd(Palladium), W(tungsten) 또는 WSi2(Tungstem silicide) 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(138G)은 Ni/Au의 다층 구조 또는 Pt의 단층 구조를 가질 수 있다.The gate electrode 138G may include a metal material. For example, the gate electrode 138G may be a refractory metal or a mixture of refractory metals. Alternatively, the gate electrode 138G may include Ni (Nickel), Au (Aurum), Pt (Platinum), Ta (Tantalum), TaN (Tantalum Nitride), TiN (Titanium Nitride), Pd (Palladium), W (tungsten) or WSi 2 (Tungstem silicide) may be formed of a single layer or a multi-layer structure by including at least one material. For example, the gate electrode 138G may have a multilayer structure of Ni/Au or a single layer structure of Pt.

소스 콘택(138S)은 게이트 전극(138G)의 일측으로부터 이격되어 전자 공급층(136) 위에 배치된다. 드레인 콘택(138D)은 게이트 전극(138G)의 타측으로부터 이격되어 전자 공급층(136) 위에 배치된다.The source contact 138S is spaced from one side of the gate electrode 138G and is disposed on the electron supply layer 136. The drain contact 138D is spaced from the other side of the gate electrode 138G and is disposed on the electron supply layer 136.

소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 게이트 전극(138G)의 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 또는 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 Ti/Al 또는 Ti/Mo의 다층 구조를 가질 수 있다.Each of the source and drain contacts 138S and 138D may be formed of metal. Further, each of the source and drain contacts 138S and 138D may include the same material as the material of the gate electrode 138G. Further, each of the source and drain contacts 138S and 138D may be formed of a reflective electrode material having ohmic characteristics. For example, each of the source and drain contacts 138S, 138D is aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), or molybdenum (Mo) It may be formed of a single-layer or multi-layer structure, including at least one of. For example, each of the source and drain contacts 138S and 138D may have a multilayer structure of Ti/Al or Ti/Mo.

실시 예는 도 2에 예시된 게이트 전극(138G), 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D)의 형상과 구조에 의해 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 게이트 전극(138G)과 코팅층(136) 사이에 게이트 절연층(미도시)이 더 배치될 수도 있다.The embodiment is not limited by the shape and structure of the gate electrode 138G, source and drain contacts 138S, 138D illustrated in FIG. 2. That is, according to another embodiment, a gate insulating layer (not shown) may be further disposed between the gate electrode 138G and the coating layer 136.

이하, 도 1에 예시된 반도체 소자(100)를 이용하여 발광 소자를 구현한 실시 예에 따른 반도체 소자(100B)의 구성 및 동작을 도 3을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, a configuration and operation of the semiconductor device 100B according to an embodiment in which the light emitting device is implemented using the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1 will be described as follows.

도 3은 실시 예에 따른 발광 소자용 반도체 소자(100B)의 단면도를 나타낸다.3 is a sectional view showing a semiconductor device 100B for a light emitting device according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 발광 소자용 반도체 소자(100B)는 기판(110), 버퍼층(112), 질화물 반도체층(120) 및 소자부(130B)를 포함한다. 도 3에 도시된 기판(110), 버퍼층(112) 및 질화물 반도체층(120)은 도 1에 도시된 바와 동일하므로 동일한 참조부호를 사용하였으며 이에 대한 중복되는 설명을 생략한다.Referring to FIG. 3, the semiconductor device 100B for a light emitting device includes a substrate 110, a buffer layer 112, a nitride semiconductor layer 120, and a device unit 130B. Since the substrate 110, the buffer layer 112, and the nitride semiconductor layer 120 shown in FIG. 3 are the same as those shown in FIG. 1, the same reference numerals are used and redundant descriptions thereof are omitted.

도 1에 도시된 소자부(130)는 발광 구조물(130B)을 포함할 수 있다. 발광 구조물(130B)은 제1 도전형 반도체층(133), 활성층(135) 및 제2 도전형 반도체층(137)을 포함한다.The device unit 130 illustrated in FIG. 1 may include a light emitting structure 130B. The light emitting structure 130B includes a first conductivity type semiconductor layer 133, an active layer 135, and a second conductivity type semiconductor layer 137.

제1 도전형 반도체층(133)은 질화물 반도체층(120)과 활성층(135) 사이에 배치되며, 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, AlcIndGa(1-c-d)N (0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ c+d ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(133)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP 및 InP 중에서 선택되는 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(133)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se 또는 Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The first conductivity type semiconductor layer 133 is disposed between the nitride semiconductor layer 120 and the active layer 135, and may include a group III-V compound semiconductor doped with a first conductivity type dopant, Al c In d It may include a semiconductor material having a composition formula of Ga (1-cd) N (0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ c+d ≤ 1). For example, the first conductive semiconductor layer 133 may be formed of at least one selected from GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, and InP. Can. In addition, when the first conductivity-type semiconductor layer 133 is an n-type semiconductor layer, the first conductivity-type dopant may include, but is not limited to, Si, Ge, Sn, Se, or Te.

활성층(135)은 제1 도전형 반도체층(133)을 통해 주입되는 전자(또는, 정공)와, 제2 도전형 반도체층(137)을 통해서 주입되는 정공(또는, 전자)이 서로 만나서, 활성층(135)을 이루는 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.In the active layer 135, electrons (or holes) injected through the first conductivity type semiconductor layer 133 and holes (or electrons) injected through the second conductivity type semiconductor layer 137 meet each other, and the active layer It is a layer that emits light having energy determined by the energy band inherent to the material constituting (135).

활성층(135)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(135)은 트리메틸 갈륨(TMG:Trimethyl Gallium) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 질소 가스(N2) 및 트리메틸 인듐(TMIn:Trimethyl Indium) 가스가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The active layer 135 is at least one of a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure. Can be formed. For example, the active layer 135 is injected with trimethyl gallium (TMG: Trimethyl Gallium) gas, ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen gas (N 2 ), and trimethyl indium gas (TMIn: Trimethyl Indium) to form a multi-quantum well structure. It may be formed, but is not limited thereto.

활성층(135)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs 및 GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나, 또는 그 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.The well layer/barrier layer of the active layer 135 has a pair structure of InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs and GaP(InGaP)/AlGaP, or more. It may be formed, but is not limited thereto. The well layer may be formed of a material having a band gap smaller than the band gap of the barrier layer.

제2 도전형 반도체층(137)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, IneAlfGa1 -e- fN (0 ≤ e ≤ 1, 0 ≤ f ≤ 1, 0 ≤ e+f ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(137)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr 또는 Ba 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The second conductivity-type semiconductor layer 137 may include a group III-V compound semiconductor doped with a second conductivity-type dopant, and In e Al f Ga 1 -e- f N (0 ≤ e ≤ 1, 0 ≤ It may include a semiconductor material having a composition formula of f ≤ 1, 0 ≤ e+f ≤ 1). For example, when the second conductivity-type semiconductor layer 137 is a p-type semiconductor layer, the second conductivity-type dopant is a p-type dopant, and may include Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba, but is not limited thereto. Does not.

전술한 발광 구조물에서, 제1 도전형 반도체층(133)은 n형 반도체층으로 이루어지고, 제2 도전형 반도체층(137)은 p형 반도체층으로 이루어지는 경우를 예시하였다. 그러나, 제1 도전형 반도체층(133)은 p형 반도체층으로 이루어지고, 제2 도전형 반도체층(137)은 n형 반도체층으로 이루어질 수도 있다. 즉, 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, 및 p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.In the above-described light emitting structure, the first conductive type semiconductor layer 133 is made of an n-type semiconductor layer, and the second conductive type semiconductor layer 137 is a case made of a p-type semiconductor layer. However, the first conductivity-type semiconductor layer 133 may be formed of a p-type semiconductor layer, and the second conductivity-type semiconductor layer 137 may be formed of an n-type semiconductor layer. That is, the light emitting structure may be implemented with any one of n-p junction structure, p-n junction structure, n-p-n junction structure, and p-n-p junction structure.

도시하지는 않았으나, 제1 및 제2 도전형 반도체층(133, 137)에 각각 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극(미도시)이 배치될 수도 있다. 즉, 도 3에 예시된 반도체 소자(100B)는 수평형 본딩 구조를 갖는 발광 소자일 수 있다. 이 경우, 제1 도전형 반도체층(133), 활성층(135) 및 제2 도전형 반도체층(137)이 메사 식각(MESA etching)되어 노출된 제1 도전형 반도체층(133)의 위에 제1 전극이 배치되고, 제2 도전형 반도체층(137) 위에 제2 전극이 배치된다.Although not illustrated, first and second electrodes (not shown) that are electrically connected to the first and second conductivity-type semiconductor layers 133 and 137, respectively, may be disposed. That is, the semiconductor device 100B illustrated in FIG. 3 may be a light emitting device having a horizontal bonding structure. In this case, the first conductive type semiconductor layer 133, the active layer 135, and the second conductive type semiconductor layer 137 are first exposed on the first conductive type semiconductor layer 133 exposed by MESA etching. An electrode is disposed, and a second electrode is disposed on the second conductivity-type semiconductor layer 137.

이하, 도 1에 도시된 반도체 소자(100)의 실시 예에 의한 제조 방법을 다음과 같이 첨부된 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 1에 도시된 반도체 소자(100)는 도 4a 내지 도 4c에 예시된 방법 이외의 다른 방법으로도 제조될 수 있다Hereinafter, a manufacturing method according to an embodiment of the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 4A to 4C attached as follows, but the embodiment is not limited thereto. That is, the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1 may be manufactured by a method other than the method illustrated in FIGS. 4A to 4C.

도 4a 내지 도 4c는 반도체 소자(100)의 실시 예에 의한 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.4A to 4C are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the semiconductor device 100.

도 4a를 참조하면, 기판(110)을 준비한다. 기판(110)은 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판, GaN 기판 또는 사파이어 기판일 수 있으나, 실시 예는 기판(110)의 종류에 국한되지 않는다. 예를 들어, 기판(110)은 (111) 결정면을 주면으로서 갖는 실리콘 기판일 수 있으며, 실리콘 기판(110)의 두께는 100 ㎚ 내지 200 ㎚일 수 있다.Referring to FIG. 4A, the substrate 110 is prepared. The substrate 110 may be a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a GaN substrate, or a sapphire substrate, but the embodiment is not limited to the type of the substrate 110. For example, the substrate 110 may be a silicon substrate having a (111) crystal surface as a main surface, and the thickness of the silicon substrate 110 may be 100 nm to 200 nm.

만일, 기판(110)이 실리콘 기판인 경우 암모니아(NH3) 가스가 없는 상태에서 트리메틸 알루미늄(TMA:Trimethyl Aluminum) 가스에 15 초 동안 노출시켜 초(ultra) 알루미늄막을 증착시킴으로써, 실리콘 질화물이 실리콘 기판(110)의 표면상에 형성되는 것을 방지한다. 경우에 따라서는 실리콘 기판(110)을 예를 들면 약 900 ℃의 온도까지 급속 어닐링(rapid annealing)하여 실리콘 기판(110)상의 자연 산화막을 제거하는 공정이 부가적으로 더 수행될 수도 있다. 그러나, 이에 국한되지 않고 다양한 형태로 실리콘 기판(110)을 준비할 수 있다.If, when the substrate 110 is a silicon substrate, by depositing an ultra aluminum film by exposing it to Trimethyl Aluminum (TMA) gas for 15 seconds in the absence of ammonia (NH 3 ) gas, silicon nitride is a silicon substrate. It is prevented from being formed on the surface of (110). In some cases, a process of removing the natural oxide film on the silicon substrate 110 by rapid annealing the silicon substrate 110 to a temperature of about 900° C. may be additionally performed. However, the present invention is not limited thereto, and the silicon substrate 110 may be prepared in various forms.

이후, 기판(110) 위에 버퍼층(112)을 형성한다. 버퍼층(112)은 AlN, AlAs, SiC 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층(112)이 임계 두께 이상을 가질 경우, 실리콘 기판(110)으로부터 실리콘 원자의 확산이 방지되어 멜트 백(melt-back)이 방지될 수 있다. 이를 위해, 버퍼층(112)은 수십 또는 수백 나노 미터의 두께를 가질 수 있으며, 예를 들어 100 ㎚ 이상이고 300 ㎚ 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 경우에 따라 버퍼층(112)은 생략될 수도 있다.Thereafter, a buffer layer 112 is formed on the substrate 110. The buffer layer 112 may include at least one of AlN, AlAs, SiC, or AlGaN. When the buffer layer 112 has a critical thickness or more, diffusion of silicon atoms from the silicon substrate 110 is prevented, and thus melt-back may be prevented. To this end, the buffer layer 112 may have a thickness of tens or hundreds of nanometers, for example, 100 nm or more and less than 300 nm. In some cases, the buffer layer 112 may be omitted.

만일, 기판(110)이 실리콘 기판인 경우 암모니아를 사용하면서 약 900 ℃의 온도에서 실리콘 기판(110) 상에 소정의 두께를 가지는 AlN 버퍼층(112)을 형성할 수 있다. 이때, AlN 버퍼층(112)의 두께가 결정 두께 이상으로 증가할 때, AlN 섬(island)의 융합에 의해 3차원 성장 모드로부터 2차원 성장 모드로 변한다. 이와 같이 융합된 AlN 섬은 실리콘 기판(110)을 완전히 덮을 수 있기 때문에, 실리콘 원자의 확산이 방지될 수 있다. 또는, 전술한 방법 이외의 다른 다양한 방법에 의해 AlN 버퍼층(112)이 실리콘 기판(110) 상에 형성될 수 있다.If the substrate 110 is a silicon substrate, an AlN buffer layer 112 having a predetermined thickness may be formed on the silicon substrate 110 at a temperature of about 900° C. while using ammonia. At this time, when the thickness of the AlN buffer layer 112 increases above the crystal thickness, the fusion of the AlN islands changes from the 3D growth mode to the 2D growth mode. Since the fused AlN island can completely cover the silicon substrate 110, diffusion of silicon atoms can be prevented. Alternatively, the AlN buffer layer 112 may be formed on the silicon substrate 110 by various methods other than the above-described methods.

이후 계속해서 도 4a를 참조하면, 버퍼층(112) 위에 제1 초격자층부(122)를 형성한다. 제1 초격자층부(122)는 AlXGa1 - XN/AlYGa1 - YN 초격자층 페어(pair)(122-1, ..., 122-N)가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가질 수 있다. AlXGa1 - XN/AlYGa1 - YN 초격자층 페어(122-1, ..., 122-N) 각각에서, AlXGa1 - XN 초격자층(122-1A, ...122-NA) 및 AlYGa1 - YN 초격자층(122-1B, ..., 122-NB)의 상대적인 위치는 제한이 없다. 예를 들면, 도 4a에 예시된 바와 같이 AlYGa1 - YN 초격자층(122-1B, ...122-NB)을 먼저 형성한 후 AlYGa1 - YN 초격자층(122-1B, ...122-NB) 위에 AlXGa1 - XN 초격자층(122-1A, ...122-NA)을 형성할 수도 있다. 또는, 도 4a에 예시된 바와 달리 AlXGa1 - XN 초격자층(122-1A, ...122-NA)을 형성한 후, AlXGa1 - XN 초격자층(122-1A, ...122-NA)위에 AlYGa1-YN 초격자층(122-1B, ...122-NB)을 형성할 수도 있다.Subsequently, referring to FIG. 4A, the first superlattice layer portion 122 is formed on the buffer layer 112. In the first superlattice layer portion 122, Al X Ga 1 - X N/Al Y Ga 1 - Y N superlattice layer pairs 122-1, ..., 122-N are overlapped at least once. It can have a structure. Al X Ga 1 - X N / Al Y Ga 1 - Y N super lattice layer pair (122-1, ..., 122-N) in each, Al X Ga 1 - X N super lattice layer (122-1A, ...122-NA) and Al Y Ga 1 - Y N The relative positions of the superlattice layers 122-1B, ..., 122-NB are not limited. For example, as illustrated in FIG. 4A, Al Y Ga 1 - Y N superlattice layers 122-1B, ... 122-NB are first formed, and then Al Y Ga 1 - Y N superlattice layers 122 Al X Ga 1 - X N superlattice layers 122-1A, ... 122-NA may be formed on -1B, ...122-NB). Or, as illustrated in Figure 4a, after forming the Al X Ga 1 - X N superlattice layer (122-1A, ... 122-NA), Al X Ga 1 - X N superlattice layer (122-1A) , ... 122-NA) may form an Al Y Ga 1-Y N superlattice layer 122-1B, ... 122-NB.

이후, 도 4b를 참조하면, 제1 초격자층부(122) 위에 삽입층(124)을 형성한다.Thereafter, referring to FIG. 4B, an insertion layer 124 is formed on the first superlattice layer portion 122.

삽입층(124)은 GaN 또는 AlGaN 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다.The insertion layer 124 may be formed using at least one of GaN or AlGaN.

또한, 삽입층(124)은 언도프된 층일 수도 있고, 불순물 예를 들어, 철(Fe), 탄소(carbon) 또는 아연(Zn) 중 적어도 하나를 도핑하여 형성될 수도 있다.In addition, the insertion layer 124 may be an undoped layer, or may be formed by doping at least one of impurities such as iron (Fe), carbon (carbon), or zinc (Zn).

또한, 삽입층(124)을 100 ㎚ 내지 300 ㎚의 두께(t)로 형성할 수 있다.Further, the insertion layer 124 can be formed with a thickness t of 100 nm to 300 nm.

또한, 삽입층(124)을 질화물 반도체층(120)의 전체 길이(L)에서 0.2L 내지 0.8L 사이 예를 들어, 0.3L 내지 0.7L의 위치에 형성할 수도 있다.In addition, the insertion layer 124 may be formed at a position of, for example, 0.3L to 0.7L between 0.2L and 0.8L in the entire length L of the nitride semiconductor layer 120.

또한, 알루미늄(Al)의 함량비를 0.1 이하로 갖는 AlGaN에 의해 삽입층(124)을 형성할 수도 있다.Further, the insertion layer 124 may be formed of AlGaN having an aluminum (Al) content ratio of 0.1 or less.

이후, 도 4c를 참조하면, 삽입층(124) 위에 제2 초격자층부(126)를 형성한다.Thereafter, referring to FIG. 4C, a second superlattice layer portion 126 is formed on the insertion layer 124.

제2 초격자층부(126)는 AlIGa1 - IN/AlJGa1 - JN 초격자층 페어(126-1, ...126-M)가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가질 수 있다. AlIGa1 - IN/AlJGa1 - JN 초격자층 페어(126-1, ..., 126-M) 각각에서, AlIGa1 - IN 초격자층(126-1A, ...126-MA) 및 AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ..., 126-MB)의 상대적인 위치는 제한이 없다. 예를 들면, 도 4c에 예시된 바와 같이 AlIGa1 - IN 초격자층(126-1A, ...126-MA)을 형성한 이후, AlIGa1 - IN 초격자층(126-1A, ...126-MA) 위에 AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ...126-MB)을 형성할 수 있다. 또는, 도 4c에 예시된 바와 달리 AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ...126-MB)을 형성한 이후, AlJGa1 - JN 초격자층(126-1B, ...126-MB) 위에 AlIGa1 - IN 초격자층(126-1A, ...126-MA)을 형성할 수도 있다.The second superlattice layer portion 126 may have a structure in which Al I Ga 1 - I N/Al J Ga 1 - J N superlattice layer pairs 126-1, ... 126-M are overlapped at least once. have. Al I Ga 1 - I N / Al J Ga 1 - J N super lattice layer pair (126-1, ..., 126-M) in each, Al I Ga 1 - I N super lattice layer (126-1A, ...126-MA) and Al J Ga 1 - J N The relative positions of the superlattice layers (126-1B, ..., 126-MB) are not limited. For example, after forming the Al I Ga 1 - I N superlattice layers 126-1A, ... 126-MA, as illustrated in FIG. 4C, the Al I Ga 1 - I N superlattice layers 126 Al J Ga 1 - J N superlattice layers (126-1B, ...126-MB) may be formed on -1A, ...126-MA). Or, as illustrated in Figure 4c, after forming the Al J Ga 1 - J N superlattice layer (126-1B, ... 126-MB), Al J Ga 1 - J N superlattice layer (126-1B) , ... 126-MB) Al I Ga 1 - I N superlattice layer (126-1A, ... 126-MA) may be formed.

또한, 알루미늄의 함량비(X)는 서로 다르게 하거나 서로 동일하게 하여, 제1 및 제2 초격자층부(122, 126)를 형성할 수 있다.In addition, the content ratio (X) of aluminum may be different or the same as each other, thereby forming the first and second superlattice layer portions 122 and 126.

이후, 도 1을 참조하면, 제2 초격자층부(126) 위에 소자부(130)를 형성한다.Thereafter, referring to FIG. 1, the device unit 130 is formed on the second superlattice layer unit 126.

소자부(130)는 도 1에 도시된 반도체 소자(100)가 전력 반도체 소자(100A)에 응용될 경우, 도 2에 예시된 바와 같다.The device unit 130 is as illustrated in FIG. 2 when the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is applied to the power semiconductor device 100A.

이 경우, 제2 초격자층부(126) 위에 채널층(132)을 형성한다. 채널층(132)은 전자의 이동도를 향상시키기 위해 언도프된 층일 수 있다. 채널층(132)은 적어도 하나의 GaN 층에 의해 형성될 수 있다.In this case, the channel layer 132 is formed on the second superlattice layer portion 126. The channel layer 132 may be an undoped layer to improve electron mobility. The channel layer 132 may be formed by at least one GaN layer.

이후, 채널층(132) 위에 전자 공급층(134)을 형성한다. 전자 공급층(134)은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, AlaInbGa(1-a-b)N (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질에 의해 형성될 수 있다. 전자 공급층(134)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN과 같은 질화물 반도체층 또는 AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP 또는 InP 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전자 공급층(134)은 AlxGaN 또는 AlxInGaN에 의해 형성될 수 있다. 또한, 전자 공급층(134)은 전자의 이동도를 향상시키기 위해, 언도프된 층일 수 있다.Thereafter, an electron supply layer 134 is formed on the channel layer 132. The electron supply layer 134 may be formed using a compound semiconductor such as group 3-5 or group 2-6. For example, Al a In b Ga (1-ab) N (0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1) may be formed of a semiconductor material having a composition formula. The electron supply layer 134 may be formed using a nitride semiconductor layer such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, or at least one of AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, or InP. Can. For example, the electron supply layer 134 may be formed of Al x GaN or Al x InGaN. Also, the electron supply layer 134 may be an undoped layer to improve the mobility of electrons.

이후, 전자 공급층(134) 위에 코팅층(136)을 형성한다. 코팅층(136)은 GaN 또는 SiNy 중 적어도 하나를 이용하여 2 ㎚의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, y는 양의 자연수이다. 경우에 따라, 코팅층(136)은 생략될 수도 있다.Thereafter, a coating layer 136 is formed on the electron supply layer 134. The coating layer 136 may be formed to a thickness of 2 nm using at least one of GaN or SiN y . Here, y is a positive natural number. In some cases, the coating layer 136 may be omitted.

이후, 코팅층(136) 위에 전극부(138)를 형성한다. 즉, 코팅층(136) 위에 서로 이격되어 배치되도록 게이트 전극(138G), 소스 콘택(138S) 및 드레인 콘택(138D)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(138G)은 내화 금속 또는 이러한 내화 금속의 혼합물을 이용하거나, Ni(Nickel), Au(Aurum), Pt(Platinum), Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN(Titanium Nitride), Pd(Palladium), W(tungsten) 또는 WSi2(Tungstem silicide) 중 적어도 하나의 물질을 이용하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.Thereafter, an electrode portion 138 is formed on the coating layer 136. That is, the gate electrode 138G, the source contact 138S, and the drain contact 138D may be formed on the coating layer 136 to be spaced apart from each other. For example, the gate electrode 138G uses a refractory metal or a mixture of refractory metals, or Ni(Nickel), Au(Aurum), Pt(Platinum), Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN( Titanium Nitride), Pd (Palladium), W (tungsten) or WSi 2 (Tungstem silicide) may be formed of a single layer or a multi-layer structure using at least one material.

소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 게이트 전극(138G)의 물질과 동일한 물질에 의해 형성될 수 있다. 또한, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 및 드레인 콘택(138S, 138D) 각각은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 또는 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.Each of the source and drain contacts 138S and 138D may be formed of metal. Further, each of the source and drain contacts 138S and 138D may be formed of the same material as the material of the gate electrode 138G. Further, each of the source and drain contacts 138S and 138D may be formed of a reflective electrode material having ohmic characteristics. For example, each of the source and drain contacts 138S, 138D is aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), or molybdenum (Mo) It may be formed of a single-layer or multi-layer structure, including at least one of.

또는, 소자부(130)는 도 1에 도시된 반도체 소자(100)가 발광 소자에 응용될 경우, 도 3에 예시된 바와 같다.Alternatively, the device unit 130 is as illustrated in FIG. 3 when the semiconductor device 100 shown in FIG. 1 is applied to a light emitting device.

이 경우, 제2 초격자층부(126) 위에 발광 구조물(130B)을 형성한다. 즉, 제2 초격자층부(126) 위에 제1 도전형 반도체층(133)을 형성한다. In this case, the light emitting structure 130B is formed on the second superlattice layer portion 126. That is, the first conductivity type semiconductor layer 133 is formed on the second superlattice layer portion 126.

제1 도전형 반도체층(133)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, AlcIndGa(1-c-d)N (0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ c+d ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 반도체층(133)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP 및 InP 중에서 선택되는 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(133)이 n형 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se 또는 Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The first conductivity type semiconductor layer 133 may include a group III-V compound semiconductor doped with a first conductivity type dopant, and Al c In d Ga (1-cd) N (0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d≦1, 0≦c+d≦1). For example, the first conductive semiconductor layer 133 may be formed of at least one selected from GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, and InP. Can. In addition, when the first conductivity-type semiconductor layer 133 is an n-type semiconductor layer, the first conductivity-type dopant may include, but is not limited to, Si, Ge, Sn, Se, or Te.

이후, 제1 도전형 반도체층(133) 위에 활성층(135)을 형성한다. 활성층(135)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(135)은 트리메틸 갈륨(TMG:Trimethyl Gallium) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 질소 가스(N2) 및 트리메틸 인듐(TMIn:Trimethyl Indium) 가스가 주입되어 다중 양자우물구조가 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Thereafter, the active layer 135 is formed on the first conductive semiconductor layer 133. The active layer 135 is at least one of a single well structure, a multi well structure, a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure. Can be formed. For example, the active layer 135 is injected with trimethyl gallium (TMG: Trimethyl Gallium) gas, ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen gas (N 2 ), and trimethyl indium gas (TMIn: Trimethyl Indium) to form a multi-quantum well structure. It may be formed, but is not limited thereto.

활성층(135)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs 및 GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나, 또는 그 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.The well layer/barrier layer of the active layer 135 has a pair structure of InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs and GaP(InGaP)/AlGaP, or more. It may be formed, but is not limited thereto. The well layer may be formed of a material having a band gap smaller than the band gap of the barrier layer.

이후, 활성층(135) 위에 제2 도전형 반도체층(137)을 형성한다. 제2 도전형 반도체층(137)은 제2 도전형 도펀트가 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 포함할 수 있으며, IneAlfGa1 -e- fN (0 ≤ e ≤ 1, 0 ≤ f ≤ 1, 0 ≤ e+f ≤ 1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 반도체층(137)이 p형 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr 또는 Ba 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Thereafter, a second conductivity type semiconductor layer 137 is formed on the active layer 135. The second conductivity-type semiconductor layer 137 may include a group III-V compound semiconductor doped with a second conductivity-type dopant, and In e Al f Ga 1 -e- f N (0 ≤ e ≤ 1, 0 ≤ It may include a semiconductor material having a composition formula of f ≤ 1, 0 ≤ e+f ≤ 1). For example, when the second conductivity-type semiconductor layer 137 is a p-type semiconductor layer, the second conductivity-type dopant is a p-type dopant, and may include Mg, Zn, Ca, Sr, or Ba, but is not limited thereto. Does not.

전술한 버퍼층(112), 질화물 반도체층(120) 및 소자부(130) 각각은 예를 들어 Ga, Al 및 N을 금속유기화학기상증착(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, 유기금속기상성장(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)법, 분자선에피택시(MBE:Molecular Beam Epitaxy)법 또는 수소화기상증착에피택시(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등에 의해 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 트리메틸 갈륨(TMG:Trimethyl Gallium), TMA 및 NH3를 포함하는 전구체 물질을 이용하여, MOCVD법으로 Ga, Al 및 N을 포함하는 제1 내지 제3 반도체층(140, 160C, 190)이 형성될 수 있다.Each of the above-described buffer layer 112, nitride semiconductor layer 120, and device portion 130, for example, Ga, Al and N metal organic chemical vapor deposition (MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, organic metal vapor phase growth (MOVPE: Metal Organic Vapor Phase Epitaxy), Molecular Beam Epitaxy (MBE), Hydrogen Vapor Phase Epitaxy (HVPE), or the like. For example, by using a precursor material containing trimethyl gallium (TMG: Trimethyl Gallium), TMA and NH 3 , MOCVD method to the first to third semiconductor layers (140, 160C, 190) containing Ga, Al and N ) May be formed.

이하, 실시 예에 의한 반도체 소자(100, 100A, 100B)의 휨 현상을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the bending phenomenon of the semiconductor devices 100, 100A, and 100B according to the embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5a 및 도 5b는 실시 예에 의한 반도체 소자(100, 100A, 100B)의 휨 현상을 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 횡축은 반도체 소자(100, 100A, 100B)를 성장하는 두께(T)를 나타내고, 종축은 웨이퍼 휨(bowing 또는 warping)을 나타낸다. 두께(T)가 0인 지점은 도 1, 도 2 및 도 3에 예시된 질화물 반도체층(120)과 소자부(130) 간의 경계면에 해당하고, 두께(T)가 '0'인 지점을 기준으로 왼쪽 (-) 부분은 질화물 반도체층(120)에 해당하고, 오른쪽 (+) 부분은 소자부(130)에 해당한다. 또한, 웨이퍼가 볼록하게 휠 경우 종축의 웨이퍼의 휨 정도는 0보다 작고, 웨이퍼가 오목하게 휠 경우 종축의 웨이퍼의 휨 정도는 0보다 크게 된다.5A and 5B are graphs for explaining the bending phenomenon of the semiconductor devices 100, 100A, and 100B according to an embodiment. Here, the abscissa represents the thickness T for growing the semiconductor devices 100, 100A, and 100B, and the ordinate represents the wafer bowing or warping. The point where the thickness T is 0 corresponds to an interface between the nitride semiconductor layer 120 and the device unit 130 illustrated in FIGS. 1, 2 and 3, and is based on a point where the thickness T is '0'. The left (-) portion corresponds to the nitride semiconductor layer 120, and the right (+) portion corresponds to the device portion 130. Further, when the wafer is convexly curved, the degree of warping of the wafer on the vertical axis is less than 0, and when the wafer is concavely curved, the degree of warping of the wafer on the vertical axis is greater than 0.

도 5a는 질화물 반도체층(120)이 제1 및 제2 초격자층부(122, 126)만을 포함하고, 삽입층(124)을 포함하지 않을 경우에 웨이퍼의 휨 정도를 나타낸다. 도 5a를 참조하면, 질화물 반도체층(120)의 두께가 1.7 ㎛일 때(▲)보다 2.0 ㎛ 일 때(●) 웨이퍼의 휨 정도가 더 크고, 두께가 2.0 ㎛ 일때(●)보다 2.3 ㎛일 때(■) 웨이퍼의 휨 정도가 더 큼을 알 수 있다. 이와 같이, 질화물 반도체층(120)의 두께가 커질수록 웨이퍼는 더 많이 오목하게 휘어진다. 또한, 소자부(130)를 성장시키는 초기에 웨이퍼의 휨 정도가 감소하지만 소자부(130)를 1 ㎛ 이상으로 두껍게 성장시킬수록 웨이퍼의 휨 정도가 증가함을 알 수 있다.5A shows the degree of warpage of the wafer when the nitride semiconductor layer 120 includes only the first and second superlattice layer portions 122 and 126 and does not include the insertion layer 124. 5A, when the thickness of the nitride semiconductor layer 120 is 1.7 μm (▲), when 2.0 μm (●), the degree of warping of the wafer is greater, and when the thickness is 2.0 μm (●), it is 2.3 μm. When (■) it can be seen that the degree of warping of the wafer is greater. As such, the larger the thickness of the nitride semiconductor layer 120, the more the wafer is concavely bent. In addition, it can be seen that although the degree of warping of the wafer decreases at the initial stage of growing the element portion 130, the degree of warping of the wafer increases as the element portion 130 grows thicker than 1 µm.

도 5b는 질화물 반도체층(120)이 제1 및 제2 초격자층부(122, 126)뿐만 아니라 삽입층(124)을 포함하는 경우(●)의 웨이퍼 휨 정도와 삽입층(124)을 포함하지 않는 경우(■)의 웨이퍼의 휨 정도를 대비하여 나타낸다. 도 5b를 참조하면, 소자부(130)의 두께(T)를 2 ㎛ 이상으로 성장시킬 때, 실시 예에 의한 반도체 소자(100, 100A, 100B)는 삽입층(124)을 포함하기(●) 때문에, 삽입층(124)을 포함하지 않을 때(■)보다 웨이퍼의 휨 정도가 감소함을 알 수 있다.5B does not include the wafer bending degree and the insertion layer 124 when the nitride semiconductor layer 120 includes the first and second superlattice layer portions 122 and 126 as well as the insertion layer 124 (●). If it does not (■), it is shown in contrast to the degree of warping of the wafer. Referring to FIG. 5B, when the thickness T of the device unit 130 is grown to 2 μm or more, the semiconductor devices 100, 100A, and 100B according to the embodiment include an insertion layer 124 (●) Therefore, it can be seen that the degree of warping of the wafer is reduced than when the insertion layer 124 is not included (■).

전술한 바와 같이, 질화물 반도체층(120)에 삽입층(124)을 마련하지 않을 경우 소자부(130)의 두께가 2 ㎛ 이상으로 두껍게 성장하면 웨이퍼의 휨이 50 ㎛를 넘는 반면, 실시 예에 의하면 삽입층(124)을 마련함으로써 소자부(130)의 두께가 2 ㎛ 이상으로 두껍게 성장하는 경우에도 웨이퍼의 휨이 50 ㎛를 넘지 않을 수 있다.As described above, when the insertion layer 124 is not provided in the nitride semiconductor layer 120, when the thickness of the device portion 130 grows to 2 µm or more, the warpage of the wafer exceeds 50 µm. According to this, even if the thickness of the device portion 130 grows to 2 µm or more by providing the insertion layer 124, the warpage of the wafer may not exceed 50 µm.

실시 예에 의한 반도체 소자는 삽입층(124)을 배치하여 웨이퍼의 휨 정도를 개선함으로써 두껍게 성장된 소자층(130)을 포함할 수 있다. 그러므로, 실시 예의 반도체 소자(100, 100B)는 소자부(130)의 두께가 증가하여 전력 반도체 소자의 항복 전압(BV)이 증가하므로 양호한 소자 특성을 가질 수 있다.The semiconductor device according to the embodiment may include the thickly grown device layer 130 by arranging the insertion layer 124 to improve the degree of warping of the wafer. Therefore, the semiconductor devices 100 and 100B of the embodiment may have good device characteristics since the thickness of the device unit 130 increases and the breakdown voltage BV of the power semiconductor device increases.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments have been mainly described above, but this is merely an example, and the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art to which the present invention pertains are not exemplified above in the range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

100, 100A, 100B: 반도체 소자 110: 버퍼층
120: 질화물 반도체층 122: 제1 초격자층부
124: 삽입층 126: 제2 초격자층부
130: 130A, 130B: 소자부 132: 채널층
133: 제1 도전형 반도체층 134: 전자 공급부
135: 활성층 136: 코팅부
137: 제2 도전형 반도체층 138: 전극부
138G: 게이트 전극 138S: 소스 콘택
138D: 드레인 콘택
100, 100A, 100B: semiconductor element 110: buffer layer
120: nitride semiconductor layer 122: the first superlattice layer portion
124: insertion layer 126: second superlattice layer portion
130: 130A, 130B: element portion 132: channel layer
133: first conductive semiconductor layer 134: electron supply unit
135: active layer 136: coating
137: second conductivity type semiconductor layer 138: electrode portion
138G: gate electrode 138S: source contact
138D: drain contact

Claims (10)

기판;
상기 기판 위에 배치된 질화물 반도체층; 및
상기 질화물 반도체층 위에 배치된 소자부를 포함하고,
상기 질화물 반도체층은
상기 기판 위에 배치되며, AlXGa1-XN(0≤X<0.3)/AlYGa1-YN(0.8<Y≤1) 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가지고 Al의 함량이 많은 고저항 성분의 제1 초격자층부;
상기 제1 초격자층부 위에 배치되며, GaN 또는 AlGaN을 포함하여 100nm 내지 300 nm의 두께를 갖는 하나의 삽입층; 및
상기 삽입층 위에 배치되며, AlIGa1-IN(0.8<I≤1)/AlJGa1-JN(0≤J<0.3) 초격자층 페어가 적어도 한 번 중첩된 구조를 가지고 상기 제1 초격자층부보다 상대적으로 Al의 함량이 낮은 제2 초격자층부를 포함하고,
상기 삽입층은 상기 질화물 반도체층의 전체 길이(L)에서 0.4L 내지 0.7L 사이의 위치에 배치되고,
상기 삽입층에 포함된 AlGaN의 알루미늄(Al) 함량비는 0.1 이하인 반도체 소자.
Board;
A nitride semiconductor layer disposed on the substrate; And
And an element portion disposed on the nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor layer
Al X Ga 1-X N (0≤X<0.3)/Al Y Ga 1-Y N(0.8<Y≤1) superlattice layer pair is disposed on the substrate and has an overlapped structure at least once. A first superlattice layer portion having a high content of high resistance components;
One insertion layer disposed on the first superlattice layer portion and having a thickness of 100 nm to 300 nm including GaN or AlGaN; And
Al I Ga 1-I N (0.8<I≤1)/Al J Ga 1-J N(0≤J<0.3) superlattice layer pair is disposed on the insertion layer and has a structure overlapping at least once. And a second superlattice layer portion having a lower Al content than the first superlattice layer portion,
The insertion layer is disposed between 0.4L and 0.7L in the entire length (L) of the nitride semiconductor layer,
The aluminum (Al) content ratio of AlGaN included in the insertion layer is less than or equal to 0.1 semiconductor device.
제1 항에 있어서, 상기 삽입층은 불순물에 의해 도핑되고,
상기 불순물은 철(Fe), 탄소(carbon) 또는 아연(Zn) 중 적어도 하나를 포함된 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the insertion layer is doped with impurities,
The impurity is a semiconductor device including at least one of iron (Fe), carbon (carbon), or zinc (Zn).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 소자부는
상기 질화물 반도체층 위에 배치된 채널층;
상기 채널층 위에 배치된 전자 공급층;
상기 전자 공급층 위에 배치된 전극부를 포함하고,
상기 전극부는
게이트 전극;
상기 게이트 전극의 일측으로부터 이격되어 배치된 소스 콘택; 및
상기 게이트 전극의 타측으로부터 이격되어 배치된 드레인 콘택을 포함하는 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the element portion
A channel layer disposed on the nitride semiconductor layer;
An electron supply layer disposed on the channel layer;
It includes an electrode portion disposed on the electron supply layer,
The electrode portion
Gate electrode;
A source contact spaced apart from one side of the gate electrode; And
A semiconductor device including a drain contact spaced apart from the other side of the gate electrode.
제1 항에 있어서, 상기 소자부는
상기 질화물 반도체층 위에 배치된 제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 위에 배치된 활성층; 및
상기 활성층 위에 배치된 제2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the element portion
A first conductivity type semiconductor layer disposed on the nitride semiconductor layer;
An active layer disposed on the first conductive semiconductor layer; And
A semiconductor device including a second conductive type semiconductor layer disposed on the active layer.
KR1020130119387A 2013-10-07 2013-10-07 Semiconductor device KR102137743B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130119387A KR102137743B1 (en) 2013-10-07 2013-10-07 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130119387A KR102137743B1 (en) 2013-10-07 2013-10-07 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150040629A KR20150040629A (en) 2015-04-15
KR102137743B1 true KR102137743B1 (en) 2020-07-24

Family

ID=53031923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130119387A KR102137743B1 (en) 2013-10-07 2013-10-07 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102137743B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102608142B1 (en) * 2016-12-26 2023-11-30 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 Semiconductor device and lighting module having thereof
TWI762467B (en) * 2017-02-22 2022-05-01 晶元光電股份有限公司 Nitride semiconductor epitaxial stack structure and power device thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005527988A (en) * 2002-12-04 2005-09-15 エムコア・コーポレイション Gallium nitride base device and manufacturing method
JP2012009630A (en) * 2010-06-24 2012-01-12 Panasonic Corp Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5987288B2 (en) * 2011-09-28 2016-09-07 富士通株式会社 Semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005527988A (en) * 2002-12-04 2005-09-15 エムコア・コーポレイション Gallium nitride base device and manufacturing method
JP2012009630A (en) * 2010-06-24 2012-01-12 Panasonic Corp Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150040629A (en) 2015-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9899493B2 (en) High electron mobility transistor and method of forming the same
US9548376B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device including a barrier structure
US8772831B2 (en) III-nitride growth method on silicon substrate
US20130140525A1 (en) Gallium nitride growth method on silicon substrate
US8399273B2 (en) Light-emitting diode with current-spreading region
KR102011761B1 (en) GaN-BASED SCHOTTKY DIODE HAVING DUAL METAL, PARTIALLY RECESSED ELECTRODE
US9793367B2 (en) Ohmic contact to semiconductor
JP4474292B2 (en) Semiconductor device
US11387356B2 (en) Semiconductor structure and high-electron mobility transistor device having the same
US11929429B2 (en) Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same
EP2565930B1 (en) III-nitride semiconductor device
KR102137743B1 (en) Semiconductor device
US10714607B1 (en) High electron mobility transistor
JP4446869B2 (en) Heterojunction type III-V compound semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI740457B (en) Semiconductor structure and semiconductor device
KR101337615B1 (en) GaN-BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR AND THE FABRICATION METHOD THEREOF
KR101935928B1 (en) High Electron Mobility Transistor having Reduced Gate Leakage Current
US20230369480A1 (en) Electronic device employing two-dimensional electron gas with reduced leakage current
KR102087945B1 (en) Power semiconductor device
KR102113253B1 (en) Nitride based Semiconductor Device
WO2024011609A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing thereof
US20220005939A1 (en) Semiconductor device and fabrication method thereof
WO2023184199A1 (en) Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same
CN113594242A (en) Semiconductor structure and semiconductor device
CN117096231A (en) LED epitaxial structure and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant