KR20060022842A - 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터 - Google Patents

질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터 Download PDF

Info

Publication number
KR20060022842A
KR20060022842A KR1020040071616A KR20040071616A KR20060022842A KR 20060022842 A KR20060022842 A KR 20060022842A KR 1020040071616 A KR1020040071616 A KR 1020040071616A KR 20040071616 A KR20040071616 A KR 20040071616A KR 20060022842 A KR20060022842 A KR 20060022842A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gan layer
layer
effect transistor
field effect
doped
Prior art date
Application number
KR1020040071616A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100616619B1 (ko
Inventor
이재훈
이정희
Original Assignee
삼성전기주식회사
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 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020040071616A priority Critical patent/KR100616619B1/ko
Priority to US10/998,942 priority patent/US7400001B2/en
Publication of KR20060022842A publication Critical patent/KR20060022842A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100616619B1 publication Critical patent/KR100616619B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep 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
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66431—Unipolar field-effect transistors with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types 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
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types 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
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor 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
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/1033—Gallium nitride [GaN]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/10344—Aluminium gallium nitride [AlGaN]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

본 발명은 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터에 관한 것으로서, 기판 상에 형성된 고저항 질화물 반도체층과, 상기 고저항 질화물 반도체층 상에 형성되며, 0.1∼1%의 Al함량을 갖도록 Al이 도프된 GaN층과, 상기 Al이 도핑된 GaN층 상에 형성된 언도프된 GaN층과, 상기 언도프된 GaN층의 계면에 2차원 전자가스(2DEG)층이 형성되도록 상기 언도프된 GaN층 상에 형성된 AlGaN층을 포함하는 이종접합 전계효과 트랜지스터를 제공한다.
이종접합 전계효과 트랜지스터(hetero-junction field effect transistor: HFET), 질화물(nitride), 2차원 전자가스층(2DEG layer), 알루미늄(aluminum; Al)

Description

질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터{NITRIDE BASED HETERO-JUNCTION FEILD EFFECT TRANSISTOR}
도1은 종래의 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스트 구조를 나타낸다.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터 구조를 나타낸다.
도3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터를 나타낸다.
도4a 및 도4b는 각각 종래의 구조와 본 발명의 실시예에 대해 러킹커브의 FWHM(full wave half maximum)와 캐리어이동도 및 캐리어농도를 측정한 결과를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10,20,30: 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터
11,21,31: 사파이어기판 12,22,32: 버퍼층
13,23,33: 고저항 GaN층 25,35a,35b: Al이 도프된 GaN층
26,36a,36b: 언도프 GaN층 17,27,37: AlGaN층
18,28,38: 2차원 전자가스층 19a,29a,39a: 소스전극
19b,29b,39b: 게이트전극 19c,29c,39c: 드레인전극
본 발명은 이종접합 전계효과 트랜지스터에 관한 것으로서, 특히 고주파 특성이 향상된 고출력 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터에 관한 것이다.
최근에 이종접합 전계효과 트랜지스터(hetero-junction field effect transistor: HFET)는 고주파수, 고출력 전기소자로서의 요구에 만족하도록 질화물계 화합물 반도체로 제조되고 있다. 일반적으로, 질화물 반도체는 Si 또는 GaAs와 같은 통상의 반도체재료에 비해, 넓은 에너지 밴드갭과, 높은 열적, 화학적 안정도 및 높은 전자포화속도를 가지므로, 광소자뿐만 아니라 고주파, 고출력 전기소자로 널리 적용되고 있다.
상기 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터는 높은 항복전계(약 ∼3 ×106V/㎝), 높은 전자포화속도(약 ∼3 ×107㎝/sec) 및 높은 열적/화학적 안정도 등의 다양한 장점을 갖는다. 또한, 상기 질화물계 전계효과 트랜지스터에 구현되는 AlGaN/GaN의 이종접합구조는 접합계면의 큰 밴드불연속성에 기인하여 높은 농도의 전자가 유기될 수 있으므로, 전자이동도를 보다 향상시킬 수 있다.
도1에는 종래의 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터의 기본 구조가 예시되어 있다.
도1을 참조하면, 종래의 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터(HFET; 10)는 저온버퍼층(12)이 형성된 사파이어 기판(11)을 포함한다. 상기 버퍼층(12) 상에는 반절연 또는 고저항 GaN층(13)과 AlGaN층(17)이 형성된다. 상기 AlGaN층 상면의 양단에는 소스와 드레인전극(19a,19c)이 제공되고, 그 사이에 게이트전극(19b)이 제공된다.
상기 HFET구조에서, 상이한 밴드갭을 갖는 GaN층(13)과 AlGaN층(17)의 이종접합에 의해 2차원 전자가스(2DEG)층(18)이 형성된다. 여기서, 상기 게이트전극(19b)에 신호가 입력되면, 상기 2DEG층(18)에 의해 채널이 형성되어 소스와 드레인전극(19a,19c)간에 전류가 도통될 수 있다.
상기 GaN층(13)은 언도프된 GaN층으로 형성되며, 사파이어 기판(11)을 향한 누설전류를 방지하고 소자간의 분리를 위해서 비교적 높은 저항을 갖는 것이 바람직하다.
하지만, 보다 높은 저항을 갖도록 형성하기 위해서, 상기 GaN층(13)은 비교적 많은 결함을 포함하게 되고, 결과적으로 결정성이 감소될 수 밖에 없어 불순물 도핑없이 결함에 의한 캐리어농도가 증가되며 높은 이동도를 보장하기 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 최근에 사용되는 2단계(저온-고온)성장을 통해 반절연성 GaN층을 이용하는 방안이 제안되고 있으나, 2차로 고온성장하여 결정성을 향상시키고자 하더라도, 저온성장된 GaN부분의 낮은 결정성 정보에 기반하므로, 실질적으로 결정성을 향상시키기가 어렵다.
이와 같이, 종래 기술에서 GaN층의 저항성을 낮추는 과정에서 발생된 불가피한 채널층의 결정성로 인해, 오히려 HFET 소자의 DC와 RF의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있어 왔다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN을 적어도 1회 반복성장시킴으로써 결정성을 향상시키고, 이를 기반하여 전기적 특성이 우수해진 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,
기판 상에 형성된 고저항 질화물 반도체층과, 상기 고저항 질화물 반도체층 상에 형성되며, 0.1∼1%의 Al함량을 갖도록 Al이 도프된 GaN층과, 상기 Al이 도핑된 GaN층 상에 형성된 언도프된 GaN층과, 상기 언도프된 GaN층의 계면에 2차원 전자가스(2DEG)층이 형성되도록 상기 언도프된 GaN층 상에 형성된 AlGaN층을 포함하는 이종접합 전계효과 트랜지스터을 제공한다.
바람직하게, 상기 Al이 도프된 GaN층의 Al함량이 0.3∼0.6%범위일 수 있으 며, 상기 Al이 도프된 GaN층의 두께는 0.1∼1㎛위인 것이 바람직하다. 또한, 상기 언도프된 GaN층의 두께는 0.1∼1㎛범위인 것이 바람직하다.
보다 결정성을 향상시키기 위해서, 상기 언도프된 GaN층과 상기 AlGaN층 사이에 적어도 한 쌍의 Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 추가적으로 형성할 수 있다.
본 발명은 상기 고저항성 GaN층가 2단계 성장된 반절연성 GaN층과 함께 결정성 저하 문제를 개선하기 위한 방안으로 보다 유익하게 채용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터 구조를 나타낸다.
도2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터(20)는 버퍼층(22)이 형성된 기판(21)을 포함한다. 상기 기판은 대표적으로 사파이어기판일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 SiC와 같은 이종기판 또는 질화물기판과 같은 동종기판 등의 공지된 질화물 성장용 기판일 수 있으며, 상기 버퍼층(22)은 통상의 버퍼층으로 사용되는 저온성장 AlN 또는 GaN계 질화물층일 수 있다.
상기 버퍼층(22) 상에는 반절연 또는 고저항 GaN층(23)이 형성된다. 상기 고 저항 GaN층(23)은 저온성장되다가 연속적인 공정으로 고온성장된 GaN층일 수 있다. 예를 들어, 높은 저항성을 확보하기 위해서, 800∼950℃의 온도에서 1차 성장한 후에, 단결정성장온도인 1000∼1100℃로 상승시켜 2차 성장시킨 2단계 GaN층(23)일 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 상기 고저항 GaN층(23) 상에 Al이 도프된 GaN층(25)과 언도프된 GaN층(26)이 순차적으로 형성된다. 상기 언도프된 GaN층(26) 상에 AlGaN층(27)을 형성한 후에, 상기 AlGaN층(27) 상면의 양단에는 소스와 드레인전극(29a,29c)이 제공되고, 그 사이에 게이트전극(29b)이 제공된다. 이러한 HFET구조(20)에서, 상이한 밴드갭을 갖는 언도프된 GaN층(26)과 AlGaN층(27)의 이종접합에 의해 2차원 전자가스(2DEG)층(28)이 형성된다.
본 발명에서 추가적으로 채용된 상기 Al이 도프된 GaN층(25)과 상기 언도프된 GaN층은 결정성을 향상시키는 동시에, HFET의 전기적 특성을 개선하는 역할을 한다.
보다 구체적으로, 상기 Al이 도프된 GaN층(25)은 도프된 Al에 의해 결함으로서 존재하는 갈륨공격자(Ga vacancy)를 페시베이션시킴으로써, 2차원 또는 3차원의 전위로서의 성장이 억제되어 우수한 결정성을 가질 수 있다. 따라서, 고저항 GaN층(23)으로부터 낮은 결정성 정보를 차단시키고 우수한 결정이 성장될 수 있는 기반을 마련할 수 있다. 여기서, Al의 도핑량은 1%함량을 초과하지 않으며, 충분한 결 정성 향상효과와 과량 도핑에 의한 악영향을 방지하기 위해서, 바람직하게는 Al함량이 0.1∼1%, 보다 바람직하게는 0.3∼0.6%, 가장 바람직하게는 약 4.5%가 되는 범위에서 도핑할 수 있다.
또한, 상기 언도프된 GaN층(26)은 상기 Al이 도프된 GaN층(25)에 의해 개선된 결정성 정보를 기초하여 보다 우수한 결정성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 AlGaN층(27)과의 이종접합에 의해 상기 언도프된 GaN층(26)의 계면에 형성된 2차원 전자가스층(28)은 이동도측면에서 보다 개선된 특성을 가질 수 있다.
본 발명에서 채용되는 Al이 도프된 GaN층(25)과 언도프된 GaN층(26)의 두께는 각각 0.1∼1㎛범위로 하는 것이 바람직하다. 0.1㎛미만일 경우에는 충분한 성장이 이루어지지 않아 결정성 향상의 효과를 기대하기 어려우며, 1㎛을 초과하는 경우에는 그 결정성향상효과가 거의 포화된 상태에서 소자크기의 증가를 가져오므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 AlGaN층과 이종접합을 형성하기 위해서, 상기 언도프된 GaN층(26)을 추가적으로 형성하는 이유는, 결정성의 추가적인 향상뿐만 아니라, 고온작동시에 발생될 수 있는 이동도 감소문제를 해결하기 위함이다. 즉, Al이 도프된 GaN층(25)과 AlGaN층(27)의 이종접합을 통해 2차원 전자가스층을 형성하는 경우에는 고온에서 소량이라도 도프된 Al이 스캐터링 센터(scattering center)로 작용될 수 있어, 실질적인 캐리어 이동도를 저하시킬 수 있기 때문이다.
이와 같이, 본 발명에서는 Al이 도프된 GaN층(25)과 언도프된 GaN층(26)을 통해 고저항 GaN층(23)에 의해 문제되는 결정성 저하문제를 해결하고, 이동도를 증가시킴으로써 HFET소자(20)의 전기적 특성을 크게 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 결정성 향상효과를 보다 증가시키기 위해서, 적어도 한 쌍의 Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 고저항 GaN층과 Al이 도프된 GaN층 사이에 추가적으로 채용할 수 있다. 이러한 실시형태는 도3을 참조하여 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터를 나타낸다.
도3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터(30)는 버퍼층(32)이 형성된 기판(31)을 포함한다. 상기 버퍼층(32) 상에는 기판과 소자간의 전기적 분리를 위해서 반절연 또는 고저항 GaN층(33)이 형성된다. 상기 고저항 GaN층 상에는 본 발명에서 채택된 Al이 도프된 GaN층(35a,35b)과 언도프된 GaN층(36a,36b)이 각각 2개씩 교대로 형성되며, 최종 언도프된 GaN층(36) 상에는 2DEG층(38)을 형성하기 위한 AlGaN층(37)이 형성된다. 또한, 상기 AlGaN층(37) 상면의 양단에는 소스와 드레인전극(39a,39c)이 제공되고, 그 사이에 게이트전극 (39b)이 제공된다.
상기 기판(31)은 사파이어기판 또는 SiC와 같은 공지된 이종기판 또는 질화물로 구성된 동종기판일 수 있다. 상기 버퍼층(32)은 저온성장 AlN 또는 GaN계 질화물층일 수 있으며, 상기 고저항 GaN층(33)은 앞서 설명한 2단계 성장된 고저항 GaN층일 수 있으며, 이러한 2단계 성장된 고저항 GaN층(33)은 많은 양의 결정결함을 내포한 하부층(저온성장층)과 비교적 결정결함이 적은 상부층(고온성장층)을 포함하는 것으로 나타난다.
본 실시형태는 상기 고저항 GaN층(33) 상에 각각 2개의 Al이 도프된 GaN층(35a,35b)과 언도프된 GaN층(36a,36b)을 교대로 형성된 구조를 갖는다. 도3에 도시된 실시형태에서 Al이 도프된 GaN층(35a)과 언도프된 GaN층(36a)이 상기 고저항 GaN층(33)으로부터 낮은 결정성 정보를 차단하여 우수한 결정성을 확보하는 역할을 하는 것과 유사하게, Al이 도프된 GaN층(35b)과 언도프된 GaN층(36b)은 이미 개선된 결정성 정보를 보다 더 향상시킴으로써 보다 우수한 결정성을 제공할 수 있다.
따라서, 최종적으로 AlGaN층(37)과 이종접합을 형성하는 언도프된 GaN층(36b)은 한층 더 우수한 결정성을 가지며, 이러한 우수한 결정성으로 인해, 그 계면에 형성된 2DEG층(38)에서 결함에 의한 캐리어농도를 감소시키고 보다 높은 캐리어 이동도를 보장할 수 있다.
본 실시형태에서도, 도3과 유사하게 상기 언도프된 GaN층(36b)을 AlGaN층과 이종접합시킴으로써, 고온작동시에 발생될 수 있는 이동도 감소문제를 해결한다.
(실시예)
본 실시예는 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터에서 AlGaN층과 이종접합을 형성하는 언도프된 GaN층의 결정성 향상과 그로 인한 캐리어농도(불순물도핑이 아닌 결함으로 인한 캐리어)의 감소 및 이동도 증가를 확인하기 위해서 실시되었다.
우선, 사파이어기판 상에 버퍼층으로서 저온성장된 GaN층을 형성한 후에, 약 2㎛의 고저항 GaN층을 성장하되, 그 조건을 약 900℃에서 약 1분간 1차 성장한 후에 약 1050℃온도로의 상승구간에서 2분간 성장하고, 1050℃온도를 유지하여 약 40분간 2차 성장시키는 2단계 성장공정을 채택하였다. 이와 동일한 방식으로 4개의 샘플(A,B,C,D)을 마련하였다.
이어, 제2 샘플(B)의 경우에는 약 2㎛의 Al이 도프된 GaN층을 형성하였으며, 제3 샘플(C)에서는 본 발명의 일실시형태에 따라 각각 약 1㎛인, Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 형성하였다. 또한, 제4 샘플(D)의 경우에는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 각각 약 0.5㎛인, Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 교대로 2쌍으로 형성하였다.
이와 같이, 제조된 각 샘플의 최상부층은 최종적으로 AlGaN층과 이종접합에 의해 그 계면에 2DEG층이 형성될 층으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 샘플은 종래의 구조(도1 참조)와 동일한 형태로 이해될 수 있으며, 상기 제3 및 제4 샘플은 본 발명의 각 실시형태(각각 도2 및 도3 참조)로 이해될 수 있다. 이와 같이, 각 샘플이 최상부층은 2DEG층이 형성될 층이므로, 그 결정성과 그에 따른 이동도가 완성될 HFET구조의 전기적 특성을 결정하는 중요한 역할을 한다.
각 샘플의 최상부층에 대해 결정성과 캐리어 이동도 및 농도를 측정하였다.측정된 결과를 도4a 및 도4b에서 그래프로 도시하였다. 도4a는 러킹커브(rocking curve)의 FWHM을 나타내며, 도4b는 캐리어이동도 및 캐리어농도를 나타낸다.
우선, 도4a를 참조하면, 종래의 구조에 채용되는 제1 샘플(A)의 경우에는 매우 낮은 결정성을 갖는데 반해, Al이 도프된 GaN층만을 사용한 제2 샘플(B)은 비교적 높은 결정성이 가지며, 본 발명에 따른 제3 및 제4 샘플(C, D)의 경우에 보다 더 결정성이 향상됨을 알 수 있다. 특히, Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 교대로 2회 반복 형성한 제4 샘플(D)에서 가장 좋은 결정성을 나타내어, 적층횟수를 증가시킴으로써 결정성을 추가로 향상시킬 수 있다는 사실이 확인되었다.
또한, 도4b와 같이, 캐리어이동도 및 캐리어농도 측면에서 종래의 제1 샘플(A)에서는 이동도는 매우 낮고 캐리어농도는 매우 높은데 반해, 제2 샘플에서는 이동도가 증가되고, 본 발명에 따른 제3 및 제4 샘플(C,D)에서는 이동도가 보다 더 증가하여, 제4 샘플(D)인 경우에, 캐리어이동도는 600㎠/Vs에 가깝게 증가하고, 캐 리어농도는 1015/㎤로 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 도핑되지 않은 결정에서 캐리어농도가 낮아진다는 것은 캐리어로 작용하는 결함이 감소하여 결정성이 향상되었다는 것을 나타나낸다.
물론, Al이 도프된 GaN층만을 사용한 제2 샘플(B)에서도 결정성과 캐리어 이동도 및 농도에서 종래의 예인 제1 샘플(A)에 비해 큰 향상을 나타내었으나, 본 발명에 따른 제3 및 제4 샘플(C,D)에 비해 그 정도가 작으며, 상기 제2 샘플(B)을 HFET에 채용한 경우에는 앞서 설명한 바와 같이, 도프된 Al이 고온에서 스캐터링센터를 작용하여 오히려 채널층으로서 기능을 저해할 우려가 있으므로, 본 발명에 따른 제3 및 제4 샘플(C,D)과 같이 Al이 도프된 GaN층 위에 AlGaN층과 이종접합될 층으로서 언도프된 GaN층을 형성하는 것이 요구된다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 낮은 결정성을 갖는 고저항 GaN층 상에 Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 추가로 형성함으로써 결정성을 개선하는 동시에, HFET소자의 DC와 RF의 전기적 특성을 크게 향상시킨 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판 상에 형성된 고저항 질화물 반도체층;
    상기 고저항 질화물 반도체층 상에 형성되며, 0.1∼1%의 Al함량을 갖도록 Al이 도프된 GaN층;
    상기 Al이 도핑된 GaN층 상에 형성된 언도프된 GaN층; 및,
    상기 언도프된 GaN층의 계면에 2차원 전자가스(2DEG)층이 형성되도록 상기 언도프된 GaN층 상에 형성된 AlGaN층을 포함하는 이종접합 전계효과 트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Al이 도프된 GaN층의 Al함량이 0.3∼0.6%임을 특징으로 하는 이종접합 전계효과 트랜지스터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Al이 도프된 GaN층의 두께는 0.1∼1㎛범위임을 특징으로 하는 이종접합 전계효과 트랜지스터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 언도프된 GaN층의 두께는 0.1∼1㎛범위임을 특징으로 하는 이종접합 전계효과 트랜지스터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고저항 GaN층과 상기 Al이 도프된 GaN층 사이에 순차적으로 형성된 적어도 한 쌍의 Al이 도프된 GaN층과 언도프된 GaN층을 더 포함함을 특징으로 하는 이종접합 전계효과 트랜지스터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고저항성 GaN층은 저온성장과 연속적인 고온성장을 통해 얻어진 반절연성 GaN층인 것을 특징으로 하는 이종접합 전계효과 트랜지스터.
KR1020040071616A 2004-09-08 2004-09-08 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터 KR100616619B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040071616A KR100616619B1 (ko) 2004-09-08 2004-09-08 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터
US10/998,942 US7400001B2 (en) 2004-09-08 2004-11-30 Nitride based hetero-junction field effect transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040071616A KR100616619B1 (ko) 2004-09-08 2004-09-08 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060022842A true KR20060022842A (ko) 2006-03-13
KR100616619B1 KR100616619B1 (ko) 2006-08-28

Family

ID=35995316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040071616A KR100616619B1 (ko) 2004-09-08 2004-09-08 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7400001B2 (ko)
KR (1) KR100616619B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912592B1 (ko) * 2007-09-19 2009-08-19 전자부품연구원 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법
KR101041729B1 (ko) * 2009-02-04 2011-06-14 주식회사 엘지실트론 ＡｌＧａＮ／ＧａＮ 이종접합 구조를 가지는 반도체 기판 및 이를 이용한 이종접합 전계효과 트랜지스터
KR20220020817A (ko) * 2019-05-15 2022-02-21 차이나 일렉트로닉스 테크놀로지 그룹 코포레이션 넘버 55 리서치 인스티튜트 갈륨 질화물 고전자이동도 전계효과 트랜지스터의 계면 열저항 감소를 위한 에피택셜 성장 방법

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2316076C1 (ru) * 2006-11-14 2008-01-27 Закрытое Акционерное Общество "Светлана-Рост" Полупроводниковая гетероструктура полевого транзистора
WO2009058842A1 (en) * 2007-10-30 2009-05-07 Moxtronics, Inc. High-performance heterostructure fet devices and methods
FR2930091B1 (fr) * 2008-04-09 2011-10-28 Schneider Electric Ind Sas Systeme a relais statique comprenant deux transistors de type jfet en serie
WO2010051536A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 The Regents Of The University Of California Method of fabricating semi-insulating gallium nitride using an aluminum gallium nitride blocking layer
JP5412093B2 (ja) * 2008-11-20 2014-02-12 サンケン電気株式会社 半導体ウェハ製造方法及び半導体装置製造方法
JP2011228442A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Hitachi Cable Ltd 窒化物系半導体ウエハ及び窒化物系半導体デバイス
KR20130004760A (ko) * 2011-07-04 2013-01-14 삼성전자주식회사 파워소자 및 이의 제조방법
JP5987288B2 (ja) * 2011-09-28 2016-09-07 富士通株式会社 半導体装置
KR101256467B1 (ko) * 2012-02-06 2013-04-19 삼성전자주식회사 질화물계 이종접합 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101256466B1 (ko) * 2012-02-06 2013-04-19 삼성전자주식회사 질화물계 이종접합 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101388721B1 (ko) * 2012-10-26 2014-04-25 삼성전기주식회사 반도체 소자
JP5707463B2 (ja) * 2013-09-30 2015-04-30 株式会社豊田中央研究所 半導体装置とその製造方法
US10770620B2 (en) 2018-06-14 2020-09-08 Glo Ab Epitaxial gallium nitride based light emitting diode and method of making thereof
KR20210055021A (ko) 2019-11-06 2021-05-14 명지대학교 산학협력단 고이동도 트랜지스터 기반 바이오센서
KR20220081201A (ko) 2020-12-08 2022-06-15 한국공학대학교산학협력단 N형 불순물이 도핑된 고전자 이동도 트랜지스터 및 이의 제조 방법
US20220199813A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Qorvo Us, Inc. High electron mobility transistor device having an aluminum-doped buffer layer

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6440823B1 (en) * 1994-01-27 2002-08-27 Advanced Technology Materials, Inc. Low defect density (Ga, Al, In)N and HVPE process for making same
US5843590A (en) * 1994-12-26 1998-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Epitaxial wafer and method of preparing the same
WO1997026680A1 (fr) * 1996-01-19 1997-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteur a base de composes de nitrure de gallium et procede de fabrication d'un semi-conducteur a base de composes de nitrure de gallium
KR100571071B1 (ko) * 1996-12-04 2006-06-21 소니 가부시끼 가이샤 전계효과트랜지스터및그제조방법
US6261931B1 (en) * 1997-06-20 2001-07-17 The Regents Of The University Of California High quality, semi-insulating gallium nitride and method and system for forming same
US6316793B1 (en) * 1998-06-12 2001-11-13 Cree, Inc. Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates
US6586781B2 (en) * 2000-02-04 2003-07-01 Cree Lighting Company Group III nitride based FETs and HEMTs with reduced trapping and method for producing the same
US6624452B2 (en) * 2000-07-28 2003-09-23 The Regents Of The University Of California Gallium nitride-based HFET and a method for fabricating a gallium nitride-based HFET
JP2002075880A (ja) * 2000-09-01 2002-03-15 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体層の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法
US6630692B2 (en) * 2001-05-29 2003-10-07 Lumileds Lighting U.S., Llc III-Nitride light emitting devices with low driving voltage
US7919791B2 (en) * 2002-03-25 2011-04-05 Cree, Inc. Doped group III-V nitride materials, and microelectronic devices and device precursor structures comprising same
US7112830B2 (en) * 2002-11-25 2006-09-26 Apa Enterprises, Inc. Super lattice modification of overlying transistor
US7098490B2 (en) * 2003-06-02 2006-08-29 Hrl Laboratories, Llc GaN DHFET

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912592B1 (ko) * 2007-09-19 2009-08-19 전자부품연구원 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법
KR101041729B1 (ko) * 2009-02-04 2011-06-14 주식회사 엘지실트론 ＡｌＧａＮ／ＧａＮ 이종접합 구조를 가지는 반도체 기판 및 이를 이용한 이종접합 전계효과 트랜지스터
KR20220020817A (ko) * 2019-05-15 2022-02-21 차이나 일렉트로닉스 테크놀로지 그룹 코포레이션 넘버 55 리서치 인스티튜트 갈륨 질화물 고전자이동도 전계효과 트랜지스터의 계면 열저항 감소를 위한 에피택셜 성장 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100616619B1 (ko) 2006-08-28
US20060049426A1 (en) 2006-03-09
US7400001B2 (en) 2008-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100616619B1 (ko) 질화물계 이종접합 전계효과 트랜지스터
KR101620987B1 (ko) 갈륨 나이트라이드 완충층에서의 도펀트 확산 변조
JP5355888B2 (ja) キャップ層および埋込みゲートを有する窒化物ベースのトランジスタを作製する方法
US7859014B2 (en) Semiconductor device
JP5634681B2 (ja) 半導体素子
WO2017114296A1 (zh) 一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管
US9419125B1 (en) Doped barrier layers in epitaxial group III nitrides
JP2009507396A (ja) フッ素処理を用いたロバストトランジスタ
JP2002076329A (ja) 半導体装置
JP2002076023A (ja) 半導体装置
WO2015008430A1 (ja) 半導体装置
WO2014031229A1 (en) Ingan channel n-polar gan hemt profile
CN102623494A (zh) 氮化物半导体装置及其制造方法
JP2015135946A (ja) 窒化物半導体素子及びその製造方法
JP2012015304A (ja) 半導体装置
KR20150091705A (ko) 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR102111459B1 (ko) 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법
US20110254055A1 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
KR101256467B1 (ko) 질화물계 이종접합 반도체 소자 및 그 제조 방법
WO2018098952A1 (zh) 氮化镓基外延结构、半导体器件及其形成方法
KR101038836B1 (ko) 질화계 이종접합 전계효과 트랜지스터 제조방법
RU2316076C1 (ru) Полупроводниковая гетероструктура полевого транзистора
US10971610B2 (en) High electron mobility transistor
US20160211358A1 (en) Semiconductor device
RU2534442C1 (ru) Способ изготовления мощного свч-транзистора

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130624

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140701

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee