KR20130010823A - Nitride electronic device and method for manufacturing it - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nitride electronic device and a manufacturing method thereof are provided to implement an integrated circuit with various properties on a single substrate by using design technology and unit process with a structure of a different channel layer and a barrier layer. CONSTITUTION: A low temperature buffer layer(102) is formed on a sapphire substrate(101). A first semi-insulating GaN layer(103) is formed on the low temperature buffer layer. A first channel layer(104) for an electron transfer is formed on the first semi-insulating GaN layer. A first barrier layer(105) is formed on the first channel layer. A second semi-insulating GaN layer(107) is formed on the sidewall of the first barrier layer and the first channel layer. A second channel layer(108) and a second barrier layer(109) are formed on the second semi-insulating GaN layer.

Description

질화물 전자소자 및 그 제조 방법 {Nitride electronic device and method for manufacturing it}Nitride electronic device and its manufacturing method {Nitride electronic device and method for manufacturing it}

본 발명은 질화물 전자소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 갈륨(Gallium: Ga), 알루미늄(Aluminum: Al), 인듐(Indium: In) 등의 3족 원소 및 질소를 포함하는 3족 질화물(III-Nitride) 반도체 전자소자에서 사용되는 반절연성 질화갈륨(GaN)층의 재성장 기술(Epitaxially Lateral Over-Growth: ELOG)을 통해 다양한 형태의 질화물 집적구조를 동일 기판 위에 구현할 수 있는 질화물 전자소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride electronic device and a method for manufacturing the same. Specifically, a group III nitride including a group III element such as gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), and nitrogen. (III-Nitride) Nitride electronic devices capable of implementing various types of nitride integrated structures on the same substrate through epitaxially lateral over-growth (ELOG) of semi-insulating gallium nitride (GaN) layers used in semiconductor electronic devices. The manufacturing method is related.

질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체는 직접 천이형 반도체로서, 가시광선에서 자외선까지 파장 제어가 가능하다. 질화갈륨계 화합물 반도체는 열적 화학적 안정성이 높고, 전자 이동도 및 포화 전자속도도 높다. 질화갈륨계 화합물 반도체는 큰 에너지 밴드 갭 등 기존의 갈륨비소(GaAs) 및 인듐인(InP)계 화합물 반도체에 비하여 뛰어난 물성이 있다. 이러한 특성을 바탕으로 질화갈륨계 화합물 반도체는 가시광 영역의 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode: LD) 등의 광소자, 고출력 및 고주파 특성이 요구되는 차세대 무선통신 및 위성통신 시스템과 같이 기존의 화합물 반도체로는 한계성을 가지는 분야로 그 응용범위가 확대되고 있다.Gallium nitride (GaN) compound semiconductors are direct transition semiconductors and can control wavelengths from visible light to ultraviolet light. Gallium nitride compound semiconductors have high thermal and chemical stability, and have high electron mobility and saturated electron velocity. Gallium nitride compound semiconductors have superior physical properties compared to conventional gallium arsenide (GaAs) and indium phosphorus (InP) compound semiconductors such as large energy band gaps. Based on these characteristics, gallium nitride compound semiconductors are optical devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) in the visible region, and next generation wireless and satellite communications requiring high power and high frequency characteristics. Existing compound semiconductors, such as systems, are being expanded to applications with limitations.

질화갈륨계 전자소자는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN), 인듐 알루미늄 질화물(InAlN) 및 알루미늄 질화물(AlN)등으로 구성되는 장벽층(barrier layer), 전자의 이동 통로로 사용되는 채널층(channel layer), 소자간 분리와 누설전류 감소를 위한 반절연층(semi-insulating layer)으로 구성되는 에피구조와 저저항 금속물질에 의한 오믹접촉(ohmic contact), 높은 장벽전위를 가지는 쇼트키 접촉(schottky contact) 등의 공정기술 및 고주파 동작, 전류 동작 범위를 결정하는 소자설계 등에 의하여 그 성능이 결정된다. The gallium nitride-based electronic device includes a barrier layer composed of aluminum gallium nitride (AlGaN), indium aluminum nitride (InAlN), and aluminum nitride (AlN), a channel layer used as an electron transport path, Epi-structure consisting of semi-insulating layer for device isolation and leakage current reduction, ohmic contact by low-resistance metal material, schottky contact with high barrier potential, etc. The performance is determined by the process technology, the high frequency operation, and the device design to determine the current operating range.

그러나 단일 기판 위에 다양한 특성이 있는 집적구조를 동시에 구현하기 위해서는 에피구조의 설계, 소자 공정 및 소자 설계에 있어서 다양한 제약조건이 따르게 되며, 이는 GaN 기반의 전자소자 구현에 장애요소가 되고 있다. However, in order to simultaneously implement an integrated structure having various characteristics on a single substrate, various constraints are placed on the design of the epi structure, the device process, and the device design, which are obstacles to the GaN-based electronic device implementation.

따라서 GaN 기반의 전계효과 트랜지스터(FET)를 제작하기 위해서는 단일 기판 위에 다양한 FET 소자를 제작할 수 있는 에피구조, 공정기술 및 소자설계 기술의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, in order to fabricate GaN-based field effect transistors (FETs), it is necessary to develop epistructures, process technologies, and device design technologies that can manufacture various FET devices on a single substrate.

본 발명은 상기의 필요성을 위해 창안된 것으로서, 반절연층인 GaN층을 이용한 재성장 기술과 재성장을 통하여 서로 다른 채널층과 장벽층 구조를 갖는 단위공정 및 설계기술을 이용하여 단일 기판 위에 다양한 특성을 갖는 집적 구조가 구현된 전자소자 및 이를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised for the above necessity, and it is possible to achieve various characteristics on a single substrate by using a reprocessing technology using a GaN layer, which is a semi-insulating layer, and a unit process and design technology having different channel layer and barrier layer structures through regrowth. An object of the present invention is to provide an electronic device having an integrated structure and a method of manufacturing the same.

이를 위하여, 본 발명에 따른 질화물 전자소자는, 기판상에 저온 완충층, 제1 반절연성 질화물층, 제1 채널층 및 제1 장벽층이 순차적으로 적층되고 상기 제1 반절연성 질화물층의 일부가 식각된 제1 질화물 집적구조와, 상기 제1 반절연성 질화물층의 일부 식각된 부분에 제2 반절연성 질화물층, 제2 채널층 및 제2 장벽층이 순차적으로 적층된 제2 질화물 집적구조를 포함한다.To this end, in the nitride electronic device according to the present invention, a low temperature buffer layer, a first semi-insulating nitride layer, a first channel layer, and a first barrier layer are sequentially stacked on a substrate, and a portion of the first semi-insulating nitride layer is etched. A first nitride integrated structure and a second nitride integrated structure in which a second semi-insulating nitride layer, a second channel layer, and a second barrier layer are sequentially stacked on portions of the first semi-insulating nitride layer. .

또한, 본 발명에 따른 질화물 전자소자의 제조방법은, 기판상에 저온 완충층, 제1 반절연성 질화물층, 제1 채널층 및 제1 장벽층이 순차적으로 적층된 에피구조를 형성하는 단계와, 상기 제1 장벽층에 패턴 형성을 위한 제1 유전층을 적층하고 상기 제1 장벽층, 상기 제1 채널층 및 상기 제1 반절연성 질화물층의 일부를 식각하는 단계와, 상기 식각된 제1 반절연성 질화물층에 제2 반절연성 질화물층을 재성장시키는 단계와, 상기 제2 반절연성 질화물층에 제2 채널층 및 제2 장벽층을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 제2 장벽층에 패턴 형성을 위한 제2 유전층을 적층하고 상기 제2 장벽층, 상기 제2 채널층 및 상기 제2 반절연성 질화물층을 식각하는 단계와, 상기 제1 및 제2 유전층을 제거하고 상기 제1 및 제2 장벽층에 금속 전극층을 적층하는 단계를 포함한다.In addition, the method for manufacturing a nitride electronic device according to the present invention comprises the steps of forming an epi structure in which the low temperature buffer layer, the first semi-insulating nitride layer, the first channel layer and the first barrier layer are sequentially stacked on the substrate; Stacking a first dielectric layer for pattern formation on the first barrier layer and etching a portion of the first barrier layer, the first channel layer, and the first semi-insulating nitride layer, and etching the etched first semi-insulating nitride layer Regrowing a second semi-insulating nitride layer on the layer, sequentially laminating a second channel layer and a second barrier layer on the second semi-insulating nitride layer, and forming a pattern on the second barrier layer. Stacking a second dielectric layer and etching the second barrier layer, the second channel layer and the second semi-insulating nitride layer, removing the first and second dielectric layers and removing metal from the first and second barrier layers Laminating an electrode layer The.

본 발명은, 전자소자에서 소자 간 분리 및 누설전류를 제한하는 반절연성 GaN층을 이용하여 여러 가지 소자를 집적함으로써 아래와 같은 다양한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, various effects can be obtained by integrating various devices using a semi-insulating GaN layer that limits separation and leakage current between devices in an electronic device.

단일 기판 위에 재성장 기술을 이용하여 다양한 형태의 소자를 동시에 제작하는 화합물 반도체 집적회로를 구현할 수 있게 된다. Using a regrowth technology on a single substrate, compound semiconductor integrated circuits that simultaneously fabricate various types of devices can be realized.

서로 다른 이종의 에피구조를 성장할 수 있기 때문에, 서로 다른 동작 주파수를 가지는 고주파 소자들의 집적화, 장벽층의 두께 조절을 통한 공핍형 모드(normally-on) 및 증가형 모드(normally-off) 소자의 집적화, 채널층과 장벽층으로 구성되는 고주파 소자와 채널층으로 구성되는 고전류 소자 또는 쇼트키 다이오드의 집적화 등 다양한 형태의 전자소자를 필요에 따라 형성할 수 있다.Since different types of epi-structures can be grown, integration of high frequency devices having different operating frequencies, integration of depleted mode (normally-on) and incremental mode (normally-off) devices by controlling the thickness of the barrier layer In addition, various types of electronic devices, such as a high frequency device composed of a channel layer and a barrier layer and a high current device composed of a channel layer or a Schottky diode, can be formed as necessary.

또한, 전자소자를 수직방향으로 집적하게 됨으로써 기존의 수평적 소자배열에 비하여 동일 면적에 소자의 집적도를 향상시킬 수 있게 되며, 반도체 집적공정을 이용할 경우 수평 방향으로 표면 평탄화를 이루면서 수직방향으로 소자를 집적할 수 있는 장점을 가지게 된다.In addition, by integrating the electronic device in the vertical direction, it is possible to improve the integration of the device in the same area compared to the existing horizontal device arrangement, and in the semiconductor integration process, the device is moved in the vertical direction while making the surface flat in the horizontal direction. The advantage is that it can be integrated.

도 1 은 본 발명에 따른 GaN 전자소자의 단면 구조도.
도 2 내지 9는 본 발명에 따른 GaN 전자소자의 제조방법에 대한 공정 흐름도.
도 10은 도 1의 GaN 전자소자 구조에서 제 1 채널층 및 제2 채널층이 생략되어 각각 장벽층으로만 구성된 GaN 전자소자의 단면 구조도.
도 11은 도 1의 GaN 전자소자 구조에서 제1 집적구조는 채널층으로만 구성되고, 제2 집적구조는 채널층과 장벽층으로 구성된 GaN 전자소자의 단면 구조도.
도 12는 도 1의 GaN 전자소자 구조에서 제1 집적구조는 채널층과 장벽층으로 구성되고, 제2 집적구조는 채널층으로만 구성된 GaN 전자소자의 단면 구조도.
도 13은 도 1의 GaN 전자소자 구조에서 제1 장벽층 및 제2 장벽층이 모두 생략되어 각각 채널층으로만 구성된 GaN 전자소자의 단면 구조도.
1 is a cross-sectional structural view of a GaN electronic device according to the present invention.
2 to 9 is a process flow diagram for a method of manufacturing a GaN electronic device according to the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional structure diagram of a GaN electronic device in which the first channel layer and the second channel layer are omitted in the GaN electronic device structure of FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional structural view of a GaN electronic device in which the first integrated structure includes only a channel layer and the second integrated structure includes a channel layer and a barrier layer in the GaN electronic device structure of FIG. 1.
12 is a cross-sectional structural view of a GaN electronic device in which the first integrated structure includes a channel layer and a barrier layer, and the second integrated structure includes only a channel layer in the GaN electronic device structure of FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional structural view of a GaN electronic device in which the first barrier layer and the second barrier layer are omitted in the GaN electronic device structure of FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration of the present invention and the operation and effect thereof will be clearly understood through the following detailed description.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.Prior to the detailed description of the present invention, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and the known components will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may obscure the gist of the present invention. do.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 GaN 전자소자의 단면도를 나타낸 것이다.1 is a cross-sectional view of a GaN electronic device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 GaN 전자소자는 사파이어 기판(101), 저온 완충(Buffer)층(102), 제1 반절연성(semi-insulating) GaN층(103), 제1 채널층(Channel layer)(104), 제1 장벽층(Barrier layer)(105), 제2 반절연성 GaN층(107), 제2 채널층(108), 제2 장벽층(109), 오믹접촉층-소스 전극층(111), 오믹접촉층-드레인 전극층(112), 쇼트키접촉층-게이트 전극층(113)을 포함한다. As shown in FIG. 1, a GaN electronic device according to an embodiment of the present invention may include a sapphire substrate 101, a low temperature buffer layer 102, a first semi-insulating GaN layer 103, A first channel layer 104, a first barrier layer 105, a second semi-insulating GaN layer 107, a second channel layer 108, a second barrier layer 109, An ohmic contact layer-source electrode layer 111, an ohmic contact layer-drain electrode layer 112, and a Schottky contact layer-gate electrode layer 113.

본 발명의 실시 예에 따르면, GaN 전자소자의 소자분리 및 누설전류 감소를 위하여 제2 반절연성 GaN층(107)을 사용하며, 제2 반절연성 GaN층(107)의 재성장 공정을 통하여 제1 및 제2 GaN 집적구조 사이의 전기적 절연 및 소자분리 특성을 구현함으로써, 동일 기판 위에 동종 또는 이종의 다양한 소자들을 함께 구현할 수 있는 전자소자를 제작할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the second semi-insulating GaN layer 107 is used for device isolation and reducing the leakage current of the GaN electronic device, and the first and the second semi-insulating GaN layer 107 are re-grown. By implementing the electrical insulation and device isolation characteristics between the second GaN integrated structure, it is possible to manufacture an electronic device that can implement a variety of devices of the same or different types on the same substrate.

도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 GaN 전자소자의 제조공정을 나타낸 것이다. 2 to 9 illustrate a manufacturing process of a GaN electronic device according to an embodiment of the present invention.

GaN 전자소자의 제조공정을 살펴 보면, 먼저 기본적인 에피구조를 형성한다. 에피구조는 사파이어 기판(101) 상에 저온 완충층(102), 제 1 반절연성 GaN층(103), 전자 이동을 위한 제 1 채널층(104), 이차원 전자가스층(2-dimensional electron gas: 2-DEG)을 형성하는 제 1 장벽층(105)을 순차적으로 적층하여 형성된다. Looking at the manufacturing process of the GaN electronic device, first to form a basic epi structure. The epitaxial structure includes a low temperature buffer layer 102, a first semi-insulating GaN layer 103, a first channel layer 104 for electron transfer, and a two-dimensional electron gas layer on the sapphire substrate 101. It is formed by sequentially stacking the first barrier layer 105 forming DEG).

이후 소자 집적을 위한 식각공정을 위하여 제1 SiO2층 또는 제1 SiNx층(106)을 제1 마스크 패터닝한 후, 제1 채널층(104)과 제1 장벽층(105)을 식각한다. 다음, 노출된 제1 반절연성 GaN층(103) 위에 제 2 반절연성 GaN층(107)을 재성장한다. 이차원적인 표면성장이 완료된 이후 제2 채널층(108)과 제2 장벽층(109)을 순차적으로 적층한다. 이때 각각 성장되는 반절연성 GaN층, 채널층 및 장벽층의 에피 특성은 단일 기판위에 집적하고자 하는 소자의 특성에 따라 결정되며, 다양한 소자들의 집적이 가능하다. Thereafter, after etching the first SiO 2 layer or the first SiN x layer 106 for the etching process for device integration, the first channel layer 104 and the first barrier layer 105 are etched. Next, the second semi-insulating GaN layer 107 is regrown on the exposed first semi-insulating GaN layer 103. After the two-dimensional surface growth is completed, the second channel layer 108 and the second barrier layer 109 are sequentially stacked. At this time, the epitaxial characteristics of the semi-insulating GaN layer, the channel layer, and the barrier layer, which are grown, are determined according to the characteristics of the device to be integrated on a single substrate, and various devices can be integrated.

재성장이 완료되면 제2 SiO2층 또는 SiNx층(110)을 증착한 후 제1 마스크 패턴닝과 반대로 패터닝한다. 다음, 제1 SiO2층 또는 SiNx층(106)까지 식각하고, 노출된 제1 SiO2층 또는 SiNx층(106)을 제거한다. When regrowth is complete, a second SiO 2 layer or SiN x layer 110 is deposited and patterned in opposition to the first mask patterning. The first SiO 2 layer or SiN x layer 106 is then etched and the exposed first SiO 2 layer or SiN x layer 106 is removed.

다음 전자소자의 제작을 위한 전극층을 형성하게 되는데, 이는 소자 패턴의 설계에 따라 소스전극 및 드레인 전극의 오믹 접촉을 형성한 후 게이트 전극의 쇼트키 전극을 형성한다. 이와 같은 과정을 기본으로 하여 동일 또는 서로 다른 GaN 소자를 단일 기판 위에 집적화할 수 있게 된다.Next, an electrode layer for fabricating an electronic device is formed, which forms an ohmic contact between the source electrode and the drain electrode according to the design of the device pattern, and then forms a schottky electrode of the gate electrode. Based on this process, the same or different GaN devices can be integrated on a single substrate.

도 2에는 GaN 화합물 반도체를 이용한 전자소자의 기본구조인 에피구조층이 도시되어 있다. 에피구조층은 사파이어 기판(101), 저온 완충층(102), 제1 반절연성 GaN층(103), 제1 채널층(104) 및 제1 장벽층(105)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 2 shows an epitaxial layer which is a basic structure of an electronic device using a GaN compound semiconductor. The epitaxial layer has a structure in which a sapphire substrate 101, a low temperature buffer layer 102, a first semi-insulating GaN layer 103, a first channel layer 104, and a first barrier layer 105 are sequentially stacked.

에피구조층의 제조공정 단계를 살펴보면, 먼저 사파이어 기판(101) 상에 저온 완충층(102)을 성장시킨다. 다음, 전자소자의 전기적 절연 및 누설전류 감소를 위하여 저온 완충층(102)에 제1 반절연성 GaN층(103)을 2 ~ 3㎛ 두께로 성장시킨다. 제1 반절연성 GaN층(103)은 고온의 GaN 성장속도 변화 또는 GaN의 성장모드 제어를 통하여 높은 저항성을 가지는 에피구조로 성장된다. Looking at the manufacturing process step of the epi-structure layer, first, the low temperature buffer layer 102 is grown on the sapphire substrate (101). Next, in order to reduce the electrical insulation and leakage current of the electronic device, the first semi-insulating GaN layer 103 is grown to a thickness of 2 to 3 μm in the low temperature buffer layer 102. The first semi-insulating GaN layer 103 is grown into an epitaxial structure having high resistance through high temperature GaN growth rate change or GaN growth mode control.

다음, 제1 반절연성 GaN층(103) 위에 제1 채널층(104)을 성장시킨다. 제1 채널층(104)은 전자소자에서 전류 흐름을 형성하는 전자들이 전극층 사이로 이동하는 통로로서 높은 이동도를 가지기 위하여 불순물 도핑을 하지 않거나 최소한의 도펀트를 사용한다. 또한 제1 채널층(104)은 누설전류의 차단 및 전류의 제한 효과를 높이기 위하여 인듐(In) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 삼원계 화합물 반도체로 구성될 수 있다. Next, the first channel layer 104 is grown on the first semi-insulating GaN layer 103. The first channel layer 104 is a passage through which electrons forming a current flow in the electronic device move between the electrode layers, so that the first channel layer 104 does not have an impurity doping or uses a minimum dopant in order to have high mobility. In addition, the first channel layer 104 may be formed of a ternary compound semiconductor including indium (In) or aluminum (Al) in order to block leakage current and increase current limiting effect.

다음, 제 1 채널층(104) 위에 제1 장벽층(105)을 성장시킨다. 제1 장벽층(105)은 주로 삼원계(AlxGa1 - xN, InxGa1 - xN, InxAl1 - xN) 또는 사원계(InxAlyGa1-x-yN)화합물 반도체로 구성된다. 이때 각 원소들의 조성비 및 장벽층의 두께는 GaN 전자소자에서 요구되는 성능에 따라서 결정된다. 고주파 전자소자의 경우 AlxGa1 - xN 장벽층이 주로 사용되며, Al 조성비는 20 ~ 40% 범위이며, 두께는 10 ~ 40nm 범위이다. Next, a first barrier layer 105 is grown on the first channel layer 104. The first barrier layer 105 is mainly ternary (Al x Ga 1 - x N, In x Ga 1 - x N, In x Al 1 - x N) or quaternary (In x Al y Ga 1-xy N) It consists of a compound semiconductor. At this time, the composition ratio of each element and the thickness of the barrier layer is determined according to the performance required in the GaN electronic device. Al x Ga 1 - x N barrier layer is mainly used for high frequency electronic devices, Al composition ratio is 20 to 40% range, thickness is 10 to 40nm range.

도 3 및 도 4는 반절연성 GaN 재성장을 위한 패턴 형성 및 식각공정 단계를 도시하고 있다.3 and 4 illustrate the steps of pattern formation and etching for semi-insulating GaN regrowth.

도 3에서 패턴 형성을 위하여 제1 유전층(106)을 사용하며, 이때 유전층의 두께는 0.1 ~ 0.2 ㎛ 범위이다. 제1 유전층(106)으로 SiO2 또는 SiNx 을 사용할 수 있다.In FIG. 3, the first dielectric layer 106 is used for pattern formation, wherein the thickness of the dielectric layer is in the range of 0.1 to 0.2 μm. SiO 2 or SiN x may be used as the first dielectric layer 106.

도 4에서 식각두께는 제1 반절연성 GaN층(103)이 나타나는 깊이까지이며, 통상적으로 0.1 ~ 0.5㎛ 범위이다. 도 4는 제1 집적 구조를 나타낸다.In FIG. 4, the etching thickness is up to the depth at which the first semi-insulating GaN layer 103 appears, and is typically in the range of 0.1 to 0.5 μm. 4 shows a first integrated structure.

도 5에서 식각된 제1 반절연성 GaN(103) 표면에 제2 반절연성 GaN층(107)을 재성장시키고, 순차적으로 제2 채널층(108) 및 제2 장벽층(109)을 적층한다. 이때 성장되는 제2 집적구조의 총 두께는 패턴 작업을 고려하여 1㎛ 범위를 넘지 않아야 한다. 제 2 채널층(108)과 제2 장벽층(109)의 세부 구성은 제1 채널층(104)과 제1 장벽층(105)과 유사하며, GaN 전자소자의 특성에 따라 설계되어야 한다. The second semi-insulating GaN layer 107 is regrown on the surface of the first semi-insulating GaN 103 etched in FIG. 5, and the second channel layer 108 and the second barrier layer 109 are sequentially stacked. In this case, the total thickness of the second integrated structure to be grown should not exceed 1 μm in consideration of pattern work. The detailed configuration of the second channel layer 108 and the second barrier layer 109 is similar to the first channel layer 104 and the first barrier layer 105, and should be designed according to the characteristics of the GaN electronic device.

도 6 내지 도 9는 GaN 전자소자의 제조공정 단계를 간단히 나타내고 있다. 6 to 9 briefly illustrate the manufacturing process steps of the GaN electronic device.

도 6에서는 식각공정을 위한 제2 유전층(110)을 형성한다. 이때 형성되는 패턴은 제1 유전층(106)과 반대인 것을 특징으로 한다. 제2 유전층(110)으로 SiO2 또는 SiNx 을 사용할 수 있다. In FIG. 6, a second dielectric layer 110 is formed for an etching process. In this case, the formed pattern is opposite to the first dielectric layer 106. SiO 2 or SiN x may be used as the second dielectric layer 110.

도 7에서 식각공정은 제1 유전층(106)까지 수행한다. 도 8에서 패턴 형성에 사용된 제1 유전층(106) 및 제2 유전층(110)을 제거하고, 도 9에서 GaN 전자소자의 설계구조에 따라서 오믹 금속 전극층(111, 112)을 적층하고, 다음 쇼트키 금속 전극층(113)을 적층하여 도 1의 GaN 전자소자를 제작한다. In FIG. 7, the etching process is performed up to the first dielectric layer 106. In FIG. 8, the first dielectric layer 106 and the second dielectric layer 110 used for pattern formation are removed, and the ohmic metal electrode layers 111 and 112 are laminated according to the design structure of the GaN electronic device in FIG. The GaN electronic device of FIG. 1 is fabricated by laminating the key metal electrode layer 113.

도 10에서 13까지는 도 1에 도시된 GaN 전자소자의 구조를 기반으로 다양한 형태의 전자소자 구조를 나타내고 있다.10 to 13 illustrate various types of electronic device structures based on the structure of the GaN electronic device shown in FIG. 1.

도 10은 제1 채널층(104)과 제2 채널층(108)이 생략된 구조를 나타낸다. 고주파 전자소자의 경우, 제1 반절연성 GaN층(103)과 제2 반절연성 GaN층(107)의 특성에 따라서 채널층을 생략할 수 있다. 10 illustrates a structure in which the first channel layer 104 and the second channel layer 108 are omitted. In the case of the high frequency electronic device, the channel layer may be omitted depending on the characteristics of the first semi-insulating GaN layer 103 and the second semi-insulating GaN layer 107.

도 11은 제1 장벽층(105)이 생략된 구조를 나타내고, 도 12는 제2 장벽층(109)이 생략된 구조를 나타낸다. FIG. 11 illustrates a structure in which the first barrier layer 105 is omitted, and FIG. 12 illustrates a structure in which the second barrier layer 109 is omitted.

장벽층이 포함된 전자소자는 대부분 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT; High Electron Mobility Transistor) 구조를 나타내고, 장벽층이 생략된 전자소자는 고전류 구동 특성을 가지는 금속전계효과 트랜지스터(MESFET; Metal Semiconductor Field Effect Transistor) 구조를 나타낸다. Most electronic devices including a barrier layer have a high electron mobility transistor (HEMT) structure, and electronic devices without a barrier layer have a high current driving characteristic (MESFET). Transistor) structure.

도 13은 제1 장벽층 및 제2 장벽층이 모두 생략되어 각각 채널층으로만 구성된 구조를 나타낸다. 채널층의 특성에 따라서 동일 또는 이종의 금속전계효과 트랜지스터가 집적화된 구조를 나타낸다. FIG. 13 illustrates a structure in which both the first barrier layer and the second barrier layer are omitted, and each includes only a channel layer. According to the characteristics of the channel layer, a structure in which the same or different types of metal field effect transistors are integrated is shown.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

101: 사파이어 기판 102: 저온 완충층
103: 제1 반절연성 GaN층 104: 제 1 채널층
105: 제1 장벽층 106: 제1 SiO2 or SiNx
107: 제2 반절연성 GaN층 108: 제2 채널층
109: 제2 장벽층 110: 제2 SiO2 or SiNx
111: 오믹접촉-소스 112: 오믹접촉-드레인
113: 쇼트키접촉-게이트
101: sapphire substrate 102: low temperature buffer layer
103: first semi-insulating GaN layer 104: first channel layer
105: first barrier layer 106: first SiO 2 or SiN x layer
107: second semi-insulating GaN layer 108: second channel layer
109: second barrier layer 110: second SiO 2 or SiN x layer
111: ohmic contact-source 112: ohmic contact-drain
113: Schottky contact gate

Claims (10)

기판상에 제1 반절연성 질화물층이 적층되고 상기 제1 반절연성 질화물층의 일부가 식각된 제1 질화물 집적구조와,
상기 제1 반절연성 질화물층의 일부 식각된 부분에 전기적 절연 및 소자 분리를 위한 재성장 기술을 통해 제2 반절연성 질화물층이 적층된 제2 질화물 집적구조를 포함하는 질화물 전자소자.
A first nitride integrated structure in which a first semi-insulating nitride layer is laminated on a substrate and a portion of the first semi-insulating nitride layer is etched;
And a second nitride integrated structure in which a second semi-insulating nitride layer is stacked on the partially etched portion of the first semi-insulating nitride layer through a regrowth technology for electrical insulation and device isolation.
제1항에 있어서,
상기 제1 질화물 집적구조의 채널층/장벽층의 구성과 상기 제2 질화물 집적구조의 채널층/장벽층의 구성이 동일하거나 또는 서로 다른 것을 특징으로 하는 질화물 전자소자.
The method of claim 1,
And the channel layer / barrier layer of the first nitride integrated structure and the channel layer / barrier layer of the second nitride integrated structure are the same or different.
제2항에 있어서,
상기 제1 질화물 집적구조는 장벽층이 두꺼운 공핍형 모드(normally-on)로 동작하고, 상기 제2 질화물 집적구조는 장벽층이 얇은 증가형 모드(normally-off)로 동작하는 것을 특징으로 하는 질화물 전자소자.
The method of claim 2,
The first nitride integrated structure operates in a depleted mode (thickly-on) with a thicker barrier layer, and the second nitride integrated structure operates in a normally increased (off) mode with a thinner barrier layer. Electronic devices.
제2항에 있어서,
상기 제1 질화물 집적구조는 장벽층이 얇은 증가형 모드(normally-off)로 동작하고, 상기 제2 질화물 집적구조는 장벽층이 두꺼운 공핍형 모드(normally-on)로 동작하는 특징을 가진 질화물 전자소자.
The method of claim 2,
The first nitride integrated structure operates in a normally-off thinner barrier layer, and the second nitride integrated structure operates in a depleted mode (thickly-on) thicker barrier layer. device.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 질화물 집적구조는 모두 장벽층만으로 구성되며 각각 고주파 전자소자 또는 고전력 전자소자로 동작하는 것을 특징으로 하는 질화물 전자소자.
The method of claim 2,
The first and second nitride integrated structure is composed of only a barrier layer, each of the nitride electronic device, characterized in that it operates as a high frequency electronic device or a high power electronic device.
제2항에 있어서,
상기 제1 질화물 집적구조는 채널층으로 구성된 전계효과트랜지스터(MESFET) 또는 쇼트기 다이오드(schottky diode)로 동작하고, 상기 제2 질화물 집적구조는 채널층 및 장벽층으로 구성된 고주파 소자 또는 고전력 소자로 동작하는 것을 특징으로 하는 질화물 집적소자.
The method of claim 2,
The first nitride integrated structure operates as a field effect transistor (MESFET) or a schottky diode composed of a channel layer, and the second nitride integrated structure operates as a high frequency device or a high power device composed of a channel layer and a barrier layer. A nitride integrated device, characterized in that.
제2항에 있어서,
상기 제1 질화물 집적구조는 채널층 및 장벽층으로 구성된 고주파 소자 또는 고전력 소자로 동작하고, 상기 제2 질화물 집적구조는 채널층으로 구성된 전계효과트랜지스터(MESFET) 또는 쇼트기 다이오드(schottky diode)로 동작하는 것을 특징으로 하는 질화물 집적소자.
The method of claim 2,
The first nitride integrated structure operates as a high frequency device or a high power device composed of a channel layer and a barrier layer, and the second nitride integrated structure operates as a field effect transistor (MESFET) or a schottky diode composed of a channel layer. A nitride integrated device, characterized in that.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 질화물 집적구조는 모두 채널층으로만 구성되며, 각각 전계효과 트랜지스터(MESFET) 또는 쇼트기 다이오드(schottky diode)로 동작하는 것을 특징으로 하는 질화물 집적소자.
The method of claim 2,
The first and the second nitride integrated structure is composed of only a channel layer, each of the nitride integrated device, characterized in that it operates as a field effect transistor (MESFET) or a schottky diode (schottky diode).
기판상에 저온 완충층, 제1 반절연성 질화물층, 제1 채널층 및 제1 장벽층이 순차적으로 적층된 에피구조를 형성하는 단계와,
상기 제1 장벽층에 패턴 형성을 위한 제1 유전층을 적층하고 상기 제1 장벽층, 상기 제1 채널층 및 상기 제1 반절연성 질화물층의 일부를 식각하는 단계와,
상기 식각된 제1 반절연성 질화물층에 제2 반절연성 질화물층을 재성장시키는 단계와,
상기 제2 반절연성 질화물층에 제2 채널층 및 제2 장벽층을 순차적으로 적층하는 단계와,
상기 제2 장벽층에 패턴 형성을 위한 제2 유전층을 적층하고 상기 제2 장벽층, 상기 제2 채널층 및 상기 제2 반절연성 질화물층을 식각하는 단계와,
상기 제1 및 제2 유전층을 제거하고 상기 제1 및 제2 장벽층에 금속 전극층을 적층하는 단계를 포함하는 질화물 전자소자의 제조 방법.
Forming an epi structure on which a low temperature buffer layer, a first semi-insulating nitride layer, a first channel layer, and a first barrier layer are sequentially stacked;
Stacking a first dielectric layer for pattern formation on the first barrier layer and etching portions of the first barrier layer, the first channel layer, and the first semi-insulating nitride layer;
Regrowing a second semi-insulating nitride layer on the etched first semi-insulating nitride layer;
Sequentially stacking a second channel layer and a second barrier layer on the second semi-insulating nitride layer;
Stacking a second dielectric layer for pattern formation on the second barrier layer and etching the second barrier layer, the second channel layer, and the second semi-insulating nitride layer;
Removing the first and second dielectric layers and depositing a metal electrode layer on the first and second barrier layers.
제9항에 있어서,
상기 제2 유전층은 상기 제1 유전층의 패턴과 반대로 적층하는 것을 특징으로 하는 질화물 전자소자의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
And the second dielectric layer is stacked opposite to the pattern of the first dielectric layer.
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