KR20140131167A - Nitride semiconductor and method thereof - Google Patents

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Abstract

Provided are a nitride semiconductor device where a GaN layer, AlGaN layer, a p-GaN layer and a gate insulating layer (or oxide layer) formed by oxidizing a part of the p-GaN layer are successively stacked, and a method thereof. For this, a semiconductor device according to one embodiment can include: a GaN layer; AlGaN layer formed on the GaN layer; a p-GaN layer formed on the AlGaN layer; a gate oxide layer formed on the p-GaN layer; a gate electrode formed on the gate oxide layer; and a source electrode and a drain electrode formed on a part of the AlGaN layer.

Description

질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법{Nitride semiconductor and method thereof}[0001] NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING [0002]

본 명세서는 p-GaN층을 근거로 노멀리-오프 특성이 구현되는 반도체 소자에 있어서, 광전기화학을 이용해 상기 p-GaN층을 일부 산화시켜 게이트 절연막(또는 산화막)을 형성시킴으로써 게이트 누설 전류가 획기적으로 감소될 수 있는 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device in which a far-off characteristic is realized based on a p-GaN layer, in which a p-GaN layer is partially oxidized by photoelectrochemistry to form a gate insulating film (or an oxide film) To a nitride semiconductor device and a method of manufacturing the same.

질화물 반도체는 실리콘에 비해 높은 임계 전계, 낮은 on저항, 고온, 고주파 동작 특성이 주목되어, 차세대 반도체 소자의 재료로 선행 연구되고 있다.Nitride semiconductors have been studied with high critical electric field, low on resistance, high temperature and high frequency operation characteristics compared with silicon and are being studied as materials of next generation semiconductor devices.

고출력 전력 소자에는 최근에 주류로, 크게 MOSFET와 IGBT가 있으며, GaN 계열로도 HEMT, HFET 및 MOSFET등의 소자가 연구되어 지고 있다. Recently, mainstream power MOSFETs and IGBTs have been widely used in high output power devices, and devices such as HEMTs, HFETs, and MOSFETs have been studied in GaN series.

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

또한, HEMT는 전력용 반도체 및 고주파 특성의 통신소자 등에 이용되어 지고 있다. 최근에는 하이브리드/연료 전지 자동차의 개발이 진행되고 있으며, 국외 여러 기업에서 하이브리드 자동차를 출시하고 있다. 하이브리드 자동차내 모터와 발전기(generator)를 연결하는 voltage booster converter 및 inverter내 반도체 스위치는 엔진에서 발생하는 열로 인하여 고온에서 신뢰적인 동작을 요구한다. GaN는 와이드 밴드갭으로 인하여 신뢰적인 고온 동작이 가능하며, 하이브리드 자동차내 차세대 반도체 스위치로 적합하다. In addition, HEMTs have been used for power semiconductor devices and communication devices with high frequency characteristics. In recent years, hybrid / fuel cell vehicles are being developed, and hybrid cars are being launched by many overseas companies. A voltage booster converter that connects a motor and a generator in a hybrid vehicle and a semiconductor switch in the inverter require reliable operation at high temperatures due to the heat generated by the engine. The wide bandgap of GaN enables reliable high temperature operation and is suitable as a next-generation semiconductor switch in hybrid vehicles.

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

도 1은 이종접합 전계 효과 트랜지스터(HFET)의 일반적인 구조를 나타내는 예시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an exemplary diagram illustrating the general structure of a heterojunction field effect transistor (HFET).

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

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

이러한 종류의 HFET 소자는 전압, 전류 특성에서 우수하여 고출력 전력 소자로 사용하기 위해 많은 시도가 이루어지고 있으나, MOSFET 및 IGBT 등 다른 소자와는 달리 노멀리 온(Normally-on) 형태를 가지는 단점이 있을 수 있다. This kind of HFET device is excellent in voltage and current characteristics and many attempts have been made to use it as a high output power device. However, it has a disadvantage that it has a normally-on mode unlike other devices such as MOSFET and IGBT .

노멀리 온 소자의 경우 회로를 구성하는데에 있어 복잡도가 높아져 만들기 어렵기 때문에, 문턱전압을 높이기 위한 방안으로 플라즈마 처리, p-GaN 성장 및 게이트 리세스 등의 방안이 연구되고 있다.In the case of a normally-on device, it is difficult to form a circuit due to its high complexity. Therefore, plasma treatment, p-GaN growth, and gate recession have been studied to increase the threshold voltage.

각 기술에는 장단점이 존재하는데 특히 p-type gate를 이용한 기술의 경우, 2DEG의 감소 없이 normally-off상태를 유지할 수 있다는 점에서 그 장점이 부각되고 있다.Each technique has advantages and disadvantages, especially in the case of a technology using a p-type gate, since the normally-off state can be maintained without decreasing the 2DEG.

하지만, p-type gate HEMT소자는 epitaxial layer 성장기술의 고도화가 필요하고, 필연적으로 형성되는 pn junction이 누설전류를 제어하기 어렵게 만든다는 단점이 있을 수 있다.However, p-type gate HEMT devices require advanced epitaxial layer growth technology, and pn junctions formed inevitably make it difficult to control the leakage current.

본 명세서는 p-GaN층을 근거로 노멀리-오프 특성이 구현되는 반도체 소자에 있어서, 광전기화학을 이용해 상기 p-GaN층을 일부 산화시켜 게이트 절연막(또는 산화막)을 형성시킴으로써 게이트 누설 전류가 획기적으로 감소될 수 있는 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention relates to a semiconductor device in which a far-off characteristic is realized based on a p-GaN layer, in which a p-GaN layer is partially oxidized by photoelectrochemistry to form a gate insulating film (or an oxide film) And a method for fabricating the nitride semiconductor device.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 반도체 소자는, GaN 층; 상기 GaN 층 상에 형성되는 AlGaN 층; 상기 AlGaN 층 상에 형성되는 p-GaN 층; 상기 p-GaN 층 상에 형성되는 게이트 산화막층; 상기 게이트 산화막층 상에 형성되는 게이트 전극; 및 상기 AlGaN 층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a GaN layer; An AlGaN layer formed on the GaN layer; A p-GaN layer formed on the AlGaN layer; A gate oxide layer formed on the p-GaN layer; A gate electrode formed on the gate oxide layer; And a source electrode and a drain electrode formed on a part of the AlGaN layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 일부가 산화되어 형성되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the gate oxide layer may be formed by oxidizing a part of the p-GaN layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the gate oxide layer may be formed by oxidizing the p-GaN layer based on a photoelectrochemical (PEC) method.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막층은, GaOx로 이루어지고, 상기 x는 0.1 ~ 2.0인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the gate oxide film layer may be made of GaO x , and x may be 0.1 to 2.0.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막층은, Ga2O3로 이루어진 것일 수 있다.As one example related to the present specification, the gate oxide layer may be made of Ga 2 O 3 .

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막층의 두께는, 0.1 nm ~ 2 um인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thickness of the gate oxide layer may be 0.1 nm to 2 um.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the gate oxide layer may be formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p-GaN 층은, p형 도펀트로 도핑되어 형성되되, 상기 p형 도펀트는, Mg 및 Zn 중 적어도 하나인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the p-GaN layer is formed by doping with a p-type dopant, and the p-type dopant may be at least one of Mg and Zn.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e12/cm3 ~ 1e21/cm3 인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the concentration of the p-type dopant, may be one of 1e 12 / cm 3 ~ 1e 21 / cm 3.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 p-GaN 층의 두께는, 1 nm ~ 1 um인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thickness of the p-GaN layer may be 1 nm to 1 μm.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GaN층의 두께는, 0.5um ~ 7um인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the thickness of the GaN layer may be 0.5 um to 7 um.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GaN층은, Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑되고, 상기 적어도 하나의 도펀트 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the GaN layer may be doped with at least one dopant of Mg, C and Fe, and the at least one dopant concentration may be 1e16 / cm3 to 5e20 / cm3.

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

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반조체 소자는 상기 AlGaN층 상에 형성되는 GaN 캡층을 더 포함할 수 있다.As an example related to the present specification, the above-mentioned half-tone element may further include a GaN cap layer formed on the AlGaN layer.

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

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 GaN층은, 버퍼층 상에 형성되는 것일 수 있다.As one example related to the present specification, the GaN layer may be formed on the buffer layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층은, AlN, AlGaN 및 초격자(superlattice) 구조 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.As one example related to the present specification, the buffer layer may be made of at least one of AlN, AlGaN, and superlattice structures.

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

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

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시키는 단계; 상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시키는 단계; 상기 AlGaN 층 상에 p-GaN 층을 형성시키는 단계; 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계; 상기 p-GaN 층의 일부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시키는 단계; 및 상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: forming a buffer layer on a substrate; Forming a GaN layer on the buffer layer; Forming an AlGaN layer on the GaN layer; Forming a p-GaN layer on the AlGaN layer; Etching a portion of the p-GaN layer to form source and drain electrodes separated from each other on the open AlGaN layer; Forming a gate oxide layer by oxidizing a part of the p-GaN layer; And forming a gate electrode on the gate oxide layer.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 버퍼층, 상기 GaN층, 상기 AlGaN층 및 p-GaN층 중적어도 하나는, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다.One example of the buffer layer, the GaN layer, the AlGaN layer, and the p-GaN layer may be formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), helium vapor deposition (HVPE), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering, and atomic layer deposition (ALD).

또한, 상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계; 상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시키는 단계; 상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시키는 단계; 상기 AlGaN 층 상에 p-GaN 층을 형성시키는 단계; 상기 p-GaN 층의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시키는 단계; 상기 게이트 산화막층 및 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계; 및 상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, comprising: forming a buffer layer on a substrate; Forming a GaN layer on the buffer layer; Forming an AlGaN layer on the GaN layer; Forming a p-GaN layer on the AlGaN layer; Oxidizing the upper region of the p-GaN layer to form a gate oxide layer; Etching a portion of the gate oxide layer and the p-GaN layer to form source and drain electrodes separated from each other on the open AlGaN layer; And forming a gate electrode on the gate oxide layer.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 순차적으로 적층된 GaN 층, AlGaN 층, p-GaN 층 및 상기 p-GaN층이 일부 산화되어 형성된 게이트 절연막(또는 산화막)을 포함하는 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다.According to an embodiment disclosed in this specification, a nitride semiconductor device including a sequentially stacked GaN layer, an AlGaN layer, a p-GaN layer, and a gate insulating film (or oxide film) formed by partially oxidizing the p-GaN layer, ≪ / RTI >

특히, 본 명세서에 개시된 반도체 소자에 따르면, p-GaN층을 근거로 노멀리-온 상태를 구현하되, 광전기화학 방식을 근거로 상기 p-GaN층의 일부를 산화시켜 게이트 절연막을 형성함으로써 게이트 누설 전류가 획기적으로 감소될 수 있는 질화물 반도체 소자 및 이의 제조방법을 제공할 수 있는 이점이 있다.Particularly, according to the semiconductor device disclosed in this specification, a normally-on state is realized based on a p-GaN layer, and a part of the p-GaN layer is oxidized based on photoelectrochemistry to form a gate insulating film, There is an advantage that a nitride semiconductor device in which current can be drastically reduced and a manufacturing method thereof can be provided.

도 1은 이종접합 전계 효과 트랜지스터(HFET)의 일반적인 구조를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 게이트 산화막층을 형성시키기 위한 광전기화학법을 보여주는 예시도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an exemplary diagram illustrating the general structure of a heterojunction field effect transistor (HFET).
2 is an exemplary view showing a structure of a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein.
3 is an exemplary view showing a photoelectric chemical process for forming a gate oxide layer according to an embodiment disclosed herein.
4 is a flowchart showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein.
5 is an exemplary view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein.
6 is a flowchart showing a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment disclosed herein.
7 is an exemplary view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed in this specification.

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

본 명세서에 개시된 기술은 순차적으로 적층된 GaN 층, AlGaN 층, p-GaN 층 및 상기 p-GaN층이 일부 산화되어 형성된 게이트 절연막(또는 게이트 산화막)을 포함하는 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technique disclosed in this specification relates to a nitride semiconductor device including a sequentially stacked GaN layer, an AlGaN layer, a p-GaN layer, and a gate insulating film (or a gate oxide film) formed by partially oxidizing the p-GaN layer and a method of manufacturing the same will be.

특히, 본 명세서에 개시된 기술은 p-GaN층을 근거로 노멀리-온 상태를 구현하되, 광전기화학 방식을 근거로 상기 p-GaN층의 일부를 산화시켜 게이트 절연막(또는 산화막)을 형성함으로써 게이트 누설 전류가 획기적으로 감소될 수 있는 질화물 반도체 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. In particular, the technique disclosed in this specification realizes a normally-on state based on a p-GaN layer, and oxidizes a part of the p-GaN layer based on photoelectrochemistry to form a gate insulating film (or an oxide film) To a nitride semiconductor device in which a leakage current can be remarkably reduced and a manufacturing method thereof.

p-type gate HEMT 소자는 2DEG density의 감소 없이 normally-off특성을 유지할 수 있다는 장점이 있지만, pn junction의 on-state에서 흐르는 전류, 즉 Ig (게이트 전류)를 조절할 수 없다는 단점이 있을 수 있다.The p-type gate HEMT device can maintain the normally-off characteristic without decreasing the 2DEG density. However, it can be disadvantageous in that it can not control the current flowing in the on-state of the pn junction, that is, Ig (gate current).

pn junction의 depletion을 이용하여 normally-off특성을 유지하지만, pn-junction barrier를 넘는 게이트 전압이 가해졌을 때는 순방향 전류가 발생할 수 있다. The normally-off characteristic is maintained by depletion of the pn junction, but a forward current may occur when a gate voltage is applied across the pn-junction barrier.

게이트 전류가 증가한다는 것은 원치않는 손실이 발생한다는 뜻이기 때문에 소자의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이를 극복하기 위해 본 명세서에 개시된 기술은 p-type gate와 gate metal 사이의 게이트 전류를 차단할 수 있는 절연막을 제시한다.Increasing the gate current means that unwanted losses occur, which can reduce the efficiency of the device. To overcome this, the technique disclosed in this specification discloses an insulating film capable of blocking gate current between a p-type gate and a gate metal.

일반적인 metal-insulator-semiconductor (MIS)구조의 경우, 게이트 전극과 반도체 사이에 삽입된 절연체로 인해 게이트 전류는 매우 낮다. 그러나 normally-off 특성을 위해 recess라는 공정이 삽입되므로, on-state에서 흐르는 전류에 대한 손해를 보는 단점이 있다. 또한, 절연체와 반도체 계면사이에 결함에 의한 소자특성의 저하로 신뢰성 떨어지는 단점도 있다. In a typical metal-insulator-semiconductor (MIS) structure, the gate current is very low due to the insulator inserted between the gate electrode and the semiconductor. However, since the process called recess is inserted for the normally-off characteristic, there is a disadvantage of damaging the current flowing in the on-state. In addition, there is a disadvantage in that the reliability is deteriorated due to a reduction in device characteristics due to defects between the insulator and the semiconductor interface.

본 명세서에 개시된 기술은 p-type gate HEMT의 장점을 최대한 살리면서, 필연적으로 나타나는 게이트 전류를 감소시키기 위해서 p-type gate MIS HEMT를 제안한다. The technique disclosed in this specification proposes a p-type gate MIS HEMT in order to reduce the gate current inevitably while making the most of the advantage of the p-type gate HEMT.

특히, 일 실시예에 따르면, 고품질의 절연체를 형성시키기 위해 광전기화학 산화법 (photo-electrochemical oxidation method)을 이용하여 소자특성을 향상시켰다.In particular, according to one embodiment, device characteristics are improved using a photo-electrochemical oxidation method to form a high-quality insulator.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the scope of the technology disclosed herein. Also, the technical terms used herein should be interpreted as being generally understood by those skilled in the art to which the presently disclosed subject matter belongs, unless the context clearly dictates otherwise in this specification, Should not be construed in a broader sense, or interpreted in an oversimplified sense. In addition, when a technical term used in this specification is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the technology disclosed in this specification, it should be understood that technical terms which can be understood by a person skilled in the art are replaced. Also, the general terms used in the present specification should be interpreted in accordance with the predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced in meaning.

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

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

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals denote like or similar elements, and redundant description thereof will be omitted.

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

노멀리No far -- 오프off 특성을 형성시키는 방법들에 대한 설명 Explanation of methods for forming characteristics

질화물 반도체는 높은 임계 전계와 높은 포화전자 이동도를 갖기 때문에, 이를 이용해 제작되는 반도체 소자는 높은 항복 전압과 큰 전류 특성을 나타낼 수 있다.Since nitride semiconductors have a high critical electric field and a high saturation electron mobility, a semiconductor device fabricated using the nitride semiconductor can exhibit high breakdown voltage and large current characteristics.

이의 예로는 AlGaN/GaN의 이종접합 구조를 바탕으로 제작되는 HFET 소자를 들 수 있다.An example of this is an HFET device fabricated on the basis of a heterojunction structure of AlGaN / GaN.

HFET 소자는 전압, 전류 특성에서 우수하여 고출력 전력 소자로 사용하기 위해 많은 시도가 이루어지고 있으나, MOSFET 및 IGBT 등 다른 소자와는 달리 노멀리 온(Normally-on) 형태를 가지는 단점이 있을 수 있다. HFET devices have excellent voltage and current characteristics, and many attempts have been made to use them as high output power devices. However, they may have a disadvantage of having a normally-on mode unlike other devices such as MOSFETs and IGBTs.

일 실시예에 따르면, 노멀리-오프(Normally-off) HEMT소자를 제작하기 위한 방법으로 gate recess, fluorine treatment(또는 플라즈마 처리), p-type gate등이 있을 수 있다.According to one embodiment, a method for fabricating a normally-off HEMT device may include a gate recess, fluorine treatment (or plasma treatment), and a p-type gate.

gate recess 방법은 에칭(etching)을 통해 2DEG의 일부를 절단하고 Schottky gate를 도입하여 off특성을 유지하는 방법일 수 있다. 이는 2DEG 손실에 대한 단점이 있을 수 있다.The gate recess method may be a method of cutting a part of a 2DEG through etching and introducing a Schottky gate to maintain the off characteristic. This can be a drawback to 2DEG loss.

fluorine treatement 방법은 F이온의 plasma treatment를 이용해 전자를 공핍시켜 off 특성을 유지하는 방법일 수 있다. 이는 원치않는 plasma damage등의 단점이 있을 수 있다.The fluorine treatement method may be a method of depleting electrons by plasma treatment of F ions to maintain off characteristics. This may have drawbacks such as unwanted plasma damage.

마지막으로 p-type gate의 경우 pn접합의 depletion을 이용해 off 특성을 유지하는 방법일 수 있다.Finally, in the case of p-type gate, depletion of pn junction can be used to maintain off characteristics.

다만, junction barrier를 넘는 바이어스가 인가되었을 때는 누설전류가 흐르는 단점이 있을 수 있다. 그러나, p-type gate는 2DEG에 영향을 미치지 않고 off특성을 유지한다는 특별한 장점이 있다.However, there is a disadvantage that a leakage current flows when a bias over a junction barrier is applied. However, the p-type gate has a special advantage of maintaining off characteristics without affecting the 2DEG.

일 실시예에 따르면, p-type 게이트 방식에는 질화물 반도체 소자의 우수한 전류 특성을 유지하면서 동시에 노멀리 오프 스위칭을 할 수 있는 기술로써 p-GaN 게이트 방식이 있을 수 있다. According to one embodiment, in the p-type gate method, there can be a p-GaN gate method as a technique capable of performing the normally off-switching while maintaining excellent current characteristics of the nitride semiconductor device.

게이트 전극 아래에 p-GaN 층을 형성시킬 경우, p-GaN 층과 그 아래에 있는 AlGaN/GaN 구조가 p-n 접합을 이루게 되고, 공핍 현상이 발생하게 될 수 있다.When the p-GaN layer is formed under the gate electrode, the p-GaN layer and the underlying AlGaN / GaN structure form a p-n junction, and a depletion phenomenon may occur.

따라서 게이트 하단에는 2DEG층이 사라지게 되고, 결국 게이트가 접지되어 있을 경우 소스와 드레인간은 전류가 흐르지 않게 될 수 있다.Therefore, the 2DEG layer disappears at the bottom of the gate, so that when the gate is grounded, the source and the drain can not flow current.

하지만, 게이트에 (+) 부호를 갖는 문턱전압을 인가할 경우 사라졌던 게이트 하단 2DEG층이 다시 나타나며 전류가 흐르게 되고 이를 통하여 스위칭 동작을 할 수 있게 된다. However, when a threshold voltage having a (+) sign is applied to the gate, the lower 2DEG layer of the gate disappears and the current flows and the switching operation can be performed.

즉 p-GaN 게이트를 이용하면, 질화물 반도체 소자를 노멀리 오프 구동할 수 있으며 동시에 높은 전류 특성을 유지할 수 있다는 장점이 있다.  That is, when the p-GaN gate is used, the nitride semiconductor device can be driven to be normally off-driven and high current characteristics can be maintained.

이러한 p-GaN 게이트 기술은 AlGaN/GaN 이종접합 구조 위에 p형 도핑되어 있는 GaN를 성장시키고, 그 위해 게이트 전극을 형성시키는 기술일 수 있다.This p-GaN gate technology can be a technique for growing GaN p-doped on an AlGaN / GaN heterojunction structure and forming a gate electrode therefor.

상기 형성된 p-GaN 층은 AlGaN과 GaN 사이 계면에 존재하는 2차원 자유 전자가스(2DEG)를 공핍시키는 역할을 할 수 있다.The p-GaN layer may serve to deplete the two-dimensional free electron gas (2DEG) present at the interface between AlGaN and GaN.

본 명세서에 개시된 기술은 GaN를 이용한 질화물 반도체 전력 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The technique disclosed herein relates to a nitride semiconductor power device using GaN and a method of manufacturing the same.

일 실시예에 따르면, p-GaN/AlGaN/GaN 구조의 epitaxial구조를 이용하여 2DEG의 감소 없이 normally-off상태의 소자를 제작하고, pn junction으로 인해 발생하는 누설전류를 감소시키기 위해 metal gate와 p-GaN gate사이에 절연막(또는 산화막)이 형성될 수 있다.According to one embodiment, a normally-off device is manufactured without decreasing the 2DEG by using the epitaxial structure of p-GaN / AlGaN / GaN structure. In order to reduce the leakage current due to the pn junction, An insulating film (or oxide film) may be formed between the gate electrode and the gate electrode.

상기 절연막은 고순도의 특성을 유지하기 위해 광전기화학 산화법 (photo-electrochemical oxidation method)을 이용하여 생성될 수 있다.The insulating film may be formed using a photo-electrochemical oxidation method to maintain high purity characteristics.

위의 방법으로 제작된 소자의 경우 고순도의 절연막/보호막으로 인해 누설전류 최소화와 고신뢰성이 확보될 수 있는 장점이 있다.The device fabricated by the above method has advantages of minimizing the leakage current and ensuring high reliability due to the insulating film / protective film of high purity.

이는 특히 2DEG의 캐리어 농도 수나 전자 이동도가 감소하는 것을 방지하면서도 ,고전압에서 작동될 소자의 안정성을 높여줄 수 있다.This can increase the stability of the device to be operated at a high voltage, in particular, while preventing the number of carrier concentration or electron mobility of the 2DEG from decreasing.

이하에서는 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, the structure of a semiconductor device according to one embodiment disclosed herein will be described with reference to FIGS. 2 to 3. FIG.

본 명세서에 개시된 일 The work disclosed herein 실시예에In the embodiment 따른 반도체 소자에 대한 설명 Description of the semiconductor device according to

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자는, GaN 층, 상기 GaN 층 상에 형성되는 AlGaN 층, 상기 AlGaN 층 상에 형성되는 p-GaN 층, 상기 p-GaN 층 상에 형성되는 게이트 산화막층, 상기 게이트 산화막(또는 절연막) 층 상에 형성되는 게이트 전극 및 상기 AlGaN 층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극을 포함할 수 있다.The semiconductor device according to one embodiment disclosed herein includes a GaN layer, an AlGaN layer formed on the GaN layer, a p-GaN layer formed on the AlGaN layer, a gate oxide layer formed on the p- A gate electrode formed on the gate oxide film (or insulating film) layer, and a source electrode and a drain electrode formed on a partial region of the AlGaN layer.

일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 일부가 산화되어 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the gate oxide layer may be formed by oxidizing a part of the p-GaN layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the gate oxide layer may be formed by oxidizing the p-GaN layer based on a photoelectrochemical (PEC) method.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, GaOx로 이루어지고, 상기 x는 0.1 ~ 2.0인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the gate oxide layer may be made of GaO x , and x may be 0.1 to 2.0.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, Ga2O3로 이루어진 것일 수 있다.According to an embodiment, the gate oxide layer may be made of Ga 2 O 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층의 두께는, 0.1 nm ~ 2 um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the gate oxide layer may be 0.1 nm to 2 um.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the gate oxide layer may be formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p-GaN 층은, p형 도펀트로 도핑되어 형성되되, 상기 p형 도펀트는, Mg 및 Zn 중 적어도 하나인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the p-GaN layer may be doped with a p-type dopant, and the p-type dopant may be at least one of Mg and Zn.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e12/cm3 ~ 1e21/cm3 인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the concentration of the p-type dopant may be 1 12 / cm 3 to 1 21 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p-GaN 층의 두께는, 1 nm ~ 1 um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the p-GaN layer may be 1 nm to 1 μm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 GaN층의 두께는, 0.5um ~ 7um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the GaN layer may be 0.5 um to 7 um.

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

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

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

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

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 GaN층은, 버퍼층 상에 형성되는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the GaN layer may be formed on the buffer layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은, AlN, AlGaN 및 초격자(superlattice) 구조 중 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the buffer layer may be formed of at least one of AlN, AlGaN, and superlattice structures.

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

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

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

도 2를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 GaN 층(110), AlGaN 층(120), p-GaN층(130), 게이트 산화막층(140), 게이트 전극(150), 소스 전극(160), 및 드레인 전극(170)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a semiconductor device 100 according to an embodiment disclosed herein includes a GaN layer 110, an AlGaN layer 120, a p-GaN layer 130, a gate oxide layer 140, A source electrode 150, a drain electrode 170, and a source electrode 160. [

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는(100)는 상기 GaN층(110)의 하부에 위치하는 버퍼층(미도시)을 더 포함할 수 있다.In addition, according to one embodiment, the semiconductor device 100 may further include a buffer layer (not shown) positioned under the GaN layer 110.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는(100)는 GaN 캡층(미도시)을 더 포함할 수 있다.Also, according to one embodiment, the semiconductor device 100 may further include a GaN cap layer (not shown).

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 상기 드레인 전극(170)에서 소스 전극(160)으로 흐르는 2DEG 전류를 쇼트키(schottky) 게이트 전극(700)을 통해 스위칭(switching) 동작을 할 수 있다.The semiconductor device 100 according to the embodiment disclosed herein may switch the 2DEG current flowing from the drain electrode 170 to the source electrode 160 through the Schottky gate electrode 700 can do.

상기 버퍼층은 기판(미도시) 상에 형성되는 것일 수 있다. The buffer layer may be formed on a substrate (not shown).

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

또한, 상기 기판은 상기 반도체 소자(100)의 제작 후에 제거될 수 있다. 따라서, 최종적인 상기 반도체 소자(100)의 구조는 상기 기판이 없는 구조일 수 있다.Further, the substrate can be removed after fabrication of the semiconductor device 100. [ Thus, the final structure of the semiconductor device 100 may be a structure without the substrate.

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

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층은 초격자 버퍼 구조(또는 초격자층)을 포함할 수 있다.Also, according to one embodiment, the buffer layer may comprise a superlattice buffer structure (or superlattice layer).

일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층이 AlN으로 이루어진 경우, 상기 버퍼층은 다양한 조건에서 성장될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은, 저온으로 성장된 제 1 AlN층 및 상기 제 1 AlN층 상에 형성되고, 고온으로 성장된 제 2 AlN층을 포함할 수 있다.According to one embodiment, when the buffer layer is made of AlN, the buffer layer can be grown under various conditions. For example, the buffer layer may include a first AlN layer grown at a low temperature and a second AlN layer grown on the first AlN layer and grown at a high temperature.

또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층이 AlGaN으로 이루어진 경우, Al의 조성비가 적층 방향을 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은, 적층 방향으로 Al의 조성이 점층적으로 감소 되는 AlGaN으로 이루어지는 것일 수 있다.According to another embodiment, when the buffer layer is made of AlGaN, the composition ratio of Al can be changed in the stacking direction. For example, the buffer layer may be made of AlGaN whose composition of Al is gradually decreased in the laminating direction.

즉, AlGaN 층의 Al 조성은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 상기 Al의 조성은 연속적이고, 점층적으로 감소하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 Al의 조성은 계단식(또는 단계식)으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.That is, the Al composition of the AlGaN layer can be represented by Al x Ga 1 - x N (0 ? X ? 1). For example, the composition of Al may be continuous and gradually decrease. Further, for example, the composition of Al may be gradually decreased in a stepwise (or stepwise) manner.

이외에도 다양한 물질, 조성비 및 성장 조건을 근거로 상기 버퍼층이 형성될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.It is apparent to those skilled in the art that the buffer layer may be formed based on various materials, composition ratios, and growth conditions.

상기 버퍼층은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 버퍼층의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The buffer layer may be formed in various ways (or methods). For example, the buffer layer may be formed by selectively growing a nitride semiconductor crystal. At least one of MOCVD, molecular beam epitaxy (MBE), and helium vapor deposition (HVPE) It can be formed on the basis of one. However, in consideration of the crystallinity of the buffer layer, MOCVD may be used for device fabrication.

상기 버퍼층이 초격자층(미도시)을 포함하는 경우, 상기 초격자층은, 서로 다른 2개의 박막층이 적층된 초격자 박막층이 복수개 적층되어 형성되는 것일 수 있다.When the buffer layer includes a superlattice layer (not shown), the superlattice layer may be formed by stacking a plurality of superlattice thin film layers in which two different thin film layers are stacked.

다른 말로 표현하면, 상기 초격자층은 서로 다른 2개의 박막층이 교번하여 적층되어 형성되는 것일 수 있다.In other words, the superlattice layer may be formed by alternately stacking two different thin film layers.

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

일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN의 Al 조성은 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)으로 표현될 수 있고, Al의 조성은 적층 방향에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 Al의 조성은 연속적이고, 점층적으로 감소하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 Al의 조성은 계단식(또는 단계식)으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the Al composition of the AlGaN may be represented by Al x Ga 1 - x N (0 ? X ? 1), and the composition of Al may change in accordance with the lamination direction. For example, the composition of Al may be continuous and gradually decrease. Further, for example, the composition of Al may be gradually decreased in a stepwise (or stepwise) manner.

일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 2개의 박막층 각각의 두께는, 1 nm ~ 100 nm인 것일 수 있다. 특히, 상기 서로 다른 2개의 박막층 각각의 두께는 5nm ~ 35nm일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of each of the two different thin film layers may be 1 nm to 100 nm. In particular, the thickness of each of the two different thin film layers may be 5 nm to 35 nm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 초격자층은, 3 ~ 500 개의 초격자 박막층을 포함하는 것일 수 있다. 다른 의미로는, 상기 초격자층은 3 ~ 500 페어(pair)의 상기 서로 다른 2개의 박막층을 구비하는 것일 수 있다. 또 다른 의미로는, 상기 초격자층은 상기 서로 다른 2개의 박막층이 5 ~ 999 회 교번하여 적층되어 형성되는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the superlattice layer may include 3 to 500 superlattice thin film layers. In other words, the superlattice layer may have 3 to 500 pairs of the two different thin film layers. In other words, the superlattice layer may be formed by stacking the two different thin film layers alternately 5 to 999 times.

상기 초격자층은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 초격자층은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 초격자층의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The superlattice layer can be formed in various ways (or methods). For example, the superlattice layer may be formed by selectively growing nitride semiconductor crystals. The superlattice layer may be formed by MOCVD, molecular beam epitaxy (MBE), and helium vapor deposition (HVPE) Or the like. However, considering the crystallinity of the superlattice layer, MOCVD may be used for device fabrication.

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

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

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

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 상기 초격자층의 적층 방향으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 도펀트의 농도는 연속적이고, 점층적으로 감소하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 p형 도펀트의 농도는 계단식으로 점층적으로 감소되는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the concentration of the p-type dopant may be gradually decreased in the stacking direction of the superlattice layer. For example, the concentration of the p-type dopant may be continuous and gradually decrease. Also, for example, the concentration of the p-type dopant may be gradually decreased stepwise.

상기 GaN층(110)의 두께는 0.1um ~ 100 um일 수 있다. 특히, 상기 GaN층(300)의 두께는 0.5um ~ 7um인 것일 수 있다.The thickness of the GaN layer 110 may be 0.1 um to 100 um. In particular, the GaN layer 300 may have a thickness of 0.5 um to 7 um.

상기 GaN층(110)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 GaN층(110)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 GaN(110)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The GaN layer 110 may be formed in various manners (or methods). For example, the GaN layer 110 may be formed by selectively growing a nitride semiconductor crystal. The GaN layer 110 may be formed by a metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) method, a molecular beam epitaxial growth method (MBE) HVPE). ≪ / RTI > However, considering the crystallinity of the GaN 110, MOCVD may be used for device fabrication.

일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자(100)는 상기 GaN층(110) 상에 C, Fe 및 Mg 도펀트 중 적어도 하나의 도펀트를 주입하여 형성된 GaN 채널의 semi-insulating 특성을 나타내기 위한 고-저항 GaN층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적어도 하나의 도펀트의 농도는 Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 도펀트의 농도는, 1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것일 수 있다. 특히, 상기 적어도 하나의 도펀트의 농도는 3e17/cm3 ~ 1e20/cm3인 것일 수 있다.According to one embodiment, the semiconductor device 100 may include a high-resistance layer for exhibiting semi-insulating characteristics of a GaN channel formed by implanting at least one dopant of C, Fe, and Mg dopants on the GaN layer 110 A GaN layer (not shown). Here, the concentration of the at least one dopant may be at least one of Mg, C, and Fe. The concentration of the at least one dopant may be 1e 16 / cm 3 to 5e 20 / cm 3 . In particular, the concentration of the at least one dopant may be 3e 17 / cm 3 to 1e 20 / cm 3 .

상기 AlGaN층(120)은 상기 GaN층(110) 상에 형성될 수 있다. 상기 AlGaN층(120)은 활성층의 역할을 할 수 있다.The AlGaN layer 120 may be formed on the GaN layer 110. The AlGaN layer 120 may serve as an active layer.

일 실시예에 따르면, 상기 AlGaN층(120)의 두께는, 0nm ~ 100nm 범위, 특히, 상기 AlGaN층(400)의 두께는 10nm ~ 30nm인 것일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the AlGaN layer 120 may range from 0 nm to 100 nm, and the thickness of the AlGaN layer 400 may range from 10 nm to 30 nm.

상기 AlGaN층(120)은 다양한 물질과 조성으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGaN층(120)는 AlxGa1 - xN으로 이루어진 것일 수 있다. 여기서, x는 0.01 ~ 1일 수 있다. 이외에도 다양한 물질 또는 조성비로써 상기 AlGaN층(120)이 이루어질 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.The AlGaN layer 120 may have a variety of materials and compositions. For example, the AlGaN layer 120 may be composed of Al x Ga 1 - x N. Here, x may be from 0.01 to 1. It is apparent to those skilled in the art that the AlGaN layer 120 may be formed of various materials or composition ratios.

상기 AlGaN층(120)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 AlGaN층(120)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 AlGaN층(120)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The AlGaN layer 120 may be formed by various methods (or methods). For example, the AlGaN layer 120 may be formed by selectively growing a nitride semiconductor crystal. The AlGaN layer 120 may be formed by a metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) method, a molecular beam epitaxial growth method (MBE) HVPE). ≪ / RTI > However, considering the crystallinity of the AlGaN layer 120, the MOCVD method may be used for device fabrication.

상기 GaN 캡층은 상기 AlGaN층(120) 상에 형성되고, GaN을 얇게 성장시킴으로써 형성될 수 있다.The GaN cap layer may be formed on the AlGaN layer 120 and may be formed by growing GaN thinly.

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

상기 소스 전극(160) 및 상기 드레인 전극(170)은 상기 AlGaN층(120)의 일부 영역 상에 형성되는 것일 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자(100)가 상기 GaN 캡층을 더 포함하는 경우, 상기 GaN 캡층의 일부 영역 상에 형성될 수 있다.The source electrode 160 and the drain electrode 170 may be formed on a part of the AlGaN layer 120. In addition, when the semiconductor device 100 further includes the GaN cap layer, the semiconductor device 100 may be formed on a part of the GaN cap layer.

상기 p-GaN층(130)은 상기 AlGaN층(120) 상에 형성될 수 있다.The p-GaN layer 130 may be formed on the AlGaN layer 120.

상기 p-GaN 층(130)은, p형 도펀트로 도핑되어 형성되되, 상기 p형 도펀트는, Mg 및 Zn 중 적어도 하나인 것일 수 있다.The p-GaN layer 130 may be doped with a p-type dopant, and the p-type dopant may be at least one of Mg and Zn.

일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e12/cm3 ~ 1e21/cm3 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the concentration of the p-type dopant may be 1e 12 / cm 3 to 1e 21 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p-GaN층(130)의 두께는, 1 nm ~ 1 um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the p-GaN layer 130 may be 1 nm to 1 μm.

상기 p-GaN층(130)은 다양한 방식(또는 방법)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 p-GaN층(130)은 질화물 반도체 결정을 선택적으로 성장시키는 방법을 통하여 형성될 수 있는데, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE) 및 힐라이드 기상 성장법(HVPE) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 상기 p-GaN층(130)의 결정성을 고려하면, 디바이스 제작에는 MOCVD법이 사용되는 것이 일반적일 수 있다.The p-GaN layer 130 may be formed by various methods (or methods). For example, the p-GaN layer 130 may be formed by selectively growing a nitride semiconductor crystal. The p-GaN layer 130 may be formed by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and helium vapor deposition (HVPE). ≪ / RTI > However, considering the crystallinity of the p-GaN layer 130, MOCVD may be used for device fabrication.

상기 p-GaN층(130)이 성장(또는 에피 성장)된 이후에는 p-GaN의 activation과정을 거쳐 p-GaN 내에 hole이 형성될 수 있도록 할 수 있다. 여기서, activation 온도는 800 ~ 1100℃에서 진행될 수 있다.After the p-GaN layer 130 is grown (or epitaxially grown), holes may be formed in p-GaN through activation of p-GaN. Here, the activation temperature may be in the range of 800 to 1100 ° C.

상기 게이트 산화막층(140)은 상기 p-GaN층(130) 상에 형성되는 것일 수 있다.The gate oxide layer 140 may be formed on the p-GaN layer 130.

상기 게이트 산화막(140)층은, 상기 p-GaN층(130)의 일부가 산화되어 형성되는 것일 수 있다.The gate oxide layer 140 may be formed by oxidizing a part of the p-GaN layer 130.

일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층(140)은, 상기 p-GaN층(130)이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the gate oxide layer 140 may be formed by oxidizing the p-GaN layer 130 based on a photoelectrochemical (PEC) method.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층(140)은, GaOx로 이루어지고, 상기 x는 0.1 ~ 2.0인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 산화막층(140)은, Ga2O3로 이루어진 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the gate oxide layer 140 is made of GaO x , and x may be 0.1 to 2.0. For example, the gate oxide layer 140 may be made of Ga 2 O 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층(140)의 두께는, 0.1 nm ~ 2 um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the gate oxide layer 140 may be 0.1 nm to 2 μm.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 산화막층(140)은, 상기 p-GaN층(130)의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것일 수 있다.2, the gate oxide layer 140 may be formed so as to surround the upper and both sides of the p-GaN layer 130.

상기 게이트 전극(150)은 상기 게이트 산화막층(140) 상에 형성될 수 있다. The gate electrode 150 may be formed on the gate oxide layer 140.

전술한 바와 같이, 상기 드레인 전극(170)에서 소스 전극(160)으로 흐르는 2DEG 전류가 게이트 전극(150)의 제어를 통해 발생할 수 있다.As described above, a 2DEG current flowing from the drain electrode 170 to the source electrode 160 can be generated through the control of the gate electrode 150. [

이하에서는 광전기화학 방식을 이용하여 상기 게이트 산화막층(140)을 형성시키는 방법을 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming the gate oxide layer 140 using a photoelectrochemical method will be described in detail with reference to FIG.

도 3은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 게이트 산화막층을 형성시키기 위한 광전기화학법을 보여주는 예시도이다.3 is an exemplary view showing a photoelectric chemical process for forming a gate oxide layer according to an embodiment disclosed herein.

도 3을 참조하면, 전술된 바와 같이 상기 기술된 방법으로 제작된 에피층에 인핸스먼트형 반도체 소자 구성을 위해 게이트, 소스, 드레인 전극을 형성하되, p-GaN층 및 게이트 사이의 게이트 절연막(또는 산화막) 층은 광전기화학을 이용하여 형성시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, gate, source, and drain electrodes are formed on the epi layer formed by the above-described method for the enhancement type semiconductor device, and a gate insulating film Oxide layer) can be formed using photoelectrochemistry.

게이트 절연막을 형성시키지 않고자 하는 부분을 p-GaN 혹은 AlGaN의 밴드갭에 해당하는 광원을 가릴 수 있도록 처리를 한 후에 그림 3과 같이 광전기화학 방법을 이용하여 p-GaN층을 산화시킬 수 있다.The p-GaN layer may be oxidized by a photoelectrochemical method as shown in FIG. 3 after the portion not to form the gate insulating film is treated so as to cover the light source corresponding to the bandgap of p-GaN or AlGaN.

상기 게이트 절연막을 형성시키지 않고자 하는 부분의 처리는 상기 게이트 절연막을 형성시키지 않고자 하는 부분에 반도체 표면에 도포하는 감광성(感光性) 저항 물질인 포토레지스터(PR, photoresistor)를 도포함에 의해 이루어질 수 있다.The processing of the portion where the gate insulating film is not to be formed may be performed by applying a photoresistor (PR) which is a photosensitive resistive material applied to the semiconductor surface to a portion where the gate insulating film is not formed have.

먼저, 산화시키고자 하는 시료(또는 질화물 반도체, 28)에 제 1 전극(32')을 형성시켜 수용액에 담근다. 예를 들어, 상기 수용액은 물(H2O) 또는 PEC용 수용액일 수 있다.First, a first electrode 32 'is formed in a sample (or a nitride semiconductor) 28 to be oxidized, and immersed in an aqueous solution. For example, the aqueous solution may be water (H 2 O) or an aqueous solution for PEC.

또한 상기 시료(28)에 전기적 포텐셜 차이를 주기 위한 제 2 전극(32'')을 상기 제 1 전극(32')과 분리시켜 수용액에 담근다. The second electrode 32 '' for giving the electric potential difference to the sample 28 is separated from the first electrode 32 'and immersed in the aqueous solution.

그리고 이 두 전극(32', 32'')을 잇는 전선 사이에 전원을 공급할 수 있는 전원 공급 장치(34)를 연결한다. And a power supply unit 34 capable of supplying power is connected between the wires connecting the two electrodes 32 'and 32' '.

이후 상기 시료(28)에 양 전압을 인가하고 p-GaN의 밴드갭에 해당하는 에너지를 갖는 빛을 포함하는 광원(또는 UV 광원, 26)을 상기 시료(28)에 조사할 경우, 아래의 화학식에 의하여 상기 p-GaN층(130)은 산화되게 될 수 있다.Then, when a positive voltage is applied to the sample 28 and the sample 28 is irradiated with a light source (or a UV light source) 26 containing light having energy corresponding to the bandgap of p-GaN, The p-GaN layer 130 may be oxidized.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

또한, 상기 광전기화학을 이용하여 형성시킨 게이트 산화막층(140, 또는 게이트 절연막)상에 gate metal공정을 진행하여 게이트 전극(150)을 형성시키고, 소스(160), 드레인(170) 전극을 형성하여 인핸스먼트형 질화물 반도체 이종접합 반도체소자를 최종적으로 완성할 수 있다.A gate metal process is performed on the gate oxide layer 140 or the gate insulating layer formed using the photoelectrochemistry to form the gate electrode 150 and the source 160 and drain 170 electrodes It is possible to finally complete the enhancement type nitride semiconductor heterojunction semiconductor device.

이외에도 다양한 방식의 광전기화학 방식으로 상기 게이트 산화막층(140)이 형성될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게 자명하며, 도 3에 개시된 광전기화학법으로 본 발명의 범위가 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선된 광전기화학법이 적용될 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the gate oxide layer 140 may be formed by a variety of photoelectric chemical methods, and the scope of the present invention is not limited by the photoelectric chemical method disclosed in FIG. 3, Modified, modified, or improved photo-electrochemical methods can be applied to various forms within the scope of the present invention and the claims.

본 명세서에 개시된 일 The work disclosed herein 실시예에In the embodiment 따른 반도체 소자의 제조방법에 대한 설명 Description of a method of manufacturing a semiconductor device according to

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein may be implemented as a part or a combination of the constituent elements or steps included in the embodiments described above or a combination of the embodiments, Overlapping portions may be omitted for clarity of the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계, 상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시키는 단계, 상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시키는 단계, 상기 AlGaN 층 상에 p-GaN 층을 형성시키는 단계, 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계, 상기 p-GaN 층의 일부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시키는 단계 및 상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.A method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein includes forming a buffer layer on a substrate, forming a GaN layer on the buffer layer, forming an AlGaN layer on the GaN layer, Forming a p-GaN layer on the p-GaN layer; etching a part of the p-GaN layer to form source and drain electrodes separated from each other on the open AlGaN layer; Oxidizing the gate oxide film to form a gate oxide film layer; and forming a gate electrode on the gate oxide film layer.

본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계, 상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시키는 단계, 상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시키는 단계, 상기 AlGaN 층 상에 p-GaN 층을 형성시키는 단계, 상기 p-GaN 층의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시키는 단계, 상기 게이트 산화막층 및 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계 및 상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.A method of fabricating a semiconductor device according to another embodiment disclosed herein includes forming a buffer layer on a substrate, forming a GaN layer on the buffer layer, forming an AlGaN layer on the GaN layer, Forming a p-GaN layer on the AlGaN layer, oxidizing an upper region of the p-GaN layer to form a gate oxide layer, etching a part of the gate oxide layer and the p- Forming a source electrode and a drain electrode separated from each other on the AlGaN layer, and forming a gate electrode on the gate oxide layer.

전술된 2 가지 제조방법의 차이점은, 전자의 경우, 상술된 방법으로 제작된 에피층(GaN/AlGaN/p-GaN)에 pGaN의 패턴을 형성할 수 있는 photo공정을 진행하고 pGaN의 식각 공정을 진행한 후, S/D(소스.드레인 전극)을 형성시킨 후 게이트 절연막(예를 들어, Ga2O3 gate insulator)를 형성하는 제조방법이다.The difference between the two manufacturing methods described above is that, in the case of the former, a photolithography process capable of forming a pattern of pGaN on the epi layer (GaN / AlGaN / p-GaN) (Source and drain electrodes) are formed, and then a gate insulating film (for example, a Ga 2 O 3 gate insulator) is formed.

또한, 전자의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.In the former case, as shown in FIG. 5, the gate oxide film layer may be formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer.

후자의 경우, 먼저, p-GaN 층의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성한 후, photo공정을 진행하여 p-GaN/게이트 절연막에 대한 식각 공정을 진행한 후, S/D(소스.드레인 전극)를 형성시키는 제조방법이다.In the latter case, first, an upper region of the p-GaN layer is oxidized to form a gate oxide film layer, and then a photolithography process is performed to perform an etching process on the p-GaN / gate insulating film. Drain electrode) is formed.

또한, 후자의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 상부에 위치되는 형태를 가질 수 있다.In the latter case, as shown in FIG. 7, the gate oxide film layer may be located above the p-GaN layer.

일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN 층이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the gate oxide layer may be formed by oxidizing the p-GaN layer based on a photoelectrochemical (PEC) method.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN 층이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.In addition, according to one embodiment, the gate oxide layer may be formed by oxidizing the p-GaN layer based on a photoelectrochemical (PEC) method.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, Ga2O3로 이루어지는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the gate oxide layer may be made of Ga 2 O 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층의 두께는, 0.1 nm ~ 2 um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the gate oxide layer may be 0.1 nm to 2 um.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 산화막층은, 상기 p-GaN층의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the gate oxide layer may be formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p-GaN 층은, p형 도펀트로 도핑되어 형성되되, 상기 p형 도펀트는, Mg 및 Zn 중 적어도 하나인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the p-GaN layer may be doped with a p-type dopant, and the p-type dopant may be at least one of Mg and Zn.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p형 도펀트의 농도는, 1e12/cm3 ~ 1e21/cm3 인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the concentration of the p-type dopant may be 1 12 / cm 3 to 1 21 / cm 3 .

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 p-GaN 층의 두께는, 1 nm ~ 1 um인 것일 수 있다.Also, according to one embodiment, the thickness of the p-GaN layer may be 1 nm to 1 μm.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 버퍼층, 상기 GaN층, 상기 AlGaN층 및 p-GaN층 중적어도 하나는, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment, one of the buffer layer, the GaN layer, the AlGaN layer, and the p-GaN layer may be formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or helium vapor deposition (HVPE), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering, and atomic layer deposition (ALD).

도 4는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein.

도 4를 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 4, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein may include the following steps.

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

다음으로, 상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시킬 수 있다(S120).Next, a GaN layer may be formed on the buffer layer (S120).

다음으로, 상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시킬 수 있다(S130).Next, an AlGaN layer may be formed on the GaN layer (S130).

다음으로, 상기 AlGaN 층 상에 형성되는 p-GaN 층을 형성시킬 수 있다(S140).Next, a p-GaN layer formed on the AlGaN layer may be formed (S140).

다음으로, 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시킬 수 있다(S150).Next, a part of the p-GaN layer is etched to form source and drain electrodes separated from each other on the opened AlGaN layer (S150).

다음으로, 상기 p-GaN 층의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시킬 수 있다(S160).Next, the upper region of the p-GaN layer may be oxidized to form a gate oxide layer (S160).

다음으로, 상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시킬 수 있다(S170).Next, a gate electrode may be formed on the gate oxide layer (S170).

도 5는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein.

도 5를 참조하면, 기판(101) 상에 차례로 버퍼층(102), GaN층(110), AlGaN층(120) 및 p-GaN층(130)을 형성시킨 후(도 5(a)), p-GaN 층(130)의 일부 영역에 대해 선택적 식각(또는 에칭)을 할 수 있다.5, a buffer layer 102, a GaN layer 110, an AlGaN layer 120, and a p-GaN layer 130 are sequentially formed on a substrate 101 (FIG. 5A) -GaN layer 130 may be selectively etched (or etched).

상기 선택적 식각이 이루어지는 상기 p-GaN 층(130)의 일부 영역은 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)이 형성되는 영역일 수 있다.A portion of the p-GaN layer 130 where the selective etching is performed may be a region where the source electrode 160 and the drain electrode 170 are formed.

즉, 상기 p-GaN 층(130)의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성시킬 수 있다(도 5(b)).That is, a part of the p-GaN layer 130 may be etched to form the source electrode 160 and the drain electrode 170 separated from each other on the opened AlGaN layer (FIG. 5 (b)).

다음으로, 상기 p-GaN 층(130)의 일부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층(140)을 형성시킬 수 있다(도 5(c)). 이 경우, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 산화막층(140)은, 상기 p-GaN층(130)의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것일 수 있다.Next, a part of the p-GaN layer 130 may be oxidized to form a gate oxide layer 140 (Fig. 5 (c)). In this case, as shown in FIG. 5C, the gate oxide layer 140 may be formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer 130.

여기서, 상기 게이트 산화막층(140)은, 상기 p-GaN 층(130)이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.Here, the gate oxide layer 140 may be formed by oxidizing the p-GaN layer 130 based on a photoelectrochemical (PEC) method.

상기 광전기화학 방법은 도 3에 개시된 바와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The photoelectrochemical method is similar to that shown in FIG. 3, so a detailed description thereof will be omitted.

다음으로, 상기 게이트 산화막층(140) 상에 게이트 전극(150)을 형성(또는 증착)시킬 수 있다(도 5(d)).Next, a gate electrode 150 may be formed (or deposited) on the gate oxide layer 140 (FIG. 5 (d)).

도 6은 본 명세서에 개시된 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart showing a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment disclosed herein.

도 6을 참조하면, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 6, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed herein may include the following steps.

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

다음으로, 상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시킬 수 있다(S120).Next, a GaN layer may be formed on the buffer layer (S120).

다음으로, 상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시킬 수 있다(S130).Next, an AlGaN layer may be formed on the GaN layer (S130).

다음으로, 상기 AlGaN 층 상에 형성되는 p-GaN 층을 형성시킬 수 있다(S140).Next, a p-GaN layer formed on the AlGaN layer may be formed (S140).

다음으로, 상기 p-GaN 층의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시킬 수 있다(S210).Next, the upper region of the p-GaN layer may be oxidized to form a gate oxide layer (S210).

다음으로, 상기 게이트 산화막층 및 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시킬 수 있다(S220).Next, a portion of the gate oxide layer and the p-GaN layer may be etched to form a source electrode and a drain electrode separated from each other on the open AlGaN layer (S220).

다음으로, 상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시킬 수 있다(S170).Next, a gate electrode may be formed on the gate oxide layer (S170).

도 7은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment disclosed in this specification.

도 7을 참조하면, 기판(101) 상에 차례로, 버퍼층(102), GaN층(110), AlGaN층(120) 및 p-GaN층(130)을 형성시킨 후(도 7(a)), 상기 p-GaN 층(130)의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층(140)을 형성시킬 수 있다(도 7(b)).7, a buffer layer 102, a GaN layer 110, an AlGaN layer 120, and a p-GaN layer 130 are sequentially formed on a substrate 101 (Fig. 7A) The upper region of the p-GaN layer 130 may be oxidized to form the gate oxide layer 140 (Fig. 7 (b)).

여기서, 상기 게이트 산화막층(140)은, 상기 p-GaN 층(130)이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것일 수 있다.Here, the gate oxide layer 140 may be formed by oxidizing the p-GaN layer 130 based on a photoelectrochemical (PEC) method.

상기 광전기화학 방법은 도 3에 개시된 바와 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The photoelectrochemical method is similar to that shown in FIG. 3, so a detailed description thereof will be omitted.

다음으로, 상기 게이트 산화막층(140) 및 상기 p-GaN 층(130)의 일부 영역에 대해 선택적 식각(또는 에칭)을 할 수 있다.Next, selective etching (or etching) may be performed on the gate oxide layer 140 and a part of the p-GaN layer 130.

다음으로, 상기 게이트 산화막층(140) 및 상기 p-GaN 층(130)의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층(120) 상에 서로 분리된 소스 전극(160) 및 드레인 전극(170)을 형성시킬 수 있다(도 7(c)).Next, the gate oxide layer 140 and a part of the p-GaN layer 130 are etched to form a source electrode 160 and a drain electrode 170 separated from each other on the opened AlGaN layer 120 (Fig. 7 (c)).

다음으로, 상기 게이트 산화막층(140) 상에 게이트 전극(150)을 형성(또는 증착)시킬 수 있다(도 7(d)).Next, a gate electrode 150 may be formed (or deposited) on the gate oxide layer 140 (Fig. 7 (d)).

상술된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 순차적으로 적층된 GaN 층, AlGaN 층, p-GaN 층 및 상기 p-GaN층이 일부 산화되어 형성된 게이트 절연막(또는 산화막)을 포함하는 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법이 제공된다.As described above, according to one embodiment disclosed in the present specification, a nitride layer including a sequentially stacked GaN layer, an AlGaN layer, a p-GaN layer, and a gate insulating film (or oxide film) formed by partially oxidizing the p- A semiconductor device and a method of manufacturing the same are provided.

특히, 본 명세서에 개시된 반도체 소자에 따르면, p-GaN층을 근거로 노멀리-온 상태를 구현하되, 광전기화학 방식을 근거로 상기 p-GaN층의 일부를 산화시켜 게이트 절연막을 형성함으로써 게이트 누설 전류가 획기적으로 감소될 수 있는 질화물 반도체 소자 및 이의 제조방법이 제공될 수 있는 이점이 있다.Particularly, according to the semiconductor device disclosed in this specification, a normally-on state is realized based on a p-GaN layer, and a part of the p-GaN layer is oxidized based on photoelectrochemistry to form a gate insulating film, There is an advantage that a nitride semiconductor device and a manufacturing method thereof capable of drastically reducing the current can be provided.

구체적으로, 본 명세서에 개시된 기술은 p-type의 gate를 가지는 AlGaN/GaN HEMT 소자의 제작 방법에 관한 것으로, 광전기화학 산화법 (photo-electrochemical oxidation method)을 이용한 Ga2O3형성을 통해 고신뢰성의 소자를 만드는 방법에 관한 것이다. Specifically, the technology disclosed herein relates to a method for manufacturing the AlGaN / GaN HEMT device having a gate of the p-type, photoelectric chemical oxidation method (photo-electrochemical oxidation method) to the high through the Ga 2 O 3 is formed with reliability Lt; / RTI >

기존의 AlGaN/GaN소자에 비해 p-type gate를 가지는 AlGaN/GaN HEMT 소자는 동작 전압을 조절하기 용이하고, 2DEG density의 감소없이 normally-off 특성이 구현될 수 있다.AlGaN / GaN HEMT devices with p-type gates compared to conventional AlGaN / GaN devices can easily control the operating voltage and can achieve a normally-off characteristic without reducing the 2DEG density.

하지만, p-type gate구조는 pn junction이 발생할 수 있고(p-type의 gate와 n-type의 AlGaN 또는 GaN과의 접합), 따라서 pn junction에 의한 순방향 bias current를 조절할 수 없는 단점이 있을 수 있다.However, the p-type gate structure may cause a pn junction (a p-type gate and an n-type AlGaN or GaN junction) and thus can not control the forward bias current due to the pn junction .

본 명세서에 개시된 기술은, on-state에서 pn junction에 의한 누설전류를 더욱 감소시키기 위한 방법으로 p-GaN 을 산화시켜 절연막을 형성하여 소자의 기본적인 특성을 유지하면서 게이트 전류(Ig)를 감소시키는 방법이 제시된다.The technique disclosed in this specification is a method for reducing the gate current Ig while maintaining the basic characteristics of the device by forming an insulating film by oxidizing p-GaN by a method for further reducing the leakage current due to the pn junction in on-state .

특히, 본 명세서에 개시된 기술은 광전기화학 산화법 (photo-electrochemical oxidation method)을 사용하여 p-GaN을 산화시켜 신뢰성이 높은 Ga2O3 절연막이 형성되는 것이 장점일 수 있다.In particular, the technique disclosed herein may be advantageous in that a highly reliable Ga 2 O 3 insulating film is formed by oxidizing p-GaN using a photo-electrochemical oxidation method.

이렇게 형성된 소자를 이용할 경우, 게이트로 흐르는 누설전류를 대폭 감소시켜 소자의 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.When the thus formed element is used, there is an advantage that the leakage current flowing to the gate can be greatly reduced and the reliability of the element can be improved.

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

100: 반도체 소자 110: GaN층
120: AlGaN층 130: p-GaN
140: 게이트 산화막 층 150: 게이트 전극
160: 소스 전극 170: 드레인 전극
100: Semiconductor device 110: GaN layer
120: AlGaN layer 130: p-GaN
140: gate oxide layer 150: gate electrode
160: source electrode 170: drain electrode

Claims (29)

GaN 층;
상기 GaN 층 상에 형성되는 AlGaN 층;
상기 AlGaN 층 상에 형성되는 p-GaN 층;
상기 p-GaN 층 상에 형성되는 게이트 산화막층;
상기 게이트 산화막층 상에 형성되는 게이트 전극; 및
상기 AlGaN 층의 일부 영역 상에 형성되는 소스 전극, 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
GaN layer;
An AlGaN layer formed on the GaN layer;
A p-GaN layer formed on the AlGaN layer;
A gate oxide layer formed on the p-GaN layer;
A gate electrode formed on the gate oxide layer; And
And a source electrode and a drain electrode formed on a part of the AlGaN layer.
제1항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
상기 p-GaN층의 일부가 산화되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate oxide film layer
And a part of the p-GaN layer is oxidized.
제2항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
상기 p-GaN층이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것인 반도체 소자.
The semiconductor device according to claim 2, wherein the gate oxide film layer
Wherein the p-GaN layer is formed by oxidizing based on a photoelectrochemical (PEC) method.
제1항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
GaOx로 이루어지고,
상기 x는 0.1 ~ 2.0인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate oxide film layer
GaO x ,
Wherein x is 0.1 to 2.0.
제4항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
Ga2O3로 이루어진 것인 반도체 소자.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate oxide film layer
Ga 2 O 3 .
제1항에 있어서, 상기 게이트 산화막층의 두께는,
0.1 nm ~ 2 um인 것인 반도체소자.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the gate oxide film layer
0.1 nm to 2 [mu] m.
제1항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
상기 p-GaN층의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것인 반도체 소자.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate oxide film layer
And the p-GaN layer is formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer.
제1항에 있어서, 상기 p-GaN 층은,
p형 도펀트로 도핑되어 형성되되,
상기 p형 도펀트는,
Mg 및 Zn 중 적어도 하나인 것인 반도체 소자.
The p-GaN substrate according to claim 1,
doped with a p-type dopant,
The p-
Mg and < RTI ID = 0.0 > Zn. ≪ / RTI >
제8항에 있어서, 상기 p형 도펀트의 농도는,
1e12/cm3 ~ 1e21/cm3 인 것인 반도체 소자.
9. The method of claim 8, wherein the concentration of the p-
1e 12 / cm 3 to 1e 21 / cm 3 .
제1항에 있어서, 상기 p-GaN 층의 두께는,
1 nm ~ 1 um인 것인 반도체 소자.
The p-GaN substrate according to claim 1, wherein the thickness of the p-
1 nm to 1 um.
제1항에 있어서, 상기 GaN층의 두께는,
0.5um ~ 7um인 것인 반도체 소자.
The GaN substrate according to claim 1,
0.5um to 7um.
제1항에 있어서, 상기 GaN층은,
Mg, C 및 Fe 중 적어도 하나의 도펀트로 도핑되고,
상기 적어도 하나의 도펀트 농도는,
1e16/cm3 ~ 5e20/cm3인 것인 반도체 소자.
The GaN substrate according to claim 1,
Doped with at least one of Mg, C and Fe,
Wherein the at least one dopant concentration is selected from the group consisting of:
Cm < 3 > to 5e20 / cm < 3 >.
제1항에 있어서, 상기 AlGaN층의 두께는,
2nm ~ 100nm인 것인 반도체 소자.
The method according to claim 1, wherein the thickness of the AlGaN layer
Wherein the thickness of the semiconductor element is 2 nm to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 AlGaN층 상에 형성되는 GaN 캡층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method according to claim 1,
And a GaN cap layer formed on the AlGaN layer.
제14항에 있어서, 상기 GaN 캡층의 두께는,
2nm ~ 10nm인 것인 반도체 소자.
15. The GaN cap layer according to claim 14,
And is 2 nm to 10 nm.
제1항에 있어서, 상기 GaN층은,
버퍼층 상에 형성되는 것인 반도체 소자.
The GaN substrate according to claim 1,
And is formed on the buffer layer.
제16항에 있어서, 상기 버퍼층은,
AlN, AlGaN 및 초격자(superlattice) 구조 중 적어도 하나로 이루어지는 것인 반도체 소자.
17. The method of claim 16,
AlN, AlGaN, and a superlattice structure.
제16항에 있어서, 상기 버퍼층은,
기판 상에 형성되는 것인 반도체 소자.
17. The method of claim 16,
And is formed on a substrate.
제18항에 있어서, 상기 기판은,
Si, SiC, Sapphire 및 GaN 중 적어도 하나로 이루어지는 것인 반도체 소자.
19. The method of claim 18,
Si, SiC, Sapphire, and GaN.
기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계;
상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시키는 단계;
상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시키는 단계;
상기 AlGaN 층 상에 p-GaN 층을 형성시키는 단계;
상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계;
상기 p-GaN 층의 일부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시키는 단계; 및
상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
Forming a buffer layer on the substrate;
Forming a GaN layer on the buffer layer;
Forming an AlGaN layer on the GaN layer;
Forming a p-GaN layer on the AlGaN layer;
Etching a portion of the p-GaN layer to form source and drain electrodes separated from each other on the open AlGaN layer;
Forming a gate oxide layer by oxidizing a part of the p-GaN layer; And
And forming a gate electrode on the gate oxide film layer.
제20항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
상기 p-GaN 층이 광전기화학(PEC, photoelectrochemical) 방법을 근거로 산화되어 형성되는 것인 반도체 소자의 제조방법.
The semiconductor device according to claim 20, wherein the gate oxide film layer
Wherein the p-GaN layer is formed by oxidizing based on a photoelectrochemical (PEC) method.
제20항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
Ga2O3로 이루어지는 것인 반도체 소자의 제조방법.
The semiconductor device according to claim 20, wherein the gate oxide film layer
Ga 2 O 3 .
제20항에 있어서, 상기 게이트 산화막층의 두께는,
0.1 nm ~ 2 um인 것인 반도체 소자의 제조방법.
21. The method according to claim 20, wherein the thickness of the gate oxide film layer
0.1 nm to 2 [mu] m.
제20항에 있어서, 상기 게이트 산화막층은,
상기 p-GaN층의 상부 및 양 측면을 둘러싸도록 형성되는 것인 반도체 소자의 제조방법.
The semiconductor device according to claim 20, wherein the gate oxide film layer
And the p-GaN layer is formed to surround the upper and both sides of the p-GaN layer.
제20항에 있어서, 상기 p-GaN 층은,
p형 도펀트로 도핑되어 형성되되,
상기 p형 도펀트는,
Mg 및 Zn 중 적어도 하나인 것인 반도체 소자의 제조방법.
21. The method of claim 20, wherein the p-
doped with a p-type dopant,
The p-
Mg and < RTI ID = 0.0 > Zn. ≪ / RTI >
제25항에 있어서, 상기 p형 도펀트의 농도는,
1e12/cm3 ~ 1e21/cm3 인 것인 반도체 소자의 제조방법.
26. The method of claim 25, wherein the concentration of the p-
1e 12 / cm 3 to 1e 21 / cm 3 .
제20항에 있어서, 상기 p-GaN 층의 두께는,
1 nm ~ 1 um인 것인 반도체 소자의 제조방법.
21. The method according to claim 20, wherein the thickness of the p-
1 nm to 1 [mu] m.
제20항에 있어서, 상기 버퍼층, 상기 GaN층, 상기 AlGaN층 및 p-GaN층 중적어도 하나는,
유기 금속 기상 성장법(MOCVD), 분자선 에피성장법(MBE), 힐라이드 기상 성장법(HVPE), PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼터링(Sputtering) 및 ALD(atomic layer deposition) 중 적어도 하나를 근거로 형성되는 것인 반도체 소자의 제조방법.
21. The method of claim 20, wherein one of the buffer layer, the GaN layer, the AlGaN layer, and the p-
At least one of metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), helium vapor deposition (HVPE), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), sputtering, and atomic layer deposition Wherein the semiconductor device is formed on the basis of a predetermined pattern.
기판 상에 버퍼층을 형성시키는 단계;
상기 버퍼층 상에 GaN층을 형성시키는 단계;
상기 GaN 층 상에 AlGaN 층을 형성시키는 단계;
상기 AlGaN 층 상에 p-GaN 층을 형성시키는 단계;
상기 p-GaN 층의 상부 영역을 산화시켜 게이트 산화막층을 형성시키는 단계;
상기 게이트 산화막층 및 상기 p-GaN 층의 일부를 식각하여 오픈된 AlGaN층 상에 서로 분리된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계; 및
상기 게이트 산화막층 상에 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
Forming a buffer layer on the substrate;
Forming a GaN layer on the buffer layer;
Forming an AlGaN layer on the GaN layer;
Forming a p-GaN layer on the AlGaN layer;
Oxidizing the upper region of the p-GaN layer to form a gate oxide layer;
Etching a portion of the gate oxide layer and the p-GaN layer to form source and drain electrodes separated from each other on the open AlGaN layer; And
And forming a gate electrode on the gate oxide film layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108376707A (en) * 2018-01-11 2018-08-07 北京华碳科技有限责任公司 A kind of enhanced HEMT device of GaN base and preparation method thereof
KR102257205B1 (en) 2019-11-29 2021-05-27 주식회사 시지트로닉스 Nitride semiconductor for decreasing electric field and manufacturing method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008098603A (en) * 2006-09-15 2008-04-24 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for manufacturing semiconductor epitaxial crystal substrate
JP2010153493A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Sanken Electric Co Ltd Field-effect semiconductor device and method of fabrication
KR20110084709A (en) * 2010-01-18 2011-07-26 삼성엘이디 주식회사 Nitride-based heterojunction field-effect transistor and method for manufacturing the same
JP2013074179A (en) * 2011-09-28 2013-04-22 Fujitsu Ltd Compound semiconductor device and manufacturing method of the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008098603A (en) * 2006-09-15 2008-04-24 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for manufacturing semiconductor epitaxial crystal substrate
JP2010153493A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Sanken Electric Co Ltd Field-effect semiconductor device and method of fabrication
KR20110084709A (en) * 2010-01-18 2011-07-26 삼성엘이디 주식회사 Nitride-based heterojunction field-effect transistor and method for manufacturing the same
JP2013074179A (en) * 2011-09-28 2013-04-22 Fujitsu Ltd Compound semiconductor device and manufacturing method of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108376707A (en) * 2018-01-11 2018-08-07 北京华碳科技有限责任公司 A kind of enhanced HEMT device of GaN base and preparation method thereof
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