KR20150041673A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 반도체 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to semiconductor devices.
일반적으로 높은 전압 스위칭에 적합한 회로에 사용되는 다이오드는 역방향 동작 즉, 양극의 전압보다 음극의 전압이 높은 상황에서 역방향 누설 전류는 가능하면 작아야 하고 높은 전압 예를 들어 적어도 600 볼트나 1200볼트에서도 견딜 수 있어야 한다.In general, a diode used in a circuit suitable for high-voltage switching is reverse-operated, that is, in a situation where the cathode voltage is higher than the anode voltage, the reverse leakage current should be as small as possible and can withstand high voltages, for example at least 600 volts or 1200 volts .
다이오드의 일종인 쇼트키 배리어 다이오드(SBD:Schottky barrier diode) 등과 같은 반도체 소자는 트랜지스터와 함께 교환 방식 전원 공급 장치(SMPS:Switch-mode power supply)의 핵심부품으로 사용되고 있다. 왜냐하면, SBD는 우수한 스위칭 속도 및 온 상태 성능을 갖기 때문이다.Semiconductor devices such as Schottky barrier diodes (SBDs), which are a kind of diodes, are used as a core part of a switch-mode power supply (SMPS) together with transistors. This is because the SBD has excellent switching speed and on-state performance.
특히, 반도체 소자를 구현하는 GaN은 큰 내압 특성 및 높은 전자 포화 속도를 가지며, 그에 따라 대 전류, 대 전력 및 대 전압 소자에 유리한 물리적 특성을 갖는다. 이와 같이, GaN은 넓은 밴드갭(bandgap), 2DEG(two-dimensional electron channel), 고 이동도, 고 항복 분야(high breakdown field) 등의 전력 소자에 응용될 수 있는 유리한 물리적 특성을 가지고 있다. 그러나, GaN을 이용하여 구현된 SBD에 역 전압을 인가하였을 때, 전극의 모서리 부근에서 전계가 집중될 수 있다. 이로 인해, GaN이 갖는 물성치보다 큰 누설 전류가 발생하며, 물성 한계보다 낮은 전압에서 항복 현상이 발생할 수 있다. 이를 극복하기 위해, 기판이 SiC로 구현될 경우, 불순물 이온을 SiC로 구현된 기판에 주입하여 형성된 가드링(guard ring)을 이용할 수 있다. 그러나, 기판이 GaN으로 구현될 경우, GaN에 불순물을 주입 및 확산하여도 가드링이 잘 형성되지 않는 문제점이 있다.In particular, GaN implementing semiconductor devices has a high breakdown voltage characteristic and a high electron saturation rate, and accordingly has physical properties favoring large current, large power and high voltage devices. Thus, GaN has advantageous physical properties that can be applied to power devices such as wide bandgap, two-dimensional electron channel (2DEG), high mobility, and high breakdown field. However, when a reverse voltage is applied to the SBD implemented using GaN, the electric field can be concentrated in the vicinity of the edge of the electrode. As a result, leakage currents larger than those of GaN are generated, and the yielding phenomenon may occur at a voltage lower than the physical property limit. In order to overcome this, when the substrate is made of SiC, a guard ring formed by implanting impurity ions into a substrate made of SiC can be used. However, when the substrate is implemented with GaN, there is a problem that the guard ring is not formed well even when impurities are implanted and diffused into the GaN.
실시 예는 전극의 모서리에 전계 집중을 완화시킬 수 있는 반도체 소자를 제공한다.The embodiment provides a semiconductor device capable of alleviating electric field concentration at the edge of an electrode.
실시 예에 의한 반도체 소자는, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 제1 도전형 질화물 반도체층; 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 위에 배치된 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 제2 도전형 질화물 반도체층; 및 상기 제2 도전형 질화물 반도체층을 관통하여 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층에 접하는 몸체부 및 상기 몸체부로부터 수평 방향으로 연장되어 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 위에 배치된 확장부를 포함하는 제1 전극을 포함할 수 있다.The semiconductor device according to the embodiment includes a first conductivity type nitride semiconductor layer including Al x In y Ga (1-xy) N (0 x 1, 0 y 1, 0 x + y 1) ; (1-xy) N (0? X? 1, 0? Y? 1, 0? X + y? 1) disposed on the first conductive type nitride semiconductor layer, A nitride semiconductor layer; And a body portion extending through the second conductive type nitride semiconductor layer and in contact with the first and second conductive type nitride semiconductor layers, and an extension portion extending in the horizontal direction from the body portion and disposed on the second conductive type nitride semiconductor layer And a second electrode.
상기 반도체 소자는, 상기 제1 전극의 확장부와 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 사이에 배치된 패시베이션층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include a passivation layer disposed between the extended portion of the first electrode and the second conductive type nitride semiconductor layer.
상기 패시베이션층은 상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 상부 및 측부와 상기 제1 도전형 질화물 반도체층의 상부면을 덮도록 배치될 수 있다.The passivation layer may be disposed to cover upper and side portions of the second conductive type nitride semiconductor layer and an upper surface of the first conductive type nitride semiconductor layer.
상기 반도체 소자는 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 아래에 상기 제1 전극과 대향하여 배치된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include a second electrode disposed below the first conductive type nitride semiconductor layer and facing the first electrode.
또는, 상기 반도체 소자는, 상기 제1 전극의 측부에서 상기 제1 도전형 질화물 반도체층과 접하도록 배치된 제2 전극을 더 포함할 수 있다.Alternatively, the semiconductor device may further include a second electrode disposed on a side of the first electrode so as to be in contact with the first conductive type nitride semiconductor layer.
상기 제2 도전형 질화물 반도체층은 30 ㎚ 내지 70 ㎚의 두께를 가질 수 있다.The second conductive type nitride semiconductor layer may have a thickness of 30 nm to 70 nm.
상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 폭은 상기 제1 전극의 확장부의 폭 이상일 수 있다.The width of the second conductive type nitride semiconductor layer may be greater than or equal to the width of the extension of the first electrode.
상기 제1 도전형 질화물 반도체층은 n형 GaN을 포함하고, 상기 제2 도전형 질화물 반도체층은 p형 GaN을 포함할 수 있다.The first conductive type nitride semiconductor layer may include n-type GaN, and the second conductive type nitride semiconductor layer may include p-type GaN.
상기 반도체 소자는, 상기 제1 전극인 양극과 상기 제2 전극인 음극을 포함하는 쇼트키 다이오드를 포함할 수 있다.The semiconductor device may include a Schottky diode including a cathode that is the first electrode and a cathode that is the second electrode.
상기 제2 도전형 질화물 반도체층은 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 위에 에피 성장된 층일 수 있다.The second conductive type nitride semiconductor layer may be an epitaxially grown layer on the first conductive type nitride semiconductor layer.
실시 예에 따른 반도체 소자는 제1 도전형 질화물 반도체층 위에 제2 도전형 질화물 반도체층을 에피 성장시켜 역 전압 특성이 안정화되고 누설 전류가 감소된 SBD에 적용될 수 있고, 수평형 SBD와 달리 항복 전압을 높이고자 할 때 크기 변화가 거의 없는 수평형 SBD에 적용될 수 있다.The semiconductor device according to the embodiment can be applied to an SBD in which a reverse conduction characteristic is stabilized and a leakage current is reduced by epitaxially growing a second conductivity type nitride semiconductor layer on the first conductivity type nitride semiconductor layer and unlike a horizontal SBD, Can be applied to a horizontal SBD with almost no change in size.
도 1은 실시 예에 의한 반도체 소자의 블럭도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 실시 예에 의한 SBD의 단면도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 예시된 반도체 소자의 실시 예에 의한 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 4는 일반적인 수평형 SBD의 단면도를 나타낸다.1 is a block diagram of a semiconductor device according to an embodiment.
2A to 2C show cross-sectional views of an SBD according to an embodiment.
3A to 3D are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method according to an embodiment of the semiconductor device illustrated in FIG.
Figure 4 shows a cross-sectional view of a typical horizontal SBD.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed on the "upper" or "on or under" of each element, on or under includes both elements being directly contacted with each other or one or more other elements being indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on" or "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.It is also to be understood that the terms "first" and "second", "upper" and "lower", etc., as used below, do not necessarily imply or imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements And may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.
도 1은 실시 예에 의한 반도체 소자(100)의 블럭도를 나타낸다.1 shows a block diagram of a
도 1을 참조하면, 반도체 소자(100)는 제1 도전형 질화물 반도체층(110), 제2 도전형 질화물 반도체층(120), 패시베이션(passivation)층(130) 및 제1 전극(140)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a
도 1은 반도체 소자(100)가 수직형 쇼트키 배리어 다이오드(SBD:Schottky Barrier Diode)에 적용된 일 례를 나타내지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 반도체 소자(100)는 SBD 이외의 다른 소자에도 적용될 수 있음은 물론이다.FIG. 1 shows an example in which the
SBD가 수직형인가 수평형인가는 SBD에서 흐르는 전류에 의해 결정된다. 즉, 수직형 SBD의 경우 전류가 양극으로부터 음극으로 수직 방향으로 흐르고, 수평형 SBD의 경우 전류가 양극으로부터 음극으로 수평 방향으로 흐른다.Whether the SBD is vertical or horizontal is determined by the current flowing in the SBD. That is, in the case of a vertical SBD, current flows vertically from the anode to the cathode, and in the case of the horizontal SBD, current flows horizontally from the anode to the cathode.
제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 제2 도전형 질화물 반도체층(120)이 배치된다.The second conductive type
제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 일종의 기판으로서, 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 도전형 질화물 반도체층(110)이 n형 질화물 반도체층인 경우, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The first conductive type
제2 도전형 질화물 반도체층(120)은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 질화물 반도체층(120)이 p형 질화물 반도체층인 경우, 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 도전형 질화물 반도체층(120)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The second conductive type
예를 들어, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 n형 GaN층일 수 있고, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)은 p형 GaN층일 수 있다.For example, the first conductive type
한편, 제1 전극(140)은 몸체부(142) 및 확장부(144-1, 144-2)를 포함한다. 제1 전극(140)은 SBD의 양극(A:Anode)에 해당할 수 있다.Meanwhile, the
몸체부(142)는 제2 도전형 질화물 반도체층(120)을 관통하여 제1 도전형 질화물 반도체층(110)과 쇼트키 접촉(schottky contact)한다. 또한, 몸체부(142)는 제2 도전형 질화물 반도체층(120)과도 접촉한다. 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 두께(t)는 수십 ㎚일 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 두께(t)가 30 ㎚보다 작거나 70 ㎚보다 클 경우, 후술되는 바와 같이, 제1 전극(140)의 모서리(x1, x2) 특히 모서리(x2)에서의 전계 분산 효과는 미미할 수 있다. 따라서, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)은 30 ㎚ 내지 70 ㎚의 두께(t)를 가질 수 있다.The
확장부(144-1, 144-2)는 몸체부(142)로부터 수평 방향으로 연장되어, 제2 도전형 질화물 반도체층(120) 위에 배치된다. 이때, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 폭은 제1 전극(140)의 확장부(144-1, 144-2)의 폭 이상일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 폭은 확장부(144-1, 144-2)의 폭보다 소정 폭(W)만큼 더 클 수 있다. 여기서, 소정 폭(W)이 양의 실수일 경우 제1 전극(140)의 모서리(x1, s2)(145, 143)에서 전계가 집중되는 현상이 더 완화될 수 있다.The extension portions 144-1 and 144-2 extend in the horizontal direction from the
제1 전극(140)은 내화 금속(refractory metal) 또는 이러한 내화 금속의 혼합물일 수 있다. 또는, 제1 전극(140)은 Pt(Platinum), Ge(Germanium), Cu(Copper), Cr(Chromium), Ni(Nickel), Au(Gold), Ti(Titanium), Al(Aluminum), Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN(Titanium Nitride), Pd(Palladium), W(tungsten) 또는 WSi2(Tungstem silicide) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.The
한편, 패시베이션층(130)은 제1 전극(140)의 확장부(144-1, 144-2)와 제2 도전형 질화물 반도체층(120) 사이에 배치된다. 특히, 패시베이션층(130)은 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 상부 및 측부를 덮도록 배치된다.The
또한, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부가 노출될 경우 반도체 소자(100)의 성능의 예측이 불가할 수 있다. 따라서, 패시베이션층(130)은 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부를 덮어 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부면이 노출되지 않도록 배치될 수 있다.In addition, when the upper portion of the first conductive type
패시베이션층(130)은 절연 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, SiNx(여기서, x는 양의 정수), MgO, Sc2O3, SiO2, SOG 또는 SOD 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
또한, 제1 전극(140)의 확장부(144-1, 144-2)와 제2 도전형 질화물 반도체층(120) 사이에 배치된 패시베이션층(130)은 필드 플레이트(FP:Field Plate)의 역할도 수행한다.The
반도체 소자(100)에 의해 구현된 SBD의 음극에 해당하는 제2 전극은 첨부된 도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같이 다양한 형태로 배치될 수 있다.The second electrode corresponding to the cathode of the SBD implemented by the
도 2a 내지 도 2c는 실시 예에 의한 SBD(100A, 100B, 100C)의 단면도를 나타낸다.2A to 2C show cross-sectional views of the
도 1에 예시된 반도체 소자(100)는 도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같이 다양한 형태의 SBD(100A, 100B, 100C)로 구현될 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에 예시된 SBD(100A, 100B, 100C)는 음극(150A, 150B, 150C)의 배치만 다를 뿐 서로 동일한 구성을 갖는다.The
도 2a에 예시된 SBD(100A)는 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 아래에 제1 전극(140)과 대향하여 배치된 제2 전극(150A)을 음극으로서 더 포함할 수 있다.The
도 2b 및 도 2c에 예시된 SBD(100B, 100C)는 제1 전극(140)의 측부에서 제1 도전형 질화물 반도체층(110)과 접촉하도록 배치된 제2 전극(150B, 150C)을 음극으로서 더 포함할 수 있다. 도 2b에 예시된 SBD(100B)의 경우 제2 전극(150B)은 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부 표면에 배치된다. 반면에, 도 2c에 예시된 SBD(100C)의 경우 제2 전극(150C)은 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부면보다 더 깊이 배치된다.The
도 2a 내지 도 2c에 예시된 SBD(100A, 100B, 100C)는 모두 수직형으로서 전류는 양극(140)으로부터 음극(150A, 150B, 150C)을 향해 흐른다. 즉, 도 2a에 예시된 SBD(100A)에서 전류는 제1 전극(140)으로부터 제2 전극(150A)으로 화살표(162)로 표시한 바와 같이 수직 방향으로 흐른다. 또한, 도 2b 또는 도 2c에 예시된 SBD(100B, 100C)에서 전류는 제1 전극(140)으로부터 제2 전극(150B, 150C)으로 화살표(164, 166)로 표시한 바와 같이 수직 방향으로 흐른 다음, 수평 방향으로 흐른 후 다시 수직 방향으로 흐른다.The
수평형 SBD는 전류가 포화되는 반면, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 SBD는 수직형(100A, 100B, 100C)으로서 전류가 포화되지 않는다.The horizontal SBD saturates current, while the SBD illustrated in Figs. 2A to 2C is vertical type (100A, 100B, 100C), and current is not saturated.
또한, 도 2a에 예시된 바와 같이 SBD(100A)의 음극(150A)이 배치될 경우, 도 2b 또는 도 2c에 예시된 바와 같이 SBD(100B, 100C)의 음극(150B, 150C)이 배치될 때보다 열 방출이 우수할 수 있다.In addition, when the
도 2a 내지 도 2c에 예시된 제2 전극(150A, 150B, 150C)은 제1 도전형 질화물 반도체층(110)과 오믹 콘택한다. 따라서, 제2 전극(150A, 150B, 150C)은 SBD(100A, 100B, 100C)의 음극의 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제2 전극(150A, 150B, 150C)은 오믹 특성을 갖는 금속 물질 예를 들어, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.The
전술한 제1 전극(140)와 제2 전극(150A, 150B, 150C)는 서로 다른 금속 물질을 포함할 수 있다.The
이하, 도 1에 예시된 반도체 소자(100)의 실시 예에 의한 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 반도체 소자(100)는 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, the manufacturing method according to the embodiment of the
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 예시된 반도체 소자(100)의 실시 예에 의한 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.3A to 3D are process cross-sectional views for explaining a manufacturing method according to an embodiment of the
도 3a를 참조하면, 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 제2 도전형 질화물 반도체층(120A)을 형성한다. 예를 들어, 제2 도전형 질화물 반도체층(120A)은 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 에피 성장되어 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3A, a second conductive type
제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질에 의해 형성될 수 있다. 제1 도전형 질화물 반도체층(110)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The first conductive type
제2 도전형 질화물 반도체층(120A)은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 도전형 질화물 반도체층(120A)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질에 의해 형성될 수 있다. 제2 도전형 질화물 반도체층(120A)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The second conductive type
도 3b를 참조하면, 제1 전극(140)이 형성될 부분의 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부면이 노출되도록, 제2 도전형 질화물 반도체층(120A)을 패터닝하여 식각한다. 이러한 식각 공정은 포토 리소그라피법, e-bem 리소그라피법 또는 nano-imprinted 리소그라피법에 의해서 수행될 수 있다.Referring to FIG. 3B, the second conductive type
도 3c를 참조하면, 패터닝된 제2 도전형 질화물 반도체층(120)에 의해 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부면 중에서 제1 전극(140)이 접촉할 부분을 제외한 부분과 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 상부와 측부 위에 패시베이션층(130)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, a portion of the upper surface of the first conductive type
예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD:Metal Organic CVD), 화학 증착법(CVD:Chemical Vapor Deposition), PECVD, LPCVD, 분자선 성장법(MBE:Molecular Beam Epitaxy), 유도 결합 플라즈마 화학 증착법(ICPCVD:Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition), 수소화물 기상 성장법(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법에 의해, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)의 상부와 측부 및 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 패시베이션층(130)을 형성할 수 있다.For example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), a chemical vapor deposition (CVD), a PECVD, an LPCVD, a molecular beam epitaxy (MBE), an inductively coupled plasma chemical vapor deposition The upper part and the side of the second conductive type
이후, 제1 전극(140)의 몸체부(142)가 형성될 부분의 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부면이 노출되도록, 패시베이션층(130)을 식각한다. 이러한 실시 예에서 식각 공정은 포토 리소그라피법, e-bem 리소그라피법 또는 nano-imprinted 리소그라피법에 의해서 수행될 수 있다.The
패시베이션층(130)은 절연 물질에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어, SiNx(여기서, x는 양의 정수), MgO, Sc2O3, SiO2, SOG 또는 SOD 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.The
도 3d를 참조하면, 패시베이션층(130)에 의해 덮이지 않고 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 상부 및 패시베이션층(130)의 상부에 제1 전극(140)을 형성한다. 즉, 제1 전극(140)의 몸체부(142)는 패시베이션층(130)과 제2 도전형 질화물 반도체층(120)을 관통하는 형상으로 배치되고, 제1 전극(140)의 확장부(144-1, 144-2)는 몸체부(142)로부터 수평 방향으로 연장되어 패시베이션층(120)의 상부에 배치된다.Referring to FIG. 3D, a
제1 전극(140)은 내화 금속 또는 이러한 내화 금속의 혼합물에 의해 형성될 수 있다. 또는, 제1 전극(140)은 Pt(Platinum), Ge(Germanium), Cu(Copper), Cr(Chromium), Ni(Nickel), Au(Gold), Ti(Titanium), Al(Aluminum), Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN(Titanium Nitride), Pd(Palladium), W(tungsten) 또는 WSi2(Tungstem silicide) 중 적어도 하나의 물질에 의해 형성될 수 있다.The
일반적으로 반도체 소자를 제작할 때, 제1 전극(140)의 모서리 부분을 어떻게 종단(terminatgion)시키는 가에 따라 반도체 소자의 특성은 큰 차이를 보인다. 만일, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)에 불순물 이온을 도핑하여 가드링(guard-ring)을 도입하는 것이 쉽지 않으므로, 실시 예에 의하면 에피텍셜 성장에 의해 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 제1 전극(140)의 모서리(x2)와 접촉하도록 제2 도전형 질화물 반도체층(120)을 형성한다.Generally, when semiconductor devices are fabricated, the characteristics of semiconductor devices vary greatly depending on how the edge portions of the
만일, 도 1에 예시된 반도체 소자(100)에서 제2 도전형 질화물 반도체층(120)이 없다면, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)에 형성되는 공핍 영역(DA1:Depletion Area 1)이 제1 전극(140)의 모서리(x2)에서 급속히 변하여 전계가 집중될 수 있다.If the second conductive type
그러나, 실시 예에 의하면, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)이 제1 전극(140)의 모서리(x2)와 접촉하도록 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 형성되므로, 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 공핍 영역(DA2)이 급속히 변하지 않고 완만하게 변한다. 이로 인해, 제1 전극(140)의 모서리(x2)에서 급속히 변하는 전계(210)는 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 전체로 퍼지게 되어, 제1 전극(140)의 모서리(x2)(143)에서 전계(220)가 완화될 수 있다. 또한, 제1 도전형 질화물 반도체층(110) 위에 제2 도전형 질화물 반도체층(120)이 형성됨으로써, 제1 전극(140)의 다른 모서리(x1)에서의 전계도 완만하게 변할 수 있다.However, according to the embodiment, since the second conductive type
또한, 제2 도전형 질화물 반도체층(120)뿐만 아니라, 확장부(144-1, 144-2)와 제2 도전형 질화물 반도체층(120) 사이에 배치되는 패시베이션층(130)이 필드 플레이트의 역할을 수행하기 때문에, 제1 전극(140)의 모서리(143, 145)(x2, x1)에서의 전계가 더욱 완만하게 변할 수 있다.The
따라서, 반도체 소자(100)에 의해 구현되는 SBD의 역 전압 특성이 안정화되고 누설 전류가 감소될 수 있다.Thus, the reverse voltage characteristic of the SBD implemented by the
도 4는 일반적인 수평형 SBD의 단면도를 나타낸다.Figure 4 shows a cross-sectional view of a typical horizontal SBD.
도 4에 예시된 수평형 SBD는 기판(300), GaN층(310) 및 AlGaN층(320), 양극(A:Anode) 및 음극(C:Cathode)으로 구성된다. AlGaN층(320)과 GaN층(310)의 상이한 밴드갭(band gap) 에너지를 갖는 이종 접합에 의해 채널층(312)에 2차원 전자 가스(2-DEG:two Dimensional Elecgron Gas)가 발생할 수 있다. 이와 같은 수평형 SBD의 경우, 전류는 채널층(312)을 통해 수평 방향으로 흐르게 된다.The horizontal SBD illustrated in FIG. 4 includes a
도 4에 예시된 바와 같은 수평형 SBD의 경우 항복 전압을 높이기 위해서 SBD의 수평 방향으로의 전체 길이(L1)를 증가시켜야 한다. 따라서, SBD의 크기가 커질 수 밖에 없다.In the case of a horizontal SBD as illustrated in FIG. 4, the overall length L1 of the SBD in the horizontal direction must be increased to increase the breakdown voltage. Therefore, the size of the SBD must be increased.
반면에, 도 1에 예시된 실시 예에 의한 반도체 소자(100)를 포함하는 SBD의 경우, 항복 전압을 높이기 위해서는 SBD의 수평 방향의 길이(L2)를 증가시킬 필요없이, 수직 방향으로의 길이(H)만을 증가시키면 된다. 수직 방향으로의 길이(H)는 제1 도전형 질화물 반도체층(110)의 두께(T)보다 훨씬 작다. 따라서, 도 4에 예시된 수평형 SBD와 달리, 항복 전압을 높이고자 할 때 반도체 소자(100)의 크기 변화가 거의 없다.On the other hand, in the case of the SBD including the
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
100: 반도체 소자 100A ~ 100C: SBD
110: 제1 도전형 질화물 반도체층
120: 제2 도전형 질화물 반도체층 130: 패시베이션층
140: 제1 전극 142: 몸체부
144-1, 144-2: 확장부 150A ~ 150C: 제2 전극100:
110: first conductivity type nitride semiconductor layer
120: second conductive type nitride semiconductor layer 130: passivation layer
140: first electrode 142:
144-1 and 144-2:
Claims (10)
상기 제1 도전형 질화물 반도체층 위에 배치된 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)을 포함하는 제2 도전형 질화물 반도체층; 및
상기 제2 도전형 질화물 반도체층을 관통하여 상기 제1 및 제2 도전형 질화물 반도체층에 접하는 몸체부 및 상기 몸체부로부터 수평 방향으로 연장되어 상기 제2 도전형 질화물 반도체층 위에 배치된 확장부를 포함하는 제1 전극을 포함하는 반도체 소자.A first conductive type nitride semiconductor layer including Al x In y Ga (1-xy) N (0? X? 1, 0? Y? 1, 0? X + y?
(1-xy) N (0? X? 1, 0? Y? 1, 0? X + y? 1) disposed on the first conductive type nitride semiconductor layer, A nitride semiconductor layer; And
A body portion passing through the second conductive type nitride semiconductor layer and in contact with the first and second conductive type nitride semiconductor layers, and an extension portion extending in the horizontal direction from the body portion and disposed on the second conductive type nitride semiconductor layer And a second electrode formed on the first electrode.
상기 제2 도전형 질화물 반도체층의 상부 및 측부와 상기 제1 도전형 질화물 반도체층의 상부면을 덮도록 배치된 반도체 소자.3. The device of claim 2, wherein the passivation layer
And the second conductive type nitride semiconductor layer is disposed to cover upper and side portions of the second conductive type nitride semiconductor layer and the upper surface of the first conductive type nitride semiconductor layer.
상기 제2 도전형 질화물 반도체층은 p형 GaN을 포함하는 반도체 소자.2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the first conductive type nitride semiconductor layer comprises n-type GaN,
And the second conductive type nitride semiconductor layer comprises p-type GaN.
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