KR20190106254A - 밴드갭과 도핑 변조를 이용한 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, Ga2O3 기판과, 상기 Ga2O3 기판의 상면에 위치하는 Ga2O3 에피층과, 상기 Ga2O3 에피층의 일부에 위치하는 액티브 그리드와, 상기 액티브 그리드를 둘러싸도록 Ga2O3 에피층에 마련된 가드링과, 상기 액티브 그리드와 상기 가드링의 상부 중앙에 위치하여, 액티브 그리드 및 가드링과 이종접합 배리어를 형성하는 확산층을 포함한다.
Description
본 발명은 밴드갭과 도핑 변조를 이용한 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전류 구동능력을 높여 소형화에 유리한 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고전압에서 구동하는 회로에서 전력스위칭 제어를 위한 반도체 소자는 그 구조를 가장 단순화할 수 있는 방향으로 기술개발이 진행되고 있다.
그러나 종래 실리콘 반도체를 주로 하는 고전압 스위칭소자는 구동전압과 구동전류가 낮거나, 열적으로 불안정하거나, 비선형적으로 동작하거나, 열을 많이 발생시키고 전기효율이 낮다는 문제점들이 있으며 월등한 성능개선이 요구된다.
이하에서는, 종래 다양한 고전압 스위칭 소자들의 구조와 문제점에 대해 살펴보기로 한다.
먼저, 미국공개특허 US2017/0217471A1(2014년 8월 7일 공개)는 Ga2O3를 이용한 MESFET 형태의 소자의 구조와 제조방법을 제안한 것으로, 좀 더 구체적으로 AlGaO 기판에 n-type Ga2O3 에피층을 성장하고 그 위에 오믹과 쇼트키 접합을 형성하여 MESFET를 제작한다.
이 공개특허는 매우 일반적이고 간단한 구조의 Ga2O3 MESFET 소자를 제작하는 방법을 제공하고 있으나, 핀치오프 전류가 크고, 노멀리 온(normally-on) 동작을 하므로 스위칭 소자로서 응용하기에 불리한 점이 많다.
또한, 도핑된 활성층을 사용하므로 드레인측의 항복전압을 높게 하는데 심각한 한계가 있는 문제점이 있었다.
그리고 미국특허 US7,190,037 B2(2007년 3월 13일 등록)는 Ga2O3를 게이트 산화막으로 이용하여 MOSFET의 구조와 제조방법을 제안한 것으로, 기존의 GaAs와 같은 반도체의 헤테로구조를 적용한 복잡한 에피기판을 이용하되 Ga2O, Ga2O3와 같은 산화막을 형성하고 이를 이용해 MOSFET의 게이트를 형성하는 구조를 제안하였다.
이러한 제안은 GaAs와 같은 화합물반도체를 이용하는 소자 제작에 있어서 게이트 산화막으로 Ga2O3를 적용할 수 있다는 특징이 있으나, GaAs에 있는 Ga를 산화하여 사용하는 GaO의 물성을 제어하여 고품질의 산화막으로 만들기가 매우 어려워 실효성이 낮다.
그리고 미국공개특허 US 2013/0146868 A1(2013년 6월 13일 공개)는 밴드갭이 다른 IGZO, IGO, ZnO, GaO, MgO, Al2O3, In2O5, GaO2, TiO2, ZrO2와 같은 산화물 에피층을 이용한 FET 소자구조와 제조방법을 제시하였다. 즉, 다양한 금속산화물의 서로 다른 에너지 밴드갭을 이용하는 MOSFET 소자와 제저방법을 제공하고 있으며, 밴드갭 차이를 이용하여 전류의 흐름을 조절하는 원리를 이용한다.
그러나 위에서 언급한 다양한 금속산화물들은 서로 격자구조와 격자상수, 결정구조가 상이하여 완벽한 반도체 계면을 만들기 어렵다. 따라서 실질적으로 항복전압이 높고 누설전류가 작은 소자에 필수인 단결정 에피층의 이종접합을 형성하기는 거의 불가능하여 실효성이 매우 낮다.
관련된 논문으로 M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata,T. Masui, S. Yamakoshi, Gallium oxide metal-semiconductor field effect transistors on single crystal Ga2O3 (010) substrates,APL 100, 013504(2012)에는 반절연 Ga2O3 기판에 n-type Ga2O3 에피층을 MBE 성장하고 그 위에 오믹과 쇼트키 접합을 형성하여 MESFET를 제작하여 평가하였다. 항복전압은 250V, 핀치오프 전압은 -20V, 드레인 누설전류는 20uA 였고, 10,000의 on/off 비를 보였다.
그러나 항복전압은 250V로 아직 충분히 높게 달성하지 못하였다. 핀치오프 전압은 노멀리 온 상태로 동작함을 보이며, on/off 비도 충분히 높지 아니하여 가능성만 제공한 것으로 개선이 필요하다.
그리고 S. Krishnamoorthy, Z. Xia, C. Joishi, Y. Zhang, S. Rajan, Modulation doped Al0 . 2Ga0 . 8O3/Ga2O3 field effect transistor, APL 111, 023502 (2017)에 기재된 내용에 따르면, Al0 . 2Ga0 . 8O3/Ga2O3의 이종접합으로 이차원 전자층을 형성하고 이를 이용하여 모듈레이션 도핑된(modulation doped) FET를 제작하였다. 임계전압 3V, on/off비는 2.5x105, 트랜스콘덕턴스(transconductance)는 1.75 mS/mm인 특성을 보였다.
이 논문은 AlGaO/GaO의 이종접합으로 이차원 전자층을 형성하고 소자를 제작하고 그 특성을 평가한 것으로, 최초의 Ga2O3 HEMT 형 동작을 보였다는데 의미가 있으며 발전 가능성을 제시한다. 그러나 노멀리 온으로 동작하고 낮은 트랜스콘덕턴스를 보이기 때문에 에피층의 물리적 특성을 개량하고 소자구조를 최적화하는 소자개발의 노력이 필요하다.
마지막으로 K. Sasaki, M. Higashiwaki, A. Kuramata,T. Masui, S. Yamakoshi, Ga2O3 Schottky Barrier Diodes Fabricated by Using single crystal Ga2O3 (010) Substrates,IEEE Electron Device Lett. 34, 493(2013)에서는 Ga2O3에 Pt를 접합하여, 향복전압 150V, 누설전류 10-8 A/cm2의 특성을 제시하였다. 이 논문의 경우 패시베이션(passivation)이나 에지 터미네이션(edge termination)을 누락하였으며, 매우 간단한 구조의 SBD를 채용하였으므로 항복전압을 높이기 어려우며, 누설전류를 조절하는데 한계가 있다.
상술한 바와 같이, 종래 기술들은 기존에 알려진 여러 가지 문제점을 I-V특성에서 비교적으로 확인할 수 있다. 이와 같이 종래의 기술은 SBD 내지 MESFET 제어를 목적으로 하는 반도체 소자로서 기본적으로 성능을 월등하게 개선하는데 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 실리콘 반도체 기반의 고전압 소자의 이득특성을 정교하게 제어할 수 있으며, 온도 의존성을 줄이고, 항복전압 부근의 동작에서 완만하고 안정된 동작을 할 수 있는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 종래의 Si, GaN, SiC 반도체에 비하여 절연성이 우수하여, 역방향 항복저항이 높으며 동시에 순방향으로는 전류구동 능력을 높일 수 있으며, 빠른 역회복시간(reverse recovery time) 특성으로 스위칭 속도와 에너지 효율을 동시에 높일 수 있는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 고전압 쇼트키 배리어 다이오드는, Ga2O3 기판과, 상기 Ga2O3 기판의 상면에 위치하는 Ga2O3 에피층과, 상기 Ga2O3 에피층의 일부에 위치하는 액티브 그리드와, 상기 액티브 그리드를 둘러싸도록 Ga2O3 에피층에 마련된 가드링과, 상기 액티브 그리드와 상기 가드링의 상부 중앙에 위치하여, 액티브 그리드 및 가드링과 이종접합 배리어를 형성하는 확산층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 액티브 그리드 및 가드링은 Al의 이온주입과 확산을 통해 형성된 것이며, 이온주입 농도는 1015~1016 cm-2의 범위로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 확산층은, 상기 액티브 그리드 및 가드링에 Zn의 이온주입과 확산을 통해 형성된 것이며, Zn 이온의 주입 농도는 1015~1016cm-2인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 Ga2O3 기판은 비저항이 10mΩ·cm 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 Ga2O3 에피층은 Sn 또는 Si가 1013~1017cm-3의 도핑 농도로 도핑된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 제조방법은, a) Ga2O3 기판의 상부에 n형으로 도핑된 Ga2O3 에피층을 성장시키는 단계와, b) 상기 Ga2O3 에피층의 일부에 Al 이온을 주입하여 액티브 그리드를 형성함과 동시에 상기 액티브 그리드를 둘러싸도록 배치되는 가드링을 형성하는 단계와, c) 상기 액티브 그리드와 상기 가드링에 Zn 이온을 주입하고, 열처리하여 확산층을 형성하여 상기 액티브 그리드와 상기 가드링의 경계에서 이종접합 배리어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 b) 단계에서, 액티브 그리드 및 가드링은 Al의 이온주입과 확산을 통해 형하되, Al 이온의 이온주입 농도는 1015~1016 cm-2의 범위일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계에서, 확산층 형성을 위한 Zn 이온은 1015~1016cm-2의 농도가 되도록 주입할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 Ga2O3 기판은 비저항이 10mΩ·cm 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 Ga2O3 에피층, 성장 과정에서 Sn 또는 Si를 도핑하되, 1013~1017cm-3의 도핑 농도로 도핑할 수 있다.
본 발명 밴드갭과 도핑 변조를 이용한 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법은, Ga2O3를 이용하여 고온-고전압에서 전류의 변동폭을 작게 유지하면서 전류를 공급하는 전원 소스에 다양하게 사용할 수 있다. 특히 항복전압이 100V 이상 수 MV까지 쉽게 높일 수 있으며, 전류 구동력을 높여 소형화에 유리한 효과가 있다.
또한 150 내지 300℃의 고온 동작이 가능하며, 고전압, 고 전류밀도 동작이 가능하고, 0 내지 100℃ 범위에서의 온도계수가 0.005%/℃ 미만으로 매우 낮은 특성의 쇼트크 배리어 다이오드를 제공할 수 있다.
아울러 구조를 단순화하여 제작이 용이하며, 제조비용을 절감하고, 역회복 시간이 짧아 고주파 동작이 가능한 효과가 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전압 쇼트키 배리어 다이오드의 제조공정 수순 단면도이다.
도 8과 도 9는 종래 고전압 쇼트키 배리어 다이오드와 본 발명에 따른 고전압 쇼트키 배리어 다이오드에 역방향 바이어스를 인가한 상태를 각각 도시한 단면도이다.
도 10은 종래 쇼트키 접합의 에너지 밴드구조와 본 발명에 의한 에너지 밴드 구조를 비교한 그래프다.
도 11은 종래 쇼트키 배리어 다이오드와 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 I-V 특성그래프이다.
도 8과 도 9는 종래 고전압 쇼트키 배리어 다이오드와 본 발명에 따른 고전압 쇼트키 배리어 다이오드에 역방향 바이어스를 인가한 상태를 각각 도시한 단면도이다.
도 10은 종래 쇼트키 접합의 에너지 밴드구조와 본 발명에 의한 에너지 밴드 구조를 비교한 그래프다.
도 11은 종래 쇼트키 배리어 다이오드와 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 I-V 특성그래프이다.
이하, 본 발명 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고전압 쇼트크 배리어 다이오드의 제조공정 수순 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면 Ga2O3 기판(1)을 준비한다. 이때 Ga2O3 기판(1)은 FZ(Floating Zone) 또는 EFG(Edge Defined Growth) Ga2O3 기판을 이용할 수 있다.
Ga2O3 기판(1)은 비저항이 10mΩ·cm 이하로 최소화하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 Si 또는 Sn 도판트를 1019 cm-3 이상의 고농도로 도핑한 것일 수 있다.
이때 Si 또는 Sn의 도핑 농도는 상기 Ga2O3 기판(1)은 비저항 값에 의해 다양하게 조절될 수 있다.
준비된 Ga2O3 기판(1)을 organic solvent(TCA, Acetone, Methanol), HF, H2SO4 + H2O2, DI-water 순서로 세정 처리한다.
이와 같이 Ga2O3 기판(1)을 준비한 후, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 Ga2O3 기판(1)의 상부에 Ga2O3 에피층(2)을 성장시킨다. 상기 Ga2O3 에피층(2)은 n형으로 도핑된 것으로, 성장과정에서 Sn 또는 Si를 도핑한다.
상기 Ga2O3 에피층(2)은 반절연 특성을 가지는 것이며, 상기 Sn 또는 Si 도핑농도는 1013~1017cm-3 정도로 낮게 제어하여, 비저항이 102Ω·cm 이상으로 높여 쇼트키 배리어 다이오드의 항복전압을 조절할 수 있다.
상기 Ga2O3 에피층(2)의 성장은 HVPE, MOCVD, MBE 등 알려진 성장법을 이용할 수 있다.
그 다음, 도 3을 참조하면 상기 Ga2O3 에피층(2)의 상부전면에 절연막(3)을 증착한다. 상기 절연막(3)은 이온주입의 버퍼층으로 사용되어, Ga2O3 에피층(2)의 표면을 보호하는 역할을 한다.
절연막(3)은 산화막, 질화막 등을 사용할 수 있다.
그 다음, 절연막(3)을 이온주입 버퍼로 사용하는 선택적 이온주입공정을 통해 Al을 Ga2O3 에피층(2)의 일부에 주입한다. 이때 주입되는 이온주입 농도는 1015~1016 cm-2의 범위로 한다.
선택적 이온주입을 위하여 상기 절연막(3)의 상부에 이온주입 마스크 패턴을 형성할 수 있으며, 이온주입 마스크 패턴은 포토레지스트를 직접 이용하거나, 포토레지스트를 이용한 사진식각공정으로 패터닝된 새로운 절연막을 사용할 수 있다.
도 3은 이온주입 마스크 패턴이 제거된 상태의 단면을 도시한 것으로 이해될 수 있다.
상기 이온주입으로 Ga2O3 에피층(2)에는 복수의 영역이 형성된다.
즉, 소자의 형성영역을 정의하는 필드스탑(6)과, 상기 필드스탑(6)에 의해 정의되는 소자 형성 영역의 중앙부에 마련되는 복수의 링 구조인 액티브 그리드(4), 상기 액티브 그리드(4)와 필드스탑(6)의 사이에 마련되는 가드링(5)을 형성한다.
그 다음, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 Al 이온주입을 통해 형성한 필드스탑(6), 액티브 그리드(4) 및 가드링(5)에 Zn 이온을 주입하여 이온주입 영역(7)을 형성한다.
Zn 이온의 주입 농도는 1015~1016cm-2가 되도록 한다.
그 다음, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 도 4에 도시한 구조의 결과물을 열처리한다. 열처리 온도는 1300~1700℃의 고온을 사용하여, 이온주입에 의해 발생된 결함을 제거하고 불순물의 확산을 통해 도핑 프로파일을 제어한다.
특히, 고온 열처리에 의해 이온주입영역의 표면에서 (AlGa)2O3이 형성되어 에너지 밴드가 증가하고, Zn은 p-type 불순물로 활성화되어 확산층(8)을 형성함으로써, 쇼트키 접합의 하단부에 국부적으로 이종접합배리어(Hetero Junction Barrier)가 형성된다.
도면에서 (AlGa)2O3막은 생략한다.
그 다음, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 절연막(3)의 일부를 제거하여, Ga2O3 에피층(2)의 일부에 형성된 액티브 그리드(4) 전체와 가드링(5)의 일부를 노출시킨다.
상기 액티브 그리드(4)와 가드링(5)에는 Zn 확산층(8)이 형성된 것이며, 상기 노출되는 가드링(5)의 일부는 상기 액티브 그리드(4)과 가까운 부분으로 한다.
그 다음, 금속층(9)을 형성하여 금속-반도체 접합인 쇼트키 접합을 형성한다. 상기 금속층(9)은 Ti, Ni, Al, Pt, Mo, Au 중 선택된 하나의 단일층 또는 선택된 둘 이상으로 이루어진 복합층을 사용할 수 있다.
그 다음, 도 7에 도시한 바와 같이 Ga2O3 기판(1)의 후면에 오믹콘택층(10)을 형성한다.
상기 오믹콘택층(10)은 금속선 연결에 대한 저항을 최소화 하고, 열전달 효과를 높여서 고전력 동작이 안정화 된다. 오믹접합의 저항을 최소화해야 하므로 Ga2O3 기판(1)의 후면을 혼합가스(BCl3 + Ar)로 프라즈마 처리하고, 이어서 Ti/Au를 증착하여 오믹콘택층(10)을 형성한다.
이처럼 본 발명은 액티브 그리드(4)와 가드링(5) 각각을 Al 이온주입층과 Zn 확산층의 접합 구조로 구성함으로써, 쇼트키 접합 하단부에 국부적으로 에너지 밴드갭을 증가시키고 또한 p형으로 도핑농도를 변조하여, 항복전압을 높이고 순방향 저항을 낮출 수 있게 된다.
도 8과 도 9는 종래 고전압 쇼트키 배리어 다이오드와 본 발명에 따른 고전압 쇼트키 배리어 다이오드에 역방향 바이어스를 인가한 상태를 각각 도시한 단면도이다.
먼저, 도 8은 종래 Planar 쇼트키 배리어 다이오드에 역방향 바이어스를 인가하면, 공핍층(A1)이 형성된다. 높은 역방향 바이어스가 인가되면 쇼트키 접합의 하단부에 공핍층(A1)이 형성되는데, 하부 가장자리 부분에 전계가 집속된다.
이러한 전계집속은 항복전압을 낮추고 소자의 신뢰성을 감소시키는 원인이 된다.
도 9의 본 발명은 역방향 바이어스가 인가된 조건에서 공핍층(A2)이 넓고 완만하게 형성된다. 즉, 전계가 넓게 퍼지면서 동작하기 때문에 전계의 집속을 방지할 수 있다.
이는, 액티브 그리드(4)와 가드링(5)의 형성을 위한 Al 이온의 도핑과, Zn 확산층(8)의 형성으로 이종접합배리어(Hetero-junction barrier(HJB))가 형성되기 때문이며, 고전압 동작에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
도 10은 종래 쇼트키 접합의 에너지 밴드구조와 본 발명에 의한 에너지 밴드 구조를 비교한 그래프다.
먼저, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이 종래 순수한 Ga2O3 쇼트키 접합은 일반적으로 잘 알려진 바와 같이 일정한 값의 밴드갭을 유지한다.
그러나 본 발명과 같이 Al을 이온주입하면, 그 주입양에 따라 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이 밴드갭이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이 Zn을 이온주입하고, 활성화시키면 p형 도핑이 증가하여 밴드의 형태가 p-n접합 형태로 변조되는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 종래 쇼트키 배리어 다이오드와 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 I-V 특성그래프이다.
먼저, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이 종래 고전압 쇼트키 배리어 다이오드는, 항복전압과 순방향 구동전류가 작다. 그러나 본 발명은 순방향 구동전류와 항복전압을 대폭 증가시킬 수 있다.
특히 본 발명의 경우 쇼트키 접합의 하단부에 배치된 n-Ga2O3의 도핑농도를 조절하여 운반자가 통과하는 채널의 저항을 낮춤으로써 순방향 I-V 특성에서 턴온(Turn-on) 전압을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 (AlGa)2O3 와이드 밴드 갭 반도체의 넓은 에너지갭과 높은 임계전계라는 물질적 특징을 기반으로 한다. 여기에서 제작되는 Ga2O3 쇼트키 배리어 다이오드의 누설전류는 10nA/cm2 이하이고, 항복전계는 8MV/cm, 온저항은 5mΩ·cm2 이하이며, 순방향 전류밀도는 70A/cm2의 수준으로 전기적 특성을 달성할 수 있으며, 이러한 특성은 종래의 실리콘 반도체에 비하여 2~8배에 해당하는 성능의 향상이 가능함을 의미한다.
또한, 본 발명은 종래의 기술에 대하여 역회복시간(Reverse Recovery Time)이 작아서 고주파 동작에 유리하고, 스위칭 동작에 있어서 효율을 높이게 된다. 또한, 역방향 전압이 인가된 상태에 발생하는 공핍(depletion)에 의한 정전용량(Capacitance)이 작고 잉여운반자(Excess Carrier)가 빠르게 소진되어 fluctuation 현상이 매우 완화된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1:Ga2O3 기판 2:Ga2O3 에피층
3:절연막 4:액티브 그리드
5:가드링 6:필드 스탑
7:2차원 이온주입영역 8:확산층
9:금속층 10:오믹콘택층
3:절연막 4:액티브 그리드
5:가드링 6:필드 스탑
7:2차원 이온주입영역 8:확산층
9:금속층 10:오믹콘택층
Claims (10)
- Ga2O3 기판;
상기 Ga2O3 기판의 상면에 위치하는 Ga2O3 에피층;
상기 Ga2O3 에피층의 일부에 위치하는 액티브 그리드;
상기 액티브 그리드를 둘러싸도록 Ga2O3 에피층에 마련된 가드링;
상기 액티브 그리드와 상기 가드링의 상부 중앙에 위치하여, 액티브 그리드 및 가드링과 이종접합 배리어를 형성하는 확산층을 포함하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 액티브 그리드 및 가드링은 Al의 이온주입과 확산을 통해 형성된 것이며, 이온주입 농도는 1015~1016 cm-2의 범위인 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 확산층은,
상기 액티브 그리드 및 가드링에 Zn의 이온주입과 확산을 통해 형성된 것이며, Zn 이온의 주입 농도는 1015~1016cm-2인 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 Ga2O3 기판은 비저항이 10mΩ·cm 이하인 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드. - 제1항에 있어서,
상기 Ga2O3 에피층은 Sn 또는 Si가 1013~1017cm-3의 도핑 농도로 도핑된 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드. - a) Ga2O3 기판의 상부에 n형으로 도핑된 Ga2O3 에피층을 성장시키는 단계;
b) 상기 Ga2O3 에피층의 일부에 Al 이온을 주입하여 액티브 그리드를 형성함과 동시에 상기 액티브 그리드를 둘러싸도록 배치되는 가드링을 형성하는 단계;
c) 상기 액티브 그리드와 상기 가드링에 Zn 이온을 주입하고, 열처리하여 확산층을 형성하여 상기 액티브 그리드와 상기 가드링의 경계에서 이종접합 배리어를 형성하는 단계를 포함하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 b) 단계에서, 액티브 그리드 및 가드링은 Al의 이온주입과 확산을 통해 형하되, Al 이온의 이온주입 농도는 1015~1016 cm-2의 범위인 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 제조방법. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 확산층 형성을 위한 Zn 이온은 1015~1016cm-2의 농도가 되도록 주입하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 Ga2O3 기판은 비저항이 10mΩ·cm 이하인 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 Ga2O3 에피층, 성장 과정에서 Sn 또는 Si를 도핑하되, 1013~1017cm-3의 도핑 농도로 도핑하는 것을 특징으로 하는 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020180027457A KR20190106254A (ko) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 밴드갭과 도핑 변조를 이용한 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180027457A KR20190106254A (ko) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 밴드갭과 도핑 변조를 이용한 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190106254A true KR20190106254A (ko) | 2019-09-18 |
Family
ID=68070810
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|---|---|---|---|
| KR1020180027457A KR20190106254A (ko) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 밴드갭과 도핑 변조를 이용한 고전압 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조방법 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20190106254A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113193037A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-30 | 北京大学 | Ga2O3基共振隧穿二极管及其制备方法 |
| KR20220090048A (ko) * | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 한국과학기술원 | 쇼트키 배리어 다이오드 수동소자 및 그 제조 방법 |
-
2018
- 2018-03-08 KR KR1020180027457A patent/KR20190106254A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN113193037A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-30 | 北京大学 | Ga2O3基共振隧穿二极管及其制备方法 |
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