KR20220020817A - Epitaxial Growth Method for Reduction of Interfacial Thermal Resistance of Gallium Nitride High Electron Mobility Field Effect Transistor - Google Patents
Epitaxial Growth Method for Reduction of Interfacial Thermal Resistance of Gallium Nitride High Electron Mobility Field Effect Transistor Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220020817A KR20220020817A KR1020217040528A KR20217040528A KR20220020817A KR 20220020817 A KR20220020817 A KR 20220020817A KR 1020217040528 A KR1020217040528 A KR 1020217040528A KR 20217040528 A KR20217040528 A KR 20217040528A KR 20220020817 A KR20220020817 A KR 20220020817A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- less
- gallium nitride
- layer
- gallium
- slm
- Prior art date
Links
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 230000012010 growth Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 87
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 87
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 83
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 53
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical group C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical group C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 10
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 238000006902 nitrogenation reaction Methods 0.000 claims 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 24
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008472 epithelial growth Effects 0.000 abstract 2
- 239000013212 metal-organic material Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 127
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 5
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02378—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02502—Layer structure consisting of two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
Abstract
질화 갈륨의 높은 이동성 전계효과 트랜지스터의 계면 열저항을 줄이기 위한 상피 성장법이다. 상피성 물질은 금속 유기 물질의 화학적 증기 증착과 같은 증기 상피성 생장법을 사용하여 재배된다. 질화갈륨 에피택시얼 웨이퍼는 순차적으로 기질(1), 질화알루미늄 하부 핵생성층(201), 질화알루미늄 상부 핵생성층(202), 질화갈륨 전이층(301), 질화갈륨 완충층(302), 장벽층(4), 캡층(5)으로 구성된다. 하부 질화 알루미늄 핵생성층(201)과 상부 질화 알루미늄 핵생성층(202)의 성장 과정에서 사용되는 운반 가스는 각각 수소 가스와 질소 가스이다. 질화 갈륨 전이층(301)의 성장 과정에서 사용되는 운반 가스는 질소 가스이다. 질화 갈륨 완충층(302)의 성장 과정에서 사용되는 운반 가스는 수소 가스 또는 수소와 질소의 혼합 가스이다. 본 발명은 질화알루미늄 핵형성층 및 질화갈륨층의 결함 밀도를 감소시키고 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층 사이의 계면 품질을 개선하기 위해 캐리어 가스 변경 공정을 이용하여, 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 효과적으로 감소시킨다.This is an epithelial growth method to reduce the interfacial thermal resistance of high mobility field effect transistors of gallium nitride. Epithelial materials are grown using vapor epithelial growth methods such as chemical vapor deposition of metal organic materials. The gallium nitride epitaxial wafer sequentially includes a substrate 1, an aluminum nitride lower nucleation layer 201, an aluminum nitride upper nucleation layer 202, a gallium nitride transition layer 301, a gallium nitride buffer layer 302, and a barrier. It is composed of a layer (4) and a cap layer (5). The carrier gases used in the growth process of the lower aluminum nitride nucleation layer 201 and the upper aluminum nitride nucleation layer 202 are hydrogen gas and nitrogen gas, respectively. The carrier gas used in the growth process of the gallium nitride transition layer 301 is nitrogen gas. The carrier gas used in the growth process of the gallium nitride buffer layer 302 is hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen and nitrogen. The present invention uses a carrier gas modification process to reduce the defect density of the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer and to improve the interface quality between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer, of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor. Effectively reduce the interfacial thermal resistance.
Description
본 발명은 반도체 에피택셜 재료 기술 분야에 관한 것으로, 특히 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of semiconductor epitaxial materials technology, and more particularly to an epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of gallium nitride high electron mobility field effect transistors.
질화갈륨 고전자 이동성 전계효과 트랜지스터는 마이크로파 전력소자에 사용되는 경우 고유한 장점과 함께 출력밀도가 크고, 고주파수, 내조사성 등의 장점이 있고, 밀리미터파 및 고출력화 추세로 빠르게 발전하고 있다. 또한, 최대 450GHz의 차단 주파수와 Ka 대역에서 40W 이상의 출력을 제공합니다. 무선 주파수 조건에서는 장치 채널 근처에서 많은 양의 열 에너지가 생성되므로 장치의 열 관리 기능에 대한 엄격한 사항이 요구된다. 그러나 현재 마이크로파 전력 장치의 성능은 내부 열 전달 능력에 의해 제한된다. 즉, 에피택셜 재료의 계면에 명백한 열 저항이 존재하여 장치의 고유한 고전력 강도를 충분히 발휘하지 못한다. 장치의 신뢰성을 보장하기 위해 실제 작업에서 장치의 출력 전력 밀도는 실험실 수준보다 훨씬 낮은 5-7 W/mm에 불과하다. 따라서, 마이크로파 전력 소자의 방열 성능을 향상시키고 계면 열 저항을 줄이는 것이 시급하다.When used in microwave power devices, gallium nitride high electron mobility field effect transistors have advantages such as high power density, high frequency, and radiation resistance along with inherent advantages, and are rapidly developing toward millimeter wave and high output. In addition, it provides a cutoff frequency of up to 450 GHz and an output of over 40 W in the Ka band. Radio frequency conditions generate a large amount of thermal energy near the device channel, which places stringent demands on the device's thermal management capabilities. However, the performance of current microwave powered devices is limited by their internal heat transfer capability. That is, there is an apparent thermal resistance at the interface of the epitaxial material, which does not fully exhibit the inherent high power strength of the device. In order to ensure the reliability of the device, the output power density of the device in actual operation is only 5-7 W/mm, which is much lower than the laboratory level. Therefore, it is urgent to improve the heat dissipation performance of the microwave power device and reduce the interfacial thermal resistance.
연구에 따르면 계면 열 저항을 줄이고 장치의 열 전달 능력을 향상시키는 방법은 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층의 두께를 동시에 줄이는 것이며, 특히 핵형성층의 두께를 줄이는 것이다. 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층의 재료의 품질뿐만 아니라 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층 사이의 계면 품질을 향상시키는 것을 기반으로 한다. 그러나, 질화알루미늄 핵형성 층의 통상적인 공정에서, 알루미늄 원자의 작은 측면 이동 길이는 핵형성 층의 섬간 측면 합체에 바람직하지 않아, 핵형성 층에서 많은 불일치 결함 및 불량한 표면 형태를 초래한다. 질화알루미늄 핵형성층의 고밀도 부정합 결함은 질화갈륨층으로 확장되어 질화갈륨층에서 상대적으로 높은 스레딩 전위 밀도를 야기할 수 있다. 또한, 질화갈륨의 이종 에피택시 불일치가 크기 때문에 질화갈륨층을 얇게 하면 재료 품질도 나빠진다. 현재, 에피택셜 재료의 구조적 설계 외에도, 질화갈륨 헤테로에피택시 재료의 특성을 더욱 향상시키고 계면 열 저항을 줄이기 위한 에피택셜 공정의 제어는 마이크로파 전력 장치의 성능을 향상시킬 필요가 있다.According to research, the way to reduce the interfacial thermal resistance and improve the heat transfer capability of the device is to simultaneously reduce the thickness of the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer, and in particular, the thickness of the nucleation layer. It is based on improving the quality of the material of the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer as well as the quality of the interface between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer. However, in conventional processing of aluminum nitride nucleation layers, the small lateral migration length of aluminum atoms is undesirable for interisland lateral coalescence of the nucleation layer, resulting in many mismatch defects and poor surface morphology in the nucleation layer. The high density of mismatch defects in the aluminum nitride nucleation layer can extend into the gallium nitride layer, resulting in a relatively high density of threading dislocations in the gallium nitride layer. In addition, since the heterogeneous epitaxial mismatch of gallium nitride is large, when the gallium nitride layer is thinned, the material quality also deteriorates. At present, in addition to the structural design of the epitaxial material, the control of the epitaxial process to further improve the properties of the gallium nitride heteroepitaxial material and reduce the interfacial thermal resistance is needed to improve the performance of microwave power devices.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 줄이기 위한 에피택셜 성장 방법은 다음 단계를 포함한다.In order to solve the above technical problem, an epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor according to an embodiment of the present invention includes the following steps.
(1) 에피택시 물질을 성장시키는 화학 기상 증착 장치(chemical vapor deposition apparatus)의 베이스에 기판을 놓고, 반응 챔버에 수소가스를 주입하고, 압력과 온도를 높여 기판을 베이크(bake)하여 표면오염을 제거하는 단계; (1) Place the substrate on the base of a chemical vapor deposition apparatus for growing epitaxial materials, inject hydrogen gas into the reaction chamber, and bake the substrate by increasing the pressure and temperature to reduce surface contamination removing;
(2) 반응 챔버의 압력 및 수소 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고, 온도를 계속 증가시키고, 암모니아 가스를 주입하고, 기판의 질소화를 위하여 일정 기간 동안 유지하는 단계; (2) maintaining the pressure and hydrogen gas flow of the reaction chamber unchanged, continuously increasing the temperature, injecting ammonia gas, and holding for a period of time for nitrification of the substrate;
(3) 압력, 수소 가스 흐름, 암모니아 가스 흐름 및 반응 챔버의 온도를 변경하지 않고 유지하고, 알루미늄 공급원을 도입하고, 하부 질화알루미늄 핵형성 층을 성장시키고, 알루미늄 공급원을 폐쇄하는 단계; (3) maintaining the pressure, hydrogen gas flow, ammonia gas flow and temperature of the reaction chamber unchanged, introducing an aluminum source, growing an underlying aluminum nitride nucleation layer, and closing the aluminum source;
(4) 캐리어 가스를 수소 가스에서 질소 가스로 변경하는 단계; 가스 흐름이 안정된 후, 알루미늄 공급원을 도입하고, 질화알루미늄 핵형성 층의 총 두께에 도달할 때까지 상부 질화알루미늄 핵형성 층을 성장시키고, 알루미늄 공급원을 폐쇄하는 단계; (4) changing the carrier gas from hydrogen gas to nitrogen gas; after the gas flow has stabilized, introducing an aluminum source, growing an upper aluminum nitride nucleation layer until the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer is reached, and closing the aluminum source;
(5) 질소 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고 암모니아 분위기에서 온도를 낮추고 압력을 높입니다. 가스 흐름이 안정되면 갈륨 공급원을 도입하고, 질화갈륨 전이층을 성장시키고, 갈륨 공급원을 닫는 단계; (5) Keep the nitrogen gas flow unchanged, lower the temperature and increase the pressure in ammonia atmosphere. introducing a gallium source, growing a gallium nitride transition layer, and closing the gallium source when the gas flow is stabilized;
(6) 온도 및 암모니아 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고 캐리어 가스를 질소 가스에서 수소 가스 또는 수소와 질소의 혼합 가스로 변경하는 단계; 가스 흐름이 안정되면 갈륨 공급원을 도입하고 질화갈륨 버퍼층을 성장시키고 갈륨 공급원을 닫는 단계; (6) maintaining the temperature and ammonia gas flow unchanged and changing the carrier gas from nitrogen gas to hydrogen gas or a mixture of hydrogen and nitrogen; introducing a gallium source, growing a gallium nitride buffer layer, and closing the gallium source when the gas flow is stabilized;
(7) 반응 챔버의 온도를 변경하지 않고 유지하는 단계; 수소 가스를 캐리어 가스로 사용하여 암모니아 분위기의 압력을 감소시키는 단계; 가스 흐름이 안정된 후, 갈륨 공급원과 알루미늄 공급원을 도입하고 알루미늄-갈륨-질화물 AlxGa1-xN 배리어 층을 성장시키는 단계(여기서, 알루미늄 성분에 대해 0<x≤1); 및 갈륨 공급원 및 알루미늄 공급원을 폐쇄하는 단계; (7) maintaining the temperature of the reaction chamber unchanged; reducing the pressure of the ammonia atmosphere by using hydrogen gas as a carrier gas; after the gas flow is stabilized, introducing a gallium source and an aluminum source and growing an aluminum-gallium-nitride AlxGa1-xN barrier layer (where 0<x≤1 for the aluminum component); and closing the gallium source and the aluminum source;
(8) 반응 챔버의 온도, 압력 및 수소 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고, 갈륨 공급원을 도입하고, 질화갈륨 캡 층을 성장시키고, 갈륨 공급원을 닫는 단계; 및(8) maintaining the temperature, pressure and hydrogen gas flow of the reaction chamber unchanged, introducing a gallium source, growing a gallium nitride cap layer, and closing the gallium source; and
(9) 에피택셜 성장이 완료된 후, 암모니아 분위기에서 온도를 낮추고, 질화갈륨 에피택셜 웨이퍼를 꺼내는 단계를 포함한다.(9) after the epitaxial growth is completed, lowering the temperature in an ammonia atmosphere, and taking out the gallium nitride epitaxial wafer.
단계 (1)에서, 기판은 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판 및 사파이어 기판 중 하나이고, 반응 챔버의 압력은 50-150torr, 온도는 1,050-1,100°C, 수소 가스 흐름은 50-200slm, 베이킹 시간은 5-15분이다. In step (1), the substrate is one of a silicon carbide substrate, a silicon substrate and a sapphire substrate, the pressure of the reaction chamber is 50-150 torr, the temperature is 1,050-1,100 °C, the hydrogen gas flow is 50-200 slm, and the baking time is 5 -15 minutes.
단계 (2)에서, 반응 챔버의 온도는 1,100-1,250℃이고, 암모니아 가스 유량은 1-10 slm이고, 질소화 시간은 0.5-3분이다. In step (2), the temperature of the reaction chamber is 1,100-1,250° C., the ammonia gas flow rate is 1-10 slm, and the nitrification time is 0.5-3 minutes.
단계 (3)에서, 알루미늄 공급원은 50-800 sccm의 유량을 갖는 트리메틸알루미늄이고, 하부 질화알루미늄 핵형성층의 두께는 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께의 0.5-0.8배이고, 질화알루미늄 핵형성 층의 총 두께는 35-80 nm이다. In step (3), the aluminum source is trimethylaluminum with a flow rate of 50-800 sccm, the thickness of the lower aluminum nitride nucleation layer is 0.5-0.8 times the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer, and the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer is 35-80 nm.
단계 (4)에서, 질소 가스 유량은 20-150 slm이고, 가스 흐름 전환의 시간 길이는 0.5-2분입니다. 알루미늄 공급원은 50-800 sccm의 유량을 갖는 트리메틸알루미늄이고, 상부 질화알루미늄 핵형성층의 두께는 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께의 0.2-0.5배이다. In step (4), the nitrogen gas flow rate is 20-150 slm, and the time length of the gas flow diversion is 0.5-2 min. The aluminum source is trimethylaluminum with a flow rate of 50-800 sccm, and the thickness of the upper aluminum nitride nucleation layer is 0.2-0.5 times the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer.
단계(5)에서, 반응 챔버의 온도는 1,000-1,100℃이고, 압력은 150-350torr이고; 갈륨 공급원은 50-800 sccm의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이다. 암모니아 가스 유량은 15-150 slm이고, 질화갈륨 전이층의 성장 두께는 20-100 nm이다. In step (5), the temperature of the reaction chamber is 1,000-1,100° C., and the pressure is 150-350 torr; The gallium source is trimethylgallium with a flow rate of 50-800 sccm. The ammonia gas flow rate is 15-150 slm, and the growth thickness of the gallium nitride transition layer is 20-100 nm.
(6) 단계에서, 캐리어 가스는 50-200 slm의 수소 가스, 또는 20-150 slm의 질소와 50-200 slm의 수소의 혼합 가스로 변경되고, 갈륨 공급원은 50-800 sccm의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이다. 질화갈륨 버퍼층의 성장 두께는 1.0-3.0㎛이다. In step (6), the carrier gas is changed to 50-200 slm of hydrogen gas, or a mixed gas of 20-150 slm of nitrogen and 50-200 slm of hydrogen, and the gallium source is trimethyl having a flow rate of 50-800 sccm. is gallium. The growth thickness of the gallium nitride buffer layer is 1.0-3.0 μm.
단계 (7)에서, 캐리어 가스는 50-200 slm의 수소 가스이고, 암모니아 가스 유량은 1-20 slm입니다. 갈륨 공급원은 20-100 sccm의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이다. 알루미늄 공급원은 20-150 sccm의 유량을 갖는 트리메틸알루미늄이고, 반응 챔버의 압력은 30-150torr이다. 알루미늄-갈륨-질화물 장벽층의 두께는 5-30 nm이다. In step (7), the carrier gas is 50-200 slm of hydrogen gas, and the ammonia gas flow rate is 1-20 slm. The gallium source is trimethylgallium with a flow rate of 20-100 sccm. The aluminum source is trimethylaluminum with a flow rate of 20-150 sccm, and the pressure in the reaction chamber is 30-150 torr. The thickness of the aluminum-gallium-nitride barrier layer is 5-30 nm.
단계 (8)에서, 암모니아 가스 유량은 10-40 slm이고, 갈륨 공급원은 20-100 sccm의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이다. 질화갈륨 캡 층의 두께는 2-5 nm이다.In step (8), the ammonia gas flow rate is 10-40 slm, and the gallium source is trimethylgallium with a flow rate of 20-100 seem. The thickness of the gallium nitride cap layer is 2-5 nm.
본 발명은 질화알루미늄 핵형성층 및 질화갈륨층의 성장 공정 동안, 질화알루미늄 핵형성층 및 질화갈륨층의 결함 밀도를 감소시키고, 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층 사이의 계면 품질은 질화알루미늄 핵형성층의 상대적으로 얇은 두께를 보장함으로써 질화갈륨 높은 전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항 감소를 촉진함으로써 마이크로파 전력 장치의 열 전달 특성을 개선할 수 있다.The present invention reduces the defect density of the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer during the growth process of the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer, and the interface quality between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer is the relative quality of the aluminum nitride nucleation layer It is possible to improve the heat transfer characteristics of microwave power devices by promoting the reduction of the interfacial thermal resistance of gallium nitride high electron mobility field effect transistors by ensuring a thin thickness.
본 발명의 단계 (3) 및 (4)에서, 질화알루미늄 핵형성층을 위한 캐리어 가스 변경 공정이 이용된다. 즉, 하부 질화알루미늄 핵형성층을 위한 캐리어 가스는 수소 가스이다. 그리고 상부 질화알루미늄 핵형성 층을 위한 캐리어 가스는 질소 가스이다. 그러나, 질화알루미늄 핵형성층의 통상적인 공정에서 캐리어 가스는 수소 가스 또는 질소 가스 단독이다. 캐리어 가스가 수소 가스인 경우, 수소 분위기에서 알루미늄 공급원의 강한 유동성 특성은 알루미늄 원자의 측면 이동 길이를 늘리고 핵 생성 섬의 측면 유착을 개선하는 데 유리하다. 그러나 수소 가스의 강한 에칭 특성으로 인해 성장 표면이 손상되어 비교적 높은 밀도의 피트 결함과 핵 생성 층의 열악한 표면 품질을 유발한다. 캐리어 가스가 질소 가스인 경우 질소 가스의 강한 접착력은 성장 표면을 보호하고 캐리어 가스의 에칭으로 인한 피트 결함을 억제한다. 그러나 질소 분위기에서 알루미늄 원자의 낮은 유동성으로 인해 알루미늄 원자의 측면 이동 길이가 상대적으로 작아 고품질의 질화알루미늄 핵형성층을 제조하는데 불리하다. 본 발명은 핵 형성 섬의 측면 유착을 보장하기 위해 수소 가스가 하부 층에 대한 캐리어 가스로 사용되는 캐리어 가스 변경 프로세스를 활용한다. 질소 가스는 표면의 피트 결함 밀도를 줄이기 위해 상부 층의 캐리어 가스로 사용된다. 캐리어 가스 변경 공정은 수소 가스와 질소 가스의 장점을 캐리어 가스로 효과적으로 통합할 수 있으며 질화알루미늄 핵형성층의 고품질 재료를 제조하는 데 유리할 수 있다.In steps (3) and (4) of the present invention, a carrier gas modification process for the aluminum nitride nucleation layer is used. That is, the carrier gas for the lower aluminum nitride nucleation layer is hydrogen gas. and the carrier gas for the upper aluminum nitride nucleation layer is nitrogen gas. However, in a typical process of an aluminum nitride nucleation layer, the carrier gas is hydrogen gas or nitrogen gas alone. When the carrier gas is hydrogen gas, the strong fluidity property of the aluminum source in a hydrogen atmosphere is advantageous for increasing the lateral migration length of aluminum atoms and improving the lateral coalescence of nucleation islands. However, due to the strong etching properties of hydrogen gas, the growth surface is damaged, leading to a relatively high density of pit defects and poor surface quality of the nucleation layer. When the carrier gas is nitrogen gas, the strong adhesion of the nitrogen gas protects the growth surface and suppresses pit defects due to etching of the carrier gas. However, due to the low fluidity of the aluminum atoms in a nitrogen atmosphere, the lateral movement length of the aluminum atoms is relatively small, which is disadvantageous in manufacturing a high-quality aluminum nitride nucleation layer. The present invention utilizes a carrier gas modification process in which hydrogen gas is used as the carrier gas for the underlying layer to ensure lateral coalescence of the nucleation islands. Nitrogen gas is used as a carrier gas in the top layer to reduce the density of pit defects on the surface. The carrier gas modification process can effectively incorporate the advantages of hydrogen gas and nitrogen gas into the carrier gas, and can be advantageous for producing high-quality materials of the aluminum nitride nucleation layer.
본 발명에서 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께는 35-80 nm이고, 여기서 하부 질화알루미늄 핵형성층의 두께는 총 두께의 0.5-0.8배이다. 이는 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께가 상대적으로 작고 질화알루미늄 핵형성 섬의 측면 유착을 보장하고 질화알루미늄 핵형성층의 상대적으로 높은 결정 품질을 실현하기 위해 하부 질화알루미늄 핵형성층을 사용하기 때문이다. 캐리어 가스로서의 수소 가스는 충분히 두꺼울 필요가 있다. 즉, 하부 질화알루미늄 핵형성층의 두께는 전체 두께의 50% 이상이어야 한다. 상부 질화알루미늄 핵형성 층의 두께는 총 두께의 0.2-0.5배이다. 이는 표면의 피트 결함 밀도를 줄이고 핵형성층의 상대적으로 높은 표면 품질을 구현하기 위해서는 질소 가스를 캐리어 가스로 사용하는 상부 질화알루미늄 핵형성층에도 일정한 두께를 확보해야 하기 때문이다. 즉, 상부 질화알루미늄층의 두께는 전체 두께의 20% 이상이어야 한다.In the present invention, the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer is 35-80 nm, wherein the thickness of the lower aluminum nitride nucleation layer is 0.5-0.8 times the total thickness. This is because the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer is relatively small, and the lower aluminum nitride nucleation layer is used to ensure lateral coalescence of the aluminum nitride nucleation island and to realize a relatively high crystal quality of the aluminum nitride nucleation layer. The hydrogen gas as the carrier gas needs to be thick enough. That is, the thickness of the lower aluminum nitride nucleation layer should be 50% or more of the total thickness. The thickness of the upper aluminum nitride nucleation layer is 0.2-0.5 times the total thickness. This is because, in order to reduce the density of pit defects on the surface and to implement a relatively high surface quality of the nucleation layer, it is necessary to secure a certain thickness even for the upper aluminum nitride nucleation layer using nitrogen gas as a carrier gas. That is, the thickness of the upper aluminum nitride layer should be 20% or more of the total thickness.
본 발명에서 하부 질화알루미늄 핵형성층 및 상부 질화알루미늄 핵형성층의 캐리어 가스를 수소 가스에서 질소 가스로 변화시키기 위한 전이 시간 길이는 0.5-2분이다. 캐리어 가스가 변하는 동안 질화알루미늄 핵형성층은 고온 에피택셜 중단 상태에 있다. 장기간 이러한 상태에 있으면 성장 표면이 악화되어 질화알루미늄 핵형성 층의 전체 재료 품질에 영향을 미친다. 따라서 캐리어 가스 교환 시간 길이는 0.5~2분 범위 내에서 유지되어야 한다.In the present invention, the transition time length for changing the carrier gas of the lower aluminum nitride nucleation layer and the upper aluminum nitride nucleation layer from hydrogen gas to nitrogen gas is 0.5-2 minutes. The aluminum nitride nucleation layer is in a high temperature epitaxial halt while the carrier gas is changing. Prolonged exposure to this condition deteriorates the growth surface, affecting the overall material quality of the aluminum nitride nucleation layer. Therefore, the length of the carrier gas exchange time should be maintained within the range of 0.5 to 2 minutes.
본 발명의 단계 (5) 및 (6)에서, 질화갈륨층은 20-100 nm 두께의 질화갈륨 전이층 및 1.0-3.0 두께의 질화갈륨 완충층을 포함한다. 즉, 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨 버퍼층 사이에 질소 가스를 캐리어 가스로 하는 질화갈륨 전이층이 도입된다. 질화갈륨의 초기 성장은 3차원 섬 구조를 형성하기 위한 초기 핵형성 단계와 막을 형성하기 위한 섬간 측면 유착 단계; 두 단계에서 누적 에피택셜 두께의 일반적인 범위는 20-100 nm이다. 이 기간 동안 질화갈륨의 성장 방향은 상당히 흩어져 있고 성장 계면의 표면적은 상대적으로 크다. 에칭 가스가 캐리어 가스 분위기에 존재하면 질화갈륨의 초기 성장 단계에서 결함 밀도가 증가하여 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층 사이의 고품질 계면을 구현하는데 불리하다. 따라서 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨 버퍼층 사이에 질소 가스를 캐리어로 하는 질화갈륨 전이층을 도입하고, 질소의 강한 접착력으로 질화갈륨 초기상의 성장 계면을 보호한다. 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층 사이의 계면 품질을 향상시키기 위해 질화갈륨 버퍼층은 수소 가스 또는 질소와 수소의 혼합 가스를 캐리어 가스로 사용하는 통상적인 공정을 따른다.In steps (5) and (6) of the present invention, the gallium nitride layer includes a gallium nitride transition layer of 20-100 nm thickness and a gallium nitride buffer layer of 1.0-3.0 thickness. That is, a gallium nitride transition layer using nitrogen gas as a carrier gas is introduced between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride buffer layer. The initial growth of gallium nitride includes an initial nucleation step to form a three-dimensional island structure and an interisland side coalescence step to form a film; A typical range for the cumulative epitaxial thickness in both steps is 20-100 nm. During this period, the growth direction of gallium nitride is quite scattered, and the surface area of the growth interface is relatively large. If the etching gas is present in the carrier gas atmosphere, the defect density increases in the initial growth stage of gallium nitride, which is disadvantageous in realizing a high-quality interface between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer. Therefore, a gallium nitride transition layer using nitrogen gas as a carrier is introduced between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride buffer layer, and the growth interface of the initial gallium nitride phase is protected by the strong adhesion of nitrogen. In order to improve the interface quality between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer, the gallium nitride buffer layer follows a conventional process using hydrogen gas or a mixed gas of nitrogen and hydrogen as a carrier gas.
도 1은 본 발명의 질화갈륨 에피택셜 웨이퍼의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 예로서 질화 알루미늄 핵생성 층의 표면 형태도이다.
도 3은 현재 발명품의 예로서 질화 갈륨 층의 X선 회절도이다.1 is a structural diagram of a gallium nitride epitaxial wafer of the present invention.
2 is a topographical diagram of an aluminum nitride nucleation layer as an example of the present invention.
3 is an X-ray diffraction diagram of a gallium nitride layer as an example of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical spirit of the present invention is not limited to some embodiments described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical spirit of the present invention, one or more of the components may be selected between the embodiments. It can be used by combining or substituted with
또한, 본 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, the terms (including technical and scientific terms) used in this embodiment have a meaning that can be generally understood by those of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs, unless specifically defined and described explicitly. may be interpreted, and the meanings of commonly used terms such as terms defined in advance may be interpreted in consideration of the contextual meaning of the related art.
또한, 본 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. In addition, the terminology used in the present embodiment is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or more than one) of A and (and) B, C", it is combined as A, B, C It may include one or more of all possible combinations.
또한, 본 실시예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.Also, in describing the components of the present embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and are not limited to the essence, order, or order of the component by the term.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.And, when it is described that a component is 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, the component is directly 'connected', 'coupled', or 'connected' to the other component. In addition to the case, it may include a case of 'connected', 'coupled', or 'connected' due to another element between the element and the other element.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다. In addition, when it is described as being formed or disposed on "above (above)" or "below (below)" of each component, "above (above)" or "below (below)" means that two components are directly connected to each other. It includes not only the case of contact, but also the case where one or more other components are formed or disposed between two components. In addition, when expressed as "upper (upper)" or "lower (lower)", the meaning of not only an upper direction but also a lower direction based on one component may be included.
질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터(gallium nitride high electron mobility field-effect transistor)의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜(epitaxial) 성장 방법은 다음 단계를 포함한다.An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field-effect transistor includes the following steps.
(1) 3인치 탄화규소 단결정 기판(silicon carbide monocrystal substrate)을 에피택셜 물질을 성장시키기 위한 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD) 장치의 베이스 상에 위치시킨다. 반응 챔버의 압력은 80torr로 설정하고, 수소 가스의 흐름은 80 slm으로 설정한다. 시스템 온도를 1,070°C로 높이고 이 온도를 8분 동안 유지하여 기판 표면의 오염을 제거한다.(1) A 3-inch silicon carbide monocrystal substrate was placed on the base of a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus for growing epitaxial materials. The pressure of the reaction chamber is set to 80 torr, and the flow of hydrogen gas is set to 80 slm. Decontaminate the substrate surface by raising the system temperature to 1,070 °C and holding this temperature for 8 min.
(2) 반응 챔버의 압력과 수소 가스 흐름은 변하지 않고 유지되었습니다. 온도를 1,140°C로 추가로 높였습니다. 4 slm의 유량을 갖는 암모니아 가스를 도입하고 기질의 질소화를 위해 1분 동안 유지한다.(2) The pressure and hydrogen gas flow in the reaction chamber remained unchanged. The temperature was further raised to 1,140 °C. Ammonia gas with a flow rate of 4 slm is introduced and held for 1 minute for nitrification of the substrate.
(3) 압력, 수소 가스 흐름, 암모니아 가스 흐름 및 반응 챔버의 온도는 변경되지 않고 유지한다. 200 sccm의 흐름을 가진 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum)을 주입한다. 두께가 36 nm에 도달할 때까지 하부 알루미늄 질화물 핵형성 층을 성장시킨다. 그리고 트리메틸알루미늄의 주입은 중지한다.(3) The pressure, the hydrogen gas flow, the ammonia gas flow and the temperature of the reaction chamber are kept unchanged. Inject trimethylaluminum with a flow of 200 sccm. Grow the underlying aluminum nitride nucleation layer until the thickness reaches 36 nm. And the injection of trimethylaluminum is stopped.
(4) 캐리어 가스를 수소 가스에서 질소 가스로 변경하고, 여기서 질소 가스의 흐름은 60 slm이고 가스 흐름 전환의 시간은 1분이다. 가스 흐름이 안정된 후, 200sccm의 흐름을 갖는 트리메틸알루미늄을 주입한다. 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께가 60nm에 도달할 때까지 상부 질화알루미늄 핵형성층을 성장시킨다. 그리고 트리메틸알루미늄의 주입은 중지한다.(4) change the carrier gas from hydrogen gas to nitrogen gas, where the flow of nitrogen gas is 60 slm and the time of gas flow conversion is 1 minute. After the gas flow is stabilized, trimethylaluminum with a flow of 200 sccm is injected. The upper aluminum nitride nucleation layer is grown until the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer reaches 60 nm. And the injection of trimethylaluminum is stopped.
(5) 질소 가스 흐름이 변하지 않고 유지된다. 암모니아 가스 대기의 온도를 1,070°C로 낮추고 압력을 200torr로 증가시키고 암모니아 가스 유량을 30slm으로 증가시킨다. 가스 흐름이 안정된 후, 100sccm의 흐름을 갖는 트리메틸갈륨(trimethylgallium)이 주입되고, 50nm 두께의 질화갈륨 전이층(a gallium nitride transition layer)이 성장되고, 트리메틸갈륨의 주입은 중지된다.(5) The nitrogen gas flow remains unchanged. Lower the temperature of the ammonia gas atmosphere to 1,070 °C, increase the pressure to 200 torr, and increase the ammonia gas flow rate to 30 slm. After the gas flow is stabilized, trimethylgallium having a flow of 100 sccm is injected, a gallium nitride transition layer having a thickness of 50 nm is grown, and the injection of trimethylgallium is stopped.
(6) 온도와 암모니아 가스 흐름은 변하지 않고 유지되고, 캐리어 가스는 질소 가스에서 수소 가스로 변경되고, 여기서 수소 가스의 유량은 80 slm이다. 가스 흐름이 안정된 후, 갈륨 공급원으로 100 sccm의 트리메틸갈륨을 도입하고 1.85 μm 두께의 질화갈륨 버퍼층(a gallium nitride buffer layer)을 성장시키고 트리메틸갈륨을 닫는다.(6) The temperature and ammonia gas flow are kept unchanged, and the carrier gas is changed from nitrogen gas to hydrogen gas, where the flow rate of hydrogen gas is 80 slm. After the gas flow is stabilized, 100 sccm of trimethylgallium is introduced as a gallium source, a 1.85 μm thick gallium nitride buffer layer is grown, and the trimethylgallium is closed.
(7) 반응 챔버의 온도를 변경하지 않고 유지하고, 반응 챔버의 압력을 80torr로 감소시키고, 암모니아 가스 유량을 10slm, 캐리어 가스를 수소 가스 80slm으로 하고, 기체 흐름이 안정되면 30 sccm의 흐름을 갖는 트리메틸갈륨과 90 sccm의 흐름을 갖는 트리메틸알루미늄을 도입하고, 두께 20 nm의 Al0.3Ga0.7N 장벽층을 성장시키고, 트리메틸갈륨과 트리메틸알루미늄을 닫는다.(7) keep the temperature of the reaction chamber unchanged, reduce the pressure in the reaction chamber to 80 torr, set the ammonia gas flow rate to 10 slm, and the carrier gas to 80 slm hydrogen gas, and have a flow of 30 sccm when the gas flow is stable Trimethylgallium and trimethylaluminum having a flow of 90 sccm were introduced, an Al0.3Ga0.7N barrier layer of 20 nm thick was grown, and the trimethylgallium and trimethylaluminum were closed.
(8) 반응 챔버의 온도, 압력 및 수소 가스 흐름은 변하지 않고 유지하고, 암모니아 가스 흐름은 25slm이다. 가스 흐름이 안정된 후, 30 sccm의 흐름을 갖는 트리메틸갈륨이 도입되고, 3 nm의 두께를 갖는 질화갈륨 캡층이 성장된다.(8) The temperature, pressure and hydrogen gas flow of the reaction chamber remain unchanged, and the ammonia gas flow is 25 slm. After the gas flow is stabilized, trimethylgallium having a flow of 30 sccm is introduced, and a gallium nitride cap layer having a thickness of 3 nm is grown.
(9) 에피택셜 성장이 완료된 후, 암모니아 대기에서 온도를 낮추고, 질화갈륨 에피택셜 웨이퍼를 꺼낸다.(9) After the epitaxial growth is completed, the temperature is lowered in an ammonia atmosphere, and the gallium nitride epitaxial wafer is taken out.
에피택셜 성장법을 이용하여 제조된 질화갈륨 에피택셜 웨이퍼는 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1에 도시된 바와 같이, 아래에서 위로 차례로, 기판(1), 질화알루미늄 핵형성층, 질화갈륨층, 배리어층(4) 및 캡층(5)을 포함한다. 질화알루미늄 핵형성층은 하부 질화알루미늄 핵형성층(201)과 상부 질화 알루미늄 핵형성층(202)이 있다. 하부 질화 알루미늄 핵형성층(201)과 상부 질화 알루미늄 핵형성층의 성장 과정에서 사용되는 캐리어 가스는 각각 수소 가스 및 질소 가스이다. 질화갈륨층은 하부로부터 질화갈륨 전이층(301) 및 질화갈륨 버퍼층(302)을 포함한다. 질화갈륨 전이층(301)의 성장 과정에서 사용되는 캐리어 가스는 질소 가스이다. 질화갈륨 버퍼층(302)의 성장 과정에서 사용되는 캐리어 가스는 수소 가스 또는 수소와 질소의 혼합 가스이다.The gallium nitride epitaxial wafer manufactured using the epitaxial growth method is shown in FIG. 1 . As shown in FIG. 1 , in order from bottom to top, it includes a
질화알루미늄 핵형성층의 표면 형태는 도 2에 도시되어 있다. 도 2(c)는 본 발명의 실시예에서 캐리어 가스 변화 공정에 의해 제조된 60nm 두께의 질화알루미늄 핵형성층의 표면 형태 다이아그램이다. 도 2(b)는 질소 가스만을 캐리어 가스로 사용하는 공정에 의해 제조된 60nm 두께의 질화알루미늄 핵형성층의 표면 형태 다이아그램이다. 도 2(a)는 수소 가스만을 캐리어 가스로 사용하는 공정으로 제조된 60nm 두께의 질화알루미늄 핵형성층의 표면 형태 다이아그램이다. 도면의 일부 매개변수는 아래 표에 나와 있습니다.The surface morphology of the aluminum nitride nucleation layer is shown in FIG. 2 . 2( c ) is a surface morphology diagram of an aluminum nitride nucleation layer having a thickness of 60 nm manufactured by a carrier gas change process in an embodiment of the present invention. 2(b) is a surface morphology diagram of an aluminum nitride nucleation layer having a thickness of 60 nm manufactured by a process using only nitrogen gas as a carrier gas. 2(a) is a surface morphology diagram of an aluminum nitride nucleation layer having a thickness of 60 nm manufactured by a process using only hydrogen gas as a carrier gas. Some parameters of the drawing are shown in the table below.
도 2(a)의 수소가스만을 운반가스로 사용하는 공정에 의해 제조된 질화알루미늄 핵형성층에 비해, 운반가스 변화공정이 이용되는 도 2(c)의 질화알루미늄 핵형성층의 경우 피트 결함의 밀도가 분명히 감소하며, 5μm×5μm 표면 거칠기(RMS)는 0.71nm에서 0.41nm으로 감소하였다. 그리고 도 2(b)의 질소가스만을 운반 가스로 사용하는 공정에 의해 준비된 질화 알루미늄 핵물질 생성층과 비교하여, 운반 가스 변화 과정이 사용되는 도 2(c)의 질화 알루미늄 핵물질 생성층의 경우, (004) 면과 (105) 면의 반치전폭은 각각 832'' 및 1,285'' 면에서 576"과 892"로 감소한다. 질화알루미늄 핵형성층의 결정 품질이 크게 향상될 수 있다.Compared to the aluminum nitride nucleation layer manufactured by the process using only hydrogen gas as the carrier gas of FIG. 2(a), in the case of the aluminum nitride nucleation layer of FIG. Obviously, the 5 μm × 5 μm surface roughness (RMS) decreased from 0.71 nm to 0.41 nm. And compared with the aluminum nitride nuclear material generation layer prepared by the process using only nitrogen gas as a carrier gas of FIG. 2(b), in the case of the aluminum nitride nuclear material generation layer of FIG. , the full width at half maximum of the (004) plane and the (105) plane is reduced to 576" and 892" in the 832'' and 1,285'' planes, respectively. The crystal quality of the aluminum nitride nucleation layer can be greatly improved.
질화갈륨층의 X선 회절도는 도 3에 도시된다. 도 3을 참조하면, 캐리어 가스 변경 공정에 의해 제조된 질화알루미늄 핵형성층 기반으로 성장된 질화갈륨층, 수소 가스만을 캐리어 가스로 사용하는 공정으로 제조된 질화알루미늄 핵형성층 기반으로 성장한 질화갈륨층, 및 질소 가스만을 캐리어 가스로 사용하는 공정에 의해 제조된 질화알루미늄 핵형성층을 기반으로 성장한 질화갈륨층을 포함한다. 그림의 일부 매개변수는 아래 표에 나타난다.An X-ray diffraction diagram of the gallium nitride layer is shown in FIG. 3 . Referring to FIG. 3 , a gallium nitride layer grown based on an aluminum nitride nucleation layer manufactured by a carrier gas change process, a gallium nitride layer grown based on an aluminum nitride nucleation layer manufactured by a process using only hydrogen gas as a carrier gas, and and a gallium nitride layer grown based on an aluminum nitride nucleation layer prepared by a process using only nitrogen gas as a carrier gas. Some of the parameters in the figure are shown in the table below.
위의 표에서 알 수 있듯이, 질화갈륨층의 두께가 1.9㎛일 때, 수소가스를 이용하여 제조된 질화알루미늄 핵형성층을 기반으로 성장한 질화갈륨층의 (002)면의 FWHM이 질화알루미늄 핵형성층의 캐리어 가스로서 단독 및 질소 가스 단독은 본 예의 캐리어 가스 변경 공정을 사용하여 각각 180 arc sec, 200 arc sec및 150 arc sec이고, (102) 평면의 FWHM은 282 arc sec, 307 arc sec 및 각각 252 arc sec까지 감소합니다. 따라서, 본 실시예의 질화갈륨층의 에피택셜 재료의 결정질은 종래의 공정에 의해 제조된 에피택시 재료에 비해 현저히 개선되었다.As can be seen from the table above, when the thickness of the gallium nitride layer is 1.9 μm, the FWHM of the (002) plane of the gallium nitride layer grown based on the aluminum nitride nucleation layer prepared using hydrogen gas is that of the aluminum nitride nucleation layer. As carrier gas alone and nitrogen gas alone are 180 arc sec, 200 arc sec, and 150 arc sec, respectively, using the carrier gas modification process of this example, and the FWHM of the (102) plane is 282 arc sec, 307 arc sec, and 252 arc sec, respectively. decreases to sec. Therefore, the crystallinity of the epitaxial material of the gallium nitride layer of this embodiment is significantly improved compared to the epitaxial material manufactured by the conventional process.
질화알루미늄 핵형성층의 상대적으로 얇은 두께로, 질화알루미늄 핵형성층 및 질화갈륨층의 재료 품질 및 질화알루미늄 핵형성층과 질화갈륨층 사이의 계면 품질이 모두 명백하게 개선된다. 이는 본 발명에 의해 제공되는 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터를 위한 에피택셜 성장 방법이 계면 열 저항을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 나타낸다.With the relatively small thickness of the aluminum nitride nucleation layer, both the material quality of the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer and the interface quality between the aluminum nitride nucleation layer and the gallium nitride layer are clearly improved. This indicates that the epitaxial growth method for the gallium nitride high electron mobility field effect transistor provided by the present invention can effectively reduce the interfacial thermal resistance.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.A person of ordinary skill in the art related to this embodiment will understand that it may be implemented in a modified form within a range that does not deviate from the essential characteristics of the above description. Therefore, the disclosed methods are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
1: 기판, 201: 하부 질화 알루미늄 핵층, 202: 상부 질화 알루미늄 핵층, 301: 질화 갈륨 전이층, 302: 질화 갈륨 완충층, 4: 장벽층, 5: 캡층1: substrate, 201 lower aluminum nitride core layer, 202 upper aluminum nitride core layer, 301 gallium nitride transition layer, 302 gallium nitride buffer layer, 4: barrier layer, 5: cap layer
Claims (9)
(1) 에피택시 물질을 성장시키는 화학기상증착장치의 베이스에 기판을 놓고, 반응챔버에 수소가스를 주입하고, 압력과 온도를 높여 기판을 베이크하여 표면오염을 제거하는 단계;
(2) 반응 챔버의 압력 및 수소 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고, 온도를 계속 증가시키고, 암모니아 가스를 도입하고, 기판의 질소화를 위한 일정 기간 동안 유지하는 단계;
(3) 압력, 수소 가스 흐름, 암모니아 가스 흐름 및 반응 챔버의 온도를 변경하지 않고 유지하고, 알루미늄 공급원을 도입하고, 하부 질화알루미늄 핵형성층을 성장시키고, 알루미늄 공급원을 닫는 단계;
(4) 캐리어 가스를 수소 가스에서 질소 가스로 변경하는 단계; 가스 흐름이 안정된 후, 알루미늄 공급원을 도입하고, 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께에 도달할 때까지 상부 질화알루미늄 핵형성층을 성장시키고, 알루미늄 공급원을 닫는 단계;
(5) 질소 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고 암모니아 분위기에서 온도를 낮추고 압력을 높이고, 가스 흐름이 안정되면 갈륨 공급원을 도입하고, 질화갈륨 전이층을 성장시키고, 갈륨 공급원을 닫는 단계;
(6) 온도 및 암모니아 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고 캐리어 가스를 질소 가스에서 수소 가스 또는 수소와 질소의 혼합 가스로 변경하는 단계; 가스 흐름이 안정되면 갈륨 공급원을 도입하고 질화갈륨 버퍼층을 성장시키고 갈륨 공급원을 닫는 단계;
(7) 반응 챔버의 온도를 변경하지 않고 유지하고, 수소 가스를 캐리어 가스로 사용하여 암모니아 가스 분위기의 압력을 감소시키고, 가스 흐름이 안정된 후, 갈륨 공급원과 알루미늄 공급원을 도입하고 알루미늄-갈륨-질화물 AlxGa1-xN 배리어 층을 성장시키고(여기서, 알루미늄 성분에 대해 0<x≤1), 및 갈륨 공급원 및 알루미늄 공급원을 폐쇄하는 단계;
(8) 반응 챔버의 온도, 압력 및 수소 가스 흐름을 변경하지 않고 유지하고, 갈륨 공급원을 도입하고, 질화갈륨 캡 층을 성장시키고, 갈륨 공급원을 닫는 단계; 및
(9) 에피택셜 성장이 완료된 후, 암모니아 분위기에서 온도를 낮추고, 질화갈륨 에피택셜 웨이퍼를 꺼내는 단계를 포함하는 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor, comprising:
(1) removing the surface contamination by placing the substrate on the base of the chemical vapor deposition apparatus for growing the epitaxial material, injecting hydrogen gas into the reaction chamber, and baking the substrate by increasing the pressure and temperature;
(2) maintaining the pressure and hydrogen gas flow in the reaction chamber unchanged, continuously increasing the temperature, introducing ammonia gas, and holding for a period of time for nitrification of the substrate;
(3) maintaining the pressure, hydrogen gas flow, ammonia gas flow, and temperature of the reaction chamber unchanged, introducing an aluminum source, growing an underlying aluminum nitride nucleation layer, and closing the aluminum source;
(4) changing the carrier gas from hydrogen gas to nitrogen gas; after the gas flow has stabilized, introducing an aluminum source, growing an upper aluminum nitride nucleation layer until the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer is reached, and closing the aluminum source;
(5) keeping the nitrogen gas flow unchanged, lowering the temperature and increasing the pressure in an ammonia atmosphere, introducing a gallium source when the gas flow is stable, growing a gallium nitride transition layer, and closing the gallium source;
(6) maintaining the temperature and ammonia gas flow unchanged and changing the carrier gas from nitrogen gas to hydrogen gas or a mixture of hydrogen and nitrogen; introducing a gallium source, growing a gallium nitride buffer layer, and closing the gallium source when the gas flow is stabilized;
(7) keep the temperature of the reaction chamber unchanged, use hydrogen gas as a carrier gas to reduce the pressure of ammonia gas atmosphere, and after the gas flow is stabilized, introduce a gallium source and an aluminum source, and aluminum-gallium-nitride growing an AlxGa1-xN barrier layer, where 0<x≤1 for the aluminum component, and closing the gallium source and the aluminum source;
(8) maintaining the temperature, pressure and hydrogen gas flow of the reaction chamber unchanged, introducing a gallium source, growing a gallium nitride cap layer, and closing the gallium source; and
(9) An epitaxial growth method for reducing interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor, comprising the step of lowering a temperature in an ammonia atmosphere and taking out a gallium nitride epitaxial wafer after epitaxial growth is completed.
상기 (1) 단계에서, 상기 기판은 탄화규소 기판, 실리콘 기판 및 사파이어 기판 중 어느 하나이고, 반응 챔버의 압력은 50torr 이상 150torr 이하이고, 온도는 1,050°C 이상 1,100°C 이하이고, 수소 가스 흐름은 50slm 이상 200slm 이하이고, 베이킹 시간은 5분 이상 15분 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (1), the substrate is any one of a silicon carbide substrate, a silicon substrate, and a sapphire substrate, the pressure of the reaction chamber is 50 torr or more and 150 torr or less, and the temperature is 1,050 °C or more and 1,100 °C or less, and hydrogen gas flow An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor having a silver of 50 slm or more and 200 slm or less, and a baking time of 5 minutes or more and 15 minutes or less.
상기 (2) 단계에서, 반응 챔버의 온도는 1,100℃ 이상 1,250℃ 이하이고, 암모니아 가스 유량은 1slm 이상 10 slm 이하이고, 질소화 시간은 0.5분 이상 3분 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (2), the temperature of the reaction chamber is 1,100° C. or more and 1,250° C. or less, the ammonia gas flow rate is 1 slm or more and 10 slm or less, and the nitrogenation time is 0.5 minutes or more and 3 minutes or less of the gallium nitride high electron mobility field effect transistor. Epitaxial growth method for reducing interfacial thermal resistance.
상기 (3) 단계에서, 상기 알루미늄 공급원은 50 sccm 이상 800 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸알루미늄이고, 하부 질화알루미늄 핵형성층의 두께는 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께의 0.5배 이상 0.8배 이하이고, 질화알루미늄 핵형성 층의 총 두께는 35 nm 이상 80 nm 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (3), the aluminum source is trimethylaluminum having a flow rate of 50 sccm or more and 800 sccm or less, and the thickness of the lower aluminum nitride nucleation layer is 0.5 times or more and 0.8 times or less of the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer. An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor, wherein the total thickness of the aluminum nucleation layer is not less than 35 nm and not more than 80 nm.
상기 (4) 단계에서, 상기 질소 가스의 유량은 20slm 이상 150 slm 이하를 만족하고, 가스 흐름 전환의 시간 길이는 0.5분 이상 2분 이하를 만족하고, 알루미늄 공급원은 50 sccm 이상 800 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸알루미늄이고, 상부 질화알루미늄 핵형성층의 두께는 질화알루미늄 핵형성층의 총 두께의 0.2배 이상 0.5배 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (4), the flow rate of the nitrogen gas satisfies 20 slm or more and 150 slm or less, the time length of gas flow conversion satisfies 0.5 minutes or more and 2 minutes or less, and the aluminum source is a flow rate of 50 sccm or more and 800 sccm or less An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor, wherein the thickness of the upper aluminum nitride nucleation layer is 0.2 times or more and 0.5 times or less of the total thickness of the aluminum nitride nucleation layer.
단계 (5)에서, 반응 챔버의 온도는 1,000℃ 이상 1,100℃ 이하를 만족하고, 압력은 150 torr 이상 50 torr 이하를 만족하고, 갈륨 공급원은 50 sccm 이상 800 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이고, 암모니아 가스의 흐름은 15 slm 이상 150 slm 이하이고, 질화갈륨 전이층의 성장 두께는 20 nm 이상 100 nm 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (5), the temperature of the reaction chamber satisfies 1,000 ° C or more and 1,100 ° C or less, the pressure satisfies 150 torr or more and 50 torr or less, and the gallium source is trimethylgallium having a flow rate of 50 sccm or more and 800 sccm or less, An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor in which the flow of ammonia gas is 15 slm or more and 150 slm or less, and the growth thickness of the gallium nitride transition layer is 20 nm or more and 100 nm or less.
단계 (6)에서, 캐리어 가스는 수소 가스 50 slm 이상 200 slm 이하 또는 질소 가스 20 slm 이상 150 slm 이하와 수소 가스 50 slm 이상 200 slm 이하인 혼합 가스로 변경되고, 갈륨 공급원은 50 sccm 이상 800 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이고, 질화갈륨 버퍼층의 성장 두께는 1.0㎛ 이상 3.0㎛ 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (6), the carrier gas is changed to a mixed gas of 50 slm or more and 200 slm or less of hydrogen gas or 20 slm or more and 150 slm or less of nitrogen gas and 50 slm or more and 200 slm or less of hydrogen gas, and the gallium source is 50 sccm or more and 800 sccm or less An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of a gallium nitride high electron mobility field effect transistor, wherein the growth thickness of the gallium nitride buffer layer is 1.0 µm or more and 3.0 µm or less.
상기 (7) 단계에서, 상기 캐리어 가스는 50 slm 이상 200 slm 이하의 수소 가스이고, 암모니아 가스 유량은 1 slm 이상 20 slm이하이고, 갈륨 공급원은 20 sccm 이상 100 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이고, 알루미늄 공급원은 20 sccm이상 150 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸알루미늄이고, 반응 챔버의 압력은 30 torr 이상 150 torr 이하이고, 알루미늄-갈륨-질화물 장벽층의 두께는 5 nm 이상 30 nm 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (7), the carrier gas is hydrogen gas of 50 slm or more and 200 slm or less, the ammonia gas flow rate is 1 slm or more and 20 slm or less, and the gallium source is trimethylgallium having a flow rate of 20 sccm or more and 100 sccm or less. , the aluminum source is trimethylaluminum having a flow rate of 20 sccm or more and 150 sccm or less, the pressure of the reaction chamber is 30 torr or more and 150 torr or less, and the thickness of the aluminum-gallium-nitride barrier layer is 5 nm or more and 30 nm or less. An epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of electron-mobile field-effect transistors.
단계 (8)에서, 암모니아 가스 흐름은 10 slm 이상 40 slm 이하이고, 갈륨 공급원은 20 sccm 이상 100 sccm 이하의 유량을 갖는 트리메틸갈륨이고, 질화갈륨 캡 층의 두께는 2 nm 이상 5 nm 이하인 질화갈륨 고전자 이동성 전계 효과 트랜지스터의 계면 열 저항을 감소시키기 위한 에피택셜 성장 방법.The method of claim 1,
In step (8), the ammonia gas flow is 10 slm or more and 40 slm or less, the gallium source is trimethylgallium having a flow rate of 20 sccm or more and 100 sccm or less, and the thickness of the gallium nitride cap layer is 2 nm or more and 5 nm or less. Epitaxial growth method for reducing the interfacial thermal resistance of high electron mobility field effect transistors.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910405823.5 | 2019-05-15 | ||
| CN201910405823.5A CN110211865B (en) | 2019-05-15 | 2019-05-15 | Epitaxial growth method for reducing interface thermal resistance of gallium nitride high electron mobility field effect transistor |
| PCT/CN2019/101500 WO2020228164A1 (en) | 2019-05-15 | 2019-08-20 | Epitaxial growth method for reducing interfacial thermal resistance of gallium nitride high electron mobility field-effect transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220020817A true KR20220020817A (en) | 2022-02-21 |
| KR102452739B1 KR102452739B1 (en) | 2022-10-11 |
Family
ID=67787378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020217040528A KR102452739B1 (en) | 2019-05-15 | 2019-08-20 | Epitaxial Growth Method for Reducing Interfacial Thermal Resistance of Gallium Nitride High Electron Mobility Field Effect Transistor |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102452739B1 (en) |
| CN (1) | CN110211865B (en) |
| WO (1) | WO2020228164A1 (en) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111681953B (en) * | 2020-05-20 | 2022-08-16 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Growth method for improving interface quality of gallium nitride heteroepitaxy |
| CN112670161B (en) * | 2020-12-23 | 2022-07-22 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Preparation method of epitaxial material of low-thermal-resistance gallium nitride high-electron-mobility transistor |
| CN112864001B (en) * | 2020-12-31 | 2024-08-16 | 镓特半导体科技（上海）有限公司 | Semiconductor structure, self-supporting gallium nitride layer and preparation method thereof |
| CN112820636B (en) * | 2021-01-14 | 2024-01-16 | 镓特半导体科技（上海）有限公司 | Semiconductor structure, self-supporting gallium nitride layer and preparation method thereof |
| CN113161225B (en) * | 2021-01-14 | 2024-02-06 | 镓特半导体科技（上海）有限公司 | Semiconductor structure, self-supporting gallium nitride layer and preparation method thereof |
| CN112820634B (en) * | 2021-01-14 | 2024-01-16 | 镓特半导体科技（上海）有限公司 | Semiconductor structure, self-supporting gallium nitride layer and preparation method thereof |
| CN112397622B (en) * | 2021-01-20 | 2021-04-27 | 华灿光电（浙江）有限公司 | Light emitting diode epitaxial wafer and preparation method thereof |
| WO2022177503A1 (en) * | 2021-02-22 | 2022-08-25 | Igss-Gan Pte Ltd | Semiconductor apparatus and method for fabricating thereof |
| CN113488374B (en) * | 2021-07-06 | 2024-07-30 | 中国科学院半导体研究所 | Gallium nitride preparation method and gallium nitride-based device |
| CN113802178A (en) * | 2021-08-06 | 2021-12-17 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Epitaxial method for improving interface morphology between gallium nitride heteroepitaxy and substrate |
| CN114262937B (en) * | 2021-12-20 | 2023-03-28 | 中电化合物半导体有限公司 | Preparation method of gallium nitride epitaxial structure |
| US20230299236A1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-09-21 | Applied Materials, Inc. | SUBSTRATE PROCESSING FOR GaN GROWTH |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040035102A (en) * | 2002-10-18 | 2004-04-29 | 한국전자통신연구원 | Nitride semiconductor field effect transistor(FET) fabrication method thereof |
| KR20060022842A (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-13 | 삼성전기주식회사 | Nitride based hetero-junction feild effect transistor |
| US20130017639A1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing a group iii nitride semiconductor light-emitting device |
| US20140308769A1 (en) * | 2009-03-02 | 2014-10-16 | The Regents Of The University Of California | METHOD OF IMPROVING SURFACE MORPHOLOGY OF (Ga,Al,In,B)N THIN FILMS AND DEVICES GROWN ON NONPOLAR OR SEMIPOLAR (Ga,Al,In,B)N SUBSTRATES |
| CN105390532A (en) * | 2015-10-28 | 2016-03-09 | 大连理工大学 | Unintentionally doped high resistance GaN film with InGaN insertion layer and preparation method thereof |
| US20160308039A1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device and a process to form the same |
| US20180166604A1 (en) * | 2014-12-08 | 2018-06-14 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Method of producing iii nitride semiconductor light-emitting device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104112803B (en) * | 2014-04-14 | 2016-08-17 | 中国科学院半导体研究所 | Semi-polarity surface gallium nitride based light-emitting diode and preparation method thereof |
| JP6092961B2 (en) * | 2015-07-30 | 2017-03-08 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Group III nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| JP2017137201A (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | パナソニック株式会社 | Epitaxial substrate |
| CN106816499B (en) * | 2017-02-15 | 2019-03-08 | 华灿光电（浙江）有限公司 | Preparation method of light-emitting diode epitaxial wafer |
-
2019
- 2019-05-15 CN CN201910405823.5A patent/CN110211865B/en active Active
- 2019-08-20 WO PCT/CN2019/101500 patent/WO2020228164A1/en active Application Filing
- 2019-08-20 KR KR1020217040528A patent/KR102452739B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040035102A (en) * | 2002-10-18 | 2004-04-29 | 한국전자통신연구원 | Nitride semiconductor field effect transistor(FET) fabrication method thereof |
| KR20060022842A (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-13 | 삼성전기주식회사 | Nitride based hetero-junction feild effect transistor |
| US20140308769A1 (en) * | 2009-03-02 | 2014-10-16 | The Regents Of The University Of California | METHOD OF IMPROVING SURFACE MORPHOLOGY OF (Ga,Al,In,B)N THIN FILMS AND DEVICES GROWN ON NONPOLAR OR SEMIPOLAR (Ga,Al,In,B)N SUBSTRATES |
| US20130017639A1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing a group iii nitride semiconductor light-emitting device |
| US20180166604A1 (en) * | 2014-12-08 | 2018-06-14 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Method of producing iii nitride semiconductor light-emitting device |
| US20160308039A1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-10-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device and a process to form the same |
| CN105390532A (en) * | 2015-10-28 | 2016-03-09 | 大连理工大学 | Unintentionally doped high resistance GaN film with InGaN insertion layer and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102452739B1 (en) | 2022-10-11 |
| CN110211865A (en) | 2019-09-06 |
| WO2020228164A1 (en) | 2020-11-19 |
| CN110211865B (en) | 2020-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102452739B1 (en) | Epitaxial Growth Method for Reducing Interfacial Thermal Resistance of Gallium Nitride High Electron Mobility Field Effect Transistor | |
| JP3836697B2 (en) | Semiconductor element | |
| JP6304899B2 (en) | III-N semiconductor device grown on a silicon substrate with a rare earth oxide gate dielectric | |
| US9147734B2 (en) | High quality GaN high-voltage HFETs on silicon | |
| JP2009507362A (en) | High electron mobility electronic device structures including native substrates and methods for manufacturing them | |
| US6696306B2 (en) | Methods of fabricating layered structure and semiconductor device | |
| WO2019123763A1 (en) | Method for producing group iii nitride semiconductor substrate | |
| CN112687525B (en) | Epitaxial method for improving quality of ultrathin gallium nitride field effect transistor | |
| CN110034174A (en) | High electron mobility transistor epitaxial wafer and preparation method thereof | |
| KR20070014711A (en) | Manufacturing process of nitride substrate and nitride substrate by the process | |
| CN111681953B (en) | Growth method for improving interface quality of gallium nitride heteroepitaxy | |
| CN113802178A (en) | Epitaxial method for improving interface morphology between gallium nitride heteroepitaxy and substrate | |
| CN111009468A (en) | Preparation method and application of semiconductor heterostructure | |
| CN117558745A (en) | Gallium nitride epitaxial wafer, method for manufacturing same and semiconductor device | |
| CN116666196A (en) | kappa-Ga without rotational domains 2 O 3 Film and kappa- (Al) x Ga 1-x ) 2 O 3 /κ-Ga 2 O 3 Preparation method of heterojunction | |
| JP2004296701A (en) | Epitaxial substrate, semiconductor device and method for growing crystal for nitride-based semiconductor | |
| JP2004289005A (en) | Epitaxial substrate, semiconductor device, and high electron mobility transistor | |
| CN111009579A (en) | Semiconductor heterostructure and semiconductor device | |
| CN115440573A (en) | Single crystal SiC/Si wafer substrate, heterostructure and preparation method thereof | |
| CN112750691A (en) | Nitrogen polar surface GaN material and homoepitaxial growth method | |
| CN112750689A (en) | Gallium nitride material with gallium polar surface and homoepitaxial growth method | |
| CN116525671B (en) | Gallium nitride semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| JP2005045153A (en) | Manufacturing method of nitride semiconductor, semiconductor wafer, and semiconductor device | |
| CN116288697A (en) | Preparation method of hexagonal boron nitride layer, III-V epitaxial structure and manufacturing method | |
| CN118116954A (en) | GaN HEMT epitaxial structure based on Ga vacancy engineering regulation and control and preparation method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |