KR20230090573A - AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure - Google Patents

AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure Download PDF

Info

Publication number
KR20230090573A
KR20230090573A KR1020210179451A KR20210179451A KR20230090573A KR 20230090573 A KR20230090573 A KR 20230090573A KR 1020210179451 A KR1020210179451 A KR 1020210179451A KR 20210179451 A KR20210179451 A KR 20210179451A KR 20230090573 A KR20230090573 A KR 20230090573A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
insulating
layer formed
semi
gan
Prior art date
Application number
KR1020210179451A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이석헌
방상규
Original Assignee
주식회사 나유타
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 나유타 filed Critical 주식회사 나유타
Priority to KR1020210179451A priority Critical patent/KR20230090573A/en
Publication of KR20230090573A publication Critical patent/KR20230090573A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
    • H01L29/7783Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003Nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep 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
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66446Unipolar 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]
    • H01L29/66462Unipolar 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)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Field effect transistor (FET) and radiofrequency (RF) high electron mobility transistor (HEMT) electronic devices having an AlGaN/GaN heterojunction structure with improved crystal defects are disclosed. Provided are an AlN lattice matching layer with a large energy band gap formed on an upper part of a substrate to improve the crystal defects and an Al_xGa_(1-x)N multi-strain (stress) matching layer to effectively suppress and improve the crystal defects caused by the strain (stress) arising from a large energy band gap difference with an Al_yGa_(1-y)N support layer and the resulting stress. In the present invention, provided are FET and RF HEMT electronic devices having a high-performance/high-power AlGaN/GaN heterojunction structure with the improved crystal defects by providing a multi-strain matching structure of various structures through energy band gap engineering to effectively suppress the strain.

Description

다중 스트레인 구조를 가지는 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 고전자 이동도 트랜지스터 소자 {AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure}High electron mobility transistor device of AlGaN/GaN heterojunction structure having multi-strain structure {AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure}

본 발명은 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 질화물반도체를 이용한 고출력 및 고주파 고전자 이동도 트랜지스터 전자소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층을 적용하여 AlN 격자 정합층과 AlyGa1-yN 지지층간의 높은 에너지 밴드갭 차이에 의해서 생성되는 스트레인(응력)을 효과적으로 제어하여 결정 결함이 개선된 고성능/고출력의 특성을 갖는 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 고주파 고전자 이동도 트랜지스터(RF High Electron Mobility Transistor_HEMT) 전자 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a high-power and high-frequency high electron mobility transistor electronic device using an AlGaN/GaN heterojunction structure nitride semiconductor, and more particularly, an AlN lattice matching layer by applying an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer High frequency electron transfer of AlGaN/GaN heterojunction structure with high performance/high output characteristics with improved crystal defects by effectively controlling the strain (stress) generated by the high energy bandgap difference between the and Al y Ga 1-y N support layers It also relates to a transistor (RF High Electron Mobility Transistor_HEMT) electronic device.

일반적으로, 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor_HEMT)등의 전자 소자들은 실리콘(Silicon) 또는 갈륨비소(GaAs) 등의 반도체 재료로 제조되는 일반적인 트랜지스터의 형태이다. 실리콘 반도체 재로를 사용할 경우, 전자 이동도(electron mobility_대략 1450㎠/v.sec) 가 낮기 때문에 높은 소스 저항(source resistance)을 발생시킨다는 단점을 가지고 있다. 이러한 높은 소스 저항은 실리콘 반도체 재료를 기반으로 한, 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 전자소자로부터 다른 방법으로 얻을 수 있는 고성능 이득(High Performance Gain)을 심각하게 저하시킨다.[CRC Press, The Electrical Engineering Handbook, Second Edition, Dorf, pp.994,1997]In general, electronic devices such as field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) are general transistor types made of semiconductor materials such as silicon or gallium arsenide (GaAs). When a silicon semiconductor material is used, it has a disadvantage in that high source resistance is generated because electron mobility (approximately 1450 cm 2 /v.sec) is low. These high source resistances severely detract from the otherwise obtainable High Performance Gain from electronic devices such as field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) based on silicon semiconductor materials. [CRC Press, The Electrical Engineering Handbook, Second Edition, Dorf, pp.994,1997]

또한, 갈륨비소(GaAs) 화합물 반도체 재료를 기반으로 한 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 전자소자는 실리콘 반도체 재료 보다 우수한 전자 이동도(6000㎠/v.sec) 및 그에 따른 낮은 소스 저항을 가지고 있어서 우수한 성능을 갖는 고주파 동작을 구현할 수 있다. 그러나, 갈륨비소 화합물반도체 재료는 에너지 밴드갭(Energy Bandgap_1.42Ev)이 작아서 상대적으로 파괴전압(Breakdown Voltage, Vbr)이 작기 때문에, 갈륨비소 화합물반도체 재료를 기반의 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 전자소자가 고주파에서 고출력(High Power)의 성능을 구현하는데 한계점을 가지고 있다.In addition, electronic devices such as field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) based on gallium arsenide (GaAs) compound semiconductor materials have superior electron mobility (6000 cm2/v.sec) than silicon semiconductor materials. And it has a low source resistance accordingly, so that high-frequency operation with excellent performance can be implemented. However, since the gallium arsenide compound semiconductor material has a relatively small breakdown voltage (Vbr) due to a small energy bandgap (Energy Bandgap_1.42Ev), field effect transistors (FETs) and high electrons based on the gallium arsenide compound semiconductor material Electronic devices such as mobility transistors (HEMTs) have limitations in implementing high power performance at high frequencies.

AlGaN/GaN 이종 접합을 갖는 GaN 기반의 질화물반도체를 이용한 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 전자소자에 대한 성능 개발과 제품의 괄목한 만한 성장을 이루었다. GaN 기반의 질화물반도체는 에너지 밴드 갭(Energy Bandgap_3.4ev)이 실리콘 및 갈륨 비소 반도체 재료보다 매우 커서 항복 파괴 전압이 높고 많은 전류를 수용할 수 있기 때문에 고출력, 고온에서 동작하는 전자 소자에 적합하다. GaN 기반의 질화물 반도체을 이용한 최초의 MESFET(Metal Semiconductor FET_Metal Semiconductor Field Effect Transistor based on single crystal GaN, Appl.Phys,Lett., Vol.62, pp.1789,(1993), M.A.Khan,..)가 구현된 이래로 AlGaN/GaN 이종 접합(Hetro-Junction)을 이용한 고출력/고주파 성능을 구현할 수 있는 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)가 개발 및 상용화되었다.Performance development of electronic devices such as field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) using GaN-based nitride semiconductors with AlGaN/GaN heterojunctions and remarkable growth of products have been achieved. GaN-based nitride semiconductors have a much larger energy bandgap (Energy Bandgap_3.4ev) than silicon and gallium arsenide semiconductor materials, so they have a high breakdown voltage and can accommodate a lot of current, so they are suitable for electronic devices operating at high power and high temperatures. Implementation of the first MESFET (Metal Semiconductor FET_Metal Semiconductor Field Effect Transistor based on single crystal GaN, Appl.Phys, Lett., Vol.62, pp.1789,(1993), M.A.Khan,..) using GaN-based nitride semiconductor Since then, field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) capable of implementing high power/high frequency performance using AlGaN/GaN hetero-junctions (Hetro-Junction) have been developed and commercialized.

Khan 등의 미국 특허 제5,192,987호에는 버퍼 및 기판 위에 성장된 AlGaN/GaN 기판 HEMT 및 그 생산 방법을 개시하고 있다. 다른 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 HEMT들은 Gaska 등이 기고한 학술지 [IEEE Electron Device Letter, Vol.18, No.10, October 1997, pp.492]에 "SiC 기판에 제조된 AlGaN/GaN HFET의 고온 성능"이란 제목으로 개시되어 있으며, Ping 등이 기고한 학술지 [IEEE Electron Devices Letters, Vol.19, No.2, February 1998, Page.54]에 P형 SiC 기판 위에 성장된 고전류 AlGaN 헤테로구조 전계효과트랜지스터의 DC 및 마이크로웨이브 성능"이란 제목으로 개시되어 있다. 우 이팽(Yifeng Wu) 등의 한국 특허 제0710654호에는 "트래핑을 저감하는 3족 질화물 기반 전계 효과트랜지스터와 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조 방법"과 한국 특허 제0920434호에는 "절연 게이트 갈륨비소, 질화물/갈륨 질화물계 고전자 이동도트랜지스터"개시하고 있다. 또한 비치 로버트는 한국 특허 제1045573호에는"III족 질화물 인헨스먼트 모드 소자"을 개시하고 있다. 오키 도시히로는 한국 특허 제0955249호에는 "질화물반도체 소자 및 그 제조 방법"을 개시하고 있고, 구라하시 겐이치로등의 한국 특허 제1870524호엔는 "반도체장치 및 그 제조 방법"을 개시하고 있다. Marianne Germaine등의 미국 특허 제7,772,055호에는 "ALGAN/GAN HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTRO DEVICES"개시되어 있다.US Pat. No. 5,192,987 to Khan et al. discloses an AlGaN/GaN substrate HEMT grown on a buffer and substrate and a method for producing the same. HEMTs of other AlGaN/GaN heterojunction structures were published in [IEEE Electron Device Letter, Vol.18, No.10, October 1997, pp.492] by Gaska et al. Field effect of a high-current AlGaN heterostructure grown on a P-type SiC substrate in an academic journal [IEEE Electron Devices Letters, Vol.19, No.2, February 1998, Page.54] contributed by Ping et al. DC and microwave performance of transistors". Korean Patent No. 0710654 by Yifeng Wu et al. states "Group III nitride-based field effect transistors with reduced trapping and high electron mobility transistors and their manufacture. Method" and Korean Patent No. 0920434 discloses "Insulated Gate Gallium Arsenide, Nitride/Gallium Nitride-Based High Electron Mobility Transistor". In addition, Beech Roberts Korean Patent No. 1045573 discloses "Group III Nitride Enhancement Mode Device". Korean Patent No. 0955249 by Toshihiro Oki discloses "Nitride Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof" and Kenichiro Kurahashi et al. discloses "Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof" in Korean Patent No. 1870524. US Patent No. 7,772,055 to Marianne Germaine et al. discloses "ALGAN/GAN HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTRO DEVICES".

GaN 기반의 질화물반도체가 다른 III-V 족 화합물반도체에 비해 고주파 및 고출력 전자소자에 적합한 이유는 다음과 같이 몇 가지로 대표된다. 첫째, GaN 기반의 질화물반도체는 전자 속도는 최대값이 실온에서 2.7x107cm/sec 이므로 갈륨 비소(GaAs) 화합물반도체의 전자 속도에 비해 빠르고, 이러한 빠른 전자속도는 전자의 이동시간을 감소시켜 우수한 고주파 특성을 얻을 수 있으며, 전류 및 전류 밀도의 향상시킨다. 두번째로는, 항복 전기장이 3~4MV/cm로 실리콘카바이드(SiC)에서의 값과 비교할 만하고 넓은 에너지 밴드갭에 기인한 높은 항복 전기장은 항복 전압을 높여 고추력을 처리할 수 있다. 셋째로는, AlGaN/GaN 이종 접합에서 전도대의 불연속성이 커서 2차원적 전자가스(2 Dimensional Elctron Gas, DEG) 층내에 수용할 수 있는 전하량이 크다. 즉, 에너지 밴드갭이 6.2eV인 AlN와 3.4eV인 GaN과의 큰 에너지 밴드갭 차이로 이종 접합에서의 에너지 차이가 증가하여, 에너지 차이 중 약 70% 정도가 전도대의 불연속성을 이루므로 다른 반도체에서 보다 큰 에너지 차이를 얻을 수 있다. 큰 전도대의 불연속성은 채널(channel)에서의 전하 축적에 도움을 주어 최대 전류를 높이는데 대단히 중요한 역할을 한다. 넷째로는, AlN와 GaN 박막사이의 격자상수(lattice mismatch) 불일치로 인해 이종 접합면 주위에 상당한 양의 응력(strain)이 발생하는데, 이러한 응력은 육각형 밀집구조에서 압전 현상(peizoelctric_effect)을 발생시켜 built-in 전기장이 형성된다. 이러한 built-in 전기장은 대개의 경우 전자가 이동하는 채널에 더 많이 집중시키는 역할을 하므로 채널의 전하량이 증대하게 되고 결국 최대 전류를 높이는데 도움이 된다.There are several reasons why GaN-based nitride semiconductors are suitable for high-frequency and high-power electronic devices compared to other III-V compound semiconductors. First, GaN-based nitride semiconductors have a maximum electron speed of 2.7x10 7 cm/sec at room temperature, which is faster than that of gallium arsenide (GaAs) compound semiconductors. High-frequency characteristics can be obtained, and current and current density are improved. Second, the breakdown electric field is 3 to 4 MV/cm, comparable to the value in silicon carbide (SiC), and the high breakdown electric field due to the wide energy band gap can handle high force by increasing the breakdown voltage. Thirdly, the discontinuity of the conduction band in the AlGaN/GaN heterojunction is large, and the amount of charge that can be accommodated in the 2-dimensional electron gas (DEG) layer is large. That is, the energy difference in the heterojunction increases due to the large energy bandgap difference between AlN with an energy bandgap of 6.2eV and GaN with an energy bandgap of 3.4eV, and about 70% of the energy difference forms a discontinuity in the conduction band. A larger energy difference can be obtained. The large conduction band discontinuity helps charge accumulation in the channel and plays a very important role in increasing the maximum current. Fourth, a significant amount of strain occurs around the heterojunction surface due to mismatch of lattice mismatch between AlN and GaN thin films. This stress generates a piezoelctric_effect in the hexagonal close-packed structure, A built-in electric field is formed. In most cases, this built-in electric field serves to focus more electrons on the channel where electrons move, so the amount of charge in the channel increases and eventually helps to increase the maximum current.

일반적으로, AlGaN/GaN 이종접합 구조의 전계효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 전자소자는 낮은 상호전달컨턱턴스(흐) 특성을 가지고 있으며, 전자의 채널층으로 사용되는 단결정 GaN 박막층은 불순물(Si)을 도핑 또는 도핑하지 않느냐에 따라서 AlGaN/GaN 이종접합 계면에 형성된 2차원 전자가스(2DEG)층내의 Sheet 캐리어 농도와 전자의 이동도 특성이 향상된다.In general, electronic devices such as AlGaN/GaN heterojunction structure field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) have low mutual transfer conductance (H) characteristics and are used as electronic channel layers. Depending on whether the single crystal GaN thin film layer is doped or not doped with impurities (Si), the sheet carrier concentration and electron mobility characteristics in the two-dimensional electron gas (2DEG) layer formed at the AlGaN/GaN heterojunction interface are improved.

단결정 GaN 질화물반도체는 아주 우수한 물질적 특성을 가지고 있어서, AlGaN/GaN 이종 접합 구조 형성 시, 고농도 2차원 전자층(2DEG)가 생성되기 때문에 낮은 온저항, 높은 전류밀도, 높은 전자 이동도를 얻을 수 있다. GaN 기반의 질화물반도체는 실리콘, 사파이어 및 실리콘카바이드 기판위에 MOCVD 또는 MBE 장비를 이용하여 고품질의 단결정 에피택셜 박막으로 성장시키는데, 그 중에서도 실리콘카바이드(SiC) 기판이 열전도성이 우수하고 GaN와 격자상수 및 열팽창계수 차이가 적어 AlGaN/GaN 이종접합 구조의 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 전자 소자의 고출력과 우수한 고주파 성능 및 신뢰성을 확보가 용이하다. 또한 화?d물반도체인 GaAs와 InP 기반의 소자에 비해서도 우수한 고온 안정성, 단위 면적당 10배 이상의 고출력 특성, 높은 선형성 그리고 우수한 저잡음 특성 등 월등한 성능 우위를 가지고 있다.Single-crystal GaN nitride semiconductors have excellent material properties, and when forming an AlGaN/GaN heterojunction structure, a high-concentration two-dimensional electron layer (2DEG) is created, so low on-resistance, high current density, and high electron mobility can be obtained. . GaN-based nitride semiconductors are grown as high-quality single-crystal epitaxial thin films on silicon, sapphire, and silicon carbide substrates using MOCVD or MBE equipment. Among them, silicon carbide (SiC) substrates have excellent thermal conductivity, It is easy to secure high output and excellent high-frequency performance and reliability of electronic devices such as field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) of AlGaN/GaN heterojunction structure because the difference in thermal expansion coefficient is small. In addition, it has superior performance advantages over GaAs and InP-based devices, which are chemical semiconductors, such as excellent high-temperature stability, 10 times higher output per unit area, high linearity, and excellent low-noise characteristics.

또한 실리콘카바이드(SiC) 기판은 열전도성이 우수하여 소자 동작 시, 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 열에 의한 소자의 특성 저하를 완화할 수 있고, SiC와 GaN과의 격자상수 및 열팽창계수 차이가 다른 Si, Sapphire 기판에 비해 적어 결정 결함 및 스트레스를 줄여 우수한 신뢰성을 확보가 용이하고 고품질의 GaN 기반의 질화물반도체 박막층 및 구조를 성장할 수 있어 보다 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있다.In addition, the silicon carbide (SiC) substrate has excellent thermal conductivity, so it can effectively dissipate heat generated during device operation to mitigate the deterioration of device characteristics due to heat, and SiC and GaN have different lattice constants and thermal expansion coefficients. , compared to the Sapphire substrate, it is easy to secure excellent reliability by reducing crystal defects and stress, and it is possible to grow a high-quality GaN-based nitride semiconductor thin film layer and structure, so that better electrical properties can be obtained.

AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)등의 RF 증폭 소자를 제작하기 위해서는, 열전도성이 우수하고 고출력에 용이한 실리콘카바이드(SiC) 기판 위에 고품질의 단결정 구조로 MOCVD 및 MBE 장비를 이용하여 성장시킨다.In order to manufacture RF amplification devices such as field effect transistors (FETs) and high electron mobility transistors (HEMTs) having an AlGaN/GaN heterojunction structure, high-quality silicon carbide (SiC) substrates with excellent thermal conductivity and easy high output The single crystal structure of is grown using MOCVD and MBE equipment.

AlGaN/GaN 이종접합 구조를 갖는 FET 및 HEMT 전자 소자의 성능 향상을 위한 연구개발이 집중되고 있다. 이를 위해서는 다음과 같은 조건들을 만족시켜야 한다. 1)AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 설계 및 성장, 2)고저항 버퍼층 및 Back Barrier 구조 성장, 3)RF 특성을 향상시키기 위한 FET 및 HEMT 소자에 대한 AlGaN/GaN 이종접합 구조 설계, 4)신뢰성 향상을 위한 AlGaN/GaN 이종접합 구조 성장 기술 등에 대한 연구/개발이 요구된다. 보다 구체적으로는 1)적절한 AlGaN 장벽층 성장조건을 이용한 AlGaN/GaN 이종 접합 구조 성장 기술, 2)누설전류 감소 및 항복전압 향상을 위한 AlGaN 및 p-GaN Back Barrier 기술, 3)Iron 또는 Carbon 도핑을 위한 고저항 버퍼층 성장기술, 4)단채널효과를 줄이기 위한 얇은 Al(In)N 장벽층 성장 기술, 5)우수한 표면 특성을 위한 In-Situ Capping 층 성장 기술 등의 최적화가 필요하다. 이러한 최적화된 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 설계 및 성장을 통해서 FET 및 HEMT 전자 소자의 RF 고출력 전력증폭 소자가 제공된다.Research and development for improving the performance of FET and HEMT electronic devices having an AlGaN/GaN heterojunction structure is being concentrated. For this, the following conditions must be satisfied. 1) Design and growth of AlGaN/GaN heterojunction structure, 2) Growth of high-resistance buffer layer and back barrier structure, 3) Design of AlGaN/GaN heterojunction structure for FET and HEMT devices to improve RF characteristics, 4) Improvement of reliability Research / development on AlGaN / GaN heterojunction structure growth technology for More specifically, 1) AlGaN/GaN heterojunction structure growth technology using appropriate AlGaN barrier layer growth conditions, 2) AlGaN and p-GaN back barrier technology for reducing leakage current and improving breakdown voltage, 3) Iron or Carbon doping 4) thin Al(In)N barrier layer growth technology to reduce the short channel effect, 5) in-situ capping layer growth technology for excellent surface characteristics. Through the design and growth of this optimized AlGaN/GaN heterojunction structure, RF high-output power amplification devices of FET and HEMT electronic devices are provided.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 결정 결함을 효과적으로 억제하기 위해서 AlxGa1-xN 다중 스트레인(응력) 정합을 적용하여 신뢰성이 개선된 AlGaN/GaN 이종 정합 구조를 갖는 FET 및 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT) 전자 소자를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to apply Al x Ga 1-x N multi-strain (stress) matching to effectively suppress crystal defects, and to develop a FET having an AlGaN / GaN heterogeneous matching structure with improved reliability and a high frequency (RF) high frequency (RF) An electron mobility transistor (HEMT) electronic device is provided.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 고전자 이동도 트랜지스터 전자소자로서; 기판 위에 형성된 AlN 격자 정합층, 상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 스트레인 정합층, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층, 상기 AlyGa1-yN 지지층 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층, 상기 AlaGa1-aN 전자 구속층 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층, 상기 AlbGa1-bN 채널층 상부에 형성되는 AlN 공간층,상기 AlN 공간층 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층, 상기 AlcGa1-cN 장벽층 상부에 형성되는 표면 보호층을 포함하고, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층은 Acceptor-H complex 분포의 구조이며, ~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖으며, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층은 [GaN(210a)/AlxGa1-xN1(210b)/GaN(210a)/AlxGa1-xN2(210c)/GaN(210a)/AlxGa1-xN3(210d)/GaN(210a)/AlxGa1-xN4(210e)]의 다중 스트레인 정합 구조를; 포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다.The present invention for achieving the above technical problem, as a high electron mobility transistor electronic device; An AlN lattice matching layer formed on a substrate, an Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the AlN lattice matching layer, and an Al y Ga 1-y N formed on the Al x Ga 1-x N strain matching layer. A support layer, a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed on the Al y Ga 1-y N support layer, an Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the semi-insulating Al y Ga 1- y N layer, An Al b Ga 1- b N channel layer formed on the Al a Ga 1- a N electron confinement layer, an AlN space layer formed on the Al b Ga 1-b N channel layer, and formed on the AlN space layer. An Al c Ga 1-c N barrier layer, and a surface protection layer formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer, wherein the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer has an Acceptor-H complex distribution structure, and has a high resistance value of ~ MΩ or more, and the Al x Ga 1-x N strain matching layer is [GaN (210a) / Al x Ga 1-x N 1 (210b) / GaN (210a) / Al x Ga 1-x N 2 (210c)/GaN (210a)/Al x Ga 1-x N 3 (210d)/GaN (210a)/Al x Ga 1-x N 4 (210e)] ; Provides a very high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising a.

또한 본 발명의 기술적 과제는, 고전자 이동도 트랜지스터 전자소자로서; 기판위에 형성된 AlN 격자 정합층, 상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 스트레인 정합층, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층, 상기 AlyGa1-yN 지지층 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층, 상기 AlaGa1-aN 전자 구속층 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층, 상기 AlbGa1-bN 채널층 상부에 형성되는 AlN 공간층, 상기 AlN 공간층 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층, 상기 AlcGa1-cN 장벽층 상부에 형성되는 표면 보호층을 포함하고, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층은 Acceptor-H complex 분포의 구조이며, ~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖으며, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층은 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 적층 구조를 한 쌍으로 한 1차 초격자 구조이며, 상기 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 초격자 상부에 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(320c)/GaN(320d)] 적층구조를 한 쌍으로 하는 2차 초격자 구조이고,상기 1차 초격자 구조와 2차 초격자 구조는 연속적으로 형성되는 것을 포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다.In addition, the technical problem of the present invention, as a high electron mobility transistor electronic device; An AlN lattice matching layer formed on a substrate, an Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the AlN lattice matching layer, and an Al y Ga 1-y N formed on the Al x Ga 1-x N strain matching layer. A support layer, a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed on the Al y Ga 1-y N support layer, and an Al a Ga 1- a N electron confinement formed on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer. layer, an Al b Ga 1- b N channel layer formed on the Al a Ga 1-a N electron confinement layer, an AlN space layer formed on the Al b Ga 1-b N channel layer, and an upper portion of the AlN space layer An Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer, and a surface protection layer formed on top of the Al c Ga 1-c N barrier layer, and the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer is an Acceptor-H complex It is a distribution structure, has a high resistance value of ~ MΩ or more, and the Al x Ga 1-x N strain matching layer has a [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] laminated structure with a constant thickness. It is a pair of primary superlattice structures, and a constant thickness of [Al x Ga 1-x N (320c) / GaN ( 320d)] provides an ultra-high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising a secondary superlattice structure in which a stacked structure is paired, wherein the primary superlattice structure and the secondary superlattice structure are formed consecutively.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 고전자 이동도 트랜지스터 전자소자로서; 기판위에 형성된 AlN 격자 정합층, 상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 스트레인 정합층, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층, 상기 AlyGa1-yN 지지층 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층, 상기 AlaGa1-aN 전자 구속층 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층, 상기 AlbGa1-bN 채널층 상부에 형성되는 AlN 공간층, 상기 AlN 공간층 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층, 상기 AlcGa1-cN 장벽층 상부에 형성되는 표면 보호층을 포함하고, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층은 Acceptor-H complex 분포의 구조이며, ~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖으며, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층은 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 적층 구조를 한쌍으로 한 1차 초격자 구조이며, 상기 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 1차 초격자 구조 상부에 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(420d)/GaN(420d)] 적층 구조를 한 쌍으로 하는 2차 초격자 구조이고,상기 1차 초격자 구조와 2차 초격자 구조는 연속적으로 형성되는 것을 포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다.Another technical problem of the present invention, as a high electron mobility transistor electronic device; An AlN lattice matching layer formed on a substrate, an Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the AlN lattice matching layer, and an Al y Ga 1-y N formed on the Al x Ga 1-x N strain matching layer. A support layer, a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed on the Al y Ga 1-y N support layer, and an Al a Ga 1- a N electron confinement formed on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer. layer, an Al b Ga 1- b N channel layer formed on the Al a Ga 1-a N electron confinement layer, an AlN space layer formed on the Al b Ga 1-b N channel layer, and an upper portion of the AlN space layer An Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer, and a surface protection layer formed on top of the Al c Ga 1-c N barrier layer, and the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer is an Acceptor-H complex It is a structure of distribution, has a high resistance value of ~ MΩ or more, and the Al x Ga 1-x N strain matching layer has a constant thickness of [Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga 1-x N (420a) / AlN (420c)] is a first-order superlattice structure in which the stacked structure is paired, and the [Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga 1-x N (420a) / AlN (420c)] is a secondary superlattice structure in which a [Al x Ga 1-x N (420d) / GaN (420d)] laminated structure of a certain thickness is paired on top of the primary superlattice structure. , The primary superlattice structure and the secondary superlattice structure provide an ultra-high frequency (RF) high electron mobility transistor including being formed consecutively.

상술한 본 발명에 따르면, 기판 상부에 AlN 격자 정합층의 큰 에너지 밴드갭의 차이에 의해서 동일한 c-axis 성장방향으로 AlyGa1-yN 지지층 및 상부에 형성되는 AlGaN/GaN 이종접합 구조를 갖는 FET 및 RF HEMT 전자소자의 표면으로 전파되는 스트레인 및 그에 따른 결정결함의 생성을 효과적으로 억제하기 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층을 제공한다. 또한 ~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 다양한 구조의 Acceptor-H complex 분포를 갖는 반절연성 AlyGa1-yN 층 적용하여 낮은 누설전류 및 큰 항복 전압에 의해서 우수한 고주파(RF) 특성을 갖는 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 FET 및 RF HEMT 전자 소자를 제공한다.According to the present invention described above, the AlGaN / GaN heterojunction structure formed on the Al y Ga 1-y N support layer and the upper part in the same c-axis growth direction due to the difference in the large energy band gap of the AlN lattice matching layer on the substrate Provided is an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer for effectively suppressing strain propagating to the surface of FET and RF HEMT electronic devices having and consequent generation of crystal defects. In addition, by applying a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having an Acceptor-H complex distribution of various structures with a high resistance value of ~MΩ or higher, AlGaN/ Provided are FET and RF HEMT electronic devices having a GaN heterojunction structure.

도 1. 단결정 [AlN vs GaN] 질화물반도체층을 성장시키기 위해서 성장온도의 증/감시, 발생하는 스트레인(응력) 방향의 변화를 나타낸 단면도 및 실제 AlN 표면 사진.
도 2. AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 RF HEMT 소자용 에피의 단면도.
도 3. AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(220)의 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 RF HEMT 소자용 에피의 단면도.
도 4. AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(320)의 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 RF HEMT 소자용 에피의 단면도.
도 5. AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(420)의 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 RF HEMT 소자용 에피의 단면도.
Figure 1. A cross-sectional view showing the change in the direction of strain (stress) generated by increasing/monitoring the growth temperature to grow a single-crystal [AlN vs GaN] nitride semiconductor layer and a photograph of the actual AlN surface.
Figure 2. A cross-sectional view of an epi for RF HEMT devices having an AlGaN/GaN heterojunction structure.
Figure 3. Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 220 of the AlGaN / GaN heterojunction structure is a cross-sectional view of the RF HEMT device epitaxial.
Figure 4. A cross-sectional view of an epi for an RF HEMT device having an AlGaN/GaN heterojunction structure of an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 320.
5. A cross-sectional view of an epi for an RF HEMT device having an AlGaN/GaN heterojunction structure of an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 420.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에서 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속한는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 도일 참조 부호는 도일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Throughout the specification, reference numerals refer to components.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 누설전류 및 항복 전압을 개선한 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transister, HEMT, 이하 HEMT로 명칭함)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a high frequency (RF) high electron mobility transistor (High Electron Mobility Transistor, HEMT, hereinafter referred to as HEMT) with improved leakage current and breakdown voltage according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. .

질화물반도체 재료를 이용한 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor_FET, 하기 FET 명칭함) 및 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor_HEMT, 하기 HEMT 명칭함) RF 전자 소자에서, 고농도 전자 이동도를 향상시키기 위해서는 고품질의 GaN 채널층 성장되어야 하며, 이 채널층내로 전자의 이동도를 제한하기 위해서 채널층 하부로 흐르는 누설전류를 최대한 방지하고 항복 전압이 높은 두꺼운 고품질의 고저항 GaN 층이 필연적으로 요구된다. 고저항 단결정 GaN층은 불순물을 도핑하지 않고 deeep Acceptor 역할을 하는 Ga 공공(vacancy)를 이용하는 undoped GaN층, Iron 및 Carbon 불순물이 도핑된 GaN층이 사용된다. Iron 불순물은 메모리 효과로 인해 성장이 어려운 단점이 있으며, Carbon 불순물 도핑방법은 TMGa MO source가 성장 챔버내로 유입되면서 고온의 성장온도에 의해서 해리되는 과정에서 형성된 부산물인 Carbon를 도핑하여 고저항 GaN층을 구현하는 방식이다.High-concentration electron movement in AlGaN/GaN heterojunction structure field effect transistor (Field Effect Transistor_FET, hereinafter referred to as FET) and high electron mobility transistor (High Electron Mobility Transistor_HEMT, hereinafter referred to as HEMT) RF electronic device using nitride semiconductor material In order to improve the conductivity, a high-quality GaN channel layer must be grown, and in order to limit the mobility of electrons into the channel layer, a thick, high-quality, high-resistance GaN layer with a high breakdown voltage and a maximum prevention of leakage current flowing down the channel layer is inevitable. is required as The high-resistance single-crystal GaN layer uses an undoped GaN layer using Ga vacancy that serves as a deep acceptor without doping impurities, and a GaN layer doped with iron and carbon impurities. Iron impurities have a disadvantage in that growth is difficult due to the memory effect, and the carbon impurity doping method is a high-resistance GaN layer by doping carbon, which is a by-product formed in the process of dissociation by the high growth temperature as the TMGa MO source is introduced into the growth chamber. way to implement it.

본 발명에서는 ~㏁ 이상의 매우 높은 저항 값을 갖는 Acceptor-H complex 분포의 구조를 갖는 반절연성 AlGaN층을 성장시켜 벌크 누설전류 및 항복 전압을 효과적으로 개선한 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 FET 및 RF HEMT 전자소자를 제공한다. 또한 고품질의 Acceptor-H complex 분포의 구조를 갖는 반절연성 AlGaN층을 성장시키기 위해서 기판 상부에 AlN 격자 정합층과 AlGaN 다중 스트레인 정합층 제공하고, 상기 AlGaN 다중 스트레인 정합층 상부에 AlGaN 지지층과의 효과적인 스트레인 정합을 통하여 결정 결함을 억제하여 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 고출력 FET 및 RF HEMT 전자 소자의 신뢰성을 향상시킨다.In the present invention, FET and RF HEMT having an AlGaN/GaN heterojunction structure that effectively improves bulk leakage current and breakdown voltage by growing a semi-insulating AlGaN layer having an Acceptor-H complex distribution structure with a very high resistance value of ~MΩ or more Provides electronic devices. In addition, in order to grow a semi-insulating AlGaN layer having a high-quality Acceptor-H complex distribution structure, an AlN lattice matching layer and an AlGaN multi-strain matching layer are provided on the substrate, and an effective strain with the AlGaN support layer is provided on the AlGaN multi-strain matching layer. Reliability of high power FET and RF HEMT electronic devices having an AlGaN/GaN heterojunction structure is improved by suppressing crystal defects through matching.

본 발명에서는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장비를 이용하여, AlN, AlGaN, GaN 개별층의 갖는 물성 자체를 이용하여 Al 조성(함량), 두께 및 구조등의 다양한 형태를 갖는 다중 스트레인 정합층을 적용하여 스트레인(응력)에의해서 생성되는 결정 결함을 효과적으로 억제한다. 또한 낮은 벌크 누설전류 및 높은 항복 전압을 갖는 고품질의 두꺼운 반절연성 AlxGa1-xN층은 p- 형 도판트 불순물인 Zn(DMZn)와 Mg(Cp2Mg) 및 Carbon(TMGa) 등의 불순물을 AlxGa1-xN층 성장중에 주입하여 ~㏁ 이상의 높은 저항을 갖는 Acceptor(Mg, Zn)-H complex 구조를 성장하였다. Zn(DMZn) 또는 Mg(Cp2Mg) 불순물인 경우, 고품질의 단결정 AlxGa1-xN층은 이온 결합 특성이 강하기 때문에 불순물의 에너지 준위가 200meV으로 ~㏁ 이상의 Acceptor(Mg 또는 Zn)-H complex에 의한 반절연성 특성 자체를 이용하였다.이러한 AlxGa1-xN층내에 존재하는 Acceptor-H complex은 매우 높은 저항값에 의해서 전기 전도도에 기여하는 홀 캐리어가 거의 없는 Zn 또는 Mg 불순물이 수소와 결합되어 분포하는 것으로써, 전기 전도도에 기여하는 홀을 형성하는 p-형 AlxGa1-xN층이 아니다.In the present invention, by using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) equipment, using the physical properties of AlN, AlGaN, and GaN individual layers, multiple strain matching layers having various forms such as Al composition (content), thickness and structure are formed. applied to effectively suppress crystal defects generated by strain (stress). In addition, the high-quality thick semi-insulating Al x Ga 1-x N layer with low bulk leakage current and high breakdown voltage is composed of p-type dopant impurities such as Zn (DMZn), Mg (Cp 2 Mg) and Carbon (TMGa). An acceptor (Mg, Zn)-H complex structure with high resistance of ~MΩ or more was grown by injecting impurities during the growth of the Al x Ga 1-x N layer. In the case of Zn (DMZn) or Mg (Cp 2 Mg) impurities, the high-quality single-crystal Al x Ga 1-x N layer has strong ionic bonding characteristics, so the energy level of the impurity is 200 meV, and the acceptor (Mg or Zn)- The semi-insulating property of the H complex itself was used. The Acceptor-H complex present in the Al x Ga 1-x N layer contains Zn or Mg impurities that have almost no hole carriers contributing to electrical conductivity by a very high resistance value. It is not the p-type Al x Ga 1-x N layer that forms holes contributing to electrical conductivity by distributing in combination with hydrogen.

본 발명에서, 도 1 은 기판 상부에 고품질의 단결정층을 형성한 후, 에너지 밴드갭이 큰 단결정 AlN 층을 성장시키는 과정에서 1000~1200℃ 이상의 고온의 성장 온도가 증/감하는 동안 스트레인(응력)이 생성 방향과 실제 2 ㎛의 두께를 갖는 단결정 GaN 층 상부에 성장된 0.2 ㎛ 두께의 AlN 층의 표면 사진이다.In the present invention, FIG. 1 shows the strain (strain) while the high-temperature growth temperature of 1000 to 1200 ° C. or higher increases / decreases in the process of growing a single-crystal AlN layer with a large energy band gap after forming a high-quality single-crystal layer on a substrate. ) is a surface photograph of the 0.2 μm-thick AlN layer grown on top of the single-crystal GaN layer having a thickness of 2 μm in the production direction and the actual thickness.

도 1 를 참조하면, 고온에서 단결정 GaN 층 상부에 AlN 층을 성장할 경우, 큰 에너지 밴드갭의 차이에 의해서 스트레인(응력)이 생성되는데, 성장 온도의 증가 및 감소에 따라서 스트레인의 방향이 정반대로 작용한다. 이러한 스트레인(응력) 방향의 물성을 이용하여 GaN 층과 AlN 층의 두께 차이 및 성장 조건을 변화시켜 스트레인(응력) 정합이 가능하여, 실제 스트레인(응력)에 의해서 생성되는 크랙(crack)과 같은 결정 결함을 효과적으로 억제시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, when an AlN layer is grown on top of a single-crystal GaN layer at a high temperature, strain (stress) is generated due to a large energy bandgap difference. As the growth temperature increases and decreases, the direction of the strain acts in the opposite direction. do. By using the physical properties in the strain (stress) direction, the thickness difference between the GaN layer and the AlN layer and the growth conditions are changed so that strain (stress) matching is possible, resulting in crack-like crystals generated by actual strain (stress). defects can be effectively suppressed.

하지만, GaN 층과 AlN 층의 두께 차이에 의해서 스트레인 정합을 시킬 수 있더라도, AlN 층의 두께가 증가되면 다시 스트레인(응력)의 우선 방향이 발생하여 스트레인(응력) 정합이 깨지면 AlN 층 표면에 다량이 crack 이 발생한다.However, even though strain matching can be achieved by the thickness difference between the GaN layer and the AlN layer, when the thickness of the AlN layer increases, the preferential direction of strain (stress) occurs again, and when the strain (stress) matching is broken, a large amount of crack occurs.

본 발명에서는, AlN 격자 정합층과 AlGaN 지지층 및 두꺼운 반절연성 AlGaN 층 사이의 큰 에너지 밴드갭 차이에 의해서 생성되는 스트레인(응력)을 효과적으로 억제시키기 위해서 AlN, Al 조성(함량)의 적절하게 변화된 AlGaN 및 GaN 층의 구조, 두께등이 변화된 다중 스트레인 정합층을 적용하여 결정 결함을 최소화시킬 수 있는 기술을 제공한다.In the present invention, in order to effectively suppress the strain (stress) generated by the large energy band gap difference between the AlN lattice matching layer, the AlGaN support layer, and the thick semi-insulating AlGaN layer, AlGaN and AlGaN appropriately changed in Al composition (content) and Provided is a technology capable of minimizing crystal defects by applying a multi-strain matching layer in which the structure and thickness of the GaN layer are changed.

도 2은 본 발명의 실시예로서, AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(120)과 Acceptor-H complex 분포의 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층(140)을 포함하는 AlGaN/GaN 이종접합 구조의 고주파(RF) HEMT 전자소자의 에피 단면 구조(10)이다.2 is an embodiment of the present invention , AlGaN / It is an epi-section structure 10 of a high-frequency (RF) HEMT electronic device of a GaN heterojunction structure.

도 2를 참조하면, 기판(100) 상부에 고온의 성장온도에서 0.05㎛~0.5㎛ 두께 범위, 더욱 바람직하게는 0.05㎛~0.3㎛ 두께 범위를 갖는 AlN 격자 정합층(110)을 형성한 후, 상기 AlN 격자 정합층(110) 상부에 0.1㎛~2㎛이며, 바람직하게는 0.1~0.1㎛ 두께 범위를 갖는 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(120)을 형성한다. 상기 스트레인 정합층(120) 상부에 0.2㎛~3㎛ 두께범위이고, 바람직하게 0.2~2㎛ 두께 범위를 갖는 고품질의 AlyGa1-yN 지지층(130)을 형성한 후, ~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 0.2㎛~5㎛ 두꺼 범위 내에서, 바람직하게는 0.2㎛~3㎛의 두께 범위의 Acceptor-H complex 분포의 구조를 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층(140)을 형성한다. 상기 AlyGa1-yN층(140) 상부에 0.02㎛~0.3㎛ 두께 범위내에서, 바람직하게는 0.02㎛~0.3㎛ 두께 범위의 AlaGa1-aN 전자 구속층(150)을 형성한 후, 0.05㎛~1㎛ 두께 범위내에서 바람직하게는 0.05㎛~0.5㎛ 범위의 고품질의 GaN 채널층(160)을 형성한다. 상기 GaN 채널층(160)은 FET 또는 RF HEMT 전자소자의 설계조건에 따라서 그 두께 범위가 결정된다. 상기 GaN 채널층(160) 상부에 50Å 이내의 두께를 갖는 양질의 AlN 공간층(170)을 형성한다. 상기 AlN 공간층(170)과 GaN 채널층(160)간의 에너지 밴드갭의 불연속적인 차이에 의해서 응력이 발생하여 계면에서 높은 Sheet 캐리어 전자농도 및 높은 이동도를 갖는 2차원적인 가스(2DEG)층이 형성된다. 따라서 상기 GaN 채널층(160)은 결정 결함이 최대한 억제된 고품질의 결정성이 요구되며, 얇은 두께를 갖는 AlN 공간층(170) 또한 양질의 결정성이 요구된다. 상기 AlN 공간층(170)을 형성한 후, 100Å~1000Å의 두께 범위를 갖는, 바람직하게는 100~500Å의 두께 범위의 AlcGa1-cN 장벽층(180)을 형성한다. 이때 AlcGa1-cN 장벽층(180)의 Al 조성은 20~35% 이며, 바람직하게는 25~30% 범위내이다. 이 후, 노출된 AlcGa1-cN 장벽층(180)은 Al과 Ga의 dangling bond가 우선하여 공기 중에 있는 산소와 쉽게 결합되어 AlxOy, GaxOy등의 20Å 이하의 얇은 native oxide가 형성되기 때문에 GaN, AlGaN, Al(In)N 등의 질화물반도체 또는 SixNy과 같은 유전체 절연막을 형성하여 표면을 보호시킨다. 상기의 GaN, AlGaN, Al(In)N 등의 질화물반도체를 이용한 표면 보호층(190)은 n 또는 p- 형 포판트인 불순물이 도핑되거나 도핑을 하지 않을 수 있으며 두께는 30Å~1000Å 범위가 바람직하다. 또한 SixNy 유전체 절연막은 MOCVD 장비내에서 in-situ 또는 MOCVD, CVD, Sputter, ALD등 반도체 장비를 이용하여 1000~3000Å의 두께가 바람직하다.Referring to FIG. 2, after forming an AlN lattice matching layer 110 having a thickness range of 0.05 μm to 0.5 μm, more preferably 0.05 μm to 0.3 μm at a high growth temperature on the substrate 100, An Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 120 having a thickness range of 0.1 μm to 2 μm, preferably 0.1 μm to 0.1 μm, is formed on the AlN lattice matching layer 110. After forming a high-quality Al y Ga 1-y N support layer 130 having a thickness range of 0.2 μm to 3 μm and preferably a thickness range of 0.2 μm to 2 μm on top of the strain matching layer 120, a high Forming a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 140 having a structure of Acceptor-H complex distribution in a thickness range of 0.2 μm to 5 μm having a resistance value, preferably in a thickness range of 0.2 μm to 3 μm do. An Al a Ga 1-a N electron confinement layer 150 is formed on the Al y Ga 1-y N layer 140 in a thickness range of 0.02 μm to 0.3 μm, preferably in a thickness range of 0.02 μm to 0.3 μm. After that, a high-quality GaN channel layer 160 is formed in a thickness range of 0.05 μm to 1 μm, preferably in a range of 0.05 μm to 0.5 μm. The thickness range of the GaN channel layer 160 is determined according to design conditions of an FET or RF HEMT electronic device. A high-quality AlN space layer 170 having a thickness of 50 Å or less is formed on the GaN channel layer 160 . Stress is generated by the discontinuous difference in energy band gap between the AlN space layer 170 and the GaN channel layer 160, and a two-dimensional gas (2DEG) layer having high sheet carrier electron concentration and high mobility is generated at the interface. is formed Therefore, the GaN channel layer 160 requires high quality crystallinity with crystal defects suppressed as much as possible, and the AlN space layer 170 having a thin thickness also requires high quality crystallinity. After forming the AlN space layer 170, an Al c Ga 1-c N barrier layer 180 having a thickness range of 100 Å to 1000 Å, preferably 100 Å to 500 Å is formed. At this time, the Al composition of the Al c Ga 1-c N barrier layer 180 is 20 to 35%, preferably within the range of 25 to 30%. Thereafter, the exposed Al c Ga 1-c N barrier layer 180 is easily combined with oxygen in the air with priority to the dangling bond of Al and Ga, thereby forming a thin layer of 20 Å or less such as Al x O y , Ga x O y , etc. Since native oxide is formed, a nitride semiconductor such as GaN, AlGaN, Al(In)N, or a dielectric insulating film such as Si x N y is formed to protect the surface. The surface protection layer 190 using a nitride semiconductor such as GaN, AlGaN, or Al(In)N may be doped or not doped with n or p-type impurity, and the thickness is preferably in the range of 30 Å to 1000 Å. . In addition, the Si x N y dielectric insulating film preferably has a thickness of 1000 to 3000 Å using semiconductor equipment such as in-situ or MOCVD, CVD, Sputter, and ALD within MOCVD equipment.

도 2를 참조하면, AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(120)과 AlyGa1-yN지지층(130), Acceptor-H complex 분포의 구조를 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층(140), AlaGa1-aN 전자 구속층(150) 및 AlcGa1-cN 장벽층(180)등의 각각의 Al 조성(함량)은 다음과 같이 제공된다. 반절연성 AlyGa1-yN층(140)의 Al 조성(함량)은 하부에 형성된 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(120)보다 낮으며(x>y), 상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층(150) 보다 낮으며(a>y), n-AlcGa1-cN 전자 공급층(180) 보다 낮고(c>y), 또한 AlaGa1-aN 전자 구속층(150)의 Al 조성은 동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(120) 보다 같거나 작고(a≤x) 동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlcGa1-cN 장벽층(180) 보다 같거나 높다.(a≥c)Referring to Figure 2, Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 120, Al y Ga 1-y N support layer 130, semi-insulating Al y Ga 1-y having a structure of Acceptor-H complex distribution The Al composition (content) of each of the N layer 140, the Al a Ga 1-a N electron confinement layer 150 and the Al c Ga 1-c N barrier layer 180 is provided as follows. The Al composition (content) of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 140 is lower than that of the lower Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 120 (x>y), and the Al formed on the upper a Ga 1-a lower than the N electron confinement layer 150 (a>y), n-Al c Ga 1-c lower than the N electron supply layer 180 (c>y), and also Al a Ga 1- a The Al composition of the N electron confinement layer 150 is equal to or smaller than (a≤x) the upper Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 120 grown in c-axis on the same plane c It is equal to or higher than the upper Al c Ga 1-c N barrier layer 180 grown in the -axis. (a≥c)

도 3 은, 본 발명의 또 다른 실시예로서, AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(220)과 Acceptor-H complex 분포의 갖는 반절연성 AlyGa1-yN 층(240)을 포함하는 AlGaN/GaN 이종접합 구조의 고주파(RF) HEMT 전자 소자의 에피 단면 구조(20)이다.3, as another embodiment of the present invention, an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 220 and a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 240 having an Acceptor-H complex distribution are included. is an epi-section structure 20 of a high-frequency (RF) HEMT electronic device of an AlGaN/GaN heterojunction structure.

도 3 를 참조하면, 하부의 AlN 격자 정합층(210)과의 스트레인 정합을 위해서 Al 조성(함량)의 순차적으로 감소시킨 AlxGa1-xN1(220b), AlxGa1-xN2(220c), AlxGa1-xN3(220d) 및 AlxGa1-xN4(220e) 개별 구조와 AlN 격자 정합층(110)과 스트레인(응력) 방향이 정반대인 얇은 GaN 격자 왜곡층(201a)을 적용한 [GaN(220a)/AlxGa1-xN1(220b)/GaN(220a)/AlxGa1-xN2(220c)/GaN(220a)/AlxGa1-xN3(220d)/GaN(220a)/AlxGa1-xN4(220e)] 구조를 갖는 다중 스트레인(응력) 정합층(220)을 형성한다. 상기 다중 스트레인(응력) 정합층(220)은 GaN 격자 왜곡층(220a)에 의해서 AlN 격자 정합층(110)과 Al 조성(함량)의 순차적으로 감소시킨 AlxGa1-xN1(220b), AlxGa1-xN2(220c), AlxGa1-xN3(220d) 및 AlxGa1-xN4(220e) 스트레인 방향을 효과적으로 정합시키는 역할을 수행한다. 또한 상기 다중 스트레인 정합층(220) 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층(230)으로 전파되는 결정 결함을 효과적으로 제어하여 고 신뢰성을 갖는 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 FET 및 RF HEMT 전자 소자를 제공한다.Referring to FIG. 3, for strain matching with the lower AlN lattice matching layer 210, Al x Ga 1-x N 1 (220b) and Al x Ga 1-x N whose Al composition (content) is sequentially reduced. 2 (220c), Al x Ga 1-x N 3 (220d) and Al x Ga 1-x N 4 (220e) individual structures and AlN lattice matching layer 110 and a thin GaN lattice in which the strain (stress) direction is opposite [GaN (220a) / Al x Ga 1-x N 1 (220b) / GaN (220a) / Al x Ga 1-x N 2 (220c) / GaN (220a) / Al x Ga with distortion layer (201a) applied 1-x N 3 (220d)/GaN (220a)/Al x Ga 1-x N 4 (220e)] to form a multi-strain (stress) matching layer 220 having a structure. The multi-strain (stress) matching layer 220 is Al x Ga 1-x N 1 (220b) obtained by sequentially reducing the Al composition (content) of the AlN lattice matching layer 110 by the GaN lattice distortion layer 220a. , Al x Ga 1-x N 2 (220c), Al x Ga 1-x N 3 (220d) and Al x Ga 1-x N 4 (220e) serve to effectively match strain directions. In addition, FET and RF HEMT electronic devices having a highly reliable AlGaN / GaN heterojunction structure by effectively controlling crystal defects propagating to the Al y Ga 1-y N support layer 230 formed on the multi-strain matching layer 220 provides

도 3를 참조하면, 개별 AlxGa1-xN1(220b), AlxGa1-xN2(220c), AlxGa1-xN3(220d) 및 AlxGa1-xN4(220e) 스트레인 층의 Al 조성(함량)은 각각 70~90%, 50~70%, 30~50% 및 10~30%으로 순차적으로 감소되고, 그와 관련된 두께 범위는 100~3000Å 두께 범위이며, 바람직하게는 500~1000Å 두께 범위에서 제공된다.Referring to FIG. 3, individual Al x Ga 1-x N 1 (220b), Al x Ga 1-x N 2 (220c), Al x Ga 1-x N 3 (220d) and Al x Ga 1-x N 4 (220e) The Al composition (content) of the strain layer is sequentially reduced to 70~90%, 50~70%, 30~50%, and 10~30%, respectively, and the related thickness range is 100~3000Å thickness range And, preferably provided in the range of 500 ~ 1000Å thickness.

또한 정반대의 스트레인 방향을 갖는 GaN층(110)의 두께 범위는 20~200Å이며, 바람직하게는 20~50Å 두께 범위에서 제공된다.In addition, the thickness range of the GaN layer 110 having the opposite strain direction is 20 to 200 Å, preferably provided in a thickness range of 20 to 50 Å.

도 4 는, 본 발명의 또 다른 실시예로서, AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(320)과 Acceptor-H complex 분포의 갖는 반절연성 AlyGa1-yN 층(340)을 포함하는 AlGaN/GaN 이종접합 구조의 고주파(RF) HEMT 전자 소자의 에피 단면 구조(30)를 나타낸 것이다. 상기 AlyGa1-yN 지지층(330) 상부에부터 표면 보호층(390) 까지의 기능은 도 2 와 도 3 과 동일하게 제공된다.4 is another embodiment of the present invention, including an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 320 and a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 340 having an Acceptor-H complex distribution It shows the epi-section structure 30 of the high-frequency (RF) HEMT electronic device of the AlGaN / GaN heterojunction structure. Functions from the top of the Al y Ga 1-y N support layer 330 to the surface protection layer 390 are provided in the same manner as in FIGS. 2 and 3 .

도 4을 참조하면, 하부의 AlN격자 정합층(310)과 상부 AlyGa1-yN 지지층(330)과의 스트레인 정합을 위해서, 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층(320)은 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 적층 구조를 한 쌍으로 한 1차 초격자 구조와, 상기 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 1차 초격자 구조 상부에 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(320c)/GaN(320d)] 적층 구조를 한 쌍으로 하는 2차 초격자 구조이며 상기 1차 초격자 구조와 2차 초격자 구조는 연속적으로 형성된다.Referring to FIG. 4, for strain matching between the lower AlN lattice matching layer 310 and the upper Al y Ga 1-y N support layer 330, the Al x Ga 1-x N strain matching layer 320 is A primary superlattice structure in which a pair of [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] laminated structures of constant thickness and the [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] )] It is a secondary superlattice structure in which a [Al x Ga 1-x N (320c) / GaN (320d)] laminated structure of a constant thickness is paired on top of the primary superlattice structure, and the first superlattice structure and the second superlattice structure The secondary superlattice structure is formed continuously.

[AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 1차 초격자 구조의 스트레인(응력)은 기판을 향하는 스트레인(응력)이 작용하는 구성을 가진다. AlN 격자 정합층(310)과 접하는 부위는 AlxGa1-xN(320a)이 먼저 형성되고, 그 상부에 AlN(320b)이 형성됨이 바람직하다. AlN 격자 정합층(310)은 사파이어 기판 상에 형성되는 경우, 기판을 향해 스트레인(응력)을 형성한다. 다만, AlxGa1-xN(320a)이 형성되므로 기판을 향하는 응력은 다소 감소된다. 또한 AlN 격자 정합층(310)에 의해 기판을 향하는 스트레인(응력)은 상존하나, AlN(320b)이 가지는 초격자의 반복 구조로 인해 다소 저감된 스트레인(응력)이 기판을 향해 존재한다.[Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] The strain (stress) of the first-order superlattice structure has a configuration in which strain (stress) toward the substrate acts. It is preferable that the Al x Ga 1-x N (320a) is formed first, and then the AlN (320b) is formed on the portion in contact with the AlN lattice matching layer 310. When the AlN lattice matching layer 310 is formed on the sapphire substrate, strain (stress) is formed toward the substrate. However, since the Al x Ga 1-x N (320a) is formed, the stress toward the substrate is somewhat reduced. In addition, although the strain (stress) directed toward the substrate by the AlN lattice matching layer 310 remains, the slightly reduced strain (stress) exists toward the substrate due to the repetitive structure of the superlattice of the AlN 320b.

도 4를 참조하면, 상기 반절연성 AlyGa1-yN층(340)의 Al 조성(함량)은 하부에 형성된 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(320)보다 낮으며(x>y), 상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층 보다 낮으며(a>y), 상부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층층 보다 낮다.(c>y) 또한 상기 AlaGa1-aN 전자 구속층의 Al 조성은 동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 보다 같거나 적고(a≤x) 동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 n- AlcGa1-cN 전자 공급층 보다 같거나 높은(a≥c)것을 포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다.Referring to FIG. 4, the Al composition (content) of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 340 is lower than that of the Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 320 formed thereon (x> y), lower than the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the top (a>y), and lower than the Al c Ga 1 -c N barrier layer formed on the top (c > y). The Al composition of the 1-a N electron confinement layer is equal to or less (a≤x) than the upper Al x Ga 1-x N strain matching layer grown on the same plane with c-axis A radio frequency (RF) high electron mobility transistor comprising an upper n- Al c Ga 1-c N electron supply layer equal to or higher than (a≥c).

도 4를 참조하면, 하부의 AlN 격자 정합층(310)과 상부의 AlyGa1-yN 지지층(330)과의 사이에 연속적으로 형성된 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 1차 초격자 구조와 [AlxGa1-xN(320c)/GaN(320d)] 2차 초격자 구조의 개별층의 Al 조성(함량)은 40~80% 범위의 AlxGa1-xN(320a), 20~60%의 범위인 AlxGa1-xN(320c) 이며, 필요한 경우 개별층인 AlxGa1-xN(320a)과 AlxGa1-xN(320c)의 Al 조성(함량)을 동일하게 적용된다. 또한 상기 1차 및 2차 초격자 구조의 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층의 각각의 개별 AlxGa1-xN(320a)층과 AlxGa1-xN(320c)은 100~500Å 두께 범위이며, 바람직하게는 100~300Å이고 AlN층은 100~500Å 두께 범위이며, 바람직하게는 100~300Å이다. 그리고 GaN 격자 왜곡층(320d)은 20~200Å 두께 범위이며, 바람직하게는 50~100Å 두께 범위를 포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다. 1차 및 2차 초격자 구조는 2~30 쌍으로 전체 두께를 제어한다.Referring to FIG. 4, [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN ( 320b)] 1st order superlattice structure and [Al x Ga 1-x N(320c)/GaN(320d)] the Al composition (content) of the individual layers of the 2nd order superlattice structure is Al x Ga in the range of 40 to 80%. 1-x N (320a), Al x Ga 1-x N (320c) in the range of 20 to 60%, and if necessary, individual layers Al x Ga 1-x N (320a) and Al x Ga 1-x N The same Al composition (content) of (320c) is applied. In addition, each individual Al x Ga 1-x N (320a) layer and Al x Ga 1-x N (320c) of the Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer of the primary and secondary superlattice structures are 100 ~ 500 Å thick range, preferably 100 ~ 300 Å, and the AlN layer is 100 ~ 500 Å thick range, preferably 100 ~ 300 Å. And the GaN lattice distortion layer 320d has a thickness range of 20 to 200 Å, preferably a high frequency (RF) electron mobility transistor including a thickness range of 50 to 100 Å. The primary and secondary superlattice structures are 2 to 30 pairs, controlling the overall thickness.

AlN(320b)은 50Å 내지 300Å의 두께를 가짐이 바람직하다. 만일 AlN(320b)이 50Å 미만의 두께를 가지면, AlN(320b)을 형성하기 위한 공정 시간이 단축되고 생산성이 향상되는 잇점이 있으나, 상부에 형성되는 AlxGa1-xN (320a) 사이의 스트레인(응력)에 의해 AlN(320b) 자체에서 결정 결함이 발생된다. 또한, AlN(320b)이 300Å를 상회하는 두께를 가지면, 결정학적으로 안정된 AlN(302b)을 얻을 수 있으나, 기판을 향한 스트레인(응력)이 과도하게 작용하여 AlN 격자 정합층(310)에서부터 결정 결함이 발생한다.The AlN (320b) preferably has a thickness of 50 Å to 300 Å. If the AlN (320b) has a thickness of less than 50 Å, there is an advantage in that the process time for forming the AlN (320b) is shortened and the productivity is improved, but the Al x Ga 1-x N formed on the top (320a) Crystal defects are generated in the AlN 320b itself due to strain (stress). In addition, if the AlN (320b) has a thickness exceeding 300 Å, the crystallographically stable AlN (302b) can be obtained, but the strain (stress) toward the substrate acts excessively and the crystal defects from the AlN lattice matching layer 310 this happens

또한 AlxGa1-xN (320a)은 100Å 내지 500Å의 두께를 가짐이 바람직하다. 상기 AlN(302b)에 의해 기판을 향하는 스트레인(응력)이 흡수하고 저감하는 동작을 수행한다. 따라서, 상기 AlxGa1-xN (320a)의 두께는 AlN(302b)의 두께보다 큼이 바람직하다. 만일 AlxGa1-xN (320a)의 두께가 100Å 미만이면, 인접한 AlN(320b)에 의해 기판을 향하는 응력을 충분히 저감하지 못하여 자체 내에서 결정 결함을 유발한다. 또한, AlxGa1-xN (302a)의 두께가 500Å를 상회하면, 과도한 두께로 인해 공정 시간이 증가되고 생산성이 저하되는 문제가 발생된다.Also, the Al x Ga 1-x N (320a) preferably has a thickness of 100 Å to 500 Å. An operation of absorbing and reducing strain (stress) toward the substrate is performed by the AlN 302b. Therefore, the thickness of the Al x Ga 1-x N (320a) is preferably greater than the thickness of the AlN (302b). If the thickness of the Al x Ga 1-x N (320a) is less than 100 Å, the stress toward the substrate by the adjacent AlN (320b) is not sufficiently reduced, causing crystal defects within itself. In addition, when the thickness of the Al x Ga 1-x N (302a) exceeds 500 Å, a process time increases and productivity decreases due to the excessive thickness.

[AlxGa1-xN(320c)/GaN(320d)] 2차 초격자 구조에서, AlxGa1-xN (320c)은 50Å 내지 300Å의 두께를 가짐이 바람직하다. AlxGa1-xN (320c)의 두께가 50Å 미만이면 GaN(320d)에서 발생되는 상향 스트레인(응력)의 흡수가 불충분하다. AlxGa1-xN (320c)의 두께가 300Å를 상회하면 결정 결함이 발생된다. 또한, GaN(320d)의 두께는 10Å~50Å임이 바람직하다. GaN(320d)의 두께가 10Å 미만이면 스트레인(응력)이 충분히 형성되지 못하고 균일한 막질을 얻을 수 없으며 AlxGa1-xN (320c)과의 계면에서 격자 상수의 차이 또는 열팽창 계수의 차이로 인해 결정 결함이 발생된다.[Al x Ga 1-x N (320c) / GaN (320d)] In the second order superlattice structure, Al x Ga 1-x N (320c) preferably has a thickness of 50 Å to 300 Å. When the thickness of the Al x Ga 1-x N (320c) is less than 50 Å, absorption of upward strain (stress) generated in the GaN (320d) is insufficient. When the thickness of Al x Ga 1-x N (320c) exceeds 300 Å, crystal defects are generated. In addition, it is preferable that the GaN (320d) has a thickness of 10 Å to 50 Å. If the thickness of GaN (320d) is less than 10 Å, strain (stress) is not sufficiently formed and a uniform film quality cannot be obtained, and due to the difference in lattice constant or thermal expansion coefficient at the interface with Al x Ga 1-x N (320c) This causes crystal defects.

도 5 는, 본 발명의 실시예로서, AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(420)과 Acceptor-H complex 분포의 갖는 반절연성 AlyGa1-yN 층(440)을 포함하는 AlGaN/GaN 이종접합 구조의 고주파(RF) HEMT 전자소자의 에피 단면 구조(40)이다. 상기 AlyGa1-yN 지지층(430) 상부에부터 표면 보호층(490) 까지의 기능은 도 2, 도 3 및 도 4 와 동일하게 제공된다.5 is an example of the present invention, AlGaN including an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 420 and a semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 440 having an Acceptor-H complex distribution / It is an epitaxial cross-section structure 40 of a high-frequency (RF) HEMT electronic device of a GaN heterojunction structure. Functions from the top of the Al y Ga 1-y N support layer 430 to the surface protection layer 490 are provided in the same manner as in FIGS. 2, 3 and 4 .

도 5를 참조하면, 기판(400) 상부에 형성된 AlN 격자 정합층(410)과 상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(420), 상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층(420) 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층(430), 상기 AlyGa1-yN 지지층(430) 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층(440), 상기 반절연성 AlyGa1-yN층(440) 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층(450), 상기 AlaGa1-aN 전자 구속층(450) 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층(460), 상기 AlbGa1-bN 채널층(460) 상부에 형성되는 AlN 공간층(470), 상기 AlN 공간층(470) 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층(480), 상기 AlcGa1-cN 장벽층(480) 상부에 형성되는 표면 보호층(490)을 포함한다.5, an AlN lattice matching layer 410 formed on a substrate 400, an Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 420 formed on the AlN lattice matching layer, and the Al x Ga 1 An Al y Ga 1-y N support layer 430 formed on the -x N strain matching layer 420, and a semi-insulating Al y Ga 1-y N formed on the Al y Ga 1-y N support layer 430. layer 440, the Al a Ga 1-a N electron confinement layer 450 formed on the semi-insulating Al y Ga 1-a N layer 440, the Al a Ga 1-a N electron confinement layer 450 ) Al b Ga 1-b N channel layer 460 formed on top, an AlN space layer 470 formed on top of the Al b Ga 1-b N channel layer 460, and an upper portion of the AlN space layer 470 An Al c Ga 1-c N barrier layer 480 formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer 480, and a surface protection layer 490 formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer 480.

상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층(420)은 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 적층 구조를 한 쌍으로 한 1차 초격자 구조이고, 상기 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 1차 초격자 구조 상부에 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(420d)/GaN(420d) 적층 구조를 한 쌍으로 하는 2차 초격자 구조이다. 상기 1차 초격자 구조와 2차 초격자 구조는 연속적으로 형성되는 것을 포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다.The Al x Ga 1-x N strain matching layer 420 has a constant thickness [Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga 1-x N (420a) / AlN (420c) ] is a first-order superlattice structure in which the stacked structure is paired, and the [Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga 1-x N (420a) / AlN (420c)] 1 It is a secondary superlattice structure in which [Al x Ga 1-x N(420d)/GaN(420d) stacked structures of constant thickness are paired on top of the secondary superlattice structure. The primary superlattice structure and the secondary superlattice structure provide a high frequency (RF) high electron mobility transistor including being formed consecutively.

도 5를 참조하면, 반절연성 AlyGa1-yN층(440)의 Al 조성(함량)은 하부에 형성된 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 보다 낮으며(x>y) 상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층 보다 적고(a>y), AlcGa1-cN 장벽층보다 적다.(c>y). 또한 AlaGa1-aN 전자 구속층의 Al 조성은 동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 보다 같거나 적고(a≤x) 동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlcGa1-cN 장벽층 보다 같거나 높다.(a≥c)Referring to FIG. 5, the Al composition (content) of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 440 is lower than that of the Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the bottom (x>y) and formed on the top Less than Al a Ga 1-a N electron confinement layer (a>y), less than Al c Ga 1-c N barrier layer (c>y). In addition, the Al composition of the Al a Ga 1-a N electron confinement layer is equal to or less (a≤x) than the upper Al x Ga 1-x N strain matching layer grown in the c-axis on the same plane (a≤x). Equal to or higher than the overlying Al c Ga 1-c N barrier layer grown axially (a≥c).

또한 하부의 AlN 격자 정합층(410)과 상부의 AlyGa1-yN 지지층(430)과의 사이에, 연속적으로 형성된 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 1차 초격자 구조와 [AlxGa1-xN(420d)/AlN(420b)] 2차 초격자 구조에서, 상기 개별층의 Al 조성(함량)은 40~80% 범위의 AlxGa1-xN(420a)이 20~60%의 범위인 AlxGa1-xN(420d) 보다 높다. 필요한 경우, AlxGa1-xN층(420a)과 AlxGa1-xN층(420d)의 Al 조성(함량)을 동일하게 제공한다.In addition, between the lower AlN lattice matching layer 410 and the upper Al y Ga1-yN support layer 430, continuously formed [Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga In the 1-x N (420a) / AlN (420c)] primary superlattice structure and the [Al x Ga 1-x N (420d) / AlN (420b)] secondary superlattice structure, the Al composition of the individual layer ( content) is higher than Al x Ga 1-x N (420a) in the range of 40 to 80% Al x Ga 1-x N (420d) in the range of 20 to 60%. If necessary, the Al composition (content) of the Al x Ga 1-x N layer 420a and the Al x Ga 1-x N layer 420d are provided identically.

도 5를 참조하면, 상기 1차 및 2차 초격자 구조의 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층(420)의 각각의 개별 AlxGa1-xN(420a)층과 AlxGa1-xN(420d)은 100~500Å 두께범위이며, 바람직하게는 100~200Å이다. 또한 AlN층은 100~500Å 두께 범위이며, 바람직하게는 100~200Å이고, GaN층은 20~100Å 두께 범위이며, 바람직하게는 50~50Å 두께 범위로 제공한다.Referring to FIG. 5, each individual Al x Ga 1-x N (420a) layer and Al x Ga 1 of the Al x Ga 1-x N multi-strain matching layer 420 of the primary and secondary superlattice structures -x N (420d) ranges in thickness from 100 to 500 Å, preferably from 100 to 200 Å. In addition, the AlN layer is provided in a thickness range of 100 to 500 Å, preferably 100 to 200 Å, and the GaN layer is provided in a thickness range of 20 to 100 Å, preferably 50 to 50 Å.

[AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 적층 구조를 한 쌍으로 한 1차 초격자 구조에서, GaN(420b)은 기판을 기준으로 상부로 향하는 스트레인(응력)을 형성한다. 즉, GaN(420b)의 중심은 상부를 향하는 스트레인(응력)을 형성한다. 따라서, AlxGa1-xN (420a) 및 GaN(420b)의 적층 구조는 상부로 향하는 스트레인(응력)을 가지나, AlxGa1-xN (420a)에 의해 상부로 향하는 스트레인(응력)이 다소 저감된다. 또한, AlxGa1-xN (420a)은 하부의 AlN(420d)과 GaN(420b) 사이에 배치되어 GaN(420b)의 결정 성장시 결정 결함을 방지할 수 있는 막질로 기능한다.[Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga 1-x N (420a) / AlN (420c)] In the first-order superlattice structure in which the stacked structure is paired, GaN (420b) ) forms a strain (stress) directed upward relative to the substrate. That is, the center of the GaN 420b forms strain (stress) directed upward. Therefore, the stacked structure of Al x Ga 1-x N (420a) and GaN (420b) has strain (stress) directed upwards, but strain (stress) directed upwards by Al x Ga 1-x N (420a) this is somewhat reduced. In addition, Al x Ga 1-x N (420a) is disposed between the lower AlN (420d) and GaN (420b) to function as a film material capable of preventing crystal defects during crystal growth of GaN (420b).

상술한 구조에서 GaN(420b)은 상부를 향해 응력을 발생하고, AlN(420d)은 하부의 기판을 향한 스스레인(응력)을 발생한다. 또한, AlxGa1-xN (420a)은 GaN(420b) 상에 AlN(420d)이 직접 성장될 경우에 발생할 수 있는 결정 결함의 발생을 억제하는 역할을 수행한다.In the structure described above, the GaN 420b generates stress toward the top, and the AlN 420d generates strain (stress) toward the substrate below. In addition, the Al x Ga 1-x N 420a serves to suppress generation of crystal defects that may occur when AlN 420d is directly grown on GaN 420b.

[AlxGa1-xN(420d)/AlN(420b)] 적층 구조를 한 쌍으로 한 2차 초격자 구조에서, AlxGa1-xN (420d)은 50Å 내지 300Å의 두께를 가짐이 바람직하다. AlxGa1-xN (420d)의 두께가 50Å 미만이면 GaN(420b)에서 발생되는 상향 응력의 흡수가 불충분하다. AlxGa1-xN (420d)의 두께가 300Å를 상회하면 결정 결함이 발생된다. 또한, GaN(420b)의 두께는 10Å~50Å임이 바람직하다. GaN(420b)의 두께가 10Å 미만이면 응력이 충분히 형성되지 못하고 균일한 막질을 얻을 수 없으며 AlxGa1-xN (420d)과의 계면에서 격자 상수의 차이 또는 열팽창 계수의 차이로 인해 결정 결함이 발생된다.[Al x Ga 1-x N (420d) / AlN (420b)] In the second order superlattice structure in which the stacked structure is paired, Al x Ga 1-x N (420d) has a thickness of 50 Å to 300 Å desirable. If the thickness of the Al x Ga 1-x N (420d) is less than 50 Å, upward stress generated in the GaN (420b) is not sufficiently absorbed. When the thickness of the Al x Ga 1-x N (420d) exceeds 300 Å, crystal defects are generated. In addition, the thickness of the GaN (420b) is preferably 10 Å ~ 50 Å. If the thickness of GaN (420b) is less than 10 Å, stress is not sufficiently formed and a uniform film quality cannot be obtained, and crystal defects due to differences in lattice constant or thermal expansion coefficient at the interface with Al x Ga 1-x N (420d) this occurs

도 5를 참조하면, ~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층(440)과 동일한 c-axis 성장 방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층(460) 및 AlN 공간층(470)과의 계면에서 높은 sheet 캐리어 전자농도 및 이동도를 갖는 2차원가스(2DEG)층을 포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터를 제공한다..Referring to FIG. 5, the Al b Ga 1-b N channel layer 460 and AlN formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer 440 having a high resistance value of ~MΩ or more A high frequency (RF) high electron mobility transistor including a two-dimensional gas (2DEG) layer having high sheet carrier electron concentration and mobility at the interface with the space layer 470 is provided.

본 발명에서, 기판 상부에 형성되는 AlGaN/GaN 이종 접합 구조의 FET 또는 RF HEMT 전자소자의 에피 구조의 개별층은 기판의 성장면과 수직인 c-axis 성장방향을 갖으며, 기판에서부터 표면 보호층까지 Al 조성의 유/무에 따라 스트레인의 방향의 정반대이고, Al 조성의 차이에 의해서 스트레인 인가되는 강도가 변화되어 설계 조건과 기준에 따라서 휘(BOW) 값이 변한다. 따라서 이러한 스트레인에 의한 휨(BOW) 값을 최대한 억제시키기 위해서 AlN 와 GaN 박막의 고유한 물성에 의한 스트레인 방향과 강도를 제어하여 결정 결함이 감소/억제된 고 신뢰성의 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 갖는 FET 및 RF HEMT 전자소자를 제공한다.In the present invention, the individual layers of the epitaxial structure of the FET or RF HEMT electronic device of the AlGaN / GaN heterojunction structure formed on the substrate have a c-axis growth direction perpendicular to the growth surface of the substrate, and from the substrate to the surface protective layer The direction of the strain is opposite depending on the presence/absence of the Al composition, and the strength applied to the strain is changed by the difference in the Al composition, and the BOW value changes according to the design conditions and standards. Therefore, in order to maximally suppress the BOW value due to this strain, a highly reliable AlGaN/GaN heterojunction structure with reduced/suppressed crystal defects was developed by controlling the strain direction and strength by the unique properties of AlN and GaN thin films. FET and RF HEMT electronic devices are provided.

기판 : 100, 200, 300, 400 AlN 격자 정합층 : 110, 210, 310, 410
AlxGa1-xN 스트레인 정합층 : 120, 220, 320, 420 AlyGa1-yN 지지층 : 130, 230, 330, 430
Acceptor-H complex 분포의 구조를 갖는 반절연성 AlyGa1-yN 지지층 : 140, 240, 340, 440
AlaGa1-aN 전자 구속층 : 150, 250, 350, 450 AlbGa1-bN 채널층 : 160, 260, 360, 460
AlN 공간층 : 170, 270, 370, 470 AlcGa1-cN 장벽층 : 180, 280, 380, 390
표면 보호층 : 190, 290, 390, 490
Substrate: 100, 200, 300, 400 AlN lattice matching layer: 110, 210, 310, 410
Al x Ga 1-x N Strain matching layer: 120, 220, 320, 420 Al y Ga 1-y N Support layer: 130, 230, 330, 430
Semi-insulating Al y Ga 1-y N supporting layer with Acceptor-H complex distribution structure: 140, 240, 340, 440
Al a Ga 1-a N electron confinement layer: 150, 250, 350, 450 Al b Ga 1-b N channel layer: 160, 260, 360, 460
AlN space layer: 170, 270, 370, 470 Al c Ga 1-c N barrier layer: 180, 280, 380, 390
Surface protective layer: 190, 290, 390, 490

Claims (31)

고전자 이동도 트랜지스터 전자소자로서;
기판위에 형성된 AlN 격자 정합층,
상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 스트레인 정합층,
상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층,
상기 AlyGa1-yN 지지층 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층,
상기 AlaGa1-aN 전자 구속층 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층,
상기 AlbGa1-bN 채널층 상부에 형성되는 AlN 공간층,
상기 AlN 공간층 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층,
상기 AlcGa1-cN 장벽층 상부에 형성되는 표면 보호층,
을 포함하고,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층은 Acceptor-H complex 분포의 구조이며,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖으며,
상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층은 [GaN(220a)/AlxGa1-xN1(220b)/GaN(220a)/AlxGa1-xN2(220c)/GaN(220a)/AlxGa1-xN3(220d)/GaN(220a)/AlxGa1-xN4(220e)]의 다중 스트레인 정합 구조를;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
as a high electron mobility transistor electronic device;
AlN lattice matching layer formed on the substrate,
An Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the AlN lattice matching layer,
An Al y Ga 1-y N support layer formed on the Al x Ga 1-x N strain matching layer,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed on the Al y Ga 1-y N support layer;
An Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the semi-insulating Al y Ga1 - yN layer;
an Al b Ga 1- b N channel layer formed on the Al a Ga 1- a N electron confinement layer;
an AlN space layer formed on the Al b Ga 1-b N channel layer;
An Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the AlN space layer,
A surface protection layer formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer,
including,
The semi-insulating Al y Ga 1-y N layer has a structure of Acceptor-H complex distribution,
It has a high resistance value of ~MΩ or more,
The Al x Ga 1-x N strain matching layer is [GaN (220a) / Al x Ga 1-x N 1 (220b) / GaN (220a) / Al x Ga 1-x N 2 (220c) / GaN (220a) )/Al x Ga 1-x N 3 (220d)/GaN (220a)/Al x Ga 1-x N 4 (220e)];
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
반절연성 AlyGa1-yN층의 Al 조성(함량)은;
하부에 형성된 AlyGa1-yN스트레인 정합층보다 낮으며(x>y),
상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층 보다 낮으며(a>y),
상부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층층 보다 낮고(c>y),
상기 AlaGa1-aN 전자 구속층의 Al 조성은;
동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 보다 같거나 적고(a≤x)
동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlcGa1-cN 장벽층 보다 같거나 높은(a≥c)것을;,
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
The Al composition (content) of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer is;
It is lower than the Al y Ga 1-y N strain matching layer formed at the bottom (x>y),
Lower than the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the top (a>y),
Lower than the Al c Ga 1-c N barrier layer layer formed on the top (c>y),
The Al composition of the Al a Ga 1-a N electron confinement layer is;
Less than or equal to the top Al x Ga 1-x N strain matching layer grown c-axis on the same plane (a≤x)
Equal to or higher (a≥c) than the overlying Al c Ga 1-c N barrier layer grown in c-axis on the same plane;,
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
하부의 AlN 격자 정합층과 상부의 AlyGa1-yN 지지층과의 사이에 형성된 [GaN(220a)/AlxGa1-xN1(220b)/GaN(220a)/AlxGa1-xN2(220c)/GaN(220a)/AlxGa1-xN3(220d)/GaN(220a)/AlxGa1-xN4(220e)] 다중 스트레인 정합 구조의 개별층의 Al 조성(함량)은 AlxGa1-xN1(220b)>AlxGa1-xN2(220c)>AlxGa1-xN3(220d)>AlxGa1-xN4(220e) 이며,
각각의 개별층의 Al 함량은 각각 70~90%, 50~70%, 30~50% 및 10~30%;을
포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
Formed between the lower AlN lattice matching layer and the upper Al y Ga 1-y N support layer [GaN (220a) / Al x Ga 1-x N 1 (220b) / GaN (220a) / Al x Ga 1- x N 2 (220c)/GaN (220a)/Al x Ga 1-x N 3 (220d)/GaN (220a)/Al x Ga 1-x N 4 (220e)] Al of individual layers of multi-strain matching structure The composition (content) is Al x Ga 1-x N 1 (220b)>Al x Ga 1-x N 2 (220c)>Al x Ga 1-x N 3 (220d)>Al x Ga 1-x N 4 ( 220e), and
The Al content of each individual layer is 70-90%, 50-70%, 30-50% and 10-30%, respectively;
A very high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
상기 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합구조의 각각의 개별 AlxGa1-xN1(220b), AlxGa1-xN2(220c), AlxGa1-xN3(220d), AlxGa1-xN4(220e)은 100~3000Å 두께 범위이며,
바람직하게는 500~1000Å 두께 범위이고,
GaN층(220a)의 두께 범위는 20~200Å, 바람직하게는 20~50Å 두께 범위;을
포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
Each individual Al x Ga 1-x N 1 (220b), Al x Ga 1-x N 2 (220c), Al x Ga 1-x N 3 ( 220d ) of the Al x Ga 1-x N multi-strain matching structure ), Al x Ga 1-x N 4 (220e) ranges in thickness from 100 to 3000 Å,
Preferably in the range of 500 ~ 1000Å thickness,
The thickness of the GaN layer 220a ranges from 20 to 200 Å, preferably from 20 to 50 Å.
A very high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층은;
Acceptor-H complex 분포를 갖는 구조이고,
Mg, Zn, C,Ir, Fe 등의 Acceptor 불순물로 구성되며,
1019~1021/㎤ 범위의 불순물 농도를 갖는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
The semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
It has a structure with Acceptor-H complex distribution,
It is composed of acceptor impurities such as Mg, Zn, C, Ir, Fe, etc.
A high frequency (RF) high electron mobility transistor having an impurity concentration in the range of 10 19 to 10 21 /cm 3 .
청구항 1에서,
표면 보호층은;
반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 동일한 c-axis로 방향으로 성장되어 형성되고,
하부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층의 표면 보호를 위하여
불을 포함하지 않은 GaN, AlGaN, 및 Al(In)N로 구성되거나,
Acceptor 불순물을 포함하는 GaN, AlGaN, 및 Al(In)N로 구성되며,
또한 SixNy 절연막이 in-situ 및 ex-situ 방법으로 형성된 것을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
The surface protective layer;
It is formed by growing in the same c-axis direction on top of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer,
To protect the surface of the Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the bottom
composed of GaN, AlGaN, and Al(In)N that do not contain fire;
Composed of GaN, AlGaN, and Al(In)N containing acceptor impurities,
In addition, the Si x N y insulating film is formed by in-situ and ex-situ methods;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 반절연성 AlyGa1-yN층을 기준으로;
하부에 형성된 AlyGa1-yN 지지층과의 계면에서 불연속적인 Acceptor-H complex 분포 갖고,
또한 상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층과의 계면에서도 불연속적인 Acceptor-H complex 분포를;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
Based on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed in the same c-axis growth direction;
Has a discontinuous Acceptor-H complex distribution at the interface with the Al y Ga 1-y N support layer formed at the bottom,
In addition, a discontinuous Acceptor-H complex distribution was observed at the interface with the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed thereon;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층과,
상기 AlbGa1-bN 채널층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlN 공간층과의 계면에서 높은 캐리어 전자농도 및 이동도를 갖는 2차원가스(2DEG)층을 ;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 1,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
An Al b Ga 1-b N channel layer formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
A two-dimensional gas (2DEG) layer having high carrier electron concentration and mobility at the interface with the AlN space layer formed in the same c-axis growth direction as the Al b Ga 1-b N channel layer;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 1에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층과,
상기 AlbGa1-bN 채널층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlcGa1-cN 장벽층 상부에,
질화물반도체 및 절연막으로 구성된 표면 보호층을;
포함하는 전계효과 트랜지스터.
In claim 1,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
An Al b Ga 1-b N channel layer formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
On top of the Al c Ga 1-c N barrier layer formed in the same c-axis growth direction as the Al b Ga 1-b N channel layer,
a surface protective layer composed of a nitride semiconductor and an insulating film;
A field effect transistor comprising:
청구항 1에서,
~㏁ 이상의 높은 저항 값을 갖고,
c-axis의 성장 방향으로 형성된 반절연성 AlyGa1-yN층으로서,
SiC, Sapphire, Silicon등을 포함하는 반도체 재료를 기판으로 사용되는
고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터 및 전계 효과 트랜지스터.
In claim 1,
It has a high resistance value of ~MΩ or more,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed in the growth direction of the c-axis,
Semiconductor materials including SiC, Sapphire, Silicon, etc. are used as substrates.
High frequency (RF) high electron mobility transistors and field effect transistors.
고전자 이동도 트랜지스터 전자소자로서;
기판위에 형성된 AlN 격자 정합층,
상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 스트레인 정합층,
상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층,
상기 AlyGa1-yN 지지층 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층,
상기 AlaGa1-aN 전자 구속층 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층,
상기 AlbGa1-bN 채널층 상부에 형성되는 AlN 공간층,
상기 AlN 공간층 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층,
상기 n-AlcGa1-cN 전자 공급층 상부에 형성되는 표면 보호층,
을 포함하고,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층은 Acceptor-H complex 분포의 구조이며,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖으며,
상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층은 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 적층 구조를 한 쌍으로 한 1차 초격자 구조이며,
상기 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 초격자 상부에 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(320c)/GaN(320d)] 적층 구조를 한 쌍으로 하는 2차 초격자 구조이고,
상기 1차 초격자 구조와 2차 초격자 구조는 연속적으로 형성되는 것을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
as a high electron mobility transistor electronic device;
AlN lattice matching layer formed on the substrate,
An Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the AlN lattice matching layer,
An Al y Ga 1-y N support layer formed on the Al x Ga 1-x N strain matching layer,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed on the Al y Ga 1-y N support layer;
An Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
an Al b Ga 1- b N channel layer formed on the Al a Ga 1- a N electron confinement layer;
an AlN space layer formed on the Al b Ga 1-b N channel layer;
An Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the AlN space layer,
A surface protection layer formed on the n-Al c Ga 1-c N electron supply layer;
including,
The semi-insulating Al y Ga 1-y N layer has a structure of Acceptor-H complex distribution,
It has a high resistance value of ~MΩ or more,
The Al x Ga 1-x N strain matching layer has a primary superlattice structure in which a pair of [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] stacked structures of a constant thickness are paired,
2 pairing [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] stacked structures of constant thickness on top of the [Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] superlattice It is a quadratic superlattice structure,
The primary superlattice structure and the secondary superlattice structure are continuously formed;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
반절연성 AlyGa1-yN층의 Al 조성(함량)은;
하부에 형성된 AlyGa1-yN 스트레인 정합층보다 낮으며(x>y),
상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층 보다 낮으며(a>y),
상부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층 보다 낮고(c>y),
또한 AlaGa1-aN 전자 구속층의 Al 조성은;
동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 보다 같거나 적고(a≤x)
동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlcGa1-cN 장벽층 보다 같거나 높은(a≥c)것을;,
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
The Al composition (content) of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer is;
It is lower than the Al y Ga 1-y N strain matching layer formed at the bottom (x>y),
Lower than the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the top (a>y),
Lower than the Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the top (c>y),
In addition, the Al composition of the Al a Ga 1-a N electron confinement layer;
Less than or equal to the top Al x Ga 1-x N strain matching layer grown c-axis on the same plane (a≤x)
Equal to or higher (a≥c) than the overlying Al c Ga 1-c N barrier layer grown in c-axis on the same plane;,
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
하부의 AlN 격자 정합층과 상부의 AlyGa1-yN 지지층과의 사이에 형성된
연속적으로 형성된 [AlxGa1-xN(320a)/AlN(320b)] 1차 초격자 구조와 [AlxGa1-xN(320c)/GaN(320d)] 2차 초격자 구조의 개별층의 Al 조성(함량)은
상기 개별층의 Al 조성(함량)은 40~80% 범위의 AlxGa1-xN(320a)이 20~60%의 범위인 AlxGa1-xN(320c) 보다 높은 것을;
포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
Formed between the lower AlN lattice matching layer and the upper Al y Ga 1-y N support layer
[Al x Ga 1-x N (320a) / AlN (320b)] 1st superlattice structure and [Al x Ga 1-x N (320c) / GaN (320d)] 2nd superlattice structure formed continuously The Al composition (content) of the layer is
The Al composition (content) of the individual layer is Al x Ga 1-x N (320a) in the range of 40 to 80% is higher than Al x Ga 1-x N (320c) in the range of 20 to 60%;
A very high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
상기 1차 및 2차 초격자 구조의 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층의 각각의 개별 AlxGa1-xN(320a)층과 AlxGa1-xN(320c)은 100~500Å 두께범위이며, 바람직하게는 100~200Å이고
AlN층은 100~500Å 두께 범위이며, 바람직하게는 100~200Å이고,
GaN층은 20~200Å 두께 범위이며, 바람직하게는 50~100Å 두께 범위을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
Each individual Al x Ga 1-x N (320a) layer and Al x Ga 1-x N (320c) of the Al x Ga 1 -x N multi-strain matching layer of the primary and secondary superlattice structures are 100 to 500 Å thickness range, preferably 100 ~ 200 Å
The AlN layer is in the range of 100 to 500 Å thick, preferably 100 to 200 Å,
GaN layer is in the range of 20 ~ 200Å thickness, preferably 50 ~ 100Å thickness range;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층은;
Acceptor-H complex 분포를 갖는 구조이고,
Mg, Zn, C,Ir, Fe 등의 Acceptor 불순물로 구성되며,
1019~1021/㎤ 범위의 불순물 농도를 갖는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
The semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
It has a structure with Acceptor-H complex distribution,
It is composed of acceptor impurities such as Mg, Zn, C, Ir, Fe, etc.
A high frequency (RF) high electron mobility transistor having an impurity concentration in the range of 10 19 to 10 21 /cm 3 .
청구항 11에서,
표면 보호층은;
반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 동일한 c-axis로 방향으로 성장되어 형성되고,
하부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층의 표면 보호를 위하여
불순물을 포함하지 않은 GaN, AlGaN, 및 Al(In)N로 구성되거나,
Acceptor 불순물을 포함하는 GaN, AlGaN, 및 Al(In)N로 구성되며,
또한 SixNy 절연막이 in-situ 및 ex-situ 방법으로 형성된 것을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
The surface protective layer;
It is formed by growing in the same c-axis direction on top of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer,
To protect the surface of the Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the bottom
composed of GaN, AlGaN, and Al(In)N containing no impurities;
Composed of GaN, AlGaN, and Al(In)N containing acceptor impurities,
In addition, the Si x N y insulating film is formed by in-situ and ex-situ methods;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 반절연성 AlyGa1-yN층을 기준으로;
하부에 형성된 AlyGa1-yN 지지층과의 계면에서 불연속적인 Acceptor-H complex 분포 갖고,
또한 상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층과의 계면에서도 불연속적인 Acceptor-H complex 분포를;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
Based on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed in the same c-axis growth direction;
Has a discontinuous Acceptor-H complex distribution at the interface with the Al y Ga 1-y N support layer formed at the bottom,
In addition, a discontinuous Acceptor-H complex distribution was observed at the interface with the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed thereon;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층과,
상기 AlbGa1-bN 채널층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlN 공간층과의 계면에서 높은 캐리어 전자농도 및 이동도를 갖는 2차원가스(2DEG)층을 ;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 11,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
An Al b Ga 1-b N channel layer formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
A two-dimensional gas (2DEG) layer having high carrier electron concentration and mobility at the interface with the AlN space layer formed in the same c-axis growth direction as the Al b Ga 1-b N channel layer;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 11에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층과,
상기 AlbGa1-bN 채널층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlcGa1-cN 장벽층 상부에,
질화물반도체 및 절연막으로 구성된 표면 보호층을;
포함하는 전계효과 트랜지스터.
In claim 11,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
An Al b Ga 1-b N channel layer formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
On top of the Al c Ga 1-c N barrier layer formed in the same c-axis growth direction as the Al b Ga 1-b N channel layer,
a surface protective layer composed of a nitride semiconductor and an insulating film;
A field effect transistor comprising:
청구항 11에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖고,
c-axis의 성장 방향으로 형성된 반절연성 AlyGa1-yN층으로서,
SiC, Sapphire, Silicon등을 포함하는 반도체 재료를 기판으로 사용되는
고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터 및 전계 효과 트랜지스터.
In claim 11,
It has a high resistance value of ~ MΩ or more,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed in the growth direction of the c-axis,
Semiconductor materials including SiC, Sapphire, Silicon, etc. are used as substrates.
High frequency (RF) high electron mobility transistors and field effect transistors.
고전자 이동도 트랜지스터 전자소자로서;
기판위에 형성된 AlN 격자 정합층,
상기 AlN 격자 정합층 상부에 형성되는 AlxGa1-xN 스트레인 정합층,
상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 상부에 형성되는 AlyGa1-yN 지지층,
상기 AlyGa1-yN 지지층 상부에 형성되는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 형성되는 AlaGa1-aN 전자 구속층,
상기 AlaGa1-aN 전자 구속층 상부에 형성되는 AlbGa1-bN 채널층,
상기 AlbGa1-bN 채널층 상부에 형성되는 AlN 공간층,
상기 AlN 공간층 상부에 형성되는 AlcGa1-cN 장벽층,
상기 AlcGa1-cN 장벽층 상부에 형성되는 표면 보호층,
을 포함하고,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층은 Acceptor-H complex 분포의 구조이며,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖으며,
상기 AlxGa1-xN 스트레인 정합층은 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 적층 구조를 한쌍으로 한 1차 초격자 구조이며,
상기 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 1차 초격자 구조 상부에 일정한 두께의 [AlxGa1-xN(420d)/GaN(420d) 적층 구조를 한 쌍으로 하는 2차 초격자 구조이고,
상기 1차 초격자 구조와 2차 초격자 구조는 연속적으로 형성되는 것을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
as a high electron mobility transistor electronic device;
AlN lattice matching layer formed on the substrate,
An Al x Ga 1-x N strain matching layer formed on the AlN lattice matching layer,
An Al y Ga 1-y N support layer formed on the Al x Ga 1-x N strain matching layer,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed on the Al y Ga 1-y N support layer;
An Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
an Al b Ga 1- b N channel layer formed on the Al a Ga 1- a N electron confinement layer;
an AlN space layer formed on the Al b Ga 1-b N channel layer;
An Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the AlN space layer,
A surface protection layer formed on the Al c Ga 1-c N barrier layer,
including,
The semi-insulating Al y Ga 1-y N layer has a structure of Acceptor-H complex distribution,
It has a high resistance value of ~MΩ or more,
The Al x Ga 1-x N strain matching layer has a constant thickness [Al x Ga 1-x N (420a) / GaN (420b) / Al x Ga 1-x N (420a) / AlN (420c)] laminated structure It is a first-order superlattice structure with a pair of
A constant thickness of [ Al x Ga 1- It is a secondary superlattice structure in which x N (420d) / GaN (420d) stacked structures are paired,
The primary superlattice structure and the secondary superlattice structure are continuously formed;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
반절연성 AlyGa1-yN층의 Al 조성(함량)은;
하부에 형성된 AlyGa1-yN 스트레인 정합층보다 낮으며(x>y),
상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층 보다 낮으며(a>y),
상부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층 보다 낮고(c>y),
상기 AlaGa1-aN 전자 구속층의 Al 조성은;
동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlxGa1-xN 스트레인 정합층 보다 같거나 적고(a≤x)
동일면상에 c-axis로 성장된 상부의 AlcGa1-cN 장벽층 보다 같거나 높은(a≥c)것을;,
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
The Al composition (content) of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer is;
It is lower than the Al y Ga 1-y N strain matching layer formed at the bottom (x>y),
Lower than the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the top (a>y),
Lower than the Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the top (c>y),
The Al composition of the Al a Ga 1-a N electron confinement layer is;
Less than or equal to the top Al x Ga 1-x N strain matching layer grown c-axis on the same plane (a≤x)
Equal to or higher (a≥c) than the overlying Al c Ga 1-c N barrier layer grown in c-axis on the same plane;,
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
하부의 AlN 격자 정합층과 상부의 AlyGa1-yN 지지층과의 사이에,
연속적으로 형성된 [AlxGa1-xN(420a)/GaN(420b)/AlxGa1-xN(420a)/AlN(420c)] 1차 초격자 구조와 [AlxGa1-xN(420d)/GaN(420b)] 2차 초격자 구조에서,
상기 개별층의 Al 조성(함량)은 40~80% 범위의 AlxGa1-xN(420a)이 20~60%의 범위인 AlxGa1-xN(420d) 보다 높은 것을;
포함하는 초고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
Between the lower AlN lattice matching layer and the upper Al y Ga 1-y N support layer,
Continuously formed [Al x Ga 1-x N(420a)/GaN(420b)/Al x Ga 1-x N(420a)/AlN(420c)] primary superlattice structure and [Al x Ga 1-x N (420d) / GaN (420b)] in the second order superlattice structure,
The Al composition (content) of the individual layer is that Al x Ga 1-x N (420a) in the range of 40 to 80% is higher than Al x Ga 1-x N (420d) in the range of 20 to 60%;
A very high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
상기 1차 초격자 구조 및 2차 초격자 구조의 AlxGa1-xN 다중 스트레인 정합층의 각각의 개별 AlxGa1-xN(420a)층과 AlxGa1-xN(420d)은 100~500Å 두께범위이며, 바람직하게는 100~200Å이고
AlN층은 100~500Å 두께 범위이며, 바람직하게는 100~200Å이고,
GaN층은 20~200Å 두께 범위이며, 바람직하게는 50~100Å 두께 범위을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
Each individual Al x Ga 1-x N (420a) layer and Al x Ga 1-x N (420d) of the Al x Ga 1- x N multi-strain matching layer of the primary superlattice structure and the secondary superlattice structure is in the range of 100 to 500 Å thickness, preferably 100 to 200 Å,
The AlN layer is in the range of 100 to 500 Å thick, preferably 100 to 200 Å,
GaN layer is in the range of 20 ~ 200Å thickness, preferably 50 ~ 100Å thickness range;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
고품질의 결정성을 갖는 AlyGa1-yN 지지층과 반절연성 AlyGa1-yN 층 하부에,
기판과의 격자 정합을 위한 AlN층이 형성되고,
상기 AlN 격자 정합층과 AlyGa1-yN 지지층과의 사이에 스트레인 정합층인 AlxGa1-xN 층을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
Under the high-quality crystalline Al y Ga 1-y N support layer and the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer,
An AlN layer for lattice matching with the substrate is formed,
an Al x Ga 1-x N layer as a strain matching layer between the AlN lattice matching layer and the Al y Ga 1-y N support layer;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층은;
Acceptor-H complex 분포를 갖는 구조이고,
Mg, Zn, C,Ir, Fe 등의 Acceptor 불순물로 구성되며,
1019~1021/㎤ 범위의 불순물 농도를 갖는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
The semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
It has a structure with Acceptor-H complex distribution,
It is composed of acceptor impurities such as Mg, Zn, C, Ir, Fe, etc.
A high frequency (RF) high electron mobility transistor having an impurity concentration in the range of 10 19 to 10 21 /cm 3 .
청구항 21에서,
표면 보호층은;
반절연성 AlyGa1-yN층 상부에 동일한 c-axis로 방향으로 성장되어 형성되고,
하부에 형성된 AlcGa1-cN 장벽층의 표면 보호를 위하여
불순물을 포함하지 않은 GaN, AlGaN, 및 Al(In)N로 구성되거나,
Acceptor 불순물을 포함하는 GaN, AlGaN, 및 Al(In)N로 구성되며,
또한 SixNy 절연막이 in-situ 및 ex-situ 방법으로 형성된 것을;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
The surface protective layer;
It is formed by growing in the same c-axis direction on top of the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer,
To protect the surface of the Al c Ga 1-c N barrier layer formed on the bottom
composed of GaN, AlGaN, and Al(In)N containing no impurities;
Composed of GaN, AlGaN, and Al(In)N containing acceptor impurities,
In addition, the Si x N y insulating film is formed by in-situ and ex-situ methods;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 반절연성 AlyGa1-yN층을 기준으로;
하부에 형성된 AlyGa1-yN 지지층과의 계면에서 불연속적인 Acceptor-H complex 분포 갖고,
또한 상부에 형성된 AlaGa1-aN 전자 구속층 계면에서 불연속적인 Acceptor-H complex 분포를;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
Based on the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed in the same c-axis growth direction;
Has a discontinuous Acceptor-H complex distribution at the interface with the Al y Ga 1-y N support layer formed at the bottom,
In addition, discontinuous Acceptor-H complex distribution at the interface of the Al a Ga 1-a N electron confinement layer formed on the upper part;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층과,
상기 AlbGa1-bN 채널층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlN 공간층과의 계면에서 높은 캐리어 전자농도 및 이동도를 갖는 2차원가스(2DEG)층을 ;
포함하는 고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터.
In claim 21,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
An Al b Ga 1-b N channel layer formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
A two-dimensional gas (2DEG) layer having high carrier electron concentration and mobility at the interface with the AlN space layer formed in the same c-axis growth direction as the Al b Ga 1-b N channel layer;
A high frequency (RF) high electron mobility transistor comprising:
청구항 21에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖는 반절연성 AlyGa1-yN층,
상기 반절연성 AlyGa1-yN층 층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlbGa1-bN 채널층과,
상기 AlbGa1-bN 채널층과 동일한 c-axis 성장방향으로 형성된 AlcGa1-cN 장벽층 상부에,
질화물반도체 및 절연막으로 구성된 표면 보호층을;
포함하는 전계 효과 트랜지스터.
In claim 21,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer having a high resistance value of ~ MΩ or more;
An Al b Ga 1-b N channel layer formed in the same c-axis growth direction as the semi-insulating Al y Ga 1-y N layer;
On top of the Al c Ga 1-c N barrier layer formed in the same c-axis growth direction as the Al b Ga 1-b N channel layer,
a surface protective layer composed of a nitride semiconductor and an insulating film;
A field effect transistor comprising:
청구항 21에서,
~㏁ 이상의 높은 저항값을 갖고,
c-axis의 성장 방향으로 형성된 반절연성 AlyGa1-yN층으로서,
SiC, Sapphire, Silicon등을 포함하는 반도체 재료를 기판으로 사용되는
고주파(RF) 고전자 이동도 트랜지스터 및 전계 효과 트랜지스터.
In claim 21,
It has a high resistance value of ~ MΩ or more,
A semi-insulating Al y Ga 1-y N layer formed in the growth direction of the c-axis,
Semiconductor materials including SiC, Sapphire, Silicon, etc. are used as substrates.
High frequency (RF) high electron mobility transistors and field effect transistors.
KR1020210179451A 2021-12-15 2021-12-15 AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure KR20230090573A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210179451A KR20230090573A (en) 2021-12-15 2021-12-15 AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210179451A KR20230090573A (en) 2021-12-15 2021-12-15 AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230090573A true KR20230090573A (en) 2023-06-22

Family

ID=86989177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210179451A KR20230090573A (en) 2021-12-15 2021-12-15 AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230090573A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7709859B2 (en) Cap layers including aluminum nitride for nitride-based transistors
CA2447058C (en) Group-iii nitride based high electron mobility transistor (hemt) with barrier/spacer layer
JP5406452B2 (en) Nitride-based transistors and cap and / or inert layers of transistor structures and methods for their manufacture
USRE44538E1 (en) Indium gallium nitride channel high electron mobility transistors, and method of making the same
EP3311414B1 (en) Doped barrier layers in epitaxial group iii nitrides
US8350292B2 (en) Gallium nitride epitaxial crystal, method for production thereof, and field effect transistor
WO2011099097A1 (en) Nitride semiconductor device and process for production thereof
US9312341B2 (en) Compound semiconductor device, power source device and high frequency amplifier and method for manufacturing the same
US11127596B2 (en) Semiconductor material growth of a high resistivity nitride buffer layer using ion implantation
US10847642B2 (en) Compound semiconductor device and fabrication method
US11362190B2 (en) Depletion mode high electron mobility field effect transistor (HEMT) semiconductor device having beryllium doped Schottky contact layers
JP2001085674A (en) Electronic member and its manufacturing method
CN213212169U (en) Epitaxial structure of semiconductor device and semiconductor device
CN111326577B (en) Preparation method of power device epitaxial structure and power device epitaxial structure
JP5119644B2 (en) III-V compound semiconductor epitaxial wafer
US11973137B2 (en) Stacked buffer in transistors
KR20230090573A (en) AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having multi-strain matching structure
KR20230090574A (en) AlGaN/GaN hetero-junction structure of HEMT Device of having 3 dimensional structure
JP2808671B2 (en) Field effect transistor
CN113659006B (en) HEMT epitaxial device based on third-generation semiconductor GaN material and growth method thereof
US20230015133A1 (en) Semi-conductor structure and manufacturing method thereof
US20230133164A1 (en) Enhancement-type semiconductor structure and manufacturing method thereof
WO2022068256A1 (en) Epitaxial structure of semiconductor device and preparation method therefor
JP5285252B2 (en) Nitride semiconductor device
WO2022219861A1 (en) Semiconductor device and wireless communication device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal