TR2022006355A2 - İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi - Google Patents

İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi

Info

Publication number
TR2022006355A2
TR2022006355A2 TR2022/006355A TR2022006355A TR2022006355A2 TR 2022006355 A2 TR2022006355 A2 TR 2022006355A2 TR 2022/006355 A TR2022/006355 A TR 2022/006355A TR 2022006355 A TR2022006355 A TR 2022006355A TR 2022006355 A2 TR2022006355 A2 TR 2022006355A2
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
feature
mentioned
layer
gan
thickness
Prior art date
Application number
TR2022/006355A
Other languages
English (en)
Inventor
Arslan Engi̇n
Original Assignee
Antalya Bilim Ueniversitesi
Antalya Bi̇li̇m Üni̇versi̇tesi̇
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 Antalya Bilim Ueniversitesi, Antalya Bi̇li̇m Üni̇versi̇tesi̇ filed Critical Antalya Bilim Ueniversitesi
Priority to TR2022/006355A priority Critical patent/TR2022006355A2/tr
Priority to PCT/TR2022/050366 priority patent/WO2023101630A1/en
Publication of TR2022006355A2 publication Critical patent/TR2022006355A2/tr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types 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
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/26—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys
    • H01L29/267—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02483—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
    • H01L23/3171—Partial encapsulation or coating the coating being directly applied to the semiconductor body, e.g. passivation layer

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)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

Bu buluş, G-modunda (gelişim modunda) çalışan yüksek mobiliteli deşik gazı içeren kuantum kuyu yapısı ve bu yapı kullanılarak üretilen transistor aygıt ile ilgili olup, özellikle; G-modunda çalışan, güç anahtarlama çalışmalarında kullanmaya uygun yükseklikte ve pozitif eşik gerilim değerinde çalışabilen, iki boyutlu deşik gazı (2BDG) içeren InN/ß-Ga2O3/GaN kuantum kuyu tabanlı yüksek deşik mobiliteli transistör (YDMT) aygıt yapısı ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME iKi BOYUTLU DESIK GAZI IÇEREN VE G-MODUNDA ÇALISABILEN TRANSISTÖR AYGIT YAPISI TEKNIK ALAN Bu bulus, G-modunda (gelisim modunda) çalisan yüksek mobiliteli desik gazi içeren kuantum kuyu yapisi ve bu yapi kullanilarak üretilen transistor aygit ile ilgili olup, özellikle; G-modunda çalisan, güç anahtarlama çalismalarinda kullanmaya uygun yükseklikte ve pozitif esik gerilim degerinde çalisabilen, iki boyutlu desik gazi (ZBDG) içeren lnN/ß-Ga2Os/GaN kuantum kuyu tabanli yüksek desik mobiliteli transistör (YDMT) aygit yapisi ile ilgilidir. Teknigin Bilinen Durumu Son dönemde yasanan teknolojik gelismeler GaN, AIN, lnN ikili, AlGaN, AllnN, lnGaN üçlü ve AllnGaN dörtlü yariiletken alasimlarini sahip olduklari elektriksel ve optik özelliklerinden dolayi aranilan malzemeler konumuna getirmistir. Yüksek teknolojik aygit uygulamalarinda yogun bir sekilde ihtiyaç duyulan, etkili transistör (field effect transistor (FET)), alan isik saçan diyot (lSD) (light emitted diode (LED)), lazer diyot (LD) (laser diode (LD)), günes pili (GP) (solar cell (80)) gibi bilesenlerin üreticinde bahsi geçen yariiletken malzemeler büyük bir ihtiyaci karsilamaktadir (Chao-Tsung Ma and Zhen-Huang Gu, Review of GaN HEMT Yüksek kesme frekansina ve yüksek kirilma gerilimine (breakdown voltage) sahip GaN-tabanli yüksek elektron mobiliteli (YEMT) transistorlar, kablosuz iletisim istasyonlarinda temel fonksiyona sahip transmitter güç yükselteçlerin (transmitter power amplifiers (PAs)) üretiminde kullanilmakta ve bu amaçla ticarilesmistir. Ayrica GaN-tabanli YEMT'Ier yeni nesil güç dönüstürme cihazlari için iyi bir aday olarak kabul edilmektedir. Sahip oldugu güçlü polarizasyon alanlari sebebi ile GaN-tabanli alasimlar bosalim modunda (B-mod) (depletion D-mode) çalisan transistor aygit uygulamalarinda yogun bir sekilde kullanilmaktadir. Geleneksel B-modunda çalisan alan etkili transistör aygitlarin üretilmesinde iki boyutlu elektron gazi (ZBEG) içeren heteroeklemler kullanilmaktadir. AlGaN/GaN heteroekelem yapilarda, kendiliginden ve piezoelektrik polarizasyon alanlari ile indüklenmis yüksek yogunluklu ZBEG bulundugu geleneksel AlGaN/GaN HEMTIerde bosalim modda çalisan transistörler için esik gerilim degeri (Vth) yaklasik -3,-4 V mertebelerindedir. AlGaN/GaN HEMT'in esik gerilimi, epitaksiyel tabaklarin dizayni, Al kompozisyonu, katkilanan atomlarin cinsi ve konsantrasyonu ve ayni zamanda AIGaN bariyer tabakasinin kalinligi tarafindan belirlenir (Xintong Lyu, He Li, Yousef Abdullah, Ke Wang, Boxue Hu, Zhi Yang, Jiawei Liu, Jin Wang, Liming Liu, and Sandeep Bala, A Reliable Ultrafast Short-Circuit Protection Method for E-Mode GaN HEMT, lEEE TRANSACTlONS ON POWER ELECTRONlCS, VOL. 35, NO. 9, SEPTEMBER 2020). Aygitin kesme gerilimini degistirmek için fabrikasyon asamasinda gelistirilmis birtakim yöntemler vardir. Bu ise yarar yöntemler HEMT yapisinin devre uygulamalarinda kullanim olanagi saglamaktadir. Transistor aygitlarin esik gerilimi pozitif degere çekilebildigi zaman aygitin G- modda çalismasi saglanmis olur. G-modunda çalisabilen transistor aygitlar, B- modunda çalisabilen transistorlarin aksine, pozitif esik gerilimine sahip oldugu için devreye bagli güç kaynaklarini negatif polariteye çevirme geregi yoktur. Bu durum, devre tasariminda önemli avantajlar saglamaktadir. Söz konusu aygitin diger bir avantaji ise güvenli kapatma (fail-safe) yeteneklerine sahip olmasidir. Bütün bu avantajlar, devre karmasikligi ve sistem maliyetini önemli ölçüde azaltmaktadir. Sunucular için güç faktörü düzelticisi (PFC) veya güç kaynagi uygulamalari da gelisim modunda (G-mod) çalisabilen transistor aygitlarini gerektiren diger uygulamalardandir. Bunun yani sira, pozitif esik gerilimine sahip transistorler, sistemde elektromanyetik gürültünün sebep olabilecegi yanlis çalisma sorununun önüne geçebilmekte ve güç anahtarlamasinin güvenli bir sekilde yapilmasini saglamaktadir. G-modda çalisan GaN-tabanli HEMT gerçeklestirmek için büyük çabalar sarf edilmesine ragmen henüz güç anahtarlama çalismalarinda kullanmaya uygun esik gerilimine sahip yapilar gerçeklestirilememistir. Sistemde elektromanyetik gürültünün sebep olabilecegi yanlis-çalisma sorununun önüne geçebilmek için esik geriliminin 2-3 V degerlerine de olmasi gerekir. Iki-boyutlu desik gazi içeren kuantum kuyu ya da heteroeklem yapilarda iletimi saglayan tasiyicilar pozitif yüklü desikler oldugu için G-modunda çalisabilen transistor aygitlarin daha düsük maliyetle ve ugrasla üretilmesine olanak saglamaktadir. Yüksek güç ve frekans bölgesinde G-modunda çalisabilen transistor aygitlarin üretilebilmesi için kuantum kuyu veya heteroeklemlerde olusan desik gazinin yüksek mobiliteli ve yüksek yogunluklu olmasi gerekmektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan ve yukarida açiklanan dokümanlar isiginda G-modunda çalisan lll-V grubu ve lll-nitrür grubu üyesi alasimlar kullanilarak YDMT aygitlar gelistirilmesine karsin, henüz güç anahtarlama çalismalarinda kullanmaya uygun yükseklikte esik gerilimine ve yüksek mobiliteli desik gazi içeren transistor aygitlarin gelistirilmedigi görülmektedir. Sonuç olarak, yukarida deginilen dezavantajlari ortadan kaldiracak ve teknige çözüm getirecek yeni yapi ve ilgili büyütme yöntemlerine gereksinim duyulmaktadir. Bahsedilen yapi bulusumuz ile saglanmaktadir. Iki boyutlu desik gazi içeren lnN/ß-GazOs/GaN kuantum kuyu yapisinda kanal tabaka olarak lnN ve GaN alasimlarin kullanilmasi; lnN ve GaN kanal tabakada olusacak ZBDG'nin yüksek mobiliteli olmasini saglayacaktir. Yüksek mobiliteli ZBDG içeren kuantum kuyu kullanilarak üretilecek G-modu transistor aygitinin yüksek bosalim akimina (Ing. Drain current) sahip olmasi ve yüksek frekans/güç degerlerinde çalismasi mümkün olacaktir. Kuantum kuyu yapisinda bariyer tabaka olarak kullanilan [3- Ga203 alasimi yüksek kirilma elektrik alan ( araliginda degerine sahip bir malzemedir. Bu alasimin bariyer tabaka olarak kullanilmasi transistor aygitinin kirilma elektrik alan degerinin daha yüksek olmasini saglayacaktir. Asagida ayrintili açiklamasi verilen bulusta; lnN ve GaN kanal ve ß-Ga203 bariyer tabakali kuantum kuyu kullanilarak yüksek güç/frekans bölgelerinde, yüksek bosalim akimina sahip G-modunda çalisan transistor aygitinin üretimini saglamaktadir. Sonuç olarak yukarida anlatilan tek kristal ß-GazOs bariyer tabaka, lnN ve GaN kanal tabaka ve bu iki kanal tabakada olusan iki boyutlu desik gazi içeren kuantum kuyu kullanilarak fabrike edilen bulus, transistor aygitinda yasanan yüksek kirilma elektrik alani ve yüksek pozitif kesme gerilimi degerlerine ulasamama sorununu ortadan kaldirmak için ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda, mevcut bilgilerle çikarim yapilamayan, beklenmedik bir teknik etki ortaya koymaktadir. BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Bulus, G-modunda (gelisim modunda) çalisan yüksek desik mobiliteli transistor aygitlari ile ilgili olup, özellikle; G-modunda çalisan, güç anahtarlama çalismalarinda kullanmaya uygun yükseklikte ve pozitif esik gerilim degerinde çalisabilen ve yüksek kirilma elektrik alan degerine sahip iki boyutlu desik gazi (ZBDG) içeren lnN/ß-Ga203/GaN kuantum kuyu tabanli yüksek desik mobiliteli transistor (YDMT) aygit yapisi ile ilgilidir. Bulus, yukarida sözü edilen ve asagidaki ayrintili anlatimdan anlasilacak tüm avantajlari gerçeklestirmek üzere; G-modunda çalisan, güç anahtarlama çalismalarinda kullanmaya uygun yükseklikte ve pozitif esik gerilim degerinde çalisan iki boyutlu desik gazi (ZBDG) içeren lnN/ß-Ga203/GaN kuantum kuyu tabanli yüksek desik mobiliteli transistor (YDMT) aygit yapisi olup, özelligi; - uygun bir alttas, - bu alttas üzerinde wurtzit kristal fazda sirasiyla tampon tabaka ve yari dirençli (YD) galyum nitrat (GaN) ara tabaka, - YD-GaN tabaka üzerinde wurtzit kristal fazda katkisiz GaN kanal - GaN kanal tabaka üzerinde tek kristal ß-GazOs bariyer tabaka, - Bariyer tabaka üzerinde, iki boyutlu desik gazinin (ZBDG) olustugu indiyum nitrat (lnN) kanal tabaka, - lnN kanal tabakanin üzerinde ohmik olan kaynak terminali ile savak terminali ve ohmik olmayan kapi terminali - Kontak terminalleri aralarina yerlestirilen Si3N4 pasivasyon tabakasi içermesi ile karakterize edilmektedir. Bu bulus; yukarida söz edilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ek bazi avantajlar getiren heteroeklemler ve kuantum kuyularda yasanan düsük desik gazi mobilitesi (1-5 cm2/Vs) ve düsük kirilma elektrik alani (Si ( sorununu çözen ayrica bu kuantum kuyular kullanilarak yüksek pozitif esik gerilimine sahip transistor aygit üretimine olanak saglayan, bir alttas üzerine sirasiyla büyütülen bir tampon tabaka, bir YD- GaN ara tabaka, bir katkisiz GaN kanal tabaka, bir tek kristal ,ß-Ga203 bariyer tabaka, bir lnN kanal tabakadan olusan lnN/ß-Ga203/GaN kuantum kuyu yapisi ile Bu bulusun öncelikli amaci; sistemde elektromanyetik gürültüsüne bagli olarak ortaya çikan yanlis çalisma sorununun önüne geçen ve güç anahtarlamasinin güvenli bir sekilde yapilmasini saglayan bir YDMT aygiti ve bunun büyütme yöntemi saglamaktir. Bu bulusun baska bir amaci; devreye bagli güç kaynaklarini negatif polariteye çevirme geregini ortadan kaldirarak daha sade bir devre ile düsük maliyetli ve basit islem adimlari ile pratik bir YDMT büyütme yöntemi saglamaktir. Bulusun diger bir amaci; temin edilen alttas üzerine büyütülen lnN/ß- Ga203/GaN kuantum kuyu yapisinda lnN ve GaN kanal tabaka sayesinde ara yüzeylerde olusan ZBDG'nin mobilitesini yükseltmek ve tek kristal ,ß-GazOs bariyer tabaka kullanilarak düsük kirilma elektrik alani sorununu ortadan kaldiran bir lnN/ß- Ga203/GaN kuantum kuyu ve bu kuantum kuyu kullanilarak yüksek pozitif esik geriliminde çalisabilen transistor aygitinin üretim yöntemi saglamaktir. Bulusun bir amaci; iki boyutlu, yüksek mobiliteli desik gazina sahip bir lnN/ß- Ga203/GaN kuantum kuyu ve bunun üretim yöntemi saglamaktir. Bulusun bir baska amaci; yüksek kirilma elektrik alan degerine sahip bir lnN/ß-Ga2Os/GaN kuantum kuyu ve bunun üretim yöntemi saglamaktir. Bulusun diger bir amaci; yüksek desik mobiliteli lnN/ß-Ga2Os/GaN kuantum kuyu tabanli transistor aygiti üretim yöntemi gelistirmektir. Bulusun diger bir amaci; lnN/ß-Ga203/GaN kuantum kuyu tabanli 2-3 volt araliginda pozitif esik gerilimine sahip transistor aygiti ve bunun üretim yöntemi saglamaktir. SEKIL LISTESI Bulus konusu; lnN/ß-Ga203/GaN kuantum kuyu ve bu kuantum kuyu yapiyi içeren yüksek desik mobiliteli transistor (YDMT) aygit yapisi ekli sekillerde gösterilmis olup, bu sekillerden: Sekil 1. Bulusta anlatilan kuantum kuyu yapiya iliskin bir örnek epitaksiyel görünümdür. Sekil 2. Bulusta anlatilan G-modda çalisabilen transistor aygitina iliskin bir örnek epitaksiyel görünümdür. Sekillerde verilen numaralandirmalarin karsiliklari: (20) heteroeklem yapi (100) heteroeklem yapi (200) aygit (1) alttas (2) tampon tabaka (3) YD-GaN ara tabaka (4) Katkisiz GaN kanal tabaka (5) tek kristal ,ß-Ga203 bariyer tabaka (6) iki boyutlu desik gazi (ZBDG) (7) lnN kanal tabaka (8) savak terminali (9) kapi terminali (10) kaynak terminali (11) pasivasyon tabaka BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bu bulusta, yüksek desik mobiliteli ve geri besleme altinda uygulanan gerilimle olusan kirilma elektrik alaninin yüksek degerlerde olmasini saglayan, temin edilen bir alttas (1) üzerine sirasiyla büyütülen bir tampon tabaka (2), YD- GaN ara tabaka (3), katkisiz GaN kanal tabaka (4), tek kristal beta fazda galyum oksit (ß-Ga203) bariyer tabaka (5), lnN kanal tabakadan (7), olusan desik mobilitesi en az 80-100 cm2/Vs ve kirilma elektrik alan degeri en az 8-10 MV/cm araliginda olan lnN/ß-GazOs/GaN bir kuantum kuyu yapi (20) ve bu kuantum kuyu yapi kullanilarak G-modda çalisan transistor aygitinin (200) üretim yöntemi anlatilmaktadir. Sekil - 1'de adi geçen kuantum kuyu yapiya (10) iliskin bir örnek epitaksiyel görünüm verilmekte olup; bu kuantum kuyu yapi (20) temin edilen bir alttas (1), bu alttas (1) üzerine sirasiyla büyütülen bir tampon tabaka (2), YD-GaN ara tabaka (3), katkisiz GaN kanal tabaka (4), beta fazda tek kristal galyum oksit (ß- Ga203) bariyertabakadan (5), lnN kanal tabaka (7), bu iki kanal tabakada olusan iki boyutlu desik gazindan (ZBDG) (6) olusmaktadir. Bulusun tercih edilen uygulamasinda yer alan kuantum kuyu yapi (20); sadece ön yüzeyi ya da her iki yüzeyi parlatilan ve 500-600 um kalinliga sahip olan yari yalitkan bir alttas (1) içermektedir. Bulusta alttas (1) olarak tercihen yönelimli silikon karbür (SiC) kullanilmakta olup; genel uygulamalarda yönelimli silikon (Si) ya da yönelimli safir (Al203) de kullanilmaktadir. Bulusa konu olan kuantum kuyu (20) yapida GaN kanal tabaka (4) ve lnN kanal tabakada (7) olusan ZBDG nin (6) yüksek mobiliteli olmasi için YD-GaN ara tabakasinin (3) kristal kusurlarinin en az olmasi gerekmektedir. SiC, Si ya da safir gibi alttaslar üzerine büyütülen lnN/ß-GazOs/GaN kuantum kuyu yapisinda olusacak kristal kusurlarin en aza indirilmesi için YD-GaN ara tabaka (3) ile alttas (1) arasina tampon tabaka (2) kullanilmaktadir. Yerlestirilen tampon tabakanin (2) cinsi (AIN, GaN, farkli Al ve Ga oranlarina sahip AIGaN tabaka), kalinliklari ve büyütme sicakliklari (yüksek sicaklikta büyütülen AIN (YS-AIN), düsük sicaklikta büyütülen AIN (DS-AIN), düsük sicaklikta büyütülen GaN (DS-GaN)) kullanilan alttasa (1) bagli olarak degismektedir. Alttas (1) olarak safir malzemesi kullanildiginda tercihen 10 nm, genel uygulamalarda 8-13 nm kalinliginda olan düsük sicaklikta büyütülen GaN tabaka kullanilmaktadir. Düsük DS-GaN tampon tabaka (2) tercihen 570 °C, genel uygulamalarda 550 °C-590 °C sicakligi araliginda büyütülmektedir. Tampon tabaka (2) yapisi, SiC veya Si alttas (1) kullanildiginda sirasi ile DS-AIN ve üzerine büyütülen YS-AIN tabakalardan olusmaktadir. SiC veya Si alttas (1) ile YD-GaN ara tabaka (3) arasina yerlestirilen tampon tabaka (2) sirasi ile tercihen 25 nm, genel uygulamalarda 20-30 nm kalinliginda olan DS-AIN tabaka ve tercihen 100 nm, genel uygulamalarda 90-120 nm kalinliginda olan YS-AIN tabakalardan olusmaktadir. Tampon yapisinda kullanilan DS-AIN tabakanin büyütme sicakligi tercihen 650 °C, genel uygulamalarda 630 °C-680 °C sicakligi araliginda iken YS-AIN tabakanin araligindadir. Kuantum kuyu (20) yapisinda kullanilan YD-GaN ara tabakanin (3) kalinligi tercihen 1,2 pm olup; genel uygulamalarda 1pm-1.5pm araligindadir. Ara tabaka büyütülmektedir. YD-GaN ara tabakanin (3) yüksek dirençli olmasi için yapiya p-tipi katkilama yapilmaktadir. P-tipi katkilama tercihen demir (Fe) atomlari ile yapilmaktadir. Genel uygulamalarda, magnezyum (Mg) ve karbon (C) atomlari da kullanilmaktadir. Katkilama oraninin ise tercihen 1X1016 cm'3 mertebelerinde olmasi saglanmaktadir. Iki boyutlu desik gazinin bulundugu GaN kanal tabakasinin (4) kalinligi tercihen 700 nm olup genel uygulamalarda 600-800 nm araligindadir. Bahsi geçen bulusta yüksek kirilma elektrik alan degerine sahip kuantum kuyu (20) yapi elde edebilmek için bariyer tabaka (5) olarak yüksek kirilma elektrik alan degerine sahip malzeme olan tek kristal ,ß-GazOs alasim kullanilmaktadir. Bariyer tabakanin (5) kalinligi tercihen 20 nm olup genel uygulamalarda 18-25 nm olmaktadir. Tek kristal ,ß-Ga203 bariyer tabaka (5) büyütme islemi MDE teknigi ile uygun büyütme kosullarinda yapilmaktadir. lnN kanal tabakasinin (7) kristal kalitesinin belli düzeyde olmasi kanal içerisinde hareket eden 2BDG'nin (6) mobilitesinin yüksek olmasi için gereklidir. Bu sebepten dolayi lnN kanal tabakasi (7), moleküler demet epitaksi (MDE, Ing. Molecular beam epitaxy, MBE) teknigi ile uygun kosullarda yapilmaktadir. Sekil - 2'de bulus konusu G-modunda çalisan lnN/,ß-GazOs/GaN kuantum kuyu tabanli bir YDMG aygitina (200) iliskin örnek bir görünüm verilmekte olup; bu aygit (200) adi geçen kuantum kuyu yapi (100), (20) ve bu kuantum kuyu yapinin (20) üzerinde temin edilen kaynak terminali (8), savak terminali (9), kapi terminalini (10) ve bu terminaller arasina yerlestirilen pasivasyon tabakasi içermektedir. YDMG aygit (200) yapisinda kuantum kuyu yapinin (20) üzerinde lnN kanal tabakasi (7) ile direk temas eden ohmik olan kaynak terminali (10) ve savakterminali (8) ile ohmik olmayan bir kapi terminali (9) bulunmaktadir. Bu bulusta anlatilan YDMG aygitinda (200) heteroeklem yapinin (100, 20) üzerinde bulunan adi geçen kaynak terminali (10) ve savak terminali (8) tercihen sirasiyla 60 nm kalinliginda titanyum (Ti), 50 nm kalinliginda altin (Au), 100 nm kalinliginda nikel (Ni) metalinden olusmaktadir. Bu metaller bulusta anlatilan her iki heteroeklem yapinin (10, 200) üzerinde tercihen yüksek vakum altinda (~10'7 Torr) elektron demeti buharlastirma (e-beam) yöntemi ile buharlastirilip, ohmik özellik gösterebilmeleri ve iki boyutlu desik gazi (2BDG) (6) elektron iletimini saglayabilmeleri için hizli isil islemle azot gazi (N2) ortaminda 750°C de 45s tavlanarak elde edilmektedir. Bulusta her iki kuantum kuyu yapinin (100, 20) üzerinde bulunan adi geçen kapi terminali (9), elektron demeti buharlastirma yöntemi ile kaplanan tercihen sirasiyla nikel (Ni) ve altin (Au) metalinden olusmaktadir. Bu bulusta anlatilan kapi terminali (10), tercihen 100 nm kalinliginda nikel (Ni) metali ve 50 nm kalinliginda altin (Au) metali içermekte olup, genel uygulamalarda 80-120 nm araliginda nikel (Ni) metali ve 40-90 nm altin (Au) metali içermektedir. Bulusun genel uygulamalarinda kapi terminalinde (10) Ni metali yerine titanyum (Ti), iridyum (lr), rutenyum (Ru), paladyum (Pd), platin (Pt) metallerinden en az biri de kullanilmaktadir. Aygit (200) yapisinda kaynak (10), savak terminali (8) ve kapi terminalleri (9) arasina pasivasyon tabakasi (11) yerlestirilir. Pasivasyon tabakasi (11) olarak tercihen Si3N4 alasim kullanilir ancak genel uygulamalarda SiOz, Al203, Hf02 alasimlarindan en az biri de kullanilmaktadir. Pasivasyon tabakasinin kalinligi tercihen 50 nm olup genel uygulamalarda 40-70 nm araliginda kullanilmaktadir. TR TR TR TR TR TR

Claims (3)

1.ISTEMLER 1. Kuantum kuyu yapida iki boyutlu desik gazi içeren ve G-modunda çalisabilen transistör aygit yapisi olup, özelligi; Bir alttas (1), Bu alttas üzerinde wurtzit kristal fazda sirasiyla; kuantum kuyu yapisinda olusacak kristal kusurlarin en aza indirilmesi için tampon tabaka (2) ve yari dirençli (YD) galyum nitrat (GaN) ara tabaka (3), YD-GaN ara tabaka (3) üzerinde wurtzit kristal fazda katkisiz GaN kanal tabaka (4), Katkisiz GaN kanal tabaka (4) üzerinde tek kristal ß-GazOs bariyer Yüksek kirilma elektrik alan degerine sahip tek kristal ß-GazOs bariyer tabaka (5) üzerinde, iki boyutlu desik gazinin (ZBDG) (6) olustugu indiyum nitrat (lnN) kanal tabaka (7), lnN kanal tabakanin (7) üzerinde direkt temas eden ohmik olan kaynak terminali (10) ile savak terminali (8) ve ohmik olmayan kapi terminali Kontak terminalleri aralarina (kaynak (10), savak terminali (8) ve kapi terminalleri (9) arasina) yerlestirilen pasivasyon tabakasi (11) içermesiyle karakterizedir.
2. Istem 1'de bahsedilen alttas (1) olup, özelligi; sadece ön yüzeyi ya da her iki yüzeyi parlatilmis ve 500-600 pm kalinliga sahip olmasiyla karakterizedir.
3. Istem 2'de bahsedilen alttas (1) olup, özelligi; yönelimli silikon karbür (SiC), yönelimli silikon (Si) ya da yönelimli safirden (Al203) en az biri olmasiyla karakterizedir. . Istem 1'de bahsedilen tampon tabaka (2) olup, özelligi; alttas (1) olarak safir malzeme kullanilmasi durumunda, tercihen 10 nm, genel uygulamalarda 8- 13 nm kalinliginda olan düsük sicaklikta büyütülen GaN tabaka olmasiyla karakterizedir. 5. Istem 4'de bahsedilen sicaklik olup, özelligi; tercihen 570 °C, genel uygulamalarda 550 °C-590 °C sicakligi araliginda olmasi ile karakterizedir. 6. Istem 1'de bahsedilen tampon tabaka (2) olup, özelligi; alttas (1) olarak SiC veya Si malzeme kullanilmasi durumunda, sirasi ile DS-AIN ve üzerine büyütülen YS-AIN tabakalardan olusmasiyla karakterizedir. 7. Istem 6'da bahsedilen tampon tabaka (2) olup, özelligi; sirasi ile tercihen 25 nm, genel uygulamalarda 20-30 nm kalinliginda olan DS-AIN tabaka ve tercihen 100 nm, genel uygulamalarda 90-120 nm kalinliginda olan YS-AIN tabakalardan olusmasiyla karakterizedir. 8. Istem 7'de bahsedilen tampon tabaka (2) olup, özelligi; DS-AIN tabakanin büyütme sicakliginin tercihen 650 °C, genel uygulamalarda 630°C - 680°C sicakligi araliginda; YS-AIN tabakanin büyütme sicakliginin tercihen 1050 °C, genel uygulamalarda 1030°C - 1100°C sicakligi araliginda olmasiyla karakterizedir. 9. Istem 1'de bahsedilen YD-GaN ara tabaka (3) olup, özelligi; kalinliginin tercihen 1,2 pm olup, genel uygulamalarda 1pm-1.5pm araliginda olmasiyla karakterizedir. 10.Istem 9'da bahsedilen YD-GaN ara tabaka (3) olup, özelligi; büyütülme sicakliginin tercihen 950°C, genel uygulamalarda 920°C-980°C olmasiyla karakterizedir. 11.Istem 10'da bahsedilen YD-GaN ara tabaka (3) olup, özelligi; yüksek dirençli olmasi için yapiya tercihen demir (Fe), magnezyum (Mg) ve karbon (C) atomlari kullanilarak p-tipi katkilama yapilmis olmasiyla karakterizedir. olmasiyla karakterizedir. 13. Istem 1'de bahsedilen GaN kanal tabakasi (4) olup, özelligi; tercihen 700 nm olup genel uygulamalarda 600-800 nm araliginda olmasiyla karakterizedir. 14.Istem 1'de bahsedilen bariyer tabaka (5) olup, özelligi; kalinliginin tercihen 20 nm olup genel uygulamalarda 18-25 nm olmasiyla karakterizedir. 15.Istem 14'de bahsedilen bariyer tabaka (5) olup, özelligi; büyütme isleminin MDE teknigi ile yapilmis olmasiyla karakterizedir. 16.Istem 1'de bahsedilen lnN kanal tabakasi (7) olup, özelligi; kristal kalitesinin belli düzeyde olmasi kanal içerisinde hareket eden 2BDG'nin (6) mobilitesinin yüksek olmasi için moleküler demet epitaksi teknigi ile yapilmis olmasiyla karakterizedir. 17.Istem 1'de bahsedilen kaynak terminali (10) olup, özelligi; yüksek vakum altinda (~10'7 Torr) elektron demeti buharlastirma (e-beam) yöntemi ile buharlastirilip, ohmik özellik gösterebilmeleri ve iki boyutlu desik gazi (ZBDG) (6) elektron iletimini saglayabilmeleri için hizli isil islemle azot gazi (N2) ortaminda 750°C de 45 saniye tavlanmis tercihen sirasiyla 60 nm kalinliginda titanyum (Ti), 50 nm kalinliginda altin (Au), 100 nm kalinliginda nikel (Ni) metalinden olusmasiyla karakterizedir. 18. Istem 1'de bahsedilen savak terminali (8) olup, özelligi; yüksek vakum altinda (~10'7 Torr) elektron demeti buharlastirma (e-beam) yöntemi ile buharlastirilip, ohmik özellik gösterebilmeleri ve iki boyutlu desik gazi (ZBDG) (6) elektron iletimini saglayabilmeleri için hizli isil islemle azot gazi (N2) ortaminda 750°C de 45s tavlanmis tercihen sirasiyla 60 nm kalinliginda titanyum (Ti), 50 nm kalinliginda altin (Au), 100 nm kalinliginda nikel (Ni) metalinden olusmasiyla karakterizedir. 19.Istem 1'de bahsedilen kapi terminali (9) olup, özelligi; elektron demeti buharlastirma yöntemi ile kaplanmis nikel (Ni), titanyum (Ti), iridyum (lr), rutenyum (Ru), paladyum (Pd), platin (Pt) metallerinden en az biri ve altin (Au) metalinden olusmasiyla karakterizedir. 120 nm araliginda kalinliginda nikel (Ni) metali ve tercihen 50 nm kalinliginda 40-90 nm altin (Au) metali içermesiyle karakterizedir. 21 . Istem 1'de bahsedilen pasivasyon tabakasi (11) olup, özeligi; tercihen Si3N4, genel uygulamalarda SiOz, Al203, HfO2 alasimlarindan en az biri olmasiyla karakterizedir. 22.Istem 21'de bahsedilen pasivasyon tabakasi (11) olup, özelligi; kalinliginin tercihen 50 nm olup genel uygulamalarda 40-70 nm araliginda olmasiyla karakterizedir. TR TR TR TR TR TR
TR2022/006355A 2022-04-20 2022-04-20 İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi TR2022006355A2 (tr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2022/006355A TR2022006355A2 (tr) 2022-04-20 2022-04-20 İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi
PCT/TR2022/050366 WO2023101630A1 (en) 2022-04-20 2022-04-25 A transistor device structure containing two-dimensional hole gas and operating in e-mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2022/006355A TR2022006355A2 (tr) 2022-04-20 2022-04-20 İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR2022006355A2 true TR2022006355A2 (tr) 2022-06-21

Family

ID=84046716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TR2022/006355A TR2022006355A2 (tr) 2022-04-20 2022-04-20 İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi

Country Status (2)

Country Link
TR (1) TR2022006355A2 (tr)
WO (1) WO2023101630A1 (tr)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019066916A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Intel Corporation GROUP III COMPLEMENTARY TYPE NITRIDE TRANSISTORS WITH COMPLEMENTARY POLARIZATION JUNCTIONS
US10256332B1 (en) * 2017-10-27 2019-04-09 Vanguard International Semiconductor Corporation High hole mobility transistor
TR201904256A2 (tr) * 2019-03-21 2020-10-21 Aselsan Bilkent Mikro Nano Tekn San Ve Tic A S P-InAs/P-InN HETEROEKLEM TABANLI YÜKSEK DEŞİK MOBİLİTELİ TRANSİSTÖR AYGIT YAPISI VE BUNUN BÜYÜTME YÖNTEMİ
CN112490243B (zh) * 2019-09-12 2023-09-12 联华电子股份有限公司 三维半导体结构及其制作方法
JP7298779B2 (ja) * 2020-04-23 2023-06-27 日本電信電話株式会社 半導体装置およびその製造方法
CN111900203B (zh) * 2020-06-30 2022-08-16 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种GaN基高空穴迁移率晶体管及其制备方法
TR2021012819A2 (tr) * 2021-08-13 2021-09-21 Ekmel Oezbay YÜKSEK KIRILMA ELEKTRİK ALAN DEĞERİNE SAHİP ß-Ga2O3/AlN TABANLI TRANSİSTÖR AYGITI VE BUNUN ÜRETİM YÖNTEMİ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023101630A1 (en) 2023-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2942803B1 (en) Crystalline multilayer structure and semiconductor device
US8907349B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8835998B2 (en) Compositionally graded heterojunction semiconductor device and method of making same
JP4977695B2 (ja) 紫外受光素子
US9171986B2 (en) Semiconductor photo-detecting device
Shao et al. Significant performance improvement in AlGaN solar-blind avalanche photodiodes by exploiting the built-in polarization electric field
KR20000006005A (ko) 비소화갈륨계반도체본체위에산화층을구비한아티클,및아티클의제조방법
US8183596B2 (en) High electron mobility transistor, epitaxial wafer, and method of fabricating high electron mobility transistor
US20110037101A1 (en) Semiconductor device
WO2015029578A1 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
US20180374699A1 (en) Iii-nitride tunnel junction with modified p-n interface
KR20010078191A (ko) 화합물 반도체 소자 및 그 제조 방법
Li et al. Asymmetric Bipolar Injection in a Schottky-Metal/${p} $-GaN/AlGaN/GaN Device Under Forward Bias
US8614464B2 (en) Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2009224357A (ja) ＺｎＯ系トランジスタ
TR2022006355A2 (tr) İki̇ boyutlu deşi̇k gazi i̇çeren ve g-modunda çalişabi̇len transi̇stör aygit yapisi
Chang et al. GaN-based pin sensors with ITO contacts
US20220254902A1 (en) Nitride semiconductor device and method of fabricating the same
JP6968404B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体装置とその製造方法
US11274961B2 (en) Ultraviolet ray detecting device having Shottky layer forming Shottky barrier
KR20090099806A (ko) 질화물 반도체 소자의 제조방법
WO2010085754A1 (en) Semiconductor devices having dopant diffusion barriers
TR201904256A2 (tr) P-InAs/P-InN HETEROEKLEM TABANLI YÜKSEK DEŞİK MOBİLİTELİ TRANSİSTÖR AYGIT YAPISI VE BUNUN BÜYÜTME YÖNTEMİ
US9478690B2 (en) Semiconductor photo-detecting device
US20130126892A1 (en) P-Type Amorphous GaNAs Alloy as Low Resistant Ohmic Contact to P-Type Group III-Nitride Semiconductors