KR102669708B1 - Schottky Electrode With Controllable Junction Characteristics and AlGaN/GaN Diode have GaN cap layer Using The Same - Google Patents
Schottky Electrode With Controllable Junction Characteristics and AlGaN/GaN Diode have GaN cap layer Using The Same Download PDFInfo
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개시되는 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극은, 서로 다른 2종 이상의 물질이 혼합되어 일함수(work function)가 제어된 혼합물질로 구성되어, AlGaN/GaN 반도체 표면상에 쇼트키 접합(schottkey contact)을 제공함으로써, 순방향 턴온 전압(forward turn-on voltage)을 제어할 수 있다.The Schottky electrode, whose bonding characteristics can be adjusted, is composed of a mixture of two or more different materials with a controlled work function, forming a Schottky contact on the surface of an AlGaN/GaN semiconductor. ), the forward turn-on voltage can be controlled.
Description
본 발명(Disclosure)은, 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극 및 이를 이용한 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드에 관한 것으로서, 구체적으로 일함수가 조절된 두 가지 이상 금속의 합금을 이용하여 쇼트키 접합을 형성함으로써, 접합특성을 조절할 수 있는 AlGaN/GaN 반도체를 이용한 쇼트키 전극에 관한 것이다.The present invention (Disclosure) relates to an AlGaN/GaN diode having a Schottky electrode capable of controlling bonding characteristics and a GaN cap layer using the same. Specifically, the Schottky electrode is made using an alloy of two or more metals with controlled work functions. This relates to a Schottky electrode using AlGaN/GaN semiconductors that can control junction characteristics by forming a junction.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Here, background information related to the present invention is provided, and this does not necessarily mean prior art (This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
쇼트키(schottky) 접합은, 오믹(ohmic) 접합에 대비될 수 있는 비선형 접합의한 종류로서, 사용되는 물질 고유의 물질특성에 따른 턴온(turn on) 전압을 가진다.Schottky junction is a type of nonlinear junction that can be compared to ohmic junction, and has a turn on voltage depending on the unique material properties of the material used.
쇼트키 접합의 경우에는, 평형(equilibrium)상태에서 접합되는 금속과 반도체의 계면과 인접한 반도체에 쇼트키 장벽(schottkey barrier)가 형성되며, 이로 인해서 쇼트키 접합 특성을 확보할 수 있다. In the case of Schottky junction, a Schottky barrier is formed at the interface between the metal and semiconductor to be joined in equilibrium and at the adjacent semiconductor, thereby ensuring Schottky junction characteristics.
쇼트키 접합은, 안정적인 역방향 전류 특성 등의 장점을 이유로 다양한 정류회로에 사용된다. Schottky junction is used in various rectifier circuits due to its advantages such as stable reverse current characteristics.
일반적인 실리콘(Si)계열의 반도체에 쇼트키 접합의 순방향 턴온 전압은 0.5V 이하로서 낮을 수 있다.The forward turn-on voltage of a Schottky junction in a typical silicon (Si)-based semiconductor can be as low as 0.5V or less.
그러나, GaN 계열의 쇼트키 접합은 밴드갭(band-gap)특성상 쇼트키 다이오드의 순방향 턴온 전압이 약 0.7V 이상이다. However, due to the band-gap characteristics of the GaN-based Schottky junction, the forward turn-on voltage of the Schottky diode is about 0.7V or more.
일반적으로 GaN에 쇼트키 접합 특성을 확보하기 위해 사용되는 금속은 Ni를 기반으로 한다. Generally, the metal used to secure Schottky junction properties in GaN is Ni-based.
그런데 Ni의 일함수는 약 5.22eV인데, 쇼트키 접합을 이용한 쇼트키 다이오드에서 순방향 턴온 전압은, 사용되는 금속의 일함수에 비례한다. However, the work function of Ni is about 5.22 eV, and the forward turn-on voltage in a Schottky diode using a Schottky junction is proportional to the work function of the metal used.
따라서 Ni을 베이스로 하는 GaN 쇼트키 접합은, 다른 반도체 계열의 쇼트키 접합보다 순방향 턴온 전압이 높다. Therefore, the Ni-based GaN Schottky junction has a higher forward turn-on voltage than the Schottky junction of other semiconductors.
이러한 그런데 순방향 턴온 전압이 높으면, 쇼트키 접합의 일반적인 사용처인 정류회로에 사용하기 어려운 문제점이 있다. However, if the forward turn-on voltage is high, there is a problem that it is difficult to use it in a rectifier circuit, which is a common use of Schottky junctions.
턴온 전압이 높기 때문에, 정류 전압 범위가 제한적이다. Because the turn-on voltage is high, the rectified voltage range is limited.
따라서 AlGaN/GaN 계열의 반도체를 이용한 쇼트키 접합을 구현할 수 있는 일함수를 제어함으로써, 순방향 턴온 전압을 제어할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.Therefore, research is needed on a method to control the forward turn-on voltage by controlling the work function that can implement a Schottky junction using AlGaN/GaN series semiconductors.
본 발명(Disclosure)은, 넓은 정류 전압 특성을 가지는 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극 및 이를 이용한 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드의 제공을 일 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide an AlGaN/GaN diode having a Schottky electrode capable of controlling junction characteristics with wide rectified voltage characteristics and a GaN cap layer using the same.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).Here, a general summary of the present invention is provided, and this should not be construed as limiting the scope of the present invention (This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극은, 서로 다른 2종 이상의 물질이 혼합되어 일함수(work function)가 제어된 혼합물질로 구성되어, AlGaN/GaN 반도체 표면상에 쇼트키 접합(schottkey contact)을 제공함으로써, 순방향 턴온 전압(forward turn-on voltage)을 제어할 수 있다.In order to solve the above problem, the Schottky electrode, which can adjust the bonding characteristics according to any one of the various aspects describing the present invention, is a work function obtained by mixing two or more different materials. ) is composed of a controlled mixture of materials, and the forward turn-on voltage can be controlled by providing a Schottkey contact on the AlGaN/GaN semiconductor surface.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극에서, 상기 혼합물질의 일함수는, 상시 순방향 턴온 전압을 0.2eV 내지 0.5eV가 되도록 선택될 수 있다.In a Schottky electrode whose bonding characteristics can be adjusted according to an aspect of the present invention, the work function of the mixture may be selected so that the constant forward turn-on voltage is 0.2 eV to 0.5 eV.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극상기 혼합물질은, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 규소(Si), 은(Ag)로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.Schottky electrode capable of controlling bonding characteristics according to one aspect of the present invention. The mixture includes nickel (Ni), aluminum (Al), chromium (Cr), titanium (Ti), platinum (Pt), and silicon. (Si) and silver (Ag).
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극에서 상기 혼합물질은 Ni-Cr 혼합물 또는 Ni-Ti 혼합물중 어느 하나로 선택될 수 있다.In the Schottky electrode whose bonding characteristics can be adjusted according to one aspect of the present invention, the mixture may be selected from either a Ni-Cr mixture or a Ni-Ti mixture.
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제1 GaN층; 상기 제1 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층; 상기 AlGaN층 상에 형성되는 제2 GaN층; 상기 제2 GaN층에서 상기 AlGaN층까지 리세스(recessed)된 영역 상에 형성되는 애노드 전극; 및 상기 리세스된 영역을 제외한 상기 제2 GaN층의 일부 영역 상에 형성되는 캐소드 전극;을 포함하고, 상기 소스 및 드레인 전극은, 상술한 쇼트키 전극으로 형성된다.In order to solve the above problem, an AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to one aspect among several aspects describing the present invention includes: a substrate; A first GaN layer formed on the substrate; an AlGaN layer formed on the first GaN layer; a second GaN layer formed on the AlGaN layer; an anode electrode formed on a recessed area from the second GaN layer to the AlGaN layer; and a cathode electrode formed on a partial region of the second GaN layer excluding the recessed region, wherein the source and drain electrodes are formed of the Schottky electrodes described above.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자는 상기 제1 GaN층과 상기 AlGaN층 사이에 형성되는 AlN층을 더 포함할 수 있다.The AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to an aspect of the present invention may further include an AlN layer formed between the first GaN layer and the AlGaN layer.
본 발명에 따르면, 일함수가 조절된 두 가지 이상 금속의 합금을 이용하여 쇼트키 접합을 형성함으로써, AlGaN/GaN 쇼트키 접합을 제조할 수 있다. According to the present invention, an AlGaN/GaN Schottky junction can be manufactured by forming a Schottky junction using an alloy of two or more metals with controlled work functions.
도 1은, 본 발명에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자의 일 실시형태를 보인 도면.1 is a diagram showing one embodiment of an AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극 및 이를 이용한 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which a Schottky electrode capable of adjusting junction characteristics according to the present invention and an AlGaN/GaN diode having a GaN cap layer using the same will be described in detail with reference to the drawings.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다. However, the essential technical idea of the present invention cannot be said to be limited to the embodiments described below, and based on the essential technical idea of the present invention, it cannot be said that the possible embodiments are limited by the embodiments described below. It is disclosed that the embodiment described in covers the scope that can be easily proposed by way of replacement or change.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다. In addition, the terms used below are selected for convenience of explanation, so in understanding the essential technical idea of the present invention, they are not limited to dictionary meanings and are appropriately interpreted as meanings that correspond to the technical idea of the present invention. It should be.
본 발명에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키(schottkey) 전극은, 서로 다른 2종 이상의 물질이 혼합되어 일함수(work function)가 제어된 혼합물질로 구성되어, 반도체의 표면상에 쇼트키 접합(schottkey contact)을 제공함으로써, 순방향 턴온 전압(forward turn-on voltage) 및 순방향 저항(forward resistance)을 제어할 수 있다.The Schottkey electrode, which can control the bonding characteristics according to the present invention, is composed of a mixture of two or more different materials with a controlled work function, forming a Schottky bond on the surface of a semiconductor. By providing a (schottkey contact), the forward turn-on voltage and forward resistance can be controlled.
본 발명에 따르면, 서로 다른 물질, 즉 서로 다른 일함수를 가지는 물질의 혼합물은 각 물질의 일함수와 상이하며, 그 혼합 비율을 조절함으로써, 일함수를 조절할 수 있다.According to the present invention, a mixture of different materials, that is, materials with different work functions, has a different work function from each material, and the work function can be adjusted by adjusting the mixing ratio.
쇼트키 접합은, 금속을 반도체 표면에 접합하되, 금속 및 반도체의 페르미 레벨(Fermi-Level)이 일치됨으로써, 반도체의 컨덕션밴드(conduction band)가 휘어짐으로써 자연스러운 전위장벽이 형성되고, 이에 따라 평형(equilibrium)상태를 유지한다.Schottky junction connects a metal to the surface of a semiconductor, but by matching the Fermi levels of the metal and semiconductor, a natural potential barrier is formed by bending the conduction band of the semiconductor, resulting in equilibrium. Maintain the (equilibrium) state.
이때 순방향 전압이 인가되면 컨덕션 밴드(conduction band)에 의한 전위 장벽이 낮아지고 컨덕션 밴드의 다수 캐리어인 전자가 금속을 향하여 이동함으로써, 전류가 발생한다. At this time, when a forward voltage is applied, the potential barrier due to the conduction band is lowered and electrons, which are majority carriers of the conduction band, move toward the metal, thereby generating current.
따라서 쇼트키 전극의 재료인 금속의 일함수를 제어함으로써, 순방향 전압에 따른 턴-온 전압 및 턴-온 이후 전류-전압 특성 즉, 저항특성을 제어할 수 있다.Therefore, by controlling the work function of the metal, which is the material of the Schottky electrode, the turn-on voltage according to the forward voltage and the current-voltage characteristics after turn-on, that is, the resistance characteristics, can be controlled.
본 발명에 따른 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극에서 혼합물질의 일함수는, 순방향 턴온 전압을 0.2eV 내지 0.5eV가 되도록 선택되며, 바람직하게는, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 규소(Si), 은(Ag)로 이루어지는 군에서 선택될 수있다.In the Schottky electrode that can control the bonding characteristics according to the present invention, the work function of the mixture is selected so that the forward turn-on voltage is 0.2 eV to 0.5 eV, preferably nickel (Ni), aluminum (Al), and chromium. (Cr), titanium (Ti), platinum (Pt), silicon (Si), and silver (Ag).
이때, 혼합물질은 Ni-Cr 혼합물 또는 Ni-Ti 혼합물중 어느 하나로 선택되는것이 바람직하다.At this time, the mixture is preferably selected from either a Ni-Cr mixture or a Ni-Ti mixture.
도 1은, 본 발명에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자의 일 실시형태를 보인 도면이다. Figure 1 is a diagram showing one embodiment of an AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to the present invention.
도 1에 따르면 본 실시형태에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자는, 기판(1700), 제1 GaN층(1600), AlGaN층(1400), 제2 GaN층(1300), 애노드 전극(1200), 캐소드 전극(1100)을 포함한다. According to Figure 1, the AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to this embodiment includes a substrate 1700, a first GaN layer 1600, an AlGaN layer 1400, a second GaN layer 1300, and an anode electrode. (1200), including the cathode electrode (1100).
제1 GaN층(1600)은 기판 상에 형성되고, AlGaN층(1400)은 제1 GaN(1600)층 상에 형성되고, 제2 GaN층(1300)은 AlGaN층(1400) 상에 형성된다. .The first GaN layer 1600 is formed on the substrate, the AlGaN layer 1400 is formed on the first GaN layer 1600, and the second GaN layer 1300 is formed on the AlGaN layer 1400. .
애노드 전극(1200)은, 제2 GaN층(1300)에서 AlGaN층(1400)까지 리세스(recessed)된 영역(1210) 상에 형성되고, 캐소드 전극(1100)은 리세스된 영역을 제외한 제2 GaN(1300)층의 일부 영역 상에 형성된다.The anode electrode 1200 is formed on the recessed region 1210 from the second GaN layer 1300 to the AlGaN layer 1400, and the cathode electrode 1100 is formed on the second region excluding the recessed region. It is formed on a partial area of the GaN (1300) layer.
애노드 전극(1200)에 의해 제1 GaN층에 2차원 전자 가스(two-dimensional electron gas, 2DEG)가 형성된다.Two-dimensional electron gas (2DEG) is formed in the first GaN layer by the anode electrode 1200.
이때, 애노드 전극(1200)은, 상술한 쇼트키 전극으로 형성된다. At this time, the anode electrode 1200 is formed of the Schottky electrode described above.
또한 본 실시형태에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자에서, AlGaN(1400)과 제1 GaN층(1600)사이에 AlN층(1500)을 더 포함할수 있다.Additionally, in the AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to the present embodiment, an AlN layer 1500 may be further included between the AlGaN 1400 and the first GaN layer 1600.
또한 본 실시형태에 따른 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자에서, 상술한 리세스된 영역은 제1 GaN(1600)층의 상측 일부를 더 포함하여 형성될 수도 있고, 리세스된 영역은, 트렌치(trench) 형태, 브이-그루브(V-groove) 형태 및 반원 형태 중 적어도 하나의 형태를 구비하는 것일 수 있다.Additionally, in the AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer according to the present embodiment, the above-described recessed area may be formed to further include a portion of the upper side of the first GaN (1600) layer, and the recessed area may include, It may have at least one of a trench shape, a V-groove shape, and a semicircular shape.
Claims (6)
상기 기판 상에 형성되는 제1 GaN층;;
상기 제1 GaN층 상에 형성되는 AlGaN층;
상기 AlGaN층 상에 형성되는 제2 GaN층;
상기 제2 GaN층에서 상기 AlGaN층까지 리세스(recessed)된 영역 상에 형성되는 애노드 전극; 및
상기 리세스된 영역을 제외한 상기 제2 GaN층의 일부 영역 상에 형성되는 캐소드 전극;을 포함하고,
상기 애노드 전극은,
서로 다른 2종 이상의 물질이 혼합되어 일함수(work function)가 제어된 혼합물질로 구성되어, AlGaN/GaN 반도체 표면상에 쇼트키 접합(schottkey contact)을 제공함으로써, 순방향 턴온 전압(forward turn-on voltage)을 제어할 수 있고,
상기 혼합물질의 일함수는,
상시 순방향 턴온 전압을 0.2V 내지 0.5V가 되도록 선택되는 접합특성을 조절할 수 있고,
상기 혼합물질은 Ni-Cr 혼합물 또는 Ni-Ti 혼합물중 어느 하나로 선택되는 접합특성을 조절할 수 있는 쇼트키 전극으로 형성되는 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자.Board;
A first GaN layer formed on the substrate;;
an AlGaN layer formed on the first GaN layer;
a second GaN layer formed on the AlGaN layer;
an anode electrode formed on a recessed area from the second GaN layer to the AlGaN layer; and
A cathode electrode formed on a partial area of the second GaN layer excluding the recessed area,
The anode electrode is,
It is composed of a mixture of two or more different materials with a controlled work function, and provides a Schottkey contact on the surface of the AlGaN/GaN semiconductor to generate a forward turn-on voltage. voltage) can be controlled,
The work function of the mixture is,
The junction characteristics selected can be adjusted so that the constant forward turn-on voltage is 0.2V to 0.5V,
The mixture is an AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer formed with a Schottky electrode capable of controlling the bonding characteristics selected from either a Ni-Cr mixture or a Ni-Ti mixture.
상기 제1 GaN층과 상기 AlGaN층 사이에 형성되는 AlN층을 더 포함하는 GaN cap층을 가지는 AlGaN/GaN 다이오드소자.
In claim 5,
An AlGaN/GaN diode device having a GaN cap layer further including an AlN layer formed between the first GaN layer and the AlGaN layer.
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