(19) 한민 특허청(KR)

(12) 등 특허공보(B1)

(45) 공고 2017 12월29

(11) 등 10-1813178

(24) 등 2017 12월21

(51) 특허 류(Int. Cl.)

H01L 29/778 (2006.01) H01L 21/335 (2006.01)(21) 원 10-2011-0061798

(22) 원 2011 06월24

심사청 2016 05월26

(65) 공개 10-2013-0006870

(43) 공개 2013 01월18

(56) 행 사문헌

JP4371202 B2*

JP2007235000 A*

*는 심사 에 하여 문헌

(73) 특허

삼 주식 사

경 도 원시 통 삼 129 (매탄동)

경 학 산학 단

역시 학 80 (산격동, 경 학 )

(72)

경 도 시 동탄 앙 213, 시 한빛마어울림아 트 245동 1203 ( 동)

역시 동 50 37 104동 1401( 어동, 림 르웨 )

(뒷 에 계 )

(74) 리

리앤 특허

체 청 항 : 17 항 심사 : 안경민

(54) 칭 차원 가 를 갖는 층 물, 를 포함하는 도체 들

(57) 약

차원 가 를 갖는 층 물, 를 포함하는 도체 들 에 해 개시 어 다. 개시

층 물 1물질층 하는 단계, 상 1물질층 열처리하는 단계 상 1물질층

상에 상 1물질층에 차원 가 (two-dimensional electron gas)(2DEG)를 시키는 2물질층

하는 단계를 포함할 다. 상 1물질층 열처리는 상 1물질층 도(surface roughness) /또

는 상태(surface states)를 가시키는 건 행할 다. 같 층 물

상에 도체 를 할 다.

도 - 도3

등록특허 10-1813178

- 1 -

(72)

신재

경 도 안양시 동안 귀 157, 우 아 트707동 505 ( 계동)

재

경 도 남시 당 양 272, 아 트502-702 (야탑동, 탑마 )

하

경 도 시 삼 2 97, 사 B동 219 ( 동, 삼 합 원)

경 도 시 동탄 231 148동 2202 ( 우동, 당마 캐슬아 트)

경 도 시 동탄 232 134동 2501 ( 우동, 당마 신 빌아 트)

하

청남도 천안시 시청 73, 동 2차아 트204동 1103 ( 당동)

식

역시 10 82, e편한 상102동 1904 ( 동)

원

역시 망 36 73 ( 동)

동

역시 동 아양 41 68-4, 신암아 트2-15 (신암동)

등록특허 10-1813178

- 2 -

청

청 항 1

1물질층 하는 단계;

상 1물질층 열처리하는 단계;

상 1물질층 상에 상 1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 시키는 2물질층 하는

단계;를 포함하고,

상 1물질층 열처리는 상 1물질층 도(surface roughness)를 가시키는 건 행하는

층 물 .

청 항 2

삭

청 항 3

1 항에 어 ,

상 1물질층 열처리는 상 1물질층 상태(surface states)를 가시키는 건 행하는 층

물 .

청 항 4

1 항에 어 ,

상 1물질층 열처리는 500∼1200℃ 사 도 행하는 층 물 .

청 항 5

1 항에 어 ,

상 1물질층 열처리는 질 에 행하는 층 물 .

청 항 6

1 항에 어 ,

상 1물질층 2물질층 어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함하는 층 물 .

청 항 7

6 항에 어 ,

상 1물질층 GaN, InN GaAs 어도 하나를 포함하는 층 물 .

청 항 8

6 항 또는 7 항에 어 ,

상 2물질층 AlGaN, AlInN AlGaAs 어도 하나를 포함하는 층 물 .

청 항 9

1물질층 하는 단계;

상 1물질층 폴 지(surface morphology)를 변 시키는 단계;

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- 3 -

상 1물질층 상에 상 1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 시키는 2물질층 하는

단계;를 포함하고,

상 1물질층 폴 지를 변 시키는 단계는 상 1물질층 상태(surface states)를 가시키

는 건 행하는 층 물 .

청 항 10

9 항에 어 ,

상 1물질층 폴 지를 변 시키는 단계는 상 1물질층 도(surface roughness)를 가

시키는 건 행하는 층 물 .

청 항 11

삭

청 항 12

9 항에 어 ,

상 1물질층 폴 지를 변 시키는 단계는 상 1물질층 열처리하는 단계를 포함하는 층

물 .

청 항 13

9 항에 어 ,

상 1물질층 2물질층 어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함하는 층 물 .

청 항 14

청 항 1에 재 2DEG(2-dimensional electron gas)를 포함하는 층 물 하는 단계;

상 층 물 상에 상 2DEG를 하는 를 하는 단계;를 포함하는 도체 .

청 항 15

청 항 9에 재 2DEG(2-dimensional electron gas)를 포함하는 층 물 하는 단계;

상 층 물 상에 상 2DEG를 하는 를 하는 단계;를 포함하는 도체 .

청 항 16

도(surface roughness)가 2nm 상 1 갖는 1물질층;

상 1물질층 1 에 비 것 , 상 1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 시키는

2물질층;

상 2물질층 상에 비 것 , 상 2DEG를 하는 ;를 포함하고,

상 2DEG 도는 1014/㎠ 상 도체 .

청 항 17

삭

청 항 18

16 항에 어 ,

상 1물질층 2물질층 어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함하는 도체 .

청 항 19

등록특허 10-1813178

- 4 -

18 항에 어 ,

상 1물질층 GaN, InN GaAs 어도 하나를 포함하는 도체 .

청 항 20

18 항에 어 ,

상 2물질층 AlGaN, AlInN AlGaAs 어도 하나를 포함하는 도체 .

야

차원 가 를 갖는 층 물, 를 포함하는 도체 들 에 한 것 다. [0001]

경

고 동도 트랜지 (High electron mobility transistor)( 하, HEMT)는 합 (heterojunction[0002]

structure) 계 에 생하는 차원 가 (2-dimensional electron gas)( 하, 2DEG)를 캐리어

(carrier) 사 하는 다. 극률 다른 개 도체층 합 합 에 , 상

큰 극률 갖는 도체층 그 합 다른 도체층에 2DEG를 할 다. 2DEG에 동도

(mobility)는 매우 다. 러한 2DEG는 HEMT에 채 다.

HEMT 같 2DEG를 하는 도체 능/특 2DEG 도 항 등에 향 는다. 2DEG[0003]

도가 , 류 도가 고 /고 능 를 하는 리할 다. 런 2DEG

도를 는 다.

내

해결하 는 과

2DEG 도를 는 공한다. [0004]

상 한 층 물 공한다. [0005]

상 층 물 포함하는 도체 공한다. [0006]

도가 2DEG를 갖는 층 물 를 포함하는 도체 를 공한다. [0007]

과 해결 단

본 측 (aspect)에 르 , 1물질층 하는 단계; 상 1물질층 열처리하는 단계; 상[0008]

1물질층 상에 상 1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 시키는 2물질층 하는 단

계;를 포함하는 층 물 공 다.

상 1물질층 열처리는 상 1물질층 도(surface roughness)를 가시키는 건 행할 [0009]

다.

상 1물질층 열처리는 상 1물질층 상태(surface states)를 가시키는 건 행할 [0010]

다.

상 1물질층 열처리는 500∼1200℃ 사 도 행할 다. [0011]

상 1물질층 열처리는 질 에 행할 다. [0012]

상 1물질층 2물질층 어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함할 다. [0013]

상 1물질층 GaN, InN GaAs 어도 하나를 포함할 다. [0014]

상 2물질층 AlGaN, AlInN AlGaAs 어도 하나를 포함할 다. [0015]

본 다른 측 에 르 , 한 2DEG를 포함하는 층 물 하는 단계; 상 층[0016]

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- 5 -

물 상에 상 2DEG를 하는 를 하는 단계;를 포함하는 도체 공 다.

본 다른 측 에 르 , 1물질층 하는 단계; 상 1물질층 폴 지(surface[0017]

morphology)를 변 시키는 단계; 상 1물질층 상에 상 1물질층에 2DEG(2-dimensional electron ga

s)를 시키는 2물질층 하는 단계;를 포함하는 층 물 공 다.

상 1물질층 폴 지를 변 시키는 단계는 상 1물질층 도(surface roughness)를 가[0018]

시키는 건 행할 다.

상 1물질층 폴 지를 변 시키는 단계는 상 1물질층 상태(surface states)를 가시키[0019]

는 건 행할 다.

상 1물질층 폴 지를 변 시키는 단계는 상 1물질층 열처리하는 단계를 포함할 다. [0020]

상 1물질층 2물질층 어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함할 다. [0021]

상 1물질층 GaN, InN GaAs 어도 하나를 포함할 다. [0022]

상 2물질층 AlGaN, AlInN AlGaAs 어도 하나를 포함할 다. [0023]

본 다른 측 에 르 , 한 2DEG를 포함하는 층 물 하는 단계; 상 층[0024]

물 상에 상 2DEG를 하는 를 하는 단계;를 포함하는 도체 공 다.

본 다른 측 에 르 , 도(surface roughness)가 2nm 상 1 갖는 1물질층; 상 1[0025]

물질층 1 에 비 것 , 상 1물질층에 2DEG(2-dimensional electron gas)를 시키는

2물질층; 상 2물질층 상에 비 것 , 상 2DEG를 하는 ;를 포함하는 도체 가 공

다.

상 2DEG 도는 1014/㎠ 상 다. [0026]

상 1물질층 2물질층 어도 하나는 Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함할 다. [0027]

상 1물질층 GaN, InN GaAs 어도 하나를 포함할 다. [0028]

상 2물질층 AlGaN, AlInN AlGaAs 어도 하나를 포함할 다. [0029]

과

도가 2DEG를 갖는 층 물 할 다. [0030]

상 층 물 해 도체 를 하 , 고 능/고 도체 를 할 다. [0031]

도 간단한

도 1 내지 도 3 본 실시 에 른 층 물 보여주는 단 도 다. [0032]

도 3 본 실시 에 른 층 물 보여주는 단 도 다.

도 4는 도 3 층 물 상에 도체 를 보여주는 단 도 다.

도 5는 본 실시 에 른 층 물 에 열처리 도체층 상태를 보여주는 단 도

다.

도 6 비 에 른 도체층(열처리 ) AFM(atomic force microscopy) 미지 다.

도 7 본 실시 에 른 도체층(열처리 후) AFM(atomic force microscopy) 미지 다.

* 도 주 에 한 *

10 : 1 도체층 20 : 2 도체층

SUB1 : S1 : 극

D1 : 드 극 G1 : 게 트 극

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실시하 한 체 내

하, 본 실시 에 른 차원 가 (2DEG)를 갖는 층 물, 를 포함하는 도체 들[0033]

첨 도 참 하여 상 하게 한다. 첨 도 에 도시 층 나 역들 폭 께

는 해 다 과 게 도시 것 다. 상 한 체에 걸쳐 동 한 참 는 동 한

를 나타낸다.

도 1 내지 도 3 본 실시 에 른 층 물 보여주는 단 도 다. [0034]

도 1 참 하 , (SUB1) 상에 1 도체층(10) 할 다. (SUB1) , 컨 , 사 어[0035]

(sapphire), Si, SiC, GaN 등 다. 1 도체층(10) Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함할

다. 컨 , 1 도체층(10) GaN, InN, GaAs 등 포함할 다. 1 도체층(10) 미도핑 (undoped)

층 지만, 물 도핑 층 도 다. 1 도체층(10) 에피택 (epitaxial)

할 다. 1 도체층(10) , 컨 , MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition) 비를 해

할 다. 도시하지는 않았지만, (SUB1)과 1 도체층(10) 사 에 층 할

다. 상 층 (SUB1)과 1 도체층(10) 사 격 상 열 창계 차 를 시 1 도체층

(10) 결 하를 지하 해 비시킬 다. 상 층 , 컨 , AlN, GaN, AlGaN, AlInN,

AlGaInN 등 할 다.

도 2를 참 하 , 1 도체층(10) 열처리할 다. 상 열처리 공 1 도체층(10) 특 변[0036]

시키는 건 행할 다. 컨 , 상 열처리 공 1 도체층(10) 도(surface

roughness) /또는 상태(surface states)를 가시키는 건 행할 다. 상 열처리 공 에

해 1 도체층(10) 도(surface roughness)는 약 2nm 상 가할 다. 컨 , 열처리 1

도체층(10) 도(surface roughness)는 2∼50nm 도 다. 도 2 도에 도시한

같 , 1 도체층(10) (상 ) 나 (nanoscale) 또는 원 (atomic-scale) 에 울

(rough) 할 다. 한편, 1 도체층(10) 상태(surface states) 가는 하 가를 미

할 다. 상 열처리 공 에 해 1 도체층(10) 에 링 본드(dangling bond) 가 가

할 고, 그에 라 하가 가할 다. 컨 , 도 5에 도시 같 , 열처리 공 에 해

1 도체층(10) 에 다량 양(+) 하가 생할 다. 1 도체층(10) 상태(surface states)

/또는 도(surface roughness) 가는 후에 1 도체층(10)에 2DEG(2-dimensional

electron gas) 도를 가시키는 다.

도 2 1 도체층(10) 열처리 공 에 해 보다 체 하 , 상 열처리 공 , 컨 , 약 500[0037]

∼1200℃ 사 도에 행할 다. 또한, 상 열처리 공 질 에 행할 고, 내

지 십 동안 행할 다. 러한 열처리 공 1 도체층(10) 착 비( 컨 , MOCVD 비) 내

에 -시츄(in-situ) 진행하거나, 상 착 비가 아닌 별도 니 (furnace)를 해 행하거나,

그 에 다른 , 컨 , 어닐링(laser annealing) 행할 도 다.

도 3 참 하 , 열처리 1 도체층(10) 상에 2 도체층(20) 할 다. 1 도체층(10)과 사[0038]

하게, 2 도체층(20)도 에피택 할 다. 또한 2 도체층(20) MOCVD 비를 해

할 다. 2 도체층(20) 1 도체층(10) 내에 2DEG를 시키는 물질층 다. 2 도체층

(20) Ⅲ-Ⅴ 도체를 포함할 다. 컨 , 2 도체층(20) AlGaN, AlInN, AlGaAs 등 포함할

다. 상 AlGaN, AlInN AlGaAs 등 1 도체층(10)보다 큰 극률 갖 문에, 1 도체층(10)에

2DEG를 할 다. 1 도체층(10) GaN층 경우, 2 도체층(20) AlGaN층 또는 AlInN층 다.

1 도체층(10) InN층 경우, 2 도체층(20) AlInN층 다. 1 도체층(10) GaAs층 경우,

2 도체층(20) AlGaAs층 다. 그러나 여 시한 1 도체층(10) 2 도체층(20) 물질들

시 것 고, 다양하게 변 다. 2 도체층(20) n 물 도핑 층 도 다. 상 n

물 , 컨 , Si 다. 또한 2 도체층(20) 다른 복 물질층 포함하는 다층 를 가

질 도 다.

2 도체층(20)에 해 1 도체층(10)에 는 2DEG는 도를 가질 다. 본 실시 에 [0039]

는 2DEG는 래 2DEG 도보다 10∼15 도 도를 가질 다.

는 도 2에 한 1 도체층(10) 열처리 공 과 다. 본 실시 에 라 열처리 1 도

체층(10) 나 또는 원 에 다 큰 도(surface roughness)를 갖거나, 비 많

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하( , 상태)를 가지 문에, 해 2DEG 도가 가 는 것 라 다.

또한, 상 열처리 공 에 해 1 도체층(10) 트 (stress)를 는 , 러한 트 에

해 도 2DEG 도가 가 다고 다. 그러나 여 한 2DEG 도 가 (

커니 ) 에 다른 다.

도 3 층 물에 도체 를 할 다. 컨 , 도 4 같 도체 (HEMT)를 [0040]

할 다.

도 4를 참 하 , 2 도체층(20) 역 상에 게 트 극(G1) 비 고, 게 트 극(G1) 양측[0041]

2 도체층(20) 상에 극(S1) 드 극(D1) 비 다. 1 도체층(10), 2 도체층

(20), 게 트 극(G1), 극(S1) 드 극(D1) HEMT를 할 다. 1 도체층(10)에 비

2DEG는 HEMT 채 사 다. 런 에 , 1 도체층(10) '채 층' 라 할 다.

도 4는 본 실시 에 른 HEMT 본 를 보여주는 것 고, 는 다양하게 변 [0042]

다. 컨 , 게 트 극(G1)과 2 도체층(20) 사 에 게 트 연층(미도시) 나 플리 층(미도시)

비시킬 다. 또한 게 트 극(G1) 는 2 도체층(20) 지 리 (recess) 하

여 리 역(미도시) 한 후에, 상 리 역에 게 트 극(G1) 할 도 다. 경우, 상

리 역에 하는 2DEG 특 변 고, 결과 HEMT 특 다. 그 에도

다양한 변 가능할 다.

가해 , 본 실시 에 른 2DEG를 포함하는 층 물 HEMT가 아닌 다른 도체 를 하는[0043]

사 도 다. 상 다른 도체 는, 컨 , 쇼트키 다 드(Schottky diode) 다. 그

에도 2DEG를 하는 든 야에 본 실시 에 른 층 물 할 다.

도 6 도 7 각각 비 에 른 도체층 본 실시 에 른 도체층 AFM(atomic force[0044]

microscopy) 미지 다. 도 6는 열처리 도체층에 한 결과 고, 도 7 열처리 후 도체층에

한 결과 다. 도 6 도체층 도 1 1 도체층(10)에 고, 도 7 도체층 도 2 1

도체층(10)에 다. 도 6 도 7 도체층 물질 GaN 었다.

도 6 도 7 비 하 , 열처리 후 도체층 (도 7) 열처리 도체층 (도 6)보다 울[0045]

한(rough) 것 할 다. 실 , 도(surface roughness)를 측 한 결과, 열처리 도체층(도

6) 도는 1.67nm 도 고, 열처리 후 도체층(도 7) 도는 29.2nm 도 다. 러한 결과를

통해, 본 실시 에 른 열처리에 해 도체층 도(surface roughness)가 가한 것 할

다.

아래 1 비 에 른 층 물 본 실시 에 른 층 물 2DEG 도 [0046]

항 측 한 결과를 리한 것 다. 상 비 에 른 층 물 열처리 없 한 것 고, 실시 에

른 층 물 도 1 내지 도 3 , , 열처리를 거쳐 한 것 다. 비 실시 층

물 GaN/AlGaN 를 갖는다. 1 도( , sheet carrier concentration)는

CV(capacitance-voltage) 측 하 다. 한편, 1에 항(sheet resistivity) GaN과 AlGaN 사

계 항 다.

1

[0047] 비

(without thermal treatment)

실시

(with thermal treatment)

Sheet carrier concentration 1.03×1013/㎠ 1.47×10

14/㎠

Sheet resistivity 414.9 Ω/sq 398 Ω/sq

1 결과를 보 , 비 에 른 층 물 2DEG 도( , sheet carrier concentration)는 1.03[0048]

×1013/㎠ 도 고, 실시 에 른 층 물 2DEG 도( , sheet carrier concentration)는 1.47

×1014/㎠ 도 다. 라 실시 에 른 층 물 2DEG 도가 비 에 른 층 물 2DEG

도보다 15 도 았다. 러한 결과를 통해, 본원 실시 에 른 열처리에 해, 2DEG

도가 크게 가하는 것 알 다. 또한, 실시 에 른 층 물 항(sheet resistivity) 비

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에 른 층 물 항보다 낮게 나타났다.

같 , 본 실시 에 른 도가 2DEG를 갖는 층 물 할 문에, 러[0049]

한 층 물 해 HEMT 같 도체 를 할 경우, 고 능/고 도체 를 얻

다. , 상 도체 는, 컨 , 워 (power device) 사 지만, 그 에 다른 다양

한 야에 여러 가지 사 다. 컨 , 상 도체 는 워 뿐 아니라, ,

리 다양한 야에 다.

상 한 에 많 사항 체 재 어 나, 그들 를 한 하는 것 라 보다, 체[0050]

실시 시 해 어야 한다. 들 들어, 본 하는 야에 통상 지식 가진

라 , 도 1 내지 도 3 층 물 도 4 는 다양하게 변 알 것 다.

또한 한 열처리 공 에 다른 해 , 도 3 도 4 같 도가 물

할 알 것 다. 가해 , 당업 라 본 사상(idea) HEMT가 아닌 다른 다양한 도

체 에도 알 것 다. 문에 본 는 실시 에 하여 하여 질

것 아니고 특허 청 에 재 사상에 해 하여 야 한다.

도

도 1

도 2

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도 3

도 4

도 5

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도 6

도 7

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