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전력 반도체 응용을 위한 HVPE법에 의한 Ga2O3 에피성장에 관한 연구
Ga2O3 Epi Growth by HVPE for Application of Power Semiconductors 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.22 no.2, 2018년, pp.427 - 431  

강이구 (Dept. of Energy IT Engineering, Far East University)

초록
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본 논문에서는 최근 전력반도체 산업에서 활용되어지는 와이드밴드갭 반도체 중에 하나인 $Ga_2O_3$를 이용한 에피웨이퍼 성장에 관련되어 서술하였다. GaN 성장시 활용되어지는 HVPE법을 이용하여 Sn이 도핑된 $Ga_2O_3$ 기판웨이퍼에 평균 $5.3{\mu}m$ 두께로 성장시켰다. 일반적으로 화합물반도체의 에피 두께가 $5{\mu}m$일 경우 SiC의 경우 600V 전력반도체소자를 제작할 수 있으며, $Ga_2O_3$ 에피웨이퍼의 경우에는 1000V이상의 전력소자를 제작할 수 있다. 성장된 에피웨이퍼의 J-V 측정 결과 $2.9-7.7m{\Omega}{\cdot}cm^2$의 온저항을 얻을 수 있었으며, 역방향의 경우 상당히 높은 전압에서도 누설전류가 거의 없음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research was worked about $Ga_2O_3$ Epi wafer that was one of the mose wide band gap semiconductors to be used power semiconductor industry. This wafer was grown $5.3{\mu}m$ thickness on Sn doped $Ga_2O_3$ Substrate by HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy). Generall...

주제어

# $Ga_2O_3$ Substrate   # $Ga_2O_3$ Epi wafer   #Power devices   #Wide Band Gap   #On resistance  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 차세대 전력 반도체용 소재로 주목받고 있는 갈륨 옥사이드 에피 성장에 따른 웨이퍼 및 전기적 특성을 분석하여, 전력반도체 소자로의 응용가능성을 제시하고자 하였다.
  • 본 논문에서는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 성장법을 이용하여 전력반도체 소자로의 응용이 가능한 Ga2O3 에피를 5㎛까지 성장을 시켰다. 그림 1은 본 연구에서 성장한 Ga2O3 에피웨이퍼의 구조를 보여주고 있으며, 표 1과 2는 각각 에피층과 기판의 핵심파라미터를 보여주고 있다.
  • 본 논문에서는 최근 전력반도체 산업에서 활용되어지는 와이드밴드갭 반도체 중에 하나인 Ga2O3를 이용한 에피웨이퍼 성장에 관련되어 서술하였다. GaN 성장시 활용되어지는 HVPE법을 이용하여 Sn이 도핑된 Ga2O3 기판웨이퍼에 평균 5.
  • 본 절에서는 HVPE 성장법에 의해 성장된 Ga2O3 에피층에 대한 특성을 제시하고 있다. 그림2에서는 성장된 에피택셜 층의 두께 프로파일을 보여주고 있는데, 웨이퍼의 중심부를 기준으로 대부분의 층이 4∼6㎛의 두께 분포를 나타내고 있고, 평균적인 두께는 5.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력 반도체(power semiconductor)란 무엇인가? 전력 반도체(power semiconductor)는 전력의 변환이나 제어 등을 수행하는 데 사용되는 반도체 소자로 정의되며 종류로는 MOSFET, IGBT, BJT, Thyristor 등이 있다. [1]-[3]
전력 반도체(power semiconductor)의 장점은 무엇인가? 또한, 고내압화, 고전류화, 고주파수화 되어 교류와 직류 사이의 변환 효율을 높이는 것뿐만 아니라 세탁기, 냉장고, 청소기, 엘리베이터, 에스컬레이터에 사용되는 모터를 비롯한 다양한 전자기기에 전력을 공급하거나 안정적으로 원하는 전압과 전류를 공급할 수 있도록 돕는다. 최근 전기자동차의 큰 이슈로 인하여 자동차용 전력반도체 (600, 900, 1,200 V)의 수요가 크게 증가하고 있고 산업기기, 철도, 태양전지 분야에서 전력반도체 모듈의 실용화가 요구되고 있다 [3]-[5].
밴드갭이 넓은 반도체 소재가 각광받는 이유는 무엇인가? 최근 전기자동차의 큰 이슈로 인하여 자동차용 전력반도체 (600, 900, 1,200 V)의 수요가 크게 증가하고 있고 산업기기, 철도, 태양전지 분야에서 전력반도체 모듈의 실용화가 요구되고 있다 [3]-[5]. 고전력, 고주파 특성을 갖는 반도체 소자를 구현하기 위해서는 높은 항복 전압과 동시에 높은 전자이동도를 갖는 반도체 소재가 필요하며, 이에 따르는 열적 안정성도 매우 중요하기 때문에 밴드갭이 넓은 SiC, GaN, Ga2O3의 필요성이 증대되고 있다.[6]
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참고문헌 (6)

  1. T. Onuma, S. Saito, K. Sasaki, T. Masui, T. Yamaguchi, T. Honda, and M. Higashiwaki, "Valence band ordering in ${\beta}-Ga2O3$ studied by polarized transmittance and reflectance spectroscopy," Jpn. J. Appl. Phys., vol. 54, no. 11, p. 112601, 2015.DOI:10.7567/JJAP.54.112601 

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  2. K. Sasaki, M. Higashiwaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, "Ga2O3 Schottky barrier diodes fabricated by using single-crystal ${\beta}-Ga2O3$ (010) substrates," IEEE Electron Device Lett., vol. 34, no. 4, pp. 493-495, 2013. DOI:10.1109/LED.2013.2244057 

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  3. M. Higashiwaki, K. Sasaki, K. Goto, K. Nomura, Q. T. Thieu, R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, B. Monemar, A. Koukitu, A. Kuramata, and S. Yamakoshi, "Ga2O3 Schottky barrier diodes with n？-Ga2O3 drift layers grown by HVPE," in Proc. 73rd IEEE Device Res. Conf., pp. 29-30, 2015. DOI:10.1109/DRC.2015.7175536 

  4. M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, "Gallium oxide (Ga2O3) metal-semiconductor field-effect transistors on single-crystal ${\beta}-Ga2O3$ (010) substrates," Appl. Phys. Lett., vol. 100, no. 1, p. 013504, 2012. DOI:10.1063/1.3674287 

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  5. K. Sasaki, M. Higashiwaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, "Si-ion implantation doping in ${\beta}-Ga2O3$ and its application to fabrication of low-resistance ohmic contacts," Appl. Phys. Exp., vol. 6, no. 8, p. 086502, 2013.DOI:10.7567/APEX.6.086502 

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  6. M. Higashiwaki, K. Sasaki, T. Kamimura, M. H. Wong, D. Krishnamurthy, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, "Depletion-mode Ga2O3 MOS field-effect transistors on ${\beta}-Ga2O3$ (010) substrates and temperature dependence of their device characteristics," Appl. P hys. Lett., vol. 103, no. 12, p. 123511, 2013. DOI:10.1063/1.4821858 

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