초록 ▼

GaN/ AIGaN의 이종접합은 큰 band- offset을 갖기 때문에 양자우물을 형성할 수 있어 고주파／ 고전력 MODFET에 대한 응용이 활발히 연구되고 있다． MODFET의 채널층 으로 이용되는 AIGaN/ GaN의 헤테로 구조는 기판으로 사용되어 오던 사파이어 대신 SW/ cm- K의 높은 열전도도를 갖는 대 면적 성장이 가능한 3C- SIC를 기 판으로 Piezoelectric effect를 이용한 고이동도／ 고농도의 캐리어 밀도를 갖는 질화물반도쳬 2-DEG 층을 성 장하여 캐 리 어 증가를 꾀 하는 한편 획 기 적 인

GaN/ AIGaN의 이종접합은 큰 band- offset을 갖기 때문에 양자우물을 형성할 수 있어 고주파／ 고전력 MODFET에 대한 응용이 활발히 연구되고 있다． MODFET의 채널층 으로 이용되는 AIGaN/ GaN의 헤테로 구조는 기판으로 사용되어 오던 사파이어 대신 SW/ cm- K의 높은 열전도도를 갖는 대 면적 성장이 가능한 3C- SIC를 기 판으로 Piezoelectric effect를 이용한 고이동도／ 고농도의 캐리어 밀도를 갖는 질화물반도쳬 2-DEG 층을 성 장하여 캐 리 어 증가를 꾀 하는 한편 획 기 적 인 열 방출 특성 과 경 제 성 을 갖춘 고주파／ 고전력용 AIGaN/ GaN 구조의 MODFET을 구현하여 현재의 GaN를 이용 한 고주파／ 고전력 소자 기술에서 부각되고 있는 핵심 문제점을 해결하고 관련분야의 연구인력을 양성하므로써， 급격히 팽창하고 있는 초고속 정보통신과 고온／ 고전압의 산업기기 등 첨단 소자 산업에서 우리나라의 국제 경챙력을 제고할 수 있도록 한다．
본 연구는 3C-SiC 박막을 Si 기판 위에 형성하고 이를 이용하여 AIGaN/ GaN의 이종 접합을 성장하고이를 MODFET 제작에 활용하도록 세 가지의 구분된 연구 분야를 연 게하여 수행하였다． AIGaN/ GaN의 이종접합 성장 연구분야에서는 MOCVD 반응관 내의 압력과 TMAI,TMGa 가스의 혼합비 및 Ⅲ/V 족 몰비율에 따른 성장특성을 최 적화하였으며 Si 도핑에 따른 AIGaN 박막의 결정성과 캐리어 농도， 이동도 특성을 분석 하였다． Si(111) 기판 위에 3C- SiC 가 형성된 기판 위에 서 AIN 버퍼 및 AIN/ GaN 초격자 중간층을 삽입하여 크랙과 보이드가 현저히 줄어든 고품위 AIGaN 박막을 성장하였다． 아울러 Si 위에 SIN 을 삽입하여 크랙이 없는 고품위 GaN, AIGaN을 성장하였다． 3C-SiC 분야에서는 고주파유도가열장치를 이용한 반응기를 제 작하여 온도， 압력， 가스 등 여러 가지 성장조건을 최적화하여 고품위 SiC 박막을 성 장하였고 Si 위에 SiC 박막이 성장될 때의 기쳬 분해 메카니즘과 보이드 형성，및 성장에 대한 모델을 제시하였고 501 구조를 이용하여 SiC 및 SIN의 성장을 규명하였 다． MODFET의 제작 분야는 GaN의 광화학적 식각 산화방법을 제안하고 유도결합플 라즈마 식각장치를 제작하였으며 BC13 플라즈마에 의한 GaN 식각기구를 규명하고 MODFET의 게이트 길이를 최소화하기 위한 공정을 제안하고， MODFET의 표면산화 막으로 Ni 산화막을 적용하여 전류붕괴현상을 억제하여 소자의 특성을 안정화시켰다．
- MOCVD 반응관 내의 성장특성의 최적화 및 12x$10^{13}$/c$m^2$의 높은 캐리어밀도와 1200 c$m^2$/ Vs의 이동도를 갖는 2- DEG 채널의 형성 - Si (111) , 3C- SiC/ Si 기판 위의 고품위 AIGaN 박막 성장 - 유기실란 단일 전구쳬를 이용한 Si (111) 기판위의 단결정 3C- SiC 박막 성장 - SiC/ Si 게면에서의 보이드 형성 메카니즘을 규명하고 3C- SiC 성장 모델 제시 - 대면적 3C- SiC 성장을 위한 반응기 설게 및 2 " Si 기판 위의 3C- SiC 박막 성장 - 일반 산， 알칼리에서의 GaN 쾅화학적 습식식각 공정개발 및 Ga 산화막 공정개발 - GaN 식각을 위한 유도결합플라즈마 장치를 제작 활용하였고 - Ti/ Al仰i/ Au의 다층구조를 적 정 화에 의 한 0. 2 요－ mm 이 하의 저 저 항접 촉 형 성 - 202 ms/ mm의 Gm과 1. I A/ mm의 포화전류밀도를 갖는 고품위 트랜지스터를 제작

Abstract ▼

The main objective of this study is settling down tlie AlGaN/ GaN MODFET technology that improves the power hmit, by using the 3C-SiC, which has superior themal conductivity of 5W/ cm- K. Also, the Z- DEG layer with high electron concelltration and high electron mobility on tlie Piezoelectric effect

The main objective of this study is settling down tlie AlGaN/ GaN MODFET technology that improves the power hmit, by using the 3C-SiC, which has superior themal conductivity of 5W/ cm- K. Also, the Z- DEG layer with high electron concelltration and high electron mobility on tlie Piezoelectric effect is studied and thr high performance MODFET 15 developed. Tlie research scientiests and engineers are being educated to have a high technology and enliance tlie nation abihty in that field.

Tlie growth of AIGaN and GaN was optimized on the ratio, the gas mixing ratio of TX 【AI and TX 【Ga, and the process pressure in tlie MOCVD reactor. The dependence of Si doping on The crystalhnity and carrier properties of density and mobility for grown AIGaN layer was studied. The high performance AIGaN layer on which the voids and cracks were reduced remarkably was obtained by introducing the AIGaN/ GaN spuer lattice AIN buffers on 3C- SiC. Also, the GaN and AIGaN layer without crack was grown on Si. Single crystal 3C- SiC films were successfully grown on si (111) substrates using TX 【5. Tlle mechanism of void formation at the SiC/ Si interface and the SiC growth model were proposed. 3C- SiC films were grown on SINx/ Si substrate in order to overcome The lattice mismatch between SiC and Si substrates. 3C- SiC films were grown on GaN/ s叩phire substrates. 3C- SiC films were grown on 2 inch Si substrates for the growth of large area 3C- SiC substrates. The cllrrent collElpse of AIGaN/ GaN MODFET was effectively suppresed by the Ni oxide layer on The surface. Since the Ni film 15 deposited at the high vacuum, the degradation owing to the atmosphre can be removed and the MODFET has the relaiabe charactehstics. The etching mechanism for GaN using BC13 was renewd as the combining of B and N is not the origin on The increase of etch rate. The process for fine gate formation was proposed for the high formance AIGaN/ GaN MODFET.
- MOCVD Proces optimization for high performance Z- DEG channel - High quality AIGaN layer growth on si (111) and 3C-SiC/Si - The mechanism of void formation at the SiC/ Si interface and the SiC growth model were proposed. - Growth of 3C- SiC films on 2 inch Si substrates for the growth of large area 3C- SiC substrates. - The development of PEC etching of GaN using acid and alkali generally used. - The development of wet chemical oxidation process for Ga - FabProcess Low ohmic contact resistivity - Fabhcation of high performance AIGaN/GaN MODFET with transconductance of 202mS/mm and drain saturation c11rrent of 1.1A/mm

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 분야별 연구내용 및 결과...11
• 2-1. 고전자이동도／ 고밀도 AIGaN/GaN 2-DEG 채널 형성 분야...12
• 2-2. 3C- SiC/ Si 성장 연구 분야...48
• 2-3. 고전력/고주파 MODFET 제작 및 특성 분야...71
• 3. 결론...88
• 4. 언용문현...90