Gate Recessed AlGaN/GaN HEMTs 을 위한 Low Damage 건식 식각에 대한 연구

Abstract

AlGaN/GaN HEM는 spontaneous와 piezo polarization에 의해 AlGaN/GaN interface에 2DEG channel을 가지게 되어 normally-on 동작을 하게 된다. 이는 전력 모듈 구동회로의 단순화 및 시스템 안정화 등에 적합하지 않은 영향을 주게 되어 최근에는 gate recess와 fluorine plasma 처리 등을 이용한 normally-off 소자에 대한 연구가 이루어 지고 있다. 본 논문에서는 건식 식각을 이용한 gate recess에 대하여 연구를 진행하였다. 우수한 식각은 좋은 균일도, smooth한 표면 roughness, 미세한 depth control을 위한 low etch rate, dead time없는 etching linearity, 그리고 low damage 특성을 가져야 한다. 위에서 언급한 우수한 특성을 가지는 etching recipe을 얻기 위해 RF bias power, chamber pressure, 그리고 gas ratio등을 변화 해가며 실험을 진행하였다. 그 결과 ICP source power 200 W, RF bias power 5 W, chamber pressure 10 mTorr, BCl3 : Cl2 = 2 : 18 sccm 의 etching recipe을 개발하였다. 위에서 개발한 etching recipe의 damage 특성을 평가하기 위하여 recessed diode을 제작하였고, 기존의 etching recipe을 적용한 것과 비교하였을 때, cv hysteresis가 거의 없어지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 이를 적용한 gate recessed HEMT을 제작하였으며, Dit = 6.12 x 1012 cm-2eV-1의 낮은 interface trap density을 가지는 것을 확인 하였으며, 이를 통해 개발한 etching recipe이 low damage 특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 제작된 gate recessed HEMT는 gate length : 2 um, gate width : 100 um, gate to drain length : 15 um에서 0.24 V의 문턱전압, 206 mA/mm의 최대 전류, 238 mS/mm의 Gm,MAX, 515 V의 off-state 항복전압 특성을 보였다. 또한 1.1 x 1.1 cm2 크기의 sample size에서 +/- 70 mV의 문턱전압 변화를 보였으며, 표준편차는 49 mV 였고, etching 깊이 불 균일성은 5 %로 우수한 균일도를 가지는 것을 확인 할 수 있었다.