열 산화공정을 이용하여 제작된 고전압 GaN 쇼트키 장벽 다이오드

High-Voltage GaN Schottky Barrier Diode on Si Substrate Using Thermal Oxidation

차세대 전력 반도체인 고전압 GaN 쇼트키 장벽 다이오드의 역방향 특성을 개선하기 위해서 열 산화공정이 제안되었다. AlGaN/GaN 에피탁시 위에 쇼트키 장벽 다이오드 구조가 제작되었으며, 쇼트키 컨택은 증착 후 $450^{\circ}C$에서 산화되었다. 열 산화공정이 메사 측벽의 AlGaN 및 GaN 표면에 $AlO_x$ 및 $GaO_x$를 형성하여 표면으로 흐르는 누설전류를 억제한다. 표면 및 GaN 버퍼를 통한 누설전류는 열 산화 공정 이후 100 ${\mu}m$-너비당 51.3 nA에서 24.9 pA로 1/2000 배 수준으로 감소하였다. 표면 산화물 형성으로 인하여 생성된 Ga-vacancy와 Al-vacancy는 acceptor로 동작하여 surface band bending을 증가시켜 쇼트키 장벽 높이를 증가시킨다. 애노드-캐소드 간격이 5 ${\mu}m$인 제작된 소자는 0.99 eV의 높은 쇼트키 장벽 높이를 획득하여, -100 V에서 0.002 A/$cm^2$의 낮은 누설전류를 확보하였다. 애노드-캐소드 간격이 5에서 10, 20, 50 ${\mu}m$로 증가되면 소자의 항복전압은 348 V에서 396, 606, 941 V로 증가되었다. 열 산화공정은 전력용 GaN 전자소자의 누설전류감소와 항복전압 증가를 위한 후처리 공정으로 적합하다.