JP2006253628A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明に係る化合物半導体装置は、基板と、前記基板上に配列された多数の球形のボールと、前記球形のボール間と前記球形のボール上部とに形成され、紫外線、可視光線または赤外線領域の光を放出する化合物半導体薄膜とを含む。
【選択図】 図7
Description
図3〜図7は、本発明の好ましい第1の実施形態による化合物半導体装置及びその製造方法を説明するための断面図である。
Ga(CH3)3+NH3→ Ga(CH3)3・NH3
Ga(CH3)3・NH3→GaN+nCH4+1/2(3−n)H2
図8は、本発明の好ましい第2の実施形態による化合物半導体装置及びその製造方法を説明するための断面図である。
図9は、本発明の好ましい第3の実施形態による化合物半導体装置及びその製造方法を説明するための断面図である。
Ga(l)+HCl(g)→GaCl(g)+1/2H2(g)
GaCl(g)+NH3→GaN+HCl(g)+H2
HCl(g)+NH3→NH4Cl(g)
球形のボールを製造するために、まず、0.17モル(7.747ml)のTEOSを無水エタノール(12.253ml)に溶かして第1の溶液を製造する。2.0モルのアンモニアエタノール溶液100mlと7.5モルの脱イオン水(deionized water)(27ml)とエタノール(53ml)とを混ぜて第2の溶液を製造する。第1の溶液と第2の溶液とを混ぜた後(総量は200ml)、約30℃で5時間撹拌する。次に、撹拌して得られた溶液から12000rpmで遠心分離して球形のボールを分離した後、エタノールで洗ってエタノール溶液に再分散させて球形のボールを製造した。この時、得られた球形のボールの平均直径は、図2に示す走査電子顕微鏡写真のように、0.5μm(500nm)である。球形のボールのサイズは製造条件、即ち、成長時間、温度、反応物質の量によって10nm〜2μmまで多様に製造することができる。
実験例1のように、シリコン基板上に球形の酸化シリコン(SiO2)ボールをコーティングした後、AlN/AlGaNからなるバッファ層を形成した。AlNバッファ層は、個別的なラインを通じてTMAl及びNH3気体を各々30sccm及び1500sccm範囲の流れ速度で水素を運搬用気体として使用して反応器内に注入し、反応器の圧力は100torrで、反応器の温度は1150℃で維持しながら反応前駆体(TMAl、NH3)を10分間化学反応させてAlNバッファ層を成長させた。また、AlGaNバッファ層は、個別的なラインを通じてTMAl、TMGa及びNH3気体を各々10sccm、4.2sccm及び1500sccm範囲の流れ速度で水素を運搬用気体として使用して反応器内に注入し、反応器の圧力は100torrで、反応器の温度は1100℃で維持しながら反応前駆体(TMAl、TMGa、NH3)を10分間化学反応させてAlGaNバッファ層を成長させた。
105、205、220、320 球形のボール
110、210、310 バッファ層
115、125、215、225、315、325 化合物半導体薄膜
Claims (27)
- 基板と、
前記基板上に配列された多数の球形のボールと、
前記球形のボール間及び前記球形のボール上部に形成され、紫外線、可視光線または赤外線領域の光を放出する化合物半導体薄膜と、を含むことを特徴とする化合物半導体装置。 - 前記基板と前記化合物半導体薄膜との結晶学的差を緩和させ、前記化合物半導体薄膜の結晶欠陷密度を最小化するために前記基板と前記化合物半導体薄膜との間に形成されたバッファ層をさらに含むこと
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記基板と前記化合物半導体薄膜との結晶学的差を緩和させ、前記化合物半導体薄膜の結晶欠陷密度を最小化するために前記基板と前記化合物半導体薄膜との間に形成されたバッファ層と、
前記化合物半導体薄膜上に配列された多数の球形のボールと、
前記化合物半導体薄膜上に配列された球形のボール間及び前記化合物半導体薄膜上に配列された球形のボール上部に形成され、紫外線、可視光線または赤外線領域の光を放出する化合物半導体薄膜と、を含むこと
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記基板と前記化合物半導体薄膜との結晶学的差を緩和させ、前記化合物半導体薄膜の結晶欠陷密度を最小化するために前記基板と前記化合物半導体薄膜との間に形成されたバッファ層をさらに含み、
前記化合物半導体薄膜は、第1及び第2の化合物半導体薄膜からなり、前記第1の化合物半導体薄膜は、前記バッファ層上に形成され、前記第2の化合物半導体薄膜は、前記第1の化合物半導体薄膜上に形成された前記球形のボール間及び前記球形のボール上部に形成されること
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記化合物半導体薄膜上に積層され、前記化合物半導体薄膜とは異なる物質からなる少なくとも1層の化合物半導体薄膜をさらに含むこと
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記バッファ層は、GaN、AlN、AlGaNまたはこれらを組み合わせた膜により形成すること
を特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。 - 前記バッファ層と前記化合物半導体薄膜とは、結晶構造が同一であり、格子定数差が少なくとも20%以内であること
を特徴とする請求項6に記載の化合物半導体装置。 - 前記球形のボールは、SiO2ボール、Al2O3ボール、TiO2ボール、ZrO2ボール、Y2O3−ZrO2ボール、CuO、Cu2Oボール、Ta2O5ボール、PZT(Pb(Zr、Ti)O3)ボール、Nb2O5ボール、FeSO4ボール、Fe3O4ボール、Fe2O3ボール、Na2SO4ボール、GeO2ボール、CdSボールまたは金属ボールからなること
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記球形のボールの直径は、10nm〜2μmであること
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記化合物半導体薄膜は、GaN、AlN、InNまたはこれらの組み合わせ(Ga1−xAl1−yIn1−zN、0≦x、y、z≦1)により形成された膜であること
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記化合物半導体薄膜は、Si、Ge、Mg、Zn、O、Se、Mn、Ti、Ni及びFeよりなった群から選択された1種以上の異種物質を追加的に含むこと
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - 前記基板は、Al2O3、GaAs、スピネル、InP、SiCまたはSiからなること
を特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。 - (a) 球形のボールを製造する段階と、
(b) 基板上に前記球形のボールをコーティングする段階と、
(c) 前記球形のボールがコーティングされた基板上にバッファ層を成長させる段階と、
(d) 前記球形のボールの間に化合物半導体薄膜を選択的に成長させる段階と、
(e) 前記化合物半導体薄膜を側面方向に成長させて前記球形のボール上で互いに接着させる段階と、
(f) 前記化合物半導体薄膜を目標とする厚さまで成長させる段階と、を含むこと
を特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 前記(f)段階の後に、球形のボールを製造する段階と、
前記化合物半導体薄膜上に球形のボールをコーティングする段階と、
前記球形のボールがコーティングされた化合物半導体薄膜の上部と前記球形のボールとの間に化合物半導体薄膜を選択的に成長させる段階と、
前記化合物半導体薄膜を側面方向に成長させて前記球形のボール上で互いに接着させる段階と、をさらに含むこと
を特徴とする請求項13に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - (a) 基板上にバッファ層を成長させる段階と、
(b) 前記バッファ層上に第1の化合物半導体薄膜を選択的に成長させる段階と、
(c) 前記第1の化合物半導体薄膜を側面方向に成長させて互いに接着させる段階と、
(d) 球形のボールを製造する段階と、
(e) 前記第1の化合物半導体薄膜に球形のボールをコーティングする段階と、
(f) 前記第1の化合物半導体薄膜の上部と前記球形のボールとの間に第2の化合物半導体薄膜を選択的に成長させる段階と、
(g) 前記第2の化合物半導体薄膜を側面方向に成長させて前記球形のボール上でお互いに接着させる段階と、
(h) 前記第2の化合物半導体薄膜を目標とする厚さまで成長させる段階と、を含むこと
を特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 前記球形のボールの直径は、10nm〜2μmであること
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記球形のボールは、SiO2ボール、Al2O3ボール、TiO2ボール、ZrO2ボール、Y2O3−ZrO2ボール、CuO、Cu2Oボール、Ta2O5ボール、PZT(Pb(Zr、Ti)O3)ボール、Nb2O5ボール、FeSO4ボール、Fe3O4ボール、Fe2O3ボール、Na2SO4ボール、GeO2ボール、CdSボールまたは金属ボールからなること
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記球形のボールを製造する段階は、テトラエチルオルトシリケート(TEOS:tetraethyl orthosilicate)を無水エタノールに溶かして第1の溶液を製造する段階と、
アンモニアエタノール溶液と脱イオン水(deionized Water)とエタノールとを混合して第2の溶液を製造する段階と、
前記第1の溶液と前記第2の溶液とを混合した後、所定温度で所定時間撹拌する段階と、
撹拌して得られた溶液から遠心分離により球形のボールを分離する段階と、
分離された前記球形のボールをエタノール溶液に分散させて球形のボールを製造する段階と、を含むこと
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記バッファ層は、前記基板と前記化合物半導体薄膜との結晶学的差を緩和させ、前記化合物半導体薄膜の結晶欠陷密度を最小化するために少なくとも10〜200nmの厚さに形成し、GaN、AlN、AlGaNまたはこれらの組み合わせ層に形成すること
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記バッファ層を成長させる段階は、反応器内の圧力及び温度を一定に維持する段階と、
個別的なラインを通じて反応前駆体を所定の流れ速度で前記反応器内に注入する段階と、
前記反応器内で前記反応前駆体を化学反応させて目標とする厚さのバッファ層を成長させる段階と、を含むこと
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記反応器の温度を400〜1200℃で維持しながら前記バッファ層を成長させること
を特徴とする請求項20に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - TMAl、TMGa、TEGaまたはGaCl3を第1の反応前駆体として使用し、NH3、窒素または3級ブチルアミン(Tertiarybutylamine(N(C4H9)H2)を第2の反応前駆体として使用して、GaN、AlN、AlGaNまたはこれらの組み合わせ膜からなるバッファ層を形成すること
を特徴とする請求項20に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記球形のボールの間に化合物半導体薄膜を選択的に成長させる段階は、反応器内の圧力及び温度を一定に維持する段階と、
個別的なラインを通じて反応前駆体を所定の流れ速度で前記反応器内に注入する段階と、
前記反応器内で前記反応前駆体を化学反応させて化合物半導体薄膜を成長させる段階と、を含むこと
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記反応器の温度を900〜1150℃で維持しながら前記化合物半導体薄膜を成長させること
を特徴とする請求項23に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - TMAl、TMGa、TEGaまたはGaCl3を第1の反応前駆体として使用し、NH3、窒素または3級ブチルアミン(Tertiarybutylamine(N(C4H9)H2)を第2の反応前駆体として使用して、GaN、AlN、AlGaNまたはこれらの組み合わせ膜からなる化合物半導体薄膜を形成すること
を特徴とする請求項23に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記化合物半導体薄膜は、Si、Ge、Mg、Zn、O、Se、Mn、Ti、Ni及びFeよりなった群から選択された1種以上の異種物質を追加的に含むこと
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 前記基板は、Al2O3、GaAs、スピネル、InP、SiCまたはSiからなること
を特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
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