KR0177007B1 - 액상 에피택셜 성장법 - Google Patents

Abstract

목적; 다량의 산소가 도프되고, 또한 산화 갈륨(Ga₂O₃)의 석출물이 매우 적은 p형 GaP층을 성장시킬 수가 있으며, 따라서, 고휘도의 GaP 적색 발광 다이오드를 고수율로 제조하는 것을 가능하게 한 액상 에피택셜 성장법을 제공한다.

구성; GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼를 제조함에 있어서, 산화 갈륨(Ga₂O₃)을 첨가한 Ga용액을 사용하여 액상 에피택셜 성장법에 의해서 산소를 도프한 p형 GaP층을 적층하는 방법에 있어서, 상기 Ga₂O₃로서, 겉보기 밀도 3.0∼5.9g/㎤(25℃)의 Ga₂O₃고결체를 사용한다.

Description

액상 에피택셜 성장법

제1도는 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼의 한 예를 나타내는 개략 단면도.

제2도는 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼 제조를 위한 액상 에피택셜 성장 프로그램을 나타내는 도면.

제3도는 GaP층의 성장에 사용한 Ga 용액 중의 Ga₂O₃의 농도와 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼로부터 얻은 GaP 적색 발광 다이오드의 휘도(상대휘도)의 평균치와의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 p형 GaP층의 성장에 사용한 Ga 용액 중의 분말형상 Ga₂O₃의 농도와 Ga₂O₃석출물에 기인하는 면 불량율과의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는 실시예 1에서, 소결체의 크기가 0.05㎥에서의 첨가한 Ga₂O₃소결체의 밀도와 Ga₂O₃석출물에 기인하는 면 불량율과의 관계 및 첨가한 Ga₂O₃소결체의 밀도와 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼로부터 얻은 GaP 적색 발광 다이오드의 휘도(상대휘도)의 평균치와의 관계를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : n형 GaP 기판 2 : n형 GaP 층

3 : p형 GaP 층 10 : 에피택셜 웨이퍼

본 발명은, GaP 기판 상에, 액상 에피택셜 성장법에 의해서 GaP 적색 발광 다이오드용의 GaP층을 성장시키는 방법에 관한 것이며, 더 자세히는 산소를 도프한 p형 GaP층을 성장시키는 방법에 관한 것이다.

GaP 적색 발광 다이오드는, 통상, 액상 에피택셜 성장법에 의해서, n형 GaP 기판 상에 n형 및 p형 GaP 층을 순차로 적층형성한 GaP 적색 발광 다이오드용 애피택셜 웨이퍼를 제조하여 이를 소자화하므로써 얻어진다.

GaP는 pn접합을 형성한 그대로로서는 적색 발광이 되지 않으므로, 아연(Zn) 및 산소(O)를 p형 GaP 층에 도프한 연후에 약 500℃에서 열처리하므로써, 발광 중심이 되는 Zn-O 쌍을 p형 GaP 층 내에 형성시킨다.

이 GaP 적색 발광 다이오드는, 피크파장 700㎚ 전후의 적색 발광을 한다.

상기와 같이, GaP 적색 발광 다이오드의 p형 GaP층에는 Zn와 O가 도프되어 있으며, 고휘도의 발광 다이오드를 얻기 위해서는, Zn-O 쌍의 농도를 높게 하면 되나, 그러기 위해서는, 다량의 O를 도프한 필요가 있다. 통상, 입수하기 쉽다거나 혹은 계량하기 쉽다는 이유로, 분말형상의 Ga₂O₃를 사용하고, 이 분말형상의 Ga₂O₃를 O 도프원으로서 첨가한 액상 에피택셜 성장용 Ga용액을 사용하여 O 도프 p형 GaP 층을 성장시키고 있었다.

그러나, 분말형상의 Ga₂O₃는, Ga용액과의 웨팅성이 불량하고, Ga용액에 대한 용해가 극히 불한정하므로, 그와 같은 Ga₂O₃를 첨가한 액상 에피택셜 성장용 Ga용액을 사용하여 성장시킨 O 도프 p형 GaP 층에 있어서는, 그 p형 GaP 층 중의 O 농도가 불안정하게 되며, 나아가서는 발광휘도가 불안정 혹은 불균일하게 되어 버린다. 그 뿐만 아니라, 고휘도화를 도모하기 위하여 보다 다량의 분말형상 Ga₂O₃를 Ga용액에 첨가하면, 분말형상의 Ga₂O₃는 Ga용액에 완전히 용해되지 못하고, 분말형상 그대로 남는다. 이 분말형상의 잔류 Ga₂O₃는, 성장된 p형 GaP 층 표면에 Ga₂O₃색출물로서 부착하여, 면 불량율이 증가한다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 다량의 산소가 도프되고, 또한 산화 갈륨(Ga₂O₃)의 석출물이 극히 적은 p형 GaP층을 성장시킬 수가 있으며, 따라서, 고휘도의 GaP 적색 발광 다이오드를 고수율로 제조하는 것이 가능하게 한 액상 에피택셜 성장법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼를 제조함에 있어서, 산화 갈륨(Ga₂O₃)을 첨가한 Ga용액을 사용하여 액상 에피택셜 성장법에 의거 산소를 도프한 p형 GaP 층을 적층하는 방법에서, 상기 Ga₂O₃로서 겉보기 밀도 3.0∼5.9g/㎤(25℃)의 Ga₂O₃고결체(固結體)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

그 Ga₂O₃고결체의 크기는, 0.03㎤(25℃) 이상의 것이 적합하게 사용된다. 또, 그 Ga₂O₃고결체는 소결체가 바람직하다. 또한, 그 Ga₂O₃고결체가 결합제를 사용한 소결체라도 좋다. 그 결합제로서는, 산화규소(SiO₂) 또는 산화아연(ZnO)을 사용하는 것이 적절하다.

[실시예]

이하에, 본 발명 방법의 대상이 되는 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼에 관하여, 도면을 참조해서 설명한다. 제1도는 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼의 한 예를 도시하는 개략 단면 설명도이다. 이 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼(10)는, n형 GaP 기판(1) 위에 n형 GaP층(2) 및 p형 GaP층(3)이 순차로 형성되어 있다.

n형 및 p형이 되는 도팬트는, 각각 예로서, 유황(S) 및 아연(Zn)이다. 또, p형 GaP층(3)에는 Zn와 함께 산소가 도프되어 있다.

다음에, 상기 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼(10)의 제조 방법의 한 예를 이하에 설명한다.

우선, 예로서, 액체봉지(封止) 초크랄스기법(LEC법)에 의하여 육성된 n형 GaP 단결정을 웨이퍼 가공해서 n형 GaP기판(1)을 제조한다. 이 n형 GaP기판(1) 상에 각 GaP층(2, 3)을 액상 에피택셜 성장법에 의하여 형성시킨다. 즉, 액상 에피택셜 성장법으로 n형 GaP층(2)을 형성한 후, 그 n형 GaP(2) 상에 제2도에 도시하는 성장 프로그램으로 p형 GaP층(3)을 성장시킨다.

제2도에서, 우선, p형 GaP층(3)의 성장 개시가 되는 온도(예로서, 1050℃)에서, Zn, Ga₂O₃및 GaP 다결정을 용해시킨 Ga용액(1050℃ 에서의 GaP의 포화 Ga 용액)을 상기 n형 GaP기판(1) 상에 n형 GaP층(2)을 형성한 기판(이하, 「n형 다층 GaP기판」이라 한다) 상에 배치한다.

다음에, 온도를 1050℃(성장 개시 온도, 제2도에서의 A)로부터 980℃(성장 종료 온도, 제2도에서의 B)까지 강온시키고, 상기 Ga용액 중의 GaP를 상기 n형 다층 GaP 기판의 n형 GaP층(2) 상에 석출시켜서 p형 GaP층(3)을 성장시킨 후, 이 온도에서의 상기 Ga용액을 기판으로부터 분리시킨다. 이와 같이 하여, Zn 및 O 가 도프된 P형 GaP층(3)이 형성된다. 이어서, 50℃까지 냉각시켜 기판을 꺼낸 후, 약 500℃로 열처리하여 발광 중심이 되는 Zn-O 쌍을 p형 GaP층(3) 내에 형성시킨다.

상기와 같이 하여, n형 GaP기판(1) 상에 n형 GaP층(2) 및 p형 GaP층(3)이 순차로 적층 형성된 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼(10)가 제조된다. 이 에피택셜 웨이퍼(10)의 n형 GaP기판(1)의 하면에 n전극, p형 GaP층(3) 상에 p전극을 형성하고, 다이싱 후, 그 반도체 칩을 지지체에 고착시키며, 와이어 본딩 후, 수지로 봉하여 막으므로써 GaP 적색 발광 다이오드가 얻어진다.

다음에, 실험예 및 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

[실험예 1]

액상 에피택셜 성장용 Ga용액에 첨가하는 Ga₂O₃를, 분말형상의 Ga₂O₃, 그 첨가 농도를 01∼0.45중량%로 하여, 상기한 성장법에 의거 p형 GaP층(3)을 성장시켜, GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼(10)를 제조하였다.

제3도는, p형 GaP층(3)의 성장에 사용한 Ga용액 중의 Ga₂O₃의 농도(중량%)와 상기 에피택셜 웨이퍼(10)로부터 얻은 GaP 적색 발광 다이오드의 휘도(상대 휘도)의 평균치와의 관계를 나타낸다. 도면에서, 상대휘도가 45 이상 고휘도 발광 다이오드를 얻기 위해서는, p형 GaP층(3)의 성장에 사용되는 Ga용액 중의 Ga₂O₃농도를 0.35% 이상으로 할 필요가 있음을 알 수 있다.

그러나, 고휘도의 GaP 적색 발광 다이오드를 얻기 위하여, Ga₂O₃농도를 0.35중량% 이상으로 하면, p형 GaP층(3)에 Ga₂O₃석출율이 다수 발생하여, 제4도와 같이 Ga₂O₃석출물에 기인하는 면 불량율이 45% 이상으로 되어 버린다.

또, 면 불량율을 10%이하로 하기 위하여, Ga₂O₃농도를 0.2중량% 이하로 하면, 제3도로부터 분명한 바와 같이 고휘도화가 달성되지 못한다. 여기에서, Ga₂O₃석출물에 기인하는 면 불량율(%)은 아래 식(1)에 의하여 산출된다.

(a/b)×100 …(1)

상기 식(1) 중, a는 Ga₂O₃석출물에 기인하는 불량 에피택셜 웨이퍼의 개수, b는 p형 GaP층 성장공정에 투입된 n형 다층 GaP기판의 개수이다.

또, Ga₂O₃석출물에 기인하는 불량 에피택셜 웨이퍼란, Ga₂O₃석출물의 개수 10개/㎠ 인 에피택셜 웨이퍼를 말한다.

[실시예 1]

Ga₂O₃로서, 겉보기 밀도 3.0, 3.9, 4.6, 5.2 및 5.9g/㎤(25℃), 크기가 각각 0.03, 0.05, 0.08 및 0.15㎤(25℃)의 Ga₂O₃성형소결체를 사용하였다. 그 Ga₂O₃소결체를 0.40 중량%로 액상 에피택셜 성장용 Ga용액에 첨가하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 p형 GaP층(3)을 성장시켜 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼(10)를 제조하였다.

제5도에 상기한 방법으로 얻은 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼(10) 중 Ga₂O₃소결체의 크기가 0.05㎤에 있어서, 첨가한 Ga₂O₃소결체 밀도와, Ga₂O₃석출물에 기인하는 면 불량율(실험예 1과 동일 방법으로 산출)과의 관계 및 첨가한 Ga₂O₃소결체의 밀도와 상기 에피택셜 웨이퍼(10)로부터 얻은 GaP 적색 발광 다이오드의 휘도(상대 휘도)의 평균치와의 관계를 나타낸다(● : 면 불량율, ○ : 상대 휘도).

Ga₂O₃소결체의 겉보기 밀도가 3.0g/㎤ 이상이면, Ga₂O₃석출물에 기인하는 면 불량율은 7% 이하(겉보기 밀도 4.5g/㎤에서는 불량율은 대략 0%)와, 분말형상 Ga₂O₃의 경우의 불량율 약 55%(제4도 참조)에 대하여 대폭적인 개선이 달성됨과 동시에, 발광 휘도(상대 휘도)의 평균치도 약 45와 고휘도였다. 또, Ga₂O₃성형소결체의 크기가 0.03, 0.08, 0.15㎤인 경우에도, 상기한 0.05㎤의 경우와 동일한 효과가 달성된다.

따라서, p형 GaP층(3)의 성장에 사용하는 Ga 용액에 첨가하는 Ga₂O₃로서, 겉보기 밀도 3.0∼5.9g/㎤(25℃)의 Ga₂O₃소결체이며, 그 크기가 0.03㎤(25℃)이상인 Ga₂O₃소결체를 사용하므로서 Ga용액 중에서 Ga₂O₃를 0.35중량% 이상과 다량으로 함유(고휘도화의 필수조건)시켜도, p형 GaP층(3)으로 석출하는 Ga₂O₃석출물이 극히 적은 면 상태가 양호한 GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼를 고수율로 제조할 수가 있는 것이 확인되었다.

상기 실시예 1에 있어서는, 결합제가 없는, Ga₂O₃소결체를 사용한 예를 도시하였는데, 결합제로서 SiO₂또는 ZnO를 사용한 Ga₂O₃소결체에 관해서도 같은 결과가 얻어지는 것도 확인하였다. 또, Ga₂O₃소결체의 적용 예를 도시하였는데, Ga₂O₃소결체 이외의 Ga₂O₃고결체, 예컨대, 정석체를 사용하여도 본 발명의 작용효과가 달성된다는 것도 확인하였다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 의하면, 다량의 산소가 도프되고, 또한 산화 갈륨(Ga₂O₃)의 석출물이 극히 적은 p형 GaP층을 성장시킬 수가 있으며, 따라서, 고휘도의 GaP 적색 발광 다이오드를 고수율로 제조할 수가 있다는 효과를 나타낸다.

Claims (5)

1. GaP 적색 발광 다이오드용 에피택셜 웨이퍼를 제조함에 있어서, 산화 칼륨(Ga₂O₃)를 첨가한 Ga용액을 사용하고, 액상 에피택셜 성장법에 의하여 산소를 도프한 p형 GaP층을 적층하는 방법에 있어서, 상기 Ga₂O₃로서 겉보기 밀도 3.0∼5.9g/㎤(25℃)의 Ga₂O₃고결체를 사용하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장법.
2. 제1항에 있어서, 상기 Ga₂O₃고결체의 크기가 0.03㎤(25℃)이상임을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Ga₂O₃고결체가, 소결체임을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 Ga₂O₃고결체가, 결합제를 사용한 소결체임을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장법.
5. 제4항에 있어서, 상기 결합제가 산화규소(SiO₂) 또는 산화아연(ZnO)임을 특징으로 하는 액상 에피텍셜 성장법.