KR100266067B1 - Plasma annealing method for p-type activation of mg-doped gan semiconductor films grown by mocvd - Google Patents

Plasma annealing method for p-type activation of mg-doped gan semiconductor films grown by mocvd Download PDF

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Abstract

본 발명은 p-형 불순물을 도핑하여 질화갈륨의 반도체 박막을 활성화시키기 위한 p-형 활성화 방법에 관한 것으로, 유기금속 화학 기상증착법으로 사파이어 기판위에 일정한 높이와 온도로 GaN 버퍼층을 성장시키는 제 1공정과, 상기 GaN 버퍼층에 마그네슘이 도핑된 GaN 박막을 고온에서 일정한 두께로 성장시키는 제 2공정과, 상기 제 2공정 수행시 질소가스를 주gm름으로 사용하고 난후 10-3Torr의 진공용기안에서 질소나 아르곤 플라즈마로 어닐링시키는 제 3공정을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.The present invention relates to a p-type activation method for activating a semiconductor thin film of gallium nitride by doping a p-type impurity, the first step of growing a GaN buffer layer on a sapphire substrate at a constant height and temperature by an organometallic chemical vapor deposition method And a second process of growing a GaN thin film doped with magnesium into the GaN buffer layer at a high temperature at a constant thickness, and using nitrogen gas as the main flow during the second process, and nitrogen in a vacuum vessel of 10 -3 Torr. B) a third step of annealing with an argon plasma.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 반응로에 수소가스나 수소/질소 혼합가스를 주요 혼합가스로 사용하는 대신 질소가스를 사용함으로써 박막성장시 수소가스의 분해에 의한 Mg-H 복합체의 형성을 억제시키고, 플라즈마 어닐링으로 수소합량을 더욱 줄일수 있는 높은 운반자 농도을 갖는 p-형화를 실현할 수 있는 효과가 제공된다.As described above, according to the present invention, instead of using hydrogen gas or hydrogen / nitrogen mixed gas as the main mixed gas in the reactor, nitrogen gas is used to suppress the formation of Mg-H composite due to decomposition of hydrogen gas during thin film growth. In addition, the plasma annealing provides an effect of realizing p-type with a high carrier concentration which can further reduce the amount of hydrogen.

Description

유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 피형 활성화 방법Plasma Activation Method of Magnesium-doped Gallium Nitride Thin Film Grown by Organometallic Chemical Vapor Deposition by Plasma Annealing

본 발명은 p-형 불순물을 도핑하여 질화갈륨의 반도체 박막을 활성화시키기 위한 p-형 활성화 방법에 관한 것으로, 특히 결정성장시의 질소가스를 주요 흐름 가스(main stream gas)를 이용하여 플라즈마를 어닐링함으로써 p-형 활성화가 가능토록 하는 유기금속 화학 증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a p-type activation method for activating a semiconductor thin film of gallium nitride by doping a p-type impurity. Particularly, the present invention relates to annealing plasma by using a main stream gas of nitrogen gas during crystal growth. The present invention relates to a p-type activation method by plasma annealing of a magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition to enable p-type activation.

특히, 결정성장시의 주요 흐름 가스원을 수소, 수소/질소혼합가스 또는 질소가스로 할 경우 p-형 활성화에 영향을 미치게 된다. 이를 위해 본 발명은 질소 가스원으로 박막성장시 기판에 자외선을 조사함으로써 광활성화(optical activation)하는 방법과 또는 도핑가스로 마그네슘(Mg)에 실리콘(Si)이나 아연(Zn)을 소량 포함시켜 코도핑(codoping) 유기 금속원을 이용하는 방법을 포함하는 것으로 p-형 활성화가 가능하고 양질의 p-형 질화갈륨층을 성장할 수 있다.In particular, when the main flow gas source during crystal growth is hydrogen, hydrogen / nitrogen mixed gas or nitrogen gas, p-type activation is affected. To this end, the present invention provides a method of optical activation by irradiating ultraviolet rays to a substrate during thin film growth with a nitrogen gas source or a small amount of silicon (Si) or zinc (Zn) in magnesium (Mg) as a doping gas. Including a method of using a codoping organometallic source, p-type activation is possible, and a good quality p-type gallium nitride layer can be grown.

최근에 질화갈륨계 반도체의 광전자 소자는 청색 및 자외선의 스펙트럼영역에 까지 응용되고 있다.Recently, optoelectronic devices of gallium nitride-based semiconductors have been applied to spectral regions of blue and ultraviolet rays.

이러한 응용에서 중요한 문제중의 하나가 질화갈륨의 p형 활성화이다. 질화갈륨의 주요 성장법은 유기 금속원을 이용하는 화학 기상증착방법(MOCVD)으로 p형 엑셉터 도핑물질로 마그네슘을 이용한다.One of the important problems in this application is the p-type activation of gallium nitride. The main growth method of gallium nitride is chemical vapor deposition (MOCVD) using an organometallic source, and magnesium is used as a p-type acceptor dopant.

그런데, 마그네슘 엑셉터가 수소원자와 쉽게 결합하여 둘러 쌓이게 되어 p-형을 띠지 못한 채 정공(hole)을 보상해 버린다. 이러한 물리적 현상을 타개하기 위해 많은 노력이 경주되었으며, 특히 질화갈륨을 성장한 후 낮은 에너지를 갖는 전자선을 조사함으로써 수소를 탈착시키는 방법(LEEBI)과 성장 후에 질소 분위기에서 열처리하는 방법(thermal annealing)등이 고안되었다.However, the magnesium acceptor easily bonds with the hydrogen atom and is enclosed, thereby compensating for the hole without having a p-type. Efforts have been made to overcome these physical phenomena, particularly the method of desorption of hydrogen (LEEBI) by irradiating low energy electron beam after growing gallium nitride (LEEBI) and the method of thermal annealing in nitrogen atmosphere after growth. Designed.

다른 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 재료인 GaAs, GaP, InP등의 박막성장시에 p-형 불순물로 Zn(아연) 이나 Mg(마그네슘)등을 도핑하면 p-형화가 이루어지지만, GaN 박막의 경우에는 그렇지 않다. p-형 불순물을 첨가하여도 저저항의 p-형화가 되지 않고, 고저항의 고유전율을 갖는 절연층이 되어진다.Doping Zn (zinc) or Mg (magnesium) with p-type impurities during thin film growth of other III-V semiconductor materials, GaAs, GaP, InP, etc., produces p-type, but not for GaN thin films. not. Even if the p-type impurity is added, the p-type of low resistance is not formed, and an insulating layer having a high dielectric constant of high resistance is obtained.

이러한 성장된 박막에 전자선을 조사할 경우 마그네슘이 첨가된 GaN 결정 중에는 성장직 후 마그네슘이 Ga(갈륨) 위치에 들어가지 않고 격자간의 위치에 놓여, 마그네슘이 엑셉터역할을 하지 못하고 있다가 전자선의 에너지를 받아 마그네슘이 이동하여 Ga 위치에 들어가는 것으로써 p-형화를 해석하였다. 이러한 해석은 재해석 되어졌다.When the electron beam is irradiated on the grown thin film, magnesium is not placed in the Ga (gallium) position immediately after growth in the GaN crystal added with magnesium, and thus the magnesium does not act as an acceptor. The p-formation was analyzed by moving the magnesium into the Ga position. This interpretation has been reinterpreted.

또한 p-형 활성화가 전자선에 의한 박막표면에서의 열에너지에 의한 효과이며 진공이나 질소분위기 속에서 GaN의 온도를 올려주면 같은 효과가 있음이 밝혀졌다. 이러한 p-형화의 기구에 대한 해석을 미약한 열에너지로 인해 마그네슘 원자가 Ga 위치로 이동한다기 보다는 반응중에 수소가스가 Mg-H 복합체를 형성하기 때문으로 이해하였다.It was also found that p-type activation was caused by the thermal energy at the thin film surface by electron beams, and the same effect was obtained by increasing the GaN temperature in vacuum or nitrogen atmosphere. The interpretation of this p-formation mechanism was understood to be due to the fact that hydrogen gas forms Mg-H complexes during the reaction rather than the magnesium atoms move to the Ga position due to the weak thermal energy.

이러한 수소의 결합이 다른 Ⅲ-Ⅴ반도체의 성장과는 다른 경우로 기상증착방법에서 사용하는 기체가 암모니아가스이며 성장온도가 다를 뿐인 이유로 해서 암모니아가스가 주요인으로 해석되고, 암모니아 분위기의 열처리를 통하여 400 ℃ 이상에서 분해되어 생기는 수소원자가 Ga 위치로 들어가 Ga 위치에 있는 마그네슘과 결합하여 Mg-H 복합체를 형성하며 고저항의 p-형 불활성화의 원인을 제공함으로 이해 하였다.The hydrogen bonding is different from that of other III-V semiconductors, and the gas used in the vapor deposition method is ammonia gas and the ammonia gas is interpreted as the main reason only because the growth temperature is different. Hydrogen atoms decomposed above ℃ were entered into the Ga position and combined with magnesium in the Ga position to form a Mg-H complex and was understood to provide a cause of high resistance p-type inactivation.

좀더 구체적으로 설명하면 사파이어 기판위에 먼저 0.02-0.05㎛ 의 AℓN(알루미늄)으로 이루어진 완충층을 약 400-600 ℃ 의 저온에서 성장시킨 후 계속해서 1000 ℃ 정도의 고온상태에서 마그네슘을 도핑하면서 성장시킨 GaN 박막층을 형성시키고 그 표면에 전자선을 조사하여 p형화할 경우 정공운반자 농도가 최대 1017/㎤ 정도이고, 저항도가 최소 12(Ohm:Greeks)-㎝로 낮아지는 p-형화를 성공하였고, 이것이 더욱 발전되어, 기판위에 먼저 p형 불순물로 마그네슘을 1020/㎤으로 도핑한 0.04㎛의 GaN 완충층과 4㎛ 의 GaN 박막층을 형성하여 700 ℃ 에서 열처리할 경우 최대 3-5×1017/㎤ 의 정공 운반자 농도와 최소 2-㎝ 의 저항도를 실현하였다.More specifically, on the sapphire substrate, a GaN thin film layer was first grown on a sapphire substrate with a buffer layer of 0.02-0.05 μm of AlN (aluminum) at a low temperature of about 400-600 ° C. and then doped with magnesium at a high temperature of about 1000 ° C. When p-type was formed by irradiating electron beams on the surface, the hole carrier concentration was up to 10 17 / cm3 and the p-type was successfully lowered to 12 Ω (Ohm: Greeks) -cm. Further development, when forming a 0.04 ㎛ GaN buffer layer and a 4 ㎛ GaN thin film layer doped with 10 20 / cm 3 doped with magnesium as a p-type impurity on the substrate first when the heat treatment at 700 ℃ up to 3-5 × 10 17 / cm 3 It realized the resistance of the positive hole carrier concentration and a minimum 2 Ω -㎝.

하지만 이러한 해석들은 Mg-H 복합체의 활성화에 필요한 에너지를 공급하는 방법상의 차이가 있으며 활성화율이 매우 낮다. 또한 높은 효율로 수소화된 엑셉터를 활성화시킬 수 있는 에너지공급 방식이 필요하며, 낮은 활성화에 따른 p-GaN/금속 계면의 p-면 전극형성시 높은 오믹저항을 초래하고 높은 부하전압(Vf)과 발광효율(Po)의 저하를 가져오는 등 광전자 소자 제작시 성능을 제한하는 문제점을 야기시키고 있다.However, these interpretations differ in the method of supplying the energy required for the activation of the Mg-H complex and the activation rate is very low. In addition, an energy supply method capable of activating a hydrogenated acceptor with high efficiency is required, and when the p-plane electrode is formed at the p-GaN / metal interface due to low activation, it causes a high ohmic resistance and a high load voltage (Vf) and It causes a problem of limiting the performance in manufacturing the optoelectronic device, such as lowering the luminous efficiency (Po).

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하고자 이루어진 것으로서, 그 목적은 p-형 질화갈륨 박막을 성장시켜 p-형 활성화 기구를 재삼 해석함으로써 p-형 활성화율을 향상시키고 높은 정공 운반자 농도를 갖도록 하는 p-형 활성화 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and its object is to grow a p-type gallium nitride thin film to re-analyze the p-type activation mechanism to improve p-type activation rate and high hole carrier concentration. It is to provide a p-type activation method to have a.

좀 더 상세하게는 반응로에 수소가스나 수소/질소 혼합가스를 주요 혼합가스로 사용하는 대신 질소가스를 사용함으로써 박막성장 후 후속열처리에 의한 에너지 없이도 Mg-H 복합체의 형성을 억제시켜 p-형화를 실현할 수 있게 하고, 또한 주흐름 가스를 질소가스로 한 결정성장동안 유기금속원 및 암모니아가스로부터 오는 수소원자와 마그네슘 원자가 반응하여 Mg-H 복합체를 형성시킬 수 있기 때문에 이러한 복합체형성에 필요한 결합에너지를 성장표면에서 자외선 스펙트럼을 이용한 광 에너지로 여기시킴으로써 수소원자를 탈착시켜 p-형 활성화 효율을 증가시키도록 할 뿐만 아니라 또한 플라즈마 어닐링이나 열처리를 더욱 수행하여 잔류 Mg-H 복합체를 완전 제거할 수 있게 하는데 있다.More specifically, by using nitrogen gas instead of using hydrogen gas or hydrogen / nitrogen mixed gas as the main mixed gas in the reactor, p-type formation is suppressed by suppressing the formation of Mg-H composite without energy by subsequent heat treatment after thin film growth. And the binding energy required for the formation of the complex because the hydrogen atom and the magnesium atom from the organometallic source and the ammonia gas can react to form the Mg-H complex during the crystal growth using the main flow gas as the nitrogen gas. Is excited by light energy using the ultraviolet spectrum at the growth surface to desorb hydrogen atoms to increase the p-type activation efficiency, and also to perform plasma annealing or heat treatment to completely remove residual Mg-H composites. It is.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 p-형 활성화 방법은 유기금속 화학 기상증착법으로 사파이어 기판위에 일정한 높이와 온도로 GaN 버퍼층을 성장시키는 제 1공정과, 상기 GaN 버퍼층에 마그네슘이 도핑된 GaN 박막을 고온에서 일정한 두께로 성장시키는 제 2공정과, 상기 성장된 GaN 박막의 활성화를 위하여 질소 가스를 주흐름으로 사용하여 GaN 박막을 성장한 후 10-3Torr의 진공용기안에서 일정온도로 가열된 지지대 위에 박막을정착하여 질소 플라즈마로 어닐링시키는 제 3공정을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.The p-type activation method of the present invention for achieving the above object is a first step of growing a GaN buffer layer on a sapphire substrate at a predetermined height and temperature by an organometallic chemical vapor deposition method, and a GaN thin film doped with magnesium in the GaN buffer layer Is grown to a constant thickness at a high temperature, and the GaN thin film is grown using nitrogen gas as a main flow to activate the grown GaN thin film, and then on a support heated to a constant temperature in a vacuum vessel of 10 -3 Torr. And a third step of annealing the thin film to nitrogen plasma.

본 발명의 다른 특징을 가진 p-형 활성화 방법은 유기금속 화학 기상증착법으로 질화갈륨의 다층박막을 성장시 p-형 박막층을 질소 가스 주 흐름분위기에서 수행하는 에피성장공정과, 상기 수행 공정중 p-형 박막층 성장시 할로겐 램프 세트에 의한 기판 표면을 광조사하는 광활성화 공정을 포함하고, 상기 공정 수행후 전자회로공정에 의한 고밀도 질소 플라즈마를 고온의 기판지지대위에 장착한 박막시료에 가하는 공정을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.The p-type activation method having another feature of the present invention is an epitaxial growth process of performing a p-type thin film layer in a nitrogen gas main flow atmosphere when growing a multi-layer gallium nitride thin film by organometallic chemical vapor deposition; A photoactivation process of irradiating a substrate surface by a halogen lamp set upon growth of the thin film layer, and a process of applying a high density nitrogen plasma by an electronic circuit process to a thin film sample mounted on a high temperature substrate support after performing the process. It is characterized by that.

바람직하게, 상기 GaN 버퍼층을 약 30nm 높이로 520 ℃ 에서 성장시키는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, the GaN buffer layer is grown at 520 ° C. with a height of about 30 nm.

바람직하게, 상기 GaN 박막을 1100 ℃ 고온에서 약 1.7㎛의 두께로 성장시키는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, the GaN thin film is characterized by growing to a thickness of about 1.7㎛ at 1100 ℃ high temperature.

바람직하게, 상기 성장된 GaN 박막을 약 800 ℃ 의 온도로 가열된 진공챔버에 장착시키는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, the grown GaN thin film is characterized in that it is mounted in a vacuum chamber heated to a temperature of about 800 ℃.

바람직하게, 상기 질소 플라즈마처리 공정을 20 min간 수행시키는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, the nitrogen plasma treatment process is characterized in that for 20 minutes.

바람직하게, 상기10-3Torr 이하의 진공용기에서, 질소 또는 아르곤 플라즈마분위기로 20 min간 800 ℃ 의 온도로 박막속의 수소원자를 여기시키는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, in the vacuum vessel of 10 −3 Torr or less, the hydrogen atoms in the thin film are excited by a nitrogen or argon plasma atmosphere at a temperature of 800 ° C. for 20 min.

바람직하게, 상기 플라즈마의 주파수는 254 GHz를 갖고 플라즈마 파워는 300₩를 갖는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, the plasma has a frequency of 254 GHz and the plasma power is characterized by having a 300 $.

바람직하게, 상기 GaN 박막을 활성화하기 위해 박막을 성장하는 동안 자외선을 성장하는 기판 표면에 조사하거나, 마그네슘 원자의 계면간의 상호확산을 줄이기 위해 할로겐 램프를 사용하는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, in order to activate the GaN thin film, a UV lamp is irradiated to the surface of the growing substrate while the thin film is grown, or a halogen lamp is used to reduce interdiffusion between interfaces of magnesium atoms.

바람직하게, 상기 마그네슘 도핑원과 비교적 확산장벽이 높은 규소 또는 아연 도핑원을 일정 비율로 혼합 및 코도핑하여 격자간의 원자왜곡에 의한 변형에너지를 줄이고 정공 운반자 농도의 높은 활성도를 갖게 하는 것을 그 특징으로 한다.Preferably, the magnesium doping source and the silicon or zinc doping source having a relatively high diffusion barrier are mixed and co-doped at a predetermined ratio to reduce strain energy due to atomic distortion between lattice and to have high activity of hole carrier concentration. do.

도 1은 본 발명에서 사용한 전자회전공명 플라즈마장치를 개략적으로 도시한 도면1 is a view schematically showing an electron rotating resonance plasma apparatus used in the present invention

도 2는 본 발명의 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 p-GaN 박막구조를 개략적 으로 도시한 도면2 is a schematic view showing a p-GaN thin film structure grown by the organometallic chemical vapor deposition method of the present invention

도 3은 수소 가스원을 반응로 내로 유입되는 주요 흐름의 가스로 사용한 p-GaN 박 막성장 후 열처리한 박막표면의 발광 스펙트럼의 세기를 나타낸 도면3 is a graph showing the intensity of an emission spectrum of a thin film surface heat-treated after p-GaN thin film growth using a hydrogen gas source as a main flow gas flowing into a reactor;

도 4는 질소 가스원을 반응로 내로 유입되는 주요 흐름의 가스로 사용한 p-GaN 박 막성장 후 박막표면의 스펙트럼의 세기를 나타낸 도면4 is a graph showing the intensity of the spectrum of a thin film surface after p-GaN thin film growth using a nitrogen gas source as the main flow gas flowing into the reactor;

도 5는 질소 가스원을 반응로 내로 유입되는 주요 흐름의 가스로 사용한 p-GaN 박 막성장 후 플라즈마를 어닐링한 박막표면의 발광 스펙트럼의 세기를 나타낸 도면5 is a graph showing the intensity of the emission spectrum of the surface of the thin film annealed plasma after p-GaN thin film growth using a nitrogen gas source as the main flow gas flowing into the reactor;

도 6은 마그네슘(Mg) 도핑원의 함량에 따라 질소 가스원으로 성장하여 플라즈마를 어닐링한 박막의 발광세기(A)와 질소 가스원으로 성장한 박막으로부터의 발 광세기(B) 및 수소 가스원으로 성장하여 열처리한 박막의 발광세기(C)를 상 대적으로 비교한 도면6 is a light emission intensity (A) of a thin film grown with a nitrogen gas source according to a magnesium (Mg) doping source and an annealing intensity (B) and a hydrogen gas source from a thin film grown with a nitrogen gas source. A diagram comparing the emission intensity (C) of the grown and heat treated thin films

도 7은 마그네슘 도핑원의 함량에 따라 질소 가스원으로 성장하여 플라즈마를 어닐 링한 박막의 자유정공 운반자농도(A)와 질소 가스원으로 성장한 박막으로부 터의 자유정공 운반자농도(B) 및 수소 가스원으로 성장하여 열처리한 박막의 자유정공 운반자 농도(C)를 나타낸 도면7 shows free hole carrier concentration (A) of a thin film grown with a nitrogen gas source according to the content of magnesium doping source and annealing plasma, and a free hole carrier concentration (B) and hydrogen gas from a thin film grown with a nitrogen gas source. A diagram showing the free hole carrier concentration (C) of a thin film heat-grown into a circle

도 8은 마그네슘 도핑원의 함량에 따라 질소 가스원으로 성장하여 플라즈마를 어닐 링한 박막의 저항도(A)와 수소 가스원으로 성장하여 열처리한 박막의 저항도 (B)를 나타낸 도면8 is a view showing the resistance (A) of a thin film grown with a nitrogen gas source according to the content of magnesium doping source and annealing the plasma, and the resistance (B) of a thin film grown with a hydrogen gas source and heat treated.

도 9는 p-형 질화갈륨 박막의 Mg-H 복합체에서 3125cm-1의 운동량을 갖는 진동모드 를 나타내는 적외선 흡수도로서 수소 가스원으로 성장한 질화갈륨 박막의 경 우(A)와 수소 가스원으로 성장하여 열처리한 질화갈륨 박막의 경우(B), 질 소 가스원으로 성장한 질화갈륨 박막의 경우(C) 및 질소 가스원으로 성장하 여 플라즈마로 어닐링한 질화갈륨 박막의 경우(D)를 나타낸 도면FIG. 9 is an infrared absorption diagram showing a vibration mode having a momentum of 3125 cm −1 in an Mg-H composite of p-type gallium nitride thin film, in which a gallium nitride thin film grown as a hydrogen gas source (A) and a hydrogen gas source are grown. Shows gallium nitride thin film thermally treated by heat treatment (B), gallium nitride thin film grown with nitrogen gas source (C) and gallium nitride thin film grown with nitrogen gas source and annealed by plasma (D)

* 도면 주요 부위에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawing

1:벨자(bell jar) 2:질소가스1: bell jar 2: nitrogen gas

3:배기 4:자석3: exhaust 4: magnet

5:기판 6:기판지지대5: Substrate 6: Substrate Support

7:마이크로 웨이브발생기 8:플라즈마7: Microwave Generator 8: Plasma

9:사파이어기판 10:GaN버퍼층9: sapphire substrate 10: GaN buffer layer

11:P-GaN박막11: P-GaN thin film

이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.This preferred embodiment enables a better understanding of the objects, features and advantages of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the p-type activation method by plasma annealing of magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by the organometallic chemical vapor deposition method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에서 사용한 전자회전공명(ECR) 플라즈마장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 1에 도시한 같이 진공용기 내부에 발생된 플라즈마(8)에 의해 여기된 전자들은 외벽에 설치된 자석(4)에 의해 발생된 875 가우스(Gauss)의 자계에 따라 회전운동을 하게 되는데 이때 전자가 공명할 수 있는 2.45 GHz의 주파수를 갖는 마이크로웨이브를 인가함으로써 공명을 일으켜 전자의 에너지가 극대화되어 입자와의 충돌회수를 증가시켜 고밀도 플라즈마를 얻게 되고 질소가스를 공급하여 플라즈마를 형성한다.FIG. 1 is a view schematically showing an electron rotating resonance (ECR) plasma apparatus used in the present invention, in which electrons excited by a plasma 8 generated inside a vacuum vessel as shown in FIG. It rotates according to the magnetic field of 875 Gauss generated by 4). At this time, by applying microwave with the frequency of 2.45 GHz that electron can resonate, it causes resonance and maximizes the energy of electrons. The collision frequency is increased to obtain a high density plasma, and the nitrogen gas is supplied to form the plasma.

또한 기판지지대(6)는 800 ℃ 이상 가열할 수 있고 또한 DC 바이어스를 가할 수 있도록 제작되었다. 그리고 질소이온에 의한 플라즈마차폐(sheath potential)가 이루어지며 질소이온이 기판(5)쪽으로 가속되며 이온화 효과가 높아 10-3Torr의 저압에서 플라즈마 어닐링이 가능하다.In addition, the substrate support 6 was manufactured to be able to heat 800 degreeC or more and to apply DC bias. Plasma shielding (sheath potential) is achieved by nitrogen ions, and the nitrogen ions are accelerated toward the substrate 5 and the ionization effect is high, thereby enabling plasma annealing at a low pressure of 10 -3 Torr.

도 2는 본 발명의 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 p-GaN 박막구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2에 도시한 바와 같이 사파이어기판(9)위에 GaN버퍼층(10)을 30nm 높이로 520 ℃ 에서 성장한 다음 상기 GaN버퍼층(10)에 마그네슘이 도핑된 p-GaN 박막(11)을 1100 ℃ 의 고온에서 1.7㎛의 두께로 성장시킨다.FIG. 2 is a schematic view showing a p-GaN thin film structure grown by the organometallic chemical vapor deposition method of the present invention. As shown in FIG. 2, the GaN buffer layer 10 is 520 ° C. on the sapphire substrate 9 at a height of 30 nm. After growing at, the p-GaN thin film 11 doped with magnesium in the GaN buffer layer 10 is grown to a thickness of 1.7 μm at a high temperature of 1100 ° C.

그리고 유기금속원으로는 트리메틸갈륨(TMGa)과 바이스사이크로펜타디에닐마그네슘((C5H5)2Mg:Cp2Mg)를 각각 GaN 메트릭스와 도핑원으로 사용하였고, 반송가스는 수소가스를 각각 60 sccm 과 18 sccm을 사용하고, 반응기의 주흐름에 암모니아가스를 4 slm 과 수소가스를 6 slm를 사용한다. 또한 주흐름의 수소가스를 질소가스로 바꾸어 GaN 박막을 성장한다.Trimethylgallium (TMGa) and vice cyclopentadienyl magnesium ((C 5 H 5 ) 2 Mg: Cp 2 Mg) were used as the GaN matrix and the doping source, respectively. 60 sccm and 18 sccm are used, respectively, and 4 slm of ammonia gas and 6 slm of hydrogen gas are used in the main flow of the reactor. In addition, GaN thin film is grown by converting hydrogen gas in the main stream into nitrogen gas.

이렇게 성장된 p-GaN 박막의 p-형 활성화을 위하여 주흐름에 수소가스를 사용한 경우에는 10-3Torr의 진공용기안에서 5 min 동안 800 ℃ 의 온도로 가열한 후 상압의 질소가스분위기에서 급속 열처리 공정(RTP)을 20 min간 수행한다. 또한 질소가스를 주흐름으로 사용하는 경우에는 동일한 10-3Torr의 진공용기안에서 플라즈마 어닐링을 수행하고, 급속 열처리에는 RF 가열방식의 기상증착방법(MOCVD) 반응로에서 결정성장 후 상온까지 냉각시킨 다음 열처리하거나, PBN과 같은 열판위에서 급속 열처리할 수도 있으며, 할로겐램프나 텅스텐램프를 이용한 가열방식의 급속 열처리도 가능하다. 특히 바람직한 경우로는 램프 가열방식으로 급속 열처리함으로써 p-GaN 반도체 계면에서의 마그네슘의 상호확산을 줄일 수 있다.When hydrogen gas is used in the main flow for p-type activation of the p-GaN thin film thus grown, it is heated to a temperature of 800 ° C. for 5 min in a vacuum vessel of 10 −3 Torr, followed by rapid heat treatment in a nitrogen gas atmosphere at atmospheric pressure. (RTP) is performed for 20 min. In addition, when nitrogen gas is used as the main flow, plasma annealing is performed in the same 10 -3 Torr vacuum vessel, and in the rapid heat treatment, after the crystal growth in the MOCVD reactor using RF heating, it is cooled to room temperature. Heat treatment may be carried out on a hot plate such as PBN, or rapid heat treatment may be performed using a halogen lamp or tungsten lamp. In a particularly preferred case, by rapid heat treatment using a lamp heating method, the mutual diffusion of magnesium at the p-GaN semiconductor interface can be reduced.

도 3은 수소가스를 주흐름 가스로 Cp2Mg의 유량을 18 sccm을 사용하여 성장한 다음, 후속 열처리를 800 ℃ 로 20 min간 수행한 경우의 발광특성(PL)을 나타낸다. 이러한 발광특성은 마그네슘 원자가 수소와 복합체를 형성하고 있다가 열에너지에 의해 활성화되면서 수소원자가 탈착되기 때문이다. 그리고 GaN 결정내의 Ga (갈륨)위치에 있는 마그네슘 원자주위에 정공이 묶여 있으면서 엑셉터로 작용하는 깊은 준위(deep level) 센터를 형성하고 이때 엑셉터 결합에너지는 0.25 eV 정도를 나타낸다.FIG. 3 shows light emission characteristics PL when hydrogen gas is grown using a flow rate of Cp 2 Mg as a main flow gas using 18 sccm, and subsequent heat treatment is performed at 800 ° C. for 20 min. This luminescent property is due to the desorption of hydrogen atoms while magnesium atoms form a complex with hydrogen and are activated by thermal energy. Holes are bound around the magnesium atom at the Ga (gallium) position in the GaN crystal to form a deep level center acting as an acceptor, where the acceptor binding energy is about 0.25 eV.

이러한, 결합에너지는 GaAs 나 GaP 의 0.027 eV, 0.055 eV 보다도 훨씬 큰 값이며 이는 마그네슘 원자가 Ga 위치에서 엑셉터로 작용하는 경우 음이온 격자위치의 N원자의 전기음성도(electronegativity)가 매우 커서 수소와의 결합으로 전기적 포텐셜을 안정화시키려 하기 때문이다. 여기서 공급되는 활성화 에너지에 의한 화학반응식은 화학식1과 같다.The binding energy is much higher than 0.027 eV and 0.055 eV of GaAs or GaP. When the magnesium atom acts as an acceptor at the Ga position, the electron atom of the N atom at the anion lattice position is very large, This is because the coupling attempts to stabilize the electrical potential. Chemical reaction formula according to the activation energy supplied here is shown in the formula (1).

1One

GaN :Mg·H +0.25eV → GaN :Mg·+ ― H2..........(1)GaN: MgH + 0.25eV → GaN: Mg · +-H 2 .......... (1)

22

또한, Zn 이나 Cd 도핑에 의한 p-형화는 GaN 박막에서의 결합에너지가 0.33 eV, 0.55 eV로 높아져 활성화되기 매우 어려우며, 정공이 보상(compensation)되는 효과를 나타낸다.In addition, p-typed by Zn or Cd doping is very difficult to activate because the binding energy in the GaN thin film is increased to 0.33 eV, 0.55 eV, and the hole is compensated.

한편, 도 4는 주흐름 가스를 질소가스로 사용한 경우 성장된 박막상태에서 측정된 발광특성을 나타내고 있으며, 수소가스를 주흐름 가스로 하여 후속 열처리한 경우와 비슷한 발광특성을 보이고 있다. 또한 Cp2Mg 의 유기금속으로부터 분리된 마그네슘 원자가 수소 가스원과 직접적인 접촉을 하지 않아 부분적으로 GaN 박막층이 p-형 활성화됨을 알 수 있다.On the other hand, Figure 4 shows the light emission characteristics measured in the state of the thin film grown when the main flow gas is used as nitrogen gas, and shows similar light emission characteristics as the case of subsequent heat treatment using hydrogen gas as the main flow gas. In addition, it can be seen that the GaN thin film layer is partially p-type activated because magnesium atoms separated from the organometallic of Cp 2 Mg do not have direct contact with the hydrogen gas source.

도 5는 도 4의 질소분위기에서 성장된 p-GaN 박막을 플라즈마 어닐링한 후 측정한 발광특성으로 발광세기가 매우 증가되는 양상을 보인다. 이러한 증가현상은 질소가스를 주흐름 가스원으로 사용할 경우에 유기 금속원이나 암모니아가스로부터 탈착되는 수소가 질소원자의 매우 높은 전기음성도로 인해 낮은 확산장벽을 제공하고 쉽게 반응에 참여한 후 열처리로 탈착되기 때문이다. 그리고 수소의 결합에 의한 높은 유전율을 보이다가 Mg-H 복합체의 수소원자가 해리되어짐에 따라 유전율이 급격히 감소하고 깊은 준위의 엑셉터 센터를 형성함으로써 활성화되는 특성을 나타낸다.FIG. 5 shows that the emission intensity is greatly increased due to the emission characteristics measured after plasma annealing the p-GaN thin film grown in the nitrogen atmosphere of FIG. 4. This increase is due to the fact that when nitrogen gas is used as the main flow gas source, hydrogen desorbed from an organometallic source or ammonia gas provides a low diffusion barrier due to the very high electronegativity of the nitrogen atom, and easily participates in the reaction and then desorbed by heat treatment. Because. In addition, the high dielectric constant due to the bonding of hydrogen shows that the dielectric constant rapidly decreases as the hydrogen atoms of the Mg-H complex dissociate and are activated by forming an acceptor center of a deep level.

이는 에너지갭이 비교적 좁은 GaAs 나 GaP 의 경우와 매우 다른 양상을 보이는 것으로 보통 이들은 얇은 준위만을 형성하여 p-형 박막의 자유정공 운반자농도를 증가시키고 깊은 준위가 형성되면 반대로 운반자농도를 감소시킨다. 그런 반면에 에너지갭이 넓은 GaN 박막의 경우, 깊은 준위의 엑셉터가 형성이 되어야만 p-형화 되어지고 발광특성으로부터 p-형화를 가늠할 수 있으며, DH 구조(double hetero structure)와 같은 다층구조에서 홀(Hall)효과측정이 불가능한 경우에 매우 유용하게 발광특성으로부터 p-형 활성화를 확인할 수 있다.This is very different from the case of GaAs or GaP where the energy gap is relatively small. Usually, they form only a thin level, which increases the free hole carrier concentration of the p-type thin film and, conversely, decreases the carrier concentration when the deep level is formed. On the other hand, GaN thin films with wide energy gaps can be p-typed only when deep-level acceptors are formed and p-typed can be estimated from luminescent properties, and holes in a multi-layered structure such as a double hetero structure It is very useful to check p-type activation from luminescence properties when (Hall) effect measurement is impossible.

도 6은 마그네슘 도핑원의 유량변화에 따른 발광특성을 상대 비교한 특성도로서, 열처리효과와 함께 주흐름 가스의 수소가스 효과가 상관됨을 알 수 있으며 최적화된 유량은 18 sccm(3.6μmol/min) 정도임을 확인할 수 있다. 그리고 도 6(A) 는 질소가스의 주흐름 분위기에서 성장한 후 저진공 질소 플라즈마상태에서 어닐링한 경우이고, 도 6(B)는 성장시킨 박막상태에서 측정한 경우이고, 도 6(C)는 수소가스의 주흐름 상태에서 성장한 GaN 박막에 대해 동일한 열처리를 한 경우이다.Figure 6 is a characteristic diagram comparing the luminescence characteristics according to the flow rate change of the magnesium doping source, it can be seen that the hydrogen gas effect of the main flow gas correlated with the heat treatment effect, the optimized flow rate is 18 sccm (3.6μmol / min) It can be confirmed that. 6 (A) shows the case of annealing in a low vacuum nitrogen plasma state after growing in a main flow atmosphere of nitrogen gas, FIG. 6 (B) shows the case of measuring in a grown thin film state, and FIG. 6 (C) shows hydrogen. The same heat treatment was performed on the GaN thin film grown in the main gas flow state.

도 7은 마그네슘 도핑원의 유량에 따라 제조된 각 박막의 자유정공 운반자 농도를 측정한 특성도로서, 질소가스 흐름에서 성장하여 플라즈마 어닐링한 경우( A), 최고 8 × 1018/㎤을 나타내며, 성장된 상태의 박막의 경우(B)에는 최고 2 × 1018/㎤ 정도를 나타내는데, 이는 수소가스 흐름에서 성장하여 열처리한 경우(C)의 최고 2 × 1017/㎤ 보다도 훨씬 높다. 활성화효과에 의한 박막저항도의 특성을 도 8에 나타내었다. 도 8에서와 같이 수소가스 분위기에서 성장하여 열처리한 경우(A), 800 ℃ 부근에서 1(Ohm:그리스어)-cm의 최저치를 나타내는 반면, 질소가스 분위기에 박막을 성장하여 플라즈마 어닐링한 경우(B)에는 최저치 0.08-㎝의 저저항을 보이고 있다.FIG. 7 is a characteristic diagram measuring the concentration of free hole carriers in each thin film manufactured according to the flow rate of magnesium doping source, and shows a maximum of 8 × 10 18 / cm 3 when grown in a nitrogen gas stream and plasma annealed (A). In the case of the grown thin film (B), it shows a maximum of about 2 × 10 18 / cm 3, which is much higher than the maximum of 2 × 10 17 / cm 3 when grown in a hydrogen gas stream and heat treated (C). The characteristics of the thin film resistivity due to the activating effect are shown in FIG. 8. As shown in FIG. 8, when grown in a hydrogen gas atmosphere and subjected to heat treatment (A), while a thin film was grown in a nitrogen gas atmosphere and plasma annealed (800 mm), it exhibited a minimum value of 1 hm (Ohm: Greek) -cm. B) has seen the lowest of the low resistance 0.08 Ω -㎝.

이와 같은 활성화효과에 대한 전기적, 광학적 특성은 Mg-H 복합체의 분해에 의해 p-형화가 좌우되고 있으며, 가급적 수소가스의 공급을 차단하여 복합체형성을 방지하거나 박막속의 화학결합에 의해 형성된 복합체를 분해하는 에너지를 전자선처리하거나 열처리 또는 플라즈마 어닐링함으로써 수소원자를 탈착시키고, 수소원자가 결정내에서 드브로이 물질파(quantum particle)를 형성하여 빠져 나오게 한다. 또한 박막을 성장하는 동안에 자외선을 조사하여 에너지를 박막성장시 분해될 수 있도록 함으로써 수소원자의 해리도 가능하다.The electrical and optical properties of the activation effect are dependent on the p-type formation by the decomposition of the Mg-H complex, and if possible, blocking the supply of hydrogen gas to prevent the formation of the complex or to decompose the complex formed by chemical bonding in the thin film. Electron beam treatment or heat treatment or plasma annealing the energy to desorb the hydrogen atoms, and the hydrogen atoms form a quantum particles (quantum particles) in the crystals to escape. In addition, it is possible to dissociate hydrogen atoms by irradiating ultraviolet rays during thin film growth so that energy can be decomposed during thin film growth.

도 9는 p-GaN 박막의 적외선 스펙트럼(FTIR)의 흡수도를 나타낸 특성도로서, (A)는 수소 가스원을 이용하여 성장시킨 박막의 Mg-H 진동모드를 나타낸 것으로 3125 cm-1(387 meV)의 진동에너지를 갖으며, (B)는 수소 가스원에서 성장시킨 박막을 다시 후속 열처리함으로써 Mg-H 복합체의 흡수에너지 세기가 감소함을 보이고 있다. (C)는 질소 가스원의 주흐름에서 성장시킨 박막의 Mg-H 복합체의 진동모드로서 수소 가스원에서 열처리한 경우(B)와 비슷한 특성을 보이고 있으며, (D)에서와 같이 플라즈마 어닐링한 경우에는 진동모드가 완전히 소멸됨을 알 수 있다.9 is a characteristic diagram showing the absorption of the infrared spectrum (FTIR) of the p-GaN thin film, (A) shows the Mg-H vibration mode of the thin film grown using a hydrogen gas source, 3125 cm -1 (387 meV) has a vibration energy, and (B) shows that the absorption energy intensity of the Mg-H composite is decreased by subsequent heat treatment of the thin film grown from the hydrogen gas source. (C) is a vibration mode of the Mg-H composite of the thin film grown in the main flow of nitrogen gas source, showing similar characteristics to that of (B) heat treatment in the hydrogen gas source, and plasma annealing as in (D). It can be seen that the vibration mode is completely eliminated.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명의 p-형 활성화 방법에 의하면, 질소 가스원을 주흐름 가스로 사용하여 GaN 박막을 성장한 다음 플라즈마 어닐링하는 p-형 활성화방법은 높은 자유정공 운반자농도와 낮은 저항도 및 높은 정공 이동도를 제공함과 동시에 광전자소자 제작시 순방향 문턱전압을 낮출 수 있어 전력소모를 줄일 수 있다.It is clear from the above description that according to the p-type activation method of the present invention, a p-type activation method in which a GaN thin film is grown using a nitrogen gas source as the main flow gas and then plasma annealed has a high free hole carrier concentration and a low resistance. It can reduce power consumption by providing forward hole mobility and lowering forward threshold voltage when manufacturing optoelectronic devices.

또한 낮은 농도의 운반자에 따른 고저항도로 인해 전도성에 영향을 주어 p-형 전극의 오믹 접촉시 높은 인가전압을 필요로 하였지만 이것을 개선함에 따라 높은 운반자 농도뿐만 아니라 정공의 이동도를 증대시켜 외부 양자 효율을 증대시키고, 고 휘도의 광전자소자를 지향할 수 있는 효과가 있다는 것이다.In addition, high resistance due to low concentration of carriers affects conductivity, requiring high applied voltage during ohmic contact of the p-type electrode. However, this improvement improves not only high carrier concentration but also hole mobility, thereby increasing external quantum efficiency. It is possible to increase the efficiency and to direct the optoelectronic device of high brightness.

Claims (11)

유기금속 화학 기상증착법으로 사파이어 기판위에 일정한 높이와 온도로 GaN 버퍼층을 성장시키는 제 1공정과;A first step of growing a GaN buffer layer on a sapphire substrate at a predetermined height and temperature by organometallic chemical vapor deposition; 상기 GaN 버퍼층에 마그네슘이 도핑된 GaN 박막을 고온에서 일정한 두께로 성장시키는 제 2공정과;Growing a GaN thin film doped with magnesium into the GaN buffer layer at a high temperature at a constant thickness; 상기 성장된 GaN 박막의 활성화를 위하여 질소가스를 주흐름으로 사용하여 성장한 후 할 경우 10-3Torr의 진공용기안에서 플라즈마로 어닐링시키는 제 3공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.In order to activate the grown GaN thin film and grown using nitrogen gas as the main flow, and grown by an organometallic chemical vapor deposition method comprising a third step of annealing with plasma in a vacuum vessel of 10 -3 Torr P-type activation method by plasma annealing of magnesium-doped gallium nitride-based thin film. 제 1항에 있어서, 상기 GaN 버퍼층을 약 30nm 높이로 520 ℃ 에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.2. The p-type activation method of claim 1, wherein the GaN buffer layer is grown at a height of about 30 nm at 520 DEG C. The magnesium-doped gallium nitride based thin film grown by the organometallic chemical vapor deposition method. 제 1항에 있어서, 상기 GaN 박막을 1100 ℃ 고온에서 약 1.7㎛의 두께로 성장시키는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.2. The p-type activation according to claim 1, wherein the GaN thin film is grown to a thickness of about 1.7 μm at a high temperature of 1100 ° C. by plasma annealing of the magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition. Way. 제 1항에 있어서, 상기10-3Torr 이하의 진공용기에서, 800 ℃ 의 온도를 유지하는 기판지지대위에 기판을 장착하여 질소 또는 아르곤 플라즈마 분위기에서 20 min 간 어닐링함으로써 박막속의 수소원자를 여기시키는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.The method according to claim 1, wherein in the vacuum vessel of 10 −3 Torr or less, the substrate is mounted on a substrate support maintaining a temperature of 800 ° C. to anneal hydrogen atoms in the thin film by annealing for 20 min in a nitrogen or argon plasma atmosphere. A p-type activation method by plasma annealing of a magnesium-doped gallium nitride based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition. 제 1항에 있어서, 상기 GaN 박막을 활성화하기 위해 박막을 성장하는 동안 자외선을 성장하는 기판 표면에 조사하는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.The method of claim 1, wherein in order to activate the GaN thin film to the plasma annealing of the magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by the organometallic chemical vapor deposition method characterized in that irradiating the ultraviolet light to the surface of the substrate growing during the growth of the thin film. P-type activation method. 제 1항에 있어서, 상기 마그네슘 도핑원과 비교적 확산장벽이 높은 규소 또는 아연 도핑원을 일정 비율로 혼합 및 코도핑하여 격자간의 원자왜곡에 의한 변형에너지를 줄이고 정공 운반자 농도의 높은 활성도를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.The method according to claim 1, wherein the magnesium doping source and the silicon or zinc doping source having a relatively high diffusion barrier are mixed and co-doped at a predetermined ratio to reduce strain energy due to atomic distortion between lattice and to have high activity of hole carrier concentration. A p-type activation method by plasma annealing of a magnesium-doped gallium nitride based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition. 제 1항에 있어서, 상기 유기금속원으로는 트리메틸갈륨과 바이스사이크로펜타디에닐마그네슘을 각각 GaN 메트릭스와 도핑원으로 사용하고, 반송가스는 수소가스를 각각 60 sccm 과 18 sccm을 사용한 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.The method of claim 1, wherein as the organometallic source, trimethylgallium and vice cyclopentadienyl magnesium are used as the GaN matrix and the doping source, respectively, and the return gas uses hydrogen gas at 60 sccm and 18 sccm, respectively. P-type activation method by plasma annealing of magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition. 제 1항에 있어서, 질소가스원을 주흐름가스로 이용하는 GaN 박막성장후 Mg을 활성화시키기 위해 할로겐 램프나 PBN 열판의 800 ℃ 온도에서 20 min 간 수행시키는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.The organic metal chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the growth of the GaN thin film using a nitrogen gas as a main flow gas is performed for 20 min at 800 ° C. of a halogen lamp or a PBN hot plate to activate Mg. P-type activation method by plasma annealing of magnesium-doped gallium nitride-based thin film. 유기금속 화학 기상증착법으로 수소가스원의 주흐름가스를 이용하여 다층의 질화갈륨반도체박막을 성장시키는 공정과;Growing a multi-layer gallium nitride semiconductor thin film by using the main flow gas of the hydrogen gas source by organometallic chemical vapor deposition; 상기 공정 수행 중 p-GaN 박막을 성장할 경우에는 질소 가스원의 주흐름가스를 이용하는 공정과;When the p-GaN thin film is grown during the process, using a main flow gas of a nitrogen gas source; 상기 공정 수행 후 전자회전공명에 의한 고밀도 질소플라즈마를 고온의 기판지지대로 어닐링시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.P- by plasma annealing of the magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition, characterized in that the step of annealing the high-density nitrogen plasma by electron rotation resonance by a high temperature substrate support. Mold activation method. 제 9항에 있어서, 상기 반응로에 수소가스나 수소/질소 혼합가스를 주요 흐름가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.10. The method according to claim 9, wherein the hydrogen gas or the hydrogen / nitrogen mixed gas is used as the main flow gas in the reactor. P by plasma annealing of magnesium-doped gallium nitride-based thin film grown by organometallic chemical vapor deposition. -Type activation method. 제 9항에 있어서, 상기 질화갈륨의 다층박막을 반응로에서 열처리하여 포토루미네슨스의 깊은 준위의 발광특성으로부터 마그네슘 엑셉터형성을 척도로 확인할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 유기금속 화학 기상증착법으로 성장한 마그네슘이 도핑된 질화갈륨계 박막의 플라즈마 어닐링에 의한 p-형 활성화 방법.The organic metal chemical vapor deposition method according to claim 9, wherein the multilayer thin film of gallium nitride is heat-treated in a reaction furnace to determine magnesium acceptor formation as a measure from the light emission characteristics of a deep level of photoluminescence. P-type activation method by plasma annealing of grown magnesium-doped gallium nitride based thin film.
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