KR100390442B1

KR100390442B1 - 고품질 ＧａＮ 층 성장 방법

Info

Publication number: KR100390442B1
Application number: KR10-2001-0044533A
Authority: KR
Inventors: 김진교
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-07-04
Also published as: KR20030009869A

Abstract

본 발명은 격자상수 차이를 극복하여 고품질 GaN 층을 성장시키는 방법을 제공하기 위한 것으로서, 기판 위에 저온의 GaN 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 GaN 버퍼층의 표면에 고출력 레이저를 순차적으로 조사시켜 평탄화시키는 단계와, 상기 평탄화된 GaN 버퍼층에 고온에서 GaN층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

Description

고품질 ＧａＮ 층 성장 방법{method for overgrowth GaN layer of high quality}

본 발명은 GaN을 이용한 반도체 광소자의 제작에 관한 것으로, 특히 비정질이나 분말 상태의 GaN을 이용하여 고품질의 GaN 층을 성장시키는 방법에 관한 것이다.

단파장 영역에서의 LED 및 LD 개발을 위해 매우 유망한 물질로 여겨지는 GaN을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 최근 이 분야의 연구에서 비약적인 발전을 통해 상당한 수준의 상업화가 이루어지고 있다.

그러나 아직 좀더 안정적이고 열 특성이 좋은 소자 개발을 위해 개선해야할부분이 많이 남아 있으며, 그 중의 한 부분으로 격자 부정합에 의해 발생하는 결정 결함을 어떻게 줄일 것인가가 현재 보다 나은 소자 개발을 위한 관건 중의 하나이다.

일반적으로 GaN 층을 성장시키기 위해서는 도 1과 같이, 보통 사파이어나 SiC 기판(10)을 사용하고 있다.

이때, 사파이어 기판(10)과 GaN 층(30)간의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 발생되어 결정 결함이 발생되므로, 이를 막기 위해 저온 GaN 버퍼층(20)을 기판(10) 위에 형성하고, 상기 저온 GaN 버퍼층(20) 위에 온도를 높여서 고품질의 GaN 층(30)을 성장시킨다.

이에 따라 기판(10)과 GaN 층(30)사이에서 발생되는 격자 상수의 차이를 줄여서 고품질의 GaN 층(30)을 성장시킬 수 있게 된다.

그러나 사파이어나 SiC 기판(10) 위에 저온의 버퍼층(20)을 두께 5nm~500nm 정도 성장시키고, 성장된 저온 GaN 버퍼층(20) 위에 바로 고온 GaN 층(30)을 성장시키고 있다.

이때, 낮은 온도에서 성장된 GaN 버퍼층(20)은 매우 많은 양의 결정성 결함을 갖게 되고, 결정질이라기 보다는 비정질에 더 가까운 형태를 갖게 된다.

따라서 저온 GaN 버퍼층(20) 위에 고온 GaN 층(30)을 바로 성장시키게 되면 많은 양의 결정성 결함이 그대로 전파되어지므로 전위 없는(dislocation free) GaN 층(30)을 얻는데는 어려움이 따른다.

이를 해결하기 위해 쉽게 생각할 수 있는 방법으로 저온 성장된 GaN버퍼층(20)의 표면을 기계적인 폴리싱(mechanical polishing), 체모-기계적인 폴리싱( chemo-mechanical polishing) 혹은 리액티브 이온 에칭(reactive ion etching) 등을 이용하여 제거한 후 열처리를 하는 방법을 생각할 수도 있는데, 이런 방법으로는 GaN 버퍼층(20)의 표면의 결정성이나 결함 등을 근본적으로 바꿀 수 없기 때문에 큰 효과를 얻기 어렵다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 격자상수 차이를 극복하여 고품질 GaN 층을 성장시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 GaN 층 성장 방법을 나타낸 도면

도 2 는 본 발명에 따른 고품질 GaN 층 성장 방법을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 100 : 기판 20, 200 : 버퍼층

30, 300 : GaN 층 40 : 전위

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GaN 층 성장 방법의 특징은 기판 위에 저온의 GaN 버퍼층을 형성하는 단계와, 상기 GaN 버퍼층의 표면에 고출력 레이저를 순차적으로 조사시켜 평탄화시키는 단계와, 상기 평탄화된 GaN 버퍼층에 고온에서 GaN층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 고품질의 GaN 층 성장 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2c 는 본 발명에 따른 고품질의 GaN 층 성장 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2a와 같이, 사파이어(α-Al₂O₃)나 SiC 기판(100) 위에 비정질이나 분말 상태의 GaN을 이용하여 저온인 약 500℃에서 버퍼층(200)을 형성한다. 그리고 상기 버퍼층(200) 표면에 고출력 레이저를 조사시킨다.

그리고 도 2b와 같이, 모든 GaN 버퍼층(200) 표면에 순차적으로 고출력 레이저를 조사시킨다.

그러면, 상기 고출력 레이저가 조사되는 GaN 버퍼층 표면(210)은 레이저로부터 전달된 에너지에 의해 GaN 버퍼층 표면이 순간적으로 액체화(liquify)되었다가 다시 결정화(recrystallization) 되어 GaN 버퍼층 표면을 전체적으로 결정화시키게 된다.

그리고 도 2c와 같이, 상기 결정화된 GaN 버퍼층(200) 위에 고온인 1000℃에서 GaN 층(300)을 성장시킨다.

이와 같이, 고출력 레이저를 GaN 버퍼층(200) 전체 영역의 표면에 순차적으로 조사시켜, 상기 GaN 버퍼층 표면이 결정상태가 되도록 형성하므로서, 상기 GaN 버퍼층 위에 성장되는 GaN 층(300)으로 전파되는 결정 결함을 최소화시키게 된다.

이때, 상기 GaN 버퍼층(200)으로 조사되는 레이저의 파워는 너무 크면 GaN이 Ga와 N으로 분해되어서 오히려 박막을 파괴시키게 된다.

따라서, 레이저의 파워는 500 [mJ/cm²] 이하로 조절하는게 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 GaN 층 성장 방법은 비정질 GaN층의 표면을 다시 결정화시킴으로 GaN 버퍼층을 사용하여 GaN층을 성장시킬 때 발생되는 결정 결함을 줄일 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

기판 위에 저온의 GaN 버퍼층을 형성하는 단계와,

상기 GaN 버퍼층의 표면에 고출력 레이저를 순차적으로 조사시켜 평탄화시키는 단계와,

상기 평탄화된 GaN 버퍼층에 고온에서 GaN층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 고품질의 GaN 층 성장방법.
제 1 항에 있어서,

상기 GaN 버퍼층은 비정질이나 분말 상태의 GaN을 사용하는 것을 특징으로 하는 고품질의 GaN 층 성장방법.
제 1 항에 있어서,

상기 고출력 레이저의 파워는 500 [mJ/cm²] 이하인 것을 특징으로 하는 GaN 층 성장 방법.