KR100599123B1 - 질화물 반도체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물 반도체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 소정 두께의 AlxOyNz(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 완충층을 증착하는 단계와, 열처리를 수행한 후 소정 두께의 단결정 반도체층을 성장하는 단계를 포함함으로써, 종래의 저온 GaN 및 AlN 층을 이용한 성장법에 비해 ALE로 성장된 완충층의 조성 및 밀도 제어를 통하여 기판과의 격자 부정합 및 열팽창계수 차이를 감소시켜 질화물 반도체의 특성을 높일 수 있는 효과가 있다.
질화물 반도체, 사파이어 기판, 원자층 에피택시(ALE), 유기금속 화학기상증착법(MOCVD), 완충층, 단결정 반도체층
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 기판, 110 : AlxOyNz 완충층,
120 : AlxGa1-xN 단결정 반도체층
본 발명은 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 또는 인듐(In) 등의 Ⅲ족 원소와 질소를 포함하는 Ⅲ-질화물(Nitride) 반도체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 기판 상에 증착된 AlxOyNz 박막을 암모니아 분위기에서 열처리하여 완충층으로 사용함으로써, 기판과의 격자 부정합 및 열팽창계수 차이를 감소시켜 질화물 반도체의 특성을 높일 수 있는 질화물 반도체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, GaN계 화합물 반도체는 직접 천이형 반도체로서 가시광선에서 자외선까지 파장 제어가 가능하며 높은 열적ㆍ화학적 안정성, 높은 전자이동도 및 포화전자속도, 큰 에너지 밴드갭 등 기존의 GaAs 및 InP계 화합물 반도체에 비하여 뛰어난 물성을 가지고 있다.
이러한 특성을 바탕으로 가시광 영역의 발광 다이오드(LED) 및 레이저 다이오드(LD)등의 광소자, 고출력 및 고주파 특성이 요구되는 차세대 무선통신 및 위성통신 시스템에 사용되는 전자소자 등 기존의 화합물 반도체로는 한계성을 가지는 분야로 응용범위가 확대되고 있다.
이러한 GaN계 화합물 반도체는 격자상수가 일치하는 기판의 부재로 인하여 사파이어(Al2O3)나 탄화규소(SiC)등을 주로 사용하고 있다. 격자 부정합된 기판을 사용함에 따른 GaN 박막의 특성저하를 줄이기 위하여 종래에는 저온에서 성장된 질화갈륨(GaN) 및 질화알루미늄(AlN)을 완충층으로 사용하는 기술이 사용되고 있다.
그러나, 종래의 기술에 따른 질화물 반도체인 GaN의 경우 격자 정합된 기판의 부재로 인하여 다양한 종류의 기판들이 이용되고 있으나, 격자 부정합에 따른 결정결함 형성 및 고온의 성장온도로 인한 열팽창 계수의 차이로 인하여 양질의 단결정을 얻기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사파이어 기판 상에 증착된 AlxOyNz 박막을 암모니아 분위기에서 열처리하여 완충층으로 사용함으로써, 기판과의 격자 부정합 및 열팽창계수 차이를 감소시켜 질화물 반도체의 특성을 높일 수 있는 질화물 반도체의 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, (a) 기판 상에 소정 두께의 AlxOyNz(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 완충층을 증착하는 단계; 및 (b) 열처리를 수행한 후 소정 두께의 단결정 반도체층을 성장하는 단계를 포함하여 이루어진 질화물 반도체의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 기판은 사파이어 기판임이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 단계(a)에서, 상기 AlxOyNz 완충층을 증착하기 전에 상기 기판을 유기 용제를 이용하여 세정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계(a)에서, 상기 AlxOyNz 완충층은 원자층 에피택시(ALE), 플라즈마 원자층 에피택시(PEALE), 스퍼터(Sputter) 또는 전자빔(E-beam) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 10Å 내지 1000Å 두께로 형성된다.
바람직하게는, 상기 단계(b)에서, 상기 열처리는 암모니아 분위기에서 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)을 이용하여 400℃ 내지 700℃의 온도로 수행한다.
바람직하게는, 상기 단계(b)에서, 상기 단결정 반도체층은 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 및 암모니아(NH3)를 이용하여 800℃ 내지 1100℃에서 AlxGa1-xN(0≤x≤1)층으로 형성된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러 나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 질화물 반도체의 제조방법은 먼저, 단계S100에서는 예컨대, 사파이어(Al2O3) 기판(100)을 유기 용제를 이용하여 세정한다.
이후, 단계S200으로 진행하여 상기 기판(100)의 상부에 예컨대, 원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy; ALE), 플라즈마 원자층 에피택시(Plasma Enhanced Atomic Layer Epitaxy; PEALE), 스퍼터(Sputter) 또는 전자빔(E-beam) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 약 10Å 내지 1000Å 두께 범위로 다양한 조성 및 밀도를 가지는 AlxOyNz(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 완충층(buffer layer)(110)을 증착한다.
다음으로, 단계S300에서는 예컨대, 암모니아(NH3) 분위기에서 유기금속 화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)을 이용하여 약 400℃ 내지 700℃의 온도로 열처리를 수행한다.
이후, 단계S400으로 진행하여 상기 열처리된 AlxOyNz 완충층(110) 상에 Ⅲ족 소스인 갈륨(Gallium : Ga) 또는 알루미늄(Aluminum : Al) 등과 Ⅴ족 소스인 암모니아(NH3) 등을 이용하여 고온(약 800℃ 내지 1100℃)에서 질화물 반도체인 AlxGa1-xN(0≤x≤1) 단결정 반도체층(120)을 성장한다.
전술한 본 발명에 따른 질화물 반도체의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 질화물 반도체의 제조방법에 따르면, 기판 상에 증착된 AlxOyNz 박막을 암모니아 분위기에서 열처리하여 완충층으로 사용함으로써, 종래의 저온 GaN 및 AlN 층을 이용한 성장법에 비해 원자층 에피택시(ALE)로 성장된 완충층의 조성 및 밀도 제어를 통하여 기판과의 격자 부정합 및 열팽창계수 차이를 감소시켜 질화물 반도체의 특성을 높일 수 있는 이점이 있다.
Claims (6)
- (a) 기판 상에 소정 두께의 AlxOyNz(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 완충층을 증착하는 단계; 및(b) 열처리를 수행한 후 상기 AlxOyNz 완충층 상에 단결정 반도체층을 성장하는 단계를 포함하여 이루어진 질화물 반도체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a)에서, 상기 AlxOyNz 완충층을 증착하기 전에 상기 기판을 유기 용제를 이용하여 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a)에서, 상기 AlxOyNz 완충층은 원자층 에피택시(ALE), 플라즈마 원자층 에피택시(PEALE), 스퍼터(Sputter) 또는 전자빔(E-beam) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 10Å 내지 1000Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b)에서, 상기 열처리는 암모니아 분위기에서 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)을 이용하여 400℃ 내지 700℃의 온도로 수행하는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 단계(b)에서, 상기 단결정 반도체층은 갈륨(Ga) 또는 알루미늄(Al) 및 암모니아(NH3)를 이용하여 800℃ 내지 1100℃에서 AlxGa1-xN(0≤x≤1)층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질화물 반도체의 제조방법.
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