KR100772776B1 - 반도체 결정 제조 방법 - Google Patents

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KR100772776B1
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시로오 야마자끼
고오지 히라따
가쯔히로 이마이
마꼬또 이와이
다까또모 사사끼
유우스께 모리
마사시 요시무라
후미오 가와무라
유우지 야마다
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도요다 고세이 가부시키가이샤
니뽄 가이시 가부시키가이샤
고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸
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Abstract

본 발명은 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 제조하는 방법을 제공하며, 그 반도체 결정은 용제를 사용하는 용제법을 통하여 성장된다. 반도체 결정이 성장되는 기판의 적어도 일부분은 용제-가용성 재료로 형성된다. 반도체 결정이 기판의 표면에서 성장되면서, 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는 기판의 표면으로부터 용제-가용성 재료가 용제 내에서 용해된다. 또는, 반도체 결정이 기판의 표면에서 성장된 후에, 용제-가용성 재료는, 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는 기판의 표면으로부터 용제에서 용해된다. 용제-가용성 재료는 실리콘으로 형성된다. 또는, 용제-가용성 재료 또는 기판은, 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 높은 전위밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성된다.
3족 질화물계 화합물 반도체 결정, 용제법, 용제-가용성 재료, 결정 성장용 기판, 베이스 기판

Description

반도체 결정 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR CRYSTAL}
도 1은 제 1 실시예에서 제조된 템플릿(10)을 보여주는 단면도.
도 2는 제 1 실시예에서 사용된 결정 성장 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 3a는 제 1 실시예에서 성장된 반도체 결정을 보여주는 단면도.
도 3b는 제 1 실시예에서 성장된 반도체 결정을 보여주는 단면도.
도 3c 는 제 1 실시예에서 성장된 반도체 결정을 보여주는 단면도.
도 4는 제 2 실시예에서 제조된 GaN 기판을 보여주는 단면도.
도 5a는 제 2 실시예에서 성장된 반도체 결정을 보여주는 단면도.
도 5b는 제 2 실시예에서 성장된 반도체 결정을 보여주는 단면도.
도 5c 는 제 2 실시예에서 성장된 반도체 결정을 보여주는 단면도.
도 6은 변형예에서 사용된 기판을 보여주는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 베이스 기판
12: AlGaN 버퍼층
13: GaN 층
15: 보호막
20: GaN 단결정
22: 압력 조절기
24: 반응 챔버
본 발명은 용제를 사용하여 성장하는 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 제조하는 용제법에 관한 것이다
본 발명의 방법은 반도체 결정의 제조 비용뿐만 아니라 반도체 결정 전위 또는 크랙 밀도를 감소시키는데 유효하다.
용제법으로 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 성장시키기 위하여 지금까지 알려진 기술은, 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 Nos. H11-060394, 2001-058900, 2001-064097, 2004-292286 및 2004-300024에 개시된 것들을 포함한다.
그런 종래 제조 방법은 일반적으로 기저기판(종결정)으로서, 사파이어 기판, GaN 단결정 독립형(free-standing) 기판 또는 유사 기판상에 반도체 층(예를 들어, 버퍼층)을 제공함으로써 형성된 템플릿을 사용한다.
상술된 특허 문헌 중에 개시된 방법에 있어서, 용해된 3족 원소를 함유하는 용제에, 질소함유가스를 공급하면서, 종결정을 담근 후, 그 용제로부터 종결정을 인상한다.
MOCVD에 의하여 사파이어 기판상에 GaN을 성장시킴으로써 형성된 템플릿 기판을 종결정으로서 사용하는 경우에, 타깃 3족 질화물계 화합물 반도체 결정이 종 결정 상에 큰 두께로 성장되면, 반도체 결정과 사파이어 기판 사이의 열팽창 계수의 큰 차이 때문에, 반응 챔버로부터 반도체 결정을 이전하는 중에, 많은 크랙이 반도체 결정 내에 생성된다. 그러므로, 상술된 템플릿을 기저기판으로서 사용하는 경우에는, 예를 들어, 400㎛ 이상의 두께를 갖는 고품질의 반도체 결정을 생성하는데 어려움에 부딪히게 된다.
만일, GaN 단결정 독립형 기판이 베이스 기판으로서 사용되면, 반도체 결정과 기저기판 사이에 열팽창 계수의 차이가 없기 때문에, 타깃 반도체 결정 내에 크랙의 생성이 억제될 수도 있다. 그러나, GaN 단결정 독립형 기판은 고가이기 때문에, 제조 비용을 감소하는데 어려움에 부딪히게 된다.
또한, 반도체 결정의 성장 중에, 용제로 3족 원소를 공급하지 않는 경우에는, 용제의 3족 원소 함유량이 반도체 결정의 성장 진행에 따라서 감소 되어서, 결정 성장률이 감소 된다는 문제가 발생 된다.
본 발명은 상술된 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 낮은 비용으로 용제법을 통하여 고품질의 반도체 결정을 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용제법으로 반도체 결정의 성장률을 증가시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 크랙을 갖지 않는 양호한 품질의 3족 질화물계 반도체 결정을 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기판의 효과적인 제거를 실행하는 것이다.
이들 목적은, 하나 이상의 목적이 본 발명의 임의의 발명에 의하여 얻어진 것이라면, 동시에 하나의 발명에 의하여 얻어질 필요는 없다.
상술된 문제는 하기의 수단에 의하여 효과적으로 해결될 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 적어도 일부분이, 용제 내에서 용해될 수 있는 재료(이하 "용제-가용성 재료"라 함)로 형성된 기판의 표면에 반도체 결정을 성장시키면서, 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제-가용성 재료를, 용제 내에서 용해시키는 것을 구비하는, 용제를 사용하는 용제법을 통하여 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따르는 제조 방법은, 기판상에 3족 질화물계 화합물 반도체의 성장이 완료된 후에도, 반도체가 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제-가용성 재료를 용제 내에서 계속 용해시키는 경우를 포함한다. 또는, 3족 질화물계 화합물 반도체의 성장의 완료 전에, 용제-가용성 재료의 전체 또는 기판의 전체(예를 들어 기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성되는 경우)가 용제에서 용해될 수도 있다. 용제-가용성 재료(기판)의 전체가, 가능한 가장 이른 시간; 즉 성장되는 반도체 결정의 두께가, 3족 질화물계 화합물 반도체의 안정한 성장이 시작되는 임계 두께에 도달하는 시간에, 용제 내에서 용해될 수도 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 적어도 일부분이, 용제-가용성 재료로 이루 어진 기판의 표면상에서 반도체 결정을 성장하고, 이어서 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제-가용성 재료를, 용제 내에서 용해하는 것을 포함하는, 용제를 사용하는 용제법을 통하여 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
제 1 측면에 따르는 제조 방법의 특징은, 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 기판상에서 성장시키면서, 용제-가용성 재료 또는 기판(기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성되는 경우)을 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제에서 용해시킨다는 점에 있다. 이에 대하여, 제 2 측면에 따르는 제조 방법의 특징은, 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 기판상에 성장시킨 후에, 용제-가용성 재료 또는 기판(기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성된 경우)을, 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제에서 용해시킨다는 점에 있다.
제 1 및 제 2 측면에 따르는 상술된 제조 방법에 있어서, 사용되는 용제-가용성 재료에는 특별한 제한이 가해지지는 않는다. 그러나, 제조비용의 측면에서, 용제-가용성 재료는 GaN 단결정 독립형 기판보다 덜 비싼 재료가 바람직하다. 용제-가용성 재료로는 뜨거운 알칼리에서 상대적으로 쉽게 용해되는 재료가 바람직하다. 용제-가용성 재료는 공지된 종결정 재료 중에서 원하는 바대로 적절하게 선택할 수도 있다. 특히, 용제-가용성 재료는, 예를 들어, 실리콘(Si), GaAs, 또는 다른 공지된 용제-가용성 재료일 수도 있다.
3족 질화물계 화합물 반도체가 성장되는 단결정 반도체보다 높은 전위 밀도 를 갖는다면, 3족 질화물계 화합물 반도체는 용제 내에서 쉽게 용해될 수 있다. 그런 3족 질화물계 화합물 반도체가 사용될 경우, 그 반도체는 1 x 106 ㎝-2 이상 및 1 x 1010 ㎝-2 이하의 전위 밀도를 갖는 GaN 독립형 기판이 바람직하다. 전위 밀도가 너무 낮으면, GaN 독립형 기판은 상술된 용제 내에서 용해되기 어려우며, 또한 전위 밀도가 너무 높으면, GaN 독립형 기판상에 성장되는 반도체 결정의 품질이 좋지 않게 된다. 단일 재료로 형성된 기판의 (두께 방향으로 볼 때)하부 1/2 부분이 높은 전위 밀도를 가지거나, 또는 그런 단일 재료 기판의 일부분(표면에 평행한 방향으로 볼 때)이 높은 전위 밀도를 가질 때, 그 높은 전위 밀도 부분은 용제-가용성 재료로서 형성될 수도 있다.
결정이, 결정 성장을 위한 종결정으로서 그 자체적으로 안정하게 기능 할 수 있는 그런 두께를 갖도록, 상술된 반도체 결정이 성장될 때까지, 적어도 용해되지 않고 유지된다면, 상술된 용제-용해 재료에는 특별한 제한이 부가되지는 않는다. 그러므로, 제조효율의 관점에서, 가장 바람직하게는, 반도체 결정이 소정 두께로 성장할 때까지, 용제-가용성 재료 전체가 용제 내에서 거의 용해되는 것이다. 그런 바람직한 상태는 용제-가용성 재료 또는 다른 조건을 적절하게 결정함으로써 얻어질 수 있다.
상술된 결정성장용 3족 질화물계 화합물 반도체는, 2-성분 반도체, 3-성분 반도체, 식, Al1 -x- yGayInxN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)에 의하여 나타내지며 임의의 화합물 결정 비율을 갖는 4-성분 반도체 및 p-형 또는 n-형 불순물을 함유하 는 반도체를 포함한다.
특히, 본 발명에 있어서, 사용되는 기판의 적어도 일부분이 용제-가용성 재료로 형성될 수 있거나, 또는 기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성될 수도 있다. 지금까지 사용된 바와 같이, "기판의 적어도 일부분이 용제-가용성 재료로 형성된다"는 표현은, 두께방향으로 용제-가용성 재료로 형성된 부분 및 용제-불가용성 재료로 형성된 부분을 포함하는 2층 구조를 갖는 기판의 경우에 대한 것일 수도 있다. 예를 들어, 기판은 GaN(결정 성장용 기판) 및 Si(용제-가용성 재료)를 포함하는 2층 구조, 또는 낮은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체(예를 들어 결정 성장용 GaN 기판) 및 결정 성장용 기판보다 높은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체(예를 들어, 1x106 ㎝-2 이상의 전위 밀도를 갖는 GaN(용제-가용성 재료))를 포함하는 2층 구조를 가질 수도 있다. 기판의 일부(표면에 대하여 평행한 방향으로 볼 때)가 상술된 것과 유사한 용제-가용성 재료로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 기판은, 그 주변부가 용제-불가용성 재료로 형성되고, 그 중앙부 전체가 용제-가용성 재료로 형성된 구조를 가질 수도 있다. 또는, 기판은, 표면에 평행한 방향으로 볼 때의 일부분이 격자형 패턴의 용제-가용성 재료로 형성되는 구조를 가질 수도 있다.
물론, 본 발명의 제조 방법에서, 기판의 전체가 상술된 용제-가용성 재료로 형성될 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 용제-가용성 재료는 반도체 결 정의 성장 온도 근처의 온도의 용제 내에서 용해된다.
반도체 결정 성장 과정에서, 용제-가용성 재료는 반도체 결정의 성장 온도 근처의 온도의 용제 내에서 용해될 수도 있다. 또는, 반도체 결정의 성장 후에, 용제-가용성 재료는 반도체 결정의 성장 온도 근처의 온도의 용제 내에서 용해될 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상술된 용제-가용성 재료의 적어도 일부분은 상술된 반도체 결정의 캐리어 농도를 조절하는 불순물을 포함한다. 그런 불순물은 n-형 불순물 또는 p-형 불순물일 수도 있다. 용제-가용성 재료는 p-형 및 n-형 불순물 양자를 포함할 수도 있다. 용제-가용성 재료 전체가 그런 불순물로만 형성될 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 상술된 용제-가용성 재료가 실리콘(Si)이다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 보호막은 상술된 용제-가용성 재료의 노출면 상에 형성될 수도 있어서 그 보호막의 두께 또는 형성패턴은, 용제-가용성 재료가 용제 내에서 용해될 때의 시간 또는 용제-가용성 재료의 용해율을 제어한다.
그런 보호막을 형성하는 재료의 예로서는 질화알루미늄(AlN) 및 탄탈륨(Ta)을 포함한다. 그런 보호막은 결정성장, 진공증착, 또는 스퍼터링과 같은 임의의 공지된 기술을 통하여 형성될 수 있다.
상술된 막 형성 패턴은 포토리소그래피 또는 에칭과 같은 임의의 공지된 기술을 통하여 형성될 수도 있다. 보호막의 두께가 작을수록, 상술된 용해시간은 더 빠르게 된다. 용제에 노출된 상술된 용제-가용성 재료의 일부분의 면적이 클수록, 상술된 용해율은 커지게 된다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 용제-가용성 재료는, 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 큰 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성된다.
제조 방법에 있어서, 용제-가용성 재료는 다음과 같이 형성될 수도 있다.
결정 성장용 기판은 2-성분 반도체, 3-성분 반도체, 또는 식, Al1 -x- yGayInxN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)에 의하여 나타내지며 임의의 화합물 결정 비율을 갖는 4-성분 반도체로 형성될 수도 있다. 3족 질화물계 화합물 반도체는 p-형 또는 n-형 불순물을 포함할 수도 있다. 용제-가용성 재료를 구성하는 반도체는 GaN 이 가장 바람직하다. 기판의 적어도 일부분을 구성하는 용제-가용성 재료의 결정 전위 밀도 또는 기판 전체의 결정 전위 밀도(기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성된 경우)는 바람직하게는 1x106 ㎝-2 이상, 좀 더 바람직하게는 1x107 ㎝-2 이상, 가장 바람직하게는 1x108 ㎝-2 이상이다. 기판상에서 성장하는 3족 질화물계 화합물 반도체의 결정성을 개선하기 위하여, 전위 밀도는 1x1010 ㎝-2 이하로 조절하는 것이 바람직하다.
상술된 성장되는 3족 질화물계 화합물 반도체 결정으로는 GaN이 바람직하다.
기판은 성장되는 반도체 결정의 캐리어 농도를 제어하는 불순물을 포함할 수 도 있다. 그런 불순물은 n-형 불순물 또는 p-형 불순물일 수도 있다. 기판은 n-형 및 p-형 불순물 양자를 포함할 수도 있다.
바람직하게는, 기판의 두께는, 반도체 결정의 성장이 완료되는 시점에서 기판의 전체가 용제에서 용해되는 두께로 조절된다. 그런 두께의 조절에 의하여, 3족 질화물계 화합물 반도체의 액상 성장의 완료시점에, 반도체보다 높은 전위 밀도를 갖는 기판은, 용제에서 완전히 용해되기 때문에, 낮은 전위 밀도를 갖는 양호한 품질의 3족 질화물계 화합물 반도체가 생성될 수 있다.
보호막은 기판의 노출면, 예를 들어, 결정 성장용 표면의 반대 측면(뒷면)에 형성될 수도 있어서, 보호막의 두께 또는 형성패턴이, 용제 내에서 기판이 용해되는 시간 또는 기판의 용해율을 제어한다. 그런 보호막을 형성하는 재료의 예로는 질화알루미늄(AlN) 및 탄탈륨(Ta)을 포함한다. 그런 보호막은 결정 성장, 진공증착 또는 스퍼터링과 같은 임의의 공지된 기술을 통하여 형성될 수도 있다.
상술된 막 형성패턴은 포토리소그래피 또는 에칭과 같은 임의의 공지된 기술을 통하여 형성될 수도 있다. 보호막의 두께가 작을수록, 상술된 용해시간이 빠르게 된다. 용제에 노출되는 기판의 일부분의 면적이 클수록, 상술된 용해율은 더 커진다. 용제 내에서의 기판의 용해는, 기판의 노출부가 높은 온도의 용제와 접촉할 때의 시점에서 시작하며, 용해율은 그 노출부의 면적에 거의 비례한다. 그러므로, 기판의 용해가 시작되는 시점, 기판의 용해에 요구되는 시간, 용해율 등은 보호막의 두께 및 기판의 노출 면적을 적절하게 결정함으로써 요구한 바대로 제어될 수도 있다. 기판의 용해에 요구되는 시간은 예를 들어, 기판의 조성비 또는 두께, 또는 용제의 온도를 변화시킴으로써 조절될 수도 있다. 기판 내에 함유되는 불순물이 기판 상에서 성장되는 반도체 결정에 부가된 불순물로서 사용될 때, 그 반도체 결정의 불순물 농도는, 기판의 용해에 요구되는 시간 또는 그의 용해율을 적절하게 제어함으로써 요구하는 바대로 조절될 수도 있다.
상술된 본 발명의 효과는 다음과 같다.
특히, 본 발명의 제조 방법에 있어서, 반도체 결정의 성장의 과정 중에 또는 반도체 결정의 성장 완료 후에, 용제-가용성 재료가 반도체 결정의 성장 온도 근처의 온도의 용제 내에서 용해된다. 그러므로, 타깃 반도체 결정이 반응챔버로부터 제거될 때, 응력- 예를 들어, 반응챔버로부터 반도체 결정을 제거할 때 온도의 감소에 의해 발생 되는 응력-이 반도체 결정과 베이스 기판 사이에 가해지지 않는다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 반도체 결정의 크랙 밀도는 종래의 반도체 결정의 경우와 비교할 때 상당히 감소될 수 있다.
사용되는 용제-가용성 재료는 실리콘(Si)과 같은 상대적으로 덜 비싼 재료일 수도 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 베이스 기판으로서, GaN 단결정 독립형 기판을 사용하는 종래 기술의 경우와 비교하여 제조비용이 감소 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 용제 내에서 용제-가용성 재료의 용해는 불순물의 부가를 위한 기술로서 사용될 수 있다. 그러므로, 불순물의 부가는 임의의 다른 기술을 요구하지 않는다. 또한, 필요한 불순물 재료를 절약할 수 있다.
그런 용제-가용성 재료로는 예를 들어 실리콘(Si)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 용제 내에서, 용제-가용성 재료의 용해는, 용제-가용성 재료의 노출부가 높은 온도의 용제와 접촉할 때 시작하고, 용해율은 노출부의 면적에 거의 비례한다. 그러므로, 용제-가용성 재료의 용해가 시작되는 시점, 재료의 용해에 요구되는 시간, 용해율 등은, 용제-가용성 재료의 노출부의 면적 또는 다른 조건을 적절하게 결정함으로써 요구하는 바대로 제어할 수도 있다. 용제-가용성 재료의 용해에 요구되는 시간은, 예를 들어 용제-가용성 재료의 형태 또는 두께, 또는 용제의 온도를 변화시킴으로써 요구하는 바대로 제어될 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 용제-가용성 재료가 재료상에서 성장되는 타켓 반도체 결정에 부가된 불순물로서 사용될 때, 반도체 결정의 불순물 농도는 용제-가용성 재료의 용해에 요구되는 시간 또는 그의 용해율을 적절하게 제어함으로써 요구하는 바대로 조절될 수도 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 3족 질화물계 화합물 반도체 결정이 성장되는 기판의 적어도 일부분을 구성하는 용제-가용성 재료는, 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 높은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성된다. 그 반도체 결정은 기판의 표면상에서 형성되면서, 용제-가용성 재료 또는 기판(기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성되는 경우)이, 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제에서 용해된다. 용제용액 내의 질소(5족 원소)의 용해도는 용제-가용성 재료(기판)의 용해를 통하여 증가되며, 따라서, 3족 질화물계 반도체의 성장률은 증가 될 수 있다. 또한 3족 원소의 용해도는 용제-가용성 재료(기판)의 용해를 통하여 증가하며, 따라서 기판상에서의 결정성장과 관련된 3족 원소의 손실을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 용제 내에서의 첨가제 또는 Na에 대한 3족 원소의 조성비의 감소가 억제될 수 있으며, 결정으로의 Na 또는 첨가제의 도입을 막을 수 있다.
또는, 3족 질화물계 화합물 반도체 결정이 성장되는 기판의 적어도 일부분을 구성하는 용제-가용성 재료는 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 높은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성되고, 그 반도체 결정이 기판의 표면에서 성장한 후에, 용제-가용성 재료 또는 기판(기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성된 경우)은, 그 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는, 기판의 표면으로부터 용제 내에서 용해된다. 높은 전위 밀도의 반도체 결정은 낮은 전위 밀도의 반도체 결정보다, 높은 용제 내에서의 용해율을 나타내기 때문에, 용제-가용성 재료(기판)는, 남겨져 있는 그런 성장된 반도체와 함께 제거될 수 있다. 그러므로, 용제-가용성 재료(기판)의 제거는, 결정 성장 장치로부터, 성장된 반도체 결정을 제거한 후에 요구되지 않으며, 즉 반도체 결정을 위한 제조과정이 단순화된다.
용제-가용성 재료 또는 기판(기판의 전체가 용제-가용성 재료로 형성되는 경우)의 전위 밀도가 1x106 ㎝-2 이상으로 조절될 때, 그 기판은 용제에서 쉽게 용해될 수 있다.
기판 및 성장된 반도체 결정이 GaN으로 형성될 때, 가장 좋은 품질의 반도체 결정이 제조될 수 있다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
사용될 용제를 구성하는 알칼리 금속은 나트륨(Na)이 특히 바람직하다. 리 튬(Li)도 또한 사용될 수도 있다.
사용될 질소(N)-함유가스는 질소 가스(N2), 암모니아 가스(NH3) 또는 이들 가스의 혼합일 수도 있다.
상술된 첨가되는 p-형 불순물(억셉터)은 예를 들어, 알칼리 토류 금속(예를들어, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca))과 같은 공지된 p-형 불순물일 수도 있다. 상술된 첨가되는 n-형 불순물(도너)은, 예를 들어, 실리콘(Si), 황(S), 셀레늄(Se), 텔륨(Te), 또는 게르마늄(Ge)과 같은 공지된 n-형 불순물일 수도 있다. 둘 이상의 불순물(억셉터 또는 도너) 원소가 동시에 첨가되거나, 또는 p-형 및 n-형 불순물이 모두 동시에 첨가될 수도 있다. 그런 불순물은, 예를 들어, 용제에 미리 불순물을 용해시키거나 또는 기판에 불순물을 첨가함으로써, 성장된 타깃 반도체 결정에 첨가될 수 있다.
용제법이 결정 성장 장치에 의하여 수행될 수 있는 한은, 그 결정 성장 장치에는 특별한 제한은 가해지지 않는다. 예를 들어, 일본 특허공개공보 Nos. H11-060394, 2001-058900, 2001-064097, 2004-292286 및 2004-300024 중에 개시된 결정 성장 장치가 사용될 수도 있다. 결정성장이 용제법에 의하여 실행될 때, 바람직하게는, 사용되는 결정 성장 장치의 반응챔버의 온도는 약 1000℃ 까지는 요구하는 바대로 올리거나 또는 낮출 수도 있다. 바람직하게는, 반응챔버의 압력은 약 100 atm(약 1.0 x 107 Pa)까지는 요구하는 바대로 증가시키거나 감소시킬 수도 있다. 사용되는 결정 성장 장치의 전기로, 반응 컨테이너, 원료가스 탱크, 배관 등은, 예 를 들어, 스테인리스 스틸(SUS) 재료, 알루미늄 재료 또는 구리로 형성되는 것이 바람직하다.
타깃 반도체 결정을 구성하는 상술된 조성식에 의하여 설명되는 3족 질화물계 화합물 반도체에서, 상술된 3족 원소(Aal, Ga, 또는 In)의 적어도 일부분은, 예를 들어, 붕소(B) 또는 탈륨(Tl)으로 대체될 수도 있으며, 또는 질소(N)의 적어도 일부분이, 예를 들어 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 또는 비스무스(Bi)로 대체될 수도 있다.
본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 다음에 설명될 것이며, 이 특정한 실시예는 그것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제 1 실시예
1. 베이스 기판의 제조
다음은, 도 1을 참조하여, 용제법의 결정 성장 단계에서 사용되는 베이스 기판(템플릿 (10))을 제조하기 위한 과정이 설명될 것이다.
(1) 먼저, 보호막(15)이 실리콘 기판(11, 용제-가용성 재료)의 후면 상에 형성된다. 보호막(15)은 MOVPE 또는 유사 기술을 통하여 기판상에 AlN을 제공함으로써 형성될 수도 있다. 또는, 보호막(15)은 스퍼터링 장치 또는 진공 증착 장치에 의하여 탄탈륨(Ta)과 같은 적절한 재료로 형성될 수도 있다.
(2) 이어서, MOVPE에 의해 성장된 결정에 의하여, AlGaN 버퍼층(12,두께:약 4㎛) 이 실리콘 기판(11, 두께:약 400㎛) 상에 형성되며, GaN 층(13)이 버퍼층(12) 상에 형성된다. GaN층(13)은, 타깃 반도체 결정의 성장이 용제법에 의하여 시작되 는 시점까지는 어느 정도 용제 내에서 용해될 수 있다. 그러므로, GaN층(13)은, 성장 결정이 시작될 때까지 용제 내에서 완전히 용해되지 않는 두께로 형성된다.
템플릿(10, 베이스 기판)은 상술된 단계(1) 및 (2)를 통하여 제조된다.
2. 결정 성장 장치의 구성
도 2 는 제 1 실시예에서 사용된 결정 성장 장치의 구성을 보여준다. 결정 성장 장치는 질소 가스를 공급하는 원료가스탱크(21), 결정 성장 분위기의 압력을 조절하는 압력 조절기(22), 누설밸브(23), 및 결정 성장을 실행하는 전기로(25)를 포함한다. 전기로(25), 그 전기로(25)에 원료가스탱크(21)를 연결하는 배관 등은, 예를 들어 스테인리스 스틸(SUS) 재료, 알루미늄 재료 또는 구리로 형성된다.
전기로(25)는 그 안에 스테인리스 스틸 컨테이너(24, 반응챔버)를 포함하며, 그 스테인리스 스틸 컨테이너(24)는 그 안에 도가니(26, 반응 컨테이너)를 포함한다. 도가니(26)는 예를 들어, 붕소질화물(BN) 또는 알루미나(Al2O3)로 형성될 수도 있다.
전기로(25)의 내부의 온도는, 그 온도가 1000℃를 초과하지 않는 한은, 원하는 바대로 증가시키거나 감소시킬 수도 있다. 스테인리스 스틸 컨테이너(24)의 내부의 결정 성장 압력은, 그 압력이 1.0 X 107 Pa를 초과하지 않는 한은 압력 조절기(22)에 의하여 원하는 바대로 증가시키거나 감소시킬 수도 있다.
3. 결정 성장 단계
다음에서는, 도 3a 내지 3c를 참조하여, 도 2 에 도시된 결정성장 장치를 사 용하는 용제법의 결정 성장 단계를 설명할 것이다.
(1) 먼저, 용제로서 작용하는 Na(알칼리 금소) 및 Ga(3족 원소)을 반응 컨테이너(도가니, 26)에 배치하고, 반응 컨테이너(도가니, 26)를 결정 성장 장치의 반응챔버(스테인리스 스틸 컨테이너,24) 내에 배치한 후, 반응챔버 내에 들어 있는 가스의 배출이 수행된다. 필요하다면, 상술된 임의의 첨가제(예를 들어 알칼리 토류 금속)를 미리 도가니 내에 첨가할 수도 있다. 반응 컨테이너에 기판 또는 원료를 설치하는 것은, 그런 작업이 공기 중에서 수행될 때, Na이 바로 산화되기 때문에, 비활성 기체(예를 들어, Ar 가스)로 채워진 장갑상자 내에서 수행된다.
(2) 이어서, 도가니의 온도를, 850℃ 내지 880℃의 범위에 존재하도록 증가시키면서, 질소 가스(N2)가 결정 성장 장치의 반응챔버 내로 공급되며, 반응챔버 내의 가스 압력을 약 3 내지 약 5 atm(약 3 x 105 내지 약 5 x 105 Pa)로 유지한다. 이 경우에, 앞에서 제조된 템플릿(10)의 보호막(15)은 상술된 증가하는 온도에 의하여 형성된 Ga-Na 용해물 내에 담가지고, 그 템플릿(10)의 결정 성장 표면(즉, GaN 층(13)의 노출면)은 용해물과 질소가스 사이의 경계 근처에 배치된다.
상술된 조건하에서, 3족 질화물계 화합물 반도체용 재료를 구성하는 원자는 Ga-Na 용해물 및 질소 가스의 사이의 경계의 근처에 과포화된 상태로 계속 존재한다. 그러므로, 타깃 반도체 결정(n-형 GaN 단결정(20))은 템플릿(10)의 결정 성장 표면상에 연속적으로 성장될 수 있다(도 3a). n-형 반도체 결정(n-형 GaN 단결정(20))이 얻어지는 이유는, 용제 내에서 용해된 실리콘 기판(11)을 구성하는 Si가 성장 중에 결정으로 n-형 첨가제로서 첨가되기 때문이다(도 3b).
보호막(15)은, 실리콘 기판(11)이 결정 성장 단계 중에 용제 내에서 용해되지 않는 큰 두께를 가지도록 형성될 수도 있다. 이러한 경우에, 실리콘(Si)으로 도핑되지 않은 반도체 결정이 성장될 수 있다.
4. 결정 성장 기판의 용해
n-형 GaN 단결정(20)이, 상술된 결정 성장 단계를 통하여 충분한 두께(예를 들어 약 500㎛ 이상)를 가지도록 성장된 후에, 도가니의 온도는, 보호막(15) 및 실리콘 기판(11)이 용제 내에서 완전히 용해될 때까지, 850℃ 이상 및 880℃ 이하로 계속 유지한다(도 3b 및 3c). 그런 후에, 질소 가스(N2)의 압력을 약 3 내지 약 5 atm(약 3 x 105 내지 약 5 x 105 Pa)으로 유지하면서, 반응챔버의 온도를 100℃이하로 감소시킨다.
용제 내의 실리콘 기판(11)을 용해시키는 단계 및 상술된 온도 감소 단계는 다소 평행하게 수행될 수도 있다. 상술된 바와 같이, 보호막(15) 또는 실리콘 기판(11)의 적어도 일부분이, GaN 단결정(20)의 성장 중에 용제 내에서 용해될 수도 있다. 이들 단계의 평행한/동시적인 진행의 형태는, 예를 들어 보호막(15)의 형태를 변화시킴으로써 적절하게 조절될 수 있다.
5. 용제의 제거
이어서, 앞에서 성장된 n-형 GaN 단결정(20, 타깃 반도체 결정)을 결정 성장 장치의 반응챔버로부터 제거하고, 단결정을 30℃ 이하로 냉각시킨다. 그런 후, n- 형 GaN 단결정(20)을 둘러싸고 있는 분위기의 온도를 30℃ 이하로 유지하면서, 단결정의 주변에 증착된 용제를 에탄올을 사용하여 제거한다.
상술된 단계가 연속적으로 수행될 때, 용제법 및 낮은 비용으로도, 400㎛ 이상의 두께를 가지며, 종래의 반도체 단결정의 경우와 비교하여 상당히 감소된 크랙을 갖는 고품질의 반도체 단결정(n-형 GaN 단결정(20))을 생성할 수 있다.
[다른 변형예]
본 발명은 상술된 실시예로 제한되지 않으며, 아래의 예의 변형이 행해질 수도 있다. 본 발명의 효과는 또한 본 발명의 작동에 따르는 응용 또는 그런 변형을 통하여 얻어질 수 있다.
[제 1 변형예]
상술된 제 1 실시예에서, 베이스 기판(종결정)은, 템플릿(10)의 뒷면 상에 보호막(15)을 형성함으로써 제조된다. 그러나, 보호막은 베이스 기판의 뒷면 상에 반드시 형성될 필요는 없다. 예를 들어, 상술된 바와 같은 템플릿의 뒷면 상에 보호막을 형성하지 않고, 소정의 결정 성장 조건 하에서, 용제-가용성 재료의 에칭률에 따라 소정 두께로 타깃 반도체 결정이, 성장되는 시점까지, 용제-가용성 재료가 용제에서 완전히 용해되도록 하는 레벨로 용제-용해성 재료(Si 기판(11))의 두께를 조절할 수도 있다.
변형예에 있어서, 용제 내의 용제-가용성 재료를 용해시키는 단계가, 생략될 수도 있으며, 이것은 생산성의 측면에서 유리할 수 있다. 상술된 제 1 실시예에서, 용제 내에서 베이스 기판을 구성하는 용제-용해성 재료를 용해시키는 단계 중 에, 성장되는 타깃 반도체 결정이 용해되고, 타깃 반도체 결정은 어느 정도는 용제 내에서 손실된다. 그러나, 상술된 변형예가 실행되면, 용제-가용성 재료(Si 기판(11))는, 결정 성장 단계 중에 에칭되고, 따라서 용제 내에서 용제-가능 재료를 용해시키는 단계가 제공될 필요가 없다. 그러므로, 상술된 변형예에서, 성장된 반도체 결정의 손실을 최소화할 수 있다.
보호막의 두께가 적절하게 조절될 때, 용제 내에서의 용제-가용성 재료(Si 기판 (11))의 용해는 결정 성장의 초기 이후에 잠시 동안 방지할 수 있다. 그러므로, 도핑 되지 않은 반도체 층이 템플릿(10) 상에 직접 형성될 수 있으며, 실리콘(Si)-도핑된 n-형 반도체 층은 도핑 되지 않은 반도체 층 상에 형성될 수 있다.
(제 2 변형예)
상술된 제 1 실시예에서, 베이스 기판(종결정)은 템플릿(10)의 뒷면 상에 보호막(15)을 균일하게 형성함으로써 제조된다. 그러나, 그 보호막은 적절한 에칭 패턴을 사용함으로써 에칭이 가해지도록 하여, 에칭을 통하여 형성된 개구를 통하여 용제-가용성 재료의 뒷면의 일부분이 노출되도록 할 수도 있다. 이러한 경우에, 결정 성장의 시작부터, 용제-가용성 재료의 그 노출부는 용제와 접촉되고, 용제 내에서 용해된다. 그러므로, 변형예에 있어서, 예를 들어, 베이스 기판을 구성하는 용제-가용성 재료의 용해에 요구되는 시간, 또는 용제-가용성 재료의 용해율을 최적화할 수 있다. 용제-가용성 재료의 용해율 등은, 예를 들어, 용제-가용성 재료의 뒷면의 일부분이 노출되도록 보호막에 형성된 개구의 크기, 또는 그 개구의 정렬 밀도를 조절함으로써 최적화할 수 있다.
용제-가용성 재료가 실리콘(Si)으로 형성되고 상술된 개구가 형성되면, 용제-가용성 재료는 결정 성장의 초기 단계에서부터 n-형 불순물로서 사용될 수 있다. 그러므로, 결정 성장의 초기부터, 적절한 캐리어 농도를 갖는 n-형 반도체 결정을 타깃 반도체 결정으로 형성할 수 있다. 그 반도체 결정의 캐리어 농도는 예를 들어, 용제-가용성 재료의 용해율을 조절함으로써 최적화할 수 있다. 용제-가용성 재료의 뒷면의 보호막의 상술된 개구는, 예를 들어 포토리소그래피 단계 및 건식 에칭 단계를 포함하는 일반적으로 공지된 에칭 기술을 통하여 형성될 수 있다.
제 2 실시예
1. 기판의 준비
다음에는, 도 4를 참조하여, 용제법의 결정 성장 단계에서 종결정으로서 사용되는 기판을 준비하기 위한 과정을 설명할 것이다.
(1) 먼저, MOCVD 장치를 사용하여, AlN 버퍼층(52, 두께: 35nm)을 사파이어 기판(51) 상에 형성하고, GaN 층(53, 두께: 200 ㎛)을 AlN 버퍼층(52) 상에 형성한다. GaN 층(53)은 HVPE를 통하여 형성될 수도 있다. GaN 층(53)의 성장이 완료된 후, 사파이어 기판(51)은 레이저 리프트오프 기술(laser lift-off technique)을 통하여 GaN 층(53)으로부터 제거되고, 그에 의하여 GaN층(53)으로 형성된 GaN 기판(50)을 만든다. GaN 기판(50)은 5 x 107 ㎝-2의 전위 밀도를 갖는 것이 발견되었다.
2. 결정 성장 장치의 구성
제 2 실시예에서 사용되는 결정 성장 장치는 제 1 실시예에서 사용된 장치의 구성과 동일한 구성을 갖는다(도 2 참조).
3. 결정 성장 단계
다음은, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 도 2에 도시된 결정 성장 장치를 사용하는 용제법의 결정 성장 단계를 설명할 것이다.
(1)먼저, 용제로서 작용하는 Na(알칼리 금속) 및 Ga(3족 원소)를 반응 컨테이너(도가니, 26)에 배치하고, 위에서 제조된 GaN 기판(50)을 반응 컨테이너(26) 내에 배치한다. 이 경우에, GaN 기판(50)은, 기판의 결정 성장 면이 Ga 표면이 되도록 하고, 그 기판의 반대면이 N 표면이 되도록 하여, 반응 컨테이너(26)에 배치된다. 반응 컨테이너(도가니, 26)를 결정 성장 장치의 반응챔버(스테인리스 스틸 컨테이너, 24) 내에 배치한 후, 반응챔버(24) 내에 들어있는 가스를 배출한다. 필요하다면, 임의의 상술된 첨가제(예를 들어 알칼리 토류 금속)를 미리 반응 컨테이너(26)에 첨가할 수도 있다. 반응 컨테이너에 기판 또는 원료를 설치하는 것은, 그런 작업이 공기 중에서 수행될 때, Na이 바로 산화되기 때문에, 비활성 기체(예를 들어, Ar 가스)로 채워진 장갑상자 내에서 수행된다.
(2) 이어서, 반응 컨테이너(26)의 온도를, 850℃ 이상 및 880℃ 이하로 증가시키면서, 질소 가스(N2)를 결정 성장 장치의 반응챔버(24) 내로 공급하고, 반응챔버(24) 내의 가스 압력을 약 30 내지 약 50 atm(약 3 x 106 내지 약 5 x 106 Pa)로 유지시킨다. 이 경우에, GaN 기판(50)은 메시 서셉터(mesh susceptor, 도시되지 않음) 상에 배치되어서, GaN 기판(50)의 레벨이 조절(특히 GaN 기판(50)의 뒷면은 증가하는 상술된 온도을 통하여 형성된 Ga-Na 용해물 내에 담길 수 있고, GaN 기판(50)의 결정 성장 표면(54)은 용해물 및 질소 가스 사이의 경계의 근처에 배치될 수 있다)되도록 하고, GaN 기판(50)의 전체가 용제 용액과 접촉될 수 있다. 또는, GaN 기판(50)은 도가니의 내부바닥에 배치될 수도 있다. 반응챔버(24)는, 결정 성장 중에 흔들리거나 회전되어서, GaN 기판(50) 및 용제 용액은 서로 완전하고 균일하게 접촉될 수도 있다.
상술된 조건하에서, 3족 질화물계 화합물 반도체용 재료를 구성하는 원자는 용제 내에서 계속 과포화된 상태로 존재한다. 그러므로, 타깃 GaN 반도체 결정(60)은 기판(50)의 결정 성장 표면상에 연속적으로 성장될 수 있다(도 5a).
4. 결정 성장 기판의 용해
상술된 결정 성장 단계 중에, GaN 기판(50)은 뒷면(55)으로부터 Ga-Na 용해물에서 용해된다. GaN 기판(50)은 5 x 107 cm-2의 전위 밀도를 가지며, 성장된 GaN 단결정(60)은 1 x 103 cm-2의 낮은 전위 밀도를 갖는다. 그러므로, 더 높은 전위 밀도의 GaN 기판(50)은 성장된 GaN 단결정(60)과 비교하여 더 높은 비율로 용제 용액 내에서 용해된다. 결국, 용제 용액 내의 질소의 용해도는 증가하고, 결정 성장률이 증가한다. 기판의 용해에 의하여, Ga 는 용제 내에서 용해되고, 따라서 기판 표면상에서 결정 성장에 소비된 Ga이 보상될 수 있다. 그러므로, 용제 내에서의 Na/Ga 비율의 증가 및 결정으로의 Na와 첨가제의 마이그레이션을 방지할 수 있으 며, 균일한 반도체 결정을 얻을 수 있다(도 5b).
바람직하게는, 용제 용액의 온도, GaN 기판(50)의 두께 등은 조절되어서, 용제 내의 GaN 기판 전체의 용해가 GaN 단결정(60)의 성장의 완료와 동시에 완료되도록 한다. GaN 기판(50)은, GaN 단결정(60)의 성장이 완료되는 시점에 용제 내에서 완전히 용해되지 않을 때, 결정 성장 이후에, 반응 컨테이너(26)의 온도는, GaN 기판(50)이 용제 내에서 완전히 용해될 때까지, 850℃ 이상 및 880℃ 이하로 계속 유지된다. 이러한 과정을 통하여, GaN 기판(50)의 전체가 용해되고, 낮은 전위 밀도의 GaN 단결정(60) 만이 제조된다(도 5c). 그런 후, 질소 가스(N2)의 압력을 약 30 내지 약 50 atm(약 3 x 106 내지 약 5 x 106 Pa)로 유지하고, 반응챔버의 온도를 100℃ 이하로 낮춘다.
용제 내의 GaN 기판(50)을 용해하는 단계와 상술의 온도를 낮추는 단계는 어느 정도 평행하게 수행될 수도 있다.
5. 용제의 제거
이어서, GaN 단결정(60, 타깃 반도체 결정)은 결정 성장 장치의 반응챔버(24)로부터 제거되고, 단결정은 30℃ 이하로 냉각된다. 그런 후, GaN 단결정(60)을 둘러싸는 분위기의 온도를 30℃ 이하로 유지시키면서, 단결정의 주변에 증착된 용제(Na)를 에탄올을 사용하여 제거한다.
상술된 단계를 연속적으로 수행할 때, 이 용제법을 통하여, 400㎛ 이상의 두께를 갖고, 화학량적 조성비를 가지며, 종래의 반도체 단결정의 경우와 비교하여 상당히 감소된 크랙을 갖는 균질의 고품질 GaN 단결정(60)을 제조할 수 있다.
[다른 변형예]
본 발명은 상술된 실시예로 제한되지 않으며, 다음의 변형예가 제조될 수도 있다. 본 발명의 효과는 또한 그런 변형 또는 발명의 실행에 따르는 응용을 통하여 얻어질 수 있다.
[제 3 변형예]
도 6에 도시된 바와 같이, 보호막(56)은 기판(50)의 뒷면(55) 상에 형성될 수도 있다. 보호막(56)은 MOVPE 또는 유사한 기술을 통하여 기판상에 AlN 층을 제공함으로써 형성될 수도 있다. 또는, 보호막(56)은 스퍼터링 장치 또는 진공 증착 장치에 의하여 탄탈륨(Ta)과 같은 적절한 금속으로 형성될 수도 있다.
기판(50)이 뒷면으로부터 용제에서 용해되는 시간은 보호막(56)의 두께를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 보호막(56)은 큰 두께로 형성되어서, 기판(50)이 결정 성장 단계 중에 용제 내에서 용해되지 않도록 할 수도 있다.
반도체 결정(60)의 성장이 완료된 후라고 할지라도, 기판(50)이 용제 내에서 용해될 때에는, 반응 컨테이너(26)의 온도를, 850℃ 이상 및 880℃ 이하로 계속 유지되도록 하여서 보호막(56) 및 기판(50)이 용제 내에서 완전히 용해되도록 할 수도 있다.
보호막(56)을 사용하지 않는 경우에는, 기판(50)의 두께를 조절하여서, 용제 내에서 기판(50) 전체의 용해가, 단결정(60)의 성장의 완료와 동시에 완료되도록 한다. 이에 대하여, 보호막(56)을 사용하는 경우에는, 기판이 완전하게 용해되는 시간을, 기판(50)의 두께를 변화시킴으로써 조절할 수 있거나, 또는 그런 시간은, 기판(50)의 두께를 일정하게 유지하면서 보호막(56)의 두께만을 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
변형예에서, 용제 내에서 기판을 용해하는 단계는 생략될 수 있으며, 이것은 생산성의 측면에서 유리한다.
상술된 제 2 실시예에서, 용제 내에서 기판(50)을 용해하는 단계 중에, 성장되는 타깃 반도체 결정이 용해되고 용제 내에서 어느 정도 손실된다. 그러나, 상술된 변형예가 실행되면, 기판(50)은 결정 성장 단계 중에 에칭되고, 그러므로, 용제 내에서 기판을 용해하는 단계가 결정 성장 이후에 제공될 필요가 없다. 그러므로, 상술된 변형예에서는, 성장된 반도체 결정의 손실을 최소화할 수 있다.
보호막의 두께가 적절하게 조절되면, 용제 내의 기판(50)의 용해는, 결정 성장이 시작된 후, 얼마 동안은 방지될 수 있다.
(제 4 변형예)
상술된 바와 같이, 보호막(56)은 기판(50)의 뒷면 상에 균등하게 형성된다. 또한, 보호막(56)에는 적절한 에칭 패턴을 사용함으로써 에칭이 가해져서, 에칭을 통하여 형성된 개구를 통하여 기판(50)의 뒷면의 일부분이 노출되도록 한다. 이 경우에, 결정 성장의 시작으로부터, 기판(50)의 그 노출부가 용제와 접촉되고, 용제 내에서 용해된다. 그러므로, 변형예에서, 예를 들어, 기판(50)의 용해 시간 또는 그의 용해율을 최적화할 수 있다. 기판(50) 의 용해율 등은, 예를 들어 기판(50)의 뒷면(55)의 일부분이 노출되도록 보호막(56)에 형성된 개구의 크기 또는 그 개구의 정렬 밀도를 조절함으로써 최적화할 수 있다. 기판(50)의 뒷면(55)의 이 보호막(56)의 개구는 예를 들어, 포토리소그래피 단계 및 건식 에칭 단계를 포함하는 일반적으로 공지된 에칭 기술을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명은 3족 질화물계 화합물 반도체 결정으로부터 반도체 장치를 제조하기 위하여 사용된다. 그런 반도체 장치의 예로는, 발광장치(예를 들어, LED 및 LD), 수광장치 및 다른 일반 반도체 장치(예를 들어, FET)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 낮은 비용으로 용제법을 통하여 고품질의 반도체 결정을 제조할 수 있고, 용제법으로 반도체 결정의 성장률을 증가시키며, 크랙을 갖지 않는 양호한 품질의 3족 질화물계 반도체 결정을 제조할 수 있다.

Claims (26)

  1. 용제를 사용하는 용제법을 통하여 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 제조하는 방법이며,
    적어도 부분적으로, 상기 용제 내에서 용해될 수 있는 재료로 형성된 기판의 표면상에 반도체 결정을 성장시키면서, 상기 반도체 결정이 성장되는 표면의 반대 측에 있는 기판의 표면으로부터 용제-가용성 재료를 상기 용제 내에서 용해하는 단계를 포함하는 반도체 결정 제조 방법.
  2. 용제를 사용하는 용제법을 통하여 3족 질화물계 화합물 반도체 결정을 제조하는 방법이며,
    적어도 부분적으로, 상기 용제 내에서 용해될 수 있는 재료로 형성된 기판의 표면상에 반도체 결정을 성장시키는 단계와, 이어서 상기 반도체 결정이 성장된 기판의 반대 측에 있는 기판의 표면으로부터 용제-가용성 재료를 상기 용제 내에서 용해하는 단계를 포함하는 반도체 결정 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 전체가 상기 용제-가용성 재료로 형성된 반도체 결정 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 기판 전체가 상기 용제-가용성 재료로 형성된 반도 체 결정 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 상기 반도체 결정의 성장 온도 근처의 온도에서 용제 내에서 용해되는 반도체 결정 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 상기 반도체 결정의 성장 온도 근처의 온도에서 용제 내에서 용해되는 반도체 결정 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 상기 반도체 결정의 성장 온도 근처의 온도에서 용제 내에서 용해되는 반도체 결정 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료의 적어도 일부분은 상기 반도체 결정의 캐리어 농도를 제어하는 불순물을 포함하는 반도체 결정 제조 방법.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료의 적어도 일부분은 상기 반도체 결정의 캐리어 농도를 제어하는 불순물을 포함하는 반도체 결정 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 실리콘(Si)인 반도체 결정 제조 방법.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 실리콘(Si)인 반도체 결정 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료의 노출면 상에 보호막이 형성되어서, 상기 보호막의 두께 또는 형성패턴이, 상기 용제-가용성 재료가 용제 내에서 용해될 때의 시간 또는 용제-가용성 재료의 용해율을 제어하는 반도체 결정 제조 방법.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료의 노출면 상에 보호막이 형성되어서, 상기 보호막의 두께 또는 형성패턴이, 상기 용제-가용성 재료가 용제 내에서 용해될 때의 시간 또는 용제-가용성 재료의 용해율을 제어하는 반도체 결정 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 상기 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 높은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성되는 반도체 결정 제조 방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 상기 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 높은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성되는 반도체 결정 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 1 x 106 cm-2 이상의 결정 전위 밀도를 갖는 반도체 결정 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 용제-가용성 재료는 1 x 106 cm-2 이상의 결정 전위 밀도를 갖는 반도체 결정 제조 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 성장되는 반도체 결정은 GaN인 반도체 결정 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 성장되는 반도체 결정은 GaN 인 반도체 결정 제조 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 성장되는 반도체 결정은 GaN 인 반도체 결정 제조방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 성장되는 반도체 결정은 GaN 인 반도체 결정 제조방법.
  22. 제 14 항에 있어서, 상기 기판을 구성하는 상기 용제-가용성 재료는 GaN인 반도체 결정 제조 방법.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 기판을 구성하는 상기 용제-가용성 재료는 GaN인 반도체 결정 제조 방법.
  24. 제 16 항에 있어서, 상기 기판을 구성하는 상기 용제-가용성 재료는 GaN인 반도체 결정 제조 방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 기판을 구성하는 상기 용제-가용성 재료는 GaN인 반도체 결정 제조 방법.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 기판을 구성하는 용제-가용성 재료는 성장되는 반도체 결정의 전위 밀도보다 높은 전위 밀도를 갖는 3족 질화물계 화합물 반도체로 형성되며, 상기 용제-가용성 재료의 두께는 상기 반도체 결정의 성장이 완료될 때 상기 용제-가용성 재료 전체가 용제 내에서 용해되는 두께로 조절되는 반도체 결정 제조 방법.
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