KR100982993B1 - Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물 - Google Patents

Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR100982993B1
KR100982993B1 KR1020080100773A KR20080100773A KR100982993B1 KR 100982993 B1 KR100982993 B1 KR 100982993B1 KR 1020080100773 A KR1020080100773 A KR 1020080100773A KR 20080100773 A KR20080100773 A KR 20080100773A KR 100982993 B1 KR100982993 B1 KR 100982993B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group iii
nitride semiconductor
iii nitride
polarity
semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020080100773A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100041537A (ko
Inventor
양종인
이상범
송상엽
이시혁
김태형
Original Assignee
삼성엘이디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성엘이디 주식회사 filed Critical 삼성엘이디 주식회사
Priority to KR1020080100773A priority Critical patent/KR100982993B1/ko
Priority to US12/419,590 priority patent/US8110424B2/en
Priority to TW098111781A priority patent/TWI485886B/zh
Priority to JP2009096184A priority patent/JP5145502B2/ja
Priority to DE102009019281A priority patent/DE102009019281A1/de
Priority to CN200910137472.0A priority patent/CN101728251B/zh
Publication of KR20100041537A publication Critical patent/KR20100041537A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100982993B1 publication Critical patent/KR100982993B1/ko
Priority to US13/323,365 priority patent/US8476639B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법이 개시된다. 본 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법은 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 제1 표면과 반대에 위치하며 질소 극성을 갖는 제2 표면을 갖는 Ⅲ족 질화물 반도체를 마련하는 단계 및, 질소 극성을 갖는 제2 표면이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.
Ⅲ족 질화물 반도체, Ⅲ족 원소 극성, 질소 극성, 표면 처리

Description

Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, Ⅲ족 질화물 반도체 및 그의 제조 방법 및 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물 {Surface treatment method of group Ⅲ nitride semiconductor, group Ⅲ nitride semiconductor and manufacturing method thereof, group Ⅲ nitride semiconductor structure}
본 발명은 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, Ⅲ족 질화물 반도체 및 그의 제조 방법 및 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물에 관한 것으로, 반대되는 양 표면이 동일한 극성을 갖도록 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, Ⅲ족 질화물 반도체 및 그의 제조 방법 및 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, Ⅲ족 질화물 반도체로 이루어진 발광소자는 청색 또는 녹색 파장대의 광을 얻기 위해 사용되는 발광소자로서, AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 물질로 이루어진다.
Ⅲ족 질화물 반도체는 사파이어(α-Al2O3) 기판 또는 SiC 기판과 같은 이종 기판 상에 성장될 수 있으며, 특히, 사파이어 기판은 질화갈륨과 동일한 육방정계 구조를 가지며, SiC기판에 비해 저렴하고 고온에서 안정하기 때문에 Ⅲ족 질화물 반도체의 성장 기판으로 주로 사용된다.
한편, 사파이어 기판 상에 성장된 Ⅲ족 질화물 반도체는 Wurtzite 결정 구조를 갖는 것으로, 비 중심 대칭 형태(non-centrosymmetric) 형태의 결정 구조를 갖는다. 따라서, Ⅲ족 질화물 반도체, 예를 들어, 갈륨 질화물 반도체인 경우, 그의 일 표면은 갈륨 극성(Ga polarity)을 가지며(이하, '갈륨 극성면'이라 함), 타 표면은 질소 극성(N polarity)을 갖는다(이하, '질소 극성면'이라 함). 이 같이 갈륨 질화물 반도체의 양 표면은 극성(surface polarity) 차이로 인해 식각 속도, 표면 재결합(surface recombination)의 형태, 결함 및 표면 전위 등과 같은 물성 차이가 발생하게 된다. 이러한 물성 차이에 따라 갈륨 극성면과 질소 극성면의 표면 특성에서 차이가 발생하게 된다.
구체적으로, 갈륨 질화물 반도체의 갈륨 극성면은 질소 극성면에 비해 표면 평탄도가 우수하며, 불순물로 작용하는 물질의 결합도가 낮아 질소 극성면에 비해 그 결정성이 좋다. 이에 따라, 갈륨 질화물 반도체를 재성장하는 경우, 갈륨 극성면 상에 성장된 재성장층은 평탄한 표면을 갖게 된다. 반면, 질소 극성면 상에 성장된 재성장층은 그 표면에 힐락(hillock), 컬럼(culumn) 및 피라미드 형태의 그래인(grain) 등과 같은 결함이 발생되어 표면 특성이 저하된다.
한편, 갈륨 질화물 반도체의 양 표면의 극성 차이에 의해 자발분극이 발생하 여 갈륨 극성면과 질소 극성면의 표면 밴드 벤딩(surface band bending) 특성이 상이하게 나타난다.
또한, 갈륨 질화물 반도체의 갈륨 극성면은 오믹 접촉 저항이 낮아 정전압 또한 낮게 나타나는 것으로, 질소 극성면에 비해 우수한 전기적 특성을 갖는다. 뿐만 아니라, 갈륨 질화물 반도체의 양 표면은 극성 차이로 인해 식각 용액(예를 들어, 'KOH')에 대한 반응 속도에 차이가 있다. 구체적으로, 갈륨 극성면은 식각 용액과의 반응이 거의 일어나지 않는 반면, 질소 극성면은 식각 용액과의 반응이 활발하여 식각되는 정도가 크다.
상술한 바와 같이, Ⅲ 질화물 반도체에 있어서, 3족 원소 극성을 갖는 면은 표면 평탄도, 불순물과의 결합도, 재성장 특성, 전기적 특성 및 식각 특성의 측면에서 질소 극성을 갖는 면보다 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 반대되는 양 표면이 모두 Ⅲ 원소 극성을 갖는 Ⅲ 질화물 반도체를 개발하는 것이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과 반대에 위치하는 질소 극성을 갖는 제2 표면에 레이저를 조사함으로써 제1 표면과 동일한 극성으로 변환되도록 하는, Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, Ⅲ족 질화물 반도체 및 그의 제조 방법 및 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물을 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법은, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과 상기 제1 표면과 반대에 위치하며 질소 극성을 갖는 제2 표면을 갖는 Ⅲ족 질화물 반도체를 마련하는 단계 및, 상기 질소 극성을 갖는 제2 표면이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 상기 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체의 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계 전에, 상기 제2 표면을 따라 질소 공극에 의한 결함을 갖는 결정손상층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 결정손상층을 형성하는 단계는, 상기 제2 표면에 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사를 적용하는 단계가 될 수 있다.
또한, 상기 결정손상층은, 비정질영역, 다결정영역 및 Ⅲ족 원소 리치영역 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 결정손상층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 가질 수 있다.
본 발명에서, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체일 수 있다.
또는, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는 GaN 반도체이며, 상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법은, 질화물 단결정 성장용 기판 상에 Ⅲ족 질화물 반도체를 성장시키는 단계 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치하고, 상기 기판과 접하면서 질소 극성을 갖는 제2 표면을 가짐-, 상기 질화물 단결정 성장용 기판으로부터 상기 Ⅲ족 질화물 반도체를 분리시키는 단계, 및 상기 질소 극성을 갖는 제2 표면이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 상기 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체의 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계 전에, 상기 제2 표면을 따라 질소 공극에 의한 결함을 갖는 결정손상층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 결정손상층을 형성하는 단계는 상기 제2 표면에 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사를 적용하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 결정손상층은, 비정질영역, 다결정영역 및 Ⅲ족 원소 리치영역 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 결정손상층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 가질 수 있다.
그리고, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체일 수 있다. 또는, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체를 마련하는 단계는, GaN 반도체이며 상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성일 수 있다.
본 제조 방법은, 상기 Ⅲ족 원소 극성으로 변환된 제2 표면 상에 추가적인 질화물 반도체층을 성장시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 질화물 단결정 성장용 기판은, 사파이어, SiC, Si, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체는, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치한 제2 표면을 가지며, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체 중 상기 제2 표면을 따라 위치한 영역에 해당되고, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체의 나머지 다른 영역과 연속적으로 형성되되 상기 제2 표면의 극성이 상기 제1 표면의 극성과 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 갖도록 상기 나머지 다른 영역의 결정배열이 반전된 극성 반전층을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 극성 반전층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 극성 반전층에 해당하는 영역과 상기 나머지 다른 영역은 동일한 조성을 가질 수 있다.
그리고, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤ x+y≤1) 반도체일 수 있다. 또는, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는 GaN 반도체이며, 상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물은, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치한 제2 표면을 갖는 제1 Ⅲ족 질화물 반도체 및 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체의 제2 표면 상에 형성된 제2 Ⅲ족 질화물 반도체를 포함하며, 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체는 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체 중 상기 제2 표면을 따라 위치한 영역에 해당되고, 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체의 나머지 다른 영역과 연속적으로 형성되되 상기 제2 표면의 극성이 상기 제1 표면의 극성과 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 되도록 상기 나머지 다른 영역의 결정배열이 반전된 극성 반전층을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 극성 반전층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 가질 수 있다.
본 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물에서, 상기 극성 반전층에 해당하는 영역과 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체의 나머지 다른 영역은 동일한 조성을 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 Ⅲ족 질화물 반도체는 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체와 서로 다른 조성을 갖거나 서로 다른 도전형을 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 Ⅲ족 질화물 반도체는 활성층을 포함하는 복수의 Ⅲ족 질화물 반도체층이며, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물는 반도체 발광소자일 수 있다. 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체일 수 있다.
또는, 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체는 GaN 반도체이며, 상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성일 수 있다.
본 발명에 따르면, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과 반대에 위치하는 질소 극성을 갖는 제2 표면에 레이저를 조사함으로써 제1 표면과 동일한 극성을 갖도록 변환시켜 반대되는 양 면이 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 Ⅲ족 질화물 반도체를 구현할 수 있게 된다. 이 같은 방법을 이용하여 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물을 제조할 수도 있다.
Ⅲ족 질화물 반도체에서 Ⅲ족 원소 극성을 갖도록 표면 처리된 제2 면을 이용하여 발광소자와 같은 반도체 구조물을 제조하는 경우 결정성을 향상시킬 수 있게 되어 발광소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, Ⅲ족 질화물 반도체에서 Ⅲ족 원소 극성을 갖도록 표면 처리된 제2 면을 이용하여 재성장하는 경우, 표면 평탄도가 우수한 재성장층을 형성할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, Ⅲ족 질화물 반도체의 Ⅲ족 원소 극성을 갖도록 표면 처리된 제2 면에 전극을 형성하는 경우, 접촉면에서의 오믹 접촉 저항이 감소되어 전기적 특성이 향상될 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다. 우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, Ⅲ족 질화물 반도체(10)를 마련한다. 이 경우, Ⅲ족 질화물 반도체(10)는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체 조성을 갖는 단결정층 기판일 수 있다. 또는, Ⅲ족 질화물 반도체(10)는 GaN 반도체 조성을 갖는 단결정 기판일 수도 있다.
또한, Ⅲ족 질화물 반도체(10)은 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면(11)과, 제1 표면과 반대에 위치하며 질소 극성을 갖는 제2 표면(12)을 갖는다. 구체적으로, Ⅲ족 질화물 반도체(10)에서 Ⅲ족 원소와 질소 원소는 Wurtzite 결정 구조를 갖는 것으로, 제1 표면(11)에는 Ⅲ족 원소들이 배열되며, 제2 표면(12)에는 질소 원소들이 배열된 구조를 갖는다. 즉, 제1 표면(11)과 제2 표면(12)에 배열된 원소에 따라 그 표면의 극성이 결정된다.
이하에서는, 질소 극성을 갖는 제2 표면(12)이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되는 표면 처리 과정을 구체적으로 설명한다.
도 1b를 참조하면, 제2 표면(12) 상에 질소 공극에 의한 결함을 갖는 결정손상층(13)을 형성한다. 이 경우, 결정손상층(13)은 비정질 영역, 다결정 영역 및 Ⅲ 족 원소 리치영역 중 적어도 하나가 될 수 있으며, 제2 표면(12)을 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사를 적용하여 형성할 수 있다.
상기와 같이, 제2 표면(12)을 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사하는 경우에, 제2 표면(12)으로부터 일부 두께층에 존재하는 질소 공극이 발생하여 Ⅲ족 원소와 질소 원소들의 불규칙하게 배열되는 결정손상층(13)이 형성된다. 이 경우, 결정손상층(13)은 제2 표면(12)으로부터 5 ∼ 2000㎚의 두께로 형성될 수 있다.
이 후, 도 1c에 도시된 것과 같이, 제2 표면(12)이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 레이저를 조사한다. 구체적으로, 제2 표면(12)으로부터 일부 두께까지 형성되어 있는 결정손상층(13) 상에 레이저를 조사하여, 결정손상층(13)에 불규칙하게 배열된 Ⅲ족 원소와 질소 원소들을 재결정화시킨다. 이에 따라, 결정손상층(13) 내의 Ⅲ족 원소와 질소 원소들의 결정 배열이 변경되어, 제2 표면(12)에 질소 원소가 아닌, Ⅲ족 원소가 배열된 구조를 갖게 된다. 즉, 제2 표면(12)이 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 형태로 변환된다. 이는, 표면 상에 질소 원소보다는 Ⅲ족 원소가 배열되는 것이 안정적이기 때문에 나타나는 것으로, 제2 표면(12)은 Ⅲ족 원소와 질소 원소들의 재결정화 과정 중에 상대적으로 안정한 결정 구조를 갖는 Ⅲ족 원소 극성을 갖게 된다.
상기와 같은 방법을 통해, 도 1d에 도시된 바와 같이, Ⅲ족 질화물 반도체(10')를 제조할 수 있게 된다. 구체적으로, 도 1d에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도 체(10')는 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면(11)과 제1 표면(11)과 반대되는 위치에 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제2 표면(12)을 포함한다. 또한, Ⅲ족 질화물 반도체(10')는 극성 반전층(13')을 포함한다.
극성 반전층(13')은 Ⅲ족 질화물 반도체(10') 중 제2 표면(12)을 따라 위치한 영역에 해당되는 것으로, Ⅲ족 질화물 반도체(10')와 별개로 형성되는 층이 아니라, Ⅲ족 질화물 반도체(10')의 나머지 다른 영역과 연속적으로 형성된 것이다.
상술한 바와 같이, 도 1d에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(10')는 극성반전층(13')에 의해 반대되는 위치의 제1 표면(11)과 제2 표면이 서로 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 구조를 가질 수 있게 된다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2a를 참조하면, 질화물 단결정 성장용 기판(200) 상에 화살표 방향으로 Ⅲ족 질화물 반도체(100)를 성장시킨다. 이 경우, 질화물 단결정 성장용 기판(200)은 사파이어, SiC, Si, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것일 수 있다. 또한, Ⅲ족 질화물 반도체(100)의 성장은, 기판(200) 상에 MOCVD 방법, HVPE 방법 및 MBE 방법 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
도 2a에서 성장되는 Ⅲ족 질화물 반도체(100)는 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체 조성을 가질 수 있다. 따라서, Ⅲ족 질화물 반도체(100)는 알루미늄(Al), 인듐(In) 및 갈륨(Ga) 중 적어도 하나 이상의 Ⅲ족 원소와 질소 원소가 일정한 배열로 결합된 결정 구조를 갖는다. 또는, Ⅲ족 질화물 반도체(100)는 갈륨 원소와 질소 원소를 포함하는 GaN 반도체 조성을 가질 수도 있다.
한편, 도 2a에서와 같이 성장된 Ⅲ족 질화물 반도체(100)는 제1 표면(110)과, 질화물 단결정 성장용 기판(200)에 접하면서 제1 표면(110)에 반대에 위치하는 제2 표면(120)을 포함한다. 이 경우, 제1 표면(110)은 Ⅲ족 원소들이 배열된 것으로 Ⅲ족 원소 극성을 가지며, 제2 표면(120)은 질소 원소들이 배열된 것으로 질소 극성을 갖는다.
보다 구체적으로, Ⅲ족 질화물 반도체(100)의 제1 표면(110) 및 제2 표면(120)의 결정 구조를 참조하면, Ⅲ족 원소인 갈륨 원소와 질소 원소가 주기적으로 배열된 구조를 갖는다. 이 경우, Ⅲ족 질화물 반도체(100) 중 제1 표면(110)은 은 갈륨 원소가 배열된 갈륨 극성을 가지며, 질화물 단결성 성장 기판(200)과 접하는 제2 표면(120)은 질소 원소가 배열된 질소 극성을 갖는다.
이 후, Ⅲ족 질화물 반도체(100)의 성장이 완료되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 질화물 단결정 성장용 기판(200)에 레이저를 조사하여 질화물 단결정 성장용 기판(200)으로부터 Ⅲ족 질화물 반도체(100)를 분리시킨다. 이에 따라, Ⅲ족 질화물 반도체(100)에서 질화물 단결정 성장용 기판(200)이 접합되어 있던 제2 표면(120)이 노출된다.
다음, 도 2c 및 도 2d에 도시된 것과 같은 방법을 이용하여 Ⅲ족 질화물 반도체(100)의 제2 표면(120)의 극성을 변환시킨다. 도 2c 및 도 2d는 설명의 편의를 위해 도 2b에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(100)에서 제2 표면(120)이 상부를 향하도록 회전시켜 도시한 것이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, Ⅲ족 질화물 반도체(100)의 제2 표면(120)에 결정손상층(130)을 형성한다. 이 경우, 결정손상층(130)은 질소 공극에 의한 결함을 포함하는 층으로, Ⅲ족 원소와 질소 원소들의 불규칙하게 배열된 결정 구조를 갖는다. 즉, 결정손상층(130)은 비정질 영역, 다결정 영역 및 Ⅲ족 원소 리치영역 중 적어도 하나가 될 수 있다.
결정손상층(130)은 제2 표면(120)에 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사를 적용하는 방법을 통해 형성될 수 있으며, 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사에 따른 시간 및 조건 등을 조절하여 5~2000㎚의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 결정손상층(130)에 레이저를 조사하여 질소 극성을 갖는 제2 표면이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 한다. 구체적으로, 레 이저를 조사를 통해 결정손상층(130)에 불규칙하게 배열된 Ⅲ족 원소와 질소 원소들을 재결정화시킨다. 이에 따라, 결정손상층(130) 내의 Ⅲ족 원소와 질소 원소들이 재배열되어 제2 표면(120)에 Ⅲ족 원소가 배열된 구조를 갖게 된다. 즉, 제2 표면(120)이 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 형태로 변환된다.
도 2d에서, 결정손상층(130) 내의 Ⅲ족 원소와 질소 원소들을 재배열시키기 위해 사용되는 레이저는, 193㎚ 엑시머 레이저, 248㎚ 엑시머 레이저 및 308㎚ 엑시머 레이저, Nd:YAG 레이저, He-Ne 레이저, Ar 이온 레이저 등이 있을 수 있을 수 있다.
한편, 결정손상층(130) 내의 Ⅲ족 원소와 질소 원소들을 재배열시키기 위해 레이저를 조사하는 것외에, 결정손상층(130)에 일정한 열을 가하여 Ⅲ족 원소와 질소 원소들을 재배열시킬 수 있는 이온빔이나 어닐링 등과 같은 방법을 이용할 수도 있다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 방법을 통해 도 2e에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(100')를 제조할 수 있게 된다. 구체적으로, 도 2e에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(100')는 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면(110), 제1 표면(110)과 반대되는 위치에 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제2 표면(120) 및 제2 표면(120)으로부터 일부 두께까지 형성된 극성 반전층(130')을 포함한다.
도 2e에서 극성 반전층(130')은 Ⅲ족 질화물 반도체(100') 중 제2 표면(120) 을 따라 위치한 영역에 해당되는 것이다. 즉, Ⅲ족 질화물 반도체(100')와 별개로 형성되는 층이 아니라, 도 2a에 도시된 것과 같이 Ⅲ족 질화물 반도체(100')의 단일 성장 공정을 통해 연속적으로 형성된 층으로, 나머지 다른 영역과 연속적으로 형성된다. 이 경우, 나머지 다른 영역이란, Ⅲ족 질화물 반도체(100')에 포함된 극성 반전층(130')에서 제2 표면(120)의 반대되는 영역, 즉, 제1 표면(110)에서부터 극성 반전층(130') 경계 영역이 될 수 있다.
또한, 극성 반전층(130')은 제2 표면(120)의 극성이 제1 표면(110)의 극성과 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 갖도록 나머지 다른 영역의 결정배열이 반전된 층일 수 있다. 즉, 극성 반전층(130')은 도 2c 및 도 2d에 도시된 결정손상층(130)에 포함되는 Ⅲ족 원소와 질소 원소의 결정 배열이 반전되는 형태로 재결정화된 층이다. 이 같은 극성 반전층(130')은 5 ~ 2000㎚의 두께를 가질 수 있다.
한편, 도 2e에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(100')의 제2 표면(120)을 성장면으로 하여 Ⅲ족 질화물 반도체(100')를 재성장시킴으로써 결정성 및 표면 평탄도가 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물을 형성할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 다음에서 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, Ⅲ족 질화물 반도체 구조물(500)은 제1 Ⅲ족 질화물 반도체(100') 및 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)을 포함한다.
제1 Ⅲ족 질화물 반도체(100')는 도 2e에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(100')과 동일한 것으로, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면(110), 제1 표면(110)과 반대에 위치한 제2 표면(120)을 포함한다. 그리고, 제2 표면(120)을 따라 위치한 영역에 해당되며, 제2 표면(120)의 극성이 제1 표면(110)의 극성과 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 되도록 나머지 다른 영역의 결정배열이 반전된 극성 반전층(130')을 포함한다.
제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)는 제1 Ⅲ족 질화물 반도체(100')의 제2 표면(120) 상에 형성된다. 이 경우, 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)는 MOCVD 방법, HVPE 방법 및 MBE 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 그리고, 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)는 제1 Ⅲ족 질화물 반도체(100')와 동일한 반도체 조성으로 형성될 수 있으며, 상이한 반도체 조성으로 형성될 수도 있다.
이 같이, 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)는 Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제2 표면(120) 상에 형성됨에 따라, 힐락(hillock), 컬럼(culoumn) 및 피라미드 형태의 그레인(grain) 등의 결함 발생이 감소된다. 이에 따라, 질소 극성을 갖는 면에서 성장되는 것과 비교할 때, 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)는 결정성 및 표면 평탄도의 측면에서 향상된 결과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 도 3에서는 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)를 단일층으로 간주하여 도시 및 설명하였으나, 제2 Ⅲ족 질화물 반도체(100'-1)는 활성층을 포함하는 복수 의 Ⅲ족 질화물 반도체층일 수 있다. 즉, 제1 Ⅲ족 질화물 반도체(100')의 제2 표면(120) 상에 복수의 Ⅲ족 질화물 반도체층을 성장시켜 반도체 발광소자를 제조할 수 있다. 이 경우, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제2 표면(120)을 이용하여 반도체 발광소자를 제조할 경우, 반도체 발광소자의 결정성이 우수하여 발광 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
도 4는 도 2a 내지 도 2e에서 제공되는 방법으로 제조된 Ⅲ족 질화물 반도체을 촬영한 사진이다. 구체적으로, Ⅲ족 질화물 반도체(100')을 수직 절단하여 그 단면을 촬영한 것으로, 단면의 상하면에 위치한 제1 표면(110) 및 제2 표면(120)의 결정 배열을 나타낸다.
Ⅲ족 질화물 반도체(100')는 GaN 반도체로써, 제1 표면(110) 및 제2 표면(120)은 모두 갈륨 극성을 갖는다. 이 경우, 제2 표면(120)은 갈륨 원소과 질소 원소의 결정 배열이 재배치되어 극성이 반전된 극성 반전층(130')에 의해 갈륨 극성을 갖는 층이다.
한편, 도 4에 도시된 사진에서 결정 배열을 참조하면, A 영역은 제1 표면(110)에 대한 극성을 나타내며, C 영역은 제2 표면(120)에 대한 극성을 나타낸다. 또한, B 영역 및 D 영역은 A 영역과 C 영역에 나타난 소정의 극성과 결합되는 극성을 나타낸다.
먼저, Ⅲ족 질화물 반도체(100')의 양 표면에 해당하는 A 영역 및 C 영역은 모두 갈륨 극성을 나타내는 (0002)면을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, Ⅲ족 질화물 반도체(100')의 반대되는 양 표면을 향해 갈륨 극성이 형성되어 있다. 그리고, B 영역 및 D 영역은 모두 질소 극성을 나타내는 (000-2)면을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, Ⅲ족 질화물 반도체(100')은 갈륨 극성과 질소 극성이 서로 결합된 결정 배열을 가지되, 제1 표면(110) 및 제2(120) 표면(120)에서는 갈륨 극성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 일 표면이 식각된 형태를 촬영한 사진이다. 구체적으로, 도 5에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(300)는 GaN 반도체로써, A-A' 라인을 기준으로 좌측에 위치한 제1 영역(310)은 도 1b 및 도 1c에서 제공되는 방법을 이용하여 표면 처리된 영역, 즉, 극성 반전에 의해 갈륨 극성을 갖는 영역 식각한 것이다. 반면, 우측에 위치한 제2 영역(320)은 표면 처리를 하지 않은 영역으로, 질소 극성을 갖는 영역을 식각한 것이다.
Ⅲ족 질화물 반도체(300)는 KOH 식각 용액을 이용하여 동일한 조건(예를 들어, 식각 온도 및 식각 시간 등) 하에서 식각하였다. 그 결과, 갈륨 극성 영역인 제1 영역(310)은 거의 식각이 이루어지지 않았으며, 질소 극성 영역인 제2 영역(320)은 그 표면이 식각되어 불규칙한 요철 구조를 갖게 된다. 이 같이, 제1 영역(310) 및 제2 영역(320)의 식각 상태를 통해 제1 영역(310)의 극성이 갈륨 극성 으로 변환되었음을 명확히 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(400)는 GaN 반도체로 이루어진 것으로, 제1 GaN 반도체층(411), 활성층(412) 및 제2 GaN 반도체층(413)으로 구성된 발광 구조물을 포함하며, 제1 GaN 반도체층(411)에 접하는 제1 전극(420) 및 제2 GaN 반도체층(413)에 형성된 제2 전극(430)을 포함하는 것으로, 수직 구조를 갖는다. 이 경우, 발광 구조물의 양 표면인, 제1 GaN 반도체층(411)의 일 면과 제2 GaN 반도체층(413)의 일 면은 모두 갈륨 극성을 갖는다. 즉, 갈륨 극성을 갖는 발광 구조물 상에 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)이 형성된다.
도 6에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체(400)는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 먼저, 사파이어 기판과 같은 질화물 단결성 성장 기판 상에 제1 GaN 반도체층(411), 활성층(412) 및 제2 GaN 반도체층(413)을 차례로 적층하여 발광 구조물을 형성한다. 그리고, 제2 GaN 반도체층(413) 상에 제2 전극(430)을 형성한다. 또한, 도면을 통해 도시되어 있지는 않으나, 제2 전극(430) 상에 발광 구조물을 지지하기 위한 도전성의 지지 기판을 더 형성할 수도 있다.
이 후, 통상적으로 알려진 레이저 리프트 오프 방법을 이용하여 질화물 단결성 성장 기판으로부터 발광 구조물을 분리시킨다. 이 경우, 발광 구조물에서 질화물 단결성 성장 기판과 접합되어 있던 제1 GaN 반도체층(411)의 표면(411a)은 질소 극성을 가질 수 있으며, 최상부에 위치하는 제2 GaN 반도체층(413)의 표면(413a)은 갈륨 극성을 가질 수 있다. 즉, 발광 구조물은 반대되는 양 표면이 서로 상이한 극성을 갖는다.
이 같은 발광 구조물에서 양 표면이 모두 갈륨 극성을 가질 수 있도록, 질소 극성을 갖는 제1 GaN 반도체층(411)의 표면(411a)을 표면 처리한다. 구체적으로, 도 1b 및 도 1c에 도시된 것과 같이, 제1 GaN 반도체층(411)의 표면(411a)에 결정손상층을 형성한 후, 레이저를 조사하여 그 표면(411a)이 갈륨 극성을 갖도록 극성을 반전시킨다.
다음, 갈륨 극성을 갖는 제1 GaN 반도체층(411)의 표면(411a)에 제1 전극(420)을 형성하여 도 6에 도시된 것과 같은 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자(400)를 제조할 수 있게 된다. 이 경우, 제1 GaN 반도체층(411)의 표면(411a) 전체가 갈륨 극성을 갖도록 할 수도 있으나, 상기 표면(411a) 중에서 제1 전극(420)이 형성될 부분만을 갈륨 극성을 갖도록 할 수도 있다. 이 경우에는, 제1 GaN 반도체층(411)의 표면(411a)은 갈륨 극성과 질소 극성을 모두 포함하는 결정 배열을 갖게 된다.
이 같이 도 6에 도시된 발광 구조물은 양 표면(411a, 413a)이 갈륨 극성을 갖는 것으로, 양 표면의 극성 차이에 의해 발생하는 자발 분극 현상을 개선할 수 있게 된다. 이에 따라, 갈륨 극성을 갖는 양면에서의 표면 밴드 벤딩 특성이 유사하게 나타나며, 오믹 접촉 저항이 낮아 정전압 및 누설 전류를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 질화물계 반도체 발광소자(400)의 전기적 특성이 향상될 수 있게 된다. 이에 대해서는 다음에서 구체적으로 설명한다.
도 7은 도 6에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자의 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 제1 그래프(1)는 일반적인 방법으로 제조된 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자의 전류-전압 특성을 나타내며, 제2 그래프(2)는 도 6에 도시된 본 발명의 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자(400)의 전류-전압 특성을 나타낸다. 구체적으로, 제1 그래프(1) 및 제2 그래프(2)는 각 발광소자에 전압을 인가하여, 전압에 따라 변화하는 전류를 측정한다.
당 기술 분야에서 반도체 발광소자의 이상적인 전류-전압 특성은 비선형 특성을 갖는 것으로, 음의 전압 및 약한 양의 전압에서는 매우 낮은 전류가 흐르고, 소정의 양의 전압(약 0.7V 이상)에서는 전류가 급격히 증가하는 형태를 보인다.
한편, 제1 그래프(1)에 나타난 전압-전류 특성을 갖는 일반적인 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자는 도 6에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자(400)와 동일한 구조를 가지되, 발광 구조물의 양 표면의 극성이 상이하다. 즉, 발광 구조물의 일 면이 갈륨 극성을 가지며, 그에 대향하는 타 면이 질소 극성을 갖는다. 이 경우, 발 광 구조물 중 질소 극성을 갖는 타 면에 형성된 전극은 오믹 접촉 저항이 높아 정전압 및 누설 전류가 발생한다. 이에 따라, 일반적인 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자의 전류-전압 특성은, 제1 그래프(1)에서와 같이 -0.5~0.5V 사이의 전압 범위 내에서만 낮은 전류가 흐르고 그 외의 전압 범위에서는 높은 전류가 흐르는 것으로, 누설 전류가 발생한다.
반면, 도 6에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자(400)의 전류-전압 특성은 제2 그래프(2)에서와 같이, 음의 전압에서는 낮은 전류가 흐르고, 1~2V를 기준으로 전류가 급격히 증가하는 비선형 특성을 갖는다. 이는 이상적인 전류-전압 특성과 비교해 볼 때, 유사한 특성을 갖는 것임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제공되는 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자를 이용하는 경우, 정전압 및 누설 전류 발생을 감소시킬 수 있게 되어 전기적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 적정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물을 나타내는 도면,
도 4는 도 2a 내지 도 2e에서 제공되는 방법으로 제조된 Ⅲ족 질화물 반도체을 촬영한 사진,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체의 일 표면이 식각된 형태를 촬영한 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자를 나타내는 도면, 그리고,
도 7은 도 6에 도시된 Ⅲ족 질화물 반도체 발광소자의 전류-전압 특성을 도시한 그래프, 그리고,
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10, 100, 100' : Ⅲ족 질화물 반도체 기판 11, 110 : 제1 표면
12, 120 : 제2 표면 13, 130 : 결정손상층
13', 130' : 극성 반전층

Claims (28)

  1. Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치하며 질소 극성을 갖는 제2 표면을 갖는 Ⅲ족 질화물 반도체를 마련하는 단계; 및,
    상기 질소 극성을 갖는 제2 표면이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 상기 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체의 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계 전에,
    상기 제2 표면을 따라 질소 공극에 의한 결함을 갖는 결정손상층을 형성하는 단계를 더 포함하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결정손상층을 형성하는 단계는, 상기 제2 표면에 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사를 적용하는 단계인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결정손상층은, 비정질영역, 다결정영역 및 Ⅲ족 원소 리치영역 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 결정손상층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 기판의 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체는 GaN 반도체이며,
    상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법.
  8. 질화물 단결정 성장용 기판 상에 Ⅲ족 질화물 반도체를 성장시키는 단계 - 상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치하고, 상기 기판과 접하면서 질소 극성을 갖는 제2 표면을 가짐-;
    상기 질화물 단결정 성장용 기판으로부터 상기 Ⅲ족 질화물 반도체를 분리시키는 단계; 및
    상기 질소 극성을 갖는 제2 표면이 Ⅲ족 원소 극성으로 변환되도록 상기 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계를 포함하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체의 제2 표면에 레이저를 조사하는 단계 전에,
    상기 제2 표면을 따라 질소 공극에 의한 결함을 갖는 결정손상층을 형성하는 단계를 더 포함하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결정손상층을 형성하는 단계는, 상기 제2 표면에 플라즈마 처리 또는 이온빔 조사를 적용하는 단계인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 결정손상층은, 비정질영역, 다결정영역 및 Ⅲ족 원소 리치영역 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 결정손상층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체를 마련하는 단계는, GaN 반도체이며,
    상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 원소 극성으로 변환된 제2 표면 상에 추가적인 질화물 반도체층을 성장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 질화물 단결정 성장용 기판은, 사파이어, SiC, Si, ZnO, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체의 제조방법.
  17. Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치한 제2 표면을 갖는 Ⅲ족 질화물 반도체에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체 중 상기 제2 표면을 따라 위치한 영역에 해당되고, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체의 나머지 다른 영역과 연속적으로 형성되되 상기 제2 표면의 극성이 상기 제1 표면의 극성과 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 갖도록 상기 나머지 다른 영역의 결정배열이 반전된 극성 반전층을 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 극성 반전층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 극성 반전층에 해당하는 영역과 상기 나머지 다른 영역은 동일한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체.
  20. 제17항 또는 제19항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체.
  21. 제17항 또는 제19에 있어서,
    상기 Ⅲ족 질화물 반도체는 GaN 반도체이며,
    상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체.
  22. Ⅲ족 원소 극성을 갖는 제1 표면과, 상기 제1 표면과 반대에 위치한 제2 표면을 갖는 제1 Ⅲ족 질화물 반도체; 및
    상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체의 제2 표면 상에 형성된 제2 Ⅲ족 질화물 반도체를 포함하며,
    상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체는, 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체 중 상기 제2 표면을 따라 위치한 영역에 해당되고, 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체의 나머지 다른 영역과 연속적으로 형성되되 상기 제2 표면의 극성이 상기 제1 표면의 극성과 동일한 Ⅲ족 원소 극성을 되도록 상기 나머지 다른 영역의 결정배열이 반전된 극성 반전층을 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 극성 반전층은 5 ∼ 2000㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 극성 반전층에 해당하는 영역과 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체의 나머지 다른 영역은 동일한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2 Ⅲ족 질화물 반도체는 상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체와 서로 다른 조성을 갖거나 서로 다른 도전형을 갖는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제2 Ⅲ족 질화물 반도체는 활성층을 포함하는 복수의 Ⅲ족 질화물 반도체층이며, 상기 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물는 반도체 발광소자인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
  27. 제22항 또는 제24항에 있어서,
    상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체는, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 반도체인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
  28. 제22항 또는 제24에 있어서,
    상기 제1 Ⅲ족 질화물 반도체는 GaN 반도체이며,
    상기 Ⅲ족 원소 극성은 갈륨(Ga) 극성인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물 반도체 구조물.
KR1020080100773A 2008-10-14 2008-10-14 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물 KR100982993B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080100773A KR100982993B1 (ko) 2008-10-14 2008-10-14 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물
US12/419,590 US8110424B2 (en) 2008-10-14 2009-04-07 Surface treatment method of group III nitride semiconductor and manufacturing method of the group III nitride semiconductor
TW098111781A TWI485886B (zh) 2008-10-14 2009-04-09 三族氮化物半導體之表面處理方法、三族氮化物半導體之製造方法、三族氮化物半導體以及三族氮化物半導體結構
JP2009096184A JP5145502B2 (ja) 2008-10-14 2009-04-10 Ｉｉｉ族窒化物半導体の表面処理方法、ｉｉｉ族窒化物半導体及びその製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体構造物
DE102009019281A DE102009019281A1 (de) 2008-10-14 2009-04-28 Oberflächenbehandlungsverfahren für Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, Verfahren zum Herstellen desselben sowie Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterstruktur
CN200910137472.0A CN101728251B (zh) 2008-10-14 2009-04-29 Ⅲ族氮化物半导体、表面处理方法、制造方法及结构
US13/323,365 US8476639B2 (en) 2008-10-14 2011-12-12 Group III nitride semiconductor and group III nitride semiconductor structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080100773A KR100982993B1 (ko) 2008-10-14 2008-10-14 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100041537A KR20100041537A (ko) 2010-04-22
KR100982993B1 true KR100982993B1 (ko) 2010-09-17

Family

ID=42035114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080100773A KR100982993B1 (ko) 2008-10-14 2008-10-14 Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8110424B2 (ko)
JP (1) JP5145502B2 (ko)
KR (1) KR100982993B1 (ko)
CN (1) CN101728251B (ko)
DE (1) DE102009019281A1 (ko)
TW (1) TWI485886B (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101018179B1 (ko) * 2008-10-16 2011-02-28 삼성엘이디 주식회사 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 패턴 형성 방법 및 ⅲ족 질화물반도체 발광소자의 제조 방법
FR2981195A1 (fr) 2011-10-11 2013-04-12 Soitec Silicon On Insulator Multi-jonctions dans un dispositif semi-conducteur forme par differentes techniques de depot
KR101874225B1 (ko) 2017-01-04 2018-07-03 포항공과대학교 산학협력단 질화물 반도체 물질의 제조 방법
TWI660465B (zh) 2017-07-28 2019-05-21 新唐科技股份有限公司 半導體元件及其製造方法
JP6951236B2 (ja) * 2017-12-25 2021-10-20 株式会社サイオクス ＧａＮ基板およびその製造方法
CN110808319B (zh) * 2019-11-11 2021-08-17 中国科学院半导体研究所 反极性垂直发光二极管及其制备方法
JP7269190B2 (ja) 2020-02-27 2023-05-08 株式会社東芝 窒化物結晶、光学装置、半導体装置、窒化物結晶の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185487A (ja) 1999-12-24 2001-07-06 Ulvac Japan Ltd Ｉｉｉ族窒化物薄膜の形成方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4172906A (en) * 1977-05-11 1979-10-30 Rockwell International Corporation Method for passivating III-V compound semiconductors
JPH0214581A (ja) 1988-06-30 1990-01-18 Seiko Instr Inc 半導体不揮発性メモリ
DE19640594B4 (de) * 1996-10-01 2016-08-04 Osram Gmbh Bauelement
JP3425357B2 (ja) 1998-03-19 2003-07-14 株式会社東芝 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の製造方法
DE19920871B4 (de) * 1999-05-06 2004-07-01 Steag Rtp Systems Gmbh Verfahren zum Aktivieren von Ladungsträgern durch strahlungsunterstützte Wärmebehandlung
JP2002222773A (ja) 2001-01-29 2002-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体ウェハの製造方法
JP4187422B2 (ja) 2001-03-14 2008-11-26 明彦 吉川 半導体薄膜の形成方法およびその方法を用いて製造された半導体薄膜付き基板およびその半導体薄膜付き基板を用いた半導体デバイス。
JP3856750B2 (ja) 2001-11-13 2006-12-13 松下電器産業株式会社 半導体装置及びその製造方法
CN1138025C (zh) * 2001-12-13 2004-02-11 南京大学 一种控制氮化镓(GaN)极性的方法
KR20030050849A (ko) 2001-12-19 2003-06-25 엘지전자 주식회사 질화갈륨 단결정 기판의 표면가공 방법
DE10243757A1 (de) 2002-01-31 2004-04-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung von Halbleiterchips
CN1512602A (zh) * 2002-12-30 2004-07-14 �廪��ѧ 制作高温超导器件的表面改性方法
JP3595829B2 (ja) * 2003-03-19 2004-12-02 株式会社東北テクノアーチ ＧａＮ基板作製方法
JP4342853B2 (ja) 2003-07-01 2009-10-14 独立行政法人科学技術振興機構 基板上への窒化物薄膜の成長方法及び窒化物薄膜装置
TWI274406B (en) * 2003-07-16 2007-02-21 Freescale Semiconductor Inc Dual gauge leadframe
US7341628B2 (en) 2003-12-19 2008-03-11 Melas Andreas A Method to reduce crystal defects particularly in group III-nitride layers and substrates
JP4801345B2 (ja) 2004-12-10 2011-10-26 古河機械金属株式会社 レーザ剥離装置、レーザ剥離方法、ｉｉｉ族窒化物半導体自立基板の製造方法
JP4353125B2 (ja) 2005-04-06 2009-10-28 住友電気工業株式会社 発光素子およびその製造方法
JP2006294698A (ja) 2005-04-06 2006-10-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光素子、発光素子の製造方法、およびＧａＮ基板
EP1885918B1 (en) 2005-05-11 2017-01-25 North Carolina State University Methods of preparing controlled polarity group iii-nitride films
JP4277826B2 (ja) 2005-06-23 2009-06-10 住友電気工業株式会社 窒化物結晶、窒化物結晶基板、エピ層付窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法
KR100706952B1 (ko) * 2005-07-22 2007-04-12 삼성전기주식회사 수직 구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법
JP4806261B2 (ja) 2006-01-05 2011-11-02 パナソニック株式会社 窒化物系化合物半導体素子用ウェハーの製造方法
KR100815225B1 (ko) 2006-10-23 2008-03-19 삼성전기주식회사 수직구조 발광다이오드 소자 및 그 제조방법
JP4899911B2 (ja) * 2007-02-16 2012-03-21 日立電線株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体基板
DE102007022873B4 (de) 2007-05-14 2009-04-09 Samsung SDI Co., Ltd., Suwon Kapazitiver Flüssigkeitsstanddetektor
KR100882112B1 (ko) * 2007-09-28 2009-02-06 삼성전기주식회사 반도체 발광소자 및 그의 제조방법
KR101018179B1 (ko) * 2008-10-16 2011-02-28 삼성엘이디 주식회사 Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 패턴 형성 방법 및 ⅲ족 질화물반도체 발광소자의 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185487A (ja) 1999-12-24 2001-07-06 Ulvac Japan Ltd Ｉｉｉ族窒化物薄膜の形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201015756A (en) 2010-04-16
US20120086016A1 (en) 2012-04-12
US20100090247A1 (en) 2010-04-15
TWI485886B (zh) 2015-05-21
KR20100041537A (ko) 2010-04-22
JP5145502B2 (ja) 2013-02-20
CN101728251A (zh) 2010-06-09
CN101728251B (zh) 2015-02-25
US8110424B2 (en) 2012-02-07
JP2010098285A (ja) 2010-04-30
DE102009019281A1 (de) 2010-04-22
US8476639B2 (en) 2013-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100982993B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체의 표면 처리 방법, ⅲ족 질화물 반도체및 그의 제조 방법 및 ⅲ족 질화물 반도체 구조물
JP5003033B2 (ja) ＧａＮ薄膜貼り合わせ基板およびその製造方法、ならびにＧａＮ系半導体デバイスおよびその製造方法
CN1957447B (zh) Ⅲ族氮化物半导体晶体及其制造方法、ⅲ族氮化物半导体器件及其制造方法以及发光器件
US6635901B2 (en) Semiconductor device including an InGaAIN layer
JP4638958B1 (ja) 半導体素子の製造方法
KR100769727B1 (ko) 표면 요철 형성방법 및 그를 이용한 질화갈륨계발광다이오드 소자의 제조방법
JP5681937B2 (ja) 半導体素子およびその製造方法
US8822315B2 (en) Methods of treating a silicon carbide substrate for improved epitaxial deposition and resulting structures and devices
KR101018179B1 (ko) Ⅲ족 질화물 반도체 기판의 패턴 형성 방법 및 ⅲ족 질화물반도체 발광소자의 제조 방법
TWI447783B (zh) 三族氮化合物半導體發光元件之製造方法及其結構
CN102341922A (zh) 氮化物半导体元件及其制造方法
US20090315067A1 (en) Semiconductor device fabrication method and structure thereof
JP2011066398A (ja) 半導体素子およびその製造方法
JP7407303B2 (ja) Ｌｅｄ前駆体
JP2002289541A (ja) ＧａＮ系半導体結晶の形成方法及びその結晶を用いたＧａＮ系半導体素子の製造方法
JP3980940B2 (ja) ｐ型ＧａＮ系半導体の製造方法およびＧａＮ系半導体素子の製造方法
KR102591151B1 (ko) 비발광 3족 질화물 반도체 소자를 제조하는 방법
US11923477B2 (en) Method for manufacturing an electronic device
KR20170015850A (ko) 전류 주입 효율이 우수한 자외선 질화물반도체 발광소자
KR101568133B1 (ko) 조각 GaN을 이용한 대면적 질화물 기판 및 그 제조 방법
JPH1012924A (ja) 半導体積層構造、半導体発光装置および電界効果トランジスタ
KR20090076064A (ko) 발광다이오드 제조방법
JP2002043615A (ja) Ｌｅｄアレイ
KR20060055697A (ko) 질화물계 반도체 소자
KR20090065767A (ko) 버츄얼 질화갈륨계 에피기판의 제조방법 및 수직전도형소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130902

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140901

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150831

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180831

Year of fee payment: 9