KR101152989B1 - Semiconductor Wafer including Gallium Nitride layer and Method for Manufacturing the same and Light Emitting Device - Google Patents
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Abstract
실시예는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자에 관한 것이다.
실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판은, 실리콘 기판을 포함하는 기판상에 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film); 및 상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film);을 포함하는 질화갈륨막을 포함할 수 있다.Embodiments relate to a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film, a method of manufacturing the same, and a light emitting device.
A semiconductor substrate including a gallium nitride film according to an embodiment includes a buffer layer on a substrate including a silicon substrate; An undoped Gallium Nitride film on the buffer layer; And an n-type Gallium Nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film.
Description
실시예는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자에 관한 것이다.Embodiments relate to a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film, a method of manufacturing the same, and a light emitting device.
발광소자(Light Emitting Device: LED)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. LED는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다. A light emitting device (LED) may be generated by combining elements of group III and group V on a periodic table of a p-n junction diode having a characteristic in which electrical energy is converted into light energy. LED can realize various colors by adjusting the composition ratio of compound semiconductors.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.Nitride semiconductors are receiving great attention in the field of optical devices and high power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy. In particular, blue light emitting devices, green light emitting devices, and ultraviolet light emitting devices using nitride semiconductors are commercially used and widely used.
종래기술에 의하면 발광소자 제조공정을 실리콘 기판 등과 같이 전도성이 있는 기판상에서 진행하는 공정이 주목을 받고 있다.According to the prior art, a process of proceeding a light emitting device manufacturing process on a conductive substrate such as a silicon substrate has been attracting attention.
그런데, 종래기술에 의해 실리콘 기판상에 질화갈륨막을 성장하는 경우, 실리콘 기판과 질화갈륨막의 열팽창 계수 및 격자 상수차이로 인하여 질화갈륨막을 두껍게 성장하기가 어려운 문제가 있었다.By the way, when the gallium nitride film is grown on the silicon substrate according to the prior art, it is difficult to grow the gallium nitride film thickly due to the thermal expansion coefficient and the lattice constant difference between the silicon substrate and the gallium nitride film.
예를 들어, 종래기술에 의해 실리콘 기판상에 질화갈륨막을 두껍게 형성하는 경우, 실리콘 기판상에 성장된 질화갈륨막에 크랙이 발생하거나, 질화갈륨막이 휘거나 에지와 센터의 단차가 발생하는 등의 문제가 있어 질화갈륨막을 두껍게 성장하기가 어려운 문제가 있었다.For example, when a gallium nitride film is thickly formed on a silicon substrate according to the prior art, cracks, gallium nitride films, or bends at edges and centers occur on the gallium nitride film grown on the silicon substrate. There was a problem that it was difficult to grow a gallium nitride film thick.
또한, 종래기술에 의해 실리콘 기판상에 질화갈륨막을 두껍게 형성하는 경우, 질화갈륨막에 높은 전위밀도가 생성되어 질화갈륨막의 전기적 특성 및 결정성이 나쁜 결과를 보이게 되어 질화갈륨막을 일정 두께 이상 성장을 하지 못하는 문제점이 있었다.In addition, when a thick gallium nitride film is formed on a silicon substrate according to the prior art, a high dislocation density is generated in the gallium nitride film, resulting in poor electrical characteristics and crystallinity of the gallium nitride film, thereby increasing the growth of the gallium nitride film by a predetermined thickness or more. There was a problem that can not.
또한, 종래기술에 의하면 실리콘 기판상에 n형 질화갈륨막을 형성하는 공정에서 질화갈륨막에 n-type 도핑이 진행하게 되는 데, 발광소자의 발광특성을 높이기 위해 도핑의 농도를 높이는 경우 결정성 등이 나빠지는 문제가 있었다.In addition, according to the related art, n-type doping is performed on a gallium nitride film in a process of forming an n-type gallium nitride film on a silicon substrate. There was a problem of getting worse.
실시예는 실리콘 기판상에 3μm 이상 두께의 두꺼운 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자를 제공하고자 한다.Embodiments provide a semiconductor substrate including a thick gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more on a silicon substrate, a method of manufacturing the same, and a light emitting device.
또한, 실시예는 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 크랙이 없는 고품질의 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자를 제공하고자 한다.In addition, an embodiment is to provide a semiconductor substrate, a method of manufacturing the same, and a light emitting device having a gallium nitride film having a thickness of more than 3μm on the silicon substrate without cracks.
또한, 실시예는 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자를 제공하고자 한다.In addition, the embodiment is to provide a semiconductor substrate including a high quality gallium nitride film having a thickness of more than 3μm, no warp, and little difference between the edge and the center, a manufacturing method and a light emitting device.
또한, 실시예는 발광소자를 만들 때, 접촉하는 n-GaN의 두께를 3μm 이상으로 성장하여 발광소자의 휘도 향상에 기여할 수 있는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자를 제공하고자 한다.In addition, the embodiment is to provide a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film that can contribute to the brightness of the light emitting device by increasing the thickness of the n-GaN in contact to at least 3μm when making a light emitting device, and a manufacturing method and a light emitting device do.
또한, 실시예는 고농도로 도핑된 n-type 질화갈륨막의 결정성이 고품질이면서, 3μm 이상의 두께를 가지는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자를 제공하고자 한다.In addition, the embodiment is to provide a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film having a high crystallinity of a high-doped n-type gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more, a method of manufacturing the same and a light emitting device.
실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판은, 실리콘 기판을 포함하는 기판상에 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film); 및 상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film);을 포함하는 질화갈륨막을 포함할 수 있다.A semiconductor substrate including a gallium nitride film according to an embodiment includes a buffer layer on a substrate including a silicon substrate; An undoped Gallium Nitride film on the buffer layer; And an n-type Gallium Nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film.
또한, 실시예에 따른 질화갈륨 기판 제조방법은 실리콘 기판을 포함하는 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film)을 형성하는 단계; 및 상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)을 형성하는 단계;를 포함하는 질화갈륨막을 포함할 수 있다.In addition, the gallium nitride substrate manufacturing method according to the embodiment comprises the steps of forming a buffer layer on a substrate including a silicon substrate; Forming an undoped Gallium Nitride film on the buffer layer; And forming an n-type Gallium Nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film.
또한, 실시예에 따른 발광소자는 실리콘 기판을 포함하는 기판상에 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film) 및 상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)을 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판; 상기 n형 질화갈륨막 상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨막;를 포함할 수 있다.In addition, the light emitting device according to the embodiment is an n-type thickness of 3㎛ or more on a buffer layer on a substrate including a silicon substrate, an undoped Gallium Nitride film on the buffer layer and the undoped gallium nitride film A semiconductor substrate including a gallium nitride film including an n-type Gallium Nitride film; An active layer formed on the n-type gallium nitride film; And a p-type gallium nitride film formed on the active layer.
실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자에 의하면 스트레인 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 크랙 등이 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.According to the semiconductor substrate including the gallium nitride film according to the embodiment, a manufacturing method thereof, and a light emitting device, a gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more and no cracks or the like can be provided on the silicon substrate by strain control.
예를 들어, 실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층, 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film), 및/또는 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)에서의 스트레인 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, embodiments may be fabricated by strain control in a buffer layer formed on a silicon substrate, an undoped Gallium Nitride film, and / or an n-type Gallium Nitride film. It is possible to provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 µm or more on the substrate and having excellent crystallinity.
또한, 실시예는 커버쳐(curvature) 제어 및 스트레인 제어에 의해 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.Further, the embodiment can provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more by curvature control and strain control, without warping, and hardly having a step and edge step.
예를 들어, 실시예는 언도프트 질화갈륨막 및/또는 n형 질화갈륨막에서의 커버쳐 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, the embodiment has a high quality that has a thickness of 3 μm or more on a silicon substrate and no warp, and almost no step between edges and centers by coverage control in an undoped gallium nitride film and / or an n-type gallium nitride film. Gallium nitride film can be provided.
또한, 실시예는 스트레인 제어, 커버쳐 제어 등의 의해 고농도로 도핑된 n-type 질화갈륨막의 결정성이 고품질이면서, 3μm 이상의 두께를 가짐으로써 발광소자의 휘도 향상에 기여할 수 있는 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In addition, the embodiment provides a gallium nitride film capable of contributing to the improvement of the brightness of the light emitting device by having a high crystallinity of a high-doped n-type gallium nitride film by strain control, coverage control, etc., and having a thickness of 3 μm or more. Can be.
도 1은 실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 단면 예시도.
도 2 내지 도 4는 실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법에 대한 공정 단면도.
도 5는 실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 커버쳐(curvature) 제어 예시도.1 is an exemplary cross-sectional view of a semiconductor substrate including a gallium nitride film according to the embodiment.
2 to 4 are cross-sectional views of a method of manufacturing a semiconductor substrate including a gallium nitride film according to the embodiment.
FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating a curvature control of a semiconductor substrate including a gallium nitride film according to an embodiment. FIG.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of the embodiments, it is to be understood that each layer (film), area, pattern or structure may be referred to as being "on" or "under" the substrate, each layer Quot; on "and" under "are intended to include both" directly "or" indirectly " do. Also, the criteria for top, bottom, or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
(실시예)(Example)
도 1은 실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 단면 예시도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor substrate including a gallium nitride film according to an embodiment.
실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판(100)은 실리콘 기판(110) 상에 버퍼층(120)과, 상기 버퍼층(120) 상에 형성된 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film)(130) 및 상기 언도프트 질화갈륨막(130) 상에 형성된 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)(140)을 포함할 수 있다.The
실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층(120)에서의 스트레인 제어 및 전위 차단에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a high quality gallium nitride film having excellent crystallinity with a thickness of 3 μm or more on the silicon substrate by strain control and potential blocking in the
예를 들어, 상기 버퍼층(120)은 제1 AlxGayN 막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 포함하고, 상기 제1 AlxGayN 막은 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함할 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 제1 AlxGayN 막에서, Al의 조성비(x)는 영(0) 이상의 값을 가지도록 유지하고, Ga의 조성비(y)는 영(0) 초과의 값에서 영(0)이 되도록 하는 할 수 있다. For example, in the first Al x Ga y N film, the composition ratio x of Al is maintained to have a value of zero or more, and the composition ratio y of Ga is zero at a value greater than zero (0). It can be made to be (0).
예를 들어, 상기 제1 AlxGayN 막은 AlGaN에서 점차(grading) AlN로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the first Al x Ga y N film may be formed of AlN grading from AlGaN, but is not limited thereto.
이에 따라, 상기 제1 AlxGayN 막은 AlpGaqN 막(미도시)(단,0<p,0<q)과, 상기 AlpGaqN 막 상에 AlpN 막(미도시)(단,0<p)을 포함할 수 있으나 상기 제1 AlxGayN 막이 이러한 2개의 만을 포함하는 것은 아니다.Accordingly, the first Al x Ga y N film is an Al p Ga q N film (not shown) (where 0 <p, 0 <q) and an Al p N film (not shown) on the Al p Ga q N film. (Where 0 < p), but the first Al x Ga y N film does not include only these two.
실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층(120)이 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함함으로써 실리콘 기판과 이후 형성되는 질화갈륨막 사이의 격자상수 차이에 의한 스트레인(strain)을 효과적으로 제어하여 질화갈륨막의 크랙(crack)을 방지함과 아울러 전위를 효과적으로 차단하여 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In an embodiment, the
또한, 실시예에서 상기 버퍼층(120)은 상기 실리콘 기판(110)과 상기 제1 AlxGayN 막 사이에 형성되는 제1 AlxNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, in the embodiment, the
또한, 실시예에서 상기 버퍼층(120)은 상기 실리콘 기판(110)과 상기 제1 AlxGayN 막 사이에 형성되는 제1 SixNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 SixNy막은 상기 제1 AlxNy막의 상측, 하측 또는 상하 모두에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, in the embodiment, the
실시예에서 상기 제1 SixNy막은 실리콘 기판과 이후 형성되는 질화갈륨막 사이의 열팽창계수 차이에 의한 스트레인(strain)을 효과적으로 제어함과 아울러 실리콘 기판으로부터 전이하는 전위(dislocation)를 블락(block) 및 벤딩(bending)함에 따라 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In an embodiment, the first Si x N y film effectively controls strain due to a difference in thermal expansion coefficient between a silicon substrate and a gallium nitride film formed thereafter, and blocks dislocations from the silicon substrate. And bending, it is possible to provide a high quality gallium nitride film having a crystallinity of 3 μm or more on a silicon substrate.
실시예에서 상기 언도프트 질화갈륨막(130)은 하나 이상의 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 언도프트 질화갈륨막(130)은 1회 내지 5회의 복수의 층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In an embodiment, the undoped
상기 언도프트 질화갈륨막(130)은 약 0.5㎛ 내지 약 2.5㎛의 두께로 형성되어 이후 형성되는 질화갈륨막의 결정성 향상에 기여할 수 있다.The undoped
실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 형성된 제2 AlxNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 AlxNy막(미도시)은 복수의 주기로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 AlxNy막은 상기 언도프트 질화갈륨막(130)이 복수의 주기로 형성되는 각층 사이에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The embodiment may further include a second Al x N y film (not shown) formed on the buffer layer 120 (where 0 ≦ x, 0 ≦ y), but is not limited thereto. The second Al x N y film (not shown) may be formed in a plurality of cycles, but is not limited thereto. For example, the second Al x N y film may be formed between the layers in which the undoped
실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 형성되는 제2 SixNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 SixNy막은 상기 복수의 주기로 형성되는 각층 사이에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.An embodiment may further include a second Si x N y film (not shown) formed on the buffer layer 120 (but not limited to 0 ≦ x, 0 ≦ y). The second Si x N y film may be formed between each layer formed in the plurality of cycles, but is not limited thereto.
또한, 상기 제2 SixNy막은 상기 제2 AlxNy막의 상측, 하측 또는 상하 모두에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the second Si x N y layer may be formed on the upper side, the lower side, or the upper and lower sides of the second Al x N y layer, but is not limited thereto.
실시예에서 상기 제2 SixNy막은 실리콘 기판과 이후 형성되는 질화갈륨막 사이의 열팽창계수 차이에 의한 스트레인(strain)을 효과적으로 제어함과 아울러 실리콘 기판으로부터 전이하는 전위(dislocation)를 블락(block) 및 벤딩(bending)함에 따라 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In an embodiment, the second Si x N y film effectively controls strain due to a difference in thermal expansion coefficient between a silicon substrate and a gallium nitride film formed thereafter, and blocks dislocations from the silicon substrate. And bending, it is possible to provide a high quality gallium nitride film having a crystallinity of 3 μm or more on a silicon substrate.
실시예에 의하면, 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 크랙 등이 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more and no cracks or the like on a silicon substrate.
또한, 실시예에 의하면 실리콘 기판 상에 형성된 질화갈륨막의 표면이 V 핏(V-pit) 등이 없는 고품질의 질화갈륨막을 얻을 수 있다.Further, according to the embodiment, a high quality gallium nitride film having no V-pit or the like on the surface of the gallium nitride film formed on the silicon substrate can be obtained.
상기 n형 질화갈륨막(140)은 약 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막일 수 있다.The n-type
상기 n형 질화갈률막(140)은 n형 도핑, 예를 들어 실리콘(Si) 이온의 도핑 등에 의해 n형으로 도핑될 수 있고, 5E18/cm3 이상의 농도로 도핑 됨으로써 발광소자의 성능 향상에 기여할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 n형 질화갈륨막(140)은 약 7E18/cm3 의 농도 도핑 되면서 약 3㎛ 이상 두께를 유지함과 아울러 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.The n-type
상기 n형 질화갈륨막(140)은 모듈레이션 도핑(Modulation Doping) 방법에 의해 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 n형 질화갈륨막(140) 성장과 도핑(doping)은 4~18 : 1의 비율로 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 의하면 도핑방법을 개선함으로써 도핑(Doping) 시 발생하는 크랙(Crack)을 방지하고, 도핑 레벨(doping level)을 향상시킬 수 있다.The n-type
또한, 실시예는 커버쳐 제어 등의 의해 고농도로 도핑된 n형 질화갈륨막의 결정성이 고품질이면서, 3μm 이상의 두께를 가짐으로써 발광소자의 휘도 향상에 기여할 수 있는 질화갈륨막을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 기판상의 질화갈륨막의 커버쳐(curvature)는 약-100(1/km)~약 +100(1/km)의 범위에 있으므로 인해 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.Further, the embodiment can provide a gallium nitride film capable of contributing to the improvement of the brightness of the light emitting device by having a high crystallinity of the n-type gallium nitride film doped with high concentration such as coverage control and having a thickness of 3 μm or more. For example, since the curvature of the gallium nitride film on the silicon substrate is in the range of about -100 (1 / km) to about +100 (1 / km), the curvature has a thickness of 3 μm or more and no warpage and an edge It is possible to provide a high quality gallium nitride film with little step difference between the center and the center.
또한, 실시예에서 상기 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(140)의 결정성 수준은 (002)는 500 arcsec 이하, (102)는 900 arcsec이하 수준인 고품질일 수 있다.In addition, in the embodiment, the crystallinity level of the n-type
예를 들어, 실시예에서 실리콘 기판상의 n형 질화갈륨막(140)의 결정성 수준은 c축 기준, (002) 특성은 약 450 arcsec, a축 기준, (102) 특성은 약 800 arcsec 수준인 고품질을 얻었으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, in an embodiment, the crystallinity level of the n-type
실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 제2 AlxGayN 막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 더 포함하여 n형 질화갈륨막 내의 스트레인 제어 및 크랙방지역할을 할 수 있다.The embodiment further includes a second Al x Ga y N film (not shown) on the
상기 제2 AlxGayN 막(미도시)은 복수의 주기로 형성될 수 있으며, 복수로 형성되는 상기 n형 질화갈륨막(140)의 사이에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second Al x Ga y N film (not shown) may be formed in a plurality of cycles, and may be formed between the n-type
상기 제2 AlxGayN 막은 약 10nm 내지 약 100nm 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second Al x Ga y N film may be formed to a thickness of about 10nm to about 100nm, but is not limited thereto.
상기 제2 AlxGayN 막은 제1 GaN막(미도시), 제1 AlGaN막(미도시) 및 제1 AlN막(미도시)을 포함하는 제1 군의 제2 AlxGayN 막(미도시)과 상기 제1 군의 제2 AlxGayN 막 상에 제2 AlN막(미도시), 제2 AlGaN막(미도시) 및 제2 GaN막(미도시)을 포함하는 제2 군의 제2 AlxGayN 막(미도시)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second (not shown) Al x Ga y N film is a first GaN layer, a first AlGaN layer (not shown), and a first AlN layer (not shown), the first group of the second Al x Ga y N film containing (Not shown) and a second AlN film (not shown), a second AlGaN film (not shown), and a second GaN film (not shown) on the second Al x Ga y N film of the first group. A second group of Al x Ga y N films (not shown) may be included, but is not limited thereto.
상기 제2 AlxGayN 막 형성은 트리메틸 알루미늄 가스(TMA) 가스와 트리메틸 갈륨 가스(TMG)를 포함하여 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second Al x Ga y N film may be formed by including trimethyl aluminum gas (TMA) gas and trimethyl gallium gas (TMG), but is not limited thereto.
실시예는 상기 n형 질화갈륨막(140)의 사이에 제2 AlxGayN 막을 형성함으로써 n형 질화갈륨막 내의 스트레인 제어 및 크랙방지역할을 하여 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.According to the embodiment, the second Al x Ga y N film is formed between the n-type
실시예에 따른 발광소자는 상기 반도체 기판(100) 상에 활성층(미도시), 및 p형 질화갈륨막(미도시)을 형성하여 제조될 수 있다.The light emitting device according to the embodiment may be manufactured by forming an active layer (not shown) and a p-type gallium nitride film (not shown) on the
예를 들어, 실시예에 따른 발광소자는 실리콘 기판(110) 상에 버퍼층(120)과, 상기 버퍼층(120) 상에 형성된 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film)(130) 및 상기 언도프트 질화갈륨막(130) 상에 형성된 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)(140)을 포함하며, 상기 n형 질화갈륨막(140) 상에 형성된 활성층(미도시) 및 상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨막(미도시)를 포함할 수 있다.For example, the light emitting device according to the embodiment includes a
상기 반도체 기판(100)은 상기 기술된 반도체 기판(100)일 수 있다.The
상기 n형 질화갈륨막(140)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN,AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.The n-type
상기 활성층()은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. The active layer () may be formed of at least one of a single quantum well structure, a multi quantum well structure (MQW), a quantum-wire structure, or a quantum dot structure.
상기 p형 질화갈륨막은 p형 도펀트가 도핑된 3-족-5족 화합물 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 p형 질화갈륨막은 도펀트로 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.The p-type gallium nitride film is a p-type dopant is doped with a Group 3 -5 V compound semiconductor, for example, In x Al y Ga 1 -x- y N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x + and a semiconductor material having a compositional formula of y ≦ 1). The p-type gallium nitride film may include Mg, Zn, Ca, Sr, Ba, etc. as a dopant.
실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자에 의하면 스트레인 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 크랙 등이 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.According to the semiconductor substrate including the gallium nitride film according to the embodiment, a manufacturing method thereof, and a light emitting device, a gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more and no cracks or the like can be provided on the silicon substrate by strain control.
예를 들어, 실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층, 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film), 및/또는 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)에서의 스트레인 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, embodiments may be fabricated by strain control in a buffer layer formed on a silicon substrate, an undoped Gallium Nitride film, and / or an n-type Gallium Nitride film. It is possible to provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 µm or more on the substrate and having excellent crystallinity.
또한, 실시예는 커버쳐(curvature) 제어 및 스트레인 제어에 의해 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.Further, the embodiment can provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more by curvature control and strain control, without warping, and hardly having a step and edge step.
예를 들어, 실시예는 언도프트 질화갈륨막 및/또는 n형 질화갈륨막에서의 커버쳐 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, the embodiment has a high quality that has a thickness of 3 μm or more on a silicon substrate and no warp, and almost no step between edges and centers by coverage control in an undoped gallium nitride film and / or an n-type gallium nitride film. Gallium nitride film can be provided.
또한, 실시예는 스트레인 제어, 커버쳐 제어 등의 의해 고농도로 도핑된 n-type 질화갈륨막의 결정성이 고품질이면서, 3μm 이상의 두께를 가짐으로써 발광소자의 휘도 향상에 기여할 수 있는 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In addition, the embodiment provides a gallium nitride film capable of contributing to the improvement of the brightness of the light emitting device by having a high crystallinity of a high-doped n-type gallium nitride film by strain control, coverage control, etc., and having a thickness of 3 μm or more. Can be.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor substrate including a gallium nitride film according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
우선, 도 2와 같이 기판상에 버퍼층(120)을 형성한다. 또한, 상기 기판은 실리콘 기판(110), 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘 카바이드 기판(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 상기 기판은 실리콘 기판(110)에 대해 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.First, as shown in FIG. 2, a
실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층(120)에서의 스트레인 제어 및 전위 차단에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a high quality gallium nitride film having excellent crystallinity with a thickness of 3 μm or more on the silicon substrate by strain control and potential blocking in the
예를 들어, 상기 버퍼층(120)은 제1 AlxGayN 막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 AlxGayN 막은 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함할 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막은 제1 AlxGayN 막에서, Al의 조성비(x)는 영(0) 이상의 값을 가지도록 유지하고, Ga의 조성비(y)는 영(0) 초과의 값에서 영(0)이 되도록 할 수 있다. For example, in the reverse graded Al x Ga y N film, in the first Al x Ga y N film, the composition ratio x of Al is maintained to have a value of zero or more, and the composition ratio of Ga ( y) may be made zero at values greater than zero.
예를 들어, 상기 제1 AlxGayN 막은 AlGaN에서 점차(grading) AlN로 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the first Al x Ga y N film may be formed of AlN grading from AlGaN, but is not limited thereto.
예를 들어, 상기 제1 AlxGayN 막 형성은 트리메틸 알루미늄 가스(TMA) 가스와 트리메틸 갈륨 가스(TMG)의 유량 조절에 있어서, 트리메틸 알루미늄 가스(TMA) 가스는 그 유량이 변화더라도 계속 존재하도록 유지하고, 트리메틸 갈륨 가스(TMG)의 유량은 초기에 존재하다가 제1 AlxGayN 막 공정 종료시점에서는 영(0)이 되도록 하는 할 수 있다. For example, in forming the first Al x Ga y N film, in the flow rate control of trimethyl aluminum gas (TMA) gas and trimethyl gallium gas (TMG), the trimethyl aluminum gas (TMA) gas continues to exist even if its flow rate changes. And the flow rate of trimethyl gallium gas (TMG) is initially present, and may be zero at the end of the first Al x Ga y N film process.
이에 따라, 상기 제1 AlxGayN 막은 AlpGaqN 막(미도시)(단,0<p,0<q)과, 상기 AlpGaqN 막 상에 AlpN 막(미도시)(단,0<p)을 포함할 수 있으나 상기 제1 AlxGayN 막이 이러한 2개의 만을 포함하는 것은 아니다.Accordingly, the first Al x Ga y N film is an Al p Ga q N film (not shown) (where 0 <p, 0 <q) and an Al p N film (not shown) on the Al p Ga q N film. (Where 0 < p), but the first Al x Ga y N film does not include only these two.
실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층(120)이 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함함으로써 실리콘 기판과 이후 형성되는 질화갈륨막 사이의 격자상수 차이에 의한 스트레인(strain)을 효과적으로 제어하여 질화갈륨막의 크랙(crack)을 방지함과 아울러 전위를 효과적으로 차단하여 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In an embodiment, the
또한, 상기 버퍼층(120)은 상기 실리콘 기판(110)과 상기 제1 AlxGayN 막 사이에 제1 AlxNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 실시예는 상기 실리콘 기판(110) 상에 약 900℃~약 13000℃에서 제1 AlxNy막을 형성함으로써 실리콘 기판으로부터 전이하는 전위를 효과적으로 차단할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 버퍼층(120)은 상기 실리콘 기판(110)과 상기 제1 AlxGayN 막 사이에 제1 SixNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 SixNy막은 실란가스(SinH2n+2)와 질소가스(N2)를 포함하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 SixNy막은 상기 제1 AlxNy막의 상측, 하측 또는 상하 모두에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the
실시예에서 상기 제1 SixNy막은 실리콘 기판과 이후 형성되는 질화갈륨막 사이의 열팽창계수 차이에 의한 스트레인(strain)을 효과적으로 제어함과 아울러 실리콘 기판으로부터 전이하는 전위(dislocation)를 블락(block) 및 벤딩(bending)함에 따라 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In an embodiment, the first Si x N y film effectively controls strain due to a difference in thermal expansion coefficient between a silicon substrate and a gallium nitride film formed thereafter, and blocks dislocations from the silicon substrate. And bending, it is possible to provide a high quality gallium nitride film having a crystallinity of 3 μm or more on a silicon substrate.
다음으로, 도 3과 같이 상기 버퍼층(120) 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film)(130)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3, an undoped
실시예에서 상기 언도프트 질화갈륨막(130)은 하나 이상의 주기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 언도프트 질화갈륨막(130)은 1회 내지 5회의 복수의 층으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In an embodiment, the undoped
상기 언도프트 질화갈륨막(130)을 형성시 TMG, NH3 가스 사용하여 5족 원소대 3족 원소비율(V/III ratio)을 약 600~약 1600 정도로 유지하여 언도프트 질화갈륨막(130)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.When the undoped
상기 언도프트 질화갈륨막(130)은 약 0.5㎛ 내지 약 2.5㎛의 두께로 형성되어 이후 형성되는 질화갈륨막의 결정성 향상에 기여할 수 있다.The undoped
실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 제2 AlxNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 약 700℃~약 900℃에서 제2 AlxNy막을 형성함으로써 전위를 효과적으로 차단할 수 있다. 상기 제2 AlxNy막(미도시)은 복수의 주기로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 AlxNy막은 상기 언도프트 질화갈륨막(130)이 복수의 주기로 형성되는 각층 사이에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.An embodiment may further include forming a second Al x N y film (not shown) on the buffer layer 120 (where 0 ≦ x, 0 ≦ y), but is not limited thereto. For example, the embodiment may effectively block the dislocation by forming the second Al x N y film on the
또한, 실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 제2 SixNy막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 SixNy막은 실란가스(SinH2n+2)와 질소가스(N2)를 포함하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 SixNy막은 상기 복수의 주기로 형성되는 각층 사이에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the embodiment may further include forming a second Si x N y film (not shown) on the buffer layer 120 (where 0 ≦ x, 0 ≦ y), but is not limited thereto. The second Si x N y film may include, but is not limited to, silane gas (Si n H 2n + 2 ) and nitrogen gas (N 2 ). The second Si x N y film may be formed between each layer formed in the plurality of cycles, but is not limited thereto.
또한, 상기 제2 SixNy막은 상기 제2 AlxNy막의 상측, 하측 또는 상하 모두에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the second Si x N y layer may be formed on the upper side, the lower side, or the upper and lower sides of the second Al x N y layer, but is not limited thereto.
실시예에서 상기 제2 SixNy막은 실리콘 기판과 이후 형성되는 질화갈륨막 사이의 열팽창계수 차이에 의한 스트레인(strain)을 효과적으로 제어함과 아울러 실리콘 기판으로부터 전이하는 전위(dislocation)를 블락(block) 및 벤딩(bending)함에 따라 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In an embodiment, the second Si x N y film effectively controls strain due to a difference in thermal expansion coefficient between a silicon substrate and a gallium nitride film formed thereafter, and blocks dislocations from the silicon substrate. And bending, it is possible to provide a high quality gallium nitride film having a crystallinity of 3 μm or more on a silicon substrate.
다음으로, 도 4와 같이 상기 언도프트 질화갈륨막(130) 상에 n형 질화갈륨막(140)을 형성한다. 상기 n형 질화갈륨막(140)은 약 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막일 수 있다.Next, as shown in FIG. 4, an n-type
상기 n형 질화갈륨막(140)은 n형 도핑, 예를 들어 실리콘(Si) 이온의 도핑 등에 의해 n형으로 도핑될 수 있고, 5E18/cm3 이상의 농도도로 도핑 됨으로써 발광소자의 성능 향상에 기여할 수 있다. The n-type
예를 들어, 실시예에서 n형 질화갈륨막(140)은 7E18/cm3 의 농도 도핑 되면서 약 3㎛ 이상 두께를 유지함과 아울러 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, in the embodiment, the n-type
상기 n형 질화갈륨막(140)은 모듈레이션 도핑(Modulation Doping) 방법에 의해 도핑될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 n형 질화갈륨막(140) 성장과 도핑(doping)은 4~18 : 1의 비율로 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 의하면 도핑방법을 개선함으로써 도핑(Doping) 시 발생하는 크랙(Crack)을 방지하고, 도핑 레벨(doping level)을 향상시킬 수 있다.The n-type
도 5는 실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 커버쳐(curvature) 제어 예시도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a control of a curvature of a semiconductor substrate including a gallium nitride film according to an embodiment.
실시예는 커버쳐 제어 등의 의해 고농도로 도핑된 n형 질화갈륨막의 결정성이 고품질이면서, 3μm 이상의 두께를 가짐으로써 발광소자의 휘도 향상에 기여할 수 있는 질화갈륨막을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 실리콘 기판상의 질화갈륨막의 커버쳐(curvature)는 약-100(1/km)~약 +100(1/km)의 범위에 있으므로 인해 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a gallium nitride film capable of contributing to the luminance improvement of a light emitting device by having a high crystallinity of a high concentration doped n-type gallium nitride film by coverage control or the like and having a thickness of 3 μm or more. For example, since the curvature of the gallium nitride film on the silicon substrate is in the range of about -100 (1 / km) to about +100 (1 / km), the curvature has a thickness of 3 μm or more and no warpage and an edge It is possible to provide a high quality gallium nitride film with little step difference between the center and the center.
또한, 실시예는 상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(140)을 형성하는 단계시에 상기 n형 질화갈륨막(140)의 커버쳐(curvature)가 약 -300(1/km) 이하의 범위로 제어됨으로써 쿨링(cooling) 후 상기 실리콘 기판상의 질화갈륨막의 커버쳐(curvature)는 약-100(1/km)~약 +100(1/km)의 범위로 제어되어, 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In addition, the embodiment of the present invention provides that the curvature of the n-type
또한, 실시예에서 상기 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(140)의 결정성 수준은 (002)는 500 arcsec 이하, (102)는 900 arcsec이하 수준인 고품질일 수 있다.In addition, in the embodiment, the crystallinity level of the n-type
예를 들어, 실시예에서 실리콘 기판상의 n형 질화갈륨막(140)의 결정성 수준은 c축 기준, (002) 특성은 약 450 arcsec, a축 기준, (102) 특성은 약 800 arcsec 수준인 고품질을 얻었다. For example, in an embodiment, the crystallinity level of the n-type
또한, 실시예는 상기 버퍼층(120) 상에 제2 AlxGayN 막(미도시)(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 더 포함하여 n형 질화갈륨막 내의 스트레인 제어 및 크랙방지역할을 할 수 있다.In addition, the embodiment further comprises the step of forming a second Al x Ga y N film (not shown) (0≤x, 0≤y) on the
상기 제2 AlxGayN 막(미도시)은 복수의 주기로 형성될 수 있으며, 복수로 형성되는 상기 n형 질화갈륨막(140)의 사이에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second Al x Ga y N film (not shown) may be formed in a plurality of cycles, and may be formed between the n-type
상기 제2 AlxGayN 막은 약 10nm 내지 약 100nm 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second Al x Ga y N film may be formed to a thickness of about 10nm to about 100nm, but is not limited thereto.
상기 제2 AlxGayN 막은 제1 GaN막(미도시), 제1 AlGaN막(미도시) 및 제1 AlN막(미도시)을 포함하는 제1 군의 제2 AlxGayN 막(미도시)과 상기 제1 군의 제2 AlxGayN 막 상에 제2 AlN막(미도시), 제2 AlGaN막(미도시) 및 제2 GaN막(미도시)을 포함하는 제2 군의 제2 AlxGayN 막(미도시)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second (not shown) Al x Ga y N film is a first GaN layer, a first AlGaN layer (not shown), and a first AlN layer (not shown), the first group of the second Al x Ga y N film containing (Not shown) and a second AlN film (not shown), a second AlGaN film (not shown), and a second GaN film (not shown) on the second Al x Ga y N film of the first group. A second group of Al x Ga y N films (not shown) may be included, but is not limited thereto.
상기 제2 AlxGayN 막 형성은 트리메틸 알루미늄 가스(TMA) 가스와 트리메틸 갈륨 가스(TMG)를 포함하여 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The second Al x Ga y N film may be formed by including trimethyl aluminum gas (TMA) gas and trimethyl gallium gas (TMG), but is not limited thereto.
실시예는 상기 n형 질화갈륨막(140)의 사이에 제2 AlxGayN 막을 형성함으로써 n형 질화갈륨막 내의 스트레인 제어 및 크랙방지역할을 하여 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.According to the embodiment, the second Al x Ga y N film is formed between the n-type
실시예에 따른 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판 및 그 제조방법과 발광소자에 의하면 스트레인 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 크랙 등이 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.According to the semiconductor substrate including the gallium nitride film according to the embodiment, a manufacturing method thereof, and a light emitting device, a gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more and no cracks or the like can be provided on the silicon substrate by strain control.
예를 들어, 실시예는 실리콘 기판상에 형성되는 버퍼층, 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film), 및/또는 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)에서의 스트레인 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 결정성이 우수한 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, embodiments may be fabricated by strain control in a buffer layer formed on a silicon substrate, an undoped Gallium Nitride film, and / or an n-type Gallium Nitride film. It is possible to provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 µm or more on the substrate and having excellent crystallinity.
또한, 실시예는 커버쳐(curvature) 제어 및 스트레인 제어에 의해 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.Further, the embodiment can provide a high quality gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more by curvature control and strain control, without warping, and hardly having a step and edge step.
예를 들어, 실시예는 언도프트 질화갈륨막 및/또는 n형 질화갈륨막에서의 커버쳐 제어에 의해 실리콘 기판상에 3μm 이상의 두께를 가지면서 휨이 없고, 에지와 센터의 단차가 거의 없는 고품질의 질화갈륨막을 제공할 수 있다.For example, the embodiment has a high quality that has a thickness of 3 μm or more on a silicon substrate and no warp, and almost no step between edges and centers by coverage control in an undoped gallium nitride film and / or an n-type gallium nitride film. Gallium nitride film can be provided.
또한, 실시예는 스트레인 제어, 커버쳐 제어 등의 의해 고농도로 도핑된 n-type 질화갈륨막의 결정성이 고품질이면서, 3μm 이상의 두께를 가짐으로써 발광소자의 휘도 향상에 기여할 수 있는 질화갈륨막을 제공할 수 있다.In addition, the embodiment provides a gallium nitride film capable of contributing to the improvement of the brightness of the light emitting device by having a high crystallinity of a high-doped n-type gallium nitride film by strain control, coverage control, etc., and having a thickness of 3 μm or more. Can be.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents of such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the embodiments.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the above description has been made with reference to the embodiments, which are merely examples and are not intended to limit the embodiments, and those skilled in the art to which the embodiments belong may not be exemplified above without departing from the essential characteristics of the embodiments. It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to these modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the embodiments defined in the appended claims.
Claims (22)
상기 버퍼층 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film); 및
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film);을 포함하고,
상기 버퍼층은 제1 AlxGayN 막(단,0≤x,0≤y)을 포함하고, 상기 제1 AlxGayN 막은 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함하는 반도체 기판.A buffer layer on a substrate including a silicon substrate;
An undoped Gallium Nitride film on the buffer layer; And
And an n-type Gallium Nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film.
The buffer layer includes a first AlxGayN film (where 0 ≦ x, 0 ≦ y), and the first AlxGayN film includes a reverse graded AlxGayN film.
상기 제1 AlxGayN 막은,
AlpGaqN 막(단,0<p,0<q); 및
상기 AlpGaqN 막 상에 AlpN 막(단,0<p);을 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
The first Al x Ga y N film,
Al p Ga q N films (where 0 <p, 0 <q); And
And a gallium nitride film comprising an Al p N film (where 0 < p) on the Al p Ga q N film.
상기 버퍼층과 상기 언도프트 질화갈륨막 사이에 제2 SixNy막(단,0≤x,0≤y)을 더 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
And a gallium nitride film further comprising a second Si x N y film (where 0 ≦ x, 0 ≦ y) between the buffer layer and the undoped gallium nitride film.
상기 언도프트 질화갈륨막과 상기 n형 질화갈륨막 사이에 제2 AlxGayN 막(단,0≤x,0≤y)을 더 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
And a gallium nitride film further comprising a second Al x Ga y N film (where 0 ≦ x, 0 ≦ y) between the undoped gallium nitride film and the n-type gallium nitride film.
상기 제2 AlxGayN 막은,
제1 GaN막, 제1 AlGaN막 및 제1 AlN막을 포함하는 제1 군의 제2 AlxGayN 막; 및
제2 AlN막, 제2 AlGaN막 및 제2 GaN막을 포함하여 상기 제1 군의 제2 AlxGayN 막 상에 형성된 제2 군의 제2 AlxGayN 막;을 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method of claim 6,
The second Al x Ga y N film,
A second Al x Ga y N film of the first group including the first GaN film, the first AlGaN film, and the first AlN film; And
Gallium containing; a second AlN layer, a second AlGaN layer and the second including GaN film a second Al x Ga y N layer of a second group formed on the first-second Al x Ga y N layer of A semiconductor substrate comprising a film.
상기 실리콘 기판상의 질화갈륨막의 커버쳐(curvature)가 -100(1/km)~+100(1/km)의 범위에 있는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
And a gallium nitride film having a curvature of the gallium nitride film on the silicon substrate in a range of -100 (1 / km) to +100 (1 / km).
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막은,
5E18/cm3 이상의 농도인 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
The n-type gallium nitride film having a thickness of 3 µm or more on the undoped gallium nitride film,
5E18 / cm 3 or higher concentration A semiconductor substrate comprising a gallium nitride film.
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막의 결정성 수준은 (002)는 500 arcsec 이하, (102)는 900 arcsec이하 수준인 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
The crystalline level of the n-type gallium nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film includes a gallium nitride film having a (002) value of 500 arcsec or less and (102) of 900 arcsec or less.
상기 기판은
사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘 카바이드 기판(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 반도체 기판.The method according to claim 1,
The substrate
A semiconductor substrate comprising at least one of a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate and a silicon carbide substrate (SiC).
상기 버퍼층 상에 언도프트 질화갈륨막(undoped Gallium Nitride film)을 형성하는 단계; 및
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막(n-type Gallium Nitride film)을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 버퍼층을 형성하는 단계는 제1 AlxGayN 막(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 AlxGayN 막은 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.Forming a buffer layer on a substrate comprising a silicon substrate;
Forming an undoped Gallium Nitride film on the buffer layer; And
Forming an n-type Gallium Nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film;
The forming of the buffer layer may include forming a first AlxGayN film (where 0 ≦ x, 0 ≦ y), and the first AlxGayN film may include a reverse graded AlxGayN film. .
상기 제1 AlxGayN 막에서, Al의 조성비(x)는 영(0) 이상의 값을 가지도록 유지하고, Ga의 조성비(y)는 영(0) 초과의 값에서 영(0)이 되도록 하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 12,
In the first Al x Ga y N film, the composition ratio x of Al is maintained to have a value greater than or equal to zero, and the composition ratio y of Ga is zero at a value greater than zero. A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film.
상기 버퍼층 형성 후에,
상기 버퍼층 상에 제2 SixNy막(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계를 더 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 12,
After the buffer layer is formed,
A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film further comprising forming a second Si x N y film (where 0 ≦ x, 0 ≦ y) on the buffer layer.
상기 언도프트 질화갈륨막 형성 후에,
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 제2 AlxGayN 막(단,0≤x,0≤y)을 형성하는 단계;를 더 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 12,
After the undoped gallium nitride film is formed,
And forming a second Al x Ga y N film (where 0 ≦ x, 0 ≦ y) on the undoped gallium nitride film.
상기 제2 AlxGayN 막을 형성하는 단계는,
제1 GaN막, 제1 AlGaN막 및 제1 AlN막을 포함하는 제1 군의 제2 AlxGayN 막을 형성하는 단계; 및
제2 AlN막, 제2 AlGaN막 및 제2 GaN막을 포함하는 제2 군의 제2 AlxGayN 막을 상기 제1 군의 제2 AlxGayN 막 상에 형성하는 단계;를 포함하는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 17,
Forming the second Al x Ga y N film,
Forming a first group of second Al x Ga y N films including a first GaN film, a first AlGaN film, and a first AlN film; And
Forming a second Al x Ga y N film of a second group including a second AlN film, a second AlGaN film, and a second GaN film on the second Al x Ga y N film of the first group; A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film.
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막을 형성하는 단계에서,
상기 n형 질화갈륨막은 5E18/cm3 이상의 농도인 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.13. The method of claim 12,
In the step of forming an n-type gallium nitride film of 3㎛ or more thickness on the undoped gallium nitride film,
The n-type gallium nitride film is 5E18 / cm3 More than concentration A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film.
상기 언도프트 질화갈륨막 상에 3㎛ 이상 두께의 n형 질화갈륨막을 형성하는 단계시에 상기 n형 질화갈륨막의 커버쳐(curvature)가 -300(1/km) 이하의 범위로 제어되는 단계; 및
상기 실리콘 기판상의 n형 질화갈륨막을 쿨링(cooling) 후 상기 실리콘 기판상의 질화갈륨막의 커버쳐(curvature)는 -100(1/km)~약 +100(1/km)의 범위로 제어되는 질화갈륨막을 포함하는 반도체 기판의 제조방법.The method of claim 12,
Controlling the curvature of the n-type gallium nitride film to be in the range of -300 (1 / km) or less when forming an n-type gallium nitride film having a thickness of 3 µm or more on the undoped gallium nitride film; And
After cooling the n-type gallium nitride film on the silicon substrate, the curvature of the gallium nitride film on the silicon substrate is controlled in the range of -100 (1 / km) to about +100 (1 / km). A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising a film.
상기 n형 질화갈륨막 상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 p형 질화갈륨막;를 포함하고,
상기 버퍼층은 제1 AlxGayN 막(단,0≤x,0≤y)을 포함하고, 상기 제1 AlxGayN 막은 리버스 그레이드(Reverse graded) AlxGayN 막을 포함하는 발광소자.A buffer layer on a substrate including a silicon substrate, an undoped Gallium Nitride film on the buffer layer, and an n-type Gallium Nitride film having a thickness of 3 μm or more on the undoped gallium nitride film a semiconductor substrate comprising a gallium nitride film including a film);
An active layer formed on the n-type gallium nitride film; And
P-type gallium nitride film formed on the active layer;
The buffer layer includes a first AlxGayN layer (where 0 ≦ x, 0 ≦ y), and the first AlxGayN layer includes a reverse graded AlxGayN layer.
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