KR101303031B1 - 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법 - Google Patents

플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101303031B1
KR101303031B1 KR1020110042619A KR20110042619A KR101303031B1 KR 101303031 B1 KR101303031 B1 KR 101303031B1 KR 1020110042619 A KR1020110042619 A KR 1020110042619A KR 20110042619 A KR20110042619 A KR 20110042619A KR 101303031 B1 KR101303031 B1 KR 101303031B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
injecting
atomic layer
precursor
plasma
Prior art date
Application number
KR1020110042619A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110122646A (ko
Inventor
조병구
Original Assignee
조병구
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 조병구 filed Critical 조병구
Publication of KR20110122646A publication Critical patent/KR20110122646A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101303031B1 publication Critical patent/KR101303031B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes

Abstract

본 발명은 발광소자용 고품질 다성분계 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 InxAlyGazN (박막의 In, Al, Ga, N의 조성비 및 박막 두께를 정밀하게 조절이 가능하고, 크랙이 없는 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 플라즈마 원자층증착법(Plasma-enhanced atomic layer deposition)을 이용한 아격자 구조(Sub-lattice structure) 제어기술을 이용하여 인듐 질화물을 형성하는 제 1단계, 알루미늄 질화물을 형성하는 제 2단계, 갈륨 질화물을 형성하는 제 3단계 및 상기 제 1단계, 제 2단계 및 제 3단계를 반복하여 InAlGaN를 형성하는 제 4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 상기 제 1 내지 3단계의 각각의 횟수를 조절함으로서 InxAlyGazN 박막내 인듐, 알루미늄, 갈륨의 조성 조절을 용이하게 조절할 수 있고, 4단계의 횟수를 조절함으로써 InxAlyGazN 박막의 두께를 용이하게 조절할 수 있다.

Description

플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법{Method for the formation of multi component thin films and quantum well structure containing multi component by sub-lattice structure controlling technique through Plasma-enhanced atomic layer deposition}
본 발명은 발광소자용 고품질 다성분계 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조(Sub-lattice structure, 이하 "SLS"라 함) 제어기술에 의한 InxAlyGazN (박막의 In, Al, Ga, N의 조성비 및 박막 두께를 정밀하게 조절이 가능하고, 크랙이 없는 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 제조하는 방법과, 본 발명에 의한 방법으로 제조된 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 사용하는 자외선 발광소자에 관한 것이다.
지금까지 360nm이상 내지 400nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자를 제조하기 위해서는 주로 InGaN 박막이 사용되어져 왔다. 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자를 제조하기 위해서는 AlGaN 또는 이에 In을 소량 첨가한 InxAlyGazN 박막이 주로 연구되어져 왔으나, 고효율 발광은 다음과 같은 제조상의 문제점들로 인하여 얻어지기 힘든 한계를 가지고 있다.
첫째, 일반적으로 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자의 제조를 위해서는 한국등록특허 751551호 및 일본공개특허 2005-302804호에 개시된 바와 같이, InxAlyGazN 박막을 주로 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 형성한다. 그런데, 금속전구체들이 반응가스와 동시에 챔버내로 주입되게 되는 MOCVD법의 특성상 동시에 주입된 금속 전구체간 또는 금속 전구체와 반응가스의 원치 않는 반응이 기상에서 일어나기 쉬운 근본적인 문제점을 가지고 있으며 또한, 주입되는 금속 전구체의 주입되는 양에 의해서 박막의 조성이 쉽게 변화되므로 조성 조절이 용이하지 않다. 이를 개선하기 위한 방법으로, 한국등록특허 0513923 호에서는 MOCVD법을 이용하되 GaN기판위에 In 금속 전구체와 질소원을 공급한 후, 일시적으로 In 금속전구체의 주입을 중단하는 단계를 도입하여, 형성된 InN의 GaN박막내로의 확산 과정을 통해, InGaN를 형성하는 방법이 개시되어 있으나, 이러한 방법은 기판 물질에 따라 물질의 확산 깊이가 달라지게 되므로, 박막내의 조성 경사가 발생하기 쉽고, 형성할 수 있는 두께가 제한적인 문제점을 가지고 있다. 특히, 앞서 언급한 방법들은 3성분계 이상의 다성분계 박막의 경우 정밀한 조성 조절이 더욱 힘든 문제점을 가지고 있다. 금속MOCVD법에서는 박막형성을 위한 금속전구체들을 동시에 주입하여 금속전구체들간의 반응이 일어나게 되므로 3성분계 이상의 다성분계 박막에서의 정밀한 조성 조절이 힘든 문제점을 가지고 있다.
둘째, 상기한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자의 제조를 위해서는 서로 다른 조성을 가지는 두 개의 InxAlyGazN 층을 나노미터 두께로 적층하여 양자우물 구조를 형성하여야 하나, MOCVD법으로는 InxAlyGazN 과 같은 다성분계 박막의 nm두께로 정밀하게 제어하기가 힘들다.
셋째, 상기한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자의 제조를 위해서는 InxAlyGazN와 같은 다성분계 박막을 크랙이나 결함이 없도록 성장시켜야 하나 MOCVD 방법의 특성상 고온에서 증착이 이루어지므로, 기판과 성장시킨 박막간의 열팽창계수 차이에 의해 크랙이나 결함이 쉽게 발생한다.
본 발명은 상기와 같이 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자에서 사용되는 InAlGaN 또는 AlGaN 박막을 MOCVD법으로 제조할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조성 및 두께의 정밀한 조정 및 크랙이나 결함이 없어 고효율 발광이 가능한, InAlGaN 또는 AlGaN 박막의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 반응기판에 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 InN층을 형성하는 제 1단계; 상기 반응기판에 상기 제 1단계 후에 AlN층을 형성하는 제 2단계; 및 상기 반응기판에 상기 제 2단계 후에 GaN층을 형성하는 제 3단계;를 포함하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법에 의해서 달성될 수 있다
여기서, 상기 반응기판에 형성된 InxAlyGazN박막은 0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1의 성분비를 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제 1단계, 제 2단계 및 제 3단계를 교대로 반복하여 복수의 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 형성하는 제4단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1단계, 제2단계 및 제3단계 중 적어도 하나는 복수회 수행될 수 있다.
그리고, 상기 제 1단계는, 인듐 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계; 퍼지가스를 주입하는 단계; 제 1 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 인듐 전구체의 리간드를 제거함으로써 인듐질화물(InN) 원자층을 형성하는 단계; 및 퍼지가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형성된 인듐질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어될 수 있다.
또한, 인듐 소스의 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계는, 상기 인듐 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및 상기 반응기판의 온도를 200℃이상 400℃이하로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 제 2단계는, 알루미늄 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계; 퍼지가스를 주입하는 단계; 제 2 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 알루미늄 전구체의 리간드를 제거함으로써 알루미늄 질화물(AlN) 원자층을 형성하는 단계; 및 퍼지가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형성된 알루미늄 질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어될 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계는, 상기 알루미늄 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및 상기 반응기판의 온도를 200℃이상 400℃이하로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 제 3단계는, 갈륨 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계; 퍼지가스를 주입하는 단계; 제 3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 갈륨 전구체의 리간드를 제거함으로써 갈륨 질화물(GaN) 원자층을 형성하는 단계; 및 퍼지가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형성된 갈륨 질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어될 수 있다.
또한, 상기 갈륨 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계는, 상기 갈륨 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및 상기 반응기판의 온도를 200℃이상 400℃이하로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
본 발명은 상기와 같이 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자에서 사용되는 InAlGaN 또는 AlGaN 박막을 MOCVD법으로 제조할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조성 및 두께의 정밀한 조정 및 크랙이나 결함이 없어 고효율 발광이 가능한, InAlGaN 또는 AlGaN 박막의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조 제어기술에 의한 InxAlyGazN 박막의 플라즈마 원자층 증착방법을 수행하기 위한 타이밍도,
도 2는 제 1실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조 제어기술에 의한 InxAlyGazN의 플라즈마 원자층 증착방법을 수행하기 위한 타이밍도,
도 3은 제 2 실시예를 따라 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조 제어기술에 의한 InxAlyGazN을 포함하는 양자우물을 형성하기 위한 플라즈마 원자층 증착방법을 수행하기 위한 타이밍도,
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따라 증착된 InxAlyGazN 박막을 포함하는 양자우물의 투과전자현미경 분석을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 상기한 InxAlyGazN 박막을 플라즈마 원자층증착법으로 형성하기 위한 사이클 구성의 일반적인 예를 보여준다. 즉, (a) 인듐 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (b) 퍼지가스를 주입하는 단계 (c) 제 1반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 인듐 전구체의 리간드를 제거함으로써 아격자 구조(SLS)의 인듐질화물을 형성하는 단계 (d) 퍼지가스를 주입하는 단계 (e) 알루미늄 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (f) 퍼지가스를 주입하는 단계 (g) 제 2반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 알루미늄 전구체의 리간드를 제거함으로써 아격자 구조(SLS)의 알루미늄 질화물을 형성하는 단계 (h) 퍼지가스를 주입하는 단계 (i) 갈륨 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (j) 퍼지가스를 주입하는 단계 (k) 제 3반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 갈륨 전구체의 리간드를 제거함으로서 갈륨 질화물을 형성하는 단계 (l) 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성하여 InxAlyGazN 박막을 형성한다.
여기서, 아격자 구조(SLS)라 함은 상기 형성된 인듐질화물 또는 알루미늄 질화물 또는 갈륨 질화물이 격자(lattice) 크기 이하로 제어된 구조를 의미한다.
이 때, InAlGaN 박막 형성을 위한 반응기판의 온도는 (a)단계 ~ (l)단계의 증착 공정 동안 200~600℃로 계속 일정하게 유지하되, 바람직하게는 200℃이상 400℃이하로 유지하여, 물질간의 열팽창 계수 차이에 의한 크랙 및 결함발생을 최소화 하도록 하는 것이 바람직하다
이렇게 형성된 InxAlyGazN 박막은, (a)~(d)단계를 통해 증착된 인듐 질화물과 (e)~(h)단계를 통해 증착된 알루미늄 질화물, 그리고 (i)~(l)단계를 통해 증착된 갈륨 질화물이 각각 아격자 구조(SLS)로 형성되어 최종적으로 (a)~(l)단계를 거쳐 형성된 InAlGaN물질이 수 나노 nm 두께 이하의 혼합상 또는 적층막의 형태로 존재하며, (a)~(l)단계의 횟수를 조절함으로서 InxAlyGazN 박막의 두께를 조절할 수 있는 특징을 가진다.
즉, (a)~(d)단계의 제1단계, (e)~(h)단계의 제2단계, 그리고 (i)~(l)단계의 제3단계에서 형성되는 인듐 질화물, 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물은 각각의 금속 전구체가 반응가스 없이 주입되어 기판에 흡착되고 퍼지가스를 주입하는 단계를 거쳐, 각 단계에서 흡착된 금속 전구체는 1ML (monolayer)이하가 되며, 플라즈마를 형성시키는 단계를 거쳐 금속질화물이 형성되게 되는데, 이때 형성되는 금속질화물은 격자(Lattice) 크기 이하로 형성되게 된다. 또한, 플라즈마를 형성시키는 단계에서 인가되는 플라즈마 파워(power)의 강약을 조절함으로서 표면에서의 원자의 이동을 조절할 수 있어 아격자 구조(SLS)를 제어할 수 있게 된다.
또한, 기존의 MOCVD법을 이용하여 InAlGaN 박막을 형성하는 경우 통상적으로 700℃ 이상, 더욱 바람직하게는 800℃이상의 고온에서 공정이 이루어지지만, 본 발명의 플라즈마 원자층증착법을 이용한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자용 InAlGaN 박막을 제조하기 위한 아격자 구조(SLS) 제어 방법은 플라즈마를 이용하여 여분의 에너지를 기판에 제공하므로, 600℃ 이하의 저온에서의 공정, 바람직하게는 200℃이상 400℃ 이하의 저온이 가능하여 물질간 열팽창계수 차이에 의한 크랙이나 결함의 발생을 억제할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한, 본 발명은 MOCVD법과 비교하여 저온에서 금속전구체와 반응가스의 주입을 분리함으로써 기상에서의 반응을 억제할 수 있어 형성된 금속질화물에는 카본(carbon)등과 같은 불순물이 최소화되게 되는 장점을 가진다.
한편, 본 발명의 플라즈마 원자층증착법을 이용한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자용 InAlGaN 박막을 제조하기 위한 아격자 구조(SLS) 제어 방법은 상기 제1단계 내지 상기 제3단계의 형성 순서에 의해 제한되지 않는다. 즉, 제 1단계 내지 제 3단계의 형성 순서만를 바꾸어 제 3단계->제 2단계->제 1단계의 순서로 InAlGaN 박막을 형성할 수도 있으며, 이는 본 발명에서 청구하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조(SLS)제어 기술에 의한 InAlGaN 박막 제조방법을 제한하지 않음을 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
또한, 경우에 따라서, InAlGaN 박막 대신에 AlGaN 박막을 형성할 수도 있다. 즉, 이 경우에는 인듐질화물을 형성하기 위한 상기 제1단계가 생략되어 상기 제2단계 및 상기 제3단계가 교대로 수행될 수 있다.
한편, InxAlyGazN 박막을 구성하는 In, Al, Ga의 조성비를 조절하기 위하여, 원하는 횟수만큼 (a)~(d)단계, (e)~(h)단계, (i)~(j)단계를 반복하여 하나의 사이클을 구성할 수도 있다.
상기 인듐 질화물을 형성하기위한 인듐 전구체로는 InCl3를 사용한다.
(a)단계에서 인듐 전구체는 t1 시간동안 공급되며, 그 유량은 20~500sccm이다. t1은 0.1~20 sec 동안 유입한다.
상기 (b)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N2, Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H2 인 것이 바람직하며, (a)단계에서 물리 흡착된 인듐 전구체를 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t2 =0.1~20sec동안 공급한다.
상기 (c)단계에서의 제1 반응가스는 NH3, N2, H2, Ar gas 또는, 이들의 혼합기체를 사용하되, 흡착된 인듐 전구체와의 반응성을 높이기 위하여 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 바람직하게는 NH3 혹은 N2와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 이때 제1 반응가스는 50~500 sccm의 유량으로 t3 =0.1~20sec간 공급할 수 있으며, 플라즈마 파워는 50~300W로 한다.
상기 (d)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N2, Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H2 인 것이 바람직하며, (c)단계에서의 반응 부산물을 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t4 = 0.1~20sec동안 공급된다.
상기 알루미늄 질화물을 형성하기위한 알루미늄 전구체로는 AlCl3, AlBr3 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 AlCl3를 사용한다.
(e)단계에서 알루미늄 전구체는 t5 시간동안 공급되며, 그 유량은 20~500sccm이다. t5는 0.1~20 sec 동안 유입한다.
상기 (f)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N2, Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H2 인 것이 바람직하며, (e)단계에서 물리 흡착된 알루미늄 전구체를 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t6=0.1~20sec동안 공급한다.
상기 (g)단계에서의 제 2 반응가스는 NH3, N2, H2, Ar gas 또는, 이들의 혼합기체를 사용하되, 흡착된 알루미늄 전구체와의 반응성을 높이기 위하여 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 바람직하게는 NH3 혹은 N2와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 이때 제 2 반응가스는 50~500 sccm의 유량으로 t7=0.1~20sec간 공급할 수 있으며, 플라즈마 파워는 50~300W로 한다.
상기 (h)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N2, Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H2 인 것이 바람직하며, (g)단계에서의 반응 부산물을 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t8=0.1~20sec동안 공급된다.
상기 갈륨 질화물을 형성하기위한 갈륨 전구체로는 GaCl3, GaBr3 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 GaCl3를 사용한다.
(i)단계에서 갈륨 전구체는 t9 시간동안 공급되며, 그 유량은 20~500sccm이다. t9 는 0.1~20 sec 동안 유입한다.
상기 (j)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N2, Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H2 인 것이 바람직하며, (i)단계에서 물리 흡착된 갈륨 전구체를 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t10=0.1~20sec동안 공급한다.
상기 (k)단계에서의 제 3 반응가스는 NH3, N2, H2, Ar gas 또는, 이들의 혼합기체를 사용하되, 흡착된 알루미늄 전구체와의 반응성을 높이기 위하여 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 바람직하게는 NH3 혹은 N2와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 이때 제 3 반응가스는 50~500 sccm의 유량으로 t11=0.1~20sec간 공급할 수 있으며, 플라즈마 파워는 50~300W로 한다.
상기 (l)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N2, Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H2 인 것이 바람직하며, (k)단계에서의 반응 부산물을 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t12=0.1~20sec동안 공급된다.
또한, 상기 인듐, 알루미늄 및 갈륨 전구체가 챔버 내부로 원활하게 유입될 수 있도록 돕기 위하여, 상기 소스 전구체들과 반응하지 않는 불활성 기체와 혼합하여 증착실 내부로 유입될 수 있는데, 상기 운반가스로는 Ar, N2, He, Ne 인 것이 바람직하다.
이때, 상기의 (a)단계, (e)단계, 및 (i)단계의 인듐, 알루미늄, 갈륨 전구체를 주입하는 경우, 상기한 인듐, 알루미늄, 갈륨 전구체 중 하나 이상의 전구체의 증기압을 0.5torr 이상 760 torr 이하로 유지하여 주입하는 것이 바람직하다. 이는 기판의 표면에 완전한 화학흡착이 일어날 수 있도록 하여 박막성장시 크랙 및 결정의 성장을 최소화하기 위한 것이다.
또한, 반응기판의 온도는 (a)단계 ~ (l)단계의 증착 공정 동안 200~600℃로 계속 일정하게 유지하되, 바람직하게는 200℃이상 400℃이하로 유지하여, 물질간의 열팽창 계수 차이에 의한 크랙 및 결함발생을 최소화 하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 공정 압력은 0.5torr ~ 10 Torr를 일정하게 유지한다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 원자층증착법을 이용한 InxAlyGazN 박막의 형성방법은, 도 2에 도시한 바와 같이 InMe3 전구체 유입단계 → 퍼지 단계 → N2 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생하여 아격자 구조(SLS)의 인듐질화물(InN)을 형성하는 단계 → 퍼지 단계 → AlMe3 전구체 유입단계 → 퍼지단계 → N2 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생하여 아격자 구조(SLS)의 알루미늄질화물(AlN)을 형성하는 단계 → 퍼지 단계→ GaMe3 전구체 유입단계 → 퍼지단계 → N2 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생하여 아격자 구조(SLS)의 갈륨질화물(GaN)을 형성하는 단계 → 퍼지 단계로 이루어진 하나의 사이클을 거치면서 일정한 두께의 InxAlyGazN 박막층이 증착된다. 상기한 사이클을 반복하면 InxAlyGazN 박막층의 두께가 비례적으로 증가하기 때문에 사이클의 반복을 통하여 원하는 두께의 InxAlyGazN 박막층을 기판에 증착할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 InxAlyGazN 박막층을 형성하기 위한 사이클을 구성할 때, InN, GaN, AlN의 형성하는 단계의 순서를 바꾸어 구성할 수도 있다. 즉, AlN층을 형성하는 단계 → GaN층을 형성하는 단계 → InN층을 형성하는 단계로 이루어진 하나의 사이클을 반복하여 InAlGaN박막층을 형성하거나, GaN층을 형성하는 단계 →AlN층을 형성하는 단계 → InN층을 형성하는 단계로 이루어진 하나의 사이클을 반복하여 InxAlyGazN 박막층을 형성할 수도 있다.
한편, InxAlyGazN 박막층의 In, Al과 Ga의 비율을 조절하기 위하여, 원하는 횟수만큼 상기(a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계를 반복하여 하나의 사이클을 구성할 수도 있으며. 바람직하게는 InxAlyGazN의 조성비가 0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1이 되도록 한다. 이때, 인듐질화물, 알루미늄질화물, 및 갈륨질화물은 화학양론비가 In:N=1:1, Al:N=1:1, Ga:N=1:1 이기 때문에 InxAlyGazN 박막내 N은 50at.%를 유지하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조(SLS) 제어기술을 이용하여 증착된 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1) 박막을 사용한 자외선발광소자는 0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1 을 만족하는 조성을 가지는 제1InxAlyGazN층과, 서로 다른 알루미늄 조성비을 가지고 있는 제 2 InxAlyGazN 박막층 또는 AlaGabN (0<a<1, 0<b<1, x+y+z=1) 박막층 중 하나를 번갈아 적층함으로서 형성된 양자우물구조를 포함한다.
이하, 제2실시예에 따른 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)를 포함하는 양자우물구조를 형성하기 위한 플라즈마 원자층증착방법을 이용한 아격자 구조(SLS) 제어기술을 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 상술한 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)를 포함하는 양자우물구조를 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조(SLS) 제어기술을 통해 형성하기 위한 사이클 구성의 일반적인 예를 보여준다.
먼저 0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1 을 만족하는 조성을 가지는 제 1 InxAlyGazN층을 제 1실시예에서 설명한 바와 같이 도 1의 (a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계를 일정횟수만큼 반복하여 구성된 사이클을 이용하여 형성한다. 그 다음 서로 다른 알루미늄 조성비을 가지고 있는 제 2 InxAlyGazN 박막층 또는 AlaGabN (0<a<1, 0<b<1, x+y+z=1) 박막층은 도 1의 (a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계를 일정횟수만큼 반복하여 구성된 사이클을 이용하여 형성하되, (a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계중 하나 이상의 반복횟수를 제 1 InxAlyGazN층을 형성하기 위해 사용한 반복횟수와 다르게 하여 준다. 이렇게 함으로서, 서로 다른 조성을 가지는 제 1 InxAlyGazN층과 제 2 InxAlyGazN층이 적층구조로 형성되게 되며, 제 1 InxAlyGazN 형성을 위한 사이클과 제 2 InxAlyGazN층 형성을 위한 사이클을 순차적으로 반복하게 되면 반복한 횟수만큼 적층된 양자우물 구조를 형성할 수 있게 된다. 도 4는 상술한 방법으로 형성된 양자우물구조의 투과전자현미경 사진을 보여준다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 반응기판에 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 InN을 형성하는 제 1단계;
    상기 반응기판에 상기 제 1단계 후에 AlN층을 형성하는 제 2단계; 및
    상기 반응기판에 상기 제 2단계 후에 GaN층을 형성하는 제 3단계;를 포함하며,
    상기 반응기판에 형성된 InxAlyGazN박막은 0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1의 성분비를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1단계, 제 2단계 및 제 3단계를 교대로 반복하여 복수의 InxAlyGazN (0<x<0.2, 0.1<y<1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 형성하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계, 제2단계 및 제3단계 중 적어도 하나는 복수회 수행되는 것을 특징으로 하는 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계는
    인듐 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계;
    퍼지가스를 주입하는 단계;
    제 1 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 인듐 전구체의 리간드를 제거함으로써 인듐질화물(InN) 원자층을 형성하는 단계; 및
    퍼지가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 형성된 인듐질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어된 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    인듐 소스의 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계는,
    상기 인듐 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및
    상기 반응기판의 온도를 200℃이상 400℃이하로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계는,
    알루미늄 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계;
    퍼지가스를 주입하는 단계;
    제 2 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 알루미늄 전구체의 리간드를 제거함으로써 알루미늄 질화물(AlN) 원자층을 형성하는 단계; 및
    퍼지가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 형성된 알루미늄 질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어된 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 알루미늄 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계는,
    상기 알루미늄 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및
    상기 반응기판의 온도를 200℃이상 400℃이하로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3단계는,
    갈륨 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계;
    퍼지가스를 주입하는 단계;
    제 3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 갈륨 전구체의 리간드를 제거함으로써 갈륨 질화물(GaN) 원자층을 형성하는 단계; 및
    퍼지가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 형성된 갈륨 질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어된 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 갈륨 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계는,
    상기 갈륨 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및
    상기 반응기판의 온도를 200℃이상 400℃이하로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법.
  15. 삭제
KR1020110042619A 2010-05-04 2011-05-04 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법 KR101303031B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100041859 2010-05-04
KR1020100041859 2010-05-04

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130095796A Division KR20130100247A (ko) 2013-08-13 2013-08-13 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110122646A KR20110122646A (ko) 2011-11-10
KR101303031B1 true KR101303031B1 (ko) 2013-09-03

Family

ID=45393157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110042619A KR101303031B1 (ko) 2010-05-04 2011-05-04 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101303031B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9564286B2 (en) * 2014-08-14 2017-02-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of forming thin film of semiconductor device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100513923B1 (ko) 2004-08-13 2005-09-08 재단법인서울대학교산학협력재단 질화물 반도체층을 성장시키는 방법 및 이를 이용하는 질화물 반도체 발광소자
KR20050123421A (ko) * 2004-06-25 2005-12-29 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자
JP2006140397A (ja) 2004-11-15 2006-06-01 Ritsumeikan 窒化物系化合物半導体製造装置
KR100751551B1 (ko) 2000-02-23 2007-08-23 리켄 자외선단파장영역에서 발광하는 ＩｎＡｌＧａＮ, 그제조공정 및 이를 이용한 자외선발광소자

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100751551B1 (ko) 2000-02-23 2007-08-23 리켄 자외선단파장영역에서 발광하는 ＩｎＡｌＧａＮ, 그제조공정 및 이를 이용한 자외선발광소자
KR20050123421A (ko) * 2004-06-25 2005-12-29 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자
KR100513923B1 (ko) 2004-08-13 2005-09-08 재단법인서울대학교산학협력재단 질화물 반도체층을 성장시키는 방법 및 이를 이용하는 질화물 반도체 발광소자
JP2006140397A (ja) 2004-11-15 2006-06-01 Ritsumeikan 窒化物系化合物半導体製造装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110122646A (ko) 2011-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200335342A1 (en) Methods for depositing thin films comprising indium nitride by atomic layer deposition
US7485583B2 (en) Method for fabricating superlattice semiconductor structure using chemical vapor deposition
US20060205197A1 (en) Compound semiconductor devices and methods of manufacturing the same
US9502607B2 (en) Method for producing an active zone for an optoelectronic semiconductor chip and optoelectronic semiconductor chip
JP4991828B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法
KR102383837B1 (ko) 3a족 질화물 성장 시스템 및 방법
JP2012169622A (ja) 薄膜形成のための方法とシステム
JP4719689B2 (ja) 窒化物半導体層を成長させる方法及びこれを利用する窒化物半導体発光素子
KR101303031B1 (ko) 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법
KR20130100247A (ko) 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법
JPH09295890A (ja) 半導体製造装置および半導体製造方法
US20090309189A1 (en) Method for the growth of indium nitride
CN101140969B (zh) 化合物半导体器件及其制造方法
KR100455070B1 (ko) 원자층 증착법을 이용한 ｃ축 배향 ＺｎＯ 박막 제조방법및 이를 이용한 광소자
JP2001119066A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
JP2010238810A (ja) Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体薄膜結晶の気相成長方法および気相成長装置
JP4308502B2 (ja) 窒化物薄膜の形成方法及び量子井戸デバイスの製造方法
KR100342013B1 (ko) 고품질 질화인듐갈륨/질화갈륨 다중양자우물구조층의제작방법
Iwata et al. Growth and luminescence properties of subsequently grown AlInN layers on AlN homoepitaxial layers by ammonia gas source molecular beam epitaxy
JP2006318959A (ja) Ｍｏｖｐｅ成長方法
KR100688148B1 (ko) 갈륨 나이트라이드 기판의 제조 방법
EP1898449B1 (en) Compound semiconductor devices and methods of manufacturing the same
JP2023530956A (ja) Ｍｂｅおよび他の技術によって成長させた低欠陥光電子デバイス
JP5893980B2 (ja) マグネシウム・酸化亜鉛系結晶の成長方法
JP5343274B2 (ja) 窒化物半導体薄膜の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170829

Year of fee payment: 5