KR101347848B1 - 유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ의 성장강화방법 - Google Patents

유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ의 성장강화방법 Download PDF

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트로이 제이. 베이커
벤자민 에이. 하스켈
스티븐 피. 덴바스
슈지 나카무라
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재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시
더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

유기금속 화학기상증착법(MOCVD)을 통한 반극성 질화물 반도체 박막의 성장 방법을 개시한다. 상기 방법은 반극성 질화물 반도체 박막의 성장 전에 기판 상에 질화물 핵생성층 또는 버퍼층을 성장한다.
유기금속 화학기상증착법 (MOCVD), 비극성, 갈륨 질화물, 에피택시

Description

유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성 （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ의 성장강화방법{Method for enhancing growth of semi-polar (Al,In,Ga,B)N via metalorganic chemical vapor deposition}
본 발명은 반도체 물질들, 방법들, 및 소자들과 관련되고, 보다 상세하게는, 유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성 (Al,In,Ga,B)N의 성장강화방법에 관한 것이다.
(관계 출원들과의 상호참조)
본 출원은 이하의 동시 계류중(co-pending)이고 공동 양도된(commonly-assigned) 미국특허출원의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장한다:
마이클 이자(Michael Iza), 트로이 베이커(Troy J. Baker), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars) 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2005년 9월 9일 출원된 미국임시특허출원 제60/715,491호의 "유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성 (Al,In,Ga,B)N의 성장강화방법(METHOD FOR ENHANCING GROWTH OF SEMI-POLAR (Al,In,Ga,B)N VIA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION),"(대리인 관리(docket)번호 제 30794.144-US-P1 (2005-722)호); 상기 출원은 본 명세서의 참조로서 결합된다.
본 출원은 하기의 동시 계류중(co-pending)이고 공동 양도된(commonly-assigned) 미국특허출원들과 관련이 있다:
트로이 베이커(Troy J. Baker), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 폴 피니(Paul T. Fini), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2005년 3월 10일에 출원된 미국임시특허출원 제60/660,283호의 "평면 반극성 갈륨 질화물의 성장 기술(TECHNIQUE FOR THE GROWTH OF PLANAR SEMI-POLAR GALLIUM NITRIDE),"(대리인 관리번호 30794.128-US-P1 (2005-471-1)호)의 미국특허출원의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 트로이 베이커(Troy J. Baker), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 폴 피니(Paul T. Fini), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 3월 10일에 출원된 미국특허출원 제11/372,914호의 "평면 반극성 갈륨 질화물의 성장 기술(TECHNIQUE FOR THE GROWTH OF PLANAR SEMI-POLAR GALLIUM NITRIDE),"(대리인 관리번호 30794.128-US-U1 (2005-471-2)호);
로버트 파렐(Robert M. Farrell), 트로이 베이커(Troy J. Baker), 아르판 차크라보티(Arpan Chakraborty), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 모건 패티슨(P. Morgan Pattison), 라자트 샤마(Rajat Sharma), 우메쉬 미쉬라(Umesh K. Mishra), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2005년 6월 1일에 출원된 미국임시특허출 원 제60/686,244호의 "반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 이종 구조들, 및 소자들의 성장 및 제조 기술(TECHNIQUE FOR THE GROWTH AND FABRICATION OF SEMI-POLAR (Ga,Al,In,B)N THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES, AND DEVICES),"(대리인 관리번호 30794.140-US-P1 (2005-668-1)호)의 미국특허출원의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 로버트 파렐(Robert M. Farrell), 트로이 베이커(Troy J. Baker), 아르판 차크라보티(Arpan Chakraborty), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 모건 패티슨(P. Morgan Pattison), 라자트 샤마(Rajat Sharma), 우메쉬 미쉬라(Umesh K. Mishra), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 6월 1일에 출원된 미국특허출원 제11/444,946호의 " 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 이종 구조들, 및 소자들의 성장 및 제조 기술(TECHNIQUE FOR THE GROWTH AND FABRICATION OF SEMI-POLAR (Ga,Al,In,B)N THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES, AND DEVICES),"(대리인 관리번호 30794.140-US-U1 (2005-668-2)호);
트로이 베이커(Troy J. Baker), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2005년 7월 13일에 출원된 미국임시특허출원 제60/698,749호의 "반극성 질화물 막들의 결함 감소를 위한 측방향 성장 방법(LATERAL GROWTH METHOD FOR DEFECT REDUCTION OF SEMI-POLAR NITRIDE FILMS),"(대리인 관리번호 30794.141-US-P1 (2005-672-1)호)의 미국특허출원의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 트로이 베이커(Troy J. Baker), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 제임스 스 펙(James S. Speck), 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 7월 13일에 출원된 미국특허출원 제11/486,224호의 " 반극성 질화물 막들의 결함 감소를 위한 측방향 성장 방법(LATERAL GROWTH METHOD FOR DEFECT REDUCTION OF SEMI-POLAR NITRIDE FILMS),"(대리인 관리번호 30794.141-US-U1 (2005-672-2)호);
존 카이딩(John F. Kaeding), 마이클 이자(Michael Iza), 트로이 베이커(Troy J. Baker), 히로시 사토(Hiroshi Sato), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 제임스 스펙(James S. Speck), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars) 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 1월 20일에 출원된 미국임시특허출원 제60/760,739호의 "반극성 (Al,In,Ga,B)N의 개선된 성장방법(METHOD FOR IMPROVED GROWTH OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N),"(대리인 관리번호 30794.150-US-P1 (2006-126-1)호);
히로시 사토(Hiroshi Sato), 존 카이딩(John F. Kaeding), 마이클 이자(Michael Iza), 트로이 베이커(Troy J. Baker), 벤자민 하스켈(Benjamin A. Haskell), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars) 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 1월 20일에 출원된 미국임시특허출원 제60/760,628호의 "유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성 (Al,In,Ga,B)N의 성장강화 방법(METHOD FOR ENHANCING GROWTH OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N VIA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION),"(대리인 관리번호 30794.159-US-P1 (2006-178-1)호);
존 카이딩(John F. Kaeding), 히로시 사토(Hiroshi Sato), 마이클 이자(Michael Iza), 히로쿠니 아사미쯔(Hirokuni Asamizu), 홍 종(Hong Zong), 스티 븐 덴바스(Steven P. DenBaars) 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 2월 10일에 출원된 미국임시특허출원 제60/772,184호의 "반극성 (Al,In,Ga,B)N의 전도성 제어 방법(METHOD FOR CONDUCTIVITY CONTROL OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N),"(대리인 관리번호 30794.166-US-P1 (2006-285-1)호); 및
홍 종(Hong Zong), 존 카이딩(John F. Kaeding), 라자트 샤마(Rajat Sharma), 제임스 스펙(James S. Speck), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars) 및 슈지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년 2월 17일에 출원된 미국임시특허출원 제60/774,467호의 "반극성 (Al,In,Ga,B)N 광전자 소자들의 성장 방법(METHOD FOR GROWTH OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N OPTOELECTRONICS DEVICES),"(대리인 관리번호 30794.173-US-P1 (2006-422-1)호);
상기 출원들은 모두 본 명세서에서 참조로서 결합된다.
(유의점: 본 출원은, 대괄호 내에, 예를 들어 [참조 x]로 표기된 하나 또는 그 이상의 참조번호에 의하여 명세서 전체에 걸쳐서 지적된 바와 같은 많은 다른 간행물들 및 특허들을 참조한다. 이러한 참조 번호에 따라서 순서된 다른 간행물들 및 특허들의 목록은 하기에 "참조(References)"로 표기된 구역에 개재된다. 이러한 간행물들 및 특허들 각각은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.)
갈륨 질화물(GaN)과 알루미늄 및 인듐과 결합된 그의 삼원계 및 사원계 화합물들(AlGaN, InGaN, AlInGaN)의 유용성은 가시광선 및 자외선 광전자 소자들 및 고성능 전자 소자들의 제조에 잘 정립되어 있다. 이러한 소자들은 통상적으로 분자 빔 에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE), 유기금속 화학기상증착법(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 에피택시법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE)을 포함하는 성장 기술들에 의하여 에피택셜하게 성장한다.
갈륨 질화물(GaN) 및 그의 합금은 육방정 섬유아연석(wurtzite) 구조에서 가장 안정적이며, 상기 구조는, 서로에 대하여 120°회전되어 있고 특유한 c-축에 대하여 모두 수직인 두 개(또는 세 개)의 동등한 기저 평면(basal plane) 축들(a-축들)에 의하여 설명된다. III족 및 질소 원자들은 상기 결정의 c-축을 따라서 서로 교대하여 c-평면들을 점유한다. 상기 섬유아연석 구조 내에 포함되는 대칭 요소들은 III족-질화물들이 이러한 c-축을 따라서 벌크 자발 분극을 포함하는 것을 나타내고, 또한 상기 섬유아연석 구조는 압전(piezoelectric) 분극을 나타낸다.
전자 및 광전자 소자들을 위한 현재의 질화물 기술은 상기 극성 c-방향을 따라서 성장한 질화물 막들을 포함한다. 그러나, III-질화물계 광전자 및 전자 소자들 내의 종래의 c-평면 원자 우물 구조들은, 강한 압전 및 자발 분극들의 존재로 인하여 원하지 않는 양자구속 스타크 효과(quantum-confined Stark effect, QCSE)의 영향을 받는다. 상기 c-방향을 따른 강한 내재적인 전기장들은 전자들 및 홀들의 공간적인 분리를 야기하며, 이에 따라 캐리어 재결합 효율의 제한, 발진기 강도(oscillator strength)의 감소 및 적색 편이 방출을 나타낸다
GaN 광전자 소자들 내의 자발 및 압전 분극 효과들을 제거하기 위한 하나의 시도는 결정의 비극성 평면들 상에 소자들을 성장시키는 것이다. 이러한 평면들은 동일한 갯수의 Ga 및 N 원자들을 포함하고, 전하적 중성(charge-neutral)이다. 또한, 후속의 비극성 층들은 결정학적으로 서로 동등하며, 이에 따라 상기 결정은 성장 방향에 따라 극성을 가지지 않는다. GaN 내의 대칭이고 동등한 비극성 평면들의 이와 같은 두 가지 군들은 총합하여 a-평면들로 알려진
Figure 112008025380246-pct00001
군 및 총합하여 m-평면들로 알려진
Figure 112008025380246-pct00002
군이다. 불행히도, 본 발명의 양수인인 캘리포니아 대학의 연구자들에 의하여 발전되었지만, 비극성 질화물들의 성장은 아직 도전이 남아있고, III족-질화물 산업에서 광범위하게 적용되지는 않는다.
GaN 광전자 소자들 내의 분극 효과들을 감소 또는 가능한 제거하는 다른 시도는 결정의 반극성 평면들 상에 소자들을 성장시키는 것이다. 상기 반극성 평면들이란 용어는, 두 개의 0이 아닌 h, i, 또는 k 밀러 지수들, 및 0이 아닌 l 밀러 지수를 가지는 다양한 평면들을 지칭할 수 있다. c-평면 GaN 이종에피택시의 반극성 평면들의 공통으로 관찰된 예들의 일부는 피트들(pits)의 파세트들(facets)에서 발견되는
Figure 112008025380246-pct00003
,
Figure 112008025380246-pct00004
, 및
Figure 112008025380246-pct00005
평면들을 포함한다. 또한, 이러한 평면들은 발명자들이 평면 막들의 형태로 성장시킨 평면들과 동일할 수 있다. 상기 섬유아연석 결정 구조 내의 반극성 평면들의 다른 예들은
Figure 112008025380246-pct00006
,
Figure 112008025380246-pct00007
, 및
Figure 112008025380246-pct00008
을 포함하지만, 그러나 이에 한정되지는 않는다. 질화물 결정의 분극 벡터는 이러한 평면들 또는 이러한 평면들에 수직하여 존재하지 않고, 상기 평면의 표면의 수직에 대하여 일정한 각도로 경사진다. 예를 들어, 상기
Figure 112008025380246-pct00009
및
Figure 112008025380246-pct00010
평면들은 각각 상기 c-평면에 대하여 62.98° 및 32.06°로 경사진다.
자발 분극에 추가하여, 질화물들에 존재하는 분극의 다른 형태는 압전 분극이다. 이는 물질이 압축 또는 인장 스트레인을 받는 경우에 발생하고, 질화물 이종 구조 내에 비유사한 조성의 (Al, In, Ga, B)N 층들(또한 따라서 다른 격자 상수들임)이 성장하는 경우에 발생한다. 예를 들어, GaN 과의 격자 정합에 기인하여, GaN 템플릿(template) 상의 얇은 AlGaN 층은 평면 내의(in-plane) 인장 스트레인을 가지고, GaN 템플릿 상의 얇은 InGaN 층은 평면 내의 압축 스트레인을 가진다. 따라서, GaN 상의 InGaN 원자 우물에 대하여, 압전 분극은 InGaN 및 GaN의 자발 분극과는 반대 방향을 향하게 된다. GaN에 대하여 격자 정합된 AlGaN 층의 경우에는, 압전 분극은 AlGaN 및 GaN의 자발 분극과 동일한 방향을 향하게 된다.
c-평면 질화물들을 덮는 반극성 평면들의 사용은 전체 분극이 감소되는 이득이 있다. 특정의 평면들 상에 특정의 합금 조성들에 대하여 심지어 0인 분극이 가능하다. 이와 같은 시나리오는 장래의 과학 논문에 상세하게 설명될 것이다. 중요한 것은 c-평면 질화물 구조들과 비교하여 분극이 감소된 것이다.
GaN의 벌크 결정들은 아직 이용할 수 없으며, 따라서 후속의 소자 재성장을 위한 표면이 존재하기 위하여 결정을 간단하게 자르는 것이 가능하지 않다. 일반적으로, GaN에 대하여 타당한 격자 정합을 제공하기 위하여, GaN 막들은 처음에는 이종에피택셜하게 즉 외부 기판들 상에 성장한다.
반극성 GaN 평면들은 패턴된 c-평면 방위된 스트라이프들의 측벽들 상에 나타났다. 니시즈카 등(Nishizuka et al.)은 이러한 기술에 의하여
Figure 112008025380246-pct00011
InGaN 원자 우물들을 성장시켰다[참조 1]. 그들은 또한 반극성 평면
Figure 112008025380246-pct00012
의 내부 양자 효율이 c-평면에 비하여 높은 것을 나타냈고, 이는 감소된 분극에 기인한다.
그러나, 반극성 평면들을 제조하는 이러한 방법은 본 발명과는 매우 다르다. 그것은 에피택셜 측방향 과성장 (ELO) 기술의 인공물이다. ELO는 GaN 및 다른 반도체들 내에서 결함을 줄이기 위하여 사용되는 어려운 공정 및 성장 방법이다. 이는 GaN에 대한 마스크 물질, 종종 SiO2의 패터닝된 스트라이프들을 포함한다. 이어서, 상기 GaN는 마스크 사이의 개방 윈도우들로부터 성장하고, 이어서 마스크를 덮는다. 이어서, 연속적인 막을 형성하기 위하여, 상기 GaN는 측방향 성장에 의하여 합체된다. 이러한 스트라이프들의 파세트들은 성장 파라미터들에 의하여 제어될 수 있다. 상기 스트라이프들이 합체되기 전에 성장이 중지되면, 이어서 반극성 평면의 작은 영역이 노출된다. 이러한 영역은 최대 10 μm 의 폭을 가진다. 상기 반극성 평면은 기판 표면과 평행하지 않다. 이러한 유용한 표면 면적은 반극성 LED로 제조하기 위하여는 너무 작다. 또한, 경사진 파세트들 상에 소자 구조들을 형성하는 것은 일반적인 평면들 상에 이러한 구조들을 형성하는 것에 비하여 어렵다. 또한, 모든 질화물 조성들이 ELO 공정들과 호환되는 것은 아니다; 즉 단지 GaN의 ELO만이 광범위하게 실현된다.
핵생성층, 버퍼층, 및/또는 웨팅(wetting)층들은 1990년대 초기부터 고품질 질화물들의 성장에 광범위하게 사용되어 왔다[참조 2, 3]. 이러한 기술은 두꺼운 (1 μm 내지 5 μm) 질화물 반도체 물질의 증착 전에 다결정 및/또는 비정질 질화물 반도체 물질의 얇은(50 Å 내지 2000 Å) 층을 통상적으로 사용한다. c-평면 GaN 박막들의 이종에피택시에서 핵생성층들(NLs)을 사용하는 것에 대한 이득이 잘 알려져 있으나, 핵생성층들이 결정 품질을 개선하는 것에 대한 메커니즘은 잘 이해되지 않았다. 핵생성층들은 고품질 질화물 물질들의 후속되는 증착을 위한 결정 위치들을 그 상에 제공하는 것으로 믿어진다[참조 4, 5]. 핵생성층들 없이 증착된 질화물들과 비교하여, 후속의 증착은 결정, 전기적 및 광학적 특성들에 있어서 획기적인 개선을 나타낸다.
질화물 박막들에 대하여 핵생성층들의 사용이 광범위하게 보고되고 있으나, 그들은 단지 (0001) 또는 c-평면 결정학적 방향에서 성장한 질화물들을 포함한다[참조 6, 7]. 람다니 등(Ramdani et al.)은 스피넬 기판 상에 성장한 c-평면 GaN의 결정 품질을 개선하기 위하여, 복수의 버퍼층들을 사용하였다[참조 7]. 이러한 방법은, [참조 7]에 설명된 바와 같이, (111) 스피넬에 대하여 9% 격자 부정합을 가지는 c-평면 GaN의 성장을 설명하는 점에서 본 발명과는 실질적인 차이가 있다. 또한, 이는 소자 품질을 가지는 c-평면 GaN을 제조하기 위하여 요구되는 복수의, 총 네 개의 버퍼층들 때문에 매우 어렵다. 반면, 본 발명은 반극성 GaN의 개선을 위한 단일 버퍼층의 사용을 개시한다.
또한, c-평면 GaN 막들의 개선은 아카사키 등(Akasaki et al.)에 의하여 설명되었다[참조 6]. 앞서 논의한 바와 같이, 이러한 특정한 결정학적 방향의 광전자 및 전자 소자들은, 강한 압전 및 자발 분극들의 존재로 인하여, 원하지 않는 QCSE에 의한 어려움이 있다. 본 발명은 반극성 질화물 박막들의 품질을 개선하기 위하여 단일 버퍼층을 사용하므로, 상술한 방법들과는 차이가 있다.
따라서, (Al,In,Ga,B)N의 넓은 면적이 기판 표면과 평행한 반극성 질화물들의 평면 막들의 성장을 위한 개선된 방법들이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 충족한다.
본 발명은 반극성 질화물들의 평면 막들의 성장을 허용하는 방법을 설명하며, 상기 평면 막들에서 (Al,In,Ga,B)N의 넓은 면적은 기판 표면에 대하여 평행하다.
특히, 본 발명은 기판 상에 유기금속 화학기상증착법을 통하여 반극성 질화물 반도체 박막의 성장 방법을 개시하며, 상기 반극성 질화물 반도체 박막을 성장시키기 전에 상기 기판 상에 질화물 핵생성층 또는 버퍼층을 성장시킨다. 상기 방법은, 상기 핵생성층 또는 버퍼층을 성장시키기 전에 상기 기판을 질화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 핵생성층 또는 버퍼층은 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0)를 포함할 수 있다.
상기 반극성 질화물 반도체 박막은 변하는(varying) 또는 경사진(graded) 조성들을 가지는 다중 층들, 비유사한 (Al,Ga,In,B)N 조성의 층들을 가지는 이종 구조, 또는 비유사한 (Al,Ga,In,B)N 조성의 하나 또는 그 이상의 층들을 포함할 수 있다. 상기 반극성 질화물 반도체 박막은 Fe, Si, 및 Mg와 같은 원소들로 도핑될 수 있다.
상기 반극성 질화물 반도체 박막의 성장 표면은 상기 기판의 표면과 평행하고, 상기 성장 표면은 10 μm 폭의 영역보다 크다. 예를 들어, 상기 반극성 질화물 반도체 박막은 2-인치 직경의 기판을 덮도록 성장할 수 있다.
상기 반극성 질화물 반도체 박막은, 수소화물 기상 에피택시법(HVPE), 유기금속 화학기상증착법(MOCVD), 및/또는 분자빔 에피택시법(MBE)에 의하는 것과 같은 후속의 성장을 위하여 기판으로서 사용될 수 있다. 상기 반극성 질화물 반도체 박막은 첨단 기술의 질화물 반극성 전자 소자들을 위해 필요한 개선된 표면 및 결정 형상을 가질 수 있다.
소자는 상술한 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
참조하는 도면상에서 동일 부호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 {100} 스피넬(spinel) 상에 성장한 GaN의 표면의 현미경 사진들이다. 도 2(a)에 있어서, 상기 GaN은 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=0 및 y=0) 핵생성층 상에 성장한다. 반면, 도 2(b)에 있어서, 상기 GaN은 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층 상에 성장한다.
도 3(a) 및 3(b)는 {100} 스피넬 상에 성장한 GaN의 표면의 원자힘 현미경(atomic force microscopy, AFM) 사진들이다. 도 3(a)에 있어서, 상기 GaN은 HVPE에 의하여 핵생성층 없이 성장한다. 반면, 도 3(b)에 있어서, 상기 GaN은 MOCVD에 의하여 AlxInyGa1 -x- yN 핵생성층 (여기에서 x=1 및 y=0) 상에 성장한다.
도 4는 MOCVD에 의하여 AlxInyGa1 -x- yN 핵생성층 (여기에서 x=1 및 y=0)을 가지며 성장한 반극성 GaN 막들의 오메가-2세타(omega-2θ) (400) x-선 회절 (XRD) 스캔이다.
바람직한 실시예의 이하의 설명에서는, 본 명세서의 일부를 이루며 본 발명이 실현되는 특정한 실시예를 도시하기 위하여 첨부된 도면을 참조한다. 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고, 다른 실시예들도 구현가능하며, 구조적인 변형이 가능함을 이해할 수 있다.
개괄
본 발명은 <011> 방향으로 미스컷(miscut)된 {100} MgAl2O4 (스피넬, spinel) 기판들 상에 MOCVD를 통하여 소자-품질을 가지는 반극성 평면
Figure 112008025380246-pct00013
질화물 반도체 박막들을 성장시키는 방법을 설명한다. 반극성 질화물 반도체들의 성장, 예를 들어, GaN 의
Figure 112008025380246-pct00014
및
Figure 112008025380246-pct00015
의 성장은, 섬유아연석-구조를 가지는 III족-질화물 소자 구조들 내에 분극 효과를 감소하는 수단을 제공한다. 상기 질화물들이란 용어는 화학식 GanAlxInyBzN (여기에서 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, 및 n + x + y + z = 1)을 가지는 (Ga,Al,In,B)N 반도체들의 모든 합금 조성을 지칭한다.
현재의 질화물 소자들은 극성 [0001] c-방향으로 성장하고, 이에 따라 수직 소자들 내의 주 전도 방향을 따라서 전하 분리가 야기된다. 결과적인 분극 장들은 현재의 첨단 수준의 광전자 소자들의 성능에 유해하다. 반극성 방향을 따른 이러한 소자들의 성장은 전도 방향을 따라 내재적인 전기장들을 감소시켜 소자 성능을 상당히 개선할 수 있다. 본 발명은 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)을 이용하여 성장시키는 경우에 있어서, 얻을 수 있는
Figure 112008025380246-pct00016
III족-질화물 막의 품질을 강화하는 수단을 제공한다.
기술적 설명
본 발명은 버퍼층 또는 핵생성층을 이용하여 반극성 질화물 막들의 성장을 강화하는 방법이다. 이러한 예들로는
Figure 112008025380246-pct00017
GaN 막들이 있다. 본 실시예에 있어서, 성장 공정을 위하여 <011> 방향으로 미스컷된 {100} MgAl2O4 스피넬 기판이 사용된다. 평면 반극성 GaN을 얻기 위하여, GaN 성장 전에 높은 알루미늄 조성을 가지는 AlxInyGa1 -x-1N 핵생성층을 사용하는 것이 필수적일 수 있다.
이러한 막들을 상업적으로 이용가능한 MOCVD 시스템을 이용하여 성장시켰다.
Figure 112008025380246-pct00018
GaN을 위한 성장 파라미터들의 일반적인 윤곽은 10 torr 내지 1000 torr 범위의 압력 및 400℃ 내지 1400℃ 범위의 온도이다. 압력 및 온도의 이러한 변화는 적절한 기판을 사용하여 반극성 GaN의 성장에 대한 안정성을 나타낸다. 상기 에피택셜 관계들 및 조건들은 반응기의 종류에 무관하게 유효하다. 그러나, 이러한 평면들을 성장시키기 위한 반응기 조건들은 각각의 반응기들 및 성장 방법들(예를 들어 HVPE, MOCVD, 및 MBE)에 따라서 변화한다.
공정 단계들
도 1은 하기에 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 스피넬 기판 상에 반극성 갈륨 질화물(GaN) 박막들의 성장을 위한 MOCVD 공정 단계들을 도시하는 흐름도이다.
블록 10은 MOCVD 반응기 내로 기판을 장입하는 단계를 나타낸다.
Figure 112008025380246-pct00019
GaN의 성장을 위하여, <011> 방향으로 미스컷(miscut)을 가지는 (100) 스피넬 기판을 사용한다.
블록 12는 상기 기판을 가열하는 단계를 나타낸다. 상기 반응기의 히터는 가동되어 상기 기판의 표면의 질화를 촉진하기 위한 조건들 하에서 1150℃의 설정 온도로 증가된다. 일반적으로, 질소 및/또는 수소 및/또는 암모니아는 대기압에서 상기 기판 상으로 유동한다.
블록 14는 상기 기판 상의 단일 핵생성층 또는 버퍼층의 증착/성장 단계를 나타낸다. 설정 온도에 도달하면, 상기 암모니아 유동은 0.1 내지 3.0 slpm 범위로 설정된다. 1분 내지 20분이 지난 후, 이어서 상기 반응기의 설정 온도는 1190℃로 증가되고, 상기 반응기의 압력은 76 torr로 감소되고, 또한 0 내지 3 sccm의 트리메틸갈륨(trimethylgallium, TMGa) 및/또는 20 sccm의 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum, TMAl) 및/또는 120 sccm의 트리메틸인듐 (trimethylindium, TMIn)이 상기 반응기로 장입되어, 상기 기판 상에 AlxInyGa1 -x- yN 핵생성층 또는 버퍼층 성장을 시작한다. 1 내지 40분이 지난 후, 상기 AlxInyGa1 -x- yN 핵생성층 또는 버퍼층은 원하는 두께에 도달한다. 상기 AlxInyGa1-x-yN 핵생성층 또는 버퍼층 내의 x 및 y 값들은 0 ≤ x ≤ 1 및 0 ≤ y ≤ 1 의 범위이다. 상기 핵생성층 또는 버퍼층의 통상적인 두께는 20 nm 내지 600 nm의 범위이며, 최적의 두께는 200 nm 이하이다.
블록 16은 반극성 GaN 막의 증착/성장 단계를 나타낸다. 이때에, GaN 성장의 대략 1시간 내지 4시간 동안 TMAl 유동은 차단되고, TMGa은 9.5 sccm으로 증가된다.
블록 18은 상기 기판을 냉각하는 단계를 나타낸다. 원하는 GaN 두께를 얻으 면, 상기 GaN 막을 보전하기 위하여 암모니아 또는 질소가 유동하면서, TMGa 유동은 중단되고, 상기 반응기는 냉각된다.
블록 20은 최종 결과가 반극성 (Al,In,Ga,B)N 막임을 나타낸다. 이러한 반극성 질화물 반도체 박막은, 수소화물 기상 에피택시법 (HVPE), 유기금속 화학기상증착법 (MOCVD), 및/또는 분자빔 에피택시법 (MBE)에 의한 것과 같은 후속의 성장에서 기판으로 사용될 수 있다.
도 1의 방법을 이용하여 소자를 제조할 수 있다.
가능한 응용들 및 변형들
본 발명의 범위는 개시된 특정한 예보다 넓은 범위를 포함한다. 도 1에 나타난 방법은 어떠한 반극성 평면을 가지는 모든 반도체 질화물들과 관련된다. 예를 들어, 블록 16에서, 미스컷된 (100) 스피넬 기판 상에
Figure 112008025380246-pct00020
AlN, InN, AlGaN, InGaN, 또는 AlInN을 성장시킬 수 있다. 블록 16의 다른 예로서,
Figure 112008025380246-pct00021
4H-SiC과 같은 적절한 기판이 사용되는 경우,
Figure 112008025380246-pct00022
질화물들을 성장시킬 수 있고, 또는 미스컷된 m-평면 Al2O3 기판 상에 반극성 평면
Figure 112008025380246-pct00023
를 성장시킬 수 있다. 이러한 예들 및 다른 가능성들은 평면 반극성 막들의 모든 이점을 가질 수 있다. 도 1의 방법은 블록 14의 질화물 버퍼층 또는 핵생성층을 사용하여 반도체 반극성 질화물 막을 생성할 수 있는 모든 성장 기술을 포함한다.
상기 반응기 조건들은 반응기 종류 및 설계에 따라 달라질 수 있다. 도 1에서 상술한 성장은 반극성 GaN의 성장을 위하여 유용한 조건들의 하나의 예만을 개시한 것에 불과하다. 평면 반극성 질화물 막을 생성하는 조건인, 압력, 온도, 가스 유동들 등과 같은 넓은 파라미터 공간 하에서 이러한 막들이 성장하는 것을 발견하였다.
도 1의 성장 공정을 변화하는 다른 단계들도 있다. 기판을 질화하는 단계는 일부의 막들에 대하여 표면 모폴로지를 개선하고, 다른 막들에 대하여 성장한 실제 평면을 결정한다. 그러나, 이것은 어느 특정한 성장 기술에 요구되거나 또는 요구되지 않을 수 있다.
도 1에 상술된 바와 같은 성장은 AlInGaN 핵생성층 상에 GaN 막의 성장을 포함한다. 그러나, 블록 16에서, 블록 14의 핵생성층 상에 모든 반극성 질화물 반도체 박막이 성장할 수 있다. 상기 반극성 질화물 반도체 박막은 변하는(varying) 또는 경사진(graded) 조성들을 가지는 다중 층들을 포함할 수 있다. 질화물 소자들의 대부분은 비유사한 (Al,Ga,In,B)N 조성의 층을 가지는 이종 구조들을 포함한다. 도 1의 방법은 블록 16의 수행 중에, 모든 질화물 합금 조성들 및 여러 갯수의 층들 또는 이들의 조합의 성장에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 반극성 질화물 반도체 박막은 비유사한 (Al,Ga,In,B)N 조성의 하나 또는 그 이상의 층들을 포함할 수 있다. Fe, Si, 및 Mg과 같은 도판트들은 블록 16의 질화물 층들 내에 종종 결합된다. 이러한 도판트들 또는 특정하게 언급되지 않은 다른 도판트들의 결합은 본 발명의 실행과 호환될 수 있다.
장점들 및 개선점들
기존의 실행은 표면에 수직한 c-평면을 가지는 GaN를 성장시키는 것이다. 이러한 평면은 소자 성능에 유해한 자발 분극 및 압전 분극을 가진다. c-평면 질화물 막들 상의 반극성은 분극을 감소시키고 이와 관련되어 특정 소자들의 내부 양자 효율을 증가시키는 이점이 있다.
비극성 평면들은 소자들 내의 분극 효과들을 완전히 제거하는 것에 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 평면들은 성장시키기 매우 어려우며, 따라서 현재 비극성 질화물 소자들은 제조되지 않는다. 비극성 질화물 막들 상의 반극성은 성장을 용이하게 하는 이점이 있다. 반극성 평면들은 성장을 위한 큰 파라미터 공간을 가지는 것이 발견되었다. 예를 들어, 비극성 평면은 대기압에서 성장하지 않으나, 반극성 평면들은 62.5 torr 내지 760 torr의 범위에서 성장하는 것을 실험적으로 보여주었으며, 아마도 더 넓은 범위를 가질 것으로 예상된다.
도 1의 방법을 사용하여 ELO 측벽을 덮도록 성장한 평면 반극성 막들은 LED 또는 다른 소자로 제조되는 큰 표면 면적을 가지는 이점이 있다. 도 1의 방법을 사용한 성장 표면은, ELO 측벽 반극성 평면들과는 달리, 기판 표면과 평행한 이점이 있다. 예를 들어, 반극성 질화물들의 성장에 대하여 기존에 보여진 수 μm (최대 10 μm의 폭)과 비교하여, 샘플들은 종종 2-인치 직경 기판들을 덮는다.
블록 16의 GaN 성장 이전에, 도 1 의 블록 14에서 형성된 높은 알루미늄 조 성을 가지는 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층의 사용은 반극성 GaN 박막들의 결정 품질을 획기적으로 개선하는 것을 보여주었다. 이는 도 2a 및 도 2b의 광학 사진들에 현저하게 나타난다. 이러한 광학 사진들은 바람직한 실시예에서 설명된 버퍼층 기술과의 결합에 의하여 표면 품질 및 막 결정 품질의 놀라운 개선을 나타낸다. AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=0 및 y=0) (도 2a) 핵생성층의 사용과 함께, GaN 막 성장은 본질적으로 다결정이고, 또한 단일 결정 성장 방위가 없다. 따라서, 이러한 막은 다양한 방향들로 방위된 많은 수의 GaN 결정들을 가진다. 이러한 품질의 막들은 전자 소자들의 제조에 사용될 수 없다. 반면, AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) (도 2b) 핵생성층의 사용은 결정 품질의 실질적인 개선을 나타낸다. AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 버퍼층을 사용한 반극성 GaN 박막들은 현재의 첨단 질화물 반극성 전자 소자들을 위하여 요구되는 표면 및 결정 특징들을 포함한다. 이러한 특징들은 평면 결정 표면, 작은 표면 기복들 및 상기 막 내에 존재하는 소수의 결정학적 결함들이다.
HVPE에 의하여 핵생성층 없이 성장한 GaN 막의 원자힘 현미경 (atomic force microscopy, AFM) 이미지와, MOCVD에 의하여 성장한 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층을 가지는 GaN 막의 원자힘 현미경 이미지가 각각 도 3a 및 도 3b에 나타나 있다(각각의 AFM 사진들의 오른쪽에 다른 스케일 크기가 있음을 유의). HVPE에 의하여 성장한
Figure 112008025380246-pct00024
GaN 막들의 5 × 5 μm 제곱 면적에 대한, 박막의 나노-크기 표면 거칠기를 표시하는 통상적인 이미지 평균 제곱근(Root Mean Square, RMS)은 7 nm의 오더(order)이다. 또한, 5 × 5 μm 면적에 대하여 MOCVD에 의한 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 버퍼층을 이용하여 성장한 GaN 막들의 통상적인 값들은 4 nm 의 오더이다. 이는, 본 발명의 바람직한 실시예에서 설명한 바와 같이, MOCVD에 의한 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 버퍼층을 이용하여 성장한 막들이 고품질 반도체 질화물 소자들의 제조에 요구되는 개선된 표면 품질을 가지는 것을 나타낸다.
도 4는 축 상의 반사에 대한 오메가-2세타(ω-2θ) 스캔의 x-선 회절 (XRD)을 나타낸다. 이러한 스캔은. 본 발명의 바람직한 실시예에서 설명한 바와 같이, MOCVD에 의하여 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층을 이용하여 성장한 막들이 실질적으로
Figure 112008025380246-pct00025
반극성 GaN 임을 확인할 수 있다. 상기 막들의 GaN 미세구조 품질을 평가하기 위하여, [0002] 또는 c-축을 향하여 요동하는 GaN
Figure 112008025380246-pct00026
의 x-선 회절 오메가 스캔이 수행되었다. 버퍼층 없이 HVPE 성장한 GaN에 대하여 [0002]를 향하여 요동하는 GaN
Figure 112008025380246-pct00027
에 대한 박막 미세구조 품질을 표시하는 전체-폭-절반-최대(Full-Width-Half-Maximum, FWHM)는 통상적으로 0.7도 이다. 또한, MOCVD에 의한 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층을 이용한
Figure 112008025380246-pct00028
GaN의 값은 0.47 도이다. 이러한 값들은, 본 발명의 바람직한 실시예에 서 설명한 바와 같이, MOCVD에 의한 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층을 이용하여 성장한 반극성 막의 미세구조 특성들의 실질적인 개선을 나타낸다.
참조
이하의 간행물들은 본 명세서에 참조로서 결합된다:
[1] Nishizuka, K., Applied Physics Letters, Vol. 85 Number 15, 11 October 2004. This paper is a study of
Figure 112008025380246-pct00029
GaN sidewalls of ELO material.
[2] H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki and Y. Toyoda, Applied Physics Letters Vol. 48 (1986) pp. 353. This paper describes the use of an AlN buffer layer for improvement of c-plane GaN crystal quality.
[3] S. Nakamura, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 30, No. 10A, October, 1991, pp. L1705-L1707. This paper describes the use of a GaN buffer layer for improvement of c-plane GaN crystal quality.
[4] D. D. Koleske, M.E. Coltrin, K. C. Cross, C. C. Mitchell, A. A. Allerman, Journal of Crystal Growth Vol. 273 (2004) pp. 86-99. This paper describes the effects of GaN buffer layer morphology evolution of c-plane GaN on a sapphire substrate.
[5] B. Moran, F. Wu, A. E. Romanov, U. K. Mishra, S. P. Denbaars, J. S. Speck, Journal of Crystal Growth Vol. 273 (2004) pp. 38-47. This paper describes the effects of AlN buffer layer morphology evolution of c-plane GaN on a silicon carbide substrate.
[6] U.S. Patent No. 4,855,249, issued August 8, 1989, to Akasaki et al., entitled Process for growing III-V compound semiconductors on sapphire using a buffer layer.
[7] U.S. Patent No. 5,741,724, issued April 21, 1998, to Ramdani et al., entitled Method of growing gallium nitride on a spinel substrate.
결론
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 결론짓는다. 개시와 설명을 위하여 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 대하여 상술한 바와 같은 설명들이 제공되었다. 그러나, 이는 본 발명을 개시된 형태로서 한정하는 것은 아니다. 상기의 개시에 기반하여 본 발명의 핵심으로부터 본질적으로 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 상술한 바에 한정되지 않으며 이하에 첨부된 청구항들에 의하여 한정된다.
본 발명은 MOCVD에 의한 AlxInyGa1 -x- yN (여기에서 x=1 및 y=0) 핵생성층을 이용하여 성장한 반극성 막의 미세구조 특성들의 실질적인 개선을 나타낸다.
본 발명에 따라 제조된 반극성 질화물 반도체 박막은, 수소화물 기상 에피택시법(HVPE), 유기금속 화학기상증착법(MOCVD), 및/또는 분자빔 에피택시법(MBE)에 의하는 것과 같은 후속의 성장을 위하여 기판으로서 사용될 수 있다. 상기 반극성 질화물 반도체 박막은 현재의 첨단 기술의 질화물 반극성 전자 소자들을 위해 필요한 개선된 표면 및 결정 형상을 가질 수 있다.

Claims (34)

  1. (a) 기판 상에 질화물 핵생성층 또는 버퍼층을 성장시키는 단계; 및
    (b) 상기 질화물 핵생성층 또는 상기 버퍼층 상에 반극성(semi-polar) III족 질화물 막을 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 질화물 핵생성층 또는 버퍼층의 하나 이상의 특징은:
    상기 반극성 III족 질화물 막의 5 ㎛ × 5 ㎛의 면적에 대한 표면 거칠기가 7 나노미터 미만이고,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 미세구조 품질은 X-선 회절에 의하여 측정되었을 때 0.43도 이하의 반치전폭(full width at half maximum, FWHM)을 갖는 요동하는 곡선에 의하여 특성화되는 기판 상에 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화물 핵생성층 또는 상기 버퍼층은 AlxInyGa1-x-yN (여기에서, x=1 및 y=0) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 변하는(varying) 또는 경사진(graded) 조성들을 가지는 다중 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 비유사한 (Al,Ga,In,B)N 조성의 하나 또는 그 이상의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 비유사한 (Al,Ga,In,B)N 조성의 층들을 가지는 이종 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 Fe, Si, 및 Mg을 포함하는 필수적으로 원소들로 도핑된 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 성장 표면은 10 μm 폭의 영역보다 큰 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 2-인치 직경의 기판을 덮도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 핵생성층 또는 상기 버퍼층이 성장시키는 단계를 수행하기 전에,
    상기 기판을 질화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은, 수소화물 기상 에피택시법(HVPE), 유기금속 화학기상증착법(MOCVD), 또는 분자빔 에피택시법(MBE)에 의한 후속의 성장을 위하여 템플릿(template) 또는 기판으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 성장 표면 위에 전자 또는 광전자 소자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 성장 표면이 평평하고, 상기 반극성 III족 질화물 막이 갈륨 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막이 {10-11} III족 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막이 {10-12} III족 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막이 {10-14} III족 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막이 {10-13} III족 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막이 {20-21} III족 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막이 {11-22} III족 질화물인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화물 핵생성층 또는 버퍼층은 알루미늄을 함유하는 질화물 또는 AlxInyGa1-x-yN 핵생성층 또는 버퍼층(x>0 및 0≤y≤1)인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 거칠기가 4 nm 이하인 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 및 (b)에서의 성장이 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)에 의한 것임을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 성장 표면은 상기 기판의 표면과 평행한 것을 특징으로 하는 반극성 III족 질화물 막의 성장 방법.
  23. 기판 위의 질화물 핵생성층 또는 버퍼층; 및
    상기 질화물 핵생성층 또는 버퍼층 위의 반극성 질화물 막;
    을 포함하고, 상기 질화물 핵생성층 또는 버퍼층의 하나 이상의 특징들은:
    상기 반극성 III족 질화물 막의 5 ㎛ × 5 ㎛의 면적에 대한 표면 거칠기가 7 나노미터 미만이고,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 미세구조 품질은 X-선 회절에 의하여 측정되었을 때 0.43도 이하의 반치전폭(full width at half maximum, FWHM)을 갖는 요동하는 곡선에 의하여 특성화되는 것을 특징으로 하는 소자 구조물.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 평면의 갈륨 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 {10-11} III족 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 {10-12} III족 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 {10-14} III족 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 {10-13} III족 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 {20-21} III족 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막은 {11-22} III족 질화물인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 질화물 핵생성층 또는 버퍼층은 알루미늄을 함유하는 질화물 또는 AlxInyGa1-x-yN 핵생성층 또는 버퍼층(x>0 및 0≤y≤1)인 것을 특징으로하는 소자 구조물.
  32. 제 23 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 성장 표면 위에 광전자 또는 전자 소자 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 구조물.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 표면 거칠기가 4 nm 이하인 것을 특징으로 하는 소자 구조물.
  34. 제 23 항에 있어서,
    상기 반극성 III족 질화물 막의 성장 표면은 상기 기판의 표면과 평행한 것을 특징으로 하는 소자 구조물.
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