KR101633871B1 - 3-5족 화합물 반도체 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3-5족 근적외선 또는 중적외선 영역의 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 반복적으로 사용하기 위한 3-5족 메인 기판 위에 메인 식각액에 의해 분리 식각이 가능하며 메인 기판에 격자 정합을 이루면서 성장할 수 있는 희생층을 형성하는 단계와, 희생층 위에 형성하고자 하는 반도체 소자에 대응하는 에피 성장층들을 형성하는 단계와, 메인 기판과 에피 성장층을 메인 식각액에 의해 분리하는 단계를 포함한다. 이러한 3-5족 화합물 반도체 제조방법에 의하면, 근적외선영역에서부터 중적외선 영역에 걸친 화합물 반도체 소자 제조시 메인 기판을 반복 사용하면서 제조할 수 있는 장점을 제공한다.
Description
본 발명은 3-5족 화합물 반도체 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 메인 기판을 반복 사용할 수 있게 처리하면서 근적외선과 중적외선 영역의 화합물 반도체를 제조하는 3-5족 화합물 반도체 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 발광다이오드는 기판 위에 화합물을 적층 하는 과정을 통해 제조된다.
이러한 발광다이오드는 가시광선 영역대 뿐만 아니라 다양한 파장대역의 광을 출사하도록 제조될 수 있다.
한편, 최근에 근적외선 파장을 갖는 발광다이오드가 상처의 치료를 증진시킨다고 보고 되고 있다.
또한, 중적외선 영역은 적외선 유도 미사일의 유도 및 추적을 방해하기 위한 용도로 이용되고 있다.
이러한 근적외선 영역 또는 중적외선 영역의 3-5족 발광다이오드를 제조하기 위해서는 근적외선 영역 또는 중적외선 영역의 밴드갭을 층을 기판 위에 형성하면된다.
적외선 발광다이오드 제조방법은 다양하게 알려져 있고, 중적외선 발광다이오도 국내 공개특허 제10-2008-0035696호 등 다양하게 알려져 있다.
한편, 근적외선 영역 또는 중적외선 영역의 발광다이오드를 제조하기 위해 InAs 또는 GaSb 기판을 기반으로 소자를 성장시키고자 하는 경우 InAs 또는 GaSb 기판의 가격이 고가여서 가격부담이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 화합물 성장을 위해 적용하는 기판을 화합물 성장 이후 분리하여 재사용할 수 있도록 하는 3-5족 화합물 반도체 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조방법은 3-5족 근적외선 또는 중적외선 영역의 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서, 가. 반복적으로 사용하기 위한 3-5족 메인 기판 위에 메인 식각액에 의해 분리 식각이 가능하며 상기 메인 기판에 격자 정합을 이루면서 성장할 수 있는 희생층을 형성하는 단계와; 나. 상기 희생층 위에 형성하고자 하는 반도체 소자에 대응하는 에피 성장층들을 형성하는 단계와; 다. 상기 메인 기판과 상기 에피 성장층을 상기 메인 식각액에 의해 분리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 메인 기판은 InxGa1 -xAs(0 < x < 1) 이고, 상기 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0.16 < y < 1)이 적용된다.
또 다르게는 상기 메인 기판은 GaAsySb1 -y(0 < y < 1) 이고, 상기 희생층은 AlxGa1-xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0.08 < y < 1)이 적용된다.
또한, 상기 메인 기판은 InP 이고, 상기 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0.5 < y < 0.7)이 적용될 수 있고, 상기 메인 기판은 InAs 이고, 상기 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0 ≤ y < 0.2)이 적용될 수 있다.
또한, 상기 메인 기판은 GaSb 이고, 상기 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0.06 < y < 0.1)이 적용될 수 있고, 상기 메인 기판은 InAsySb1 -y(0 ≤ y < 1) 이고, 상기 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0 ≤ y < 0.17)이 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조방법에 의하면, 근적외선영역에서부터 중적외선 영역에 걸친 화합물 반도체 소자 제조시 메인 기판을 반복 사용하면서 제조할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조방법을 나타내보인 공정도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조과정을 설명하기 위한 공정 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조과정을 설명하기 위한 공정 단면도이고,
도 4는 3-5족 화합물에 대한 격자상수 및 에너지 밴드갭을 나타내 보인 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조과정을 설명하기 위한 공정 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조과정을 설명하기 위한 공정 단면도이고,
도 4는 3-5족 화합물에 대한 격자상수 및 에너지 밴드갭을 나타내 보인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조과정을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3-5족 화합물 반도체 제조방법을 나타내보인 공정도이다.
먼저, 본 발명에 따른 3-5족 근적외선 또는 중적외선 영역의 반도체 소자를 제조하는 방법은 반복적으로 사용하기 위한 3-5족 메인 기판 위에 메인 식각액에 의해 분리 식각이 가능하며 메인 기판에 격자 정합을 이루면서 성장할 수 있는 희생층을 형성한다(단계 10).
여기서, 근적외선으로부터 중적외선 영역에 걸친 대역의 발광다이오드와 같은 반도체소자를 제조하기 위해 적용되는 메인 기판은 InxGa1 -xAs(0 < x < 1), GaAsySb1-y(0 < y < 1), InP, InAs, GaSb, InAsySb1 -y(0 ≤ y < 1)가 적용될 수 있다.
또한, 메인 기판에 대응되는 희생층은 불산을 포함하는 메인 식각액에 의해 식각될 수 있으면서 메인 기판과의 격자정합성이 좋은 화합물로 형성한다.
바람직하게는 메인 기판이 InxGa1 -xAs(0 < x < 1) 인 경우 희생층은 AlxGa1 -xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0.16 < y < 1)로 형성한다.
또한, 메인 기판이 GaAsySb1 -y(0 < y < 1) 인 경우 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0.08 < y < 1)로 형성하고, 메인 기판이 InP 인 경우 희생층은 AlxGa1-xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0.5 < y < 0.7)로 형성한다.
또한, 메인 기판이 InAs 인 경우 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0 ≤ y < 0.2)로 형성하고, 메인 기판이 GaSb 인 경우 희생층은 AlxGa1 - xAsySb1 -y(0.9 ≤ x ≤1, 0.06 < y < 0.1)로 형성한다.
또 다르게는 메인 기판이 InAsySb1 -y(0 ≤ y < 1) 인 경우 희생층은 AlxGa1-xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0 ≤ y < 0.17)로 형성한다.
단계 10 이후에는 희생층 위에 형성하고자 하는 근적외선 또는 중적외선(근중적외선) 반도체 소자에 대응하는 에피 성장층들을 형성하다(단계 20).
에피성장층들은 InxyGa(1-x)yAl1- yAszwSb(1-z)wP1-w (0≤ x, y, z, w ≤1) 화합물로 형성될 수 있고, x, y, z, w를 조절함에 따라 1.2㎛ 내지 6㎛에 해당하는 파장을 갖는 근중적외선 소자 예를 들면, 발광다이오드, 레이저 다이오드, 광검출기 등의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
그리고 나서, 메인 기판과 에피 성장층을 메인 식각액에 의해 분리한다(단계 30).
이러한 과정을 거쳐 분리된 메인 기판을 재활용 준비과정을 거친 후(단계 40), 다시 단계 10을 수행한다.
여기서 재활용 준비과정은 분리된 메인 기판을 에피성장층을 형성하는 챔버로 이동하거나, 분리된 메인 기판의 표면을 적절하게 세정하는 것 등 필요한 처리를 수행하면 된다.
이하에서는 이러한 반도체 소자의 제조방법에 대해 GaSb 메인기판을 적용하여 1.6 내지 2.4㎛대역의 발광다이오드 소자를 제조하는 과정의 예를 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저, GaSb 소재로 된 메인기판(110) 위에 InGaAlAsSb소재로 에칭중단층(120)을 형성하고, 에칭중단층(120) 위에 AlGaAsSb소재로 희생층(130)을 형성한다.
에칭중단층(120)은 식각 과정의 반복에 의해 메인기판(110)의 표면 거칠기가 거칠게 되는 것을 억제하기 위해 적용된 것이다.
다음은 희생층 위에 GaSb로된 서브기판층(A1)(210), AlGaAsSb소재로 된 제1클래드층(A2)(220), InGaAsSb소재로 된 활성층(A3)(230), AlGaAsSb소재로 된 제2클래드층(A4)(240), GaSb로된 캡층(A5)(250), 도전소재로 된 전극층(A6)(260)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 참조부호 200으로 표기된 서브기판층(A1)(210)으로부터 전극층(A6)(260)까지가 제작될 발광다이오드에 해당하는 소자 구조체에 해당한다.
이후, 불산(HF)을 함유한 메인 식각액으로 희생층(130)을 식각하여 소자구조체(200)를 분리하고, 분리된 소자구조체(200)에 대해서는 필요한 후속 공정을 거쳐 발광다이오드를 제조한다.
또한, 희생층(130)의 식각에 의해 분리된 메인기판(110)과 에칭중단층(120)에 대해서는 에칭 중단층(120)을 구연산(Citric acid)으로 식각하여 메인 기판(110)을 분리한다.
이러한 분리과정을 통해 분리된 메인 기판(110)은 다시 새로운 소자구조체(200)를 성장과정을 통해 제조하기 위해 재사용된다.
한편, InAs 메인기판을 적용하여 4.28 내지 4.6㎛대역의 발광다이오드 소자를 제조하는 과정의 예를 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, InAs 소재로 된 메인기판(110) 위에 AlGaAsSb소재로 제1희생층(131)을 형성하고, 제1희생층(131) 위에 InAsSb소재로 스트레인 억제층(140)을 형성하고, 스트레인 억제층(140) 위에 AlGaAsSb소재로 제2희생층(132)을 형성한다.
여기서, 스트레인 억제층(140)은 격자 부정합을 억제하기 위해 적용한 것이다.
다음은 제2 희생층(132) 위에 InAsSb로된 서브기판층(A1)(310), InAsSbP소재로 된 제1클래드층(A2)(320), InAsSb소재로 된 활성층(A3)(330), InAsSbP소재로 된 제2클래드층(A4)(340), InAs로된 캡층(A5)(350), 도전소재로 된 전극층(A6)(360)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 참조부호 300으로 표기된 서브기판층(A1)(310)으로부터 전극층(A6)(360)까지가 제작될 발광다이오드에 해당하는 소자 구조체에 해당한다.
이후, 불산(HF)을 함유한 메인 식각액으로 제2희생층(132)을 식각하여 소자구조체(300)를 분리하고, 분리된 소자구조체(300)에 대해서는 필요한 후속 공정을 거쳐 발광다이오드를 제조한다.
또한, 제2희생층(132)의 식각에 의해 분리된 메인기판(110), 제1희생층(131), 스트레인 억제층(140) 중 에 대해서는 스트레인 억제층(140)은 구연산(Citric acid)으로 식각하고, 제1희생층(131)은 불산(HF)을 함유한 메인 식각액으로 식각하여 메인 기판(110)을 분리한다.
이러한 분리과정을 통해 분리된 메인 기판(110)은 다시 새로운 소자구조체(300)를 성장과정을 통해 제조하기 위해 재사용된다.
한편, 근적외선 영역 또는 중적외선 영역의 발광다이오드 소자를 제조하기 위해 적용할 3-5족 화합물에 대해서는 도 4에 도시된 격자상수 및 에너지 밴드갭을 고려하여 적절하에 적용하면 된다.
또한, 메인 식각액으로 적용할 불산 혼합액은 불산(HF)과 물(H2O)을 1:700의 중량비로 적용한 것을 이용한다. 이 경우, AlGaAsSb로된 희생층(130)(131)(132)은 InAs, GaSb물질보다 100배 정보 빨리 식각된다.
한편, 에칭중단층(120)과 스트레인 억제층(140)의 식각을 위해 적용되는 식각액은 구연산(C6H8O7)과 물(H2O)을 1:1의 중량비로 적용하여 혼합한 것을 적용한다.
구연산(C6H8O7)과 물(H2O)로 형성된 식각액은 메인 기판에 비해 에칭중단층(120)과 스트레인 억제층(140)을 100배정도 빠르게 식각한다.
이상에서 설명된 3-5족 화합물 반도체 제조방법에 의하면, 근적외선영역에서부터 중적외선 영역에 걸친 화합물 반도체 소자 제조시 메인 기판을 반복 사용하면서 제조할 수 있는 장점을 제공한다.
110: 메인기판 130:희생층
200, 300: 소자 구조체
200, 300: 소자 구조체
Claims (8)
- 삭제
- 3-5족 근적외선 또는 중적외선 영역의 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서,
가. 반복적으로 사용하기 위한 3-5족 메인 기판 위에 메인 식각액에 의해 분리 식각이 가능하며 상기 메인 기판에 격자 정합을 이루면서 성장할 수 있는 희생층을 형성하는 단계와;
나. 상기 희생층 위에 형성하고자 하는 반도체 소자에 대응하는 에피 성장층들을 형성하는 단계와;
다. 상기 메인 기판과 상기 에피 성장층을 상기 메인 식각액에 의해 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 메인 기판은 InxGa1-xAs(0 < x < 1) 이고, 상기 희생층은 AlxGa1-xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0.16 < y < 1)인 것을 특징으로 하는 3-5족 화합물 반도체 제조방법. - 3-5족 근적외선 또는 중적외선 영역의 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서,
가. 반복적으로 사용하기 위한 3-5족 메인 기판 위에 메인 식각액에 의해 분리 식각이 가능하며 상기 메인 기판에 격자 정합을 이루면서 성장할 수 있는 희생층을 형성하는 단계와;
나. 상기 희생층 위에 형성하고자 하는 반도체 소자에 대응하는 에피 성장층들을 형성하는 단계와;
다. 상기 메인 기판과 상기 에피 성장층을 상기 메인 식각액에 의해 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 메인 기판은 GaAsySb1-y(0 < y < 1) 이고, 상기 희생층은 AlxGa1-xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0.08 < y < 1)인 것을 특징으로 하는 3-5족 화합물 반도체 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 3-5족 근적외선 또는 중적외선 영역의 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서,
가. 반복적으로 사용하기 위한 3-5족 메인 기판 위에 메인 식각액에 의해 분리 식각이 가능하며 상기 메인 기판에 격자 정합을 이루면서 성장할 수 있는 희생층을 형성하는 단계와;
나. 상기 희생층 위에 형성하고자 하는 반도체 소자에 대응하는 에피 성장층들을 형성하는 단계와;
다. 상기 메인 기판과 상기 에피 성장층을 상기 메인 식각액에 의해 분리하는 단계;를 포함하고,
상기 메인 기판은 InAsySb1-y(0 ≤ y < 1) 이고, 상기 희생층은 AlxGa1-xAsySb1-y(0.9 ≤ x ≤1, 0 ≤ y < 0.17)인 것을 특징으로 하는 3-5족 화합물 반도체 제조방법. - 삭제
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| JP2010532576A (ja) * | 2007-07-03 | 2010-10-07 | マイクロリンク デバイセズ インコーポレイテッド | Ｉｉｉ−ｖ化合物薄膜太陽電池の加工方法 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021075439A1 (ja) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2021064790A (ja) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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