KR20030077435A - Ⅲ족 내지 ⅴ족 화합물 반도체의 제조방법 - Google Patents

Ⅲ족 내지 ⅴ족 화합물 반도체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030077435A
KR20030077435A KR10-2003-0018478A KR20030018478A KR20030077435A KR 20030077435 A KR20030077435 A KR 20030077435A KR 20030018478 A KR20030018478 A KR 20030018478A KR 20030077435 A KR20030077435 A KR 20030077435A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
compound semiconductor
group iii
nitride compound
growth
torr
Prior art date
Application number
KR10-2003-0018478A
Other languages
English (en)
Inventor
히라마쓰가즈마사
미야케히데토
보야마신야
마에다다카요시
이예치카야스시
Original Assignee
스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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 스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 filed Critical 스미또모 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Publication of KR20030077435A publication Critical patent/KR20030077435A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02447—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은, III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체의 결정층을 형성할 경우, 질화물계 화합물 반도체 층을 먼저 기판 상에 중첩시켜, 기층을 형성하고, 화학식 InxGayAlzN의 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체(여기서, x, y 및 z는 각각 독립적으로 0 내지 1의 수이고, x+y+z는 1이다)를 800Torr 이상의 성장 압력(deposition pressure)에서 하이드라이드 기상 에피택시(HVPE)법에 의해 기층 상에서 에피택셜하게 성장시킨다. 성장 압력을 800Torr 이상으로 함으로써, III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체의 결정성을 현저하게 개선시킬 수 있고, 이의 결함 밀도를 감소시킬 수 있다.

Description

Ⅲ족 내지 Ⅴ족 화합물 반도체의 제조방법{Method of manufacturing III-V group compound semiconductor}
본 발명은 하이드라이드 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)법에 의해 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
화학식 InxGayAlzN의 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체(여기서, x, y 및 z는 각각 독립적으로 0 내지 1의 수이고, x+y+z는 1이다)는 III족 원소 함량을 변화시킴으로써, 직접형 밴드 갭 에너지를 조정할 수 있다. 이로 인해, 자외선 내지 적외선의 파장의 광 에너지에 대응할 수 있기 때문에, 이들은 적외선으로부터 가시광선 영역으로의 확장 범위에 대해 고효율 발광 소자용 재료로서 이용가능하다. 또한, 이들이 지금까지 널리 사용되고 있는 Si, GaAs 및 기타 반도체보다 큰 밴드 갭을 갖기 때문에, 이들은 통상의 반도체가 작동할 수 없는 고온까지 반도체 특성을 유지할 수 있다. 이 특성을 기본적으로 사용하여 내환경성이 우수한 전자 장치를 제조할 수 있다.
그러나, 융점 부근에서의 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체의 매우 높은 증기압으로 인해, 거대 결정의 성장은 매우 어려워, 반도체 칩 제조용 기판으로서 사용하기에 실용적인 크기의 결정을 수득할 수 없다. 따라서, 화합물 반도체를 제조하는데 있어서, Si, GaAs, SiC, 사파이어, ZrB2, 또는 화합물 반도체와 유사한 결정 구조를 갖고 거대 결정을 제조할 수 있는 기타 재료를 기판으로 사용하고, 기판상에 목적하는 단일 결정 박막 층을 에피택셜하게 성장시키는 것이 일반적이다.현재, 이와 같은 방법을 사용함으로써 당해 화합물 반도체의 비교적 양질의 결정을 수득할 수 있다. 완충 층을 사용하여 성장을 수행하기 위해 유기금속 기상 에피택시(MOVPE)법을 사용함으로써, 일반적으로 x선 로킹 곡선으로부터 측정된 바와 같이 (0004)의 반값폭, 약 200초를 달성할 수 있다.
한편, 하이드라이드 기상 에피택시(HVPE)법은 바람직하게는 성장 속도, 및 불순물 유입을 억제함으로써 고순도 결정 성장을 달성하는 수행능 및 성장 속도가 높다는 점에서 화합물 반도체를 성장시키는 기타 방법과 비교된다. 그러나, HVPE는 완충 층을 사용하는 2단계 성장에 의한 헤테로에피택셜 방법을 확립하는데 있어서 MOVPE법 및 기타 방법에 뒤떨어진다. 실상은, MOVPE법 등으로 성장된 약 3㎛ 두께의 박막이 기층으로 사용되고, 화합물 반도체의 두꺼운 층은 HVPE법에 의해 기층 상에서 호모에피택셜하게 성장된다. 그러나, 호모에피택셜 성장이 HVPE법에 의해 수행될 경우에 조차 균열이 발생하기 때문에, 광범위한 면적에 걸쳐 고품질의 결정을 수득하기가 곤란하다. 또한, 성장 층의 x선 록킹 곡선(XRC)의 반값폭이 기층보다 광범위하다는 사실에 의해 입증되는 바와 같이, 성장 층의 결정성이 기층보다 열등하다는 것과 같은 기타 결점이 명백해진다.
본 발명의 목적은 고품질의 III족 내지 V족 화합물 반도체 결정을 수득하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 HVPE법에 의해 결정성이 우수한 III족 내지 V족화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저렴한 비용으로 결정성이 우수한 III족 내지 V족 화합물 반도체를 에피택셜하게 성장시킬 수 있는 III족 내지 V족 화합물 반도체의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 양태인 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1d의 공정을 수행하는데 사용되는 기상 성장 반도체 제조 시스템의 주요부를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 시스템의 반응기내의 온도 프로필을 도시한 그래프이다.
도 4는 XRC 반값폭이 본 발명에 따라서 제조되는 시험편에서 성장 압력 함수로서 어떻게 변하는지를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라서 제조된 시험편의 GaN 박막 표면 상태를 도시한 현미경 사진이다.
도 6은 통상적인 방법으로 제조된 시험편의 GaN 박막 표면 상태를 도시한 현미경 사진이다.
본 발명자들은, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 다수의 각종 시험 및 실험을 수행했다. 이들은 HVPE법에 의한 GaN 결정 성장이 일반적으로 대기압에서 수행되지만, 성장 압력의 변화가 결정성에 영향을 미칠 수 있다는 점을 예상할 수 있다는 견해를 전제로 한다. 이러한 접근법은 성장 압력이 대기압보다 약간 높을 경우 결정질을 현저하게 개선시킨다는 발견에 이르게 한다. 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 이루어진 것이다.
본 발명에 따라서, HVPE법에 의한 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체의 제조방법은 성장 압력을 800Torr 이상으로 설정함을 특징으로 한다. 성장 압력은 바람직하게는 850Torr 이상, 더욱 바람직하게는 900Torr 이상이다. 성장 압력이 800Torr 미만인 경우에는 본 발명의 효과를 수득할 수 없다.
본 발명의 또다른 특징에 따라서, 화학식 InxGayAlzN의 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체(여기서, x, y 및 z는 각각 독립적으로 0 내지 1의 수이고, x+y+z는 1이다)의 결정층을 하이드라이드 기상 에피택시법에 의해 형성하는 경우,결정성이 우수한 III족 내지 V족 화합물 반도체의 결정층은 기판을 제조하고, 800Torr 이상의 성장 압력하에 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체를 기판상에 형성시킴으로써 수득할 수 있다.
기판은 Si, GaAs, SiC, ZrB2및 사파이어와 같은 재료 중에서 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 사전에 MOVPE법, 분자선 에피택시(MBE)법 등에 의해 상기한 기판 중의 하나 위에서 성장시킨 질화물계 화합물 반도체를 기판으로서 사용할 수 있다. III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체를 HVPE법을 사용하여 상기한 기판 상에서 에피택셜하게 성장시키는 경우, 수득된 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체의 결정성은 성장 압력을 대기압보다 약간 높게 설정함으로써 대기압에서의 성장에 비해 현저하게 개선시킬 수 있다. 이 이유는 명확하지는 않지만, 가압에 의해, 성장 메카니즘이, 결정성을 개선시키는 방식으로 변화되는 것으로 간주된다. 또한, 기판 상에 질화물계 화합물 반도체 층을 먼저 형성한 후, 필요한 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체 결정층을 800Torr 이상의 성장 압력하에 하이드라이드 기상 에피택시법에 의해 질화물계 화합물 반도체 층 상에서 성장시킬 수 있다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 양태인 방법을 설명하는 공정도이다. 먼저, 적합한 크기의 사파이어 기판(1)은 오일과 물을 제거하기 위해 세척함으로써 제조된다(도 1a). 세척은 공지된 각종 세정액을 사용하여 수행할 수 있다.
이어서, 세척된 사파이어 기판(1)을 MOVPE 반응기에 배치하고, 표면 에칭을 약 1000℃의 고온에서 수행한다. 이어서, 예를 들어 AlN, GaN, AlGaN 또는 SiC의완충 층(2)을 약 500℃의 온도에서 성장시킨다(도 1b). 완충 층(2)의 형성 후, 온도를 약 1000℃로 반환하고, III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체 층(3)을 형성시킨다(도 1c). 이러한 방식으로 수득된 다층화된 반도체 결정은 본 발명에서 기층(B)으로서 사용된다. 수득된 기층(B)을 화학식 InxGayAlzN의 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체(여기서, x, y 및 z는 각각 독립적으로 0 내지 1의 수이고, x+y+z는 1이다)를 에피택셜하게 성장시키는 HVPE 반응기에 배치한다. 이러한 양태로 성장된 화합물 반도체는 GaN이다. 결과적으로, GaN 박막(4)이 수득된다(도 1d). 기층(B) 상에서 GaN 박막(4)의 에피택셜한 성장은 당해 기술 분야에 공지된 조건으로부터 적합하게 선택된 온도 조건하에 수행될 수 있지만, 성장 압력은 800Torr 이상이어야 한다. 800Torr 이상, 즉, 대기압보다 약간 높은 성장 압력을 사용하여, GaN 박막(4)의 결정 품질을 대기압에서 수득된 것보다 현저하게 개선시킨다.
도 2는 본 발명의 방법을 실행하는데 사용할 수 있는 HVPE 반도체 제조 시스템의 일례인 기상 성장 반도체 제조 시스템(10)의 주요부를 도시하는 개략도이다.
기상 성장 반도체 제조 시스템(10)에는 출발 재료 공급 시스템(도시되지 않음)으로부터 원료 가스가 재료 공급 라인(11)을 통해 공급되는 반응기(12)가 장착되어 있다. 기층(B)의 배치 및 가열용으로 서셉터(17)가 반응기(12)에 제공된다. 출발 재료 공급 라인(11)은 N2퍼징 가스를 공급하기 위한 제1 라인(11A), NH3및 캐리어 가스를 공급하기 위한 제2 라인(11B), 및 HCl 및 캐리어 가스를 공급하기위한 제3 라인(11C)으로 구성된다. 제2 라인(11B)으로 공급되는 캐리어 가스는 N2또는 H2단독, 또는 N2와 H2의 혼합물일 수 있다. 제3 라인(11C)으로 공급되는 캐리어 가스도 또한 N2또는 H2단독, 또는 N2와 H2의 혼합물일 수 있다.
배기 라인(13)은 반응기(12)의 배기구(12A)에 연결된다. 배기 라인(13)을 통해 배출되는 배기 가스의 유량은 배기 라인(13)에 제공된 유량 조절 밸브(VL)로 조절된다. 이는 반응기(12)에서의 압력을 조절한다. 따라서, 반응기(12)의 성장 압력은 유량 조절 밸브(VL)를 조절함으로써 목적하는 값으로 조절할 수 있다.
반응기(12)에서의 압력은 압력 센서(14)로 검출한다. 압력 센서(14)로부터의 출력은 반응기(12)에서의 성장 압력을 모니터할 수 있는 압력 표시 장치(15)로 보내진다. 이러한 양태에서, 압력 센서(14)는 배기구(12A) 및 유량 조절 밸브(VL) 사이의 배기 라인(13)에 부착시켜 반응기(12) 중의 압력을 검출할 수 있도록 한다.
서셉터(17)를 가열하기 위한 전기로(16)가 제공된다. 전기로(16)에 전원(도시되지 않음)으로부터 가열용 전류를 공급함으로써 반응기(12)를 필요한 성장 온도 프로필로 가열할 수 있다. 도 3은 반응기(12) 중의 성장 온도 프로필의 일례를 도시한 것이다.
상기한 형태의 기상 성장 반도체 제조 시스템(10)에서, 출발 재료 공급 라인(11)을 통해 반응기(12)로 공급되는 원료 가스는 전기로(16)에 의해 가열된 서셉터(17) 위에 배치된 기층(B)(도 2에서 생략됨) 위에서 반응하여, 기층(B) 위에 목적하는 GaN 박막을 기상 성장시킨다. 사용된 가스는 배기구(12A)를 통해 외부로배출시켜 배기 라인(13)을 통해 배기 가스 처리 장치(도시되지 않음)로 보낸다.
당해 공정을 보다 구체적으로 설명한다. 도 1C의 공정에서 수득된 기층(B)을 반응기(12) 중의 서셉터(17) 상에 배치하고, 원료 가스를 반응기(12)로 공급하고, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 성장 온도 프로필을 사용하여 기층(B) 의에서 GaN 박막(4)을 성장시킨다(도 1d 참조).
압력 표시 장치(15)를 주시하면서, 작동자는 유량 조절 밸브(VL)를 조절하여 배기 라인(13)을 통해 통과하는 배기 가스의 유량을 조절하여, 반응기(12)에서의 성장 압력을, 예를 들어 800Torr로 유지시킬 수 있도록 원료 가스의 유량을 설정한다.
도 1d를 참조로 설명한 바와 같이, 성장 압력을 대기압보다 약간 높게, 즉 800Torr 이상으로 유지시킴으로써, 고품질의 GaN 박막(4)이 기층(B) 위에서 성장한다. III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체를 HVPE법에 의해 에피택셜하게 성장시키는 경우, 결정성이 매우 우수한 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체는 단지 성장 압력을 대기압보다 약간 높게 설정함으로써 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명은 저비용으로 고품질의 III족 내지 V족 화합물 반도체를 제조할 수 있는 능력으로 인해 공업적 가치가 뛰어난 방법을 제공한다.
상기에서 설명한 본 발명의 양태는 기층(B) 위에 GaN 박막(4)을 성장시키는 경우에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 양태에 제한되지 않고, 예를 들어 GaN 층을 ELO(에피택셜 층 과성장)에 의해 재성장시키도록 적용할 경우, 동일하게 우수한 효과를 제공할 수 있다. 본 발명은 또한 격자 상수가 제조하고자 하는 화합물 반도체의 격자 상수에 비교적 밀접한 재료의 기판을 기층으로서 사용하는 경우에도 직접 적용될 수 있다.
[실시예]
(실시예 1)
도 2에 도시된 기상 성장 반도체 제조 시스템(10)을 아래와 같이 착수하여 MOVPE법에 의해 사파이어 기판 상에 형성된 GaN 기층 상에 GaN 박막을 에피택셜하게 성장시킨다.
반응기(12)의 온도는 승온 개시와 동시에 유량 조절 밸브(VL)를 조절하여 조절하고, 반응기(12)에서의 온도 프로필을 도 3에 도시한 바와 같이 설정한다. 출발 재료를 일정한 V/III 비, 25(NH3부분압: 0.2atm, GaCl 부분압: 8×10-3atm)에서 공급하고, 반응기(12)의 내부 압력을 910Torr로 조절하여 성장시킨다. 유량이 일정하기 때문에, 캐리어 가스 유량은 압력에 따라 변한다. 동일량의 N2및 H2(N2:H2= 1:1)로 이루어진 혼합 캐리어 가스를 사용하여 실험한다. 비교용 시험편을 300Torr 및 760Torr의 압력에서 제조한다.
성장 압력 910Torr에서 제조한 본 발명의 시험편 및 성장 압력 300Torr 및 760Torr에서 제조한 비교용 시험편을 X선 회절 분석으로 결정성을 평가한다. 분석에 의해 수득된 (0004) 및 (10-10)에 대한 XRC(x선 로킹 곡선)의 반값폭의 변화율을 도 4의 성장 압력 함수로서 플롯팅한다. (0004) 및 (10-10) 회절 결과에서, 반값폭(FWHM: 최대 반값에서의 전체 폭)은 성장 압력이 910Torr일 경우 가장 적고, 성장 압력 300Torr 및 760Torr에서 수득된 시험편에 비해 결정성이 현저하게 개선되는 것으로 평가된다. 이러한 결과로부터, 성장 압력이 증가될 경우, GaN 박막의 결정성이 향상된다는 것을 알 수 있다.
도 5는 성장 압력 910Torr에서 성장시킨 GaN 박막의 표면 상태를 도시한다. 도 6은 통상의 성장 압력 760Torr에서 성장시킨 GaN 박막의 표면 상태를 도시한다. 두 표면의 관찰 결과, 성장 압력을 760Torr에서 910Torr로 증가시키는 것만으로도 균열 발생을 억제하여 현저하게 우수한 표면 상태를 수득할 수 있다는 것이 확인된다.
(실시예 2)
MOVPE법에 의해 사파이어 기판 상에 형성된 GaN 기층 위에서 GaN 박막을 성장시켜 시험편을 제조한다. 성장 압력을 836Torr로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용한다. 시험편의 표면 형태를 광학 현미경으로 관찰한다. 표면은 실시예 1과 같이 균열이 없고 품질이 우수한 것으로 밝혀졌다. (0004) 및 (10-10) 회절의 반값폭은 175초 및 220초로 밝혀졌고, 이는 실시예 1과 같이 결정성이 우수하다는 것을 나타낸다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체를HVPE법에 의해 에피택셜하게 성장시키는 경우, 성장 압력을 대기압보다 약간 높게 설정함으로써 결정성이 우수한 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체를 간단하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명은 저비용으로 고품질의 III족 내지 V족 화합물 반도체를 제조할 수 있는 능력으로 인해 공업적 가치가 뛰어난 방법을 제공한다.

Claims (5)

  1. 화학식 InxGayAlzN의 III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체(여기서, x, y 및 z는 각각 독립적으로 0 내지 1의 수이고, x+y+z는 1이다)의 결정층을, III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체가 형성되는 동안 성장 압력을 800Torr 이상으로 하여, 하이드라이드 기상 에피택시(HVPE)법에 의해 형성시키는 단계를 포함하는, III족 내지 V족 화합물 반도체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 기판이 제조되고, III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체가 당해 기판 상에 형성되는 III족 내지 V족 화합물 반도체의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 기판이 Si, GaAs, SiC, ZrB2및 사파이어로부터 선택된 하나의 재료로 이루어진 III족 내지 V족 화합물 반도체의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 질화물계 화합물 반도체 층이 먼저 기판 상에 중첩되어 기층을 형성하고, III족 내지 V족 질화물계 화합물 반도체가 기층 상에 형성되는 III족 내지 V족 화합물 반도체의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 질화물계 화합물 반도체 층이 MOVPE 또는 MBE에 의해 기판상에 형성되는 III족 내지 V족 화합물 반도체의 제조방법.
KR10-2003-0018478A 2002-03-26 2003-03-25 Ⅲ족 내지 ⅴ족 화합물 반도체의 제조방법 KR20030077435A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2002-00084851 2002-03-26
JP2002084851 2002-03-26
JPJP-P-2002-00211603 2002-07-19
JP2002211603A JP2004006568A (ja) 2002-03-26 2002-07-19 ３−５族化合物半導体の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030077435A true KR20030077435A (ko) 2003-10-01

Family

ID=28043834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0018478A KR20030077435A (ko) 2002-03-26 2003-03-25 Ⅲ족 내지 ⅴ족 화합물 반도체의 제조방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6946308B2 (ko)
JP (1) JP2004006568A (ko)
KR (1) KR20030077435A (ko)
CN (1) CN1310286C (ko)
DE (1) DE10313315A1 (ko)
SG (1) SG114605A1 (ko)
TW (1) TWI254465B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7361220B2 (en) 2003-03-26 2008-04-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing group III nitride single crystal, device used for the method and group III nitride single crystal obtained by the method
EP1766667A4 (en) * 2004-05-19 2011-06-01 Epivalley Co Ltd METHOD FOR DRAWING GAN-BASED NITRIDE LAYER MATERIAL
JP4187175B2 (ja) * 2006-03-13 2008-11-26 国立大学法人東北大学 窒化ガリウム系材料の製造方法
CN101611471B (zh) * 2007-02-16 2012-10-31 住友化学株式会社 场效应晶体管用外延基板
JP4714192B2 (ja) 2007-07-27 2011-06-29 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム結晶の成長方法、窒化ガリウム結晶基板、エピウエハの製造方法およびエピウエハ
WO2010082358A1 (ja) * 2009-01-16 2010-07-22 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム基板、窒化ガリウム基板の製造方法、及び半導体デバイス
JP5110117B2 (ja) * 2010-04-30 2012-12-26 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム結晶の成長方法、窒化ガリウム結晶基板、エピウエハの製造方法およびエピウエハ
JP2013058741A (ja) * 2011-08-17 2013-03-28 Hitachi Cable Ltd 金属塩化物ガス発生装置、ハイドライド気相成長装置、及び窒化物半導体テンプレート
JP6652042B2 (ja) * 2016-12-13 2020-02-19 三菱電機株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4888303A (en) * 1988-11-09 1989-12-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Vapor phase epitaxy-hydride technique with a constant alloy source for the preparation of InGaAs layers
US6440823B1 (en) * 1994-01-27 2002-08-27 Advanced Technology Materials, Inc. Low defect density (Ga, Al, In)N and HVPE process for making same
US6086673A (en) * 1998-04-02 2000-07-11 Massachusetts Institute Of Technology Process for producing high-quality III-V nitride substrates
CN1113988C (zh) * 1999-09-29 2003-07-09 中国科学院物理研究所 一种氮化镓单晶的热液生长方法
US6447604B1 (en) * 2000-03-13 2002-09-10 Advanced Technology Materials, Inc. Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((al,in,ga)n) substrates for opto-electronic and electronic devices
TW504754B (en) * 2000-03-24 2002-10-01 Sumitomo Chemical Co Group III-V compound semiconductor and method of producing the same
US6673149B1 (en) * 2000-09-06 2004-01-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Production of low defect, crack-free epitaxial films on a thermally and/or lattice mismatched substrate
JP4595198B2 (ja) * 2000-12-15 2010-12-08 ソニー株式会社 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
JP2003077847A (ja) * 2001-09-06 2003-03-14 Sumitomo Chem Co Ltd ３−５族化合物半導体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20030211710A1 (en) 2003-11-13
DE10313315A1 (de) 2003-10-09
JP2004006568A (ja) 2004-01-08
CN1447388A (zh) 2003-10-08
TW200403865A (en) 2004-03-01
SG114605A1 (en) 2005-09-28
US6946308B2 (en) 2005-09-20
CN1310286C (zh) 2007-04-11
TWI254465B (en) 2006-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1593760B1 (en) Method for preparing non-polar single crystalline A-plane nitride semiconductor wafer
Zeuner et al. Structural and optical properties of epitaxial and bulk ZnO
US9115444B2 (en) Method for producing III-N layers, and III-N layers or III-N substrates, and devices based thereon
GB2436398A (en) Bulk semiconductor substrates
KR20110099103A (ko) 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법 및 질화물계 화합물 반도체 자립 기판
JP2009543946A (ja) ワイドバンドギャップ半導体材料
US7740823B2 (en) Method of growing III group nitride single crystal and III group nitride single crystal manufactured by using the same
KR20030077435A (ko) Ⅲ족 내지 ⅴ족 화합물 반도체의 제조방법
US6339014B1 (en) Method for growing nitride compound semiconductor
US6031252A (en) Epitaxial wafer and method of preparing the same
KR102086725B1 (ko) 질화물 반도체 프리스탠딩 기판과 그 제조 장치 및 방법
WO2018080300A1 (en) Method for producing a non-polar a-plane gallium nitride (gan) thin film on an r-plane sapphire substrate
KR101094409B1 (ko) 질화갈륨 단결정 후막의 제조 방법
JP2002211999A (ja) Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の結晶成長基板の製造方法
Paszkiewicz et al. Growth of high-quality GaN and AlxGa1-xN layers by an MOVPE technique
Lee et al. Hydride vapor phase epitaxy of GaN thick films by the consecutive deposition process using GaCl3
WO2011111647A1 (ja) 窒化物系化合物半導体基板の製造方法、窒化物系化合物半導体基板及び窒化物系化合物半導体自立基板

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20101119

Effective date: 20120229