KR200312909Y1 - Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 - Google Patents

Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

본 고안은 유기 금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법에 의해 기판상에 형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층을 수소 또는 질소 가스 및 암모니아 가스를 포함하는 혼합가스 분위기내에서 열처리하며, 이 때문에 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 결정성이 개선된다. 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 스퍼터법에 의해 기판상에 형성될 때, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께는 50Å 내지 3000Å의 범위가 된다.

Description

Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자{Group Ⅲ Nitride Compound Semiconductor Device}
본 고안은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자에 관한 것이다.
본 고안은 본원에 참조로 인용한 일본특허출원 평11-130475호 및 평 11-266499호를 기초로 한 것이다.
청색 발광 소자와 같은 Ⅲ족 질화물 화합물 반도체 소자는 유기금속 화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition Method)(이하에서 "MOCVD"라 약칭 한다)에 의해 사파이어 기판상에 AlxGa1-xN(0X1)의 버퍼층을 성장시키고; MOCVD법으로 버퍼층상에 Ⅲ족 질화물 화합물 반도체층을 더 성장시키는 단계에 의해 제조된다.
MOCVD법에 있어서, 암모니아 가스와 트리메틸알루미늄(TMA), 트리메틸갈륨(TMG)과 트리메틸인듐(TMI)과 같은 Ⅲ족 금속 알킬 화합물 가스를 적절한 온도로 가열된 기판상에 공급하고 기판상에 원하는 결정막이 형성되도록 열분해한다. 이 경우에 있어서, 버퍼층을 형성하기 위한 원재료 가스로서 사용되는 TMA와 같은 유기금속 화합물은 가격이 높다. 이는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자의 가격을 높이는 인자가 되었다.
AlxGa1-xN(0X1)으로 이루어진 버퍼층을 MOCVD법 이외의 방법에 의해 형성한다면, TMA, TMG와 같은 유기 금속 화합물의 사용을 회피할 수 있다. 예를 들면, 일본특허공보 평5-86646호에는 버퍼층이 고주파 스퍼터법에 의해 형성되고; 버퍼층을 암모니아 가스(본 실시예에서는 암모니아와 질소)를 포함하는 분위기에서 가열(800℃ 내지 1000℃의 온도까지)한 후에 버퍼층에 Ⅲ족 유기금속 화합물을 공급하고; Ⅲ족 유기금속 화합물의 질화물막을 증착성장시키고 동일 화합물인 AlxGa1-xN(0X1)을 버퍼층상에 성장시키는 방법이 제안되어 있다. 고주파 스퍼터법에 의해 AlxGa1-xN(0X1)으로 이루어진 버퍼층을 형성하는데 사용된 원재료는 고순도의 금속 알루미늄과 금속 갈륨이다. 타깃으로서 이들 금속을 가지는 아르곤과 질소 혼합 가스가 스퍼터 가스로서 사용된다. 이러한 경우에 있어서, 모든 원재료들의 값은 비싸지 않다. 그러므로, 소자의 단가는 MOCVD법에 의해 버퍼층을 형성하기 위한 값비싼 유기금속 화합물을 원재료로 사용하는 것에 비하여 감소시킬 수 있다.
비록 본 고안의 고안자들이 일본특허공보 평5-86646호에 개시된 방법을 시도하기는 하였으나, 고주파 스퍼터법에 의해 형성된 AlxGa1-xN(0X1)의 버퍼층상에 MOCVD법에 의해 성장되어 형성된 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성은 고안자들의 요구를 만족시키지는 못하였다. 즉, 상기 언급한 방법으로 얻어진 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성은 MOCVD법에 의해 형성된 AlxGa1-xN(0X1) 버퍼층상에 MOCVD법에 의해 성장되어 형성된 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성보다 열악하다.
본 고안의 고안자들은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성을 개선하기 위한 다른 하나의 시도를 하였으며, 그 결과, 본 고안을 고안하게 되었다.
즉, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자는: 기판과; 50Å 내지 3000Å의 두께를 가지며 금속 갈륨, 금속 알루미늄 및 금속 인듐 중 어느 하나를 원료로 사용하는 방법에 의해 기판상에 형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층과; 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 구비한다.
상기에 설명한 바와 같은 구조의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자에 따르면, 소자로서의 기능을 가지며 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성되는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성은 버퍼층이 될 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께를 최적화함으로써 개선된다.
결국, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께는 50Å 내지 3000Å의 범위가 바람직하다. 상기 층이 50Å보다 얇다면, 상기 층은 버퍼층으로서의 기능을 할 수 없다. 본 고안자들의 실험에 따르면, 각층의 두께가 3000Å보다 두껍다면, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성되는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층 또는 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층에 크랙이 발생할 위험성이 있다. 즉, 상기 층이 50Å이하 또는 3000Å이상이면 바람직하지 않다.
한편, 일본특허공보 평5-86646호에는 1000Å 내지 7000Å의 두께를 가지는 버퍼층의 사용이 개시되어 있다. 그러나, 3000Å으로 설정된 막두께의 상한은 고안자들에 의해 얻어진 신규한 기술이며 이에 의해 버퍼층 또는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층에서의 크랙이 방지된다.
본 고안자들은 다른 하나의 시도를 하였으며, 그 결과, 버퍼층상에 형성되는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성은 버퍼층이 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 Ⅲ족 질화물계 화합물로 형성되는 경우에 수소 가스와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기에서 가열될 때 개선된다는 것을 발견하였으므로, 본 고안자들은 본 고안을 고안하게 되었다.
본 고안의 구성은 다음과 같다.
Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자는:
유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법에 의해 기판상에 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성하고:
수소 가스와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기속에서 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층을 열처리하고;
제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층상에 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성한다.
본 고안자들은 상기와 같이 형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 실시예로서 AlN층의 RHEED 패턴과 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 실시예로서 AlN층의 RHEED 패턴의 사진을 촬영하였다. 두 패턴을 비교한 결과, 전자의 스폿 강도가 후자의 스폿 강도보다 강하다는 것을 발견하였다.
따라서, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 결정성의 개선은 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층을 수소 가스와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기내에서 가열하는 단계 2를 실시하여 확인할 수 있었다.
도 1은 AlN막의 두께와 GaN층의 결정성 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 2는 AlN이 성장하기 위한 온도와 GaN층의 결정성 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 3은 본 고안의 실시예로서 발광 다이오드를 도시한 도면.
도 4는 DC마그네트론 스퍼터법에 의해 형성된 AlN버퍼층(표 2에서 샘플a)상에 MOCVD법에 의해 성장되어 형성된 GaN층의 로킹 커브를 도시한 도면.
도 5는 DC마그네트론 스퍼터법에 의해 형성된 AlN버퍼층(표 2에서 샘플b)상에 MOCVD법에 의해 성장되어 형성된 GaN층의 로킹 커브를 도시한 도면.
도 6은 DC마그네트론 스퍼터법에 의해 형성된 AlN버퍼층(표 2에서 샘플c)상에 MOCVD법에 의해 성장되어 형성된 GaN층의 로킹 커브를 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7e는 표 2 내의 샘플의 RHEED 패턴 사진.
도 8은 표 2내의 샘플a의 현미경 사진.
도 9는 표 2내의 샘플b의 현미경 사진.
도 10은 표 2내의 샘플c의 현미경 사진.
도 11은 표 2내의 샘플d의 현미경 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 발광 소자 11 : 사파이어 기판
15 : 버퍼층 16 : n-형 클래드층
17 : 발광층 18 : p-형 클래드층
19 : 광투과 전극 20 : p-형 전극 패드
21 : n-형 전극 패드
본 고안의 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한 양호한 실시예로부터 명백해질 것이다.
이하에서 본 고안의 각각의 요소에 대하여 상세히 설명한다.
기판
기판의 재료는 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 기판상에서 성장할 수 만 있다면 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판 재료로서 사파이어, 실리콘, 탄화 실리콘, 산화 아연, 염화 갈륨, 비화 갈륨, 산화 마그네슘, 산화 망간, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 싱글 크리스탈 등을 들 수 있다.
이들 재료중에서, 사파이어 기판이 바람직하고 사파이어 기판(1120)의a표면을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층
Ⅲ족 질화물계 화합물 또는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 일반식 AlxGaYIn1-X-YN(0X1, 0Y1, 0X+Y1)로 나타내며, 이는 소위 AlN, GaN과 InN과 같은 이원계 화합물과, 소위 AlXGa1-XN, AlXIn1-XN과 GaXIn1-XN, (각 식에서0X1)과 같은 삼원계 화합물을 포함한다. Ⅲ족 요소는 부분적으로 붕소(B)와 탈륨(Tl) 등으로 치환할 수도 있다. 또한, 질소(N)는 부분적으로 황(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무스(Bi) 등으로 치환할 수도 있다.
유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법으로서, 반응 스퍼터법(특히, DC 마그네트론 스퍼터법), 이온 도금법, 레이저 애블레이션법을 포함하는 스퍼터법이 있다. 이러한 방법에 있어서, 금속 알루미늄, 금속 갈륨, 금속 인듐, 질소 또는 암모니아 가스가 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물의 버퍼층을 형성하기 위한 원재료로서 사용된다. 또한, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물은 타깃자체로도 사용할 수도 있다. 두 경우에 있어서, 이들 원재료는 유기 알루미늄에 비해 값이 비싸지 않다.
도 1은 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 형성된 AlN막의 두께와 MOCVD법에 의해 AlN막상에 형성된 GaN층(2 ㎛)의 결정성 사이의 관계를 도시한 도면이다. 그래프에서, 수직축은 GaN층의 X-선 로킹(rocking) 커브의 반치폭(초)을 나타낸다. 그래프에 있어서, 심볼은 AlN이 MOCVD법(기판 온도 : 400 ℃)에 의해 형성되는 경우에 GaN층의 X-선 로킹 커브의 반치폭을 나타낸다. 결정성의 정도는 장치의 기능을 구성하는 GaN층을 위해 충분하게 얻어진다.
도 1의 측정 조건은 다음과 같다.
기판 : 사파이어a면
스퍼터를 위한 기판 표면의 온도 : 430℃
스퍼터 가스 : Ar(8 sccm)/N2(10 sccm)
DC 파워 : 0.5W( 전극면적 약 182 ㎠)
막두께 : 스퍼터링 시간에 의해 조절
도 1의 결과로부터 명백하듯이, 종래 기술에서 소위 저온 버퍼층의 결정성보다 우수하거나 동일한 결정성을 가지는 GaN층은 GaN층의 두께가 100Å이상이고 1000Å 미만일 때 얻어진다. GaN층의 두께가 상기한 범위를 벗어나는 경우일지라도, GaN층의 반치폭은 GaN층이 장치의 기능을 구성하기 위한 층으로서 사용될 수 있도록 GaN층의 두께가 50Å이상이고 3000Å이하이면 30초이하로 설정된다.
범용 버퍼층 형성방법(저온 MOCVD법)에 의해 형성된 AlN 또는 GaN버퍼층은 상기 층이 막으로 형성될 때 비정질 또는 거의 비정질 구조를 가진다. 가열 기간에 버퍼층은 차후에 성장할 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 성장 온도까지 가열되고, 버퍼층내의 AlN 또는 GaN은 재결정화되고 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 막으로 형성되기 바로 전에 다결정화 된다. 이는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 입결정 사이즈와 입결정 밀도를 최적화하며, 이 때문에 양호한 단결정 성장을 하게 할 수 있다. 입결정 사이즈와 밀도는 고품질의 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 성장에 있어서 중요한 변수들이다. 이들 변수들은 버퍼층의 두께가 이들 변수들과 상호 관계가 있기 때문에 비교적 민감하다.
소위 저온 버퍼층을 동일 온도로 가열해보면, 층의 결정성은 층이 더 얇아 질때 더 양호하게 되는 경향이 있다. 샘플들의 두께가 다르다고 가정해 보면, 동일한 결정성을 얻기 위해 필요한 온도는 샘플이 두꺼운 만큼 높아 진다. 그 결과, 소위 저온 버퍼층의 두께는 특정한 최적의 값으로 설정되어야 하며 두께는 좁은 범위(100Å 내지 200Å) 만이 허용된다.
일반적으로, 스퍼터 방출입자는 평균 5eV 내지 10eV의 운동 에너지를 가진다. 버퍼층 즉, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 스퍼터법에 의해 형성될 때, 결정화는 운동 에너지가 기판상에서 입자(원자들)의 이동을 촉진하기 때문에 MOCVD법과 비교하여 낮은 막형성 온도에서 일어난다고 생각된다.
처음부터 어느 정도 결정화된 샘플(제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층)을 단지 가열한 경우와 비정질 샘플을 단지 가열하는 경우를 비교함에 있어서, 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성은 어떤 것이 좋다고 할 수는 없다. 그러나, 도 1에 도시된 X-선 로킹 커브의 반치폭의 결과로서 명백하듯이, 전자의 샘플 즉, 도 1에서 스퍼터법에 의해 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 결정성은 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께를 최적화하여 더욱 개선되었다. 전자의 샘플은 비교적 두께 범위가 넓어 양호하다.
도 1은 제 1층으로서 AlN이 사파이어a면에 스퍼터되고 제 2층으로서 GaN층이 MOCVD법에 의해 형성됨을 도시한다. 이러한 결과는 제 1층을 제조하고 제 2층(Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체)을 제조하기 위한 방법과 재료는 기판의 재료, 재료(Ⅲ족 질화물계 화합물), 방법(유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는)에 관계없이 얻을 수 있다고 생각된다.
도 2는 AlN을 DC 마그네트론 스퍼터법에 의해 형성하기 위한 막형성 온도와 MOCVD법에 의한 AlN층(2 ㎛)의 결정성의 관계를 도시한다. 도 2에서, 수직축은 GaN층의 X-선 로킹 커브의 반치폭(초)을 나타낸다. 그래프에서, 점선은 AlN이 MOCVD법(기판온도 : 400℃)에 의해 형성되는 경우에 있어서 GaN층의 X-선 로킹 커브의 반치폭을 나타낸다. 이렇게 얻어진 결정성은 소자의 기능을 구성하는 GaN층에 대하여 충분하다.
도 2의 측정 조건들은 다음과 같다.
기판 : 사파이어a면
AlN층 두께 : 640Å
스퍼터 가스 : Ar(8 sccm)/N2(10 sccm)
DC 파워 : 0.5W(전극면적 182 ㎠)
도 2로부터 명백한 바와 같이, 종래 기술에서 소위 저온 버퍼층의 결정성보다 우수하거나 동일한 결정성을 가지는 GaN층은 스퍼터법에 의해 AlN층을 형성하기 위한 기판 온도가 400℃보다 높을 때 얻어진다. 기판 온도의 상한이 특별히 한정적이지 않을지라도, 기판 온도는 1200℃이하로 설정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 기판 온도는 1000℃이하로 설정해야 한다. 가장 바람직하게는, 기판의 온도는 800℃이하로 설정하여야 한다. 기판의 온도의 상한은 스퍼터 시스템의 정격사용 온도를 기초로 결정되어야 한다.
도 2의 결과로부터, 제 1층을 제조하고 제 2층(Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체)을 제조하기 위한 재료와 방법은 기판의 재료, 재료(Ⅲ족 질화물계 화합물), 방법(유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는)에 관계없이 얻을 수 있다고 생각된다.
제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층
제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 소자의 기능을 구성한다. 소자의 예로서는 발광다이오드, 수광 다이오드, 레이져 다이오드, 태양전지와 같은 광소자와, 정류기, 다이리스터, 트랜지스터와 같은 바이폴라 소자와, FET와 같은 유니폴라 소자와, 마이크로웨이브 소자와 같은 전자 소자를 포함한다. 또한, 본 고안은 이들 소자의 중간체인 적층체에도 적용할 수 있다.
또한, 호모 구조 또는 MIS접합, PIN 접합 또는 p-n접합을 가지는 싱글 또는 더블 헤테로 구조는 발광다이오드 소자의 구조로 사용할 수 있다. 양자정(Quantum well) 구조(싱글 또는 멀티 양자정구조)도 발광층으로서 사용할 수 있다.
상기한 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층에서 사용된 것과 동일한 재료를 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성하기 위한 재료로 사용할 수 있다. 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 임의의 도펀트를 포함하고, n-형 불순물로서 Si, Ge, Se, Te, C 등과, p-형 불순물로서 Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.
더욱 우수한 결정성을 얻기 위하여, GaN층 또는 AlXGa1-XN(0X1)층은 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층과 접촉하는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 사용한다.
비록, 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성하기 위한 방법이 특별히 한정적이지 않을지라도, 이러한 층은 유기금속 화학증착법(MOCVD법) 또는 분자선 에피택셜법(MBE법), 할로겐화합물 증착 에피택셜법(HVPE법), 액상 에피택셜법 등과 같은 공지의 방법으로 형성할 수도 있다.
제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 MOCVD법에 의해 형성될 때 상승하는 기판 온도로 열처리된다.
수소 또는 질소의 단일 가스 또는 수소와 질소의 혼합가스는 MOCVD법이 실시될 때 캐리어 가스로서 사용된다.
환언하면, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 상기한 바와 같이 결정화되도록 수소 또는 질소 가스를 포함하는 혼합 가스와 질소재료가스(암모니아, 히드라진 등) 분위기에서 열처리된다. 이 경우에 있어서, 상기 층의 열처리 온도는 1000℃ 내지 1250℃의 범위로 설정하면 양호하다.
이하에서 본 고안의 실시예를 설명한다.
실시예는 발광 다이오드(10, 발광소자)이며, 그 구조를 도 3에 도시하였다.
각층의 명세는 다음과 같다.
층 성분 도펀트 (두께)
광투과 전극 19
p-형 클래드층 18 p-GaN Mg (0.3 ㎛)
발광층 17양자정층배리어층양자정층 및 배리어층의 반복수 초격자 구조In0.15Ga0.85NGaN1 내지 10 (35 Å)(35 Å)
n-형 클래드층 16 n-GaN Si (4 ㎛)
버퍼층 15 AlN (640 Å)
기판 11 사파이어(a면) (300 ㎛)
n-형 클래드층(16)은 발광층(17)측의 저전자 농도 n-층과 버퍼층(15)측의 고전자 농도 n+층의 2층 구조로 할 수 있다.
발광층(17)은 초격자 구조에 한정되는 것은 아니다. 싱글 또는 더블 헤테로 구조, 호모 접합 구조 등이 발광층의 구조로 사용될 수 있다.
광밴드 갭을 가지며 마그네슘과 같은 액셉터로 도핑된 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 발광층(17)과 p-형 클래드층(18) 사이에 개재시킬 수 있다. 이러한 기술은 발광층(17)내로 유동하는 전자가 p-형 클래드층(18)내로 확산되는 것을 방지하도록 사용된다. 또한, p-형 클래드층(18) 자체를 Mg이 도핑된 p-AlGaN으로 형성하여도 좋다.
p-형 클래드층(18)은 발광층(17)측의 저 홀(hole) 농도의 p-층과 전극측상의 고 홀 농도의 p+층으로 된 2층 구조로 할 수도 있다.
상기한 구조를 가진 발광 다이오드는 다음과 같이 제조한다.
우선, 사파이어 기판은 DC 마그네트론 스퍼터 시스템의 반응로내에 넣고 버퍼층(15)을 다음의 조건으로 형성한다.
기판 : 사파이어a면
기판온도 : 430℃
AlN층의 두께 : 640Å
스퍼터 가스 : Ar(8 sccm)/N2(10 sccm)
DC 파워 : 0.5W(전극면적 약 182㎠)
그런 다음에, 기판을 MOCVD시스템내로 이송하고, n-형 클래드층(16)과 그 위의 층들에 의해 구성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 캐리어 가스로서 수소 가스를 가지고 범용적 방법에 의해 형성된다.
마스크를 형성하고 나서, p-형 클래드층(18)과, 발광층(17, 활성층)과 n-형 클래드층(16)은 반응성 이온 에칭으로 일부가 제거되고 n-형 전극 패드(21)를 형성하는 n-형 클래드층(16)이 나타난다.
반도체 표면에 포토 레지스트를 균일하게 도포한 후에, 포토 레지스트는 p-형 클래드층(18)을 노출시켜 사진 석판술에 의해 p-형 클래드층(18)상의 전극형성 부분을 제거한다. Au/Co 광투과 전극층(19)은 증착장치에 의해 노출된 p-형 클래드층(18)에 형성된다.
p-형 전극 패드(20)와 n-형 전극 패드(21)는 상기한 방법과 동일한 방법으로 증착하여 형성된다.
본 고안의 상기 설명은 발광 소자를 예를 들어 설명하였을지라도, 본 고안은 여러가지 종류의 반도체 소자에 적용할 수 있으며 반도체 소자의 중간체인 적층체에도 적용할 수 있다.
본 고안은 본 고안을 구현하기 위한 실시예와 양태에 한정되는 것이 아니며, 본 고안의 사상을 벗어남이 없이 본 기술 분야에 숙달된 자들에 의해 행해질 수 있는 여러가지 변경도 포함한다.
이하에서 다음 사항을 개시한다.
(1) 400℃이상의 온도에서 스퍼터법에 의해 사파이어 기판상에 형성된 AlN버퍼층과; 사파이어 기판이 가열되어 있는 동안에 MOCVD법에 의해 버퍼층에 형성된 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 포함하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
(2) 상기 버퍼층이 사파이어 기판의a면상에 형성되는 상기 (1) 기재의 소자.
(3) 상기 버퍼층과 적어도 접촉하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 형성될 때 수소 또는 질소로 이루어진 캐리어 가스가 MOCVD법에서 사용되는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 소자.
(4) 기판과; 50Å 내지 3000Å의 두께를 가지며 금속 갈륨, 금속 알루미늄 및 금속 인듐 중 어느 하나를 원료로 사용하는 방법에 의해 기판상에 형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층과; 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 포함하는 적층체.
(5) 상기 기판이 사파이어로 이루어진 상기 (4) 기재의 적층체.
(6) 상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 상기 사파이어 기판의a면에 형성되는 상기 (5) 기재의 적층체.
(7) 유기 금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법이: 반응 스퍼터법을 포함하는 스퍼터법; 이온 도금법; 레이저 애블레이션법 중에서 선택되는 상기 (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(8) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 AlXGa1-XN(0X1)으로 구성되는 상기 (4) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(9) 상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 AlN으로 구성되는 상기 (4) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(10) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께가 100Å 이상 1000Å 미만인 상기 (4) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(11) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 400℃ 이상의 온도에서 열처리된 기판상에 형성되는 상기 (4) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(12) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 수소 가스와 암모니아 가스의 혼합 가스 분위기에서 1000℃ 내지 1250℃의 온도로 열처리되는 상기 (4) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(13) 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 MOCVD법에 의해 형성되는 상기 (4) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(14) 사파이어 기판과; 스퍼터법에 의해 사파이어 기판상에 형성되고 50Å 내지 3000Å의 두께를 가지는 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층과; 사파이어 기판이 1000℃ 내지 1250℃의 온도에서 유지되는 동안 MOCVD법에 의해 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성되는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 포함하는 적층체.
(15) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층이 AlN으로 제조되는 상기 (14) 기재의 적층체.
(16) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께가 100Å 이상이고 1000Å 미만인 상기 (14) 또는 (15) 기재의 적층체.
(17) 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 형성하기 위해 MOCVD법에서 수소 또는 질소로 이루어진 캐리어 가스가 사용되는 상기 (14) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
이하에서 본 고안에 따른 장치의 다른 하나의 실시예를 상세히 설명한다.
단계 1
단계 1에서, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 다른 어떤 방법에 의해 기판상에 형성된다.
제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물의 개념은 AlXGaYIn1-X-YN(0＜X＜1, 0＜Y＜1, 0＜X+Y＜1)로 표현되는 4원계 화합물과, AlXGa1-XN, AlXIn1-XN, GaXIn1-XN, (0＜X＜1)로 표현되는 3원계 화합물과, AlN, GaN 및 InN으로 표현되는 2원계 화합물을 포함한다.
제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께는 특별히 한정적이지는 않을지라도, 두께는 MOCVD법에 의해 형성되는 종래 기술의 버퍼층과 같은 방법으로 100Å 내지 3000Å의 범위가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 두께는 100Å 내지 2000Å의 범위이다. 가장 바람직하게는 100Å 내지 300Å의 범위이다.
사파이어 기판상에 다음과 같은 조건으로 DC마그네트론 스퍼터 시스템을 이용하여 고순도의 금속 알루미늄과 질소 가스를 원재료로 하여 반응 스퍼터법을 실행하여 AlN층인 버퍼층을 형성하였다.
AlN 막두께
150Å 600Å 2000Å
막 형성 온도 : 430℃ a b c
막 형성 온도 : 실온 d / /
단계 2
단계 2에서, 상기한 바와 같은 스퍼터법에 의해 형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 수소 또는 질소와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기속에서 열처리된다. 그러므로, 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 결정성이 개선되었다.
표 1의 샘플a및d내의 AlN층(열처리되지 않음)과 샘플a의 AlN층의 각각의 RHEED패턴을 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 1 : 0.3의 분위기속에서 1000℃(5분)로 열처리한 후에 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층의 예로서 촬영하였다. 도 7a는 표 2의 샘플d의 RHEED패턴을 촬영한 사진이다. 도 7b 및 7c는 표 2의 샘플a의 RHEED패턴을 각각 다른 촬영 각도로 촬영한 사진이다. 도 7d 및 7e는 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 1 : 0.3의 분위기속에서 1000℃(5분)로 열처리한 후에 샘플a의 AlN층의 RHEED패턴을 각각 다른 촬영 각도로 촬영한 사진이다.
실온에서 AlN층을 성장시켜 얻어진 샘플d에서, AlN은 AlN층(도 7a)에서 스폿이 관찰되지 않았으므로 비정질이라는 것을 알게 되었다.
430℃로 성장되고 수소 가스와 암모니아 가스(도 7d 및 7e)를 포함하는 혼합 가스 분위기에서 더 열처리한 샘플a의 AlN층의 RHEED 패턴과, 상기와 같은 열처리(도 7b 및 7c)를 하지 않고 얻어진 샘플a의 AlN층의 RHEED 패턴을 비교하면, AlN층을 수소 가스와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기속에서 열처리 할 때에 AlN층의 결정성이 개선된다는 것을 확인할 수 있었다.
수소 가스 또는 질소 가스를 암모니아 가스에 혼합하는 비율은 유량비가 1 : 1 내지 1 : 0.1의 범위가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합 비율은 1 : 0.5 내지 1 : 0.1 의 범위이다. 가장 바람직하게는, 수소 가스 또는 질소 가스 또는 질소 가스 대 암모니아 가스의 혼합 비율은 1 : 0.3이다.
열처리 조건은 1000℃ 내지 1250℃ 범위이다. 더욱 바람직하게는, 1050℃ 내지 1200℃ 범위이다. 가장 바람직하게는, 1100℃ 내지 1150℃ 범위이다.
단계 3
단계 3에서, 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성된다.
제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 일반식 AlXGaYIn1-X-YN(0X1, 0Y1, 0X+Y1)으로 나타내고, 붕소(B), 탈륨(Tl)과 같은 다른 Ⅲ족 원소를 포함 할 수 있으며, 여기에서 질소(N)의 일부는 황(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 또는비스무스(Bi)로 치환될 수 있다. Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체는 임의의 도펀트를 포함할 수 있다.
Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성하는 방법은 특별히 한정되어 있지는 않다. 예를 들면, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 공지의 MOCVD법에 의해 형성된다. 또한, Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 또한 공지의 MBE법, HVPE법 등에 의해 형성할 수도 있다.
MOCVD법이 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 성장시키기 위해 사용될 때, 샘플을 MOCVD 장치의 서셉터에 장착하고 MOCVD 장치의 반응로에서 단계 2를 행하는 것은 제조 단계를 줄여주는 견지에서 바람직하다. 이 경우에 있어서, 열처리 온도의 상한은 반응로의 성능에 기초하여 결정된다. 범용 MOCVD 장치에서, 반응 온도의 상한은 1250℃ 이다. 이는 석영이 구성부품으로 이용되기 때문이다. 석영이 사용되지 않는다면, 더 높은 온도에서 열처리를 할 수 있다.
또한, 열처리 온도가 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 성장되기 위한 온도와 실제적으로 동일하게 설정하였을 때 온도 제어가 용이하여 바람직하다.
표 2 의 샘플a내지d의 각 샘플내의 AlN층은 수소 가스와 암모니아 가스가 혼합되어 1 : 0.3의 비율의 분위기속에서 1000℃(5 분)로 가열되고 MOCVD법에 의해 1 ㎛ 두께의 GaN층이 1100℃에서 성장하였다. 상기한 방법으로 얻어진 GaN층의 표면을 광학 현미경으로 촬영하였다. 도 8은 샘플a를, 도 9는 샘플b를, 도 10은 샘플c를, 도 11은 샘플d를 도시한다.
현미경 사진으로부터, 샘플a내지c의 각각의 AlN층에 형성된 GaN층의 표면은 경면이라는 것을 알았다. 그러므로, 우수한 결정성을 가진 다른 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 GaN층의 표면에서 더 성장시킬 수 있다.
한편, 샘플d의 AlN층상에 형성된 GaN층의 표면은 경면으로 되지 않았다. 이러한 결과는 GaN 성장 온도가 900℃ 내지 1200℃의 범위에 있을 때 같은 경향을 보인다.
이상의 결과로부터, 유기 알루미늄을 원재료로 이용하지 않는 방법에 의해 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층을 형성하기 위한 온도는 200℃ 내지 800℃의 범위가 바람직하다. 더 바람직하게는, 온도는 300℃ 내지 800℃ 범위이다. 가장 바람직하게는, 온도는 400℃ 내지 800℃ 범위이다.
표 2 의 샘플a내지c의 각 샘플내의 AlN층은 수소 가스와 암모니아 가스가 혼합되어 1 : 0.3의 비율의 분위기속에서 1000℃(5 분)로 가열되고 MOCVD법에 의해 4 ㎛ 두께의 GaN층이 1100℃에서 성장하였다. GaN층의 두께를 4 ㎛로 한 이유는 일반적인 발광 소자에 있어서 버퍼층상에 통상적으로 형성되는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 그 정도의 두께를 가지기 때문이다. 도 4 내지 6은 상기한 방법에 의해 얻어진 4 ㎛ 두께의 각각의 GaN층들의 로킹 커브이다. 또한, 로킹 커브는 필립스제 X-선 회절 장치(X-pert)를 이용하여 ω- 2θ스캔을 실행하여 얻은 것이다.
도 4 내지 도 6의 GaN층의 결정성은 MOCVD법에 의해 형성된 AlN 등과 같은 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 버퍼층상에 MOCVD법에 의해 형성된 GaN층의 결정성보다 더 우수 또는 동등하다. 즉, 도 4 내지 6의 결과는 소정의 분위기속에서 열처리하고 스퍼터처리하여 형성된 버퍼층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 충분히 실용화될 수 있다는 것을 뒷받침 해준다.
반도체 소자는 상기한 방법으로 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층에 의해 구성된다. 공지의 더블 헤테로 구조 또는 공지의 초격자 구조는 발광 소자의 경우에 사용할 수 있다. 또한, FET 구조로 대표되는 기능 소자를 구성할 수도 있다.
도 3에 도시된 발광 소자(10)는 본 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된다. 본 실시예의 발광 소자(10)의 각층의 명세는 다음과 같다.
층 성 분 도 펀 트 (두 께)
광투과 전극 19
p-형 클래드층 18 p-GaN Mg (3,000Å)
발광층 17양자정층배리어층양자정층 및 배리어층의반복수 초격자 구조In0.15Ga0.85NGaN1 내지 10 (35Å)(35Å)
n-형 클래드층 16 n-GaN Si (25,000Å)
버퍼층 15 AlN (150Å)
기판 11 사파이어(a면) (300㎛)
발광 소자(10)의 제조에 있어서, 우선 사파이어 기판(11)을 DC마그네트론 스퍼터 시스템에 장착한다. 고순도 알루미늄을 타깃으로 하고 아르곤 가스와 수소 가스를 스퍼터 가스로 사용하여 사파이어 기판상에 AlN 버퍼층(15)을 형성한다. 이 경우에, 기판은 430℃를 유지한다.
그 다음에, 버퍼층(15)을 가지는 기판(11)을 스퍼터 시스템으로부터 꺼내고 MOCVD 장치의 반응실 서셉터에 장착한다. 기판(11)을 1000℃ 이상으로 가열하고 수소 가스를 분당 10 리터와 암모니아를 분당 3 리터씩 유동시키면서 5분간 방치한다.
그런 다음에, n-형 클래드층(16)과, 발광층(17)과, p-형 클래드층(18)을 MOCVD법의 보통의 방법에 의해 성장시킨다.
p-형 클래드층(18)을 형성한 다음에, p-형 클래드층(18)과, 발광층(17)과, n-형 클래드층(16)의 일부는 반응 이온 에칭에 의해 제거된다. 그리고나서, n-형 전극 패드(21)는 증착법에 의해 n-형 클래드층(16)의 에칭된 표면상에 형성된다.
금을 포함하는 박막으로 구성된 광투과 전극(19)은 p-형 클래드층(18)의 실질적으로 전체 상부 평면을 덮도록 적층된다. 또한 금을 포함하는 재료로 구성된 p-형 전극 패드(20)는 증착법에 의해 광투과 전극(19)상에 형성된다.
본 고안에 따라 더욱 우수한 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성할 수 있다는 사실로부터, 종래 기술의 발광 다이오드보다 더 우수하거나 그와 동등한 발광 효율을 가진 발광 다이오드를 제조할 수 있으며, 따라서, 본 고안은 산업상 이용성이 매우 높은 것으로 판명되었다.
본 고안에 따른 소자는 상기한 발광 다이오드에 한정되는 것이 아니라 수광 다이오드, 레이져 다이오드, 태양 전지와 같은 다른 광학 소자와, 다이리스터, 트랜지스터 등과 같은 바이폴라 소자와, FET 등과 같은 유니폴라 소자와, 마이크로 웨이브 소자와 같은 전자 소자에도 적용할 수 있다.
또한, 본 고안은 이들 소자의 중간체로서의 적층체에도 적용할 수 있다.
본 고안은 본 고안의 실시예 및 실시형태에 한정되는 것이 아니라 실용신안등록청구의 범위를 일탈하지 않는 범위에서 본 기술 분야에 숙달된자들이 생각해 낼 수 있는 여러가지 변경을 포함한다.
이하에서 다음 사항을 개시한다.
(18) Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자로서, 기판이 사파이어인 소자.
(19) Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체가 사파이어 기판의a면상에 형성되는 상기 (18) 기재의 소자.
(20) 유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법이: 반응 스퍼터법을 포함하는 스퍼터법; 이온 도금법; 레이져 절제법으로 구성된 그룹에서 선택되는 상기 (18) 또는 (19) 기재의 소자.
(21) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 AlXGa1-XN(0X1)로 구성되는 상기 (18) 내지 (20) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(22) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 AlN으로 구성되는 상기 (24) 내지 (20) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(23) 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 유량비로서 1 : 0.1 내지 1 : 1인 상기 (18) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(24) 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 유량비로서 1 : 0.1 내지 1 : 0.5인 상기 (18) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(25) 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 유량비로서 약 1 : 0.3인 상기 (18) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(26) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 1000℃ 내지 1250℃ 범위의 온도에서 열처리되는 상기 (18) 내지 (25) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(27) 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 유기금속 화합물을 원재료로 사용하는 방법에 의해 형성되는 상기 (18) 내지 (26) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(28) 유기금속 화합물을 원재료로 사용하는 방법이 MOCVD법인 상기 (27)에 기재된 소자.
(29) MOCVD법에 의해 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 온도가 1000℃ 이상인 상기 (28)에 기재된 소자.
(30) 유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법이 DC 마그네트론 스퍼터법인 상기 (20)에 기재된 소자.
(31) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 도펀트로서 Ⅱ족 원소, Ⅳ족 원소 및 Ⅵ족 원소로 구성된 그룹으로부터의 적어도 한 성분을 포함하는 상기 (18) 내지 (30) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(32) AlN으로 이루어진 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 도펀트로서 Si, Ge, S, Te, Mg 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터의 하나의 성분을 포함하는 상기 (18) 내지 (30) 중 어느 하나에 기재된 소자.
(33) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체의 버퍼층과, 상기 버퍼층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 구비한 적층체로서, 버퍼층이 유기금속 화합물을 사용하지 않는 방법에 의해 형성되고 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 형성되기 전에 수소 가스와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기속에서 열처리되는 적층체.
(34) 기판이 사파이어인 상기 (33) 기재의 적층체.
(35) Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체가 사파이어 기판의a면상에 형성되는 상기 (34) 기재의 적층체.
(36) 유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법이: 반응 스퍼터법을 포함하는 스퍼터법; 이온 도금법; 레이져 절제법으로 구성된 그룹에서 선택되는 상기 (33), (34), (35) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(37) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 AlXGa1-XN(0X1)으로 구성되는 상기 (33), (34) 내지 (36) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(38) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 AlN으로 구성되는 상기 (52), (34) 내지 (36) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(39) 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 유량비로서 1 : 0.1 내지 1 : 1인 상기 (33), (34) 내지 (38) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(40) 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 유량비로서 1 : 0.1 내지 1 : 0.5인 상기 (33), (34) 내지 (38) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(41) 수소 가스 대 암모니아 가스의 혼합비가 유량비로서 약 1 : 0.3인 상기 (33), (34) 내지 (38) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(42) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 1000℃ 내지 1250℃ 범위의 온도에서 열처리되는 상기 (33), (34) 내지 (41) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(43) 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 유기금속 화합물을 원재료로 사용하는 방법에 의해 형성되는 상기 (33), (34) 내지 (42) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(44) 유기금속 화합물을 원재료로 사용하는 방법이 MOCVD법인 상기 (43) 기재의 적층체.
(45) MOCVD법에 의해 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 온도가 1000℃ 이상인 상기 (44)에 기재된 적층체.
(46) 유기금속 화합물을 원재료로 사용하지 않는 방법이 DC 마그네트론 스퍼터법인 상기 (36)에 기재된 적층체.
(47) 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 도펀트로서 Ⅱ족 원소, Ⅳ족 원소 및 Ⅵ족 원소로 구성된 그룹으로부터의 적어도 한 성분을 포함하는 상기 (33), (34) 내지 (46) 중 어느 하나에 기재된 적층체.
(48) AlN으로 이루어진 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 도펀트로서 Si, Ge, S, Te, Mg 및 Zn으로 구성된 그룹으로부터의 하나의 성분을 포함하는 상기 (33), (34) 내지 (46) 중의 어느 하나에 기재된 적층체이다.
본 고안에 따라 더욱 우수한 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 형성할 수 있다는 사실에 따라서, 종래 기술의 발광 다이오드보다 더 우수하거나 그와 동등한 발광 효율을 가진 발광 다이오드를 제조할 수 있어서, 본 고안은 산업상 이용성이 매우 높다.

Claims (14)

  1. Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자에 있어서,
    기판과;
    50Å 내지 3000Å의 두께를 가지며 금속 갈륨, 금속 알루미늄 및 금속 인듐 중 어느 하나를 원료로 사용하는 방법에 의해 상기 기판상에 형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층과;
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 포함하며,
    상기 금속 갈륨, 금속 알루미늄 및 금속 인듐 중 어느 하나를 원료로 사용하는 방법은: 반응 스퍼터법을 포함하는 스퍼터법; 이온 도금법; 및 레이저 애블레이션법 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 상기 사파이어 기판의a면에 형성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 AlXGa1-XN(0X1)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 AlN으로 구성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께는 100Å 이상 1000Å 미만인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 400℃ 이상의 온도에서 열처리된 상기 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 수소 가스 또는 질소 가스와 암모니아 가스의 혼합 가스 분위기속에서 1000℃ 내지 1250℃의 온도에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층은 MOCVD법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  10. 사파이어 기판을 가진 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자에 있어서,
    50Å 내지 3000Å의 두께를 가지며 스퍼터법에 의해 상기 사파이어 기판상에형성된 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층과;
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층상에 형성되는 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층은 AlN으로 구성되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물층의 두께는 100Å 이상 1000Å 미만인 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체를 형성하기 위해 MOCVD법에서 수소 또는 질소의 캐리어 가스가 사용되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
  14. 제 1의 Ⅲ족 질화물계 화합물로 이루어진 버퍼층과; 상기 버퍼층상에 형성된 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층을 포함하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자에 있어서,
    상기 버퍼층은 금속 갈륨, 금속 알루미늄 및 금속 인듐 중 어느 하나를 원료로 사용하는 방법에 의해 형성되고 제 2의 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체층이 형성되기 전에 수소 가스 또는 질소 가스와 암모니아 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기속에서 열처리되며,
    상기 금속 갈륨, 금속 알루미늄 및 금속 인듐 중 어느 하나를 원료로 사용하는 방법은: 반응 스퍼터법을 포함하는 스퍼터법; 이온 도금법; 및 레이저 애블레이션법 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자.
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