KR20040078210A - 화합물 반도체 기판 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화합물 반도체 기판 제조 방법에 관한 것으로, 이종기판 상부에 일정하게 유지되는 제 1 온도에서 화합물 반도체 완충층을 성장시키는 제 1 단계와; 상기 화합물 반도체 완충층의 상부에 상기 제 1 온도에서 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도까지 선형적으로 온도를 증가시켜 제 1 화합물 반도체층을 성장시키는 제 2 단계와; 상기 제 1 화합물 반도체층의 상부에 제 2 화합물 반도체층을 성장시키는 제 3 단계로 구성된다.
따라서, 본 발명은 사파이어 기판의 상부에 형성된 화합물 반도체 완충층의 상부에 선형적으로 온도를 증가시켜 상기 화합물 반도체 완충층과 결합도가 증가되는 화합물 반도체층을 성장시킨 후, 이 화합물 반도체층의 상부에 격자가 더 안정적인 화합물 반도체층이 성장됨으로써, 양질의 화합물 반도체 기판을 제조할 수 있는 효과가 발생한다.
Description
본 발명은 화합물 반도체 기판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 기판의 상부에 형성된 화합물 반도체 완충층의 상부에 선형적으로 온도를 증가시켜 상기 화합물 반도체 완충층과 결합도가 증가되는 화합물 반도체층을 성장시킨 후, 이 화합물 반도체층의 상부에 격자가 안정적인 화합물 반도체층이 성장됨으로써, 양질의 화합물 반도체 기판을 제조할 수 있는 화합물 반도체 기판 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화갈륨(GaN)은 넓고 직접적인 에너지 밴드갭과 원자간의 큰 상호결합력 그리고 높은 열 전도성으로 인해 광 소자 및 고온, 고전력 소자로서 이상적인 특성을 갖고 있다.
이러한 이유로 최근 그 상업적인 개발을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다.
특히, 이러한 질화갈륨을 이용하여 제조되는 소자의 효율을 높이기 위해서는 동종물질의 기판인 질화갈륨 기판이 필수적이라 할 수 있다.
도 1은 일반적인 질화갈륨 기판을 제조하기 위한 장치의 단면도로서, 챔버(20)의 일 측면에 제 1 가스 공급관(21)과 제 2 가스 공급관(22)이 장착되고, 상기 챔버(20)의 타 측면에 가스 배출관(26)이 장착되어 있다.
상기 챔버(20)의 외부에서 NH3가스가 상기 제 1 가스 공급관(21)을 통하여 챔버(20) 내부로 공급된다.
그리고, HCl가스는 상기 제 2 가스 공급관(22)을 통하여 챔버(20) 내부로 공급되는데, 상기 제 2 가스 공급관(22)의 내부에는 갈륨(27)이 담겨져 있는 보트(23)가 설치되어 있다.
그러므로, HCl 가스가 상기 제 2 가스 공급관(22)을 흐를 때, 승화된 갈륨(27)과 반응하여 GaCl 가스를 생성하고, 결국, 상기 챔버(20) 내부로는 GaCl 가스가 토출된다.
한편, 상기 챔버(20)의 내부에는 사파이어 기판(25)이 올려져 있는 서셉터(24)가 설치되어 있다.
따라서, 상기 제 1 가스 공급관(21)에서 토출된 NH3가스와 상기 제 2 가스 공급관(22)에서 토출된 GaCl 가스가 반응하여 상기 사파이어 기판(25)의 상부에는 질화갈륨층이 성장되어, 질화갈륨 기판이 제조된다.
이렇게 질화갈륨 기판을 제조하기 위한, 질화갈륨 성장 기판으로 사파이어(Al2O3)기판을 사용하고 있으나, 사파이어 기판은 성장되는 질화갈륨과 격자불일치와 열팽창계수의 차이가 있고, 이로 인해 성장된 질화갈륨은 많은 전위(Dislocation) 그리고 크랙(Crack)들과 더불어 성장된 질화갈륨 기판에서의 휘어짐(Bending) 현상이 발생하게 된다.
그러므로, 이러한 문제를 최소화시키기 위하여 질화갈륨 성장 전에 사파이어 기판 상부에 다양한 완층층을 만들어 주거나 LEO(Lateral Epitaxial Overgrowth)와 펜디오(PENDEO) 방식으로 기판을 제조하여 크랙 및 휘어짐을 줄이고 있다.
그런데, 전술된 완충층은 700℃이하의 저온에서 완충층을 성장시키고, 암모니아 분위기 또는 질소 분위기에서 1000℃ 이상의 고온으로 급격히 온도를 올린 후에 본격적인 질화갈륨의 성장이 이루어지고 있어, 완충층의 상부에 성장된 질화갈륨은 격자가 불안정하고, 완충층과 성장된 질화갈륨의 결합도가 저하되어 막의 질(質)이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사파이어 기판의 상부에 형성된 화합물 반도체 완충층의 상부에 선형적으로 온도를 증가시켜 상기 화합물 반도체 완충층과 결합도가 증가되는 화합물 반도체층을 성장시킨 후, 이 화합물 반도체층의 상부에는 격자가 안정적인 화합물 반도체층이 성장됨으로써, 양질의 화합물 반도체 기판을 제조할 수 있는 화합물 반도체 기판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 이종기판 상부에 일정하게 유지되는 제 1 온도에서 화합물 반도체 완충층을 성장시키는 제 1 단계와;
상기 화합물 반도체 완충층의 상부에 상기 제 1 온도에서 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도까지 선형적으로 온도를 증가시켜 제 1 화합물 반도체층을 성장시키는 제 2 단계와;
상기 제 1 화합물 반도체층의 상부에 제 2 화합물 반도체층을 성장시키는 제 3 단계로 구성된 화합물 반도체 기판의 제조방법이 제공된다.
도 1은 일반적인 질화갈륨 기판을 제조하기 위한 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질화갈륨층의 성장 온도와 성장 시간에 대한 그래프도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 완충층 성장구간
200 : 제 1 화합물 반도체층 성장구간
300 : 제 2 화합물 반도체층 성장구간
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 질화갈륨층의 성장 온도와 성장 시간에 대한 그래프도로서, 먼저, 성장시킬 화합물 반도체인 질화갈륨과 이종기판인 사파이어 기판 상부에 제 1 온도(600℃ 미만의 특정온도)로 온도를 일정하게 유지시켜 질화갈륨으로완충층을 성장시킨다.(도 2의 '100'구간)
그 후, 상기 질화갈륨 완충층의 상부에 상기 제 1 온도에서 상기 제 1 온도보다 높은 온도인 제 2 온도(600 ~ 1100℃ 범위내의 특정온도)까지 선형적으로 온도를 증가시켜 제 1 화합물 반도체층인 질화갈륨층을 성장시킨다.(도 2의 '200'구간)
여기서, 상기 3족원소와 5족원소의 반응 비율을, 5족원소/3족원소 = 5 ~ 30으로 설정하여 제 1 화합물 반도체층 성장시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 화합물 반도체층은 1시간 ~ 3시간 동안 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 장비내에서 성장시키는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 제 1 화합물 반도체층인 질화갈륨층의 상부에 격자가 안정한 제 2 화합물 반도체층을 성장시킨다.(도 2의 '300'구간)
그러므로, 본 발명은 상기 질화갈륨 완충층 상부에 선형적으로 온도를 증가시켜 상기 질화갈륨 완충층과 결합도를 우수히하여 질화갈륨층을 성장시키고, 그 질화갈륨층의 상부에 격자가 안정적인 양질의 질화갈륨층을 성장시킬 수 있게 된다.
따라서, 최종적으로 제조가 완성된 질화갈륨층의 표면은 격자가 안정적이어서, 이 질화갈륨 기판에 제조되는 소자는 특성이 우수하게 된다.
본 발명은 사파이어 기판의 상부에 형성된 화합물 반도체 완충층의 상부에 선형적으로 온도를 증가시켜 상기 화합물 반도체 완충층과 결합도가 증가되는 화합물 반도체층을 성장시킨 후, 이 화합물 반도체층의 상부에는 격자가 안정적인 화합물 반도체층이 성장되어, 양질의 화합물 반도체 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (6)
- 이종기판 상부에 일정하게 유지되는 제 1 온도에서 화합물 반도체 완충층을 성장시키는 제 1 단계와;상기 화합물 반도체 완충층의 상부에 상기 제 1 온도에서 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도까지 선형적으로 온도를 증가시켜 제 1 화합물 반도체층을 성장시키는 제 2 단계와;상기 제 1 화합물 반도체층의 상부에 제 2 화합물 반도체층을 성장시키는 제 3 단계로 구성된 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 화합물 반도체는 GaN인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 단계는,3족원소와 5족원소의 반응 비율을, 5족원소/3족원소 = 5 ~ 30으로 설정하여 제 1 화합물 반도체층 성장시키는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 온도는 600℃ 미만의 특정온도이고,상기 제 2 온도는 600 ~ 1100℃인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 단계에서, 상기 제 1 화합물 반도체층을 성장시키는 시간은 1시간 ~ 3시간 인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 이종기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체 기판 제조 방법.
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| KR1020030013018A KR20040078210A (ko) | 2003-03-03 | 2003-03-03 | 화합물 반도체 기판 제조 방법 |
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| KR1020030013018A KR20040078210A (ko) | 2003-03-03 | 2003-03-03 | 화합물 반도체 기판 제조 방법 |
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| KR (1) | KR20040078210A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100593920B1 (ko) * | 2004-07-05 | 2006-06-30 | 삼성전기주식회사 | 고절연성 ＧａＮ 박막의 성장 방법 |
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2003
- 2003-03-03 KR KR1020030013018A patent/KR20040078210A/ko not_active Application Discontinuation
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