KR20040101603A - Manufacturing of compound semiconductors using ozone activation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 p-n 접합을 갖는 화합물 반도체의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양호한 저항 특성을 갖는 p형 화합물 반도체층을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor having a p-n junction, and more particularly to a method for producing a p-type compound semiconductor layer having good resistance characteristics.
이하, 화합물 반도체란 용어는 특별히 한정하지 않는 한 Zn-Se와 같은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, Ga-N과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Si-C와 같은 Ⅳ-Ⅳ족 화합물 반도체를 통칭하는 용어로 사용된다.The term compound semiconductor is hereinafter referred to collectively as group II-VI compound semiconductors such as Zn-Se, group III-V compound semiconductors such as Ga-N and group IV-IV compound semiconductors such as Si-C, unless otherwise specified. It is used as a term.
Ga-N, Al-N 및 In-N 화합물 또는 이들 화합물들간의 고용체로 대표되는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 고출력을 갖는 청색 발광 소자로서 각광 받아 왔다. 이들 화합물 반도체는 사파이어 또는 SiC 기판 위에 순차 적층된 n형 반도체층, i형 반도체층 및 p형 반도체층을 기본 구조로 가진다.Group III-V compound semiconductors represented by Ga-N, Al-N and In-N compounds or solid solutions between these compounds have been spotlighted as blue light emitting devices having high output. These compound semiconductors have an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer sequentially stacked on a sapphire or SiC substrate.
이들 각 반도체층은 통상 유기금속 화합물 가스를 기판상에 흘려 반도체층을 애피택셜 성장시키는 유기금속화학기상증착법(MOCVD)에 의해 형성된다. 이 때, p형 반도체층의 형성을 위한 도펀트로는 Zn 또는 Mg이 주로 사용되며, n형 반도체층의 형성을 위한 도펀트로는 Si이 있다. 이들 도펀트는 가스 형태로 공급되며, 각 층의 형성시 인시튜로 도핑되고 있다.Each of these semiconductor layers is usually formed by organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) in which an organometallic compound gas is flowed onto a substrate to epitaxially grow a semiconductor layer. At this time, Zn or Mg is mainly used as a dopant for forming a p-type semiconductor layer, and Si is used as a dopant for forming an n-type semiconductor layer. These dopants are supplied in gaseous form and are doped in situ in the formation of each layer.
종래부터 이와 같은 p형 반도체층을 구비하는 화합물 반도체에서 p형 반도체층이 높은 저항을 갖는다는 문제점이 지적되어 왔다. 이러한 p형 반도체층의 높은 저항은 필연적으로 이로부터 제조된 발광 소자의 출력을 저하시키게 된다.Conventionally, the problem that the p-type semiconductor layer has high resistance in the compound semiconductor provided with such a p-type semiconductor layer has been pointed out. The high resistance of this p-type semiconductor layer inevitably lowers the output of the light emitting device manufactured therefrom.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 전자빔을 웨이퍼에 조사하여 p형화합물 반도체층의 저항을 감소시키는 방법이 제안되었다. 그러나, 웨이퍼 전체에 대해 전자빔을 조사하는 데에는 오랜 작업 시간이 소요되므로 이 방법은 생산성 측면에서 바람직하지 않다. 더욱이, 전자빔의 조사로 인한 효과는 p형 반도체층의 표면에서 일정 깊이에 한정되어, p형 반도체층의 두께 전체에 걸쳐 효과를 거두기는 어렵다.In order to solve this problem, conventionally, a method of reducing the resistance of the p-type compound semiconductor layer by applying an electron beam to the wafer has been proposed. However, this method is not preferable in terms of productivity since it takes a long time to irradiate the electron beam over the entire wafer. Moreover, the effect due to the irradiation of the electron beam is limited to a certain depth on the surface of the p-type semiconductor layer, and it is difficult to achieve the effect over the entire thickness of the p-type semiconductor layer.
한편, 나카무라(Nakamura) 등의 미국특허번호 제5,306,662호와 동 제5,468,678호는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 및 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체에서 p 도핑된 화합물 반도체층을 후속 열처리하여 p형 화합물 반도체층의 저항을 감소시킬 수 있음을 보여 주었다. 상기 나카무라 특허에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체인 Ga1-xAlxN계 p형 반도체층을 질소 또는 진공 분위기 및 400℃이상의 온도에서 열처리를 행함으로써, 열처리를 하지 않은 상태의 p형 반도체층보다 낮은 저항 및 높은 홀(hole) 농도를 갖는 p형 반도체층을 형성할 수 있다. 또한, 이 p형 반도체층으로 제조된 반도체 발광 소자는 우수한 발광 출력을 갖는다.Meanwhile, U.S. Pat.Nos. 5,306,662 and 5,468,678 to Nakamura et al. Disclose that p-doped compound semiconductor layers are subsequently heat-treated in group III-V compound semiconductors and group II-VI compound semiconductors. It has been shown that the resistance can be reduced. According to the Nakamura patent, a p-type semiconductor is not heat-treated by heat-treating a Ga 1-x Al x N-based p-type semiconductor layer, which is a III-V compound semiconductor, at a temperature of 400 ° C. or higher in nitrogen or a vacuum atmosphere. It is possible to form a p-type semiconductor layer having a lower resistance and a higher hole concentration than the layer. Moreover, the semiconductor light emitting element manufactured from this p-type semiconductor layer has excellent light emission output.
그러나, 이 방법은 고온 열처리 공정 중에 p형 반도체층의 Ga-N이 분해되거나 열처리시 노출된 표면층이 손상될 우려가 높다. 이를 회피하기 위해 상기 나카무라 특허들은 p형 반도체층상에 열처리에 대한 보호층으로서 캡층을 추가하는 것을 제시하고 있다. 하지만, 이러한 캡층의 도입 및 제거에는 공정 추가 및 비용 상승의 문제가 수반될 수 밖에 없다. 이밖에도, 고온 열처리에 따라 활성층의 인터페이스 특성 변화 및 도핑 프로파일의 변화가 동반되어 소자 특성의 제어가 곤란해지게 되며, 결국 제조된 소자의 발광 출력에 악영향을 미칠 수 있다.However, this method has a high risk of decomposing Ga-N of the p-type semiconductor layer during the high temperature heat treatment process or damaging the exposed surface layer during heat treatment. To avoid this, the Nakamura patents suggest adding a cap layer as a protective layer against heat treatment on the p-type semiconductor layer. However, the introduction and removal of such a cap layer is accompanied by the problem of process addition and cost increase. In addition, the high temperature heat treatment is accompanied by a change in the interface characteristics of the active layer and a change in the doping profile, making it difficult to control the device characteristics, which may adversely affect the light emitting output of the manufactured device.
따라서, 양호한 저항 특성을 보이는 p형 화합물 반도체층을 제공하는 새로운 방법에 대한 요구가 여전히 존재하고 있다.Therefore, there is still a need for a new method of providing a p-type compound semiconductor layer showing good resistance characteristics.
본 발명은 낮은 저항을 갖는 p형 화합물 반도체층을 구현하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for implementing a p-type compound semiconductor layer having a low resistance.
본 발명은 저저항을 갖는 p형 화합물 반도체층의 구현함과 동시에 웨이퍼의 손상 및 소자의 열화를 방지할 수 있는 p형 화합물 반도체층을 구현하는 방법을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method of implementing a p-type compound semiconductor layer capable of preventing damage to a wafer and deterioration of a device while simultaneously implementing a p-type compound semiconductor layer having a low resistance.
도 1은 본 발명의 화합물 반도체 제조 방법을 적용하여 InGaAlN계 화합물 반도체 발광 소자를 제조하는 공정을 도시한 도면이다.1 is a view showing a process of manufacturing an InGaAlN compound semiconductor light emitting device by applying the compound semiconductor manufacturing method of the present invention.
도 2는 본 발명에서 사용 가능한 오존 처리 장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an ozone treatment apparatus that can be used in the present invention.
도 3은 본 발명의 오존 열처리 공정을 수행할 때의 화합물 반도체 표면 부근의 수소 농도 프로파일을 통상의 열처리의 그것과 비교 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the hydrogen concentration profile near the surface of the compound semiconductor when performing the ozone heat treatment process of the present invention compared with that of the conventional heat treatment.
<도면의 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the symbols in the drawings>
100 : 오존 처리 장치100: ozone treatment device
110 : 오존 발생 유닛110: ozone generating unit
120 : 오존 처리 유닛120: ozone treatment unit
121 : 공정 챔버121: process chamber
122 : 자외선 램프122: UV lamp
125 : 히터125: heater
이러한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 수소를 포함하는 소스 가스를 사용하여 화합물 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판 상에 수소를 포함하는 소스 가스를 사용하여 p 형 불순물을 포함하는 화합물 반도체층을 형성하는 단계와 상기 화합물 반도체층을 오존을 포함하는 가스 분위기에서 열처리하여 상기 반도체층을 활성화시키는 단계를 포함하는 화합물 반도체의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a compound semiconductor device comprising a p-type impurity using a source gas containing hydrogen on a semiconductor substrate in a method of manufacturing a compound semiconductor device using a source gas containing hydrogen. It provides a method for producing a compound semiconductor comprising the step of forming a layer and the heat treatment of the compound semiconductor layer in a gas atmosphere containing ozone.
상기 화합물 반도체층이 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체층일 경우, 본 발명의 오존 열처리 공정은 400℃ 미만의 저온에서도 수행될 수 있다.When the compound semiconductor layer is a III-V compound semiconductor layer, the ozone heat treatment process of the present invention may be performed at a low temperature of less than 400 ℃.
또한, 상기 화합물 반도체층이 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층일 경우, 본 발명의 오존 열처리는 300℃ 미만의 저온에서도 수행될 수 있다.In addition, when the compound semiconductor layer is a II-VI compound semiconductor layer, the ozone heat treatment of the present invention may be performed at a low temperature of less than 300 ℃.
본 발명의 열처리 공정에서 상기 오존 가스는 UV 램프에 의해 조사되어 더욱 활성화될 수 있다.In the heat treatment process of the present invention, the ozone gas may be further activated by irradiation with a UV lamp.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 화합물 반도체 제조 방법을 적용하여 InGaAlN계 화합물 반도체 발광 소자를 제조하는 방법의 일례를 도시한 도면이다. 1 is a view showing an example of a method for manufacturing an InGaAlN compound semiconductor light emitting device by applying the compound semiconductor manufacturing method of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저 준비된 사파이어 기판을 MOCVD장치에 장착한다(단계 (a)). 이어서, 상기 사파이어 기판 상에 상기AlInGaN와 같은 III-질화물 반도체를 성장시킨다(단계(b)). 이와 같은 화합물 반도체층의 형성은 당업계에 널리 알려져 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 화합물 반도체층의 형성을 위한 반응 가스로는 통상의 것, 즉 갈륨소스로는 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa, Ga(C2H5)3), 알루미늄 소스로는 트리메틸알루미늄(trimethyl aluminum, TMAl, Al(C2H5)3), 트리메틸인듐(trimethyl indium; TMIn, In(C2H5)3), 질소 소스로는 암모니아(NH3)가 사용될 수 있다. 반응 가스와 함께 n형 도펀트인 Si은 SiH4가스 형태로 제공되며, p형 도펀트인 Mg은 바이시클로펜타디에닐 마그네슘(bicyclopentadienyl magnesium, Cp2Mg) 형태로 제공될 수 있다. 물론, Mg 외에도 Zn, Cd, Be, Ca 및 Ba과 같은 도펀트가 포함된 소스 가스가 사용될 수도 있다. 반응 가스들을 운반하는 운반 가스로는 수소 혹은 질소 가스가 사용될 수 있다. Referring to FIG. 1, first, a prepared sapphire substrate is mounted on a MOCVD apparatus (step (a)). Subsequently, a III-nitride semiconductor such as AlInGaN is grown on the sapphire substrate (step (b)). Formation of such a compound semiconductor layer is well known in the art, a detailed description thereof will be omitted. The reaction gas for forming the compound semiconductor layer is conventional, that is, trimethylgallium (TMGa, Ga (C 2 H 5 ) 3 ) as the gallium source, trimethyl aluminum (TMAl, Al) as the aluminum source (C 2 H 5 ) 3 ), trimethyl indium (TMIn, In (C 2 H 5 ) 3 ), and ammonia (NH 3 ) may be used as the nitrogen source. Si, which is an n-type dopant, may be provided in the form of SiH 4 gas, and Mg, which is a p-type dopant, may be provided in the form of bicyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg). Of course, in addition to Mg, a source gas containing a dopant such as Zn, Cd, Be, Ca, and Ba may be used. Hydrogen or nitrogen gas may be used as the carrier gas for carrying the reaction gases.
이어서, 상기 각 화합물 반도체층이 형성된 사파이어 기판은 오존 분위기에서 열처리 된다(단계 (c)). 도펀트의 활성화 효과를 얻기 위해 상기 오존 열처리 공정은 약 150℃ 이상의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 오존 열처리 공정 중 상기 기판을 UV 램프로 조사함으로써 오존 가스의 활성화를 도모할 수 있다.Subsequently, the sapphire substrate on which the compound semiconductor layers are formed is heat-treated in an ozone atmosphere (step (c)). In order to obtain an activation effect of the dopant, the ozone heat treatment process is preferably performed at a temperature of about 150 ° C. or more. The ozone gas can be activated by irradiating the substrate with a UV lamp during the ozone heat treatment step.
본 발명에서 사용되는 오존은 임의의 적당한 오존 공급원에 의해 공급될 수 있다. 일례로, 오존 소스는 오존 발생기에 의해 공급될 수 있다. 오존 발생기로부터 생성된 오존 가스는 오존 발생기에 연결된 소스 가스 공급관을 통해 MOCVD 반응 챔버로 유입될 수 있다. 한편으로 본 발명의 오존 열처리를 위해 별도의 오존 처리 장치를 구성할 수도 있다.Ozone used in the present invention may be supplied by any suitable ozone source. In one example, the ozone source may be supplied by an ozone generator. Ozone gas generated from the ozone generator may be introduced into the MOCVD reaction chamber through a source gas supply pipe connected to the ozone generator. On the other hand, a separate ozone treatment device may be configured for the ozone heat treatment of the present invention.
본 발명에서 사용 가능한 오존 처리 장치의 개략도를 도 2에 도시하였다.The schematic diagram of the ozone treatment apparatus which can be used by this invention is shown in FIG.
도 2에 도시된 바와 같이, 오존 처리 장치(100)는 오존 발생 유닛(110) 및 오존 처리 유닛(120)을 구비하고 있다. 오존 발생 유닛(110)은 원료 가스인 산소 및 질소에 고출력의 RF를 가하여 이를 오존으로 변환시키는 장치이다. 오존 발생 유닛(110)은 내부에 농도계(도시하지 않음) 및 레귤레이터(도시하지 않음)를 구비하여 오존 처리 유닛(120) 내에 유입되는 오존의 유량을 제어한다. 오존 처리 유닛(120)은 웨이퍼(W)를 지지하는 작업대(123)가 구비된 공정 챔버(121)를 구비하고 있다. 오존 발생 유닛(110)에서 생성된 오존은 공급 배관(115)을 따라 공정 챔버(121)에 유입되며, 공정 챔버(121)내의 웨이퍼(W)상으로 공급된다. 이 때 웨이퍼(W)는 내부의 히터(124)에 의해 적정 온도로 유지되며, 오존 열처리 중 공정 챔버내의 가스는 펌프(P)에 의해 지속적으로 외부로 배출된다.As shown in FIG. 2, the ozone processing apparatus 100 includes an ozone generating unit 110 and an ozone processing unit 120. The ozone generating unit 110 is a device that applies high-power RF to oxygen and nitrogen as source gas and converts it into ozone. The ozone generating unit 110 includes a densitometer (not shown) and a regulator (not shown) therein to control the flow rate of ozone flowing into the ozone processing unit 120. The ozone treatment unit 120 includes a process chamber 121 provided with a work bench 123 that supports the wafer W. As shown in FIG. Ozone generated in the ozone generating unit 110 flows into the process chamber 121 along the supply pipe 115 and is supplied onto the wafer W in the process chamber 121. At this time, the wafer W is maintained at an appropriate temperature by the heater 124 therein, and the gas in the process chamber is continuously discharged to the outside by the pump P during the ozone heat treatment.
필요에 따라 상기 오존 처리 유닛(110)의 공정 챔버(121) 상부에는 자외선 램프(122)가 부착될 수 있다. 공정 챔버(121) 상부에 부착된 자외선 램프(122)는 유입된 오존 가스를 조사하여 유입된 오존 가스로부터 활성 산소(O*)를 생성하는 데 기여한다.If necessary, an ultraviolet lamp 122 may be attached to an upper portion of the process chamber 121 of the ozone treatment unit 110. The ultraviolet lamp 122 attached to the upper portion of the process chamber 121 serves to generate active oxygen (O * ) from the introduced ozone gas by irradiating the introduced ozone gas.
이상의 설명은 본 발명의 오존 열처리 단계가 별도의 오존 처리 장치에서 수행되는 경우에 대한 것이지만, 본 발명의 오존 열처리 단계는 화합물 반도체층을 형성하는 MOCVD 반응 챔버 내에서 수행될 수도 있다. 이것은 오존 발생기와 오존 발생기로부터 발생된 오존 가스를 반응 챔버에 공급하는 배관 및 UV 램프를 기존의 MOCVD 장비에 추가 장착함으로써 수행될 수 있다.Although the above description is for the case where the ozone heat treatment step of the present invention is performed in a separate ozone treatment apparatus, the ozone heat treatment step of the present invention may be performed in a MOCVD reaction chamber forming a compound semiconductor layer. This can be done by additionally mounting the existing MOCVD equipment with piping and UV lamps that supply the ozone generator and ozone gas generated from the ozone generator to the reaction chamber.
종래에 알려진 바와 같이, p형 화합물 반도체층의 저항이 높은 이유는 소스 가스에 포함되어 있는 수소가 도핑된 Mg, Zn 등의 도펀트와 결합하여 도펀트가 억셉트로서 기능하는 것을 방해하고 있기 때문이다. 본 발명에서 사용되는 오존 가스는 도펀트와 결합된 수소를 해리하여 도펀트를 활성화하는 기능을 한다.As is known in the art, the reason why the p-type compound semiconductor layer is high in resistance is that the dopant is prevented from functioning as an acceptor in combination with hydrogen-doped Mg, Zn and the like. The ozone gas used in the present invention functions to dissociate hydrogen combined with the dopant to activate the dopant.
본 발명에서 오존이 도펀트의 활성화를 돕는다는 것을 설명하는 한가지 메커니즘으로 다음을 들 수 있다. 화합물 반도체의 표면에는 미결합 원자가 제공하는 댕글링 본드(dangling bond)가 존재하며, 이 댕글링 본드는 화학적으로 불안정하여 해리된 수소와의 결합 사이트로서 작용하게 된다. 즉, 도펀트로부터 해리된 수소 원자는 화합물 반도체 표면의 댕글링 본드와 결합함으로써 안정화하려는 경향을 가지게 된다. 본 발명에서 제공되는 오존은 화합물 반도체 표면의 댕글링 본드에 결합된 수소 원자를 산화시켜 제거함으로써, 화합물 반도체 내부의 수소 원자들이 표면으로 확산하는 것을 촉진한다. 이러한 현상은 화합물 반도체의 표면을 중심으로 한 수소 농도 프로파일을 참조하여 설명할 수 있다. 도 3은 이를 설명하기 위한 도면이다.In the present invention, one mechanism for explaining that ozone assists the activation of the dopant is as follows. On the surface of the compound semiconductor, dangling bonds are provided by unbonded atoms, and the dangling bonds are chemically unstable to act as bond sites with dissociated hydrogen. That is, hydrogen atoms dissociated from the dopant have a tendency to stabilize by bonding with dangling bonds on the compound semiconductor surface. The ozone provided in the present invention oxidizes and removes hydrogen atoms bonded to dangling bonds on the compound semiconductor surface, thereby promoting diffusion of hydrogen atoms inside the compound semiconductor to the surface. This phenomenon can be explained with reference to the hydrogen concentration profile centered on the surface of the compound semiconductor. 3 is a diagram for explaining this.
도 3에서 Y축은 수소 농도를 X축은 화합물 반도체 표면으로부터의 거리를 나타낸다. 도 3의 점선 및 실선 그래프는 각각 열처리 과정 중 일정 시점에서의 수소 농도 프로파일을 나타내는데, 점선 그래프는 통상의 열처리 공정에서의 수소 농도 프로파일을 나타내며, 실선 그래프는 본 발명의 오존 열처리 공정에서의 수소 농도 프로파일을 나타낸다. 도시된 실선 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 오존 열처리 공정을 거친 화합물 반도체는 표면 부근에 결합된 수소 원자가 오존에 의해 제거됨으로서 반도체 표면에서의 수소 원자 농도는 거의 영(zero)에 가깝게 된다. 또한, 반도체 표면 부근에서 통상의 열처리(점선 그래프 참조)에서 보다 급격한 농도 경사를 가지고 있다. 이로 인해, 화합물 반도체 내부의 수소 원자가 표면으로 신속하게 확산할 수 있게 된다.In FIG. 3, the Y axis represents hydrogen concentration and the X axis represents distance from the compound semiconductor surface. The dotted line and solid line graphs of FIG. 3 each show a hydrogen concentration profile at a certain time point during the heat treatment process, and the dotted line graph shows the hydrogen concentration profile in a conventional heat treatment process, and the solid line graph shows the hydrogen concentration in the ozone heat treatment process of the present invention. Represents a profile. As can be seen from the solid line graph shown, the compound semiconductor that has undergone the ozone heat treatment process of the present invention has a hydrogen atom concentration near the surface thereof removed by ozone, so that the concentration of hydrogen atoms on the surface of the semiconductor is almost zero. . It also has a steeper concentration gradient in the normal heat treatment (see dashed line graph) near the semiconductor surface. As a result, hydrogen atoms inside the compound semiconductor can be rapidly diffused to the surface.
이와 같이, 본 발명의 열처리 공정에서 공급된 오존은 도펀트와 결합되어 있는 수소를 산화시켜 H2O 등의 화합물을 형성함으로써 기판 표면으로부터 이를 제거할 수 있다. 이러한 특성을 이용함으로써 질소 또는 진공 분위기에서의 열처리하는 종래의 방법에 비해 보다 효율적인 도펀트의 활성화가 가능하게 된다. As such, the ozone supplied in the heat treatment process of the present invention may remove the hydrogen from the substrate surface by oxidizing hydrogen bound to the dopant to form a compound such as H 2 O. By utilizing these properties, the dopant can be activated more efficiently than the conventional method of heat treatment in nitrogen or vacuum atmosphere.
이밖에도, 본 발명은 추가적인 장점을 가진다. 전술한 바와 같이, 종래의 열처리 방법은 고온 열처리란 측면에서 전술한 많은 단점을 가지고 있었다. 그러나, 본 발명의 오존 열처리 공정은 공급되는 오존이 수소와 결합하려는 높은 경향성을이용함으로써 종래의 열처리 온도에 비해 훨씬 낮은 온도에서의 열처리가 가능하게 된다. 본 발명에 따르면, 400℃미만의 온도에서도 도펀트를 활성화하는 것이 가능하다.In addition, the present invention has additional advantages. As described above, the conventional heat treatment method has many disadvantages described above in terms of high temperature heat treatment. However, the ozone heat treatment process of the present invention enables the heat treatment at a temperature much lower than the conventional heat treatment temperature by utilizing the high tendency for the supplied ozone to combine with hydrogen. According to the present invention, it is possible to activate the dopant even at a temperature below 400 ° C.
본 발명의 방법이 수행되는 400℃ 이하의 온도는 화합물 반도체의 분해(decompositon)가 발생하지 않는다는 것을 보증할 수 있는 충분히 낮은 온도이며, 이 온도에서 유입된 오존 가스가 화합물 반도체층 자체를 산화시켜 화합물 반도체의 특성을 열화시킬 가능성은 거의 없다. 또한, 본 발명의 열처리 공정에서는 하부의 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층의 도핑 프로파일이 변화될 염려도 종래에 비해 훨씬 줄어들게 된다.The temperature below 400 ° C. at which the process of the present invention is carried out is at a temperature low enough to ensure that no decomposition of the compound semiconductor occurs, and the ozone gas introduced at this temperature oxidizes the compound semiconductor layer itself, There is little possibility of degrading the characteristics of the semiconductor. In addition, in the heat treatment process of the present invention, the doping profile of the lower n-type semiconductor layer, the active layer and the p-type semiconductor layer is also significantly reduced compared with the prior art.
화합물 반도체 소자의 p형 화합물 반도체층에서 도펀트와 수소 결합을 낳게 되는 수소 제공원은 매우 다양하다. 예를 든 InGaAlN계 화합물 반도체층 증착의 경우, 인듐 소스인 TMIn, 갈륨 소스인 TMG, 알루미늄 소소인 TMA, 및 질소 소스인 NH3를 포함하는 반응 가스 뿐만 아니라 도펀트 가스 및 운반 가스도 수소 제공원으로 작용할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 오존 열처리 공정은 화합물 반도체의 형성에 사용되는 소스 가스에 여하한 형태의 수소가 포함되어 있는 경우에 적용될 수 있다.The hydrogen source resulting in hydrogen bonding with the dopant in the p-type compound semiconductor layer of the compound semiconductor device is very diverse. For example, in the case of InGaAlN-based compound semiconductor layer deposition, a dopant gas and a carrier gas as well as a reactant gas containing indium source TMIn, gallium source TMG, aluminum source TMA, and nitrogen source NH 3 are also used as hydrogen sources. Can work. Therefore, the ozone heat treatment process of the present invention can be applied when the source gas used to form the compound semiconductor contains any form of hydrogen.
Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체의 형성시에도 수소를 포함하는 소스 가스가 공급된다. 예컨대 ZnSe 화합물 반도체의 경우, Zn 및 Se의 소스 가스로 DEZ(diethylzinc) 및 H2Se가 사용될 수 있고, p형 도펀트로인 질소는 통상 암모니아(NH3)형태로 공급될 수 있다. 따라서, p형 ZnSe 반도체층의 형성 중에 소스 가스에 포함된 수소는 상기 반도체층에 도핑되는 질소와 결합할 수 있으며, 이에 따라 전술한 Ⅲ-Ⅴ족 p형 화합물 반도체층의 경우와 마찬가지의 문제가 발생하게 된다.A source gas containing hydrogen is also supplied at the time of forming the II-VI compound semiconductor. For example, in the case of a ZnSe compound semiconductor, DEZ (diethylzinc) and H 2 Se may be used as source gases of Zn and Se, and nitrogen, which is a p-type dopant, may be supplied in the form of ammonia (NH 3 ). Therefore, hydrogen included in the source gas during the formation of the p-type ZnSe semiconductor layer may be combined with nitrogen doped in the semiconductor layer. Will occur.
따라서, ZnSe와 같은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 경우에도 본 발명의 오존 열처리 공정을 적용하여 p형 화합물 반도체층의 저항을 감소시킬 수 있다. 즉, p형 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층이 형성된 반도체 기판을 오존 분위기에서 열처리하면, 공급된 오존 가스는 상기 p형 화합물 반도체층에서 도펀트와 결합하고 있는 수소를 산화시켜 제거함으로써 도펀트를 활성화할 수 있게 된다.Therefore, in the case of the II-VI compound semiconductor layer such as ZnSe, the resistance of the p-type compound semiconductor layer can be reduced by applying the ozone heat treatment process of the present invention. That is, when the semiconductor substrate on which the p-type II-VI compound semiconductor layer is formed is heat-treated in an ozone atmosphere, the supplied ozone gas can activate the dopant by oxidizing and removing hydrogen bonded to the dopant in the p-type compound semiconductor layer. Will be.
또한, 전술한 본 발명의 원리에 따라 공급된 오존 가스는 통상의 열처리 공정에서 보다 수소를 보다 효율적으로 제거하기 때문에, 종래보다 낮은 온도, 즉 300℃ 미만의 온도에서의 p 도펀트 활성화가 가능하게 된다.In addition, the ozone gas supplied according to the above-described principles of the present invention removes hydrogen more efficiently than in a conventional heat treatment process, thereby enabling p dopant activation at a temperature lower than that of the prior art, that is, below 300 ° C. .
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 상술하였지만, 상기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 예시한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 실시예에 다양한 변경이 가해질 수 있다.Although the present invention has been described above through the preferred embodiments of the present invention, the above embodiments are merely exemplified for describing the present invention, and various changes may be made to the above embodiments without departing from the technical spirit of the present invention. Can be.
본 발명의 화합물 반도체 소자의 제조 방법에 따르면, p형 화합물 반도체층을 포함하는 웨이퍼를 오존 분위기에서 열처리함으로써 상기 화합물 반도체층에 도핑된 p형 도펀트와 결합된 수소를 효율적으로 제거하여 낮은 저항을 갖는 p형 화합물 반도체층을 형성할 수 있다.According to the manufacturing method of the compound semiconductor device of the present invention, by heat-treating the wafer containing the p-type compound semiconductor layer in an ozone atmosphere to efficiently remove hydrogen bonded to the p-type dopant doped in the compound semiconductor layer has a low resistance The p-type compound semiconductor layer can be formed.
또한, 본 발명에서 오존 가스는 높은 활성도를 가지고 있어, p형 도펀트에결합된 수소를 매우 낮은 온도에서도 산화시킬 수 있다. 따라서, 열처리 공정에서 기 형성된 각 화합물 반도체층에 손상을 방지할 수 있으며, 각 반도체층의 특성을 열화시키는 일이 없이 낮은 저항을 갖는 p형 화합물 반도체층을 형성할 수 있다.In addition, ozone gas in the present invention has a high activity, it is possible to oxidize hydrogen bonded to the p-type dopant even at a very low temperature. Therefore, damage to each compound semiconductor layer previously formed in the heat treatment step can be prevented, and a p-type compound semiconductor layer having a low resistance can be formed without degrading the characteristics of each semiconductor layer.
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