KR20050077902A - 질화물 반도체 박막의 성장 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질화물 반도체 박막의 성장 방법에 관한 것으로, 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 사파이어 기판 상부에 형성하는 단계와; 상기 사파이어 기판에 형성된 각각의 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하는 단계와; 상기 홈들이 형성되지 않은 상기 사파이어 기판의 상면에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상부에서 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시키는 단계로 구성된다.
따라서, 본 발명은 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 형성하고, 이 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하여 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시켜 고품질의 질화물 반도체 박막을 성장시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

질화물 반도체 박막의 성장 방법 {Method of growing nitride semiconductor thin film}
본 발명은 질화물 반도체 박막의 성장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 형성하고, 이 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하여 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시켜 고품질의 질화물 반도체 박막을 성장시킬 수 있는 질화물 반도체 박막의 성장 방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화물계 반도체는 직접천이형 반도체로서 발광다이오드(LED)나 레이저다이오드(LD)등의 발광소자에 응용되고 있으며, 고온, 고주파 및 고전력 전자소자에의 응용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
최근, 발광소자의 수요증가에 함께 더욱 더 주목받고 있다.
이러한 질화물 반도체 박막은 주로 고온에 안정한 사파이어 기판에서 성장시킨다.
그러나, 질화물 반도체 박막과 사파이어 기판은 열팽창 계수와 격자 상수에 큰 차이를 갖기 때문에, 관통 전위 등의 결함이 많이 발생한다는 단점을 갖고 있다.
그러므로, 이로 인해 소자특성이 저하되는 문제점이 발생된다.
최근, 사파이어 기판과 질화물 반도체 박막의 결함을 줄이기 위하여, 사파이어 기판 상부에 AlxGayIn1-x-yN(0 ≤x ≤ 1, 0 ≤y ≤1, 0 ≤x+y ≤1 ), SiN 또는 이 물질들이 적층된 적층막을 버퍼(Buffer)층으로 형성한 후, 질화물 반도체 박막을 성장하였다.
이렇게, 버퍼층의 상부에 질화물 반도체 박막을 성장시키면, 성장된 질화물 반도체 박막에는 108 - 109cm-2의 관통 전위 밀도를 갖게 되어, 결함 밀도가 감소하게 된다.
이러한 관통 전위를 줄이는 방법으로는 1)사파이어 기판에 패턴을 형성하여 종방향과 횡방향 성장을 조절하는 방법, 2)사파이어 기판 상부에 질화물 반도체 박막을 성장하고, 그 상부에 일정한 형태의 유전막을 형성한 후, 질화물 반도체 박막을 다시 성장하는 LEO(Lateral Epitaxial Overgrowth) 성장법, 3) 사파이어 기판 상부에 질화물 반도체 박막을 성장하고, 질화물 반도체 박막을 일정한 형태로 식각한 후, 다시 질화물 반도체 박막을 성장하는 펜디오(Pendeo) 성장법 등이 사용되고 있다.
한편, 청자색 레이저 다이오드나 고출력, 고효율, 고신뢰성 발광 다이오드 제조하기 위해서는 결함 밀도를 더욱 더 감소시키는 것이 요구되며, 결함 밀도가 현저히 낮은 고품질의 질화물 반도체 박막을 성장시키는 방법이 개발되어야 한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 형성하고, 이 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하여 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시켜 고품질의 질화물 반도체 박막을 성장시킬 수 있는 질화물 반도체 박막의 성장 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 사파이어 기판 상부에 형성하는 단계와;
상기 사파이어 기판에 형성된 각각의 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하는 단계와;
상기 홈들이 형성되지 않은 상기 사파이어 기판의 상면에 버퍼층을 형성하는 단계와;
상기 버퍼층 상부에서 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시키는 단계로 구성된 질화물 반도체 박막의 성장 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1d는 본 발명에 따른 고품질 질화물 반도체 박막 성장 방법의 공정도로서, 먼저, 사파이어 기판(100)을 부분 식각하여 복수개의 홈들(110)을 사파이어 기판(100) 상부에 형성한다.(도 1a)
여기서, 상기 사파이어 기판(100) 상부는 요철 형상이 된다.
그 후, 상기 사파이어 기판(100)에 형성된 각각의 홈들(110) 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부(120)를 형성한다.(도 1b)
이 때, 상기 레그부(120)는 SiO2, Si3N4, TiOx와 ZrOx 등의 산화막 또는 질화막으로 형성하거나 산화막과 질화막으로 이루어진 다층막으로 형성한다.
또한, 상기 레그부(120)는 Ag, Al, Rh, Pt와 Pd 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 막 또는 이들의 다층막으로 형성한다.
이렇게, 금속으로 레그부(120)를 형성하면, 이 후, 질화물 반도체 박막으로 발광 소자를 제조하였을 때, 활성층에서 방출된 광의 반사율을 높일 수 있으므로, 소자의 광효율을 증가시킬 수 있게 된다.
그 다음, 상기 홈들(110)이 형성되지 않은 상기 사파이어 기판(100)의 상면에는 버퍼층(130)을 형성한다.(도 1c)
여기서, 상기 버퍼층(130)은 AlN, GaN과 AlInN 중 선택된 어느 하나로 형성한다.
마지막으로, 상기 버퍼층(130) 상부에서 횡방향으로 상기 레그부(120)의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막(140)을 성장시킨다.(도 1d)
그러므로, 본 발명은 사파이어와 성장되는 질화물 반도체 박막의 계면에서 발생되는 전위(Dislocation)를 홈들과 레그에 의해 차단시켜, 고품질의 질화물 반도체 박막을 성장시킬 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따라 적용된 레그부와 홈의 관계를 설명하기 위한 단면도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 형성된 홈(110)의 내부에 존재하는 레그부(120)의 폭(W1)은 홈(110) 폭(W2)의 1 ~ 100%인 것이 바람직하고, 상기 홈(110)의 내부 바닥면에서 레그부(120)의 상면까지의 높이(H1)는 홈(110)의 내부 바닥면에서 사파이어 기판(100) 상면까지의 높이(H2)의 1 ~ 100%인 것이 바람직하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 형성하고, 이 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하여 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시켜 고품질의 질화물 반도체 박막을 성장시킬 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.
도 1a 내지 1d는 본 발명에 따른 고품질 질화물 반도체 박막 성장 방법의 공정도
도 2는 본 발명에 따라 적용된 레그부와 홈의 관계를 설명하기 위한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 사파이어 기판 110 : 홈
120 : 레그(Leg)부 130 : 버퍼층
140 : 질화물 반도체 박막

Claims (4)

  1. 사파이어 기판을 부분 식각하여 복수개의 홈들을 사파이어 기판 상부에 형성하는 단계와;
    상기 사파이어 기판에 형성된 각각의 홈들 내부에 질화물 반도체의 종방향 성장을 방해하는 레그(Leg)부를 형성하는 단계와;
    상기 홈들이 형성되지 않은 상기 사파이어 기판의 상면에 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층 상부에서 횡방향으로 상기 레그부의 상부를 감싸도록 질화물 반도체 박막을 성장시키는 단계로 구성된 질화물 반도체 박막의 성장 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레그부는,
    SiO2, Si3N4, TiOx와 ZrOx 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 막 또는 그들의 적층막으로 형성된 것이거나,
    또는 Ag, Al, Rh, Pt와 Pd 중 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 막 또는 이들의 다층막으로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 박막의 성장 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼층은,
    AlN, GaN과 AlInN 중 선택된 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 박막의 성장 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사파이어 기판 상부에 형성된 홈의 내부에 존재하는 레그부의 폭(W1)은 홈 폭(W2)의 1 ~ 100%이고,
    상기 홈의 내부 바닥면에서 레그부의 상면까지의 높이(H1)는 홈의 내부 바닥면에서 사파이어 기판 상면까지의 높이(H2)의 1 ~ 100%인 것을 특징으로 하는 질화물 반도체 박막의 성장 방법.
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