KR20060127752A - 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법, 화합물 반도체부재의 제조 방법, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 및질화갈륨계 화합물 반도체 막 - Google Patents

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Abstract

우선, 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a)의 포토루미네센스 측정을 한다. 다음에, 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 화합물 반도체 기판(10)의 밴드갭에 대응하는 파장(λ1)에 있어서의 피크(P1)의 절반값폭(W1)을 이용하여, 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a) 손상을 평가한다.

Description

화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법, 화합물 반도체 부재의 제조 방법, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 및 질화갈륨계 화합물 반도체 막{DAMAGE EVALUATION METHOD OF COMPOUND SEMICONDUCTOR MEMBER, PRODUCTION METHOD OF COMPOUND SEMICONDUCTOR MEMBER, GALLIUM NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR MEMBER, AND GALLIUM NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR MEMBRANE}
도 1은 실시형태에 따른 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법 및 화합물 반도체 부재의 제조 방법의 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 포토루미네센스 측정 공정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5(a)는 박막 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 5(b)는 박막 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 막을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6(a)는 전극 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 단면도이고, 도 6(b)는 전극 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 막을 모 식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.
도 8은 포토루미네센스 측정과 캐소드루미네센스 측정과의 상관 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼의 365 nm 부근에 있어서의 피크의 강도를 각각 도시한다.
본 발명은, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법, 화합물 반도체 부재의 제조 방법, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 및 질화갈륨계 화합물 반도체 막에 관한 것이다.
화합물 반도체는 Si에 비해서 여러 가지 메리트를 갖는다. 예컨대, 화합물 반도체에서는, 조성을 조정함으로써 밴드갭을 제어할 수 있다. 또한, 화합물 반도체는 직접 천이, 와이드 밴드갭 등의 광학 특성을 갖기 때문에, 예컨대 LED 또는 LD 등의 광 디바이스에 적합하게 이용된다. 또한, 화합물 반도체는 높은 캐리어 이동도를 갖기 때문에, 고속 디바이스에도 적합하게 이용된다.
상기 광 디바이스 또는 고속 디바이스 등의 화합물 반도체 디바이스를 제조할 때는, 화합물 반도체 기판 또는 유리 기판 등의 비정질 기판 상에 화합물 반도 체 막을 형성하여 이루어지는 적층 기판이 이용된다. 화합물 반도체 기판 또는 적층 기판의 표면 상에는, 예컨대 화합물 반도체 막 또는 전극이 형성된다. 화합물 반도체 디바이스의 디바이스 특성은, 화합물 반도체 기판 혹은 적층 기판과 화합물 반도체 막과의 계면 또는 화합물 반도체 기판 혹은 적층 기판과 전극과의 계면의 영향을 강하게 받는다. 따라서, 화합물 반도체 디바이스에 있어서의 계면 평가는 중요하다.
또한, 화합물 반도체 디바이스를 제조할 때는, 몇 개의 제조 프로세스에 있어서 상술한 계면에 손상이 발생한다. 예컨대, 화합물 반도체 기판 또는 적층 기판의 표면 거칠기는 디바이스 특성에 영향을 주기 때문에, 화합물 반도체 기판 또는 적층 기판의 표면은 연마 처리 또는 에칭 처리된다. 이 때, 표면에 스크래치 또는 왜곡이 생김에 따라 그 표면에 손상이 생겨 버린다. 또한, 화합물 반도체 기판 또는 적층 기판의 표면 상에, 나노미터 사이즈의 박막 또는 미세 패턴을 형성할 때는, 예컨대 드라이 에칭 또는 웨트 에칭 등이 이용된다. 이 때, 화합물 반도체 기판 혹은 적층 기판의 표면 또는 박막 혹은 미세 패턴의 표면에 손상이 생겨 버린다.
상술한 바와 같은 손상이 표면에 존재하는 화합물 반도체 기판 또는 화합물 반도체 막의 표면 상에, 예컨대 에피택셜 막을 성장시킴으로써 화합물 반도체 디바이스를 제조하면, 화합물 반도체 기판 또는 화합물 반도체 막과 에피택셜 막과의 계면에 존재하는 손상에 기인하여 디바이스 특성이 열화되어 버린다.
그래서, 화합물 반도체 기판 또는 화합물 반도체 막의 표면 손상을 평가하는 방법으로서 통상, X선 회절, 주사형 전자선 현미경(SEM) 또는 캐소드루미네센스 등을 이용한 방법이 이용되고 있다.
한편, 일본 특허 공개 평9-246341호 공보에는, 포토루미네센스법을 이용하여, 반도체 웨이퍼에 생기는 손상을 평가하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 일본 특허 공개 평9-246341호 공보에 개시된 방법에서는, 손상 정도의 상세한 평가를 반드시 충분히 행할 수 있는 것은 아니다.
그래서 본 발명은, 표면의 손상 정도를 상세히 평가할 수 있는 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법 및 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재의 제조 방법, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재와 질화갈륨계 화합물 반도체 막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 절반값폭을 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법에 따르면, 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크(이하, 「제1 피크」라 함)의 절반값폭을 이용함으로써, 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
손상의 정도에 따라 화합물 반도체 부재를 구성하는 원자의 원자간 거리는 변화된다. 그 원자간 거리가 변화되면 밴드의 넓이도 변화된다. 또한, 밴드의 넓이가 변화되면 제1 피크의 절반값폭이 변화된다. 따라서, 제1 피크의 절반값폭을 이용함으로써, 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 제1 피크의 절반값폭은 손상의 정도가 커짐에 따라 커지는 경향이 있다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도를 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법에 따르면, 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크(이하, 「제2 피크」라 함)의 강도를 이용함으로써, 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
제2 피크는 화합물 반도체 부재의 밴드 사이에 발생하는 준위에 기인한다. 제2 피크의 강도는 발광을 생기게 하는 손상의 정도에 따라 변화되기 때문에, 제2 피크의 강도를 이용함으로써 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 제2 피크의 강도는 손상의 정도가 커짐에 따라 커지는 경향이 있다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파 장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 절반값폭을 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법에 따르면, 제2 피크의 절반값폭을 이용함으로써, 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
제2 피크의 절반값폭은 발광을 생기게 하는 손상의 정도에 따라 변화되기 때문에, 제2 피크의 절반값폭을 이용함으로써 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 제2 피크의 절반값폭은 손상의 정도가 커짐에 따라 커지는 경향이 있다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도와, 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도와의 비를 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법에 따르면, 제1 피크의 강도와 제2 피크의 강도와의 강도비를 이용함으로써, 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
이 강도비를 이용함으로써, 화합물 반도체 부재를 구성하는 원자의 배열을 바꾸는 손상의 정도와, 발광을 생기게 하는 손상의 정도와의 관련성을 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 상기 강도비는 손상의 정도가 커짐에 따라 작아지는 경향이 있다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재는 화합물 반도체 기판인 것이 바람직하다. 이 경우, 화합물 반도체 기판 표면의 손상 정도를 평가할 수 있다. 또한, 포토루미네센스 측정에 있어서 빛이 예컨대 화합물 반도체 부재의 내부에 깊게 진입한 경우라도, 화합물 반도체 부재의 이면의 영향이나 화합물 반도체 부재를 고정하는 지그의 영향 등, 다른 부재의 영향이 적다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재는 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막인 것이 바람직하다. 이 경우, 기판의 표면의 포토루미네센스 측정을 미리 해 둠으로써, 그 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막 표면의 손상 정도를 평가할 수 있다. 또한, 손상의 정도가 작은 경우라도, 손상이 화합물 반도체 막에 주는 상대적인 영향이 커지기 때문에, 손상을 검출하기 쉽게 된다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재는 단결정 재료 또는 다결정 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 손상을 받은 영역의 단결정 재료 또는 다결정 재료가 비정질로 변화되기 때문에, 손상을 받은 영역과 받고 있지 않은 영역을 구별하기 쉽게 된다. 이 때문에, 손상을 검출하기 쉽게 되므로, 손상 평가의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 밴드갭은 1.6×10-19 J 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 포토루미네센스 측정을 할 때에, 화합물 반도체 부재가 열에 의한 영향을 받기 어렵게 된다. 이 때문에, 포토루미네센스 측정이 용이하게 된다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재는 B, Al 및 Ga 중 적어도 하나를 포함하는 질화물계 화합물 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화합물 반도체 부재는 Be 및 Zn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물계 화합물 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화합물 반도체 부재는 ZnSe계 화합물 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 절반값폭이 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법에 따르면, 제1 피크의 절반값폭을 이용함으로써, 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법을 이용함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재를 제조할 수 있다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 손상이 제거된 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 상기 파장에서의 피크의 강도에 대하여 소정의 임계치 이상인 경우에 양품이라고 판단하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법에 따르면, 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도를 비교함으로써, 손상의 정도를 평가할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법을 이용함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재를 제조할 수 있다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 있어서의 피크의 절반값폭이 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법에 따르면, 제2 피크의 강도를 이용함으로써, 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법을 이용함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재를 제조할 수 있다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법은, 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 공정과, 상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도에 대한 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장에서의 피크의 강도의 비가, 소정의 임계치 이상인 경우에 양품이라고 판단하는 공정을 포함한다.
본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법에 따르면, 제1 피크의 강도와 제2 피크의 강도와의 강도비를 이용함으로써, 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 화합물 반도체 부재의 제조 방법을 이용함으로써, 손상의 정 도가 작은 화합물 반도체 부재를 제조할 수 있다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재는 화합물 반도체 기판인 것이 바람직하다. 이 경우, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판을 제조할 수 있다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재는 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막인 것이 바람직하다. 이 경우, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 막을 기판 상에 형성할 수 있다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재의 제조 방법은, 상기 양품이라고 판단하는 공정을 실시한 후에, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면 상에 박막을 형성하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재의 표면 상에 박막이 형성되기 때문에, 그 박막의 결정성 및 표면 거칠기가 향상된다.
또한, 상기 화합물 반도체 부재의 제조 방법은, 상기 양품이라고 판단하는 공정을 실시한 후에, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면 상에 전극을 형성하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재의 표면 상에 전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 질화갈륨계 화합물 반도체 부재는, 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 그 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도의 2배 이상이다.
본 발명의 질화갈륨계 화합물 반도체 부재는, 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 그 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 상기 파장에서의 피크의 강도의 1/10 이상이다.
본 발명의 질화갈륨계 화합물 반도체 부재에서는 표면의 손상 정도가 작다.
또한, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재는 질화갈륨계 화합물 반도체 기판인 것이 바람직하다. 이 질화갈륨계 화합물 반도체 기판에서는 표면의 손상 정도가 작다.
또한, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재는 기판 상에 형성된 질화갈륨계 화합물 반도체 막인 것이 바람직하다. 이 질화갈륨계 화합물 반도체 막에서는 표면의 손상의 정도가 작다.
본 발명의 질화갈륨계 화합물 반도체 막은, 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 그 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도의 2배 이상인 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 상에 형성된다.
본 발명의 질화갈륨계 화합물 반도체 막은, 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 그 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 상기 파 장에서의 피크의 강도의 1/10 이상인 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 상에 형성된다.
본 발명의 질화갈륨계 화합물 반도체 막은 표면의 손상 정도가 작은 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 상에 형성되고 있다. 이 때문에, 질화갈륨계 화합물 반도체 막의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 한편, 도면의 설명에 있어서, 동일하거나 또는 동등한 요소에는 동일 부호를 이용하여, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은 실시형태에 따른 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법 및 화합물 반도체 부재의 제조 방법의 공정을 도시하는 흐름도이다. 실시형태에 따른 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법은, 포토루미네센스 측정 공정(S1) 및 손상 평가 공정(S2)을 포함한다. 실시형태에 따른 화합물 반도체 부재의 제조 방법은 포토루미네센스 측정 공정(S1) 및 손상 평가 공정(S2)을 포함하고, 박막 형성 공정(S3) 및 전극 형성 공정(S4)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
(포토루미네센스 측정 공정)
도 2는 포토루미네센스 측정 공정을 모식적으로 도시한 도면이다. 포토루미네센스 측정 공정(S1)에서는, 화합물 반도체 기판(10)(화합물 반도체 부재)의 표면(10a)의 포토루미네센스 측정을 한다. 포토루미네센스 측정은 포토루미네센스 측정 장치(16)를 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다.
포토루미네센스 측정 장치(16)는 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a)으로 향해 빛(L1)을 출사하는 광원(12)을 갖는다. 빛(L1)의 에너지는 화합물 반도체 기판(10)의 밴드갭보다도 높게 설정된다. 빛(L1)이 표면(10a)에 조사되면, 가전자대에서 전도대로 여기된 전자가 가전자대로 되돌아감으로써, 화합물 반도체 기판(10)으로부터 빛(L2)이 출사된다. 빛(L2)이 광 검출부(14)에 입사함으로써, 발광 스펙트럼을 얻을 수 있다.
빛(L1)은 단색의 레이저광인 것이 바람직하지만, 복수의 파장 성분을 포함하더라도 좋다. 복수의 파장 성분을 포함하는 빛(L1)을 얻기 위해서는, 광원(12)으로서 색소 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 빛(L1)은 화합물 반도체 기판(10)의 밴드갭보다도 높은 에너지를 갖는 파장 성분을 포함하는 백색광이라도 좋다.
화합물 반도체 기판(10)은 벌크이기 때문에, 포토루미네센스 측정에 있어서 빛(L1)이 예컨대 화합물 반도체 기판(10)의 내부에 깊게 진입한 경우라도, 화합물 반도체 기판(10)의 이면의 영향이나 화합물 반도체 기판(10)을 고정하는 지그의 영향 등, 다른 부재의 영향이 적다.
화합물 반도체 기판(10)의 밴드갭은 1.6×10-19 J(1 eV)이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 포토루미네센스 측정을 할 때에 빛(L1)에 의해서 화합물 반도체 기판(10)이 가열된 경우라도, 화합물 반도체 기판(10)이 열에 의한 영향을 받기 어렵게 된다. 이 때문에, 포토루미네센스 측정을 용이하고 또 고정밀도로 실시할 수 있다.
화합물 반도체 기판(10)은 B, Al 및 Ga 중 적어도 하나를 포함하는 질화물계 화합물 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 화합물 반도체 기판(10)은 Be 및 Zn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물계 화합물 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 화합물 반도체 기판(10)은 ZnSe계 화합물 반도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 어느 쪽의 경우라도, 화합물 반도체 기판(10)의 밴드갭을 크게 할 수 있기 때문에, 포토루미네센스 측정에 있어서, 열에 의한 영향을 받기 어렵게 된다.
보다 구체적으로는, 화합물 반도체 기판(10)은 예컨대, GaAs 또는 InP 등의 III-V족 화합물 반도체, BN, GaN, AlN 또는 InN 등의 질화물계 화합물 반도체, ZnO 또는 ZnS 등의 II-VI족 화합물 반도체, BexOy, ZnO, Ga2O3 또는 Al2O3 등의 산화물계 화합물 반도체, ZnSe 등의 ZnSe계 화합물 반도체, GaAlN 또는 InGaN 등의 3원계 화합물 반도체로 이루어진다. 또한, 이들 화합물 반도체에는 불순물이 도핑되어 있더라도 좋다.
예컨대 화합물 반도체 기판(10)이 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 경우, 우르차이트형 구조 또는 섬아연광형(입방정) 구조의 질화갈륨계 화합물 반도체를 적합하게 이용할 수 있다. 우르차이트형 구조의 경우, 표면(10a)은 C면이라 불리는 (0001)면, M면이라 불리는 (10-10)면, A면이라 불리는 (11-20)면, R면이라 불리는 (01-12)면 및 S면이라 불리는 (10-11)면 중 어느 쪽의 면이라도 좋다. 한편, C면에는 Ga로 이루어지는 Ga면과 N으로 이루어지는 N면이 있다. 통상 Ga면 쪽이 에칭되기 어렵기 때문에, 표면(10a)을 Ga면으로 하는 것이 바람직하지만, 표면(10a)을 N면으로 하여도 좋다.
또한, 포토루미네센스 측정을 할 때에, 화합물 반도체 기판(10) 대신에, 도 3에 도시하는 화합물 반도체 막(20)(화합물 반도체 부재)을 이용하더라도 좋다.
도 3은 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시되는 기판(22)은, 예컨대 유리 기판 등의 비정질 기판, 사파이어 기판 또는 Si 기판 등의 단결정 기판이다. 화합물 반도체 막(20)의 구성 재료로서는, 화합물 반도체 기판(10)과 같은 것들을 들 수 있다.
이 경우, 포토루미네센스 측정은 빛(L1)을 화합물 반도체 막(20)의 표면(20a)에 조사함으로써 이루어진다. 한편, 빛(L1)을 표면(20a)과 직교하는 방향에서 입사시키면, 화합물 반도체 막(20)의 막 두께에 따라서는 빛(L2)에 기판(22)의 정보 쪽이 많이 포함되는 경우가 있다. 빛(L1)의 입사 방향을, 표면(20a)과 직교하는 방향에서 변위시켜 감에 따라 빛(L2)에 포함되는 기판(22)의 정보는 상대적으로 적어지는 경향이 있다.
(손상 평가 공정)
도 4는 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼을 모식적으로 도시한 도면이다. 손상 평가 공정(S2)에서는, 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼을 이용하여 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a)의 손상을 평가한다. 이러한 손상으로서는, 연마 또는 에칭 등에 의한 손상, 스크래치 또는 왜곡 등을 들 수 있다.
도 4에 도시되는 발광 스펙트럼은, 화합물 반도체 기판(10)의 밴드갭에 대응 하는 파장(λ1)에 있어서의 피크(P1)를 갖는다. 파장(λ1)은 밴드갭과 동일한 에너지를 갖는다. 한편, 피크(P1)는 파장(λ1)에 있어서 반드시 최대치가 되지 않더라도 좋다. 또한, 이 발광 스펙트럼은 파장(λ1)보다도 장파장 측에 위치하는 파장(λ2)에 있어서의 피크(P2)를 갖고 있다. 피크(P2)는 파장(λ2)에 있어서 반드시 최대치가 되지 않더라도 좋다. 이 발광 스펙트럼을 이용함으로써, 표면(10a)의 손상을 후술하는 방법 1∼방법 4를 이용하여 상세히 평가할 수 있다.
화합물 반도체 기판(10)이 예컨대 단결정 재료 또는 다결정 재료로 이루어지는 경우에는, 손상을 받은 영역의 단결정 재료 또는 다결정 재료가 비정질로 변화되기 때문에, 손상을 받은 영역과 받고 있지 않은 영역을 구별하기 쉽게 된다. 이 때문에, 손상을 검출하기 쉽게 되므로, 손상 평가의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
<방법 1>
방법 1에서는, 피크(P1)의 절반값폭(W1)을 이용하여 손상 평가를 한다. 방법 1에 따르면, 피크(P1)의 절반값폭(W1)을 이용함으로써, 하기와 같이 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
피크(P1)의 절반값폭(W1)은 화합물 반도체 기판(10)의 밴드의 넓이가 변화되면 변화된다. 여기서, 밴드의 넓이는 화합물 반도체 기판(10)을 구성하는 원자의 원자간 거리가 변화되면 변화된다. 또한, 원자간 거리는 표면(10a)의 손상 정도에 따라 변화된다. 따라서, 피크(P1)의 절반값폭(W1)을 이용함으로써, 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 피크(P1)의 절반값폭(W1)은 손상의 정도가 커짐에 따라 커지는 경향이 있다.
방법 1은 화합물 반도체 기판(10)을 제조할 때에 적합하게 이용된다. 피크(P1)의 절반값폭(W1)이 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)을 높은 수율로 제조할 수 있다.
<방법 2>
방법 2에서는 피크(P2)의 강도(I2)를 이용하여 손상 평가를 한다. 방법 2에 따르면, 피크(P2)의 강도(I2)를 이용함으로써, 하기와 같이 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
피크(P2)는 화합물 반도체 기판(10)의 밴드 사이에 발생하는 준위에 기인한다. 따라서, 발광을 생기게 하는 손상이 화합물 반도체 기판(10)에 존재하면, 피크(P2)가 출현한다. 발광을 생기게 하는 손상의 정도에 따라서, 피크(P2)의 강도(I2)가 변화되기 때문에, 피크(P2)의 강도(I2)를 이용함으로써 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 피크(P2)의 강도(I2)는 손상의 정도가 커짐에 따라 커지는 경향이 있다.
방법 2는 화합물 반도체 기판(10)을 제조할 때에 적합하게 이용된다. 피크(P2)의 강도(I2)가, 미리 손상이 제거된 화합물 반도체 기판의 표면의 포토루미네센 스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서 파장(λ2)에 위치하는 피크의 강도에 대하여, 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)을 높은 수율로 제조할 수 있다.
<방법 3>
방법 3에서는 피크(P2)의 절반값폭(W2)을 이용하여 손상 평가를 한다. 방법 3에 따르면, 피크(P2)의 절반값폭(W2)을 이용함으로써, 하기와 같이 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
피크(P2)의 절반값폭(W2)은 발광을 생기게 하는 손상의 정도에 따라서 변화되기 때문에, 피크(P2)의 절반값폭(W2)을 이용함으로써 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 피크(P2)의 절반값폭(W2)은 손상의 정도가 커짐에 따라 커지는 경향이 있다.
방법 3은 화합물 반도체 기판(10)을 제조할 때에 적합하게 이용된다. 피크(P2)의 절반값폭(W2)이 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)을 높은 수율로 제조할 수 있다.
<방법 4>
방법 4에서는 피크(P1)의 강도(I1)와 피크(P2)의 강도(I2)와의 강도비(I1/I2)를 이용하여 손상 평가를 한다. 방법 4에 따르면, 강도비(I1/I2)를 이용함으로써, 하기와 같이 상세한 손상 평가를 할 수 있다.
강도비(I1/I2)는 화합물 반도체 기판(10)을 구성하는 원자의 배열을 바꾸는 손상의 정도와, 발광을 생기게 하는 손상의 정도와의 관련성의 지표가 된다. 따라서, 강도비(I1/I2)를 이용함으로써 상기 관련성을 상세히 평가할 수 있다. 예컨대, 강도비(I1/I2)는 손상의 정도가 커짐에 따라 작아지는 경향이 있다.
방법 4는 화합물 반도체 기판(10)을 제조할 때에 적합하게 이용된다. 강도비(I1/I2)가 소정의 임계치 이상인 경우에 양품이라고 판단함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)을 높은 수율로 제조할 수 있다.
<방법 5>
방법 5에서는 피크(P1)의 강도(I1)를 이용하여 손상 평가를 한다. 예컨대, 피크(P1)의 강도(I1)는 손상의 정도가 커짐에 따라 작아진다. 방법 5는 화합물 반도체 기판(10)을 제조할 때에 적합하게 이용된다. 피크(P1)의 강도(I1)가, 미리 손상이 제거된 화합물 반도체 기판의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서 파장(λ1)에 위치하는 피크의 강도에 대하여, 소정의 임계치 이상인 경우에 양품이라고 판단함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)을 높은 수율로 제조할 수 있다.
화합물 반도체 기판(10)이 예컨대 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 경우, 강도비(I1/I2)가 2 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 표면의 손상 정도가 작은 질화갈륨계 화합물 반도체 기판을 얻을 수 있다.
또한, 화합물 반도체 기판(10)이 예컨대 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 경우에, 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 기판(손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재)의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크의 강도의 1/10 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 표면의 손상의 정도가 작은 질화갈륨계 화합물 반도체 기판을 얻을 수 있다.
한편, 화합물 반도체 기판(10) 대신에, 화합물 반도체 막(20)의 손상을 평가하더라도 좋다. 이 경우, 기판(22)의 표면(22a)의 포토루미네센스 측정을 미리 행하고, 방법 1∼방법 4를 이용함으로써, 기판(22) 상에 형성된 화합물 반도체 막(20)의 표면(20a)에 있어서의 손상의 정도를 상세히 평가할 수 있다. 또한, 손상이 화합물 반도체 막(20)에 주는 상대적인 영향이 커지기 때문에, 손상의 정도가 작은 경우라도 손상을 검출하기 쉽게 된다.
또한, 방법 1∼방법 5를 이용함으로써, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 막(20)을 높은 수율로 제조할 수 있다. 또한, 화합물 반도체 막(20)이 예컨대 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 경우, 강도비(I1/I2)가 2 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 표면의 손상의 정도가 작은 질화갈륨계 화합물 반도체 막을 얻을 수 있다.
또한, 화합물 반도체 막(20)이 예컨대 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 경우에, 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 막(손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재)의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크의 강도의 1/10 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 표면의 손상의 정도가 작은 질화갈륨계 화합물 반도체 막을 얻을 수 있다.
(박막 형성 공정)
도 5(a)는 박막 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 5(b)는 박막 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 막을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 박막 형성 공정(S3)은 손상 평가 공정(S2)을 실시한 후에 실시되는 것이 바람직하다.
박막 형성 공정(S3)에서는 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a) 상에 박막(30)을 형성한다. 박막(30)은, 예컨대 에피택셜 성장법을 이용하여 형성된다. 박막(30)으로서는 예컨대, 화합물 반도체 막, 산화막, ZnO막, 아모르퍼스막 등을 들 수 있다. 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a) 상에 박막(30)이 형성되면, 박막(30)의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다. 예컨대, 화합물 반도체 기판(10)이 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지고, 강도비(I1/I2)가 2 이상인 경우, 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 박막(30)의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다.
또한, 예컨대, 화합물 반도체 기판(10)이 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지고, 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 기판(손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재)의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크의 강도의 1/10 이상인 경우, 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 박막(30)의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다.
또한, 박막 형성 공정(S3)에서는 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 화합물 반도체 막(20)의 표면(20a) 상에 박막(32)을 형성하더라도 좋다. 박막(32)은, 예컨대 에피택셜 성장법을 이용하여 형성된다. 박막(32)으로서는, 박막(30)과 같은 것을 들 수 있다. 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 막(20)의 표면(20a) 상에 박막(32)이 형성되면, 박막(32)의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다. 예컨대, 화합물 반도체 막(20)이 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지고, 강도비(I1/I2)가 2 이상인 경우, 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 박막(32)의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다.
또한, 예컨대, 화합물 반도체 막(20)이 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지고, 파장(λ1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 막(손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재)의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서의 파장(λ 1)(365 nm 부근)에 있어서의 피크의 강도의 1/10 이상인 경우, 질화갈륨계 화합물 반도체로 이루어지는 박막(32)의 결정성 및 표면 거칠기는 향상된다.
(전극 형성 공정)
도 6(a)는 전극 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 기판을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 6(b)는 전극 형성 공정에 있어서의 화합물 반도체 막을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 전극 형성 공정(S4)은 손상 평가 공정(S2)을 실시한 후에 실시되는 것이 바람직하며, 박막 형성 공정(S3)을 실시한 후에 실시되는 것이 더욱 바람직하다.
전극 형성 공정(S4)에서는 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 박막(30) 상에, 예컨대 금속막 등의 전극(40)을 형성한다. 이 경우, 박막(30)은 우수한 결정성을 지니고, 또한, 표면 거칠기도 저감되고 있기 때문에, 박막(30)과 전극(40)과의 계면에 있어서의 손상 발생을 억제할 수 있다.
한편, 전극(40)을 화합물 반도체 기판(10)의 표면(10a) 상에 직접 형성하더라도 좋다. 그 경우, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 기판(10)을 이용함으로써, 화합물 반도체 기판(10)과 전극(40)과의 계면에 있어서의 손상의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 전극 형성 공정(S4)에서는, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 박막(32) 상에 전극(42)을 형성하더라도 좋다. 이 경우, 박막(32)은 우수한 결정성을 지니고, 또한, 표면 거칠기도 저감되고 있기 때문에, 박막(32)과 전극(42)과의 계면에 있어 서의 손상의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 전극(40)을 화합물 반도체 막(20)의 표면(20a) 상에 직접 형성하더라도 좋다. 그 경우, 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 막(20)을 이용함으로써, 화합물 반도체 막(20)과 전극(42)과의 계면에 있어서의 손상의 발생을 억제할 수 있다.
상기 각 공정을 거침으로써, 화합물 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
이어서, 상기 실시형태에 따른 실험예에 관해서 설명한다.
(실험예 1)
우선, GaN 단결정 잉곳을 슬라이스함으로써, 2인치φ의 GaN 단결정 기판을 준비했다. 준비한 GaN 단결정 기판의 표면을 연마한 후, 반응성 이온 에칭법(RIE)을 이용하여, 표면에 드라이 에칭을 했다. 드라이 에칭 조건을 하기에 나타낸다.
·에칭 가스 : Ar 가스
·공급 전력 : 200 W
·챔버 내 압력: 1.3 Pa(10 mTorr)
·에칭 시간 : 10분간
그 후, 표면의 손상을 제거하기 위해서, GaN 단결정 기판을 40℃의 5% NH4OH 용액에 15분간 침지시킴으로써 웨트 에칭을 했다. 이와 같이 하여 실험예 1의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(실험예 2)
우선, GaN 단결정 잉곳을 슬라이스함으로써, 2인치φ의 GaN 단결정 기판을 준비했다. 준비한 GaN 단결정 기판의 표면을 거칠게 연마한 후, 입자 지름 0.5 μm의 다이아몬드 지립(砥粒)을 이용하여 표면을 더욱 연마했다. 그 후, 이소프로필알콜을 이용하여 표면을 세정했다. 이와 같이 하여 실험예 2의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(실험예 3)
입자 지름 0.5 μm의 다이아몬드 지립 대신에, 입자 지름 0.1 μm의 다이아몬드 지립을 이용한 것 이외에는 실험예 2와 같은 식으로 하여, 실험예 3의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(실험예 4)
실험예 3과 같은 식으로 하여 얻어진 GaN 단결정 기판에, 실험예 1의 드라이 에칭을 실시하여, 실험예 4의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(실험예 5)
실험예 4와 같은 식으로 하여 얻어진 GaN 단결정 기판에, 희석한 H3PO4 용액을 이용하여 웨트 에칭을 실시하여, 실험예 5의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(포토루미네센스 측정)
포토루미네센스 측정에서는, 광원(12)으로서, 파장 325 nm의 레이저광을 출 사할 수 있는 He-Cd 레이저를 이용했다. 레이저광을, 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판의 표면에 수직으로 입사시킴으로써, 각각의 발광 스펙트럼을 얻었다. 발광 스펙트럼의 일례를 도 7에 도시한다.
도 7은 실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 종축은 PL 강도(포토루미네센스 강도)를 나타내고, 횡축은 파장을 나타낸다. 한편, 도 7에 있어서의 PL 강도는 365 nm 부근의 피크(P1)의 강도(I1)를 1로 한 상대치이다. 또한, 365 nm보다도 장파장 측의 470∼640 nm 부근에 넓은 피크(P2)가 보인다.
포토루미네센스 측정은 파장 0.5 nm 간격으로 실시하여, 피크(P1) 부근의 값을 정규 분포로 보간했다. 또한, 백그라운드는 피크(P1)의 자락 부분을 직선 근사함으로써 행했다.
(손상 평가)
도 8은 포토루미네센스 측정과 캐소드루미네센스 측정과의 상관 관계를 도시하는 그래프이다. 종축은 PL 강도를 나타내고, 횡축은 CL 강도(캐소드루미네센스 강도)를 나타낸다. 도 8 중, 플롯 D1∼플롯 D5는 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼의 365 nm 부근에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)를 각각 나타낸다. 한편, PL 강도는 실험예 2의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼의 365 nm 부근에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)를 1로 한 상대 치이다. 또한, CL 강도도, 실험예 2의 GaN 단결정 기판에 있어서의 CL 강도를 1로 한 상대치이다.
도 8로부터, 포토루미네센스 측정과 캐소드루미네센스 측정이 상관 관계를 갖고 있음을 알 수 있다. 또한, 일반적으로, CL 강도는 손상의 정도가 커짐에 따라 작아지기 때문에, PL 강도도 손상의 정도가 커짐에 따라 작아지는 것을 알 수 있다.
도 9는 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼의 365 nm 부근에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1)를 각각 나타낸다. 도 9로부터, 실험예 1, 실험예 4, 실험예 5, 실험예 3, 실험예 2의 순으로 표면의 손상 정도가 커지는 것을 알 수 있다.
표 1에, 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼의 365 nm 부근에 있어서의 피크(P1)의 절반값폭(W1)을 각각 나타낸다. 표 1로부터, 손상의 정도가 커짐에 따라 피크(P1)의 절반값폭(W1)이 커지는 것을 알 수 있다.
피크 P1의 절반값폭 W1[nm]
실험예2 10.6
실험예3 9.7
실험예5 8.4
실험예4 8.1
실험예1 7.1
표 2에, 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼의 피크(P2)의 강도(I2) 및 절반값폭(W2)을 각각 나타낸다. 표 2로부터, 손상의 정도가 커짐에 따라 피크(P2)의 강도(I2) 및 절반값폭(W2)이 모두 커지는 것을 알 수 있다.
피크 P2의 강도 I2 피크 P2의 절반값폭 W2[nm]
실험예2 1 142
실험예3 0.86 137
실험예5 0.31 134
실험예4 0.25 105
실험예1 0.11 101
표 3에, 실험예 1∼실험예 5의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼에 있어서의 강도비(I1/I2)를 각각 나타낸다. 표 3으로부터, 손상의 정도가 커짐에 따라 강도비(I1/I2)가 작아지는 것을 알 수 있다.
강도비(I1/I2)
실험예2 1
실험예3 4
실험예5 19
실험예4 28
실험예1 100
(실험예 6)
20 mm 각의 GaN 단결정 기판을 이용한 것 이외에는 실험예 1과 같은 식으로 하여, 손상이 제거된 실험예 6의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(실험예 7)
GaN 단결정 잉곳을 슬라이스하여, 20 mm 각의 GaN 단결정 기판을 준비했다. 준비한 GaN 단결정 기판의 표면을 거칠게 연마한 후, 입자 지름 0.3 μm의 다이아몬드 지립을 이용하여 표면을 더욱 연마함으로써, 실험예 7의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(실험예 8)
입자 지름 0.3 μm의 다이아몬드 지립 대신에, 입자 지름 0.8 μm의 다이아몬드 지립을 이용한 것 이외에는 실험예 7과 같은 식으로 하여, 실험예 8의 GaN 단결정 기판을 얻었다.
(포토루미네센스 측정)
실험예 6∼실험예 8의 GaN 단결정 기판의 표면의 포토루미네센스 측정을 실시했다. 표 4에, 실험예 6∼실험예 8의 GaN 단결정 기판으로부터 얻어지는 발광 스펙트럼에 있어서의 피크(P1)의 강도(I1) 및 강도비(I1/I2)를 각각 나타낸다. 피크(P1)의 강도(I1)로부터 실험예 6, 실험예 7, 실험예 8의 순으로 표면의 손상 정도는 크게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 손상의 정도가 커짐에 따라 강도비(I1/I2)가 작아지는 것을 알 수 있다.
피크 P1의 강도 I1 강도비(I1/I2)
실험예6 1 102
실험예7 0.31 2.4
실험예8 0.09 1
이어서, 실험예 6∼실험예 8의 GaN 단결정 기판의 표면 상에, HVPE법을 이용하여 막 두께 1 μm의 GaN 박막을 형성했다. GaN 박막의 형성 조건을 하기에 나타낸다. 한편, GaCl 가스는 Ga 금속을 HCl 가스와 880℃에서 반응시킴으로써 얻어진다.
·GaN 단결정 기판의 온도 : 1000℃
·반응 가스 : NH3 가스, GaCl 가스
·NH3 가스 압력 : 10 kPa
·GaCl 가스 압력 : 0.6 Pa
GaN 박막을 형성한 후, AFM에 의해 GaN 박막의 표면 거칠기(Ra : 산술 평균 거칠기)를 측정했다. 또한, X선 회절에 의해 벌크에 대한 격자 왜곡의 비율을 측정했다. 이들 측정 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5로부터, 실험예 6 및 실험예 7의 GaN 단결정 기판은 화합물 반도체 디바이스에 이용하는 기판으로서 충분한 성능을 갖는 것을 알 수 있었다.
산술평가거칠기[nm] 격자왜곡비율[%]
실험예6 0.82 0.01
실험예7 0.99 0.05
실험예8 1.61 0.17
본 발명에 따르면, 표면의 손상 정도를 상세히 평가할 수 있는 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법 및 손상의 정도가 작은 화합물 반도체 부재의 제조 방법, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재와 질화갈륨계 화합물 반도체 막이 제공된다.

Claims (25)

  1. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 행하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 절반값폭을 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  2. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 행하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도를 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  3. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 행하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 절반값폭을 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  4. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도와, 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도와의 비를 이용하여, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면의 손상을 평가하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, 화합물 반도체 기판인 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막인 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, 단결정 재료 또는 다결정 재료로 이루어지는 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밴드갭은, 1.6×10-19 J 이상인 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, B, Al 및 Ga 중 적어도 하나를 포함하는 질화물계 화합물 반도체로 이루어지는 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, Be 및 Zn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물계 화합물 반도체로 이루어지는 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, ZnSe계 화합물 반도체로 이루어지는 것인, 화합물 반도체 부재의 손상 평가 방법.
  12. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 행하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 절반값폭이 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  13. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 행하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 손상이 제거된 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 상기 파장에서의 피크의 강도에 대하여 소정의 임계치 이상인 경우에 양품이라고 판단하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  14. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 있어서의 피크의 절반값폭이 소정의 임계치 이하인 경우에 양품이라고 판단하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  15. 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정을 하는 단계와,
    상기 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도에 대한 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장에서의 피크의 강도의 비가, 소정의 임계치 이상인 경우에 양품이라고 판단하는 단계
    를 포함하는 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, 화합물 반도체 기판인 것인, 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  17. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 반도체 부재는, 기판 상에 형성된 화합물 반도체 막인 것인, 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  18. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양품이라고 판단하는 단계 후에, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면 상에 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  19. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양품이라고 판단하는 단계 후에, 상기 화합물 반도체 부재의 상기 표면 상에 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 화합물 반도체 부재의 제조 방법.
  20. 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도의 2배 이상인 것인, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재.
  21. 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 상기 파장에서의 피크의 강도의 1/10 이상인 것인, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재는, 질화갈륨계 화합물 반도체 기판인 것인, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재.
  23. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재는, 기판 상에 형성된 질화갈륨계 화합물 반도체 막인 것인, 질화갈륨계 화합물 반도체 부재.
  24. 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 상기 밴드갭에 대응하는 상기 파장보다도 긴 파장 측에 위치하는 피크의 강도의 2배 이상인 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 상에 형성되는 것인, 질화갈륨계 화합물 반도체 막.
  25. 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼에 있어서, 상기 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 밴드갭에 대응하는 파장에서의 피크의 강도가, 손상이 제거된 질화갈륨계 화합물 반도체 부재의 표면의 포토루미네센스 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 상기 파장에서의 피크의 강도의 1/10 이상인 질화갈륨계 화합물 반도체 부재 상에 형성되는 것인, 질화갈륨계 화합물 반도체 막.
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