KR20070095603A - 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법 - Google Patents
질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 관한 것으로서, 상면에 질화갈륨층을 성장시킨 동종기판이 제공되는 단계와, 동종기판을 질화갈륨분말이 도포된 도가니의 내부에 안착시키는 단계와, 도가니를 퍼니스에 장입시키는 단계와, 퍼니스는 암모니아의 분위기 하에서 아연 주입공정을 실시하기 위한 열처리 공정을 진행시키는 단계를 포함한다. 그러므로 본 발명에 의한 제조 방법에 따라 고온의 열처리에서 질화갈륨층의 분해를 최소화하고, p형 타입의 제작이 용이하며, 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항이 낮아질 수 있는 효과가 있다.
동종기판, 질화갈륨층, 암모니아 가스, 아연, 이온주입, 질화갈륨분말
Description
도 1은 본 발명에서 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 따른 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법의 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따라 열처리 온도와 분위기 조건에 따른 기판 무게 감소를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 동종기판 12 : 질화갈륨층
20 : 도가니 22 : 덮개
30 : 질화갈륨분말 40 : 퍼니스
42 : 기체 공급부 44 : 기체 배기부
본 발명은 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 관한 것으로서, 더 욱 상세하게는 질화물계 반도체 기판을 제조함에 있어서 질화물 반도체의 도핑 농도를 증가시키기 위한 아연 주입의 열처리 공정에서 질화갈륨층이 분해되는 현상을 최소화 한 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode)와 같은 반도체 발광소자는 반도체 재료를 사용하여 제조된다. 반도체 발광소자는 전기적 에너지를 빛 에너지로 변환시키는 수 많은 고상(solid-state) 광원 중 하나이다. 반도체 발광소자는 체적이 작으며, 응답속도가 빠르고, 외보의 충격에 강하며, 수명이 길고, 구동 전압이 작을 뿐만 아니라, 다양한 적용처의 요구에 따라 경량박형 구현 및 그 크기를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자는 일상 생활에 있어서 각광 받는 전기 제품으로 자리잡고 있다.
근래에, GaN, AlGaN, InGaN 및 AllnGaN 등과 같은 질화물계 반도체를 이용한 발광 소자에 큰 관심이 집중되고 있으며, 통상, 발광소자의 대부분은 전도성 기판을 사용하는 여타의 발광소자와는 다르게 전기적으로 절연 재질인 사파이어(Sapphire)나 실리콘 카바이드(Sic) 기판 등의 동종기판에서 제작되었다. 동종기판은 절연체이고 기판 상에 전극이 직접 형성되지 않을 수도 있다. 위의 발광소자가 완성되기 위해 전극은 각각 p형 반도체층과 n형 반도체층에 직접 연결되도록 형성되어야 한다.
그리고 에피택셜 공정(epitaxial process)을 진행함에 있어서, 먼저 Ⅲ-질화물 발광 다이오드의 p형 질화물 반도체 재료는 충분히 도핑된다. 그러나 대부분의 도판트(dopant)는 수소에 의해 보호된다. 이에 따라 발광 다이오드 구조물이 형성 된 후, Ⅲ-질화물 발광 다이오드 등을 제조함에 있어서 질화물 반도체 재료의 도핑 농도를 증가시키기 위해 부가적인 활성화-열처리 공정이 수행되어야 한다. 일반적으로 열처리 공정은 퍼니스 또는 마이크로웨이브 오븐을 이용한 가열 방법에 의해 수행되며, 이 때, 발광 다이오드 등의 소자는 적정한 고온의 온도 조건하에 놓여지고 소정의 시간 경과 후 재료 내의 수소 원자는 줄어들게 된다. 이에 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항이 낮아진다.
종래의 방법으로 질화갈륨층을 형성한 후 공정챔버로부터 에피택셜 칩을 꺼낸 다음, 에피택셜 웨이퍼를 400∼1000℃의 온도로 가열하기 위해 스토브에 장입시킨다. 이 때의 열처리는 고저항의 GaN을 저저항의 GaN 즉, 마그네슘이 도핑된 GaN로 만들기 위해 암모니아 분위기 하에서 진행된다.
그런데, 1000℃의 고온에서 동종기판에 아연 주입을 위한 열처리가 장시간 이루어질 경우 질화갈륨층의 표면이 분해되는 현상이 발생되며, 특히 아연 주입의 p형 타입인 경우에는 장시간의 열처리가 이루어져야 낮은 저항을 얻을 수 있음에도 불구하고, 질화갈륨층의 분해로 인하여 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항이 커지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 고온의 열처리에서 질화갈륨층의 분해를 최소화하고, p형 타입의 제작이 용이하며, 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항이 낮아질 수 있는 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 있어서, 상면에 질화갈륨층을 성장시킨 동종기판이 제공되는 단계와, 동종기판을 질화갈륨분말이 도포된 도가니의 내부에 안착시키는 단계와, 도가니를 퍼니스에 장입시키는 단계와, 퍼니스는 암모니아의 분위기 하에서 아연 주입공정을 실시하기 위한 열처리 공정을 진행시키는 단계를 포함하는 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법을 제공한다. 이 때, P형 타입을 제조하기 위하여 아연 이외에 Mg, Ni, Be, Cd 등과 같은 2가 원소를 1종 혹은 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에서 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 따른 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따라 열처리 온도와 분위기 조건에 따른 기판 무게 감소를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따라 p형 질화갈륨층을 제조함에 있어서, 먼저 동종기판(10)이 제공된다. 동종기판(10)은 바람직하게는 투명하며 일 예로 Al2O3일 수 있고, 재료는 전기적으로 절연 재질인 사파이어(Sapphire)나 실리콘 카바이드(Sic) 등 중 어느 하나가 선택되어 사용되어지며, 바람직하게 사파이어이다. 또한, 동종기판 이외에도 GaN계 동종기판을 사용하여 이온주입 하는 방법에도 활용할 수 있다. 더욱이 P형 타입을 제조하기 위하여 아연 이외에 Mg, Ni, Be, Cd 등과 같은 2가 원소를 1종 혹은 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 위의 동종기판(10)의 상부에 질화갈륨층(12)을 성장시키고, 질화갈륨층(12)이 성장된 동종기판(10)을 도가니(20)의 내부에 안착시키게 된다.
도가니(20)는 내부에 공간을 형성시키고, 고온의 열에 강한 쿼츠의 재질이면 바람직하며, 더욱 바람직하게는 도가니(20)의 내, 외부를 격리시킬 수 있는 덮개(22)를 포함한다.
그리고 도가니(20)의 내부 바닥면에는 일정량의 질화갈륨분말(30)이 도포되어 있다. 따라서 질화갈륨층(12)이 성장된 동종기판(10)은 질화갈륨분말(30)의 상부에 안착되어진 후, 덮개(22)로 밀폐된다.
그리고 도가니(20)는 열처리를 위하여 퍼니스(40)에 장입시키게 되며, 이 가열장치인 퍼니스(40)는 운반기체와 암모니아 가스를 공급해주는 기체 공급부(42)와 기체를 외부로 배출시키는 기체 배기부(44)를 포함하며, 퍼니스(40)의 열처리 온도는 1000℃∼ 1300℃ 이상인 것이 바람직하다.
이하, 이와 같이 구성된 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 흐름도를 참고하면, 상면에 질화갈륨층을 성장시킨 동종기판이 제공되는 단계(100)와, 동종기판을 질화갈륨분말이 도포된 도가니의 내부에 안착시키는 단계(110)와, 도가니를 퍼니스에 장입시키는 단계(120)와, 퍼니스는 암모니아의 분위기 하에서 아연 주입공정을 실시하기 위한 열처리 공정을 진행시키는 단계(130)를 포함한다.
이는, 기체 공급부(42)를 통하여 퍼니스(40)의 내부 온도를 대략 1000℃∼ 1300℃ 정도로 유지한 상태에서 질화갈륨 막의 성장시 흘리는 전체 가스량의 15∼50%의 암모니아 가스를 흘려주게 된다. 이 때, 덮개(22)로 밀폐되어 가열된 도가니(20)의 내부에서는 질화갈륨분말(30)로 하여 질화갈륨 분위기가 형성됨으로써, 동종기판(10) 상의 질화갈륨층(12)에서는 질화갈륨의 분해가 최소화되면서 아연 주입으로 인한 표면이 전처리될 수 있다.
이에 따라 제조된 질화갈륨 박막은 도 3에서와 같이, 무게 감소로 나타나며 즉, 본 발명에 따라 질화갈륨분말과 암모니아의 분위기 하에서 분해가 최소화된 질화갈륨 박막은 무게의 감소가 거의 없는 우수한 질화갈륨 박막을 얻을 수 있는 것에 비하여, 종래의 방법에 따라 제조된 질화갈륨 박막은 질화갈륨의 분해가 많아서 온도가 증가함에 따라 무게의 변화가 크게 나타남을 알 수 있다.
따라서 동종기판에 아연 주입을 위한 장시간의 열처리 공정을 수행하여도 질화갈륨층(12)의 분해가 최소화되어 n형으로의 변형 감소로 이어지지 않는 p형 타입의 제작이 용이하며, 보다 고온에서의 열처리가 가능하여 표면에서 넓은 영역까지 이온주입에 의한 불순물을 확산시킬 수 있어 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항 이 낮아지게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법으로 하여 고온의 열처리에서 질화갈륨층의 분해를 최소화하고, p형 타입의 제작이 용이하며, 반도체와 금속 전극 사이의 접촉 저항이 낮아질 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법에 있어서,상면에 질화갈륨층을 성장시킨 동종기판이 제공되는 단계와,상기 동종기판을 질화갈륨분말이 도포된 도가니의 내부에 안착시키는 단계와,상기 도가니를 퍼니스에 장입시키는 단계와,상기 퍼니스는 암모니아의 분위기 하에서 아연 주입공정을 실시하기 위한 열처리 공정을 진행시키는 단계,를 포함하는 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 질화갈륨분말은, 열처리시 상기 도가니의 내부를 질화갈륨 분위기로 형성하여 상기 동종기판에서 질화갈륨층의 분해를 최소화하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 퍼니스의 열처리 온도는 1000℃∼ 1300℃이상인 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법.
- 제 1 항에 있어서,P형 타입을 제조하기 위하여 아연 이외에 Mg, Ni, Be, Cd 등과 같은 2가 원소를 1종 혹은 2종을 혼합하여 제조된 질화물계 반도체 기판의 아연 이온주입방법.
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