KR20120072910A - Method for growing thin film in semiconductor and the same grown by it - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for growing a thin film of a semiconductor and the thin film of the semiconductor grown by the same are provided to obtain an AIN thin film with low defective density of a single AI polarity by selectively growing an AIN of an AI polarity after an AIN of an N polarity is removed by a selective etching process. CONSTITUTION: An AIN of an N polarity and an AIN of an AI polarity are grown on a substrate(10). An AIN semiconductor of the N polarity is etched by a wet etching process. A mask which is thinner than the AIN of the AI polarity is deposited. An AIN thin film(40) of a single AI polarity is formed by horizontal re-growth.

Description

반도체 박막 성장 방법 및 이에 의해 성장된 반도체의 박막{METHOD FOR GROWING THIN FILM IN SEMICONDUCTOR AND THE SAME GROWN BY IT}METHOD FOR GROWING THIN FILM IN SEMICONDUCTOR AND THE SAME GROWN BY IT}

본 발명은 반도체 박막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄계 질화물 반도체의 박막 성장에 사용하기 위한 반도체 박막 성장 방법 및 이에 의해 성장된 반도체의 박막에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor thin film, and more particularly, to a semiconductor thin film growth method for use in thin film growth of an aluminum-based nitride semiconductor and a thin film of a semiconductor grown thereby.

일반적으로, 300nm 이하의 심자외선 영역의 발광다이오드(Deep Ultra-Violet Light Emitting Diode: DUV LED) 제작에 있어서, 고품질의 질화알루미늄(AlN) 박막성장이 매우 중요하다. AlN 박막성장에서, 동종기판인 AlN 기판에서의 제작 기술은 크기 측면에서 아직 상용화 단계에 이르지 못했다. 현재의 AlN 박막성장에서는, 사파이어 기판과 실리콘 카바이드(Silicon Carbide; SiC) 기판이 주로 사용되고 있으며, 기판의 가격면에서 SiC 기판보다 사파이어 기판의 선호도가 우선시되고 있다.In general, high-quality aluminum nitride (AlN) thin film growth is very important for manufacturing a deep ultra-violet light emitting diode (DUV LED) having a deep ultraviolet region of 300 nm or less. In AlN thin film growth, the fabrication technology of AlN substrate, which is a homogeneous substrate, has not yet reached the commercialization stage in terms of size. In the current AlN thin film growth, sapphire substrates and silicon carbide (SiC) substrates are mainly used, and the preference of sapphire substrates is given priority over SiC substrates in terms of price of the substrates.

그러나, 사파이어 기판상에 성장되는 AlN 박막의 결정질은 고품질의 DUV LED 제작에 부적합하다. 그 이유는, 사파이어 기판과 AlN 박막의 격자상수 차이로 인한 결함밀도, 즉 전위밀도를 줄이는데 어려움이 있기 때문이며, 또한 사파이어 기판상에 성장되는 AlN 박막은 격자상수 차이로 인해 인장응력(tensile stress)를 받으므로, 고품질의 DUV LED 제작을 위해 AlN 박막을 두껍게 성장할 경우 AlN 박막에 크랙(crack)이 발생할 수 있기 때문이다. However, the crystallinity of AlN thin films grown on sapphire substrates is unsuitable for producing high quality DUV LEDs. The reason is that it is difficult to reduce the defect density, that is, the dislocation density due to the lattice constant difference between the sapphire substrate and the AlN thin film, and the AlN thin film grown on the sapphire substrate has a tensile stress due to the lattice constant difference. Since the AlN thin film is grown thick to produce high quality DUV LEDs, cracks may occur in the AlN thin film.

사파이어 기판상에 AlN 박막을 성장할 때의 또 다른 문제점은, 극성(polarity)을 가지지 않는 사파이어 기판상에, 극성을 가지는 AlN 박막을 성장할 경우 극성 제어가 다소 어렵다는 점이다. 일반적으로는, N극성 AlN 박막의 성장조건이 Al극성 AlN 성장조건보다 범용적이며, 비슷한 성장조건에서의 결정질이 N극성 AlN에서 더 우수한 경우가 많다. 그러나 N극성 AlN 박막은, 이차원적인 평탄한 표면을 얻기가 힘들어 고품질의 DUV LED를 제작하기에 어려운 문제점이 있으며, 제작 후에도 누설(leakage) 전류가 심한 문제점이 있다.Another problem when growing an AlN thin film on a sapphire substrate is that it is somewhat difficult to control the polarity when growing an AlN thin film having polarity on a sapphire substrate having no polarity. In general, the growth conditions of the N-polar AlN thin film are more general than the Al-polar AlN growth conditions, and the crystalline under similar growth conditions is often superior to the N-polar AlN. However, the N-polar AlN thin film has a problem that it is difficult to produce a high-quality DUV LED because it is difficult to obtain a two-dimensional flat surface, and there is a problem of high leakage current even after fabrication.

사파이어 기판상에 AlN 박막성장에서 AlN의 극성 제어는, 사파이어 기판의 질화과정(nitridation), 저온 AlN 버퍼(buffer)층의 두께, 고온성장을 위한 AlN 버퍼층의 어닐링(annealing) 등의 유무, 혹은 그 시간 및 성장조건 조절에 따라 달라질 수 있으며, 이들의 특정조건에서만 단일 극성을 가지는 AlN 박막성장이 가능하다. 이때, 질화과정이란, AlN 성장 전에 고온 혹은 저온에서 사파이어 기판에 암모니아(NH3)를 흘려주는 과정으로서, 표면특성 및 결정질 향상에 매우 도움이 되는 것이다. AlN polarity control in AlN thin film growth on sapphire substrate is based on nitridation of sapphire substrate, thickness of low temperature AlN buffer layer, annealing of AlN buffer layer for high temperature growth, or the like. Depending on the time and growth conditions can be controlled, AlN thin film growth with a single polarity is possible only under these specific conditions. In this case, the nitriding process is a process of flowing ammonia (NH 3) into the sapphire substrate at a high temperature or a low temperature before AlN growth, and is very helpful for improving the surface properties and crystallinity.

이와 같이 Al극성 AlN 박막성장을 위해 사파이어의 질화과정을 거치게 되면, 여러 성장조건에서 N극성 AlN 박막이 성장된다. 혹은, Al극성 AlN 박막성장을 위해 사파이어 기판의 질화과정 없이 사파이어 기판상에 직접 고온 AlN 박막을 성장하기도 하는데, 이때 AlN 박막의 결정질이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
As such, when the sapphire nitriding process is performed to grow Al-polar AlN thin film, N-polar AlN thin film is grown under various growth conditions. Alternatively, in order to grow Al-polar AlN thin film, a high temperature AlN thin film may be directly grown on the sapphire substrate without nitriding the sapphire substrate.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 결함밀도가 적은 고품질의 단일 Al극성 AlN 박막을 성장하기 위한 반도체 박막 성장 방법 및 이에 의해 성장된 반도체의 박막을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor thin film growth method for growing a high quality single Al polar AlN thin film with low defect density, and a thin film of a semiconductor grown thereby. .

또한, 본 발명은 평탄한 표면을 가지고, 누설전류가 적은 반도체 박막 성장 방법 및 이에 의해 성장된 반도체의 박막을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
In addition, another object of the present invention is to provide a semiconductor thin film growth method having a flat surface and low leakage current and a thin film of semiconductor grown thereby.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 제1극성 및 제2극성을 가지는 반도체에 대하여, 단일의 제1극성의 반도체 박막을 성장하기 위한, 본 발명의 반도체 박막 성장 방법은, (a) 상기 기판상에 상기 제1극성 및 제2극성-소정의 식각에 대하여 식각률이 상이함-의 반도체의 성장을 수행하는 단계; (b) 상기 소정의 식각을 수행하여, 상기 제2극성의 반도체를 식각하는 단계; 및 (c) 상기 제1극성의 반도체의 수평재성장을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에, (d) 상기 제1극성의 반도체보다 그 두께가 얇도록, 마스크를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the semiconductor thin film growth method of the present invention for growing a single first polar semiconductor thin film with respect to a semiconductor having a first polarity and a second polarity, (a) on the substrate Performing growth of the first polarity and the second polarity, the etching rate being different for a predetermined etching; (b) etching the semiconductor of the second polarity by performing the predetermined etching; And (c) performing horizontal regrowth of the first polar semiconductor, and between steps (b) and (c), (d) having a thickness smaller than that of the first polar semiconductor. The method may further include depositing a mask.

또한, 제1극성 및 제2극성을 가지는 반도체에 대하여, 단일의 제1극성의 반도체 박막을 성장하기 위한, 본 발명의 반도체 박막 성장 방법은, 상기 기판상에 상기 제1극성 및 제2극성의 반도체의 성장을 수행하는 단계; 상기 제1극성의 반도체보다 그 두께가 얇고, 상기 제2극성의 반도체와 실질적으로 두께가 동일한 마스크를 증착하는 단계; 및 상기 제1극성의 반도체의 수평재성장을 수행하는 단계를 포함한다.
The semiconductor thin film growth method of the present invention for growing a single first polar semiconductor thin film with respect to a semiconductor having a first polarity and a second polarity is characterized in that the first polarity and the second polarity are on the substrate. Performing growth of the semiconductor; Depositing a mask that is thinner than the first polar semiconductor and substantially the same thickness as the second polar semiconductor; And performing horizontal regrowth of the first polar semiconductor.

한편, Al극성 AlN 박막을 기판상에 성장하기 위한 본 발명의 반도체 박막 성장 방법은, 상기 기판상에 N극성 AlN과 Al극성 AlN의 성장을 수행하는 단계; 습식식각을 수행하여, 상기 N극성 AlN 반도체를 식각하는 단계; 및 상기 Al극성 AlN의 수평재성장을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 N극성 AlN 반도체의 식각 후에, 상기 Al극성 AlN의 두께보다 얇은 마스크를 증착하는 단계를 더 포함하는것이 바람직하다.
On the other hand, the semiconductor thin film growth method of the present invention for growing an Al-polar AlN thin film on a substrate, comprising the steps of: growing N-polar AlN and Al-polar AlN on the substrate; Performing wet etching to etch the N-polar AlN semiconductor; And performing horizontal regrowth of the Al-polar AlN, and after etching the N-polar AlN semiconductor, it is preferable to further include depositing a mask thinner than the thickness of the Al-polar AlN.

본 발명의 일실시예에 따르면, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법에 의해 성장된 반도체 박막이 포함된다.
According to an embodiment of the present invention, a semiconductor thin film grown by the method of any one of claims 1 to 5 is included.

상기와 같은 본 발명은, 기둥형상의 AlN을 성장한 후, 선택적인 식각을 통해 N극성 AlN을 제거하고, Al극성 AlN만을 선택적으로 성장하여 단일 Al극성의 저결함밀도의 AlN 박막을 제공하도록 하는 효과가 있다.The present invention as described above, after the growth of columnar AlN, by removing the N-polar AlN through the selective etching, by selectively growing only Al-polar AlN to provide a single Al-polar low defect density AlN thin film There is.

또한, 범용적으로 사용되는 성장조건에서 손쉽게 고품위의 AlN 박막을 제공하도록 하는 효과가 있다.
In addition, there is an effect to provide a high quality AlN thin film easily under the growth conditions used universally.

도 1은 일반적인 DUV LED의 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 질화과정 이후 저온에서 기판상에 핵생성층이 성장된 AlN의 평면도 및 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 질화과정 이후 고온에서 기판상에 핵생성층이 성장된 AlN의 평면도 및 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 기판상에 성장되는 혼합극성 AlN의 시간에 따른 성장 단면을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 1 is a configuration diagram of a general DUV LED.
2A and 2B are plan and perspective views of AlN in which a nucleation layer is grown on a substrate at low temperature after nitriding.
3A and 3B are plan and perspective views of AlN in which a nucleation layer is grown on a substrate at a high temperature after nitriding.
4A to 4C are schematic diagrams for explaining a growth cross section with time of mixed polar AlN grown on a substrate.
5A to 5D are schematic cross-sectional views for describing a method of growing a semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention.
6A to 6G are schematic cross-sectional views illustrating a method of growing a semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.
7A to 7C are schematic cross-sectional views for describing a method of growing a semiconductor thin film according to a third embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, or a combination thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 종래의 DUV LED의 Al-극성 AlN 박막을 설명한 후, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, after explaining the Al-polar AlN thin film of the conventional DUV LED, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail.

도 1은 일반적인 DUV LED의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a general DUV LED.

도면에 도시된 바와 같이, 300nm 이하의 발광영역을 가지는 DUV LED(100)는, 그 활성층(160)으로 약 40% 이상의 Al 조성의 AlGaN을 사용해야 하며, 50-60%가 넘는 Al 조성의 AlGaN 박막을 N-타입 전류 주입층(150)으로 사용해야 한다. As shown in the figure, the DUV LED 100 having a light emitting area of 300 nm or less should use AlGaN of Al composition of about 40% or more as the active layer 160, and an AlGaN thin film of Al composition of more than 50-60%. Is used as the N-type current injection layer 150.

따라서, 사파이어 기판상에 성장하는 질화물계 반도체 박막(120)은 이들 AlGaN 층보다 Al 조성비가 더 높아야 한다. 이러한 박막(120)으로서, 고품질의 Al 조성비를 갖는 AlGaN 또는 AlN을 사파이어 기판(110)상에 초기 성장해야, 그 이후로 이보다 적은 Al 조성비를 가지는 N-AlGaN층(150) 혹은 활성층(160)을 순차적으로 성장하여 고품질의 DUV LED(100)를 제작할 수 있다. Therefore, the nitride based semiconductor thin film 120 growing on the sapphire substrate should have a higher Al composition ratio than these AlGaN layers. As the thin film 120, AlGaN or AlN having a high Al composition ratio must be initially grown on the sapphire substrate 110, and since then, the N-AlGaN layer 150 or the active layer 160 having a lower Al composition ratio is formed. It can grow sequentially to produce a high quality DUV LED (100).

그러나, 80-90% 이상의 Al 조성비를 갖는 AlGaN 박막은, 위에서 언급한 AlN 박막과 같은 문제점이 있으며, 잘 성장된 AlN 박막이라도 아직까지는 108~1010cm-2 정도의 매우 높은 전위밀도를 가지고, 고품질의 Al 조성을 가지기 어려우므로, 특히 단파장의 DUV LED 소자특성에 매우 치명적인 요소로 작용한다.However, AlGaN thin films having an Al composition ratio of 80-90% or more have the same problems as AlN thin films mentioned above, and even well grown AlN thin films have a very high dislocation density of about 10 8 to 10 10 cm -2 . Because it is difficult to have high quality Al composition, it is a very deadly factor especially for the characteristics of short wavelength DUV LED device.

위에서 언급한 범용적인 성장조건, 즉 사파이어 기판의 질화과정을 거친 후에 성장되는 N극성 AlN 박막에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the general growth conditions mentioned above, that is, the N-polar AlN thin film grown after the nitride process of the sapphire substrate is described.

도 2a 및 도 2b는 질화과정 이후 저온에서 기판상에 핵생성층이 성장된 AlN의 평면도 및 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 질화과정 이후 고온에서 기판상에 핵생성층이 성장된 AlN의 평면도 및 사시도이다.2A and 2B are plan and perspective views of AlN in which a nucleation layer is grown on a substrate at low temperature after nitriding, and FIGS. 3A and 3B are plan views of AlN in which nucleation layer is grown on a substrate at high temperature after nitriding. And a perspective view.

도면에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판에 대하여 질화과정을 거치게 되면, 범용적인 성장조건에서 혼합극성(Al극성, N극성)을 갖는 AlN 박막이 성장되는데, 둥글둥글한 형태(도 2a 및 도 2b)나 육각 피라미드(도 3a 및 도 3b) 형상의 그레인(grain)(121, 123)과 그 위에 작은 힐락(hillock)(122, 124)이 존재하는 3차원적인 형태의 표면을 얻을 수 있다. As shown in the figure, when the nitriding process is performed on the sapphire substrate, an AlN thin film having mixed polarity (Al polarity and N polarity) is grown under general growth conditions, and the round shape (FIGS. 2A and 2B) is formed. (B) A three-dimensional surface with grains 121 and 123 in the shape of a hexagonal pyramid (FIGS. 3A and 3B) and small hillocks 122 and 124 thereon can be obtained.

표면의 대부분을 차지하는 그레인은 N극성 AlN(121, 123)이고, 그 위 상대적으로 작은 힐락은 Al극성 AlN(122, 124)으로 성장된다. Al극성 AlN(122, 124)은 사파이어 기판(110)에서부터 성장된 것으로서, 수직성장률이 N극성 AlN(121, 123)의 성장률보다 월등해서, 삼차원적인 N극성 AlN 그레인(121, 123) 위에 Al극성 AlN(122, 124)이 성장된 것처럼 보인다. The grain occupying most of the surface is N-polar AlN (121, 123), and relatively small hillocks are grown to Al-polar AlN (122, 124). Al-polar AlN (122, 124) is grown from the sapphire substrate 110, the vertical growth rate is superior to the growth rate of the N-polar AlN (121, 123), Al Al on the three-dimensional N-polar AlN grain (121, 123) AlN 122, 124 appears to have grown.

도 4a 내지 도 4c는 기판상에 성장되는 혼합극성 AlN의 시간에 따른 성장 단면을 설명하기 위한 개략도이다. 4A to 4C are schematic diagrams for explaining a growth cross section with time of mixed polar AlN grown on a substrate.

도면에 도시된 바와 같이, 단면상으로, 기판(110)에서 올라온 기둥모양의 Al극성 AlN(122) 주변에 N극성 AlN(121)이 삼차원적인 그레인을 형성하며 성장하게 된다. As shown in the figure, in cross-section, the N-polar AlN 121 is formed around the columnar Al-polar AlN 122 raised from the substrate 110 to form three-dimensional grain.

이러한 혼합극성을 보이는 것은, 사파이어 기판(110)의 고온 질화과정을 거치더라도 완벽한 질화가 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 사파이어 기판(110)의 불완전성 혹은 오프앵글(off-angle)로 인해 생기는 스텝 에지(step edge)에서 Al극성 AlN(122)이 성장되기 때문이다. This mixed polarity is not only complete nitriding even though the high temperature nitriding process of the sapphire substrate 110 is performed, and the step edges generated due to the imperfection or off-angle of the sapphire substrate 110 ( This is because Al polar AlN 122 is grown at the step edge).

또한, Al극성 AlN(122)의 성장률이 N극성 AlN(121)의 성장률보다 높기 때문에, 높이 솟아오르는 기둥형태의 Al극성 AlN(122) 주변부로 N극성 AlN(121)이 성장되어 삼차원적인 그레인이 형성되기 때문이다. 이러한 그레인의 경계에는 많은 에지타입 전위가 존재하게 된다. In addition, since the growth rate of the Al-polar AlN 122 is higher than that of the N-polar AlN 121, the N-polar AlN 121 is grown around the columnar Al-polar AlN 122 in the form of a towering column so that the three-dimensional grain is grown. Because it is formed. There are many edge type dislocations at the boundaries of these grains.

한편, N극성 AlN은 Al극성 AlN에 비해 화학적으로 불안정하여 그 식각률이 매우 높다. 이러한 극성에 따른 AlN의 성질을 이용한 것이다. 이하, 도면을 참조로 본 발명에 대하여 설명한다.
On the other hand, N-polar AlN is chemically unstable compared to Al-polar AlN, so the etching rate is very high. It uses the properties of AlN according to this polarity. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated with reference to drawings.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 본 발명의 방법은, 반도체 박막(40)을 기판(10) 상에 성장하는 방법에 관한 것이다.5A to 5D are schematic cross-sectional views for describing a method of growing a semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention. The method of the present invention relates to a method of growing a semiconductor thin film 40 on a substrate 10.

우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 질화과정을 인위적으로 거치거나, 또는 질화처리된 기판(10)에 상에, 혼합극성을 가지는 Al계 질화물 반도체를 성장한다. 본 발명에 사용되는 기판(10)은, 박막이 성장되는 표면이 특정 단일극성을 가지지 않는 것으로서, 예를 들어 사파이어, Ga2O3(Gallium(Ⅲ) Oxide)일 수 있다. First, as shown in FIG. 5A, an Al-based nitride semiconductor having mixed polarity is grown on the artificially nitrided or nitrided substrate 10. Substrate 10 used in the present invention, the surface on which the thin film is grown does not have a specific monopolar, for example, may be sapphire, Ga 2 O 3 (Gallium (III) Oxide).

또한, 본 발명에 사용되는 혼합극성을 가지는 Al계 질화물 반도체는, N극성과 Ⅲ족 극성, 예를 들어, Ga극성, Al극성, 또는 In극성을 동시에 가지는 질화물계 반도체로서, AlN, GaN, InN 또는 이들의 3성분계인 AlGaN, InGaN 또는 4성분계인 InAlGaN일 수 있다. 편의상, 본 발명의 설명은 AlN을 사용하는 실시예를 들어 설명하기로 하겠다. 도 5a 내지 도 5b에서 도면부호 '20'은 Al극성 AlN이고, 도면부호 '30'은 N극성 AlN이다. 그러나, 본 발명의 방법에 사용되는 질화물 반도체가 이에만 한정되는 것은 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다 할 수 있다.In addition, the Al-based nitride semiconductor having mixed polarity used in the present invention is a nitride-based semiconductor having both N polarity and group III polarity, for example, Ga polarity, Al polarity, or In polarity. Or AlGaN, InGaN, which is a three component system, or InAlGaN, which is a four component system. For convenience, the description of the present invention will be described by taking an embodiment using AlN. 5A to 5B, reference numeral 20 denotes Al polar AlN, and reference numeral 30 denotes N polar AlN. However, it will be apparent to those skilled in the art that the nitride semiconductor used in the method of the present invention is not limited thereto.

본 발명에서 사용되는 성장방법은, 유기금속화학증착(MetalOrganic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 또는 수소기상증착(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE) 등의 기상증착방법일 수 있다.The growth method used in the present invention may be a vapor deposition method such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or hydrogen vapor deposition (Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE).

도 5a와 같이 혼합극성(Al극성, N극성)의 AlN(20, 30)을 성장한 후, 본 발명의 방법은 도 5b와 같이 선택적으로 N극성 AlN(30)에 대한 식각을 수행한다. 이때, 식각방식은, OH기를 포함한 수산화용액, 예를 들면 KOH, NaOH 수용액, 혹은 이들의 이종 이상의 혼합수용액 등을 이용한 습식식각방식을 이용할 수도 있고, HF, H2SO4, H3PO4등의 산용액을 기반으로 한 혼합수용액 등을 이용한 습식시각방식을 이용할 수도 있으며, 전기화확적 식각방식, 혹은 PEC(photo-enhanced chemical etching) 방법 등 다양한 습식식각방식을 이용할 수 있다. After growing AlN (20, 30) of mixed polarity (Al polarity, N polarity) as shown in Figure 5a, the method of the present invention selectively performs etching for N-polar AlN (30) as shown in FIG. In this case, the etching method may be a wet etching method using a hydroxide solution containing an OH group, for example, KOH, NaOH aqueous solution, or a mixed solution of two or more thereof, and HF, H 2 SO 4 , H 3 PO 4, and the like. It is also possible to use a wet etching method using a mixed aqueous solution based on an acid solution, and various wet etching methods such as an electrochemical etching method or a photo-enhanced chemical etching (PEC) method.

이와 같은 습식식각을 수행하면, N극성 AlN(30)의 식각률이 Al극성 AlN(20)의 식각률보다 훨씬 빠르기 때문에, 도 5b와 같이, N극성 AlN(30)들은 대부분 식각되며, Al극성 AlN(20) 기둥만 그 사이즈가 약간의 식각으로 인해 작아진 채로 기판(10) 상에 마치 필러(pillar) 형태로 남게 된다. When the wet etching is performed, since the etching rate of the N-polar AlN 30 is much faster than that of the Al-polar AlN 20, the N-polar AlN 30 is mostly etched, as shown in FIG. 5B, and the Al-polar AlN ( 20) Only the pillar is left in the form of a pillar on the substrate 10 with its size becoming smaller due to some etching.

이와 같은 식각을 통해, N극성 AlN(30)이 식각되고, 다시 도 5c 및 도 5d와 같이, 수평재성장을 수행하여, 도 5e와 같은 단일 Al극성 AlN 박막(40)을 얻을 수 있다. 도시된 바와 같이, N극성 AlN(30)이 완벽시 식각되지 않고 남아있다고 하더라도, Al극성 AlN(20)의 수평성장을 충분히 촉진하여, 단일 Al극성 AlN 박막(40)을 성장할 수 있다. 이와 같이 성장한 박막(40)의 두께는 바람직하게는 50nm 이상 5㎛ 이하이다.
Through this etching, the N-polar AlN 30 is etched, and as shown in FIGS. 5C and 5D, horizontal regrowth may be performed to obtain a single Al-polar AlN thin film 40 as illustrated in FIG. 5E. As shown, even if the N-polar AlN 30 remains unetched at the time of perfection, it is possible to sufficiently promote the horizontal growth of the Al-polar AlN 20 to grow a single Al-polar AlN thin film 40. The thickness of the thin film 40 thus grown is preferably 50 nm or more and 5 m or less.

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 6A to 6G are schematic cross-sectional views illustrating a method of growing a semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.

도 6a와 같이 기판(10) 위에 혼합극성(Al극성, N극성)의 AlN(20, 30)을 성장한 후, 본 발명의 방법은 도 6b와 같이 선택적으로 N극성 AlN(30)에 대한 식각을 수행한다. 이에 대한 설명은 제1실시예의 설명에서와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.After growing AlN (20, 30) of mixed polarity (Al polarity, N polarity) on the substrate 10 as shown in Figure 6a, the method of the present invention selectively etching the N-polar AlN (30) as shown in Figure 6b To perform. Since the description thereof is the same as in the description of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

이후, 도 6c와 같이, 수평성장률의 증가를 위해, 마스크(50)를 남아있는 Al극성 AlN(20)보다 더 두껍게 증착하고, 도 6d와 같이 마스크(50)를 식각하여, 원하는 높이의 Al극성 AlN(20)이 드러나도록 한다. 마스크(50) 물질은, SiO2, Ga2O3 등의 산화절연막, SiN 등의 질화절연막, 혹은 W, Cr, Ni, Au, Ag 등의 금속물질일 수 있다. 한편, 도 6c 및 도 6d에서는 마스크(50)를 Al극성 AlN(20)보다 두껍게 증착한 후, 식각을 통해 Al극성 AlN(20)이 드러나는 것을 설명하였으나, 처음부터 Al극성 AlN(20)보다 얇게 증착할 수도 있다. Thereafter, as shown in FIG. 6C, in order to increase the horizontal growth rate, the mask 50 is deposited thicker than the remaining Al-polar AlN 20, and the mask 50 is etched as shown in FIG. 6D, thereby Al-polar having a desired height. Let AlN 20 be revealed. The mask 50 material may be an oxide insulating film such as SiO 2 , Ga 2 O 3 , a nitride insulating film such as SiN, or a metal material such as W, Cr, Ni, Au, Ag, or the like. Meanwhile, in FIGS. 6C and 6D, the mask 50 is deposited thicker than the Al-polar AlN 20, and then the Al-polar AlN 20 is exposed through etching. However, the mask 50 is thinner than the Al-polar AlN 20. It may be deposited.

이와 같이, 마스크(50)를 증착한 후, 도 6e 및 도 6f와 같이 수평재성장을 수행하여, 도 6g와 같이 Al극성 AlN 박막(60)을 완성할 수도 있다. 이때, 도시되지는 않았으나, 마스크(50)는, 성장이 수행된 이후 식각에 의해 제거될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
As such, after the deposition of the mask 50, horizontal regrowth may be performed as shown in FIGS. 6E and 6F to complete the Al-polar AlN thin film 60 as shown in FIG. 6G. At this time, although not shown, it is apparent to those skilled in the art that the mask 50 may be removed by etching after growth is performed.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 7A to 7C are schematic cross-sectional views for describing a method of growing a semiconductor thin film according to a third embodiment of the present invention.

도 7a와 같이 기판(10) 위에 혼합극성(Al극성, N극성)의 AlN(20, 30)을 성장한 후, 본 발명의 방법은 도 7b와 같이 마스크(70)를 증착하고, Al극성 AlN(20)이 드러날때까지 마스크(70)를 식각한다(도 7c). 도면에 의하면, 마스크(70)는, Al극성 AlN(20)보다는 그 두께가 얇고, N극성 AlN(30)과 그 두께가 거의 동일하다.After growing AlNs 20 and 30 of mixed polarity (Al polarity and N polarity) on the substrate 10 as shown in FIG. 7A, the method of the present invention deposits a mask 70 as shown in FIG. The mask 70 is etched until 20 is revealed (FIG. 7C). According to the figure, the thickness of the mask 70 is thinner than that of the Al-polar AlN 20, and is almost the same as that of the N-polar AlN 30.

이와 같은 구조에서, 수평재성장을 수행하여, 도 5e 또는 도 6g와 같이 Al극성 AlN 박막을 얻을 수 있다. 그 외의 설명에 대해서는, 이미 설명한 바와 동일하므로, 상세한 내용은 생략하는 것으로 한다.
In such a structure, by performing horizontal regrowth, an Al-polar AlN thin film can be obtained as shown in FIG. 5E or 6G. Since other explanations are the same as those already described, detailed descriptions will be omitted.

본 발명에 의하면, 기판 위에 성장된 혼합극성을 가지는 AlN을 KOH, NaOH 혹은 이들의 혼합용액에 넣고 상온 혹은 약간의 고온에서 습식식각을 수행하면, N극성 AlN의 식각률이 Al극성 AlN의 식각률보다 훨씬 빠른 점으로부터 N극성 AlN가 대부분 식각되며, Al극성 AlN 기둥만 크기가 줄어든 채로 기판(10) 상에 필러 형태로 남게 된다. 이렇게 선택적으로 식각되고 남은 Al극성 AlN을 예를 들어, MOCVD 방식으로 수평재성장하여 Al극성 AlN 박막을 얻을 수 있다. According to the present invention, when AlN having mixed polarity grown on a substrate is added to KOH, NaOH or a mixed solution thereof, and wet etching is performed at room temperature or slightly high temperature, the etching rate of N-polar AlN is much higher than that of Al-polar AlN. Most of the N-polar AlN is etched from the fast point, and only the Al-polar AlN pillar remains in the form of a filler on the substrate 10 while the size is reduced. The Al polar AlN remaining after being selectively etched is horizontally grown by, for example, MOCVD, to obtain an Al polar AlN thin film.

위와 같은 본 발명의 설명에서는, 반도체 박막으로서 AlN을 그 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아님은 이미 설명한 바와 같다. 따라서, 극성에 대해서도 N극 및 Al극에 한정되는 것이 아님은 자명하다. 즉, 임의의 반도체 박막의 제조에서, 적어도 2개의 혼합극성을 가지는 반도체를 이용하여 박막을 제조하는 과정에서 본 발명이 사용될 수 있음은 자명하다. 또한, 본 발명의 설명에서는, AlN의 식각을 위해, 습식식각을 수행하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 및 반도체의 극성특성에 해당하는 식각방식을 선택할 수 있음은 자명하다.In the above description of the present invention, AlN is described as an example of the semiconductor thin film, but the present invention is not limited thereto. Therefore, it is obvious that the polarity is not limited to the N pole and the Al pole. That is, in the manufacture of any semiconductor thin film, it is apparent that the present invention can be used in the process of manufacturing a thin film using a semiconductor having at least two mixed polarities. In addition, in the description of the present invention, wet etching was performed for etching AlN, but the present invention is not limited thereto, and an etching method corresponding to the polarity characteristics of the semiconductor and the semiconductor may be selected.

본 발명에 의하면, 단일 Al극성 AlN 박막을 성장할 수 있을 뿐 아니라, Al-극성 AlN 박막의 결함밀도를 극히 낮출 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 현재 매우 고가인 AlN 기판을 대체하면서, 특별한 성장조건을 찾을 필요없이, 범용의 AlN 성장조건으로 이용하여 손쉽게 단일 Al극성 AlN 박막을 성장할 수 있다. According to the present invention, not only a single Al-polar AlN thin film can be grown, but also the defect density of the Al-polar AlN thin film can be extremely reduced. In addition, according to the present invention, it is possible to easily grow a single Al-polar AlN thin film using general AlN growth conditions without having to find a special growth condition while replacing the currently very expensive AlN substrate.

또한, 본 발명에 의하면, 필러 형상의 Al극성 AlN을 핵으로 하고, 그 밀도가 109cm-2 이상이 되도록 제작할 수 있어, 수평성장을 통해 Al극성 AlN 박막을 성장할 수 있으며, 고품질의 DUV LED 혹은 LD 구조의 하부구조(template)로 사용될 수 있다. Further, according to the present invention, a filler-shaped Al-polar AlN can be used as a nucleus, and the density thereof can be made to be 10 9 cm -2 or more, so that an Al-polar AlN thin film can be grown through horizontal growth, and a high quality DUV LED Alternatively, it may be used as a template of the LD structure.

또한, 본 발명에 의하면, 기판상의 전면적에서 성장하는 핵생성층을 활용하는 것이 아니라, 필러 형상의 Al극성 AlN을 사용하는 것이므로, 기판에서 발생하는 인장응력을 충분히 줄일 수 있어, 두껍게 박막을 성장할 경우 발생할 수 있는 크랙을 방지하고, 또한 기판 휘어짐을 방지하여, 박막의 조성 및 발광소자의 파장 등의 균일도를 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, since the Al-polar AlN in the shape of the filler is used instead of the nucleation layer grown on the entire surface of the substrate, the tensile stress generated in the substrate can be sufficiently reduced, and the thin film is grown thickly. It is possible to prevent cracks that may occur and to prevent substrate warpage, and to improve uniformity of the composition of the thin film and the wavelength of the light emitting device.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
Although embodiments according to the present invention have been described above, these are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments of the present invention are possible therefrom. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

10: 기판 20: N극성 AlN
30: Al극성 AlN 40, 60: Al극성 AlN 박막
50, 70: 마스크10: substrate 20: N-polar AlN
30: Al polar AlN 40, 60: Al polar AlN thin film
50, 70: mask

Claims (6)

제1극성 및 제2극성을 가지는 반도체에 대하여, 단일의 제1극성의 반도체 박막을 성장하기 위한 반도체 박막 성장 방법에 있어서,
(a) 상기 기판상에 상기 제1극성 및 제2극성-소정의 식각에 대하여 식각률이 상이함-의 반도체의 성장을 수행하는 단계;
(b) 상기 소정의 식각을 수행하여, 상기 제2극성의 반도체를 식각하는 단계; 및
(c) 상기 제1극성의 반도체의 수평재성장을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
In a semiconductor thin film growth method for growing a single first polar semiconductor thin film with respect to a semiconductor having a first polarity and a second polarity,
(a) performing growth of a semiconductor of the first polarity and the second polarity having different etching rates for predetermined etching on the substrate;
(b) etching the semiconductor of the second polarity by performing the predetermined etching; And
(c) performing a horizontal regrowth of the first polar semiconductor.
제1항에 있어서, 상기 (b)단계와 상기 (c)단계 사이에,
(d) 상기 제1극성의 반도체보다 그 두께가 얇도록, 마스크를 증착하는 단계를 더 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
According to claim 1, Between (b) and (c),
and (d) depositing a mask such that the thickness of the first polar semiconductor is thinner.
제1극성 및 제2극성을 가지는 반도체에 대하여, 단일의 제1극성의 반도체 박막을 성장하기 위한 반도체 박막 성장 방법에 있어서,
상기 기판상에 상기 제1극성 및 제2극성의 반도체의 성장을 수행하는 단계;
상기 제1극성의 반도체보다 그 두께가 얇고, 상기 제2극성의 반도체와 실질적으로 두께가 동일한 마스크를 증착하는 단계; 및
상기 제1극성의 반도체의 수평재성장을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
In a semiconductor thin film growth method for growing a single first polar semiconductor thin film with respect to a semiconductor having a first polarity and a second polarity,
Performing growth of the first polarity and the second polarity semiconductor on the substrate;
Depositing a mask that is thinner than the first polar semiconductor and substantially the same thickness as the second polar semiconductor; And
And performing horizontal regrowth of the semiconductor of the first polarity.
Al극성 AlN 박막을 기판상에 성장하기 위한 반도체 박막 성장 방법에 있어서,
상기 기판상에 N극성 AlN과 Al극성 AlN의 성장을 수행하는 단계;
습식식각을 수행하여, 상기 N극성 AlN 반도체를 식각하는 단계; 및
상기 Al극성 AlN의 수평재성장을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
In the semiconductor thin film growth method for growing an Al-polar AlN thin film on a substrate,
Performing growth of N-polar AlN and Al-polar AlN on the substrate;
Performing wet etching to etch the N-polar AlN semiconductor; And
A method of growing a semiconductor thin film comprising the step of performing horizontal regrowth of the Al polar AlN.
제4항에 있어서,
상기 N극성 AlN 반도체의 식각 후에, 상기 Al극성 AlN의 두께보다 얇은 마스크를 증착하는 단계를 더 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
The method of claim 4, wherein
After etching the N-polar AlN semiconductor, further comprising depositing a mask thinner than the thickness of the Al-polar AlN.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법에 의해 성장된 반도체 박막.A semiconductor thin film grown by the method of any one of claims 1 to 5.
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