KR20120087746A - 탄화 알루미늄 박막, 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

탄화 알루미늄 박막, 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

결정성의 탄화 알루미늄 박막, 결정성의 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, 탄화 알루미늄의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막이 제공된다. 또, 본 발명에 의하면, 탄소를 포함하는 가스와 알루미늄을 포함하는 가스를 공급하여, 기판상에 탄화 알루미늄의 결정을 성장시켜, 탄화 알루미늄 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법이 제공된다.

Description

탄화 알루미늄 박막, 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법{ALUMINUM CARBIDE THIN FILM, SEMICONDUCTOR SUBSTRATE HAVING ALUMINUM CARBIDE THIN FILM FORMED THEREON AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은, 탄화 알루미늄 박막, 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법에 관한 것으로. 특히, 본 발명은, 기판에 형성한 결정성의 탄화 알루미늄 박막, 그 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
질화 갈륨(GaN)계 반도체를 이용한 발광 다이오드(이하, LED라고 한다)는, 신호기나 액정 패널의 백라이트 등의 다양한 기기에 이용되고 있다. 260~290nm, 360~600nm의 파장대에서 사용되는 AlGaInN계 LED는, 360nm보다 단파장대(300~340nm)에 대해 AlGaN계를 활성층으로 하는 재료가 사용 가능하므로, 오랫동안 AlxGa1 － xN계의 개발이 진행되어 왔다. 280nm의 파장대에서는, 10% 이상의 외부 추출 효율을 얻을 수 있다.
그러나, AlGaN는 갈라지기 쉽고, 전위 밀도가 높기 때문에, 360nm 이하, 300nm 이상의 파장대에 이용하는 재료의 개발은 진행되지 않았다. 지금까지의 보고에서는, 300~350nm의 파장대에서의 LED의 외부 추출 효율은 불과 8%였다.
일반적으로, 주기율표에서 상부에 속하는 원자는, 단파장에서 발광한다. 가장 파장이 짧은 재료는 BN 혹은 C이지만, 이것들은 성장에 2500℃ 이상의 고온이 필요하기 때문에, 범용 발광재료로는 적합하지 않다. 이것들에 준하는 재료로서는, AlN를 들 수 있다. AlN는 단파장(λ=210nm)에서 발광하는 재료로서 연구가 진행되고 있다. 그러나, AlGaN에 대해서는, 상술한 것처럼, 외부 추출 효율이 낮다고 하는 문제가 있었다.
한편, 탄화 알루미늄(Al4C3, 이하, AlC라고 한다)은, 실온에서 높은 전기 저항과 높은 열전도성을 겸비하여, 알루미늄 관련 기술에 있어서 중요한 화합물로 되어 있다. AlC와 유사한 알루미늄 화합물인 AlCN이, 넓은 밴드 갭과 높은 화학적 안정성, 높은 경도를 가지며, 초소형 전자 기술, 광전자 기술 등 다양한 산업에 응용 가능하므로, AlC에 대해서도 동일한 가능성이 기대된다. AlC는, III－IV족이라고 하는 특수한 재료로, 일반적으로는 나노 가공재료로서 알려져 있다.
AlC를 반도체 기판, 특히 LED의 분야에서 이용하려면 , 결정성이 뛰어난 박막을 얻을 필요가 있다. 그러나, 현재까지 AlC를 결정 박막으로 한 재료에 대한 보고는 적고, 개발이 진행되고 있지 않은 것이 현재 상태이다. 지금까지는, AlC의 비결정 박막이 보고되고 있을 뿐이다(비특허 문헌 1).
1. L.Yate et al., Surface and Coatings Technology, 203, 1904 (2009).
본 발명은, 결정성의 탄화 알루미늄 박막, 결정성의 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 탄화 알루미늄의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막이 제공된다.
상기 탄화 알루미늄 박막은, 음극 발광(cathodluminescence; CL) 측정에 대해, 310nm 이상 413nm 이하의 범위의 파장에서 발광할 수 있다.
상기 탄화 알루미늄 박막은, 투과 측정에 대해, 3.4eV 이상 4.3eV 이하의 밴드 갭을 가질 수 있다.
상기 탄화 알루미늄 박막은, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판에 형성될 수 있다.
상기 탄화 알루미늄 박막은, 상기 사파이어 기판의 c면에 형성될 수도 있다.
또, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 탄화 알루미늄 박막을 가지는 반도체 기판으로, 상기 탄화 알루미늄 박막은 탄화 알루미늄의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판이 제공된다.
상기 반도체 기판에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막이, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판에 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막이, 상기 사파이어 기판의 c면에 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판의 상기 탄화 알루미늄 박막은, 음극 발광 측정에 대해, 310nm 이상 413nm 이하의 범위의 파장에서 발광할 수 있다.
상기 반도체 기판의 상기 탄화 알루미늄 박막은, 투과 측정에 대해, 3.4eV 이상 4.3eV 이하의 밴드 갭을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 탄소를 포함하는 가스와 알루미늄을 포함하는 가스를 공급하여, 기판상에 탄화 알루미늄의 결정을 성장시켜, 탄화 알루미늄 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법이 제공된다.
상기 탄화 알루미늄 박막은, 유기 금속 기상 성장법을 이용해 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시킬 수 있다.
상기 기판은 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판일 수 있다.
상기 사파이어 기판의 c면에 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시킬 수 있다.
상기 탄소를 포함하는 가스는 메탄이고, 상기 알루미늄을 포함하는 가스는 트리 메틸 알루미늄일 수 있다.
상기 트리 메틸 알루미늄을 33μmol/min 이상 66μmol/min 이하, 상기 메탄을 13mmol/min 이상 27mmol/min 이하로 공급해, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시킬 수 있다.
상기 탄화 알루미늄의 결정을 700℃ 이상에서 성장시킬 수 있다.
상기 탄화 알루미늄의 결정을 1100℃ 이상에서 성장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 탄소를 포함하는 가스와 알루미늄을 포함하는 가스를 공급하여, 기판상에 탄화 알루미늄의 결정을 성장시켜, 탄화 알루미늄 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법이 제공된다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 유기 금속 기상 성장법을 이용해 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시킬 수 있다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판일 수 있다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 사파이어 기판의 c면에 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시킬 수 있다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 탄소를 포함하는 가스는 메탄이고, 상기 알루미늄을 포함하는 가스는 트리 메틸 알루미늄일 수 있다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 33μmol/min 이상 66μmol/min 이하, 상기 메탄을 13mmol/min 이상 27mmol/min 이하로 공급해, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시킬 수 있다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 700℃ 이상에서 성장시킬 수 있다.
상기 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 1100℃ 이상에서 성장시킬 수 있다.
　본 발명에 의하면, 결정성의 탄화 알루미늄 박막, 결정성의 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 기판(100)에 형성한 AlC 박막(10)의 제조 조건을 나타내는 도면이다.
도 3 (a)는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 성장 온도와 성장 속도의 관계를 나타내는 도면이며, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 TMA의 유량과 AlC 박막(10)의 성장 속도의 관계를 나타내는 도면이며, (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 IV/III 비와 성장 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AlC 박막(10)의 SEM 이미지로, (a) 700℃, (b) 1150℃, (c) 1200℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판(100)의 단면 방향으로부터의 SEM 이미지로, (a) 1150℃, (b) 1200℃에서 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)의 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판(100)의 XRD 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)의 EDX 결과를 나타내는 도면이며, (a)는 반도체 기판(100)의 단면 방향으로부터의 SEM 이미지이고, (b)는 알루미늄의 검출 결과, (c)는 탄소의 검출 결과, (d)는 산소의 검출 결과를 각각 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)의 CL 측정 결과를 나타내는 것으로, (a)는 700℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 측정 결과를 나타내고, (b)는 1200℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 측정 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)의 투과 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하에 본 발명의 탄화 알루미늄 박막, 결정성의 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법에 대해, 첨부한 도면을 참조해 상세하게 설명한다. 본 발명의 탄화 알루미늄 박막, 결정성의 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판 및 그들의 제조 방법은, 이하에 나타내는 실시의 형태 및 실시예의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다. 덧붙여 본 실시의 형태 및 후술하는 실시예에서 참조하는 도면에 있어서, 동일 부분 또는 동일한 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
(탄화 알루미늄 박막)
본 발명자들은 결정성의 탄화 알루미늄 박막(이하, AlC 박막이라고 한다)을 얻을 수 있도록, 원료, 제조 조건 등을 열심히 검토한 결과, 사파이어 기판의 c면에 결정성의 AlC 박막을 성장시키는 것을 실현했다.
본 발명에 따른 AlC 박막은, 주사형 전자현미경(SEM), X선 회절(XRD), 에너지 분산형 X선 분석(EDX), 음극 발광(CL), 투과 측정에 의해 평가할 수 있다.
일반적으로 Al4C3는 황색미를 띠고 있어, 다른 기판상에 본 실시 형태에 따른 AlC 박막을 형성하면, 눈으로 보거나 또는 광학 현미경 관찰에 의해, 황색으로 변색하는 것이 관찰된다. 또, SEM 관찰에 있어서, 기판상에 결정의 성장을 알 수 있고, 그 단면 방향으로부터의 SEM 이미지에 있어서, 기판상에 AlC 박막이 형성되고 있는 것을 확인할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, XRD의 2θ-ω모드에서의 측정에 있어서, 35°부근에 Al4C3 결정에서 유래하는 피크를 가진다. 또, 본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, 다른 결정으로 이루어진 기판상에 형성했을 경우, 그 기판을 구성하는 결정에서 유래하는 피크도 동시에 검출하기도 한다. 예를 들면, 사파이어 기판의 c면에 AlC 박막을 형성했을 경우, 사파이어에서 유래하는 38°부근 및 42°부근의 피크를 검출하기도 한다.
본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, EDX에 있어서, 알루미늄과 탄소의 존재를 각각 확인할 수 있다. 알루미늄과 탄소를 각각 검출한 EDX 화상에 있어서, 본 실시 형태에 따른 AlC 박막은 결정성을 가지기 때문에, 알루미늄과 탄소가 분산된 구조로서 검출된다. 본 실시 형태에 있어서, 알루미늄과 탄소는, AlC 박막 중에 균일하게 분산하고 있는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, CL 측정에 있어서, Al4C3 결정에서 유래하는 310nm 이상 413nm 이하의 범위의 파장에서 발광한다. 본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, 340nm 부근에 피크를 가지며, LED로서 이용했을 때에, 300~350nm의 파장대에서의 외부 추출을 가능하게 하는 것이다.
투과 측정에 있어서, 본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, 3.4eV 이상 4.3eV 이하의 밴드 갭을 가진다. 또, 본 실시 형태에 따른 AlC 박막은, 이 밴드 갭의 범위, 즉, 발광하는 에너지 영역에서는 직접 천이형이다. 여기서, 직접 천이형은, 에너지에 대해서, Al4C3/기판의 투과율을 기판의 투과율로 나눈 값을 플롯 했을 때에, 투과율의 2승이 에너지에 비례하는 상태이다. 또, 본 발명에 따른 AlC 박막은, 제조 온도를 조정하는 것에 의해, 간접 천이형의 밴드 갭을 가지도록 할 수도 있다.
이상 설명한 것처럼, 종래는 비결정 박막 밖에 보고되어 있지 않았던 AlC 박막에 대해서, 본 발명에 따른 AlC 박막은, 이상과 같은 특성을 가지는 결정성의 반도체층을 실현할 수 있다. 또, 본 발명과 관련되는 AlC 박막은, LED로서 이용했을 때에, 300~350nm의 파장대에서의 외부 추출을 가능하게 하는 것이다.
(반도체 기판)
상술의 AlC 박막을 형성한 반도체 기판에 대해, 이하에 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)의 모식도이다. 반도체 기판(100)은, 기판(20)의 상면에 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판이다. 여기서, 기판(20)으로서는, AlC의 결정 성장이 가능한 반도체 분야, 특히 LED의 분야에 있어 기존의 기판을 이용할 수 있다. 기판(20)으로서는, 예를 들면, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판을 이용할 수 있다. 기판(20)으로서 사파이어 기판을 이용하는 경우, AlC 박막(10)을 형성하는 사파이어 기판(20)의 상면은 c면으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명과 관련되는 반도체 기판(100)은, 상술한 것처럼, 주사형 전자현미경(SEM), X선 회절(XRD), 에너지 분산형 X선 분석(EDX), 음극 발광(CL), 투과 측정에 의해 평가할 수 있다.
기판(20) 상에 본 실시 형태에 따른 AlC 박막(10)을 형성하면, 눈으로 보거나 또는 광학 현미경 관찰에 의해, 황색으로 변색하는 것이 관찰된다. 또, 반도체 기판(100)의 SEM 관찰에 있어서, 기판(20)상에 결정의 성장을 알 수 있고, 그 단면 방향으로부터의 SEM 이미지에 있어서, 기판(20)상에 AlC 박막(10)이 형성되고 있는 것을 확인할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 AlC 박막(10)은, XRD의 2θ-ω모드에서의 측정에 있어서, 35°부근에 Al4C3 결정에서 유래하는 피크를 가진다. 또, 본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)은, Al4C3 결정에서 유래하는 피크외에, 기판(20)을 구성하는 결정에서 유래하는 피크도 동시에 검출하기도 한다. 예를 들면, 기판(20)으로서 사파이어 기판의 c면 상에 AlC 박막(10)을 형성했을 경우, 사파이어에서 유래하는 38°부근 및 42°부근의 피크를 검출하기도 한다.
본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)은, EDX에 있어서, 알루미늄과 탄소의 존재를 각각 확인할 수 있다. 알루미늄과 탄소를 각각 검출한 EDX 화상에 있어서, 본 실시 형태에 따른 AlC 박막(10)은 결정성을 가지기 때문에, 알루미늄과 탄소가 분산한 구조로서 검출된다. 본 실시 형태에 있어서, 알루미늄과 탄소는, AlC 박막(10) 중에 균일하게 분산하고 있는 것이 바람직하다. 또, 기판(20)으로서 사파이어 기판을 이용했을 경우, 알루미늄은 사파이어 기판에도 검출되지만, 탄소는 AlC 박막(10) 중에 검출된다.
본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)은, CL측정에 있어서, Al4C3 결정에서 유래하는 310nm 이상 413nm 이하의 범위의 파장에서 발광한다. 본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)은, 340nm 부근에 피크를 가지며, LED로서 이용했을 때에, 300~350nm의 파장대에서의 외부 추출을 가능하게 하는 것이다.
투과 측정에 있어서, 본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)은, AlC 박막이 3.4eV 이상 4.3eV 이하의 밴드 갭을 가진다. 또, 본 실시 형태에 따른 반도체 기판(100)은, 이 밴드 갭의 범위, 즉, 발광하는 에너지 영역에서는 직접 천이형이다. 여기서, 직접 천이형은, 에너지에 대해서, Al4C3/기판의 투과율을 기판의 투과율로 나눈 값을 플롯 했을 때에, 투과율의 2승이 에너지에 비례하는 상태이다. 또, 본 발명에 따른 반도체 기판(100)은, 제조 온도를 조정하는 것에 의해, AlC 박막이 간접 천이형의 밴드 갭을 가지도록 할 수도 있다.
이상 설명한 것처럼, 종래는 비결정 박막 밖에 보고되어 있지 않았던 AlC 박막에 대해서, 본 발명에 따른 반도체 기판은, 기판상에 결정성의 AlC 박막을 형성할 수 있다. 따라서, 상술과 같은 특성을 가지는 반도체 기판을 실현할 수 있다. 또, 본 발명에 따른 반도체 기판은, LED로서 이용했을 때에, 300~350nm의 파장대에서의 외부 추출을 가능하게 하는 것이다.
(제조 방법)
상술한 AlC 박막 및 반도체 기판의 제조 방법에 대해, 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 따른 AlC 박막 및 반도체 기판의 제조 방법에 있어서는, 유기 금속 기상 성장(이하, MOCVD라고 한다)을 이용하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 기판(20)의 상면에 AlC 결정을 성장시켜, AlC 박막(10)을 형성한다.
상술한 것처럼, 기판(20)으로서는, AlC의 결정 성장이 가능한 반도체 분야, 특히 LED의 분야에 있어 기존의 기판을 이용할 수 있다. 기판(20)으로서는, 예를 들면, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판을 이용할 수 있다. 기판(20)으로서 사파이어 기판을 이용하는 경우, AlC 박막(10)을 형성하는 사파이어 기판(20)의 상면은 c면으로 하는 것이 바람직하다.
AlC 박막(10)을 형성하는 원료로는, 탄소를 포함하는 가스와 알루미늄을 포함하는 가스를 각각 이용한다. 탄소를 포함하는 가스로서는 메탄(CH4)을, 알루미늄을 포함하는 가스로서는 트리 메틸 알루미늄((CH3)3Al; 이하, TMA라고 한다)을 이용할 수 있다. 또, 캐리어 가스로서 수소(H2)를 이용할 수 있다. 각 원료는, 반도체 분야, 특히 LED의 분야에 있어 사용되는 시판의 원료를 이용할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 AlC 결정의 성장 조건으로서는, TMA를 33μmol/min 이상 66μmol/min 이하, 메탄을 13mmol/min 이상 27mmol/min 이하로 공급하는 것이 바람직하다. 또, AlC 결정의 성장 온도는 700℃ 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 1100℃ 이상이다. AlC 결정을 성장시키는 시간은, 원료의 유량이나 형성하는 AlC 박막(10)의 두께에 의존하지만, 예를 들면, 60분부터 120분 정도이다. 본 실시 형태에 따른 AlC 박막(10) 및 반도체 기판(100)의 제조에 있어서는, AlC 결정을 성장시키기 전에, 수소 가스를 공급해 어닐링을 실시하는 것이 바람직하다. 어닐링은 1150℃에서 실시하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 수소 가스의 유량을 10slm으로 했을 때에, 10분간으로 실시할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 AlC 박막 및 반도체 기판은, 이상의 제조법을 이용하는 것에 의해, 종래는 비결정 박막 밖에 보고되어 있지 않았던 AlC 박막에 대해서, 결정성의 AlC 박막을 제조할 수 있다. 또, 본 발명에 따른 반도체 기판은, 기판상에 결정성의 AlC 박막을 형성할 수 있다. 따라서, 상술과 같은 특성을 가지는 반도체 기판을 실현할 수 있다. 또, 본 발명에 따른 반도체 기판은, LED로서 이용했을 때에, 300~350nm의 파장대에서의 외부 추출을 가능하게 하는 것이다.
(실시예)
상술의 실시 형태에서 설명한 본 발명에 따른 탄화 알루미늄 박막 및 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판에 대해, 구체적인 예를 들어 더 설명한다. 도 2는, 본 실시예에 있어서의 반도체 기판(100)에 형성한 AlC 박막(10)의 제조 조건을 나타내는 도면이다. 여기서, Car(III)는 TMA의 캐리어 가스인 수소의 유량을 나타내고, Car(IV)는 CH4의 캐리어 가스인 수소의 유량을 나타내며, Sub는 Car(III)과 Car(IV)의 재희석용 수소의 유량을 나타내고, Counter는 기판에 대향하는 로의 상측에 흐르는 질소의 유량을 나타낸다.
(성장 온도)
본 실시예에 있어서, AlC 박막(10)의 성장 온도를 검토했다. 도 3(a)는, 성장 온도와 성장 속도의 관계를 나타내는 도면이다. AlC 박막(10)은 700℃ 이상에서 성장하지만 성장 속도는 늦고, 1100℃ 이상에서 측정 가능한 성장 속도를 나타내게 되었다. 덧붙여, 본 실시예의 장치에 있어서 가능한 가열 온도는, 로내 온도로 1200℃이었다.
도 4는, (a) 700℃, (b) 1150℃, (c) 1200℃에서의 AlC 박막(10)의 SEM 이미지이다. 각각의 도면은, AlC 박막(10)이 형성된 반도체 기판(100)의 상면 방향으로부터 관찰한 도면이다. 본 실시예에 있어서는, SEM으로서 일본 전자사의 SM6400형을 이용했다. 성장 온도가 1150℃ 이상에서는, AlC 박막(10)에 AlC 결정의 입자가 관찰되었다. 또, 도 5는, (a) 1150℃, (b) 1200℃에서의 반도체 기판(100)의 단면 방향으로부터의 SEM 이미지이다. 1150℃, 1200℃ 모두, 기판(20)의 상면에 AlC 박막(10)이 형성되어 있는 것이 관찰되었다.
(TMA 농도)
다음으로, AlC 박막(10)의 형성시에 공급하는 TMA의 유량에 대해 검토했다. 도 3(b)는, 공급하는 TMA의 유량과 AlC 박막(10)의 성장 속도의 관계를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서는, 성장 온도를 1150℃, 메탄의 유량을 13.4mmol/min으로 했다. TMA의 유량을 (a) 5.1μmol/min, (b) 6.6μmol/min, (c) 33μmol/min, (d) 66μmol/min으로 했다. 공급하는 TMA의 유량의 증가와 함께 AlC 박막(10)의 성장 속도도 빨라졌다.
(IV/III 비)
다음으로, IV/III 비 즉, AlC 박막(10)의 형성시에 공급하는 메탄과 TMA의 비에 대해 검토했다. 도 3(c)는, IV/III 비와 성장 속도의 관계를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서는, 성장 온도를 1150℃로 했다. IV/III 비를 (a) 203, (b) 406, (c) 812, (d) 4032, (e) 5261로 했다. IV/III 비는 406에서 성장 속도가 최대가 되었다.
(XRD 분석)
상술한 바와 같은 조건으로 형성한 반도체 기판(100)의 AlC 박막(10)에 대해, XRD를 2θ-ω모드로 측정했다. 본 실시예에 있어서는, XRD 장치로서 필립스사의 X＇pert MRD를 이용했다. 도 6은, XRD의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 기판(20)으로서 이용한 사파이어에서 유래하는 피크는, 38°부근 및 42° 부근에서 검출되었다. 한편, 1100℃ 및 1150℃에서 형성한 AlC 박막(10)에 있어서는, 사파이어 유래의 피크 외에, Al4C3 결정에서 유래하는 피크가 35°부근에서 검출되었다. 성장 온도가 700℃인 경우에도 AlC 박막(10)이 가까스로 형성되었지만, 형성 효율이 낮기 때문에, 본 실시예에서의 60분간의 성장 시간에서는, Al4C3 결정에서 유래하는 피크는 검출되지 않았다.
(EDX)
다음에, AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)에 대해 EDX를 실시했다. 본 실시예에 있어서는, EDX 장치로서 옥스포드(Oxford)사의　Link ISIS를 이용했다. 도 7은, 1150℃에서 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)의 EDX의 결과를 나타내는 도면이다. 도 7(a)는 반도체 기판(100)의 단면 방향으로부터의 SEM 이미지이며, 도 7(b)는 알루미늄의 검출 결과, 도 7(c)는 탄소의 검출 결과, 도 7(d)는 산소의 검출 결과를 각각 나타낸다. 알루미늄은 AlC 박막(10) 및 및 사파이어 기판(20) 모두에서 검출되었다. 한편, 탄소는 AlC 박막(10)에서 검출되고 산소는 사파이어 기판(20)에서 검출되었다. 이 결과로부터 사파이어 기판(20)의 상면에 AlC 박막(10)이 형성된 것이 다시 확인되었다.
(CL측정)
다음에, AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)에 대해 CL 측정을 실시했다. 본 실시예에 있어서는, CL 측정 장치로서 옥스포드(Oxford)사의 MONO CL2를 이용했다. 도 8은 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)의 CL 측정의 결과를 나타내며, 도 8(a)는 700℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 측정 결과를 나타내고, 도 8(b)는 1200℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 측정 결과를 나타낸다. 1200℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 CL 측정 결과에 있어서는, 310nm 이상 413nm 이하의 범위에서의 발광이 검출되고, 전형적으로는 340nm 전후이고 반치폭은 50nm였다. 한편, 700℃에서 형성한 AlC 박막(10)의 CL 측정 결과에 있어서는, 340nm보다 긴 파장을 포함하는 넓은 피크가 검출되었다. 이 결과로부터, 1200℃에서 형성한 AlC 박막(10)에서는 성막 상태가 양호하다고 추측된다.
(투과 측정)
마지막으로, AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)에 대해 투과 측정을 실시했다. 도 9는 투과 측정의 결과를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서는, 1200℃에서 AlC 박막(10)을 형성한 반도체 기판(100)에 대해 평가했다. 도 9의 곡선으로부터, 본 발명에 따른 AlC 박막(10)의 밴드 갭은, 전형적으로는 약 3.4eV이며, 직접 천이형이었다. 다른 조건에서의 AlC 박막(10)에 대해서도 검토한 결과, 본 발명에 따른 AlC 박막(10)의 밴드 갭은 3.4eV 이상 4.3eV 이하였다. 또, 본 발명에 따른 AlC 박막은, 제조 온도를 조정하는 것에 의해, 간접 천이형의 밴드 갭을 가지도록 할 수도 있다.
　100： 본 발명에 따른 반도체 기판, 10： AlC 박막, 20： 기판

Claims (26)

  1. 탄화 알루미늄의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 음극 발광 측정에 대해, 310nm 이상 413nm 이하의 범위의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 투과 측정에 대해, 3.4eV 이상 4.3eV 이하의 밴드 갭을 가지는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 상기 사파이어 기판의 c면에 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막.
  6. 탄화 알루미늄 박막을 가지는 반도체 기판이며, 상기 탄화 알루미늄 박막은 탄화 알루미늄의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막이, 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막이, 상기 사파이어 기판의 c면에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
  9. 청구항 6 내지 8의 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 음극 발광 측정에 대해, 310nm 이상 413nm 이하의 범위의 파장에서 발광하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
  10. 청구항 6 내지 8의 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 투과 측정에 대해, 3.4eV 이상 4.3eV 이하의 밴드 갭을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판.
  11. 탄소를 포함하는 가스와 알루미늄을 포함하는 가스를 공급하여, 기판상에 탄화 알루미늄의 결정을 성장시켜, 탄화 알루미늄 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 탄화 알루미늄 박막은, 유기 금속 기상 성장법을 이용해 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판인 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 사파이어 기판의 c면에 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  15. 청구항 11 또는 12에 있어서, 상기 탄소를 포함하는 가스는 메탄이며, 상기 알루미늄을 포함하는 가스는 트리 메틸 알루미늄인 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 트리 메틸 알루미늄을 33μmol/min 이상 66μmol/min 이하, 상기 메탄을 13mmol/min 이상 27 mmol/min 이하로 공급해, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 700℃ 이상에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 1100℃ 이상에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막의 제조 방법.
  19. 탄소를 포함하는 가스와 알루미늄을 포함하는 가스를 공급하여, 기판상에 탄화 알루미늄의 결정을 성장시켜, 탄화 알루미늄 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 유기 금속 기상 성장법을 이용해 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  21. 청구항 19 또는 20에 있어서, 상기 기판은 사파이어 기판 또는 탄화 규소 기판인 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 사파이어 기판의 c면에 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  23. 청구항 19 또는 20에 있어서, 상기 탄소를 포함하는 가스는 메탄이며, 상기 알루미늄을 포함하는 가스는 트리 메틸 알루미늄인 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 트리 메틸 알루미늄을 33μmol/min 이상 66μmol/min 이하, 상기 메탄을 13mmol/min 이상 27 mmol/min 이하로 공급하여 상기 탄화 알루미늄의 결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 700℃ 이상에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
  26. 청구항 24에 있어서, 상기 탄화 알루미늄의 결정을 1100℃ 이상에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 탄화 알루미늄 박막을 형성한 반도체 기판의 제조 방법.
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