KR100461238B1 - 질화갈륨 에피층 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화갈륨 에피층 형성방법에 관한 것으로, 기판의 상부에 에칭공정을 수행하여 굴곡을 형성하는 제 1 단계와; 상기 형성된 굴곡의 골진 부위에 질화갈륨을 성장시키는 제 2 단계와; 상기 골진부위에 성장된 질화갈륨의 측면을 성장시켜 골진부위를 채우고 기판을 질화갈륨 에피층으로 밀폐하는 제 3 단계로 구성함으로써, 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)공정을 이용하여 기판의 표면위에 임의 굴곡을 형성하고, 그 상부에 측면 성장을 이용한 질화갈륨 에피층을 성장시켜, 결함농도를 감소시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

질화갈륨 에피층 형성방법{Method for forming GaN epitaxy layer}

본 발명은 질화갈륨(GaN) 에피층 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE) 공정을 이용하여 기판의 표면 위에 임의 굴곡을 형성하고, 그 상부에 측면 성장을 이용한 질화갈륨 에피층을 성장시켜, 결함농도를 감소시킬 수 있는 질화갈륨 에피층 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 질화물 반도체를 사용한 광소자는 점차 그 용도가 여러 분야로 넓혀지고 있다. 특히, 이들 물질을 이용한 레이저 다이오드 및 발광 다이오드는 총 천연색 전광판이나 신호등과 같은 디스플레이 장치 및 고 밀도 광 기록 매체의 개발 등을 위해서 필수적이라고 할 수 있겠다.

현재, 가장 많이 사용되고 있는 방법은 사파이어 기판 위에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막등으로 패턴을 제작한 뒤, 마스킹되지 않은 부분에만, 질화갈륨 에피층을 성장시키는 수평성장 촉진(Lateral Epitaxial Overgrowth, LEO)법과 질화갈륨(GaN) 에피층을 1차 성장시킨 후에, 패턴 제작 후 일부 영역을 에칭하여 그루브(Groove)를 형성하고, 그 그루브의 상부에 다시 질화갈륨 에피층을 재 성장하는 팬디오-에피탁시(Pendeo-Epitaxy)방법이 있다.

상기의 두 가지 방법은 모두 에피층의 성장과정에서 측면방향으로, 성장이 주로 일어나는 것을 이용하여 사파이어 기판과 질화갈륨 에피층 사이에 계면에서 형성된 결함이 상층부로 이동하는 것을 억제하는 방법이다.

그러나, 상기의 종래 방법들은 모두 유전체 마스크를 제작함으로 제조 경비를 증가시키고, 질화갈륨 에피층을 성장시킨 후, 패턴 작업과 재 성장공정을 수행함으로, 제조 공정을 복잡하게 하는 문제점이 있었다.

특히, 종래 방법들로 성장된 질화갈륨 에피층에는 상당한 양의 스트레인을 국부적으로 포함하고 있어, 소자의 특성을 저하시키고, 표준 사양이 적합한 소자의 수율을 저하시키는 요인이 되었었다.

따라서, 이러한 종래의 방법은 LED(light emitting diode)와 같은 양산형 소자에서는 제작비 증가 및 수율 저하로 적용이 어려웠고, LD(Laser diode)제작에만 이용되고 있는 현실이다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE) 공정을 이용하여 기판의 표면위에 임의 굴곡을 형성하고, 그 상부에 측면 성장을 이용한 질화갈륨 에피층을 성장시켜, 결함농도를 감소시키는 질화갈륨 에피층 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기판의 상부에 에칭공정을 수행하여 굴곡을 형성하는 제 1 단계와;

상기 형성된 굴곡의 골진 부위에 질화갈륨을 성장시키는 제 2 단계와;

상기 골진부위에 성장된 질화갈륨의 측면을 성장시켜 골진부위를 채우고 기판을 질화갈륨 에피층으로 밀폐하는 제 3 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 에피층 형성방법이 제공된다.

도 1a 내지 1e는 본 발명에 따른 사파이어 기판에 굴곡을 형성하여 질화갈륨 에피층을 형성하는 공정 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,2,3,4 : 반응성 이온

10 : 사파이어 기판 12, 13 : 질화갈륨

15 : 마루부위 16 : 골진부위

20 : 굴곡 12 : 질화갈륨

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 1e는 본 발명에 따른 사파이어 기판에 굴곡을 형성하여 질화갈륨 에피층을 형성하는 공정 순서도로써, 먼저, 도 1a에서 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)공정을 수행하여 사파이어 기판(10)의 상부면을 반응성 이온들(1,2,3,4)로 식각한다.

그러면, 상기 사파이어 기판(10)의 상부에는 굴곡(20)이 형성된다.(도 1b)

상기 굴곡(20)의 깊이는 사파이어 기판(10)의 표면으로부터 9백 nm 이내로 수행하는 것이 바람직하다.

이때, 굴곡의 정도를 나타내는 거칠기(Roughness)와 피크 대 밸리(Peak-to-valley) 값은 에칭시의 Cl₂가스의 유량 및 공급되는 파워를 통해 조절할 수 있으므로, 질화갈륨 에피층 성장에 최적한 거칠기와 피크 대 밸리 값을 결정할 수 있다.

그런 다음, 상기 굴곡(20)의 상부에 질화갈륨을 금속 유기 화학 증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 수행하여 성장시키면, 열역학적으로 안정한 골진부위(16)에 먼저 성장이 이루어지게 되고, 마루부위(15)에서는 성장이 억제되게 된다.(도 1c)

상기 골진부위(16)에 성장된 질화갈륨(12)의 측면을 성장시킨다.(도 1d)

상기 질화갈륨(12)의 측면 성장으로, 상기 골진부위(16)가 채워지고, 상기 사파이어 기판(10)은 표면이 일정하게 편평해져, 상기 질화갈륨 에피층(13)은 상기 사파이어 기판(10)으로 밀폐된다.(도 1e)

이렇게, 상기 사파이어 기판(10)으로 질화갈륨 에피층(13)이 밀폐되면, 이후의 성장되는 질화갈륨 에피층은 사파이어 상부보다는 화학적인 특성이 동일한 질화갈륨 상부에서 주로 성장이 이루어진다.(도 1f)

그러므로, 종래의 질화갈륨 에피층의 성장 방향으로 전파되던 결함이 본 발명에서는 측면 성장을 통해 억제되게 되므로, 측면 성장된 부분은 결함농도가 상대적으로 감소하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 방법으로 성장된 질화갈륨 에피층은 수평성장 촉진(Lateral Epitaxial Overgrowth, LEO)법에 의한 성장보다, 매우 작은 크기에서 성장되므로, 상대적으로 작은 두께만을 성장시켜 측면성장이 완전히 일어나게 되어 사파이어 굴곡 부분을 모두 메울 수 있으며, 이에 따라 집중되는 스트레인의 양이 줄어들게 되어 국부적인 스트레인에 의한 휨 등의 문제를 줄일 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)공정을 이용하여 기판의 표면 위에 임의 굴곡을 형성하고, 그 상부에 측면 성장을 이용한 질화갈륨 에피층을 성장시켜, 결함농도를 감소시킬 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.

Claims (4)

1. 기판의 상부에 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)공정을 수행하여 굴곡을 형성하는 제 1 단계와;

   상기 형성된 굴곡의 골진 부위에 질화갈륨을 성장시키는 제 2 단계와;

   상기 골진부위에 성장된 질화갈륨의 측면을 성장시켜 골진부위를 채우고 기판을 질화갈륨 에피층으로 밀폐하는 제 3 단계로 이루어지며,

   상기 질화갈륨은 금속 유기 화학 증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정을 수행하여 성장시키는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 에피층 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 에피층 형성 방법.
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