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KR102211304B1 - Method for manufacturing gallium nitride thin film - Google Patents

Method for manufacturing gallium nitride thin film Download PDF

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KR102211304B1
KR102211304B1 KR1020197031371A KR20197031371A KR102211304B1 KR 102211304 B1 KR102211304 B1 KR 102211304B1 KR 1020197031371 A KR1020197031371 A KR 1020197031371A KR 20197031371 A KR20197031371 A KR 20197031371A KR 102211304 B1 KR102211304 B1 KR 102211304B1
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gas
thin film
partial pressure
gallium nitride
nitride thin
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KR1020197031371A
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Korean (ko)
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Inventor
마사노리 시라이
타쿠지 야마모토
사토루 타카사와
Original Assignee
울박, 인크
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Publication date
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Abstract

결정성이 좋은 질화갈륨 박막을 형성하는 스퍼터링 가스와 질소 가스를 도입하면서 질화갈륨의 타겟(33)을 리액티브 스퍼터부함과 동시에 라디칼건부(40)로부터 기판(22)을 향해 질소 라디칼(48)을 방출시키면서 기판(22)의 표면에 박막을 형성한다. 타겟(33)측과 기판(22)측 양쪽 모두에서 질화되어 결정성이 좋은 질화갈륨 박막이 형성된다.While introducing a sputtering gas and nitrogen gas to form a gallium nitride thin film with good crystallinity, the target 33 of gallium nitride is reactively sputtered, and at the same time, nitrogen radicals 48 are transferred from the radical gun unit 40 toward the substrate 22. While emitting, a thin film is formed on the surface of the substrate 22. It is nitrided on both the target 33 side and the substrate 22 side to form a gallium nitride thin film with good crystallinity.

Description

질화갈륨 박막의 제조 방법Method for manufacturing gallium nitride thin film

본 발명은 질화갈륨 박막의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 결정 배향성이 양호한 질화갈륨 박막의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a gallium nitride thin film, and in particular, to a method for producing a gallium nitride thin film having good crystal orientation.

현재 질화갈륨 박막은 LED나 무선 통신용 반도체 등에 이용되고 있으며, 질화갈륨 박막을 이용한 전자 소자의 특성을 향상시키기 위하여, 결정성이 좋은 박막을 얻을 수 있는 방법이 연구 개발되고 있다.Currently, gallium nitride thin films are used for LEDs or semiconductors for wireless communication, and in order to improve the characteristics of electronic devices using gallium nitride thin films, research and development of a method for obtaining a thin film having good crystallinity is being developed.

하기 특허 문헌 1에는 질화갈륨 박막을 반응성 스퍼터링 방법으로 성장시키는 기술이 기재되어 있고, 하기 특허 문헌 2에는 라디칼을 이용한 질화갈륨 박막의 제조 방법이 기재되어 있다. 또한 하기 특허 문헌 3에는 이온 빔을 이용한 반응성 스퍼터링 방법이 기재되어 있어, 결정성이 향상되었다고 생각할 수 있지만, 결정성을 한층 더 향상시킬 기술이 요구되고 있다.Patent Document 1 below describes a technique for growing a gallium nitride thin film by a reactive sputtering method, and Patent Document 2 describes a method for producing a gallium nitride thin film using a radical. Further, in Patent Document 3 below, a reactive sputtering method using an ion beam is described, and it can be considered that the crystallinity is improved, but a technique to further improve the crystallinity is required.

도 7은 금속 갈륨 타겟을 스퍼터링하여 질화갈륨 박막을 형성할 때의, 질소 가스 분압과 형성되는 박막의 질소 함유량의 관계를 나타내는 그래프로서, 영역 A의 질소 가스 분압에서는 라디칼 반응이 지배적이며, 형성되는 박막은 갈륨 박막이고, 영역 B의 질소 가스 분압에서는 리액티브 스퍼터 반응이 지배적이며, 형성되는 박막은 질화갈륨 박막이지만 배향성이 떨어진다.7 is a graph showing the relationship between the partial pressure of nitrogen gas and the nitrogen content of the formed thin film when sputtering a metal gallium target to form a gallium nitride thin film, in which a radical reaction is dominant in the partial pressure of nitrogen gas in region A. The thin film is a gallium thin film, and the reactive sputtering reaction is dominant at the partial pressure of nitrogen gas in the region B, and the formed thin film is a gallium nitride thin film but has poor orientation.

[특헌 문헌 1] WO2007 / 108266[Patent Document 1] WO2007 / 108266 [특허 문헌 2] 일본 특허공개 2013-125851 호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2013-125851 [특허 문헌 3] 일본 특허공개 2017-201050 호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-201050

본 발명은 결정성이 좋은 질화갈륨 박막을 얻는 것을 과제로 한다.An object of the present invention is to obtain a gallium nitride thin film having good crystallinity.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 도 7의 영역 C 안에서, 질소 가스 라디칼을 조사하면서 리액티브 스퍼터부을 수행함으로써 배향성이 우수한 질화 갈륨 박막을 형성하는 발명으로서, 본 발며은 라디칼건부의 방출구로부터 진공조 내에 배치된 기판에 질소 라디칼을 조사하면서 금속 갈륨의 타겟을 질소 가스와 스퍼터링 가스를 함유하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 스퍼터링하여 생성된 스퍼터링 입자를 기판에 도달시켜 질화갈륨 박막을 형성하는 질화갈륨 박막의 제조 방법이다.In order to solve the above problem, the present invention is an invention of forming a gallium nitride thin film having excellent orientation by performing a reactive sputtering portion while irradiating nitrogen gas radicals in a region C of FIG. 7. Gallium nitride, which forms a gallium nitride thin film by sputtering a target of metal gallium by a plasma of a mixed gas containing nitrogen gas and sputtering gas while irradiating nitrogen radicals on a substrate placed in a vacuum tank to reach the substrate. It is a method of manufacturing a thin film.

본 발명은 상기 타겟은 상기 기판과 대면하도록 하여 방착판 용기 안에 배치하고, 상기 방착판 용기 안에 상기 스퍼터링 가스와 상기 질소 가스를 도입하는 질화갈륨 박막의 제조 방법이다.The present invention is a method of manufacturing a gallium nitride thin film in which the target faces the substrate and is disposed in a barrier plate container, and the sputtering gas and the nitrogen gas are introduced into the barrier plate container.

본 발명은 상기 방출구에는 질소 가스의 이온을 제거하는 필터를 배치하는 질화갈륨 박막의 제조 방법이다.The present invention is a method of manufacturing a gallium nitride thin film in which a filter for removing ions of nitrogen gas is disposed at the discharge port.

본 발명은 상기 라디칼건부에 도입된 질소 가스의 상기 진공조 내부에서의 분압값인 원료 가스 분압의 값은 상기 혼합 가스에 함유되는 질소 가스의 분압값인 반응 가스 분압의 값과 상기 원료 가스 분압의 값을 합한 합계값에 대하여 38% 이상 63% 이하의 범위로 하는 질화갈륨 박막의 제조 방법이다.In the present invention, the value of the partial pressure of the source gas, which is the partial pressure value of the nitrogen gas introduced into the radical gun, inside the vacuum tank is the value of the partial pressure of the reaction gas, which is the partial pressure of nitrogen gas contained in the mixed gas, and the partial pressure of the source gas. This is a method for producing a gallium nitride thin film in the range of 38% or more and 63% or less based on the sum of the values.

본 발명은 상기 기판을 300℃ 이상 500℃ 이하로 승온시켰을 때, 상기 라디칼건부에 도입된 질소 가스의 상기 진공조 내부에서의 분압값인 원료 가스 분압의 값은 상기 혼합 가스에 함유되는 질소 가스의 분압값인 반응 가스 분압의 값과 상기 원료 가스 분압의 값을 합한 합계값에 대하여 38% 이상 50% 이하의 범위로 하는 질화갈륨 박막의 제조 방법이다.In the present invention, when the substrate is heated to 300° C. or more and 500° C. or less, the value of the partial pressure of the source gas, which is the partial pressure value of the nitrogen gas introduced into the radical drying unit, inside the vacuum chamber is that of the nitrogen gas contained in the mixed gas. This is a method for producing a gallium nitride thin film in a range of 38% or more and 50% or less with respect to the sum of the partial pressure value of the reaction gas partial pressure and the value of the source gas partial pressure.

질화갈륨의 결정을 성장시킬 때 타겟측과 기판측 모두에서 질화가 촉진되기 때문에 결정성이 좋은 질화갈륨 박막을 얻을 수 있다.When the gallium nitride crystal is grown, nitride is promoted on both the target side and the substrate side, so that a gallium nitride thin film with good crystallinity can be obtained.

도 1은 본 발명에 이용하는 성막 장치이다.
도 2는 기판과 질화갈륨 박막의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 질소 가스압과 반값 전폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 질소 가스압과 성장 속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 질화갈륨 박막을 이용한 LED의 일례이다.
도 6은 본 발명에 이용하는 성막 장치의 다른 예이다.
도 7은 질소 분압과 형성되는 박막 중의 질소 함유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
1 is a film forming apparatus used in the present invention.
2 is a diagram for explaining a positional relationship between a substrate and a gallium nitride thin film.
3 is a graph showing the relationship between the nitrogen gas pressure and the full width at half value.
4 is a graph showing the relationship between the nitrogen gas pressure and the growth rate.
5 is an example of an LED using a gallium nitride thin film manufactured by the present invention.
6 is another example of a film forming apparatus used in the present invention.
7 is a graph showing the relationship between the nitrogen partial pressure and the nitrogen content in the formed thin film.

도 1을 참조하며, 부호 2는 본 발명에 이용하는 성막 장치로서 진공조(10)를 가지고 있다.Referring to Fig. 1, reference numeral 2 has a vacuum tank 10 as a film forming apparatus used in the present invention.

진공조(10)의 내부에는 기판 배치부(20), 리액티브 스퍼터부(30) 및 라디칼건부(40)를 가지고 있다.Inside the vacuum bath 10, a substrate placement unit 20, a reactive sputtering unit 30, and a radical gun unit 40 are provided.

기판 배치부(20)는 기판(22)이 배치되는 기판 홀더(21)와, 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)을 가열하는 히터(23)를 가지고 있다.The substrate arranging unit 20 has a substrate holder 21 on which the substrate 22 is placed, and a heater 23 for heating the substrate 22 placed on the substrate holder 21.

기판 홀더(21)는 진공조(10)의 천정에 설치되고, 히터(23)는 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)의 이면과 천정 사이에 위치하도록 천정에 고정되어 있다.The substrate holder 21 is installed on the ceiling of the vacuum bath 10, and the heater 23 is fixed to the ceiling so as to be positioned between the back surface of the substrate 22 disposed on the substrate holder 21 and the ceiling.

리액티브 스퍼터부(30)와 라디칼건부(40)는 기판 홀더(21)의 아래쪽에 배치되어 있고, 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)의 표면은 리액티브 스퍼터부(30)와 라디칼건부(40)에 면하도록 아래쪽을 향하고 있다.The reactive sputter unit 30 and the radical gun unit 40 are disposed below the substrate holder 21, and the surface of the substrate 22 disposed on the substrate holder 21 is the reactive sputter unit 30 and the radical It faces downward to face the key part 40.

기판 홀더(21)는 천정이 아니라 진공조(10)의 벽면이나 바닥면에 설치하고, 리액티브 스퍼터부(30)와 라디칼건부(40)를 기판 홀더(21)와 대향하는 위치에 설치할 수도 있다.The substrate holder 21 may be installed on the wall or bottom surface of the vacuum bath 10, not on the ceiling, and the reactive sputter unit 30 and the radical gun unit 40 may be installed at a position opposite to the substrate holder 21. .

리액티브 스퍼터부(30)는 방착판 용기(31)를 가지고 있으며, 방착판 용기(31)의 내부에는 스퍼터 전극(32)이 배치되어 있다. 스퍼터 전극(32)은 용기형 형상이고, 스퍼터 전극(32)인 용기 안에는 금속 갈륨으로 이루어진 타겟(33)이 배치되어 있다.The reactive sputter unit 30 has a barrier plate container 31, and a sputter electrode 32 is disposed inside the barrier plate container 31. The sputter electrode 32 has a container-like shape, and a target 33 made of gallium metal is disposed in the container serving as the sputter electrode 32.

방착판 용기(31)는 방출구(37)를 가지고 있으며, 스퍼터 전극(32)의 개구(34)와 방착판 용기(31)의 방출구(37)는 연통되어 있다. 타겟(33)는 그들 개구(34)와 방출구(37)를 통하여 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)과 대면하도록 배치되어 있다.The barrier plate container 31 has a discharge port 37, and the opening 34 of the sputter electrode 32 and the discharge port 37 of the barrier plate container 31 are in communication. The target 33 is arranged so as to face the substrate 22 disposed on the substrate holder 21 through the openings 34 and discharge ports 37.

진공조(10)의 외부에는 스퍼터 전원(35)과 가열 전원(28)이 배치되어 있다.A sputter power supply 35 and a heating power supply 28 are disposed outside the vacuum bath 10.

스퍼터 전극(32)은 스퍼터 전원(35)에 접속되고, 진공조(10)는 접지 전위에 접속되어 있으며, 스퍼터 전원(35)이 동작하면 스퍼터 전극(32)에 스퍼터 전압이 인가되고, 가열 전원(28)이 동작하면 히터(23)가 통전되어 발열한다.The sputter electrode 32 is connected to the sputter power supply 35, the vacuum bath 10 is connected to a ground potential, and when the sputter power supply 35 operates, a sputter voltage is applied to the sputter electrode 32, and a heating power supply When (28) operates, the heater 23 is energized and generates heat.

진공조(10)의 외부에는 가스 공급 장치(15)가 배치되어 있다. 가스 공급 장치(15)는 스퍼터링 가스를 공급하는 스퍼터 가스원(26)과 반응 가스를 공급하는 반응 가스원(27), 및 스퍼터 가스원(26)과 반응 가스원(27)에 접속된 혼합기(36)를 가지고 있다 .A gas supply device 15 is disposed outside the vacuum tank 10. The gas supply device 15 includes a sputter gas source 26 for supplying sputtering gas, a reactive gas source 27 for supplying a reactive gas, and a mixer connected to the sputtering gas source 26 and the reactive gas source 27 ( 36).

혼합기(36)는 방착판 용기(31)에 접속되어 있으며, 혼합기(36)에는 스퍼터 가스원(26)과 반응 가스원(27)으로부터 스퍼터링 가스와 반응 가스가 원하는 유량만큼 각각 공급되고, 공급된 스퍼터링 가스와 반응 가스는 혼합기(36)에서 혼합되어 혼합 가스가 되어 방착판 용기(31)의 내부로 공급된다.The mixer 36 is connected to the barrier plate container 31, and the sputtering gas and the reactive gas are respectively supplied from the sputtering gas source 26 and the reactive gas source 27 to the mixer 36 at a desired flow rate, and the supplied The sputtering gas and the reactive gas are mixed in the mixer 36 to become a mixed gas, and are supplied into the interior of the barrier plate container 31.

스퍼터링 가스로는 아르곤 등의 희가스(불활성 가스)가 이용되고 있고, 반응 가스는 질소 원자를 포함하는 가스로서, N2 가스(질소 가스), NH3 가스, N2H4 가스, NO2 가스, NO 가스, N2O 가스 등을 채용할 수 있다. 여기에서는 질소 가스가 이용되고 있다.As the sputtering gas, a rare gas (inert gas) such as argon is used, and the reaction gas is a gas containing a nitrogen atom, N 2 gas (nitrogen gas), NH 3 gas, N 2 H 4 gas, NO 2 gas, NO Gas, N 2 O gas or the like can be employed. Nitrogen gas is used here.

진공조(10)에는 진공 배기 장치(19)가 접속되어 있으며, 진공 배기 장치(19)를 동작시키면 진공조(10)의 내부는 진공 배기되어 진공 분위기가 형성된다.A vacuum exhaust device 19 is connected to the vacuum chamber 10, and when the vacuum exhaust device 19 is operated, the inside of the vacuum chamber 10 is evacuated to form a vacuum atmosphere.

진공조(10)의 내부에 진공 분위기가 형성된 후 가스 공급 장치(15)의 혼합기(36)로부터 방착판 용기(31)의 내부로 혼합 가스가 도입되면서 스퍼터 전원(35)이 기동되어 스퍼터 전극(32)에 교류 스퍼터 전압이 인가되면, 아르곤 가스의 플라즈마와 질소 가스의 플라즈마를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마가 타겟(33)의 표면 상에 형성되어, 아르곤 가스 플라즈마에 의해 타겟(33)의 표면이 스퍼터링된다.After the vacuum atmosphere is formed in the vacuum tank 10, the mixed gas is introduced from the mixer 36 of the gas supply device 15 into the interior of the barrier plate container 31, and the sputter power supply 35 is started to start the sputter electrode ( When an AC sputtering voltage is applied to 32), a plasma of a mixed gas including plasma of argon gas and plasma of nitrogen gas is formed on the surface of the target 33, and the surface of the target 33 is formed by the argon gas plasma. It is sputtered.

이 때 타겟(33) 표면의 금속 갈륨은 질소 가스 플라즈마에 의해 질화되어, 타겟(33) 표면의 질화갈륨이 스퍼터링된다.At this time, the metal gallium on the surface of the target 33 is nitrided by nitrogen gas plasma, and the gallium nitride on the surface of the target 33 is sputtered.

타겟(33)의 표면으로부터 튀어 나온 질화갈륨의 입자인 스퍼터링 입자(38)는 개구(34)와 방출구(37)를 통과하여 진공조(10)의 내부로 방출되고, 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)에 도달한다. 교류의 스퍼터링 전압은 13.56MHz의 고주파 전압이다.The sputtering particles 38, which are gallium nitride particles protruding from the surface of the target 33, pass through the opening 34 and the discharge port 37, are discharged into the vacuum bath 10, and are transferred to the substrate holder 21. It reaches the disposed substrate 22. The alternating current sputtering voltage is a high-frequency voltage of 13.56MHz.

라디칼건부(40)는 반응통(44)과, 반응통(44)에 설치된 활성화 장치(43)를 가지고 있다.The radical drying unit 40 has a reaction vessel 44 and an activation device 43 installed in the reaction vessel 44.

진공조(10)에는 장치용 용기(42)가 설치되어 있고, 반응통(44)은 장치용 용기(42)의 내부에 배치되어 있다.A device container 42 is installed in the vacuum tank 10, and the reaction container 44 is disposed inside the device container 42.

진공조(10)의 외부에는 원료 가스 공급원(45)과 반응용 전원(46)이 배치되어 있다. 원료 가스 공급원(45)에는 원료 가스가 배치되어 있고, 원료 가스를 반응통(44)의 내부에 공급한다. 여기에서는 원료 가스는 질소 가스이다.A source gas supply source 45 and a reaction power supply 46 are disposed outside the vacuum bath 10. The raw material gas is disposed in the raw material gas supply source 45, and the raw material gas is supplied into the reaction vessel 44. Here, the source gas is nitrogen gas.

이 때, 반응용 전원(46)으로부터 고주파의 이온화 전압을 활성화 장치(43)에 공급하면 원료 가스는 반응통(44)의 내부에서 활성화되어 원료 가스의 이온(질소 이온)과 원료 가스의 라디칼(질소 라디칼(48))이 생성된다. 활성화 장치(43)는 반응통(44)의 주위에 감겨진 코일이다.At this time, when a high-frequency ionization voltage is supplied from the reaction power supply 46 to the activation device 43, the source gas is activated inside the reaction vessel 44, and the ions (nitrogen ions) of the source gas and the radicals ( Nitrogen radicals 48 are produced. The activation device 43 is a coil wound around the reaction vessel 44.

도 중 부호 24는 셔터로서 회전축(25)에 의해 회전되며, 셔터(24)의 개폐에 의해 기판(22)이 노출되거나 덮인다. 여기에서는 셔터(24)가 열려 기판(22)은 노출되어 있다.In the figure, reference numeral 24 denotes a shutter, which is rotated by a rotating shaft 25, and the substrate 22 is exposed or covered by the opening and closing of the shutter 24. Here, the shutter 24 is opened and the substrate 22 is exposed.

반응통(44)은 방출구(49)를 가지고 있다. 방출구(49)에는 이온을 통과시키지 않는 공지의 필터 장치(47)가 배치되어 있으며, 반응통(44)의 내부에서 생성된 원료 가스의 라디칼인 질소 라디칼(48)은 필터 장치(47)를 통과하지만, 원료 가스의 이온은 필터 장치(47)를 통과하지 못해, 원료 가스의 이온은 방출구(49)로부터 반응통(44)의 외부로 누출되지 않도록 되어 있다.The reaction vessel 44 has a discharge port 49. A known filter device 47 that does not allow ions to pass through is disposed at the discharge port 49, and the nitrogen radical 48, which is a radical of the raw material gas generated inside the reaction vessel 44, passes through the filter device 47. Although passing through, ions of the source gas do not pass through the filter device 47, so that the ions of the source gas do not leak out of the reaction vessel 44 from the discharge port 49.

라디칼건부(40)로부터는 원료 가스의 이온은 방출되지 않고, 원료 가스의 라디칼인 질소 라디칼(48)이 방출되어 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)의 표면에 도달한다.Ions of the source gas are not emitted from the radical gun unit 40, and nitrogen radicals 48, which are radicals of the source gas, are emitted to reach the surface of the substrate 22 disposed on the substrate holder 21.

히터(23)는 가열 전원(28)에 의해 통전되고, 기판(22)은 발열한 히터(23)에 의해 가열되어 600℃ 이상의 온도로 승온되고 있다. 단, 기판(22)의 온도는 300℃ 이상이라면, 900℃ 미만으로 충분하다.The heater 23 is energized by the heating power supply 28, and the substrate 22 is heated by the heater 23 that generates heat, and is heated to a temperature of 600°C or higher. However, if the temperature of the substrate 22 is 300°C or higher, less than 900°C is sufficient.

기판(22)의 표면에 도달한 스퍼터링 입자(38) 중, 질소가 부족한 스퍼터링 입자(38) 중의 갈륨은 질소 라디칼(48)과 반응하고, 질소의 비율이 커진 질화갈륨 결정이 형성되어 기판(22)의 표면에 질화갈륨 박막이 성장한다.Among the sputtering particles 38 that have reached the surface of the substrate 22, gallium in the sputtering particles 38 lacking nitrogen reacts with the nitrogen radicals 48, and a gallium nitride crystal with an increased nitrogen ratio is formed to form the substrate 22 ), a gallium nitride thin film grows on the surface.

도 2의 부호 6은 소정 막두께로 형성된 질화갈륨 박막으로서, 기판(22)은 사파이어 기판(4) 상에 HVPE법(하이드라이드 기상 성장법 : Hydride Vapor Phase Epitaxy)으로 성장된 n형 질화갈륨 박막(5)이 배치되고, 그 n형 질화갈륨 박막(5)의 표면에 본 발명의 성막 장치(2)에 의해 성장된 질화갈륨 박막(6)이 접촉하여 배치되어 있다.Reference numeral 6 in FIG. 2 is a gallium nitride thin film formed with a predetermined thickness, and the substrate 22 is an n-type gallium nitride thin film grown on a sapphire substrate 4 by HVPE method (hydride vapor phase growth method: Hydride Vapor Phase Epitaxy). (5) is disposed, and the gallium nitride thin film 6 grown by the film forming apparatus 2 of the present invention is placed in contact with the surface of the n-type gallium nitride thin film 5.

반응 가스 중에는, 형성되는 질화갈륨 박막(6)의 p형 또는 n형을 결정하는 불순물 화합물이 함유되어 있는데, 예를 들어 마그네슘 화합물 가스가 첨가된 경우에는, 기판(22)의 표면에 성장하는 질화갈륨 박막 중에 마그네슘이 도핑되면 p형의 질화갈륨 박막이 형성된다.The reaction gas contains an impurity compound that determines the p-type or n-type of the gallium nitride thin film 6 to be formed. For example, when a magnesium compound gas is added, nitride that grows on the surface of the substrate 22 When magnesium is doped in the gallium thin film, a p-type gallium nitride thin film is formed.

HVPE법으로 형성한 n형 질화갈륨 박막(5)이 노출된 기판(22)의 표면에, 혼합 가스 중 반응 가스의 함유율을 변경하여 질화갈륨 박막(6)을 형성하였다.On the surface of the substrate 22 to which the n-type gallium nitride thin film 5 formed by the HVPE method was exposed, the gallium nitride thin film 6 was formed by changing the content of the reactive gas in the mixed gas.

하기 표 1에 박막을 형성한 조건를 나타낸다.Table 1 below shows the conditions for forming a thin film.

아르곤으로 이루어진 스퍼터링 가스의 압력(스퍼터링 가스 분압)은 일정값인 0.130Pa로 유지하고 있고, 라디칼건부(40)에 도입되는 원료 가스인 질소 가스의 진공조(10) 중의 압력(원료 가스 분압)도 일정값인 0.030Pa로 유지하고 있으며, 그 상태에서 스퍼터링 가스와 혼합되는 반응 가스인 질소 가스의 진공조(10) 중의 압력(반응 가스 분압)을 변화시키고 있다.The pressure of the sputtering gas made of argon (sputtering gas partial pressure) is maintained at a constant value of 0.130 Pa, and the pressure in the vacuum tank 10 of the nitrogen gas, which is the raw material gas introduced into the radical drying unit 40 (raw material gas partial pressure), is also It is maintained at a constant value of 0.030 Pa, and in that state, the pressure (reaction gas partial pressure) in the vacuum tank 10 of nitrogen gas, which is a reaction gas mixed with the sputtering gas, is changed.

표 1 중 「질소 비율 1」은 원료 가스 분압(RG; 일정값인 0.03Pa)의, 원료 가스 분압(RG(Pa))과 반응 가스 분압(RE(Pa))의 합계값에 대한 비율이고, 「질소 비율 2」는 원료 가스 분압(RG(Pa)과 반응 가스 분압(RE(Pa))의 합계값의, 원료 가스 분압(RG(Pa)과 반응 가스 분압(RE(Pa)과 스퍼터링 가스 분압(SP(Pa))의 합계값에 대한 비율이다.In Table 1, the ``nitrogen ratio 1'' is a ratio of the partial pressure of the source gas (RG; constant value 0.03 Pa) to the sum of the partial pressure of the source gas (RG (Pa)) and the partial pressure of the reaction gas (RE (Pa)), The ``nitrogen ratio 2'' is the sum of the partial pressure of the source gas (RG(Pa) and the partial pressure of the reactive gas (RE(Pa))), the partial pressure of the source gas (RG(Pa), the partial pressure of the reaction gas (RE(Pa)), and the partial pressure of the sputtering gas) It is a ratio to the total value of (SP(Pa)).

원료 가스 분압(RG(Pa))과 반응 가스 분압(RE(Pa))은 진공조(10) 내의 기판(22)이 배치된 분위기의 압력을 전압(全壓)이라 했을 때의 진공조(10) 내부에서의 분압값이다.The source gas partial pressure (RG(Pa)) and the reactive gas partial pressure (RE(Pa)) are the vacuum tank 10 when the pressure of the atmosphere in which the substrate 22 in the vacuum tank 10 is disposed is a voltage. ) It is the partial pressure value inside.

하기 표 1 내지 표 4에서 질소 비율 1과 질소 비율 2는 하기 식으로 표시된다.In Tables 1 to 4 below, the nitrogen ratio 1 and the nitrogen ratio 2 are represented by the following formula.

질소 비율 1 = RG / (RG + RE)Nitrogen Ratio 1 = RG / (RG + RE)

질소 비율 2 = (RG + RE) / (RG + RE + SP)Nitrogen ratio 2 = (RG + RE) / (RG + RE + SP)

표 1에는 성막 조건으로서, 변화시킨 반응 가스 분압(RE(Pa))의 값과, 반응 가스 분압(RE(Pa))의 값에 대응하는 질소 비율 1과 질소 비율 2가 기재되어 있다.In Table 1, as the film forming conditions, the values of the changed reaction gas partial pressure (RE(Pa)) and the nitrogen ratio 1 and nitrogen ratio 2 corresponding to the values of the reaction gas partial pressure (RE(Pa)) are described.

이들 성막 조건에서 먼저, 형성한 박막의 표면 상태를 관찰하여 박막이 금속 갈륨 박막인지 질화갈륨 박막(6)인지를 판단하였다. 판단 결과를 하기 표 1에 나타낸다.Under these film-forming conditions, first, the surface state of the formed thin film was observed to determine whether the thin film was a metal gallium thin film or a gallium nitride thin film 6. The judgment results are shown in Table 1 below.

또한 얻어진 질화갈륨 박막(6)을 X선 회절 분석하여(여기에서는 X선 록킹 커브법), ω와 X선 회절 강도의 관계로부터 (10-10) 배향성을 나타내는 피크의 반값 전폭(초: arcsec)을 구하였다. 그 결과를 하기 표 1과 도 3의 그래프에 나타낸다.Further, the obtained gallium nitride thin film 6 was analyzed by X-ray diffraction (here, the X-ray locking curve method), and the full width at half of the peak showing orientation (10-10) from the relationship between ω and the X-ray diffraction intensity (second: arcsec) Was obtained. The results are shown in Table 1 below and the graph of FIG. 3.

또한, 얻어진 질화갈륨 박막(6)의 막두께를 측정하여, 측정 결과와 성막 시간으로부터 질화갈륨 박막(6)의 성장 속도(nm/분)를 산출하였다. 그 결과를 하기 표 1과 도 4의 그래프에 나타낸다.Further, the thickness of the obtained gallium nitride thin film 6 was measured, and the growth rate (nm/min) of the gallium nitride thin film 6 was calculated from the measurement result and the film formation time. The results are shown in Table 1 below and the graph of FIG. 4.

가스 분압과 질화의 관계The relationship between gas partial pressure and nitriding 반응 가스 분압(Pa)Reactive gas partial pressure (Pa) 0.0000.000 0.0100.010 0.0180.018 0.0350.035 0.0450.045 0.0530.053 0.0700.070 질소 비율 1(%)Nitrogen ratio 1(%) 100100 7575 6363 4646 4040 3636 3030 질소 비율 2(%)Nitrogen ratio 2(%) 1919 2424 2727 3333 3737 3939 4343 관찰 결과Observation result 라디칼 조사 없음No radical irradiation 금속metal 금속metal 금속metal 금속metal GaNGaN GaNGaN GaNGaN 라디칼 조사 있음With radical irradiation 금속metal 금속metal GaNGaN GaNGaN GaNGaN GaNGaN GaNGaN 반값 전폭
(arcsec)
Half price full width
(arcsec)
라디칼 조사 없음No radical irradiation -- -- -- 835835 907907 918918 13361336
라디칼 조사 있음With radical irradiation -- -- 904904 914914 10041004 10261026 10551055 성장 속도
(nm/분)
Growth rate
(nm/min)
라디칼 조사 없음No radical irradiation -- -- -- 11.411.4 12.312.3 13.213.2 11.011.0
라디칼 조사 있음With radical irradiation -- -- 16.416.4 15.315.3 14.414.4 14.014.0 13.713.7

스퍼터링 가스 분압 = SP(Pa) = 0.130(Pa)Partial pressure of sputtering gas = SP(Pa) = 0.130(Pa)

원료 가스 분압 = RG(Pa) = 0.030(Pa)Source gas partial pressure = RG(Pa) = 0.030(Pa)

반응 가스 분압 = RE(Pa)Reactive gas partial pressure = RE(Pa)

질소 비율 1 = RG/(RG+RE)Nitrogen Ratio 1 = RG/(RG+RE)

질소 비율 2 = (RG+RE)/(RG+RE+SP) Nitrogen ratio 2 = (RG+RE)/(RG+RE+SP)

표 1로부터 라디칼 조사를 하여 질화갈륨 박막을 형성하는 경우에는, 질소 비율 1은 40% 이상 63% 이하의 범위 내가 좋은 것을 알 수 있다.In the case of forming a gallium nitride thin film by radical irradiation from Table 1, it can be seen that the nitrogen ratio 1 is within the range of 40% or more and 63% or less.

표 1 중 「-」가 기재된 란은 질화갈륨을 확인할 수 없었던 성막 조건의 결과이지만, 반응 가스 분압 0.035Pa의 조건에서는 육안으로는 금속이 관찰되었으나 X선의 피크가 관찰되었기 때문에, 표면의 금속층의 하층에는 질화갈륨 박막이 형성되어 있는 것으로 생각되어진다.The column marked with ``-'' in Table 1 is the result of the film formation conditions in which gallium nitride could not be confirmed, but under the condition of the reaction gas partial pressure of 0.035 Pa, metal was observed with the naked eye, but the peak of X-ray was observed. It is thought that a gallium nitride thin film is formed in

다음으로, 라디칼건부(40)로부터 진공조(10) 내로 도입되는 질소 가스의 분압값(표 1에서는 원료 가스 분압)과 리액티브 스퍼터링의 반응 가스로서 진공조(10) 내에 도입되는 질소 가스의 분압값 및 기판(22)의 온도를 스퍼터링 조건으로 하여, (10-10)면의 XRC 반값폭(XRC: X선 록킹 커브법), (0002)면의 XRC 반값폭, 그리고 성장 속도를 측정하였다. 스퍼터링 가스의 분압값은 각 조건 모두 0.13Pa이다.Next, the partial pressure of the nitrogen gas introduced into the vacuum tank 10 from the radical gun 40 (the partial pressure of the raw material gas in Table 1) and the partial pressure of the nitrogen gas introduced into the vacuum tank 10 as a reaction gas for reactive sputtering Using the value and the temperature of the substrate 22 as sputtering conditions, the XRC half width of the (10-10) plane (XRC: X-ray locking curve method), the XRC half width of the (0002) plane, and the growth rate were measured. The partial pressure value of the sputtering gas is 0.13 Pa in each condition.

측정 결과를 표 2 내지 4에 나타낸다. 스퍼터링 가스로는 아르곤 가스를 사용하였다.The measurement results are shown in Tables 2 to 4. Argon gas was used as the sputtering gas.

스퍼터 조건과 (10-10)면 XRC 반값폭Sputter condition and (10-10) side XRC half width 스퍼터링 가스 분압
(SP)
Partial pressure of sputtering gas
(SP)
0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13
원료 가스 분압(RG)Source gas partial pressure (RG) 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 반응 가스 분압(RE)Reactive gas partial pressure (RE) 0.000.00 0.010.01 0.030.03 0.050.05 0.070.07 0.090.09 질소 비율 1Nitrogen ratio 1 100%100% 75%75% 50%50% 38%38% 30%30% 25%25% 질소 비율 2Nitrogen ratio 2 19%19% 24%24% 32%32% 38%38% 43%43% 48%48%
성장 온도
(℃)

Growth temperature
(℃)
300300 -- MetalMetal ×× ××
500500 -- MetalMetal ×× 700700 -- ×× ×× 900900 -- ×× ××

분압값: Pa Partial pressure value: Pa

스퍼터 조건과 (0002)면 XRC 반값폭Sputter condition and (0002) plane XRC half width 스퍼터링 가스 분압
(SP)
Partial pressure of sputtering gas
(SP)
0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13
원료 가스 분압(RG)Source gas partial pressure (RG) 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 반응 가스 분압(RE)Reactive gas partial pressure (RE) 0.000.00 0.010.01 0.030.03 0.050.05 0.070.07 0.090.09 질소 비율 1Nitrogen ratio 1 100%100% 75%75% 50%50% 38%38% 30%30% 25%25% 질소 비율 2Nitrogen ratio 2 19%19% 24%24% 32%32% 38%38% 43%43% 48%48%
성장 온도
(℃)

Growth temperature
(℃)
300300 -- MetalMetal ×× ××
500500 -- MetalMetal ×× 700700 -- ×× ×× 900900 -- ×× ×× ××

분압값: Pa Partial pressure value: Pa

스퍼터 조건과 성장 RateSputter conditions and growth rate 스퍼터링 가스 분압
(SP)
Partial pressure of sputtering gas
(SP)
0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13 0.130.13
원료 가스 분압(RG)Source gas partial pressure (RG) 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 0.030.03 반응 가스 분압(RE)Reactive gas partial pressure (RE) 0.000.00 0.010.01 0.030.03 0.050.05 0.070.07 0.090.09 질소 비율 1Nitrogen ratio 1 100%100% 75%75% 50%50% 38%38% 30%30% 25%25% 질소 비율 2Nitrogen ratio 2 19%19% 24%24% 32%32% 38%38% 43%43% 48%48%
성장 온도
(℃)

Growth temperature
(℃)
300300 -- MetalMetal ×× ××
500500 -- MetalMetal 700700 -- ×× 900900 -- ××

분압값: Pa Partial pressure value: Pa

표 2, 3 중 「◎」는 반값폭이 좁은 측정 결과를 나타내고 있고, 「○」, 「△」, 「×」는 반값폭의 값이 이 순서로 커지고 있다. 「×」가 기재된 조건에서 형성된 박막은 사용할 수 없는 불량품이지만, 「◎」가 기재된 조건에서 형성된 박막, 「○」가 기재된 조건에서 형성된 박막, 및 「△」가 기재된 조건에서 형성된 박막은 사용 가능한 품질이다.In Tables 2 and 3, "◎" shows the measurement result with a narrow half-value width, and "○", "△", and "x" have a value of the half-value width increasing in this order. Thin films formed under the conditions indicated by ``x'' cannot be used, but thin films formed under conditions indicated by ``◎'', thin films formed under conditions indicated by ``○'', and thin films formed under conditions indicated by ``△'' are of usable quality. to be.

표 4 중 「◎」는 성막 속도가 큰 측정 결과를 나타내고 있고, 「○」, 「△」, 「×」는 성막 속도의 값이 이 순서로 작아지고 있다. 「×」가 기재된 조건의 성막 속도는 작아 박막 형성에 장시간이 소요되므로 실사용에 적합하지 않지만, 「◎」가 기재된 조건과 「○」가 기재된 조건, 그리고 「△」가 기재된 조건의 성막 속도는 실사용 가능한 조건이다.In Table 4, "double-circle" shows the measurement result of a large film-forming speed, and "○", "△", and "x" are the values of the film-forming speed decreasing in this order. The film formation speed under the conditions indicated by ``x'' is small, so it takes a long time to form a thin film, so it is not suitable for practical use. It is a practical condition.

또한, 표 2 ~ 4 중 「-」는 박막이 형성되지 않은 조건이다. 「Metal」은 질화갈륨 박막은 형성 되지 않고 금속 갈륨 박막이 형성된 조건에 기재되어 있다.In addition, "-" in Tables 2-4 is a condition in which a thin film was not formed. "Metal" is described in the condition where a gallium nitride thin film is not formed and a metallic gallium thin film is formed.

이상의 표 2 ~ 4의 측정 결과로부터, 300℃ 이상 900℃ 미만의 온도 범위에서 질소 비율 1은 RG = 0.03Pa, RE = 0.05 일 때의 값 0.375(= 0.03(0.03 + 0.05): 표 중에서는 38%)가 양품(良品)을 얻을 수 있는 최저값으로 되어 있다.From the measurement results in Tables 2 to 4 above, the nitrogen ratio 1 in the temperature range of 300°C to 900°C is 0.375 (= 0.03 (0.03 + 0.05)) when RG = 0.03Pa and RE = 0.05: 38 in the table %) is the lowest value at which good products can be obtained.

300℃ 이상 500℃ 이하의 온도 범위에서 양품을 얻을 때의 질소 비율 1의 최대값은 0.5이다.When obtaining good products in the temperature range of 300°C to 500°C, the maximum value of nitrogen ratio 1 is 0.5.

다음으로 도 5는 본 발명에 의해 형성된 질화갈륨 박막(6)이 이용된 발광 소자(LED; 50)로서, 애노드 전극(61)과 캐소드 전극(62) 사이에 전류를 흘려주면 발광층(53)이 발광한다 .Next, FIG. 5 is a light emitting device (LED) 50 using the gallium nitride thin film 6 formed according to the present invention. When a current is passed between the anode electrode 61 and the cathode electrode 62, the light emitting layer 53 is It glows.

이 발광 소자(50)는 사파이어 기판(51) 상에서 에피택시얼 성장에 의해 형성된 질화갈륨 박막(52 ~ 55, 6, 57 ~ 59)으로 구성되어 있고, 상세하게는 발광 소자(50)는 사파이어 기판(51)의 표면에 접촉하여 성장된 막두께 2μm의 n-GaN 박막(52)과, n-GaN 박막(52) 상에 성장된 막두께 70nm의 발광층(MQW; 53)을 가지고 있으며, 캐소드 전극(62)은 n-GaN 박막(52)과 접촉하여 형성되어 있다.The light emitting device 50 is composed of a gallium nitride thin film 52 to 55, 6, 57 to 59 formed by epitaxial growth on a sapphire substrate 51, and in detail, the light emitting device 50 is a sapphire substrate It has an n-GaN thin film 52 having a thickness of 2 μm grown in contact with the surface of 51, and a light emitting layer having a thickness of 70 nm (MQW) 53 grown on the n-GaN thin film 52, and a cathode electrode 62 is formed in contact with the n-GaN thin film 52.

발광층(53) 상에는 발광층(53)과 접촉하여 막두께 20nm의 p형 하지 박막(54)이 성장되고, p형 하지 박막(54)의 표면에는 막두께 100nm의 p형 층박막(55)이 성장되며, p형 층박막(55)의 표면 상에는, 본 발명에서 형성되며 마그네슘을 고농도로 함유하는 막두께 4nm의 p+형의 질화갈륨 박막(6)이 성장되어 있다.On the light-emitting layer 53, a p-type base thin film 54 having a thickness of 20 nm is grown in contact with the light-emitting layer 53, and a p-type thin film 55 having a thickness of 100 nm is grown on the surface of the p-type base thin film 54. On the surface of the p-type thin film 55, a p + -type gallium nitride thin film 6 formed in the present invention and having a thickness of 4 nm containing magnesium at a high concentration is grown.

발광층(53)은 다중 양자 우물(MQW) 구조의 질화갈륨 박막이다. p형 하지 박막(54)의 불순물은 알루미늄이다.The light-emitting layer 53 is a gallium nitride thin film having a multiple quantum well (MQW) structure. The impurity of the p-type underlying thin film 54 is aluminum.

p+형의 질화갈륨 박막(6)의 표면 상에는 실리콘을 고농도로 함유하는 막두께 2nm의 n+형의 질화갈륨 박막(57)이 성장되어 있고, 그 질화갈륨 박막(57)의 표면에는 막두께 400nm의 n형의 질화갈륨 박막(58)이 성장되어 있다.On the surface of the p + type gallium nitride thin film 6, an n + type gallium nitride thin film 57 having a thickness of 2 nm containing silicon at a high concentration is grown, and the surface of the gallium nitride thin film 57 has a film thickness. A 400 nm n-type gallium nitride thin film 58 is grown.

n형의 질화갈륨 박막(58)의 표면 상에는 n형 불순물이 고농도로 함유된 막두께 20nm의 컨택트 박막(59)이 성장되어 있고, 애노드 전극(61)은 컨택트 박막(59)과 접촉하여 형성되어 있다 .On the surface of the n-type gallium nitride thin film 58, a contact thin film 59 having a thickness of 20 nm containing a high concentration of n-type impurities is grown, and the anode electrode 61 is formed in contact with the contact thin film 59. have .

애노드 전극(61)과 캐소드 전극(62)은 티타늄 박막, 알루미늄 박막, 티타늄 박막, 금 박막이 이 순서로 적층된 금속 박막으로서, 접촉 저항이 작게 되어 있어 애노드 전극(61)과 캐소드 전극(62) 사이에 전류를 흘려주면 고효율로 발광층(53)이 발광한다.The anode electrode 61 and the cathode electrode 62 are metal thin films in which a titanium thin film, an aluminum thin film, a titanium thin film, and a gold thin film are stacked in this order, and since the contact resistance is small, the anode electrode 61 and the cathode electrode 62 When a current is passed between the light emitting layer 53 with high efficiency.

상기 예에서는 막두께 100nm의 p형 층박막(55) 상에 위치하는 막두께 4nm의 p+형의 질화갈륨 박막(6)을 본 발명에 의해 형성하였지만, 발광층(53) 상에 위치하는 각 질화갈륨 박막을 본 발명에 의해 형성할 수 있으며, 특히 막두께 2nm의 n+형 질화갈륨 박막(57)과, 막두께 400nm의 n형 질화갈륨 박막(58), n형 불순물이 고농도로 함유된 막두께 20nm의 컨택트 박막(59)에 대한 본 발명의 적용을 고려할 수 있다.In the above example, a p + type gallium nitride thin film 6 having a thickness of 4 nm and located on the p-type thin film 55 having a thickness of 100 nm was formed by the present invention, but each nitride disposed on the light emitting layer 53 A gallium thin film can be formed by the present invention, and in particular, an n + type gallium nitride thin film 57 having a film thickness of 2 nm, an n-type gallium nitride thin film 58 having a film thickness of 400 nm, and a film containing a high concentration of n-type impurities. The application of the present invention to a contact thin film 59 having a thickness of 20 nm can be considered.

상기 예에서는 반응성 가스 안에 불순물인 화합물 가스가 함유되어 n형 또는 p형의 질화갈륨 박막이 형성되었지만, 불순물을 함유하는 타겟을 이용하여 n형 또는 p형의 질화갈륨 박막을 형성할 수있다.In the above example, a compound gas, which is an impurity, is contained in the reactive gas to form an n-type or p-type gallium nitride thin film, but an n-type or p-type gallium nitride thin film can be formed by using a target containing impurities.

도 6의 부호 2'는 그 경우의 제조 방법에 이용될 수 있는 성막 장치로서, 이 성막 장치(2')는 리액티브 스퍼터부(30a)와 보조 스퍼터부(30b)를 가지고 있다.Reference numeral 2'in Fig. 6 denotes a film forming apparatus that can be used in the manufacturing method in that case, and the film forming apparatus 2'has a reactive sputtering portion 30a and an auxiliary sputtering portion 30b.

도 6의 성막 장치(2')의 리액티브 스퍼터부(30a)는 상기 도 1의 성막 장치(2)의 리액티브 스퍼터부(30)와 동일한 구조로서, 상기 도 1의 성막 장치(2) 리액티브 스퍼터부(30)와 동일한 부재에는 상기 도 1의 성막 장치(2)의 리액티브 스퍼터부(30) 부재의 부호에 첨자 a를 붙이고 설명을 생략한다. 또한 성막 장치(2')의 다른 부재 중, 도 1의 성막 장치(2)와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.The reactive sputtering unit 30a of the film forming apparatus 2 ′ of FIG. 6 has the same structure as the reactive sputtering unit 30 of the film forming apparatus 2 of FIG. In the same member as the active sputtering unit 30, a subscript a is added to the reference numeral of the member of the reactive sputtering unit 30 of the film forming apparatus 2 of FIG. 1, and description thereof is omitted. In addition, among the other members of the film forming apparatus 2', members identical to those of the film forming apparatus 2 in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.

보조 스퍼터부(30b)는 보조 방착판 용기(31b)를 가지고 있고, 보조 방착판 용기(31b)의 내부에는 보조 스퍼터 전극(32b)이 배치되어 있다. 보조 스퍼터 전극(32b)에는 반도체의 p형 또는 n형을 결정하는 불순물로 이루어진 불순물용 타겟(33b)이 배치되어 있다.The auxiliary sputter part 30b has an auxiliary anti-detachable plate container 31b, and an auxiliary sputter electrode 32b is disposed inside the auxiliary anti-destructive plate container 31b. An impurity target 33b made of impurities that determines the p-type or n-type of the semiconductor is disposed on the auxiliary sputter electrode 32b.

보조 방착판 용기(31b)는 보조 방출구(37b)를 가지고 있으며, 불순물용 타겟(33b)은 보조 방출구(37b)를 통하여, 기판 홀더(21)에 배치된 기판(22)과 대면하도록 배치되어 있다.The auxiliary barrier plate container 31b has an auxiliary discharge port 37b, and the impurity target 33b is disposed to face the substrate 22 disposed on the substrate holder 21 through the auxiliary discharge port 37b. Has been.

진공조(10)의 외부에 보조 스퍼터 전원(35b)이 배치되어 있다.An auxiliary sputter power supply 35b is disposed outside the vacuum bath 10.

보조 스퍼터 전극(32b)은 보조 스퍼터 전원(35b)에 접속되고, 진공조(10)는 접지 전위에 접속되어 있어, 보조 스퍼터 전원(35b)이 동작하면 보조 스퍼터 전극(32b)에 스퍼터 전압이 인가된다.The auxiliary sputter electrode 32b is connected to the auxiliary sputter power supply 35b, and the vacuum bath 10 is connected to the ground potential.When the auxiliary sputter power supply 35b operates, a sputter voltage is applied to the auxiliary sputter electrode 32b. do.

진공조(10)의 외부에는 보조 가스 공급 장치(15b)가 배치되어 있다. 보조 가스 공급 장치(15b)에는 아르곤 등의 희가스인 보조 스퍼터링 가스를 공급하는 보조 스퍼터 가스원(26b)이 배치되어 있다.An auxiliary gas supply device 15b is disposed outside the vacuum tank 10. The auxiliary gas supply device 15b is provided with an auxiliary sputter gas source 26b for supplying auxiliary sputtering gas, which is a rare gas such as argon.

이 성막 장치(2')의 리액티브 스퍼터부(30a)의 타겟(33a)이 도 1의 성막 장치(2)와 같은 동작에 의해 리액티브 스퍼터링되고, 라디칼건부(40)로부터 질소 라디칼(48)이 방출되어 기판(22)의 표면에 질화갈륨 박막이 성장할 때, 보조 스퍼터 부(30b)의 불순물용 타겟(33b)을 보조 스퍼터링 가스로 스퍼터링하여, 생성된 보조 스퍼터링 입자(38b)를 기판(22) 표면에 도달시키면, 기판(22)의 표면에 형성되는 질화갈륨 박막에 보조 스퍼터링 입자(38b)의 불순물이 함유되어 p형 또는 n형의 질화갈륨 박막을 형성할 수 있다.The target 33a of the reactive sputtering portion 30a of the film forming apparatus 2'is reactively sputtered by the same operation as the film forming apparatus 2 in FIG. 1, and nitrogen radicals 48 are generated from the radical drying unit 40. When the gallium nitride thin film is released and the gallium nitride thin film grows on the surface of the substrate 22, the impurity target 33b of the auxiliary sputtering unit 30b is sputtered with an auxiliary sputtering gas, and the generated auxiliary sputtering particles 38b are transferred to the substrate 22 ) When reaching the surface, impurities of the auxiliary sputtering particles 38b are contained in the gallium nitride thin film formed on the surface of the substrate 22 to form a p-type or n-type gallium nitride thin film.

6 질화갈륨 박막
22 기판
31 방착판 용기
33 타겟
38 스퍼터링 입자
40 라디칼건부
48 질소 라디칼
49 방출구
50 발광 소자
53 발광층
6 Gallium nitride thin film
22 substrate
31 barrier plate container
33 target
38 sputtering particles
40 radical drying
48 nitrogen radical
49 outlet
50 light-emitting elements
53 Emitting layer

Claims (5)

라디칼건부의 방출구로부터 진공조 내에 배치된 기판에 질소 라디칼을 조사하면서 금속 갈륨의 타겟을 질소 가스와 스퍼터링 가스를 함유하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 스퍼터링하여 생성된 스퍼터링 입자를 기판에 도달시켜 질화갈륨 박막을 형성하고,
상기 라디칼건부에 도입된 질소 가스의 상기 진공조 내부에서의 분압값인 원료 가스 분압의 값은 상기 혼합 가스에 함유되는 질소 가스의 분압값인 반응 가스 분압의 값과 상기 원료 가스 분압의 값을 합한 합계값에 대하여 38% 이상 63% 이하의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 박막의 제조 방법.
While irradiating nitrogen radicals to the substrate arranged in the vacuum tank from the discharge port of the radical drying unit, the target of metal gallium is sputtered by plasma of a mixed gas containing nitrogen gas and sputtering gas, and the generated sputtering particles reach the substrate to reach gallium nitride. To form a thin film,
The value of the partial pressure of the source gas, which is the partial pressure of the nitrogen gas introduced into the radical drying unit, inside the vacuum tank is a value of the partial pressure of the reaction gas, which is the partial pressure of the nitrogen gas contained in the mixed gas, and the value of the partial pressure of the source gas. A method for producing a gallium nitride thin film, characterized in that the range is 38% or more and 63% or less with respect to the total value.
제 1항에 있어서,
상기 타겟은 상기 기판과 대면하도록 하여 방착판 용기 안에 배치하고,
상기 방착판 용기 안에 상기 스퍼터링 가스와 상기 질소 가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 박막의 제조 방법.
The method of claim 1,
The target is disposed in a barrier plate container to face the substrate,
A method of manufacturing a gallium nitride thin film, characterized in that introducing the sputtering gas and the nitrogen gas into the barrier plate container.
제 1항에 있어서,
상기 방출구에는 질소 가스의 이온을 제거하는 필터를 배치하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 박막의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing a gallium nitride thin film, characterized in that a filter for removing ions of nitrogen gas is disposed at the discharge port.
삭제delete 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판을 300℃ 이상 500℃ 이하로 승온시켰을 때, 상기 라디칼건부에 도입된 질소 가스의 상기 진공조 내부에서의 분압값인 원료 가스 분압의 값은 상기 혼합 가스에 함유되는 질소 가스의 분압값인 반응 가스 분압의 값과 상기 원료 가스 분압의 값을 합한 합계값에 대하여 38% 이상 50% 이하의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 박막의 제조 방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
When the substrate is heated to 300° C. or more and 500° C. or less, the value of the partial pressure of the source gas, which is the partial pressure of the nitrogen gas introduced into the radical gun, inside the vacuum chamber is the partial pressure of the nitrogen gas contained in the mixed gas A method for producing a gallium nitride thin film, characterized in that the range of 38% or more and 50% or less with respect to the sum of the value of the partial pressure of the reaction gas and the partial pressure of the source gas.
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