KR20120073045A - 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 easily grow an AIN thin film of a single Al polarity by using a general AIN nucleation layer growing condition. CONSTITUTION: A nucleation layer for an AIN of an N polarity and an AIN of an AI polarity is grown on a substrate(10). The AIN of the N polarity is etched by a thermal etching process. The nucleation layer of the AIN of the N polarity and the AIN of the AI polarity is re-grown on the etched surface. An AIN nucleation layer of a single AI polarity is grown. An AIN thin film(40) of the AI polarity is formed by a horizontal 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 the growth of AlN, which 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 반도체를 기판으로부터 핵생성하여, 단일의 제1극성의 반도체 박막을 성장하기 위한, 본 발명의 반도체 박막 성장 방법은, 상기 기판상에 제1극성 및 제2극성-소정의 식각에 대하여 식각률이 상이함-의 반도체로 구성되는 핵생성층을 성장하는 단계; 상기 소정의 식각을 수행하여, 상기 제2극성의 반도체를 식각하는 단계; 식각된 표면상에 상기 제1극성 및 제2극성의 반도체로 구성되는 핵생성층을 재성장하는 단계; 및 상기 제2극성의 반도체를 수평성장하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the semiconductor thin film growth method of the present invention for nucleating a semiconductor having a first polarity and a second polarity from a substrate to grow a single first polar semiconductor thin film, the substrate Growing a nucleation layer composed of a semiconductor having a first polarity and a second polarity, wherein the etch rate is different with respect to predetermined etching; Etching the second polarity semiconductor by performing the predetermined etching; Regrowing a nucleation layer composed of the first polarity and the second polarity semiconductor on the etched surface; And horizontally growing the second polar semiconductor.

또한, Al극성 AlN 박막을 기판상에 성장하기 위한, 본 발명의 반도체 박막 성장 방법은, (a) 상기 기판상에 N극성 AlN과 Al극성 AlN의 핵생성층을 성장하는 단계; (b) 열식각을 수행하여, 상기 N극성 AlN을 식각하는 단계; (c) 식각된 표면상에 상기 N극성 AlN과 상기 Al극성 AlN의 핵생성층을 재성장하는 단계; 및 (d) 상기 Al극성 AlN을 수평성장하는 단계를 포함한다. 본 발명은,(e) 상기 (b)단계 및 상기 (c)단계를 반복하여 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the semiconductor thin film growth method of the present invention for growing an Al-polar AlN thin film on a substrate comprises the steps of: (a) growing a nucleation layer of N-polar AlN and Al-polar AlN on the substrate; (b) etching the N-polar AlN by performing thermal etching; (c) regrowing the nucleation layer of the N-polar AlN and the Al-polar AlN on the etched surface; And (d) horizontally growing the Al polar AlN. The present invention preferably further comprises the step (e) repeating the steps (b) and (c).

또한, 본 발명은, 위의 반도체 성장 방법에 의해 성장된 반도체 박막을 포함한다.
The present invention also includes a semiconductor thin film grown by the above semiconductor growth method.

상기와 같은 본 발명은, 단일 Al극성 AlN 박막을 성장할 수 있을 뿐 아니라, Al극성 AlN 박막의 결함밀도를 극히 적게 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention not only can grow a single Al-polar AlN thin film, but also has an effect of lowering the defect density of the Al-polar AlN thin film extremely low.

따라서, 본 발명은 AlN 기판을 대체하면서, 특별한 성장조건을 찾을 필요없이, 범용적인 AlN 핵생성층 성장조건을 이용하여 손쉽게 단일 Al극성 AlN 박막을 성장시킬 수 있도록 하는 효과가 있다. 나아가, 본 발명은 고품질의 DUV LED 혹은 LD 구조의 하부구조(template)를 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.
Therefore, the present invention has the effect of easily growing a single Al-polar AlN thin film using the general AlN nucleation layer growth conditions, without having to find a special growth condition while replacing the AlN substrate. Furthermore, the present invention has the effect of making it possible to fabricate a high quality DUV LED or LD structure (template).

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 5e는 본 발명에 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 5E are schematic cross-sectional views for describing a method of growing a semiconductor thin film according to 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 열적, 화학적으로 불안정하여 그 식각률이 매우 높다. 이러한 극성에 따른 AlN의 성질을 이용하여, 본 발명은 핵생성층을 적절한 두께로 성장한 후, 반응관 내에서의 열식각과 재성장을 통해, N극성 AlN의 성장은 억제하고 Al극성 AlN은 그 성장을 촉진하여, 고밀도 Al극성 AlN 박막을 제조할 수 있다. 이하, 도면을 참조로 본 발명에 대하여 설명한다.
On the other hand, N-polar AlN is thermally and chemically unstable compared to Al-polar AlN, so the etching rate is very high. Using the properties of AlN according to this polarity, the present invention, after growing the nucleation layer to an appropriate thickness, through the thermal etching and regrowth in the reaction tube, the growth of N-polar AlN is suppressed and Al-polar AlN is grown By promoting the high density Al-polar AlN thin film can be produced. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated with reference to drawings.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 반도체 박막 성장 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법은, 저전위 저결함밀도를 가지는 AlN 또는 높은 Al 조성비를 가지는 AlGaN과 같은 반도체 박막(40)을 기판(10) 상에 성장하는 방법에 관한 것이다.5A to 5D are schematic cross-sectional views illustrating a method of growing a semiconductor thin film according to the present invention. As shown in the figure, the method of the present invention relates to a method of growing a semiconductor thin film 40 such as AlN having a low potential low defect density or AlGaN having a high Al composition ratio on a substrate 10.

우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 반응관에 로딩한 후, 질화과정을 인위적으로 거치거나, 또는 질화처리된 기판(10) 상에 혼합극성을 가지는 Al계 질화물 반도체의 핵생성층을 성장한다. First, as shown in FIG. 5A, the substrate 10 is loaded into a reaction tube, and then subjected to an artificial nitriding process, or a nucleus of an Al-based nitride semiconductor having mixed polarity on the nitrided substrate 10. Grow the formation layer.

본 발명에 사용되는 기판(10)은, 박막이 성장되는 표면이 특정 단일극성을 가지지 않는 것으로서, 예를 들어 사파이어, Ga2O3(Gallium(III) Oxide)일 수 있다. 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 Al극성을 동시에 가지는 AlN 혹은 AlGaN일 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 may be AlN or AlGaN having both N polarity and Al polarity. 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(20, 30)의 AlN을 성장한 후, 본 발명의 방법은 도 5b와 같이 반응관 내에서 열식각(thermal etching)을 통해 N극성 AlN(30)을 식각한다. 이러한 반응관 내 열식각은, 고온, 저압의 수소분위기에서 수행되며, HCl, Cl2, BCl3 등의 염소(Cl)계 가스류가 분위기가스로 사용될 수 있으며, 소량의 NH3, N2 또는 Ar 등이 첨가될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의해 열식각이 수행되면, Al극성 AlN(20)은 그대로 혹은 약간의 식각만이 이루어지지만, N극성 AlN(30)은 상당 부분 제거됨을 알 수 있다.After growing AlN of mixed polarities 20 and 30 as shown in FIG. 5A, the method of the present invention etches N polar AlN 30 through thermal etching in a reaction tube as shown in FIG. 5B. The thermal etching in the reaction tube is performed in a high-temperature, low-pressure hydrogen atmosphere, chlorine (Cl) -based gas streams such as HCl, Cl 2 , BCl 3 may be used as the atmosphere gas, a small amount of NH 3 , N 2 or Ar and the like can be added. As shown in the figure, when the thermal etching is performed by the present invention, it can be seen that the Al-polar AlN 20 is made as it is or only a slight etching, the N-polar AlN (30) is substantially removed.

이와 같은 열식각 후, 다시 도 5c와 같이 재성장을 수행한다. 이때의 성장온도는 광범위한 영역에서 가능하겠지만, Al극성 AlN(20)의 고밀도를 유지하기 위해 약간 저온인 400℃에서 1100℃ 사이에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 성장되는 AlN의 두께는 0.25nm 에서 500nm인 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같은 열식각 온도와 성장두께는 사용되는 재질 또는 환경에 따라 변화할 수 있는 것임은 자명하다. After such thermal etching, regrowth is performed again as shown in FIG. 5C. Although the growth temperature at this time may be possible in a wide range, it is preferable that the growth temperature is made between 400 ° C. and 1100 ° C., which is slightly low temperature, in order to maintain the high density of the Al polar AlN 20. In addition, the thickness of the grown AlN is preferably 0.25nm to 500nm. However, it is obvious that such thermal etching temperature and growth thickness may vary depending on the material or environment used.

이와 같이, 도 5b와 도 5c와 같은 열식각 및 재성장을 수회 거친 후에는, 도 5d와 같이 Al극성 AlN(20)이 N극성 AlN(30)에 비해 우세하게 성장하며, 고온의 수평성장을 통하여 도 5e와 같은 박막(40)을 완성할 수 있게 된다.
As described above, after several times of thermal etching and regrowth as shown in FIGS. 5B and 5C, the Al-polar AlN 20 grows predominantly compared to the N-polar AlN 30 as shown in FIG. 5D and through high-temperature horizontal growth. The thin film 40 as shown in FIG. 5E can be completed.

즉, 혼합극성 AlN(20, 30)의 초기 핵생성층의 성장 후(도 5a), 반응관 내에서 고온 수소분위기에서의 열식각을 수행하면, 전제적으로 식각이 이루어지나 N극성 AlN(30)가 보다 빠르게 식각이 되고 Al극성 AlN(20)은 그 크기는 작아지지만 형태를 유지할 수 있다(도 5b).That is, after the growth of the initial nucleation layer of the mixed polar AlN (20, 30) (Fig. 5a), if the thermal etching is performed in a high temperature hydrogen atmosphere in the reaction tube, the etching is performed entirely, but N polar AlN (30) Is etched faster and the Al-polar AlN 20 is smaller in size but can maintain its shape (FIG. 5B).

이렇게, N극성 AlN(30)을 열식각을 통해 제거한 후, 다시 핵생성층을 재성장하면 Al극성 AlN(20)의 핵생성층의 사이즈가 기판상의 수직, 수평방향으로 커지게 된다(도 5c). 이 과정에서, 열식각을 통해 다시 드러난 기판(10) 상에는 다시 N극성 AlN(30)이 핵생성될 수 있다.In this manner, after the N-polar AlN 30 is removed through thermal etching, when the nucleation layer is grown again, the size of the nucleation layer of the Al-polar AlN 20 increases in the vertical and horizontal directions on the substrate (FIG. 5C). . In this process, the N-polar AlN 30 may be nucleated again on the substrate 10 again exposed through thermal etching.

이러한 과정을 수회 반복하게 되면, Al극성 AlN(20)의 핵생성층은 N극성 AlN(30) 핵생성층보다 훨씬 큰 사이즈가 되므로(도 5d), 고온성장을 통해 수평성장을 촉진시키면, 도 5e와 같이 Al극성 AlN로만 기판(10)을 모두 덮을 뿐 아니라, 수평성장으로 인해 저결함밀도를 가지는 Al극성 AlN 박막(40)을 성장할 수 있다.
Repeating this process several times, since the nucleation layer of Al-polar AlN (20) is much larger than the N-polar AlN (30) nucleation layer (Fig. 5d), if promoted horizontal growth through high temperature growth, As shown in 5e, not only the entire substrate 10 may be covered with Al polar AlN, but also the Al polar AlN thin film 40 having low defect density may be grown due to horizontal growth.

본 발명은 범용적으로 사용되는 MOCVD와 같은 성장조건에서 혼합극성의 AlN 핵생성층을 성장한 후, N극성 AlN(30)과 Al극성 AlN(20)의 식각률의 현저한 차이를 이용하여 반응관 내에서의 열식각을 통해 N극성 AlN(30)을 식각하고, 다시 AlN 핵생성층을 재성장하는 방법을 수회 반복함으로써, 단일 Al극성 AlN(20) 핵생성층을 성장하고, 그 위에 수평성장을 촉진하여 Al극성 AlN 박막(40)을 완성한다.The present invention is to grow the mixed polar AlN nucleation layer under the growth conditions such as MOCVD, which is used in general, and then in the reaction tube using a significant difference in the etching rate of the N polar AlN (30) and Al polar AlN (20). By repeating the method of etching the N-polar AlN (30) through the thermal etching and re-growing the AlN nucleation layer several times, a single Al-polar AlN (20) nucleation layer is grown, and horizontal growth is promoted thereon. The Al polar AlN thin film 40 is completed.

위와 같은 본 발명의 설명에서는, 반도체 박막으로서 AlN을 그 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아님은 이미 설명한 바와 같다. 따라서, 극성에 대해서도 N극성 및 Al극성에 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, 열식각을 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 polarity and the Al polarity. 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, thermal 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 따르면, 단일 Al극성 AlN 박막을 성장할 수 있을 뿐 아니라, Al극성 AlN 박막의 결함밀도를 극히 적게 낮출 수 있다.According to the present invention, not only can a single Al-polar AlN thin film be grown, but also the defect density of the Al-polar AlN thin film can be extremely low.

따라서, 현재의 매우 비싼 AlN 기판을 대체하면서, 특별한 성장조건을 찾을 필요없이, 범용적인 AlN 핵생성층 성장조건을 이용하여 손쉽게 단일 Al극성 AlN 박막을 성장시킬 수 있다. 나아가, 고품질의 DUV LED 혹은 LD 구조의 하부구조(template)를 제작할 수 있다.
Therefore, it is possible to grow a single Al-polar AlN thin film easily by using general AlN nucleation layer growth conditions, without having to find special growth conditions, replacing current very expensive AlN substrate. Furthermore, high quality DUV LEDs or LD structures can be fabricated.

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: Al극성 AlN 박막10: substrate 20: N-polar AlN
30: Al polar AlN 40: Al polar AlN thin film

Claims (4)

제1극성 및 제2극성을 가지는 반도체를 기판으로부터 핵생성하여, 단일의 제1극성의 반도체 박막을 성장하기 위한 반도체 박막 성장 방법에 있어서,
상기 기판상에 상기 제1극성 및 제2극성-소정의 식각에 대하여 식각률이 상이함-의 반도체로 구성되는 핵생성층을 성장하는 단계;
상기 소정의 식각을 수행하여, 상기 제2극성의 반도체를 식각하는 단계;
식각된 표면상에 상기 제1극성 및 제2극성의 반도체로 구성되는 핵생성층을 재성장하는 단계; 및
상기 제2극성의 반도체를 수평성장하는 단계를 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
In the semiconductor thin film growth method for nucleating a semiconductor having a first polarity and a second polarity from a substrate to grow a single first polarity semiconductor thin film,
Growing a nucleation layer composed of the first polarity and the second polarity on the substrate, the semiconductor having an etch rate different from a predetermined etching;
Etching the second polarity semiconductor by performing the predetermined etching;
Regrowing a nucleation layer composed of the first polarity and the second polarity semiconductor on the etched surface; And
Growing the second polarity semiconductor in a horizontal manner.
Al극성 AlN 박막을 기판상에 성장하기 위한 반도체 박막 성장 방법에 있어서,
(a) 상기 기판상에 N극성 AlN과 Al극성 AlN의 핵생성층을 성장하는 단계;
(b) 열식각을 수행하여, 상기 N극성 AlN을 식각하는 단계;
(c) 식각된 표면상에 상기 N극성 AlN과 상기 Al극성 AlN의 핵생성층을 재성장하는 단계; 및
(d) 상기 Al극성 AlN을 수평성장하는 단계를 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
In the semiconductor thin film growth method for growing an Al-polar AlN thin film on a substrate,
(a) growing a nucleation layer of N-polar AlN and Al-polar AlN on the substrate;
(b) etching the N-polar AlN by performing thermal etching;
(c) regrowing the nucleation layer of the N-polar AlN and the Al-polar AlN on the etched surface; And
(d) growing the Al-polar AlN horizontally.
제2항에 있어서,
(e) 상기 (b)단계 및 상기 (c)단계를 반복하여 수행하는 단계를 더 포함하는 반도체 박막 성장 방법.
The method of claim 2,
(e) further comprising repeating steps (b) and (c).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 의해 성장된 반도체 박막.A semiconductor thin film grown by the method of any one of claims 1 to 3.
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