KR20130030400A - Iii-v nitride semiconductor device, substrate and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 섬유아연석 구조(Wurtzite structure)를 갖는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 화합물 반도체 소자, 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 동일한 구조의 사파이어 기판 상에 성장 조건에 따라 (1-100)면 또는 (11-20)면 질화물계 화합물 반도체 소자 및 기판을 선택적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a III-V nitride compound semiconductor device having a wurtzite structure, a substrate, and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a (1-100) plane or a (11-20) plane nitride compound semiconductor device and a method for selectively manufacturing a substrate on a sapphire substrate having the same structure.
본 명세서 상의 "Ⅲ-V족 질화물계 화합물 반도체"를 화학식으로 표현하면, 질소(N)와 결합된 Al, Ga, In의 화합물로 GaN, AlN, InN를 포함하며, InGaN, AlGaN, InGaAlN 또한 포함한다.Expressed in the formula "Group III-V nitride compound semiconductor" in the present specification, the compound of Al, Ga, In combined with nitrogen (N) includes GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, InGaAlN also includes do.
Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체(이하, 질화물 반도체)는 발광 소자 및 고출력 전기소자로도 널리 활용되고 있으며, 소자의 특성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Group III nitride compound semiconductors (hereinafter referred to as nitride semiconductors) are widely used as light emitting devices and high output electric devices, and various studies are being actively conducted to improve device properties.
일반적으로, 질화물 반도체는 에피텍셜 성장방법으로 주로 물리적 화학적 성질이 다른 기판(Al2O 3 , SiC, Si, LiAlO2)위에 유기금속 화학 증착 방법(MOCVD:Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), 수소 기상 증착 방법(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy), 또는 분자선 에피텍시(MBE:Molecular Beam Epitaxy) 등의 방법으로 성장되며, 현재까지 사파이어(Al2O3) 기판이 가장 많이 활용되고 있다.In general, nitride semiconductors are epitaxial growth methods, and metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) and hydrogen gas phases on substrates (Al 2 O 3 , SiC, Si, LiAlO 2 ), which have different physical and chemical properties. It is grown by a deposition method (HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy), or a molecular beam epitaxy (MBE), etc., and sapphire (Al 2 O 3 ) substrate is most utilized to date.
질화물 반도체의 발광 소자 구조에 있어서, [0001]축 결정방향으로 성장된 MQW (Multiple Quantum Well) 구조는 에너지 밴드(Energy band)의 휘어짐이 발생하고, 이로 인해 전자와 홀의 재결합 확률을 감소시켜 소자의 효율을 감소시키며, 출력 광 파장의 변화를 야기시키는 문제를 발생시킨다. 일반적으로 이러한 문제는 Polarization Electric Field에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다.In the light emitting device structure of the nitride semiconductor, the MQW (Multiple Quantum Well) structure grown in the [0001] axial crystal direction causes an energy band to bend, thereby reducing the probability of recombination of electrons and holes. This reduces the efficiency and creates a problem that causes a change in the output light wavelength. This problem is generally known to be caused by Polarization Electric Field.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하고자, 질화물 반도체 소자의 제작에 있어 무극성 (11-20)면과 (1-100)면 질화물 반도체 성장방법이 현재 활발히 연구되고 있다.In order to solve the above problems, a method of growing nonpolar (11-20) and (1-100) plane nitride semiconductors has been actively studied in the manufacture of nitride semiconductor devices.
먼저 종래의 무극성 (11-20)면의 질화물 반도체의 성장 방법을 살펴보면, (1-102)면 사파이어 기판 위에 직접 성장시키는 방법과 패터닝(patterning) 기술을 이용한 LEO(Lateral Epitaxial Overgrowth) 성장 기법이 주로 사용되고 있으며[1], 최근에는 측면 방향 성장 SLEO(Sidewall Lateral Epitaxial Overgrowth)를 통한 기술도 널리 활용되고 있다[2].First, a conventional method of growing a nitride semiconductor of a nonpolar (11-20) plane is to grow directly on a (1-102) plane sapphire substrate, and a method of growing a layered epitaxial overgrowth (LEO) using a patterning technique is mainly used. Recently, the technology through sidewall lateral epitaxial overgrowth (SLEO) has been widely used [2].
단순 LEO 기술에 의해 (1-102)면 사파이어 기판에 성장된 (11-20)면 질화물 반도체는 아직까지 그 특성이 소자 제작에 적합하지 않아, SLEO 기술이 도입되었으나, SLEO 기술의 경우 두 번의 질화물 반도체의 성장과정과 패터닝, 에칭 등의 다양하고 복잡한 공정이 필수적이기 때문에 상용화되기에는 제조 비용이 고가라는 문제가 있다.(11-20) plane nitride semiconductors grown on (1-102) plane sapphire substrates by simple LEO technology have not been suitable for device fabrication, so SLEO technology has been introduced, but in the case of SLEO technology, two nitrides Since various complicated processes such as semiconductor growth process, patterning, and etching are essential, there is a problem that manufacturing cost is expensive to be commercialized.
더 나아가, (1-102)면 사파이어는 일반적으로 사용되는 (0001)면 사파이어 기판에 비해 기판의 사이즈가 작고 고가이므로 상업적 이용가치가 적다고 할 수 있다.Furthermore, the (1-102) surface sapphire is less commercial use value because the size of the substrate is smaller and expensive than the commonly used (0001) surface sapphire substrate.
다음으로, 종래의 (1-100)면 질화물 반도체 제조 기술을 살펴보면, 먼저 (1-100)면 사파이어 기판에 (1-100)면 질화물 반도체 제조 기술이 있다[3]. 이 기술은 현재까지도 활발히 연구되고 있으나, 상업적 활용에 필요한 결정의 품질, 표면 상태 등에 문제가 있어 아직 많이 활용되지 못하고 있는 실정이다.Next, referring to the conventional (1-100) plane nitride semiconductor manufacturing technology, there is a (1-100) plane nitride semiconductor manufacturing technology on the (1-100) plane sapphire substrate [3]. This technology has been actively researched up to now, but it is not yet widely utilized due to problems of crystal quality and surface condition necessary for commercial use.
또 다른 기술로는, 측면성장 기술을 활용한 질화물 반도체의 성장 방법으로, 본 기술의 특징은, 기판의 상부 표면이 아닌 메사 후에 생성된 측면에 질화물 반도체를 성장하는데 그 특징이 있다. 이와 같은 성장기술은 초기 Si(Silicon) 기판을 활용한 질화물 반도체의 성장에 잘 나타나 있다[4].Another technique is a method of growing a nitride semiconductor utilizing lateral growth technology, which is characterized in that the nitride semiconductor is grown on the side surface generated after mesa, not on the upper surface of the substrate. This growth technique is well demonstrated in the growth of nitride semiconductors using early Si (Silicon) substrates [4].
최근에 측면 성장 기술의 활용도를 보다 높이기 위해, (0001)사파이어 기판에 홈을 파서 경사진 (11-20)면에 (1-100)면 질화물 반도체를 성장하는 기술이 있다[5]. 이 기술은 저가인 (0001)면 사파이어 기판을 활용한다는 점에서는 큰 장점이 있으나, 소자 제작에 필요한 고품질의 질화물 반도체를 얻기 어려운 것으로 알려져 왔다. 그 이유는 사파이어 기판의 홈 내부의 양쪽 경사진 (11-20)면에서 질화물 반도체가 모두 Ga-face 방향으로 성장하면서 성장된 질화물 반도체의 특성을 훼손하기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 경사진 (11-20)면의 한쪽 방향을 마스크 물질로 덮어 성장시키는데, 이러한 복잡한 공정은 소자 제작의 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.Recently, in order to further increase the utilization of the lateral growth technology, there is a technique of growing a (1-100) plane nitride semiconductor on an inclined (11-20) plane by digging a (0001) sapphire substrate [5]. This technique has great advantages in that it utilizes a low cost (0001) cotton sapphire substrate, but it has been known that it is difficult to obtain a high quality nitride semiconductor required for device fabrication. This is because the nitride semiconductors on both inclined (11-20) surfaces inside the grooves of the sapphire substrate all damage the characteristics of the grown nitride semiconductor while growing in the Ga-face direction. In order to solve this problem, one side of the inclined (11-20) surface is covered with a mask material and grown. This complicated process has a problem of lowering the productivity of device fabrication.
또 다른 측면 성장 기술에는, (11-20)면 사파이어 기판에 메사 공정 후 생성된 경사진 (0001)면으로부터 질화물 반도체를 성장하는 기술이 있다[6]. 그러나, 이 기술은 (0001)면 사파이어 대비 고가의 (11-20)면 사파이어를 사용하고 있으며, 경사진 (0001)면에 질화물 반도체를 성장하는데, 이때 경사진 양쪽의 (0001)면으로부터 질화물 반도체가 Ga-face방향으로 동시에 성장되어 발생하는 양방향 성장의 문제로[7] 인해 추가적인 SiO2 패터닝 공정이 필요하다는 단점이 있다.
Another lateral growth technique is a technique for growing a nitride semiconductor from an inclined (0001) plane generated after a mesa process on a (11-20) plane sapphire substrate [6]. However, this technique uses expensive (11-20) face sapphire compared to (0001) face sapphire and grows nitride semiconductor on inclined (0001) face, with nitride semiconductor from both inclined (0001) face Has a disadvantage in that an additional SiO 2 patterning process is required due to the bidirectional growth problem caused by simultaneous growth in the Ga-face direction.
[참고문헌][references]
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[2] 국제 출원번호 : PCT/US2006/020996[2] International Application No.: PCT / US2006 / 020996
[3] 국제 출원번호 : PCT/JP2007/070449[3] International Application No.: PCT / JP2007 / 070449
[4] S.C. Lee, X.Y. Sun, S.D. Hersee, S.R.J. Brueck, "Orientation-dependent nucleation of GaN on a nonoscale faceted Si surface", Journal of Crystal Growth 279 (2005) 289-292.[4] S.C. Lee, X.Y. Sun, S.D. Hersee, S.R.J. Brueck, "Orientation-dependent nucleation of GaN on a nonoscale faceted Si surface", Journal of Crystal Growth 279 (2005) 289-292.
[5] Narihito Okada, Yuji Kawashima, and Kazuyuki Tadatomo, "Growth of m-GaN layers by epitaxial lateral overgrowth from sapphire sidewalls", Phys. Status Solidi A 206, No. 6, 1164-1167 (2009)[5] Narihito Okada, Yuji Kawashima, and Kazuyuki Tadatomo, "Growth of m-GaN layers by epitaxial lateral overgrowth from sapphire sidewalls", Phys. Status Solidi A 206, No. 6, 1164-1167 (2009)
[6] 국제 출원번호 : PCT/JP2009/051681[6] International Application No.: PCT / JP2009 / 051681
[7] Hyun-Jae Lee, K. Fujii, T. Goto, T. Yao, and Jiho Chang "Effects of controlled ambidirectional nucleation on the heteroepitaxial growth of m-GaN on m-sapphire" Applied Physics Letters 98, 071904 (2011).[7] Hyun-Jae Lee, K. Fujii, T. Goto, T. Yao, and Jiho Chang "Effects of controlled ambidirectional nucleation on the heteroepitaxial growth of m-GaN on m-sapphire" Applied Physics Letters 98, 071904 (2011 ).
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems,
상업적으로 가장 많이 사용되는 (0001)면 사파이어 기판을 활용하여 무극성 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 제조할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to manufacture nonpolar (11-20) or (1-100) plane nitride semiconductors using the most commercially available (0001) plane sapphire substrate.
더 나아가, 동일한 구조를 갖는 (0001)면 사파이어 기판을 활용하여 선택적으로 무극성 (1-100)면 또는 (11-20)면 질화물 반도체를 제조할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.Furthermore, the object of the present invention is to be able to selectively manufacture a nonpolar (1-100) plane or (11-20) plane nitride semiconductor by utilizing a (0001) plane sapphire substrate having the same structure.
또한, 동일한 구조를 갖는 (0001)면 사파이어 기판을 활용하여 선택적으로 (1-100)면 또는 (11-20)면 질화물 반도체를 제조할 수 있게 해줌으로써, 사파이어 기판 및 제조된 질화물 반도체의 응용 범위를 넓히는데 그 목적이 있다.In addition, by utilizing the (0001) surface sapphire substrate having the same structure, it is possible to selectively manufacture (1-100) surface or (11-20) surface nitride semiconductor, thereby the application range of the sapphire substrate and the nitride semiconductor manufactured The purpose is to widen.
또한, 사파이어 기판과 성장된 질화물 반도체의 접촉 면적을 감소시켜 줌으로써, 성장된 질화물 반도체의 결함 감소로 인한 결정 특성을 극대화 할 뿐만 아니라, 성장후 잔류하는 내부 응력을 감소시켜, 제작된 소자의 특성을 보다 개선하는데 그 목적이 있다.In addition, by reducing the contact area between the sapphire substrate and the grown nitride semiconductor, it not only maximizes the crystal characteristics due to the reduction of defects of the grown nitride semiconductor, but also reduces the internal stress remaining after the growth, thereby improving the characteristics of the fabricated device. The aim is to improve further.
보다 상세하게는, 고가의 (1-102)면, (11-20)면 또는 (1-100)면의 사파이어 기판을 배제하고 (0001)면 사파이어 기판을 활용하며, 고품질의 무극성 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 제조 또는 성장시키는 것이다. 이를 위하여, (11-20)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판 상에 경사진 (11-20)면이 노출되도록 메사를 제작하고, 질화물 반도체 성장 장치를 이용하여 사파이어 기판 상에 무극성 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 선택적으로 성장시키는 것이다.More specifically, it utilizes a (0001) face sapphire substrate without the expensive (1-102) face , (11-20) face or (1-100) face sapphire substrate, and utilizes a high quality nonpolar (11-20) face. ) Or (1-100) plane nitride semiconductor is produced or grown. To this end, a mesa is fabricated so as to expose the inclined (11-20) plane on the (0001) plane sapphire substrate inclined in the (11-20) plane direction, and a nonpolar ( 11-20) surface or (1-100) surface nitride semiconductor is selectively grown.
본 발명에 따른 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법은, (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 사파이어 기판을 준비하는 단계; 상기 준비된 기판의 상부에 경사진 측면을 갖는 메사를 형성하는 단계; 및 상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a nitride compound semiconductor according to the present invention comprises the steps of: preparing a sapphire substrate inclined from 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane; Forming a mesa having an inclined side surface on the prepared substrate; And the mesa Preferentially epitaxially growing the nitride compound semiconductor on one side.
특히, 상기 경사진 측면은, 상기 준비된 기판에 수직하는 수직면에 대해 35°이하의 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.In particular, the inclined side surface is characterized in that it has an inclination of 35 ° or less with respect to the vertical plane perpendicular to the prepared substrate.
또한, 상기 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 사파이어 기판을 준비하는 단계는, 상기 기판을 (0001)면에서 (1-100)면 방향으로도 소정각도 경사지게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of preparing a sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane, the substrate in a (1-100) plane direction from the (0001) plane direction Characterized in that it comprises the step of inclining.
또한, 상기 기판의 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로의 경사각도가 조정됨에 따라, 상기 메사의 측면에서 성장된 질화물계 화합물 반도체의 최상위 표면의 경사각도가 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, as the inclination angle from the (0001) plane to the (11-20) plane direction of the substrate is adjusted, the inclination angle of the uppermost surface of the nitride compound semiconductor grown on the side of the mesa is adjusted. .
또한, 상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키는 단계는, 설정된 시간 동안 염산가스(HCl)로 사파이어 기판을 전처리하는 단계, 또는 갈륨(Ga)화합물, 알루미늄(Al)화합물, 및 인듐(In)화합물 중 하나 이상을 사파이어 기판의 표면에 공급하여 질화처리 되지 않도록 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, preferentially epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa may include pretreating a sapphire substrate with hydrochloric acid gas (HCl) for a predetermined time period, or a gallium (Ga) compound or an aluminum (Al) compound. And supplying at least one of an indium (In) compound to the surface of the sapphire substrate to form a protective film to prevent nitriding.
또한, 상기 전처리 단계 또는 보호막 형성 단계에 의해 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물계 화합물 반도체가 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nitride-based compound semiconductor having the (1-100) plane of the top surface is produced by the pretreatment step or the protective film forming step.
또한, 상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키기 전에, 상기 메사가 형성된 사파이어 기판을 설정된 온도 범위 내에서 암모니아를 공급하여 질화처리함으로써 표면 상에 AlNXO1 -X (0<X≤1)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, prior to epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa, the sapphire substrate on which the mesa is formed is subjected to nitriding by supplying ammonia within a set temperature range, thereby AlN X O 1 -X ( And forming 0 <X≤1).
또한, 상기 질화처리에 의해 최상위 표면이 (11-20)면인 질화물계 화합물 반도체가 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nitride-based compound semiconductor having the (11-20) plane is produced by the nitriding treatment.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.
보다 상세하게는, (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 (0001)면 사파이어 기판에 패터닝 기술을 적용하여 경사진 (11-20)면이 나타날 수 있도록 긴 홈을 만들고, 홈 내부에 경사진 (11-20)면으로부터 질화물 반도체를 성장시켜, 경사진 (0001)면 사파이어 기판 상부에 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 선택적으로 제조하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다More specifically, by applying a patterning technique to a (0001) plane sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction, a long groove is formed so that the inclined (11-20) plane appears. By growing a nitride semiconductor from the inclined (11-20) plane inside, and selectively manufacturing (11-20) or (1-100) plane nitride semiconductor on the inclined (0001) plane sapphire substrate, We can expect effect
먼저, 무극성 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 제조하기 위하여 사용하는 고가의 (1-102)면, (11-20)면 또는 (1-100)면 사파이어 기판을 사용하지 않고, 저가이며 대면적인 (0001)면 사파이어 기판을 활용할 수 있다.First, an expensive (1-102) plane, (11-20) plane or (1-100) plane sapphire substrate used to manufacture a nonpolar (11-20) plane or (1-100) plane nitride semiconductor is used. Instead, a low cost and large area (0001) surface sapphire substrate can be utilized.
더 나아가, 기존의 성장 방법에 의하면 한 종류의 기판에는 한 종류의 단결정 질화물 반도체만을 성장시킬 수 있는데 반해, 본 발명에 의하면 동일한 구조의 기판에 질화처리를 수행하거나 또는 수행하지 않음으로써 (11-20)면 또는 (1-100)면의 단결정 질화물 반도체를 선택적으로 성장시킬 수 있다. 따라서, (0001)면 사파이어 기판의 활용도를 획기적으로 증대시킬 수 있다.Furthermore, according to the conventional growth method, only one type of single crystal nitride semiconductor can be grown on one type of substrate, whereas according to the present invention, by performing or not performing nitriding treatment on a substrate having the same structure (11-20). It is possible to selectively grow a single crystal nitride semiconductor of the () or (1-100) plane. Therefore, the utilization of the (0001) plane sapphire substrate can be significantly increased.
더 나아가, 기존의 메사(mesa) 처리된 사파이어 기판의 홈 내부의 측면으로부터 성장된 질화물 반도체의 경우, 홈 내부 양쪽 측면에서 동시에 Ga-face 방향으로의 성장이 발생하여 성장된 질화물 반도체의 소자 제조를 위한 특성이 저하되는 문제가 발생한다. 일반적으로 이러한 문제를 방지하기 위해 홈 내부의 한쪽 측면을 마스크 물질로 막는 추가적이고 복잡한 공정을 수행한다. 그러나 본 발명에 의하면, 사파이어 기판의 (11-20)면과 메사의 경사진 양쪽 측면과의 각도 차이가 발생하고, 이러한 각도 차이는 선택적으로 한쪽 측면의 성장을 우세하게 하므로 양쪽 측면에서 동시에 Ga-face 방향으로 성장하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 복잡하고 추가적인 공정없이 고품질의 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 제조할 수 있다는 큰 장점이 있다.Furthermore, in the case of a nitride semiconductor grown from the side of the groove of a conventional mesa-treated sapphire substrate, growth in the direction of the Ga-face occurs at both sides of the groove at the same time to manufacture the device of the grown nitride semiconductor. There is a problem that the characteristics for. In general, to avoid this problem, an additional and complicated process is performed to cover one side of the inside of the groove with a mask material. According to the present invention, however, an angular difference between the (11-20) plane of the sapphire substrate and the inclined both sides of the mesa occurs, and this angular difference selectively causes the growth of one side to prevail, so that both sides of Ga- The growth in the face direction can be suppressed. Therefore, there is a great advantage that a high quality (11-20) plane or (1-100) plane nitride semiconductor can be manufactured without complicated and additional processes.
더 나아가, (11-20)면 방향으로 (0001)면 사파이어 기판의 경사각을 조절함으로써, 최종적으로 사파이어 기판에 성장된 질화물 반도체의 최상위 표면의 결정방향을 제어할 수 있다. 무극성 질화물 반도체 (11-20)면 그리고 (1-100)면을 (0001)면 방향으로 결정방향을 제어하는 것이 가능하여 물리적 화학적으로 다양한 특성을 갖는 질화물 반도체를 제조할 수가 있어, 그 활용범위를 높일 수 있다. 따라서, 무극성 질화물 반도체 (11-20)면 또는 (1-100)면의 제조에 있어 보다 단순한 공정을 통해 고품질 및 응용의 폭이 넓은 질화물 반도체 제조가 가능하다는 효과가 있다.Furthermore, by adjusting the inclination angle of the (0001) plane sapphire substrate in the (11-20) plane direction, it is possible to control the crystal direction of the uppermost surface of the nitride semiconductor finally grown on the sapphire substrate. It is possible to control the crystallographic direction of the nonpolar nitride semiconductor (11-20) plane and the (1-100) plane in the (0001) plane direction, so that a nitride semiconductor having various physical and chemical properties can be manufactured. It can increase. Accordingly, there is an effect that a nitride semiconductor can be manufactured with high quality and a wide range of applications through a simpler process in manufacturing the nonpolar nitride semiconductor (11-20) plane or (1-100) plane.
도 1은 섬유아연석 구조 질화물 반도체의 결정면 및 결정 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 사파이어 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래 질화물 반도체 성장기술을 설명하기 위한 도면으로서, (11-20)면 사파이어 기판에 (0001)면이 노출되도록 경사진 굴곡을 만들고, (1-100)면 질화물 반도체를 성장시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래 질화물 반도체 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 사파이어 기판에 형성된 스트라이프형 메사를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6과 같이 (0001)면 사파이어 기판을 (11-20)면 방향으로 경사지게 절단하여 노출되는 면에 형성되어 있는 메사의 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판에 형성된 메사의 측면에서 질화물 반도체인 GaN이 성장하는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판이 무극성 질화물 반도체의 성장에 적합한 구조임을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판에 형성된 경사진 측면을 갖는 메사의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 결과를 설명하기 위한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the crystal surface and the crystal direction of a fibrous zinc structure nitride semiconductor.
2 is a view for explaining a sapphire substrate used in the present invention.
3 is a view for explaining a conventional nitride semiconductor growth technique, a method of growing a (1-100) plane nitride semiconductor by making a bent slope to expose the (0001) plane on the (11-20) plane sapphire substrate It is a figure for demonstrating.
4 is a flowchart illustrating a conventional nitride semiconductor manufacturing method.
FIG. 5 is a diagram for describing a stripe mesa formed on the sapphire substrate of FIG. 4.
6 is a view for explaining the structure of the sapphire substrate according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the state of the mesa formed on the surface exposed by cutting the (0001) plane sapphire substrate inclined in the (11-20) plane direction as shown in FIG.
8 is a view for explaining the growth of the nitride semiconductor GaN in the side of the mesa formed on the sapphire substrate according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining that the sapphire substrate according to the embodiment of the present invention is a structure suitable for the growth of a non-polar nitride semiconductor.
10 is a view for explaining the shape of the mesa having the inclined side formed on the sapphire substrate according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are views for explaining a method of manufacturing a nitride compound semiconductor according to an embodiment of the present invention.
13 and 14 illustrate a method of manufacturing a nitride compound semiconductor according to another exemplary embodiment of the present invention.
15 is a view for explaining the results of the implementation of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서 상의 질화물계 화합물 반도체(이하, 질화물 반도체)를 화학식으로 표현하면, 질소(N)와 결합된 Al, Ga, In의 화합물로 GaN, AlN, InN를 포함하며, InGaN, AlGaN, InGaAlN 또한 포함한다. 또한, 질화물 반도체와 같은 Wurzite 구조를 갖는 ZnO도 본 발명에서 제시한 방법으로 성장 가능하다.When the nitride compound semiconductor (hereinafter, nitride semiconductor) on the present specification is represented by a chemical formula, Al, Ga, In compound, which is combined with nitrogen (N), includes GaN, AlN, InN, and also includes InGaN, AlGaN, InGaAlN. do. In addition, ZnO having a Wurzite structure such as a nitride semiconductor can also be grown by the method proposed in the present invention.
더 나아가, 본 발명에 의하면, 동일한 구조를 갖는 가공된 사파이어 기판에 (11-20)면과 (1-100)면을 갖는 질화물 반도체가 성장 가능하다. 따라서, 기존의 방법에 비해 질화물 반도체의 결정면을 선택적으로 성장할 수 있다는 큰 장점을 갖고 있다.
Furthermore, according to the present invention, nitride semiconductors having (11-20) planes and (1-100) planes can be grown on processed sapphire substrates having the same structure. Therefore, it has a great advantage that it can selectively grow the crystal plane of the nitride semiconductor compared to the conventional method.
도 1은 섬유아연석 구조(wurtzite structure) 질화물 반도체의 결정면(Crystal Plane) 및 결정 방향을 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 도 1 (a)는 일반적으로 많이 사용되는 질화물 반도체의 결정면인 (0001)면을 나타내는 도면으로서, [0001] 결정방향의 한쪽은 질소면(N-face)이며 다른 한쪽은 갈륨면(Ga-face)이다. 그리고, 도 1 (b)는 본 발명을 통해 성장하는 질화물 반도체의 (11-20)면 및 (1-100)면을 도시하였다.FIG. 1 is a view for explaining a crystal plane and a crystal direction of a wurtzite structure nitride semiconductor. More specifically, Figure 1 (a) is a view showing a (0001) plane which is a crystal plane of the nitride semiconductor generally used, one side of the crystal direction is a nitrogen surface (N-face) and the other gallium Ga-face. 1 (b) shows the (11-20) and (1-100) planes of the nitride semiconductors grown through the present invention.
도 1을 참조하면, 일반적으로 질화물 반도체 소자는 (0001)면 성장을 한다. 이로 인해 필연적으로 분극 현상에 의한 효율감소 및 파장의 변화라는 문제를 발생시킨다. Referring to FIG. 1, generally, a nitride semiconductor device performs (0001) plane growth. This inevitably causes problems such as decrease in efficiency and change in wavelength due to polarization.
이러한 분극 현상을 억제하기 위하여, 본 발명에서는 도 1 (b)에서 볼 수 있는 것과 같이, 소자 제작을 위해 최상위 표면이 (1-100)면 또는 (11-20)면인 질화물 반도체를 성장시킨다. 성장된 (1-100)면 또는 (11-20)면 질화물 반도체는 직접 소자 제작용으로 사용될 수 있으며, 기판 제작으로도 응용될 수 있다.In order to suppress such a polarization phenomenon, in the present invention, as shown in FIG. 1 (b), a nitride semiconductor having a (1-100) plane or (11-20) plane is grown for the device fabrication. The grown (1-100) plane or (11-20) plane nitride semiconductor may be used for direct device fabrication and may also be applied to substrate fabrication.
결론적으로, 질화물 반도체의 무극성 결정면인 (1-100)면 또는 (11-20)면은 극성 (0001)면과 비교하여 분극 현상이 없기 때문에 질화물 반도체 소자의 제작에 있어 보다 효율이 높고, 안정적인 파장을 갖는 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)를 제작할 수 있다.
In conclusion, the (1-100) plane or the (11-20) plane, which is a non-polar crystal plane of the nitride semiconductor, has no polarization phenomenon as compared to the polar (0001) plane, so that it is more efficient and stable in the manufacture of a nitride semiconductor device. LED (Light Emitting Diode) or LD (Laser Diode) can be manufactured.
도 2는 본 발명에서 사용되는 사파이어 기판을 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 도 2 (a)는 (11-20)면과 (1-100)면, 그리고 일반적으로 사파이어 기판의 결정면으로 가장 많이 사용되는 (0001)면을 도시한 것이다. 그리고, 도 2의 (b)는 본 발명에서 사용된 사파이어 기판의 결정면을 설명하기 위한 도면으로서, (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 경사진 사파이어 기판의 결정면을 도시한 것이다.2 is a view for explaining a sapphire substrate used in the present invention. More specifically, Fig. 2 (a) shows the (11-20) plane and the (1-100) plane, and the (0001) plane which is generally used as the crystal plane of the sapphire substrate. 2B is a view for explaining the crystal surface of the sapphire substrate used in the present invention, showing the crystal surface of the sapphire substrate inclined from the (0001) plane to the (11-20) plane direction.
먼저, 도 2 (a)를 참조하면, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 사파이어 기판의 (0001)면, (1-100)면, (11-20)면은 c-면, m-면, a-면에 각각 대응되고, [0001]축, [1-100]축, [11-20]축은 c-축, m-축, a-축에 각각 대응된다. 가장 많이 상용화되고 있는 (0001)면을 기준으로 (1-100)면과 (11-20)면이 측면에 배열되어 있으며, [0001]축, [1-100]축, [11-20]축은 각각의 결정방향을 나타낸다.First, referring to FIG. 2 (a), as shown in the drawing, the (0001) plane, (1-100) plane, and (11-20) plane of the sapphire substrate are c-plane, m-plane, a The [0001] axis, the [1-100] axis, and the [11-20] axis correspond to the c-axis, the m-axis, and the a-axis, respectively. (1-100) plane and (11-20) plane are arranged on the side with respect to the (0001) plane which is most commercialized, and the [0001] axis, [1-100] axis, and [11-20] axis are Each crystal direction is shown.
본 발명은, 도 2 (b)를 통해 확인할 수 있듯이, (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 경사진 사파이어 기판을 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서 사용되는 사파이어 기판은 점 a, b, c를 꼭지점으로 갖는 면을 주면으로 하는 사파이어 기판이며, 이때 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 경사진 각도는 0.3°내지 16°이다. 상기한 주면은 사파이어 기판상에 메사(mesa)가 형성되는 표면을 지칭한다. The present invention is characterized by using a sapphire substrate inclined in the (11-20) plane direction from the (0001) plane as can be seen through Figure 2 (b). That is, the sapphire substrate used in the present invention is a sapphire substrate whose main surface is a surface having points a, b, and c as vertices, wherein the angle inclined from the (0001) plane to the (11-20) plane direction is 0.3 ° or less. 16 °. The main surface refers to a surface on which a mesa is formed on the sapphire substrate.
일반적으로 사용되고 있는 (0001)면 사파이어 기판은 0.2°이내의 경사도를 갖고 있으나, 본 발명에서 사용되는 (0001)면 사파이어 기판은 그보다 경사 각도가 크고 (11-20)면 방향으로의 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.Generally used (0001) surface sapphire substrate has an inclination of less than 0.2 °, but the (0001) surface sapphire substrate used in the present invention has a larger inclination angle than that has a slope in the (11-20) plane direction It features.
본 발명과 기존 성장기술의 차이점을 설명하기 위해, 기존의 성장기술을 도 3을 통해 설명한다. 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물 반도체를 성장하기 위한 기존의 방법은, 도 3과 같이, (11-20)면 사파이어 기판을 사용하여, 메사(mesa) 공정 후 노출된 (0001)면에 질화물 반도체를 성장시키는 것을 특징으로 한다.In order to explain the difference between the present invention and the existing growth technology, the existing growth technology will be described with reference to FIG. 3. Existing methods for growing nitride semiconductors having a (1-100) plane at the top surface, using a (11-20) plane sapphire substrate, as shown in FIG. 3, on the exposed (0001) plane after a mesa process. It is characterized by growing a nitride semiconductor.
따라서, 본 발명과는 다르게 일반적으로 경사각이 적은 사파이어 기판을 사용할 뿐만 아니라, 선택적으로 (1-100)면 또는 (11-20)면의 질화물 반도체를 동일한 구조의 사파이어 기판에 성장할 수 없다. 더 나아가, 질화물 반도체의 성장이 계곡 부분의 양쪽 경사진 측면의 (0001)면으로부터 성장되며, 양쪽 방향 모두 성장이 가능하다. 이러한 양쪽 방향의 성장은 질화물 반도체의 품질 저하를 야기하는데, 특히 성장 후의 표면특성 및, 질화물 반도체의 결정 특성을 저하시키게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 기존의 성장기술에서는 양쪽 경사면 중 한쪽 부분을 마스크 물질로 덮은 후에 질화물 반도체를 성장하는 방법이 제시되어 있으나, 이는 추가적이고 복잡한 공정이 필수적이므로 전체적인 소자 제작에 있어 제조 가격을 상승시키게 된다.
Therefore, unlike the present invention, not only a sapphire substrate having a low inclination angle is generally used, but also a nitride semiconductor of (1-100) plane or (11-20) plane cannot be selectively grown on a sapphire substrate of the same structure. Further, the growth of the nitride semiconductor is grown from the (0001) faces of both inclined sides of the valley portion, and both directions are possible. Such growth in both directions causes deterioration of the quality of the nitride semiconductor, and in particular, lowers the surface properties after growth and the crystal properties of the nitride semiconductor. In order to solve this problem, the existing growth technology proposes a method of growing a nitride semiconductor after covering one part of both inclined surfaces with a mask material, but this is an additional and complicated process is essential, so the manufacturing cost for the overall device manufacturing is increased. Is raised.
도 4는 종래 질화물 반도체 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a conventional nitride semiconductor manufacturing method.
도 4를 참조하면, 먼저, (11-20)면 사파이어 기판을 준비한다(S105). 여기서, (11-20)면 사파이어 기판은 (11-20)면을 최상위 표면으로 갖는 사파이어 기판을 의미한다.Referring to FIG. 4, first, a (11-20) plane sapphire substrate is prepared (S105). Here, the (11-20) plane sapphire substrate means a sapphire substrate having the (11-20) plane as the uppermost surface.
다음으로, 패터닝 기술을 이용하여 굴곡 형태를 갖는 메사를 제작한다(S110). S110 단계에 의하면, 위에서 관측했을 때 스트라이프 형태로 배열된 메사('스트라이프형 메사')를 갖는 기판이 제작된다(도 5의 (a), (b) 참고).Next, a mesa having a curved shape is manufactured by using a patterning technique (S110). According to step S110, a substrate having mesas ('stripe mesas') arranged in a stripe shape when viewed from above is manufactured (see FIGS. 5A and 5B).
도 5의 (a)는 스트라이프형 메사가 형성된 사파이어기판의 사시도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 평면도이다. 이때, 메사의 측면으로 사파이어 기판의 (0001)면이 노출되도록 하되, 사파이어 기판의 [1-100] 결정방향과 평행하게 메사를 제작한다. 그리고, 메사 측면의 각도는 (0001)면에 대해 45°이하로 제작한다.FIG. 5A is a perspective view of a sapphire substrate on which a striped mesa is formed, and FIG. 5B is a plan view of FIG. 5A. At this time, the (0001) surface of the sapphire substrate is exposed to the side of the mesa, the mesa is produced in parallel with the [1-100] crystal direction of the sapphire substrate. And, the angle of the mesa side is produced at 45 ° or less with respect to the (0001) plane.
다음으로, 사파이어 기판의 표면을 열처리하고, 알루미늄(Al)을 40Å두께로 형성한다(S115).Next, the surface of the sapphire substrate is heat-treated to form aluminum (Al) with a thickness of 40 kPa (S115).
다음으로, 암모니아(NH3)를 공급하여 질화처리(Nitridation)를 함으로써 메사를 갖는 사파이어 기판 상에 질화알루미늄(AlN) 박막을 형성한다(S120).Next, a thin film of aluminum nitride (AlN) is formed on the sapphire substrate having mesa by supplying ammonia (NH 3 ) and nitriding (S120).
다음으로, 메사의 측면인 (0001)면에 질화물 반도체를 에피텍셜 성장시킴으로써, 사파이어 기판의 (11-20)면에 평행한 (1-100)면을 결정면으로 갖는 질화물 반도체층을 형성한다(S125). 이미 연구된 결과에서 알 수 있듯이, 여러 기판의 메사 형태, 방법, 및 측면 성장은 질화물 반도체의 결정면 특성 및 방향을 제어하는 데 중요한 역할을 한다.
Next, the nitride semiconductor layer is epitaxially grown on the (0001) plane, which is the side surface of the mesa, to form a nitride semiconductor layer having the (1-100) plane as a crystal plane parallel to the (11-20) plane of the sapphire substrate (S125). ). As can be seen from the results already studied, mesa morphology, method, and lateral growth of various substrates play an important role in controlling the crystal surface properties and orientation of nitride semiconductors.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 무극성 질화물 반도체 (11-20)면과 (1-100)면을 선택적으로 성장시키기 위한 사파이어 기판의 구조를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the structure of the sapphire substrate according to an embodiment of the present invention. In more detail, it is a figure for demonstrating the structure of the sapphire substrate for selectively growing a nonpolar nitride semiconductor (11-20) surface and (1-100) surface.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판은, (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 사파이어 표면을 주면으로 갖는 사파이어 기판이다. 여기서, (0001)면 사파이어 기판은 (0001)면을 최상위 표면으로 갖는 사파이어 기판을 의미하며, 본 발명에 의한 경사진 (0001)면 사파이어 기판의 주면은 기판 상에 메사(mesa)가 형성되는 면을 지칭한다.Referring to FIG. 6, a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention is a sapphire substrate having a sapphire surface inclined from 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane. Here, the (0001) plane sapphire substrate means a sapphire substrate having the (0001) plane as the uppermost surface, and the (0001) plane sapphire substrate according to the present invention. The main surface refers to the surface on which a mesa is formed on the substrate.
즉, 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 의하면 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 사파이어 표면에 메사가 형성되고, 메사의 경사진 측면들에서 질화물 반도체가 성장한다.
That is, as shown in FIG. 6, according to the present invention, a mesa is formed on the sapphire surface inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane, and the nitride semiconductor is inclined on the mesa side. Grows.
도 7은 도 6과 같이 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 경사진 사파이어 기판상에 형성된 메사(mesa)의 모습을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a view for explaining a mesa formed on a sapphire substrate inclined from the (0001) plane to the (11-20) plane direction as shown in FIG. 6.
도 7 (a)는 사파이어 기판의 [1-100]축 방향과 평행한 방향으로 단순 스트라이프(stripe) 형태의 메사가 형성되어 있는 모습을 나타낸 것으로서, 참조 부호 10은 질화물 반도체가 성장하는 메사의 측면을 나타낸다.FIG. 7 (a) shows the formation of a simple stripe mesa in a direction parallel to the [1-100] axis direction of the sapphire substrate, wherein
그리고, 도 7 (b)는 도 7 (a)와 같은 형태의 메사 중간에 돌출부위를 형성시킨 모습을 나타낸 것으로서, 중간에 형성된 돌출부위는 메사의 측면(10)에서 성장하는 질화물 반도체를 중간에서 차단하여, 사파이어 기판과 질화물 반도체의 접촉면적을 더욱 최소화시키며, 이를 통해 내부응력(strain) 및 결함을 감소시키는 역할을 한다. 메사를 제조하기 위한 메사 공정은 건식 식각(Dry Etching)과 습식 식각(Wet-etching) 방법 또는 사파이어 기판에 도면과 같은 홈을 가공할 수 있는 고출력 레이져(Laser) 등의 다양한 방법으로도 제조 가능하다.In addition, FIG. 7 (b) shows a state in which a protrusion is formed in the middle of the mesa as shown in FIG. 7 (a), and the protrusion formed in the middle is formed of the nitride semiconductor growing on the
또한, 도 7 (c)는 [1-100]축 방향 뿐만아니라 [11-20]방향으로도 평행하게 십(+)자 형태로 메사를 제작한 모습이다. 메사의 측면(10)에서 성장하는 질화물이 (+)자의 경계에서 결합하여 성장 되므로 성장된 질화물 반도체의 [0001] 방향과 평면상에서 수직 방향으로의 결정성을 크게 개선시키는 효과를 가지고 있다.In addition, Figure 7 (c) is a state in which the mesa is produced in the cross (+) shape not only in the [1-100] axis direction, but also in the [11-20] direction in parallel. Since the nitride growing on the side of the
본 발명에 따른 사파이어 기판에는 도 7 (a) 또는 도 7 (b) 또는 도 7 (c)와 같은 메사가 형성될 수 있으며, 이때 메사의 측면(10)은 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 경사진(0.3°내지 16°) 사파이어 기판에 수직하는 수직면에 대해 35°이내로 경사지게 제작되는 것이 바람직하다. 이에 대한 설명은 후술하는 내용을 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
In the sapphire substrate according to the present invention may be formed a mesa as shown in Fig. 7 (a) or 7 (b) or 7 (c), wherein the
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판에 형성된 메사의 측면에서 질화물 반도체인 GaN이 성장하는 모습을 설명하기 위한 도면이다. 본 도면에서 [11-20]sap. 는 사파이어 기판의 [11-20]축 방향을 나타낸다.8 is a view for explaining the growth of the nitride semiconductor GaN in the side of the mesa formed on the sapphire substrate according to an embodiment of the present invention. [11-20] sap. Represents the [11-20] axis direction of the sapphire substrate.
도 8 (a)는 (0001)면 사파이어 기판에 형성된 메사의 돌출부 양측면에서 GaN이 양쪽 방향으로 성장하는 모습을 나타낸 것으로서, 이러한 양쪽 방향 성장은 GaN의 결정성을 감소시킬 뿐만 아니라, 표면상태를 나쁘게 한다.FIG. 8 (a) shows the growth of GaN in both directions on both sides of the projections of the mesa formed on the (0001) sapphire substrate, which not only reduces the crystallinity of GaN but also degrades the surface state. do.
도 8 (b)는 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 사파이어 기판의 표면에 형성된 메사의 돌출부 일측면에서 GaN이 한쪽 방향으로 우선 성장하는 모습을 나타낸 것으로서, 이러한 한쪽 방향으로의 우선 성장은 고품질의 (11-20)면 또는 (1-100)면 GaN을 얻을 수 있게 한다.FIG. 8 (b) shows that GaN first grows in one direction on one side of the protrusion of the mesa formed on the surface of the sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° from the (0001) plane to the (11-20) plane direction. This preferential growth in one direction makes it possible to obtain high quality (11-20) plane or (1-100) plane GaN.
보다 상세하게는, 도 8 (a)에서는 무극성 질화물 반도체의 결정면 (11-20)면 또는 (1-100)면이 메사의 돌출부를 기준으로 양쪽 경사진 측면에서부터 성장된다. 그러나, 질화물 반도체의 결정면 (11-20)면과 (1-100)면의 성장에 있어 간과해서는 안되는 부분이 양방향 성장에 의한 N-face와 N-face 또는 Ga-face와 Ga-face의 접촉에 기인된 표면 거칠기 또는 결정성(Crystal Quality)의 문제이다. 이러한 양방향 성장은 무극성 질화물 반도체 소자의 제작에 있어 치명적인 문제인 신뢰성 및 효율의 저하를 야기 시킨다. 전술한 양방향 성장 문제를 억제하기 위하여 두 개의 양쪽 경사진 측면 중의 한쪽 측면을 마스크(mask)로 도포하는 공정을 추가할 수 있는데, 이러한 방법은 전체 공정을 복잡하게 만든다는 단점이 있다.More specifically, in Fig. 8A, the crystal surface (11-20) plane or (1-100) plane of the nonpolar nitride semiconductor is grown from both inclined sides with respect to the projection of the mesa. However, the part that should not be overlooked in the growth of the crystal planes (11-20) and (1-100) planes of the nitride semiconductor is in contact with N-face and N-face or Ga-face and Ga-face by bidirectional growth. It is a problem of surface roughness or crystal quality caused. This bidirectional growth causes a reduction in reliability and efficiency, which is a fatal problem in the fabrication of nonpolar nitride semiconductor devices. In order to suppress the bidirectional growth problem described above, a process of applying one of two two inclined sides with a mask may be added, which has a disadvantage in that the entire process is complicated.
따라서, 메사의 돌출부를 기준으로 경사진 한쪽 측면에서의 우선성장을 자연스레 촉진시켜 전체 공정을 단순화시킬 수 있는 성장기술이 반드시 필요하다.Therefore, there is a need for a growth technology capable of naturally promoting the preferential growth on one side of the inclined side relative to the projection of the mesa to simplify the overall process.
도 8 (b)는 본 발명의 실시예로서, (11-20)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판에 메사를 형성하고, 형성된 메사의 일측면에서 질화물 반도체가 우선 성장되도록 하는 기술의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 (b) illustrates an embodiment of the present invention in which a mesa is formed on a (0001) plane sapphire substrate inclined in the (11-20) plane direction, and a nitride semiconductor is first grown on one side of the formed mesa. It is a figure for demonstrating an Example.
본 발명에 의하면, 메사의 한쪽 경사진 측면으로부터 질화물 반도체가 우선적으로 성장되어, 최종 표면의 상태가 N-face와 Ga-face의 방향이 일정하게 유지된다.According to the present invention, the nitride semiconductor is preferentially grown from one inclined side surface of the mesa, and the state of the final surface is kept constant in the direction of N-face and Ga-face.
즉, 본 발명에 따른 사파이어 기판을 사용하게 되면, 메사의 돌출부를 기준으로 존재하는 양쪽 경사진 측면 중 한쪽 측면이 다른쪽 측면에 비해 질화물 반도체의 성장에 더 적합한 표면을 갖는다. 때문에, 마스크 물질의 패터닝(patterning) 등의 추가 공정 없이, 양방향 성장 문제를 감소시킬 수가 있고, 궁극적으로 개선된 결정 특성을 갖는 무극성 질화물 반도체를 제조할 수가 있다.
That is, when the sapphire substrate according to the present invention is used, one side of both inclined sides existing on the protrusion of the mesa has a surface more suitable for growth of the nitride semiconductor than the other side. As a result, bidirectional growth problems can be reduced, and ultimately, nonpolar nitride semiconductors can be produced without further processing such as patterning of the mask material.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판이 무극성 질화물 반도체의 성장에 보다 적합한 구조임을 설명하기 위한 도면이다. 도 9 (a)는 0.3°미만으로 경사진 일반적인 (0001)면 사파이어 기판에 메사를 형성한 형태로, 경사진 양쪽 측면에서부터 (0001)면 사파이어 기판의 측면 결정면인 (11-20)면의 경사각 θ1과 θ2의 차이가 0.6°미만으로 제작된다. 그리고, 도 9 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 (11-20)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판에 메사를 형성한 형태로, 경사진 양쪽 측면에서부터 사파이어 기판의 측면 결정면인 (11-20)면의 경사각 θ1과 θ2의 차이가 0.6°이상으로 제작된다9 is a view for explaining that the sapphire substrate according to the embodiment of the present invention is a structure more suitable for the growth of a non-polar nitride semiconductor. 9 (a) is a mesa formed on a general (0001) plane sapphire substrate that is inclined to less than 0.3 °, and the inclination angle of the (11-20) plane which is a side crystal plane of the (0001) plane sapphire substrate from both inclined sides The difference between θ 1 and θ 2 is less than 0.6 °. 9 (b) shows mesas formed on a (0001) plane sapphire substrate inclined in the (11-20) plane direction according to an embodiment of the present invention, and is a side crystal plane of the sapphire substrate from both inclined sides. The difference between the inclination angles θ 1 and θ 2 of the (11-20) plane is made more than 0.6 °
보다 상세하게는, 도 9 (a)는 메사의 경사진 양쪽 측면에서부터 (0001)면 사파이어 기판의 측면 결정면인 (11-20)면의 경사각 θ1과 θ2의 차이가 0.6°미만으로 매우 작다. 따라서, 양쪽 경사면에서 질화물 반도체가 성장할 경우 비슷한 결정면으로부터 성장이 발생하여 양쪽의 경사면 모두에서 유사한 속도로 질화물 반도체의 성장이 가능하다. 즉, 양쪽 경사면에서 양방향으로 성장된 무극성 질화물 반도체의 경우, 표면 거칠기의 증가 및 결정 특성의 감소 문제가 발생할 가능성이 매우 높다.More specifically, FIG. 9 (a) shows that the difference between the inclination angles θ 1 and θ 2 of the (11-20) plane, which is the side crystal plane of the (0001) plane sapphire substrate, from both inclined sides of the mesa is very small, less than 0.6 °. . Therefore, when the nitride semiconductor grows on both inclined surfaces, growth occurs from a similar crystal surface, and thus the nitride semiconductor can be grown at a similar speed on both inclined surfaces. That is, in the case of nonpolar nitride semiconductors grown in both directions on both inclined surfaces, there is a high possibility that problems of increasing surface roughness and decreasing crystal properties occur.
그러나, 도 9 (b)에 도시한 바와 같이, (11-20)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판에 메사를 형성하면 다음과 같은 장점을 확보할 수 있다. 먼저, 사파이어 기판의 측면 결정면인 (11-20)면과 양쪽 경사면의 각도 차이(θ4-θ3≥±0.6°)를 상대적으로 크게 할 수 있다. 예를 들면, (0001)면 사파이어 기판을 (11-20)면 방향으로 1°경사지게 만들면(메사의 양쪽 경사면의 경사각은 동일하다는 조건에서), 사파이어 기판의 (11-20)면과 메사의 양쪽 경사면이 이루는 각도의 차이(θ4-θ3)를 2°로 만들 수 있다. 이러한 큰 각도의 차이는 질화물 반도체의 성장에 차이를 발생시키는데, 사파이어 기판의 (11-20)면과의 각도가 작은 제1측면(10a)은 제2측면(10b)에 비해 질화물 반도체가 성장하기 용이하기 때문에, 제1측면(10a)에서 우선 성장된 질화물 반도체는 최종적으로 양방향 성장을 억제하고, 고품질의 무극성 질화물 반도체를 성장시킬 수 있는 방법을 제공하게 된다.
However, as shown in FIG. 9 (b), the mesa may be formed on the (0001) plane sapphire substrate inclined in the (11-20) plane direction to obtain the following advantages. First, the angular difference (θ 4 −θ 3 ≧ ± 0.6 °) between the (11-20) plane, which is a side crystal plane of the sapphire substrate, and both inclined planes, can be relatively large. For example, if the (0001) plane sapphire substrate is inclined 1 ° in the (11-20) plane direction (provided that the inclination angles of both inclined planes of the mesa are the same), both the (11-20) plane of the sapphire substrate and the mesa are The angle difference θ 4 -θ 3 between the inclined surfaces can be made 2 °. This large difference in angle causes a difference in the growth of the nitride semiconductor. The
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 기판에 형성된 경사진 측면을 갖는 메사의 형태를 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining the shape of the mesa having the inclined side formed on the sapphire substrate according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 메사는 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°(θn) 경사진 (0001)면 사파이어 기판의 상부에 형성되며, 메사의 돌출부위에 인접하는 측면이 상기 경사진 사파이어 기판에 수직하는 수직면(20)에 대해 35°(θm) 이하의 경사를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 35°보다 큰 경사각을 갖는 경사면은 사파이어 기판의 (11-20)면과의 결정면(Crystal plane) 특성에서의 차이가 커지기 때문에 성장된 질화물 반도체의 결정 품질을 저하시킬 수 있다.Referring to FIG. 10, the mesa according to the present invention is formed on the sapphire substrate with a slope of 0.3 ° to 16 ° (θ n ) in the (11-20) plane direction and is adjacent to the protruding portion of the mesa. It is preferably formed to have an inclination of 35 ° (θ m ) or less with respect to the
사파이어 기판의 상부에 형성된 메사의 돌출부위 사이의 길이(LV)는 1 ~ 10μm이고, 메사의 함몰부위 사이의 길이(LH)는 0 ~ 1100μm가 유효하다. 이때 LH의 길이가 LV에 비해 긴 것은 질화물 반도체의 측면성장을 촉진시키기 위함이다.
The length L V between the protruding portions of the mesa formed on the sapphire substrate is 1 to 10 µm, and the length L H between the depression portions of the mesa is effective to 0 to 1100 µm. In this case, the length of L H is longer than that of L V to promote lateral growth of the nitride semiconductor.
본 발명에 의한 실시예에 따른 질화물 반도체의 결정 성장 구조 및 제조 방법을 설명하기에 앞서, 본 발명의 주요한 특징을 먼저 설명하면, 두 종류의 결정면을 갖는 질화물 반도체를 동일한 구조의 사파이어 기판 상에 성장시킬 수 있다는 것이다. 즉, 기존에는 사파이어 기판의 구조가 결정되면, 그 사파이어 기판 상부에 성장된 질화물 반도체의 결정면은 사파이어 기판의 구조에 의해 일정한 결정면을 갖는 질화물 반도체가 성장되었다.Prior to describing the crystal growth structure and manufacturing method of the nitride semiconductor according to the embodiment of the present invention, the main features of the present invention will be described first, a nitride semiconductor having two kinds of crystal surfaces is grown on a sapphire substrate of the same structure It can be done. That is, conventionally, when the structure of a sapphire substrate is determined, a nitride semiconductor having a constant crystal surface is grown on the crystal surface of the nitride semiconductor grown on the sapphire substrate.
그러나, 본 발명에 의하면, 하나의 사파이어 기판에 성장조건을 변화시켜, 무극성 질화물 반도체의 결정면인 (11-20)면 또는 (1-100)면을 성장시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안된 사파이어 기판의 구조는 무극성 질화물 반도체의 (11-20)면과 (1-100)면을 선택적으로 성장시킬 수 있다는 큰 장점을 갖는다.
However, according to the present invention, the growth conditions can be changed on one sapphire substrate to grow the (11-20) plane or (1-100) plane, which is the crystal plane of the nonpolar nitride semiconductor. Therefore, the structure of the sapphire substrate proposed in the present invention has a great advantage that it is possible to selectively grow (11-20) and (1-100) planes of the nonpolar nitride semiconductor.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 보다 상세하게는, (11-20)면을 최상위 표면으로 갖는 무극성 질화물 반도체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nitride compound semiconductor according to an embodiment of the present invention. More specifically, it is a flowchart for demonstrating the method of manufacturing the nonpolar nitride semiconductor which has a (11-20) plane as a top surface.
도 11을 참조하면, 먼저 사파이어 단결정을 활용하여 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사각을 갖는 사파이어를 제작하여, (11-20)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판을 준비한다(S205). Referring to FIG. 11, first, a sapphire having an inclination angle of 0.3 ° to 16 ° from (0001) plane to (11-20) plane direction is manufactured using a sapphire single crystal, and is inclined toward (11-20) plane direction. A sapphire substrate is prepared (S205).
즉, 본 발명에 사용되는 사파이어 기판은, (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 표면을 주면으로 하는 사파이어 기판이다.In other words, the sapphire substrate used in the present invention is a sapphire substrate having a surface inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane.
다음으로, 준비된 사파이어 기판의 상부에 패터닝 기술을 이용하여 경사진 측면을 갖는 메사를 형성한다. 이때, 도 10을 통해 설명한 바와 같이, 준비된 사파이어 기판의 상면에 수직하는 수직면에 대해 35°경사진 측면을 갖도록 메사를 형성한다(S210).Next, a mesa having an inclined side surface is formed on the prepared sapphire substrate using a patterning technique. In this case, as described with reference to FIG. 10, the mesa is formed to have a side that is inclined by 35 ° with respect to the vertical plane perpendicular to the prepared upper surface of the sapphire substrate (S210).
S210 단계에 의해 메사가 형성된 사파이어 기판의 질화처리를 위해 사파이어 기판의 온도를 800℃ 내지 1200℃로 상승시키고, 암모니아(NH3)를 공급하여 질화처리함으로써 사파이어 기판의 표면 상에 AlNXO1 -X(0<X≤1)를 형성한다(S215).For the nitriding treatment of the sapphire substrate, the mesa is formed by the step S210 to raise the temperature of the sapphire substrate at 800 ℃ to 1200 ℃, ammonia (NH 3) of AlN on the surface of the sapphire substrate X O by nitriding by feeding 1 - X (0 <X≤1) is formed (S215).
다음으로, 750℃ 내지 1100℃의 일정한 온도에서 메사의 경사진 측면에 질화물 반도체를 에피텍셜 성장시켜 최상위 표면이 (11-20)면인 무극성 질화물 반도체를 제조한다(S220).Next, the nitride semiconductor is epitaxially grown on the inclined side of the mesa at a constant temperature of 750 ° C. to 1100 ° C. to thereby prepare a nonpolar nitride semiconductor having a (11-20) plane (S220).
메사의 측면에 질화물 반도체가 성장되면, 도 12에 도시한 바와 같이 사파이어 기판의 [11-20]축 방향과 질화물 반도체의 [0001]축 방향은 평행을 이루게 되며, 사파이어 기판의 [1-100]축 방향으로 질화물 반도체의 [1-100]축 방향이 배열되어, 사파이어 기판의 상부에 (11-20)면을 최상위 표면으로 갖는 무극성 질화물 반도체가 성장하게 된다.
When the nitride semiconductor is grown on the side of the mesa, the [11-20] axis direction of the sapphire substrate and the [0001] axis direction of the nitride semiconductor become parallel as shown in FIG. 12, and the [1-100] of the sapphire substrate. The [1-100] axial direction of the nitride semiconductor is arranged in the axial direction so that the nonpolar nitride semiconductor having the (11-20) plane as the uppermost surface on the top of the sapphire substrate is grown.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 보다 상세하게는, (1-100)면을 최상위 표면으로 갖는 무극성 질화물 반도체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nitride compound semiconductor according to another embodiment of the present invention. More specifically, it is a flowchart for demonstrating the method of manufacturing the nonpolar nitride semiconductor which has a (1-100) plane as a top surface.
먼저 사파이어 단결정을 활용하여 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사각을 갖는 (0001)면 사파이어 기판을 준비한다(S305). 즉, 본 발명에 사용되는 사파이어 기판은, (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사지게 가공되어 노출되는 면을 주면으로 하는 사파이어 기판이다.
First, using a sapphire single crystal to prepare a (0001) surface sapphire substrate having an inclination angle of 0.3 ° to 16 ° from the (0001) plane to the (11-20) plane direction (S305). That is, the sapphire substrate used in the present invention is a sapphire substrate whose main surface is a surface exposed to be processed by tilting 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane.
다음으로, 준비된 사파이어 기판의 상부에 패터닝 기술을 이용하여 경사진 측면을 갖는 메사를 형성한다. 이때, 도 10을 통해 설명한 바와 같이, 준비된 사파이어 기판의 상면에 수직하는 수직면에 대해 35°이하로 경사진 측면을 갖도록 메사를 형성한다(S310).Next, a mesa having an inclined side surface is formed on the prepared sapphire substrate using a patterning technique. In this case, as described with reference to FIG. 10, the mesa is formed to have a side surface inclined at 35 ° or less with respect to a vertical plane perpendicular to the prepared upper surface of the sapphire substrate (S310).
S310 단계에 의해 메사가 형성된 사파이어 기판의 온도를 800℃ 내지 1200℃로 상승시켜 열처리한다(S315). The temperature of the sapphire substrate formed mesa by the step S310 is raised to 800 ℃ to 1200 ℃ heat treatment (S315).
다음으로, 메사의 경사진 측면에 질화물 반도체를 에피텍셜 성장시켜, 도 14에 도시한 바와 같이 최상위 표면이 (1-100)면인 무극성 질화물 반도체를 제조한다(S320).Next, a nitride semiconductor is epitaxially grown on the inclined side of the mesa, thereby producing a nonpolar nitride semiconductor having a (1-100) top surface as shown in FIG. 14 (S320).
추가적으로, 열처리 단계(S315)는 질화물 반도체 성장을 위해 온도를 상승시키는 과정에서 자연스럽게 수행될 수 있기 때문에 공정 단계 상에서 제외될 수 있다.In addition, the heat treatment step S315 may be excluded from the process step because it may be naturally performed in the process of raising the temperature for nitride semiconductor growth.
또한, (1-100)면 질화물 반도체를 얻기 위한 방법에는, 질화물 반도체를 성장시키기 전 AlNXO1 -X(0<X≤1)의 형성을 최소화하기 위해 암모니아(NH3) 가스는 사용되어서는 안되며, 더 나아가 수소가스(H2) 또는 헬륨(He2)가스와 같이 사파이어 기판이 질소 이온에 의해 반응될 가능성이 적은 가스 분위기에서 온도를 상승시키는 것이 바람직 하다. In addition, in the method for obtaining a (1-100) plane nitride semiconductor, ammonia (NH 3 ) gas is used to minimize the formation of AlN X O 1 -X (0 <X≤1) before growing the nitride semiconductor. In addition, it is preferable to raise the temperature in a gas atmosphere in which the sapphire substrate, such as hydrogen gas (H 2 ) or helium (He 2 ) gas, is less likely to be reacted by nitrogen ions.
또한, S320 단계에서는, 반응관 내부에 암모니아 가스를 공급하기 전에 10초 내지 10분 동안 염산가스(HCl) 가스로 전처리 하거나, 갈륨(Ga) 화합물, 알루미늄(Al) 화합물, 인듐(In) 화합물을 공급함으로써 사파이어 기판의 표면에 보호막을 덮어 질화처리 되지 않도록 하는 방법을 포함할 수 있다.Further, in step S320, before the ammonia gas is supplied into the reaction tube, pretreatment with hydrochloric acid gas (HCl) gas for 10 seconds to 10 minutes, or gallium (Ga) compound, aluminum (Al) compound, indium (In) compound It may include a method of covering the protective film on the surface of the sapphire substrate so as not to be nitrided by supplying.
도 14는, (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 (0001) 사파이어 기판에 메사를 형성하고, 그 사파이어 기판에 최상위 표면이 (1-100)면인 무극성 질화물 반도체를 성장시키기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이때 도 12에서 설명한 바와 같이, 사파이어 기판의 [11-20]축 방향과 질화물 반도체의 [0001]축 방향은 평행을 이룬다. 그리고, 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물 반도체의 [11-20]축 방향과 사파이어 기판의 [1-100]축 방향이 평행을 이루면서 성장한다. 도 12와 도 14에 있어서 성장된 질화물 반도체의 결정면의 변화의 이유는 경사진 측면의 표면상태에 기인한다. 즉, 질화물 반도체가 최초 성장하게 되는 메사의 경사진 측면의 표면이 질화처리에 의해 AlNXO1 -X(0<X≤1)이 형성되면 최종 표면이 (11-20)면으로 성장되고, 질화처리가 안된 상태에서 질화물 반도체가 성장하면 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물 반도체가 제조된다.
FIG. 14 illustrates a method for forming a mesa on a (0001) sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction and growing a nonpolar nitride semiconductor having a (1-100) plane on the sapphire substrate. It is a figure for demonstrating a method. 12, the [11-20] axis direction of the sapphire substrate and the [0001] axis direction of the nitride semiconductor are parallel to each other. Then, it grows while the [11-20] axis direction of the nitride semiconductor whose top surface is the (1-100) plane and the [1-100] axis direction of a sapphire substrate become parallel. The reason for the change of the crystal plane of the nitride semiconductor grown in FIGS. 12 and 14 is due to the surface state of the inclined side surface. That is, when the surface of the inclined side of the mesa from which the nitride semiconductor is initially grown is formed of AlN X O 1 -X (0 <X≤1) by nitriding, the final surface is grown to (11-20) plane, When the nitride semiconductor is grown in the unnitrided state, a nitride semiconductor having a (1-100) plane at the top surface is produced.
도 15는 본 발명의 실시 결과를 설명하기 위한 표면 SEM(Scanning electron microscop) 사진이다.15 is a scanning electron microscop (SEM) photograph of the surface for explaining the result of the present invention.
도 15를 참조하면, 도 15 (a)는 일반적으로 사용되는 0.2°경사진 (0001)면 사파이어 기판에 메사를 형성한 후, 메사의 경사진 측면에 무극성 질화물 반도체 (11-20)면을 성장시킨 결과를 나타낸 사진이다. 도 15 (a)의 사진에서 관찰할 수 있듯이 메사의 경사진 양쪽 측면에서 동시에 성장된 질화물 반도체의 Ga-face와 Ga-face가 만나 중간부분에 커다란 결함을 만들어 표면상태가 상당히 저하된 결과를 볼 수 있다. 그러나 도 15 (b)는 (11-20)면 방향으로 1°경사진 (0001)면 사파이어 기판에 메사를 형성한 후, 메사의 경사진 한쪽 측면에 무극성 질화물 반도체 (11-20)면을 우선 성장시킨 결과를 나타낸 사진이다. 도 15 (b)의 사진에서 관찰할 수 있듯이, 메사의 경사진 한쪽 측면으로부터 한쪽 방향으로 질화물 반도체가 우선 성장하여 균일한 표면 상태를 보이고 있는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 15, FIG. 15A illustrates a mesa formed on a 0.2 ° inclined (0001) plane sapphire substrate which is generally used, and then grows a nonpolar nitride semiconductor (11-20) plane on the inclined side of the mesa. It is a photograph showing the result. As can be seen in the photo of Fig. 15 (a), the Ga-face and Ga-face of the nitride semiconductor grown simultaneously on both inclined sides of the mesa meet to form a large defect in the middle part, and the surface state is considerably degraded. Can be. However, FIG. 15 (b) shows that the mesa is formed on a (0001) plane sapphire substrate inclined by 1 ° in the (11-20) plane direction, and then the nonpolar nitride semiconductor (11-20) plane is preferentially on one side of the inclined mesa. It is a photograph showing the result of the growth. As can be seen from the photograph of FIG. 15 (b), it can be seen that the nitride semiconductor first grows in one direction from one side of the inclined mesa and shows a uniform surface state.
본 발명에 따르면, (0001)면 사파이어 기판의 (11-20)면 방향으로의 경사각(도 6의 θ)을 조절함으로써, 사파이어 기판의 메사 측면에서 성장된 무극성 질화물 반도체의 최상위 표면 (11-20)면 또는 (1-100)면의 경사각도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 상기 성장된 질화물 반도체는 대략적으로는 사파이어 기판의 표면을 기준으로 (11-20)면과 (1-100)면을 유지하지만, 사파이어 기판의 경사각(도 6의 θ)에 의해 면 방향에 변화가 발생한다. 예를 들면, (0001)면 사파이어 기판을 (11-20)면 방향으로 1°경사지게 하면, 성장된 (11-20)면 또는 (1-100)면 무극성 질화물 반도체의 [0001]축 방향 또한 사파이어 기판의 표면을 기준으로 결정 방향이 1°경사지게 성장된다는 것이다. 이러한 질화물 반도체 결정면의 경사도 제어는 더 많은 질화물 반도체의 응용을 가능하게 하며, 그 이유는 결정면의 경사각에 따라 물리적 화학적 특성이 달라지기 때문에, 보다 폭 넓은 질화물 반도체 소자에 응용이 가능하다는 것이다.According to the present invention, the top surface 11-20 of the nonpolar nitride semiconductor grown on the mesa side of the sapphire substrate by adjusting the inclination angle (θ in FIG. 6) in the (11-20) plane direction of the (0001) plane sapphire substrate. There is an advantage that can adjust the inclination angle of the) plane or (1-100) plane. The grown nitride semiconductor roughly maintains the (11-20) and (1-100) planes with respect to the surface of the sapphire substrate, but changes in the plane direction by the inclination angle (θ in FIG. 6) of the sapphire substrate. Occurs. For example, if the (0001) plane sapphire substrate is inclined 1 ° in the (11-20) plane direction, the axial direction of the grown (11-20) plane or (1-100) plane nonpolar nitride semiconductor is also sapphire. The crystal orientation grows at an inclination of 1 ° with respect to the surface of the substrate. The inclination control of the nitride semiconductor crystal plane enables more nitride semiconductor applications, because the physical and chemical properties vary depending on the inclination angle of the crystal plane, so that the nitride semiconductor crystal plane can be applied to a wider nitride semiconductor device.
더 나아가, 질화물 반도체의 응용범위를 확대하기 위해, 무극성 질화물 반도체의 경사도를 [0001]축 방향과 수직인 [1-100]축 또는 [11-20]축 방향으로도 조절하는 것이 가능하다. (11-20)면 방향으로 소정각도(0.3°내지 16°) 경사진 (0001)면 사파이어 기판을 (1-100)면 방향으로도 0.3°내지 5°경사지게 만든 뒤, (11-20)면 방향과 (1-100)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판에 경사진 측면을 갖는 메사를 형성한 후, 메사의 경사진 측면에 질화물 반도체를 성장시키면, (11-20)면 질화물 반도체는 (1-100)면 방향으로, (1-100)면 질화물 반도체는 (11-20)면 방향으로 질화물 반도체의 경사도가 조절된다.
Furthermore, in order to expand the application range of the nitride semiconductor, it is possible to adjust the inclination of the nonpolar nitride semiconductor in the [1-100] axis or the [11-20] axis direction perpendicular to the [0001] axis direction. The (0001) plane inclined a predetermined angle (0.3 ° to 16 °) in the (11-20) plane direction, and the sapphire substrate is inclined 0.3 ° to 5 ° in the (1-100) plane direction, and then the (11-20) plane. After forming a mesa having an inclined side surface on the (0001) plane sapphire substrate inclined in the direction and (1-100) plane direction, and growing a nitride semiconductor on the inclined side of the mesa, (11-20) plane nitride semiconductor The inclination of the nitride semiconductor in the (1-100) plane direction and the (1-100) plane nitride semiconductor in the (11-20) plane direction are adjusted.
1. 성장방법 : 본 발명의 실시예에 따른 성장 방법으로는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)를 활용하였으며, MOCVD 또는 MBE 등과 같은 질화물 반도체의 성장방법으로도 적용 가능하다. 반응관 내부의 분위기 가스를 만들기 위한 Carrier 가스로는 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)가 사용되거나 질소가스와 수소가스의 혼합가스가 사용될 수 있다. 그리고, 사파이어 기판의 표면에 AlNXO1 -X(0<X≤1)를 형성하기 위한 질화처리(Nitridation) 가스로는 암모니아(NH3)가스를 사용하였다. 1. Growth method: As a growth method according to an embodiment of the present invention was used HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy), it is also applicable to the growth method of nitride semiconductors such as MOCVD or MBE. Nitrogen gas (N 2 ) or hydrogen gas (H 2 ) may be used as a carrier gas to make an atmosphere gas inside the reaction tube, or a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas may be used. In addition, ammonia (NH 3 ) gas was used as a nitriding gas for forming AlN X O 1 -X (0 < X ≦ 1 ) on the surface of the sapphire substrate.
또한, 성장용 재료인 금속 갈륨(Ga)을 GaCl 또는 GaCl3로 기체화 시키기 위해 HCl 가스를 사용하였다. 고온에서 기체화된 GaCl 또는 GaCl3 가스가 Ga이온으로 분해되고, 분해된 암모니아 가스의 질소 이온과 결합하여 GaN를 사파이어 기판상에 성장시킬 수 있다.In addition, HCl gas was used to gasify the growth material metal gallium (Ga) with GaCl or GaCl 3 . GaCl or GaCl 3 gas gasified at high temperature may be decomposed into Ga ions and combined with nitrogen ions of the decomposed ammonia gas to grow GaN on the sapphire substrate.
2. 열처리 : 본 발명의 실시예에 따른 열처리 방법은 메사가 형성된 사파이어 기판의 온도를 800°내지 1200°로 상승시키는 과정에서 자연스럽게 열처리하는 단계, 또는 800°내지 1200°내의 미리 정해진 온도에서 5~60분 동안 열처리하는 단계를 포함한다. 이때 사용하는 가스는 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)이거나, 질소가스와 수소가스의 혼합가스이거나, HCl가스를 질소가스나 수소가스, 또는 질소가스와 수소가스의 혼합가스와 함께 혼합하여 처리한 가스가 될 수 있다.2. Heat treatment: The heat treatment method according to an embodiment of the present invention is a step of naturally heat treatment in the process of raising the temperature of the mesa-formed sapphire substrate to 800 ° to 1200 °, or 5 ~ at a predetermined temperature within 800 ° to 1200 ° Heat treatment for 60 minutes. In this case, the gas used is nitrogen gas (N 2 ) or hydrogen gas (H 2 ), a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas, or HCl gas with nitrogen gas or hydrogen gas, or a mixture of nitrogen gas and hydrogen gas It can be a mixed and treated gas.
3. 질화처리(Nitridation) : 메사가 형성된 사파이어 기판의 온도가 800°내지 1200°로 일정하게 유지된 상태 또는 800°내지 1200°로 온도를 상승시키는 과정에서, 반응관 내부에 암모니아(NH3)가스를 흘려줌으로써 사파이어 기판 표면에 AlNXO1 - X(0<X≤1)를 형성시킨다. 이때의 분위기 가스로는 질소가스(N2) 또는 수소가스(H2)이거나, 두 가스의 혼합가스를 사용할 수 있고, 질화처리는 5분 내지 60분 처리하면 적당하다.3. Nitriding: Ammonia (NH 3 ) inside the reaction tube during the process of raising the temperature of the sapphire substrate on which the mesa is formed at a constant temperature of 800 ° to 1200 ° or increasing the temperature to 800 ° to 1200 ° By flowing a gas, AlN X O 1 - X (0 < X ≦ 1) is formed on the sapphire substrate surface. At this time, the atmosphere gas may be nitrogen gas (N 2 ) or hydrogen gas (H 2 ), or a mixed gas of two gases may be used, and the nitriding treatment may be performed for 5 to 60 minutes.
4. GaN 성장 : 사파이어 기판에 형성된 메사의 측면, 즉 경사진 (11-20)면에 (11-20)면 또는 (1-100)면을 최상위 표면으로 갖는 질화물 반도체를 에피텍셜 하게 성장시킨다. 단, 각각의 질화물 반도체를 성장하기 위한 방법에는 차이가 있다. 즉, 최상위 표면이 (11-20)면인 질화물 반도체를 얻기 위해서는 사파이어 기판에 질화처리를 통해 AlNXO1 -X를 형성시킨 후 메사의 측면에 질화물 반도체를 성장시키는 것이 바람직하다. 그러나, 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물 반도체를 얻기 위해서는 사파이어 기판에 AlNXO1 -X가 형성되는 것을 최대한 억제해야 하므로, 성장을 위한 염산(HCl)가스와 갈륨(Ga)이 반응한 GaCl의 도입 이전까지는 암모니아(NH3) 가스를 배제 시키고, 수소가스, 헬륨가스 또는 질소가스 만을 이용하여 온도를 상승시키는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따르면 성장온도(800°내지 1200°)에 도달한 뒤 GaCl 도입 후 10초 내지 300초 지난 다음 암모니아 가스를 도입하여 성장시키는 방법이 적당하다.4. GaN growth: The nitride semiconductor having epitaxially grown (11-20) or (1-100) plane on the side of the mesa formed on the sapphire substrate, that is, the inclined (11-20) plane, is grown epitaxially. However, there is a difference in the method for growing each nitride semiconductor. In other words, in order to obtain a nitride semiconductor having the (11-20) plane at the top surface, it is preferable to form AlN X O 1 -X through nitriding on the sapphire substrate and to grow the nitride semiconductor on the side of the mesa. However, in order to obtain a nitride semiconductor having a (1-100) plane at the uppermost surface, it is necessary to suppress AlN X O 1 -X formation on the sapphire substrate as much as possible, so that hydrochloric acid (HCl) gas and gallium (Ga) react for growth. Until the introduction of GaCl, it is preferable to exclude ammonia (NH 3 ) gas and to raise the temperature using only hydrogen gas, helium gas or nitrogen gas. According to this embodiment, after reaching the growth temperature (800 ° to 1200 °), 10 seconds to 300 seconds after the introduction of GaCl, a method of growing by introducing ammonia gas is suitable.
5. 소자의 제조 : 본 발명에 의한 소자의 제조 방법은, 전술한 방법에 의해 성장된 (11-20)면 또는 (1-100)면 질화물 반도체를 활용하는 방법이다. 전술한 바와 같이 경사진 (11-20)면 방향으로 경사진 (0001)면 사파이어 기판에 경사진 (11-20)면이 나타나도록 메사를 형성하고, 최상위 표면이 (1-100)면 또는 (11-20)면인 질화물 반도체를 성장시킨다. 그리고, 성장된 질화물 반도체에 도핑 과정을 추가하여 n-type 질화물 반도체를 제조하고, 그 위에 MQW(Multiple Quantum Well)층을 성장시킨 다음, MQW상부에 p-type층을 성장시키면 LED 또는 LD를 구현할 수 있다. 더 나아가, n-type 질화물 반도체는 HVPE등을 활용하고, MQW 또는 p-type 질화물 반도체는 MOCVD로 성장 가능하다. 또한, 소자의 구조가 형성된 질화물 반도체 웨이퍼는, 각 소자의 크기에 따라 분리하여 단위 소자를 제작하게 된다.5. Fabrication of Device: The device manufacturing method according to the present invention is a method of utilizing a (11-20) plane or a (1-100) plane nitride semiconductor grown by the method described above. As described above, the mesa is formed so that the inclined (11-20) plane appears on the (0001) plane sapphire substrate inclined in the inclined (11-20) plane direction, and the top surface is the (1-100) plane or ( 11-20) A nitride semiconductor is grown. In addition, an n-type nitride semiconductor is manufactured by adding a doping process to the grown nitride semiconductor, a multiple quantum well (MQW) layer is grown thereon, and a p-type layer is grown on the MQW to implement an LED or LD. Can be. Furthermore, n-type nitride semiconductors utilize HVPE and the like, and MQW or p-type nitride semiconductors can be grown by MOCVD. In addition, the nitride semiconductor wafer in which the structure of the element is formed is separated according to the size of each element to produce a unit element.
6. (1-100)면 또는 (11-20)면 자립 질화물 반도체 기판의 제조 : 상기에 설명한 방법을 활용하여 질화물 반도체를 성장함에 있어, 성장 두께를 증가시켜 100μm 이상의 후막 성장 후, 성장용 기판으로 사용된 경사진 (0001)면 사파이어 기판을 제거함으로써, (1-100)면 또는 (11-20)면의 자립 질화물 반도체 기판 제조가 가능하다. 이때 사파이어 기판의 제거 방법으로는 고출력 레이져를 이용한 Laser Lift-Off 방법도 가능하지만, 열적 스트레스(Thermal Stress)를 이용한 자연분리(Self-separation) 방법을 활용하는 것이 가장 적합하다. 그 이유는 메사 간격을 조절하여 성장된 질화물 반도체와 성장용 사파이어 기판과의 결합된 면적을 조절함으로써, 질화물 반도체와 사파이어 기판의 결합력을 감소시켜 성장 후 온도하강 과정에서 발생하는 열적 스트레스만으로도 사파이어 기판을 질화물 반도체로부터 쉽게 분리시킬 수 있기 때문이다.
6. Fabrication of (1-100) plane or (11-20) plane self-supporting nitride semiconductor substrate: In growing a nitride semiconductor using the method described above, the growth thickness is increased to increase the thickness of the substrate after growth of 100 μm or more. By removing the inclined (0001) plane sapphire substrate used, the self-supporting nitride semiconductor substrate of the (1-100) plane or the (11-20) plane is possible. In this case, a laser lift-off method using a high power laser is also possible as a method of removing the sapphire substrate, but it is most suitable to use a self-separation method using thermal stress. The reason is that by controlling the mesa spacing, the combined area between the grown nitride semiconductor and the sapphire substrate for growth is reduced, thereby reducing the bonding force between the nitride semiconductor and the sapphire substrate, thereby reducing the sapphire substrate with only the thermal stress generated during the temperature drop after growth. This is because it can be easily separated from the nitride semiconductor.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It is to be understood that the foregoing description of the disclosure is for the purpose of illustration and that those skilled in the art will readily appreciate that other embodiments may be readily devised without departing from the spirit or essential characteristics of the disclosure will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description and that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalents thereof are included in the scope of the present invention .
Claims (20)
상기 준비된 기판의 상부에 경사진 측면을 갖는 메사를 형성하는 단계; 및
상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키는 단계를 포함하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.Preparing a sapphire substrate inclined from 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane;
Forming a mesa having an inclined side surface on the prepared substrate; And
Mesa And epitaxially growing the nitride compound semiconductor on one side thereof.
상기 경사진 측면은, 상기 준비된 기판에 수직하는 수직면에 대해 35°이하의 경사를 갖는 것을 특징으로 하는, 질화물계 반도체의 제조 방법.The method according to claim 1,
The inclined side surface has a slope of 35 degrees or less with respect to the vertical surface perpendicular to the prepared substrate, the manufacturing method of the nitride-based semiconductor.
상기 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로 0.3°내지 16°경사진 사파이어 기판을 준비하는 단계는,
상기 기판을 (0001)면에서 (1-100)면 방향으로도 0.3°내지 5° 경사지게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화물계 반도체의 제조 방법.The method according to claim 1,
Preparing the sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane,
And inclining the substrate from (0001) to (1-100) plane in a direction of 0.3 ° to 5 °.
상기 기판의 (0001)면에서 (11-20)면 방향으로의 경사각도가 조정됨에 따라, 상기 메사의 측면에서 성장된 질화물계 화합물 반도체의 [0001]축과 상기 사파이어 기판의 표면과의 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.The method according to claim 1,
As the inclination angle from the (0001) plane to the (11-20) plane direction of the substrate is adjusted, the angle between the axis of the nitride compound semiconductor grown on the side of the mesa and the surface of the sapphire substrate is It is controlled, The manufacturing method of the nitride compound semiconductor.
상기 기판의 (0001)면에서 (1-100)면 방향으로 경사각도가 조정됨에 따라, 상기 메사의 측면에서 성장된 질화물계 화합물 반도체의 결정면의 경사각도가 [0001]축과 평면상에서 수직을 이루는 방향으로 조절되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.The method of claim 1, wherein
As the inclination angle is adjusted in the (1-100) plane direction from the (0001) plane of the substrate, the inclination angle of the crystal plane of the nitride compound semiconductor grown on the side of the mesa is perpendicular to the [0001] axis. It is adjusted to the direction, The manufacturing method of the nitride compound semiconductor.
상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키는 단계는,
설정된 시간 동안 염산가스(HCl)로 사파이어 기판을 전처리하는 단계,
또는 갈륨(Ga)화합물, 알루미늄(Al)화합물, 및 인듐(In)화합물 중 하나 이상을 사파이어 기판의 표면에 공급하여 질화처리 되지 않도록 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.The method according to claim 1,
Preferentially epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa,
Pretreating the sapphire substrate with hydrochloric acid gas (HCl) for a set time;
Or supplying at least one of a gallium (Ga) compound, an aluminum (Al) compound, and an indium (In) compound to the surface of the sapphire substrate to form a protective film so as not to be nitrided. Method of manufacturing a semiconductor.
상기 전처리 단계 또는 보호막 형성 단계에 의해 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물계 화합물 반도체가 제조되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.The method of claim 6,
The nitride-based compound semiconductor manufacturing method, characterized in that the nitride-based compound semiconductor having the (1-100) plane of the top surface is produced by the pretreatment step or the protective film forming step.
상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키기 전에, 상기 메사가 형성된 사파이어 기판을 설정된 온도 범위 내에서 암모니아를 공급하여 질화처리함으로써 표면 상에 AlNXO1 -X (0<X=1)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.The method according to claim 1,
Before preferentially epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa, the sapphire substrate on which the mesa is formed is nitrided by supplying ammonia within a predetermined temperature range to give AlN X O 1 -X (0 < A method of manufacturing a nitride-based compound semiconductor, characterized in that it further comprises the step of forming (X = 1).
상기 질화처리에 의해 최상위 표면이 (11-20)면인 질화물계 화합물 반도체가 제조되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체의 제조 방법.The method according to claim 8,
The nitride-based compound semiconductor as claimed in claim 1, wherein a nitride compound semiconductor having a (11-20) plane is produced by the nitriding treatment.
상기 질화물계 화합물 반도체에 도핑 처리를 하여 생성된 n-type 질화물 반도체층을 포함하는, 질화물계 화합물 반도체 웨이퍼.A nitride compound semiconductor formed by the manufacturing method of the nitride compound semiconductor of any one of Claims 1-9; And
A nitride compound semiconductor wafer comprising an n-type nitride semiconductor layer produced by doping the nitride compound semiconductor.
상기 준비된 기판의 상부에 경사진 측면을 갖는 메사를 형성하는 단계; 및
상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키는 단계; 및
상기 에피텍셜에 성장에 의해 제조된 (1-100)면 또는 (11-20)면 질화물계 화합물 반도체를 상기 사파이어 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법.Preparing a sapphire substrate inclined from 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction from the (0001) plane;
Forming a mesa having an inclined side surface on the prepared substrate; And
Preferentially epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa; And
And separating the (1-100) plane or (11-20) plane nitride compound semiconductor prepared by growth in the epitaxial layer from the sapphire substrate.
상기 에피텍셜에 성장에 의해 제조된 (1-100)면 또는 (11-20)면 질화물계 화합물 반도체를 상기 사파이어 기판으로부터 분리하는 단계는,
레이져를 이용한 분리 방법 또는 열적 스트레스를 이용한 자연분리방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법.The method of claim 12,
The step of separating the (1-100) plane or (11-20) plane nitride compound semiconductor prepared by growth in the epitaxial from the sapphire substrate,
A method of manufacturing a nitride compound semiconductor substrate, characterized in that performed by a laser separation method or a natural separation method using thermal stress.
상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키는 단계는,
설정된 시간 동안 염산가스(HCl)로 사파이어 기판을 전처리하는 단계,
또는 갈륨(Ga)화합물, 알루미늄(Al)화합물, 및 인듐(In)화합물 중 하나 이상을 사파이어 기판의 표면에 공급하여 질화처리 되지 않도록 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법.The method of claim 12,
Preferentially epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa,
Pretreating the sapphire substrate with hydrochloric acid gas (HCl) for a set time;
Or supplying at least one of a gallium (Ga) compound, an aluminum (Al) compound, and an indium (In) compound to the surface of the sapphire substrate to form a protective film so as not to be nitrided. Method of manufacturing a semiconductor substrate.
상기 전처리 단계 또는 보호막 형성 단계에 의해 최상위 표면이 (1-100)면인 질화물계 화합물 반도체가 제조되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법.The method according to claim 14,
A method of manufacturing a nitride compound semiconductor substrate, characterized in that the nitride compound semiconductor having a (1-100) plane is produced by the pretreatment step or the protective film forming step.
상기 메사의 한쪽 측면에 질화물계 화합물 반도체를 우선적으로 에피텍셜 성장시키기 전에, 상기 메사가 형성된 사파이어 기판에 설정된 온도 범위 내에서 암모니아를 공급하여 질화처리함으로써 표면 상에 AlNXO1 -X (0<X≤1)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법.The method of claim 12,
Before preferentially epitaxially growing a nitride compound semiconductor on one side of the mesa, AlN X O 1 -X (0 < A method of manufacturing a nitride-based compound semiconductor substrate, characterized in that it further comprises the step of forming X≤1).
상기 질화처리에 의해 최상위 표면이 (11-20)면인 질화물계 화합물 반도체가 제조되는 것을 특징으로 하는, 질화물계 화합물 반도체 기판의 제조 방법.18. The method of claim 16,
The nitride-based compound semiconductor substrate having a (11-20) plane is produced by the nitriding treatment, wherein the nitride-based compound semiconductor substrate is produced.
상기 기판의 단위 메사구조 내의 하나의 측면만이 질화물 반도체의 성장을 주도하여 사파이어 기판상에 주면을 형성하는 질화물계 화합물 반도체를 포함하는, 반도체 소자 제조용 웨이퍼.A sapphire substrate having a mesa structure having one or more regular arrays having sides on the (0001) sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction,
Only one side surface in the unit mesa structure of the substrate comprises a nitride-based compound semiconductor to drive the growth of the nitride semiconductor to form a major surface on the sapphire substrate, semiconductor wafer manufacturing wafer.
상기 메사의 측면으로 부터 형성된 질화물계 화합물 반도체를 포함하는 웨이퍼 이며,
사파이어 기판과 주면으로 형성된 질화물계 화합물 반도체 사이의 접촉영역과 접촉영역의 사이에는 연속적이거나 또는 불연속적인 빈 공간으로 형성된, 질화물계 화합물 반도체를 포함하는 웨이퍼.A sapphire substrate having a mesa structure having one or more regular arrays having sides on the (0001) sapphire substrate inclined 0.3 ° to 16 ° in the (11-20) plane direction,
Wafer containing a nitride-based compound semiconductor formed from the side of the mesa,
A wafer comprising a nitride based compound semiconductor, formed of a continuous or discontinuous void space between a contact region and a contact region between a sapphire substrate and a nitride based compound semiconductor formed on a main surface.
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