KR100608996B1 - 횡방향 성장에 의한 갈륨 나이트라이드 층의 제조 - Google Patents

Abstract

실리콘 카바이드 기판(102)상의 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)을 개구부 어레이를 갖는 마스크(109)를 이용하여 패터닝하여, 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)내에 포스트(106)와, 각 포스트 사이의 트렌치(107)를 한정하기 위한 개구부 어레이를 통하여 식각한다. 포스트는 각각 측벽(105)과, 마스크가 씌어진 상부를 갖는다. 상기 포스트의 측벽은 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시켜져 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108a)이 형성된다. 이 횡방향 성장동안, 상기 마스크는 상기 포스트의 상부로부터의 핵생성과 종방향 성장을 방지한다. 따라서, 성장은 상기 포스트의 측벽으로부터 매달려 상기 트렌치내로 횡방향으로 진행된다. 횡방향으로 성장된 측벽이 상기 트렌치내에서 합치될 때까지 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시킨다. 상기 포스트의 측벽으로부터의 횡방향 성장은 상기 갈륨 나이트라이드 층이 상기 마스크내의 개구부를 통하여 종방향으로 성장하고, 상기 포스트 상부의 마스크 위로 횡방향으로 과도 성장되어, 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108b)이 형성되도록 진행될 수 있다. 상기 횡방향 과도 성장은, 연속적인 갈륨 나이트라이드 반도체 층이 형성되도록, 성장된 측벽이 상기 마스크상에서 합치될 때까지 진행될 수 있다. 마이크로 전자 소자(110)가 상기 연속적인 갈륨 나이트라이드 반도체 층내에 형성될 수 있다.

갈륨 나이트라이드, 포스트, 트렌치, 횡방향 성장, 결함 밀도

Description

횡방향 성장에 의한 갈륨 나이트라이드 층의 제조 {Fabrication of gallium nitride layers by lateral growth}

본 발명은 마이크로 전자 소자 및 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 갈륨 나이트라이드 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

갈륨 나이트라이드는, 트랜지스터와 필드 에미터 및 광전자 소자를 포함하지만 이에 한정되지 않는 마이크로 전자 소자용으로 폭넓게 연구되고 있다. 또한, 여기에서 쓰여진 바와 같이, 갈륨 나이트라이드는 알루미늄 갈륨 나이트라이드, 인듐 갈륨 나이트라이드 및 알루미늄 인듐 갈륨 나이트라이드와 같은 갈륨 나이트라이드 합금을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.

갈륨 나이트라이드계 마이크로 전자 소자의 제조에 있어서 주요한 문제점은 결함 밀도(defect density)가 낮은 갈륨 나이트라이드 반도체 층을 제조하는 것이다. 결함 밀도를 발생시키는 원인의 하나는 갈륨 나이트라이드 층이 성장되는 기판이라고 알려져 있다. 따라서, 비록 갈륨 나이트라이드 층을 사파이어 기판상에 성장시키고 있기는 하지만, 실리콘 카바이드 기판상에 형성되는 알루미늄 나이트라이드 버퍼층상에 갈륨 나이트라이드 층을 성장시키면 결함 밀도를 줄일 수 있다고 알려져 있다. 이러한 진보에도 불구하고, 결함 밀도의 계속적인 감소가 요구되어지고 있다.

마스크내의 개구부를 통하여 갈륨 나이트라이드 구조를 제조하는 것 또한 알려져 있다. 예를 들어, 필드 에미터 어레이를 제작하는데 있어서, 스트라이프 또는 원형으로 패터닝된 기판상에 갈륨 나이트라이드를 선택적으로 성장시키는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 남(Nam)씨 등의 간행물, "Selective Growth of GaN and Al_0.2Ga_0.8N on GaN/AlN/6H-SiC(0001) Multilayer Substrates Via Organometallic Vapor Phase Epitaxy" (Proceedings of the Materials Research Society, December 1996) 및 "Growth of GaN and Al_0.2Ga_0.8N on Patterned Substrates via Organometallic Vapor Phase Epitaxy" (Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36, Part 2, No. 5A, May 1997, pp.L532-L535)를 보라. 이러한 간행물에 개시된 것에 따르면, 소정 조건하에서 바람직하지 않은 융기(ridge) 성장 또는 횡방향 과도 성장이 발생될 수 있다.
공개된 PCT 출원 WO 98/47170은 매우 적은 결정 결함을 갖고 기판으로서 사용될 수 있는 나이트라이드 반도체 결정을 성장시키는 방법을 기술하고 있다. 이 방법은 중심면을 갖고, 나이트라이드 반도체와는 다른 물질로 만들어진 기판을 포함하는 써포트(support)상에, 선택적으로 써포트의 표면을 노출시키는 복수개의 제 1 창(window)을 구비한 제1 선택적 성장 마스크를 형성하는 단계와, 복수개의 기상의 III족 원소 소스와 기상의 질소 소스를 이용하여 창으로부터 노출된 써포트의 표면으로부터 인접한 창에서 성장하는 나이트라이드 반도체 결정의 일부가 선택적 성장 마스크의 상부 표면상에서 서로 만날 때까지 나이트라이드 반도체를 성장시키는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명의 목적은 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 개선된 제조 방법 및 상기와 같은 방법으로 제조된 개선된 갈륨 나이트라이드 층을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 낮은 결함 밀도를 가질 수 있는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법 및 상기와 같은 방법으로 제조된 갈륨 나이트라이드 반도체 층을 제공하는 것이다.

상기 및 그 밖의 다른 목적들은, 본 발명에 따라서 실리콘 카바이드 기판상 의 하부 갈륨 나이트라이드 층을 개구부 어레이를 갖는 마스크로 마스킹하고, 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층내에 복수개의 포스트(post)와, 각 포스트 사이의 복수개의 트렌치를 한정하기 위하여, 상기 개구부 어레이를 통하여 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층을 식각하는 것에 의하여 달성되어진다. 상기 포스트는 각각 측벽과, 마스크가 씌어진 상부를 갖는다. 상기 포스트의 측벽은 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시켜져 갈륨 나이트라이드 반도체 층이 형성된다. 이 횡방향 성장동안, 상기 마스크는 상기 포스트의 상부로부터의 핵생성(nucleation)과 종방향 성장을 방지한다. 따라서, 성장은 상기 포스트의 측벽으로부터 매달려 상기 트렌치내로 횡방향으로 진행된다. 이런 형태의 성장은 여기서 펜디오에피택시(pendeoepitaxy)라고 일컬어지는데, 이 말은 '매달리다'(to hang, to be suspended)라는 뜻의 라틴어로부터 유래한다. 마이크로 전자 소자가 상기 갈륨 나이트라이드 반도체 층내에 형성될 수 있다.

발명의 다른 관점에 의하면, 갈륨 나이트라이드 반도체 층을 형성하도록, 횡방향으로 성장된 측벽이 상기 트렌치내에서 합치될 때까지 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시킨다. 상기 포스트의 측벽으로부터의 횡방향 성장은 상기 갈륨 나이트라이드 층이 상기 마스크내의 개구부를 통하여 종방향으로 성장하고, 상기 포스트 상부의 마스크 위로 횡방향으로 과도 성장되어, 갈륨 나이트라이드 반도체 층이 형성되도록 진행될 수 있다. 상기 횡방향 과도 성장은, 연속적인 갈륨 나이트라이드 반도체 층이 형성되도록, 성장된 측벽이 상기 마스크상에서 합치될 때까지 진행될 수 있다. 마이크로 전자 소자가 상기 연속적인 갈륨 나이 트라이드 반도체 층내에 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전위(dislocation) 결함이 상기 포스트의 측벽으로부터 횡방향으로 심하게 진행하지 않아서, 횡방향으로 성장된 상기 포스트의 측벽이 상대적으로 결함이 없는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 성장동안에 상기 포스트 상부에서의 종방향 성장이 상기 마스크에 의하여 상당히 방지되어, 상대적으로 결함이 없는 횡방향 성장이 상기 측벽으로부터 상기 마스크 위로 일어난다. 이로 인해, 과도 성장된 갈륨 나이트라이드 반도체 층은 상대적으로 결함이 없다.

따라서, 상기 마스크는 상기 포스트상의 캡핑층으로 작용하여 갈륨 나이트라이드의 선택적인 호모에피택셜(homoepitaxial) 성장이 상기 측벽상에서만 일어나도록 한다. 갈륨 나이트라이드 씨드(seed) 층의 헤테로에피택셜(heteroepitaxial) 성장에 수반되는 결함은 상기 마스크하에서 고정된다. 측벽에서의 성장과 횡방향 과도 성장의 조합을 이용함으로써, 상대적으로 결함이 없는 갈륨 나이트라이드의 완전히 합치된 층이 한 번의 성장 단계에서 웨이퍼의 전면에 제조될 수 있다.

상기 펜디오에피택셜 갈륨 나이트라이드 반도체 층은 유기금속 기상 에피택시(metalorganic vapor phase epitaxy : MOVPE)를 이용하여 횡방향으로 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 약 1000 내지 1100℃의 온도 및 약 45 Torr(약 6×10⁴Pa)의 압력에서, 전구체인 트리에틸갈륨(TEG)과 암모니아(NH₃)를 이용하여 횡방향으로 성장될 수 있다. 바람직하게는, 약 13 내지 39μmol/min 정도의 TEG와 약 1500sccm의 NH₃를 약 3000sccm 정도의 H₂ 희석제와 혼합하여 사용한다. 가장 바람직하게는, 약 1100℃의 온도 및 약 45 Torr(약 6×10⁴Pa)의 압력에서 약 26μmol/min의 TEG와, 약 1500sccm의 NH₃ 및 약 3000sccm의 H₂가 사용된다. 하부 갈륨 나이트라이드 층은 바람직하게는 6H-SiC(0001) 기판에 형성된다. 여기서, 기판 자체는 알루미늄 나이트라이드와 같은 버퍼층을 포함한다. 갈륨 나이트라이드와 같은 다른 버퍼층이 이용될 수 있다. 다중 기판층 및 버퍼층도 이용될 수 있다.

상기 측벽을 포함하는 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층은 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층내에 상기 측벽을 한정하는 트렌치를 형성하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 대신에, 상기 측벽은 하부 갈륨 나이트라이드 층 상부에 마스크된 포스트를 형성하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 상기 마스크된 포스트는 상기 측벽을 포함하고, 상기 트렌치를 한정한다. 복수개의 측벽을 형성하기 위해 트렌치 및 마스크된 포스트가 교대로 연속적으로 배열되는 것이 바람직하다. 포스트는 측벽이 아닌 상부만 마스킹됨으로써 형성된다. 상술한 바와 같이, 트렌치 및/또는 포스트는 마스킹과 선택적 식각에 의하여 형성될 수 있다. 대신에, 선택적인 에피택셜 성장, 식각과 성장의 조합 또는 그 밖의 다른 기술이 이용될 수도 있다. 상기 마스크는 포스트를 형성한 뒤에 상기 포스트의 상부에 형성될 수 있다. 상기 트렌치는 트렌치 바닥이 상기 버퍼층내, 그리고 바람직하게는 상기 실리콘 카바이드 기판내에 있도록 상기 버퍼층 및/또는 기판내로 연장될 수 있다.

하부 갈륨 나이트라이드 층내의 포스트의 측벽은 트렌치내로 횡방향으로 성장되어, 하부 갈륨 나이트라이드 층의 결함 밀도보다 더 낮은 결함 밀도를 갖는 횡 방향 갈륨 나이트라이드 층이 형성된다. 포스트 상부로부터의 종방향 성장은 상기 포스트상의 마스크에 의하여 감소되거나 바람직하게는 억제되지만, 일부 종방향 성장이 발생될 수 있다. 횡방향으로 성장된 갈륨 나이트라이드 층은 더 낮은 결함 밀도가 전파되는 동안 상기 마스크내의 개구부를 통하여 종방향으로 성장된다. 상기 마스크내의 개구부를 통하여 종방향 성장의 높이가 연장하기 때문에, 더 낮은 결함 밀도가 전파되는 동안 마스크 위로의 횡방향 성장이 일어나서, 상기 마스크상에 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층이 형성된다.

본 발명에 따른 갈륨 나이트라이드 반도체 구조는 실리콘 카바이드 기판, 상기 실리콘 카바이드 기판상의 복수개의 갈륨 나이트라이드 포스트를 포함한다. 상기 포스트는 각각 측벽과 상부를 포함하고, 그 사이의 복수개의 트렌치를 한정한다. 캡핑층이 상기 포스트 상부에 제공된다. 횡방향 갈륨 나이트라이드 층이 포스트의 측벽으로부터 상기 트렌치내로 횡방향으로 연장된다. 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 인접하는 측벽 사이의 트렌치를 가로질러 연장된 연속적인 횡방향 갈륨 나이트라이드 층일 수 있다.

상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 상기 개구부 어레이를 통하여 종방향으로도 연장되어 있을 수 있다. 상기 캡핑층 위까지 횡방향으로 연장된 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층 역시 제공되어질 수 있다. 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 인접하는 측벽 사이의 캡핑층을 가로질러 연장된 연속적인 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층일 수 있다.

복수개의 마이크로 전자 소자가 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층 및/또는 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층내에 형성될 수 있다. 버퍼층이 상기 실리콘 카바이드 기판과 상기 복수개의 포스트 사이에 포함되어질 수 있다. 상기 트렌치는 상기 실리콘 카바이드 기판내, 버퍼층내, 또는 버퍼층을 지나 상기 실리콘 카바이드 기판내로 연장될 수 있다. 상기 갈륨 나이트라이드 포스트는 결함밀도를 갖고, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층과, 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 상기 결함 밀도보다 낮은 결함 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 낮은 결함 밀도의 갈륨 나이트라이드 반도체 층이 형성될 수 있어, 고성능의 마이크로 전자 소자를 제조하는 것이 가능해진다.

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 중간 제조 공정동안의 갈륨 나이트라이드 반도체 구조의 단면도들이다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예의 갈륨 나이트라이드 반도체 구조의 단면도들이다.

이하 본 발명은 본 발명의 양호한 실시예를 보인 첨부 도면을 참조하여, 보다 상세히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 층의 두께 및 영역은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 층, 영역, 기판과 같은 구성 요소가 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다. 더욱이, 각각의 실시예는 반대 도전형에 대한 실시예 또한 포함한다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 갈륨 나이트라이드 반도체 구조의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)을 기판(102)상에 성장시킨다. 상기 기판(102)은 6H-SiC(0001) 기판(102a)과, 알루미늄 나이트라이드 또는 다른 버퍼층(102b)을 포함할 수 있다. 여기서 이용된 결정학적인 명명 관례들은 당업자들에게 잘 알려진 것이어서, 더 이상 설명될 필요가 없다. 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)은 0.5 내지 2.0㎛ 사이의 두께를 가질 수 있으며, 고온(1100℃) 알루미늄 나이트라이드 버퍼층(102b)상에 1,000℃의 온도에서 성장될 수 있다. 여기서, 상기 고온 알루미늄 나이트라이드 버퍼층(102b)은 26μmol/min의 트리에틸갈륨, 1500sccm의 암모니아, 및 3000sccm의 수소 희석제를 사용하여, 수직 냉각벽(cold wall)이며 유도 가열되는 유기금속 기상 에피택시 시스템내에서 6H-SiC 기판(102a)에 증착된다. 이러한 성장 기술의 부가적인 설명은 티. 떠블유. 위크스(T. W. Weeks)씨 등의 논문, "GaN Thin Films Deposited Via Organometallic Vapor Phase Epitaxy on (6H)-SiC(0001) Using High-Temperature Monocrystalline AlN Buffer Layers" (Applied Physics Letter, Vol. 67, No. 3, July 17, 1995, pp. 401-403)에 개시되어 있으며, 그 개 시 내용은 참조 문헌으로써 여기에 결합되어 있다. 버퍼층을 갖거나 그렇지 않은 다른 실리콘 카바이드 기판이 이용될 수도 있다.

계속해서, 도 1을 참조하여, 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)상에 실리콘 나이트라이드(SiN) 마스크와 같은 마스크(109)가 포함된다. 상기 마스크(109)는 1000Å 정도의 두께를 가질 수 있고, 410℃에서 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition)을 이용하여 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)상에 형성될 수 있다. 상기 마스크(109)는 내부에 개구부 어레이를 갖도록, 통상의 포토리소그래피 기술에 의하여 패터닝된다.

도 1에서 보듯, 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층은 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)내에 복수개의 포스트(106)와, 각 포스트 사이의 복수개의 트렌치(107)를 한정하기 위하여 상기 개구부 어레이를 통하여 식각된다. 상기 포스트는 각각 측벽(105)과, 마스크(109)가 씌어진 상부를 포함한다. 상술한 바와 같이 상기 포스트(106)와 트렌치(107)는 마스킹과 식각에 의하여 형성되는 것이 바람직하지만, 하부 갈륨 나이트라이드 층으로부터 선택적 성장에 의하여 포스트를 형성한 다음, 상기 포스트의 상부에 캡핑층을 형성할 수 있다. 선택적 성장과 선택적 식각의 조합이 이용될 수도 있다.

계속 도 1을 참조하여, 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)은 그 내부에 복수개의 측벽(105)을 포함한다. 측벽(105)은 복수개의 이격배치된 포스트(106)에 의하여 한정되어진다고 간주될 수 있으며, 이러한 포스트(106)는 메사(mesas), 페데스탈(pedestals) 또는 컬럼(columns) 등으로 언급되어질 수 있다는 것은 당업자 에 의하여 이해될 수 있을 것이다. 또한, 측벽(105)은 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)내의 복수개의 트렌치(107)에 의하여 한정되어진다고 간주될 수 있다. 상기 트렌치(107)는 "웰(well)"로도 언급되어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 측벽(105)을 한정하는 상기 포스트(106)와 트렌치(107)는 선택적 에칭 및/또는 선택적 에피택셜 성장 및/또는 다른 통상의 방법에 의하여 제조될 수 있다. 더욱이, 트렌치(107) 및 포스트(106)가 교대로 연속적으로 배열됨에 의하여 한정될 수 있다고 간주할 수 있다. 더욱이, 측벽들은 상기 기판(102)에 대하여 직교할 필요가 없이, 오히려 기판에 대해서 경사질 수 있다는 것도 이해될 것이다.

비록 상기 측벽(105)은 도 1의 단면 형태로 도시되었지만, 포스트(106) 및 트렌치(107)는 직선형, V자형 또는 그밖의 다른 형태로 연장된 영역을 한정할 수 있다는 것도 역시 이해될 것이다. 후속의 갈륨 나이트라이드의 성장이 트렌치 바닥보다 측벽(105)상에서 우선적으로 발생하도록, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(107)는 버퍼층(102b) 및 기판(102a)내로 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 트렌치들은 예를 들어, 트렌치 기하학 및 갈륨 나이트라이드의 횡방향 성장 속도 대비 종방향 성장 속도에 따라 기판(102a)내로 연장되지 않을 수 있고, 또한 버퍼층(102b)내로 연장되지 않을 수 있다.

이제 도 2를 참조하여, 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)의 측벽(105)이 횡방향으로 성장되어, 트렌치(107)내에 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)이 형성된다. 갈륨 나이트라이드의 횡방향 성장은 1000 내지 1100℃의 온도와 45 Torr(약 6×10⁴Pa)의 압력에서 얻어질 수 있다. 전구체인 13 내지 39μmol/min 정도의 TEG 및 1500sccm의 NH₃가 3000 sccm의 H₂ 희석제와 혼합되어 이용될 수 있다. 갈륨 나이트라이드 합금을 형성하려면, 예를 들어 알루미늄, 인듐의 추가적인 통상의 전구체가 또한 이용될 수 있다. 여기서 사용된 것과 같이, "횡방향"이란 용어는 기판(102)의 표면과 평행한 방향을 의미한다. 측벽(105)으로부터의 횡방향 성장이 진행되는 동안, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)의 종방향 성장이 발생되어질 수도 있음이 이해될 것이다. 여기서 사용된 것과 같이, "종방향"이란 용어는 측벽(105)과 평행한 방향을 나타낸다. 그러나, 포스트(106)상에서의 성장 및/또는 핵생성은 마스크(109)에 의하여 감소되거나 바람직하게는 제거된다.

이제 도 3을 참조하여, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)의 계속적인 성장은 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)이 상기 개구부 어레이를 통하여 종방향으로 성장하도록 한다. 종방향 성장의 조건은 도 2를 참조하여 설명한 바와 마찬가지로 유지될 수 있다. 도 3에서 역시 볼 수 있듯이, 트렌치(107) 쪽으로 계속적인 종방향 성장이 트렌치의 바닥에서 일어날 수 있다.

도 4를 참조하여, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)의 계속적인 성장은 마스크(109)상으로의 횡방향 과도 성장을 유발하여 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)이 형성된다. 과도 성장의 조건은 도 2를 참조하여 설명한 바와 마찬가지로 유지될 수 있다.

도 5를 참조하여, 성장은 횡방향 성장 전면이 트렌치(107)내의 계면(108c)에 서 합치될 때까지 계속되는 것이 허용되어, 트렌치내에 연속적인 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108a)이 형성된다.

계속 도 5를 참조하여, 성장은 횡방향 과도 성장 전면이 마스크(109)상의 계면(108d)에서 합치될 때까지 계속되는 것이 허용되어, 연속적인 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108b)이 형성된다. 총 성장 시간은 약 60분 정도일 수 있다. 하나의 연속적인 성장 단계가 이용될 수 있다. 다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로 전자 소자(110)가 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108a)내에 형성될 수 있다. 또한, 소자들은 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)내에도 형성될 수 있다.

따라서, 도 6에서, 본 발명에 따른 갈륨 나이트라이드 반도체 구조(100)가 기술된다. 갈륨 나이트라이드 구조(100)는 기판(102)을 포함한다. 기판은 바람직하게는 6H-SiC(0001) 기판(102a)과 실리콘 카바이드 기판(102a)상의 알루미늄 나이트라이드 버퍼층(102b)을 포함한다. 알루미늄 나이트라이드 버퍼층(102b)은 0.1㎛의 두께를 가질 수 있다.

기판(102)의 제조는 당업자에게 공지되었으므로, 더 설명할 필요가 없다. 실리콘 카바이드 기판의 제조는 예를 들어, 팔모어(Palmour)씨에게 허여된 미합중국 특허 제 4,865,685호, 데이비스(Davis)씨 등에게 허여된 재발행 특허 제 34,861호, 콩(Kong)씨 등에게 허여된 제 4,912,064호, 팔모어(Palmour)씨 등에게 허여된 제 4,946,547호등에 기술되었으며, 실리콘 카바이드 기판의 제조에 대한 이러한 개시는 참조 문헌으로써 본 명세서에 결합된다.

하부 갈륨 나이트라이드 층(104) 또한 기판(102a) 반대쪽 버퍼층(102b)상에 포함된다. 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)은 약 0.5 내지 2.0㎛의 두께일 수 있으며, 유기금속 기상 에피택시를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층은 바람직하지 않는 상대적으로 높은 결함 밀도를 갖는 것이 일반적이다. 예를 들어, 10⁸ 내지 10¹⁰㎝^-2 사이의 전위 밀도가 하부 갈륨 나이트라이드 층내에 존재할 수 있다. 이러한 높은 결함 밀도는 버퍼층(102b)과 하부 갈륨 나이트라이드 층(104) 사이에서 격자 상수의 미스매치 및/또는 그 밖의 원인으로부터 유발된다. 이러한 높은 결함 밀도는 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)내에 형성된 마이크로 전자 소자의 성능에 영향을 줄 수 있다.

여전히 도 6의 설명과 계속하여, 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)은 복수개의 측벽(105)을 포함한다. 복수개의 측벽(105)은 복수개의 포스트(106) 및/또는 복수개의 트렌치(107)에 의하여 한정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 측벽은 경사 및 다양한 돌출 형태가 될 수 있다. 또한 상기 갈륨 나이트라이드 포스트(106)는 마스크(109)와 같은 캡핑층으로 씌어져 있는데, 상기 마스크(109)는 실리콘 나이트라이드로 이루어진 것이 바람직하다.

도 6의 설명과 계속하여, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)은 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)의 복수개의 측벽(105)으로부터 횡방향 및 종방향으로 연장된다. 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)이 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)으로부터 연장되어 있다. 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)과 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)은 약 1000 내지 1100℃의 온도와 약 45 Torr(약 6×10⁴Pa)의 압력에서 유기금속 기상 에피택시에 의하여 형성될 수 있다. 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)과 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)을 형성하기 위하여, 전구체인 약 13 내지 39μmol/min의 트리에틸갈륨과 약 1500sccm의 암모니아(NH₃)가 약 3000sccm의 H₂ 희석제와 혼합되어 사용될 수 있다.

도 6에서 나타낸 바와 같이, 갈륨 나이트라이드 반도체 구조(100)는 또한 포스트(106)로부터 종방향으로 연장된 종방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)도 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)은 계면(108c)에서 합치되어, 트렌치내에 연속적인 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108a)을 형성한다. 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)내의 전위 밀도는, 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)으로부터 종방향에 대한 것과 같은 밀도를 가지며 측벽(105)으로부터 횡방향으로 일반적으로 전파되지는 않는다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)은 상대적으로 낮은 결함 밀도, 예를 들어, 약 10⁴㎝^-2 이하의 결함 밀도를 가질 수 있다. 실제적인 관점에서, 이 정도는 결함이 없다고 할 수 있다. 따라서, 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)은 소자 특성이 우수한 갈륨 나이트라이드 반도체 물질을 형성할 수 있다. 그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로 전자 소자(110)가 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)내에 형성될 수 있다.

계속 도 6을 참조하여, 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)은 계면(108d)에서 합치되어, 마스크상에서 연속적인 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108b)을 형성한다. 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)과 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)내의 전위 밀도는, 종방향에 대한 것과 같은 밀도를 가지며 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)과 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)으로부터 횡방향으로 일반적으로 전파되지는 않는다는 것이 알려져 있다. 그러므로, 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b) 역시 상대적으로 낮은 결함 밀도, 예를 들어, 10⁴㎝^-2 이하의 결함 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)은 소자 특성이 우수한 갈륨 나이트라이드 반도체 물질을 형성할 수 있다. 그러므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로 전자 소자(110)가 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)내에 형성될 수 있다.

이제 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 갈륨 나이트라이드 반도체 구조 및 제조 방법의 다른 실시예가 설명될 것이다. 갈륨 나이트라이드 구조가 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 방법에 의하여 제조되는데, 포스트와 트렌치의 간격 및 크기가 달라진다. 도 7에서는, 별개의 갈륨 나이트라이드 구조를 제조하기 위하여 작은 포스트 너비/트렌치 너비 비율이 이용된다. 도 8에서는, 다른 별개의 갈륨 나이트라이드 구조를 제조하기 위하여 큰 포스트 너비/트렌치 너비 비율이 이용된다.

먼저 도 7을 참조하면, 작은 포스트 너비/트렌치 너비 비율을 이용하여, 도 1 내지 도 4에서 언급된 것과 같은 방법으로 도 7의 갈륨 나이트라이드 반도체 구조를 제조한다. 계속 도 7을 참조하여, 성장은 횡방향 과도 성장 전면이 마스크(109)상의 계면(108d)에서 합치될 때까지 계속되는 것이 허용되어, 마스크(109)상에서 연속적인 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108b)이 형성된다. 총 성장 시간은 약 60분 정도일 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 마이크로 전자 소자(110)가 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108b)내에 형성될 수 있다.

이제 도 8을 참조하면, 큰 포스트 너비/트렌치 너비 비율을 이용하여, 도 1 내지 도 4에서 언급된 것과 같은 방법으로 도 8의 갈륨 나이트라이드 반도체 구조를 제조한다. 계속 도 8을 참조하여, 성장은 횡방향 과도 성장 전면이 트렌치(107)내의 계면(108c)에서 합치될 때까지 계속되는 것이 허용되어, 트렌치(107)내에서 연속적인 갈륨 나이트라이드 반도체 층(108a)이 형성된다. 총 성장 시간은 약 60분 정도일 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 마이크로 전자 소자(110)가 펜디오에피택셜 갈륨 나이트라이드 층(108a)내에 형성될 수 있다.

본 발명의 방법과 구조에 관한 부가적인 설명이 제공될 것이다. 트렌치(107)와 바람직한 직사각형 트렌치는 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)상에서 <

> 및/또는 <

> 방향을 따라서 연장되는 것이 바람직하다. <

>을 따르는 트렌치에서 (

) 경사면과 좁은(0001) 상부면을 갖는 잘려진 삼각 스트라이프가 얻어질 수 있다. (0001)의 상부면과 (

) 수직측면 및 (

) 경사면을 갖는 직사각 스트라이프가 <

> 방향을 따라서 성장될 수 있다. 3분 이상의 성장 시간 동안, 유사한 모폴로지가 배열 방향에 상관없이 얻어질 수 있다. 성장이 계속된다면, 스트라이프는 다른 형태로 발달된다.

횡방향 성장의 양은 일반적으로 트렌치의 방향에 강한 의존성을 보인다. <

> 방향의 성장 속도는 <

> 방향의 성장 속도보다 일반적으로 훨씬 빠르다. 따라서, 트렌치는 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)의 <

> 방향을 따라서 연장되도록 배열되는 것이 가장 바람직하다.

배열 방향의 함수로서 다른 형태학상의 성장이 일어나는 것은 갈륨 나이트라이드 구조내에서 결정학적 면의 안정성에 관련된 것으로 나타난다. <

> 방향을 따라 배열되는 트렌치는 성장 조건에 따라 넓은 (

) 경사면과 매우 좁은 (0001) 상부면을 가지거나 (0001) 상부면이 없을 수 있다. 이는 (

)이 갈륨 나이트라이드 우짜이트(wurtzite) 결정 구조에서 가장 안정한 면이고, 또한 이 면의 성장 속도가 다른 면의 성장 속도보다 작기 때문이다. <

>으로 배열된 트렌치의 {

}면은 물결 형상일 수 있고, 이것은 밀러 지수가 하나 이상 존재한다는 것을 의미한다. 이것은 선택된 {

} 면의 경쟁적 성장이 증착 중에 발생되어, 이 면들을 불안정하게 하고, 또한 그 면의 성장 속도를 <

> 방향을 따라서 배열된 트렌치의 (

) 면의 성장 속도보다 상대적으로 증가시킨다는 것을 나타낸다.

<

> 방향으로 배열된 트렌치로부터 선택적으로 성장된 갈륨 나이트라이드 층의 모포로지는 일반적으로 성장 온도와 강력한 상관 관계를 갖는다. 1000℃에서 성장된 층은 잘려진 삼각형 형태를 가질 수 있다. 이 모포로지는 성장 온도가 증가됨에 따라, 사각형 단면 형태로 점진적으로 변화할 것이다. 이 형태의 변화는 확산 계수 증가의 결과로 발생되어서, {

}면들 상부에서 (0001) 상부면을 따라서 갈륨종의 유속이 성장 온도의 증가와 함께 증가하게 된다. 이는 (0001) 면의 성장 속도의 감소와 {

}의 성장 속도의 증가를 초래한다. 또한, 이러한 현상은 실리콘 산화막 상에서 갈륨 아세나이드의 선택적 성장에서도 관찰되었다. 따라서, 1100℃의 온도가 가장 바람직한 것으로 보인다.

갈륨 나이트라이드 영역의 형태학적 발전은 또한 TEG의 유량비에 의존하는 것으로 보인다. TEG 공급의 증가는 일반적으로 횡방향 및 종방향 모두의 성장 속도를 증가시킨다. 그러나, 종방향에 대한 횡방향 성장 속도의 비율은 TEG 유량이 13μmol/min일 때 1.7에서 39μmol/min일 때 0.86으로 감소한다. TEG 유량과 함께 <

> 방향에 따른 성장 속도에 비하여 <0001> 방향에 따른 성장 속도에 대한 이러한 증가된 영향은 사용된 리액터 타입에 관련될 수 있다. 여기서, 리액턴트(reactant) 가스들은 기판에 종방향 및 직교하도록 흐른다. 표면상에서 갈륨종 농도의 상당한 증가는, 화학적 흡착(chemisoption) 및 갈륨 나이트라이드 성장이 (0001)면에서 더 쉽게 발생되도록, {

}으로의 확산을 충분하게 저지할 수 있다.

연속적인 2㎛ 두께의 갈륨 나이트라이드 반도체 층은, 1100℃ 및 26μmol/min의 TEG 유량하에서, <

>을 따라 3㎛ 간격으로 배열된 7㎛ 폭의 트렌치를 이용해서 얻어질 수 있다. 연속적인 2㎛ 두께의 갈륨 나이트라이드 반도체층은 1100℃ 및 26μmol/min의 TEG 유량하에서, <

>을 따라 2㎛ 간격으로 배열된 3㎛ 폭의 트렌치를 이용해서 얻어질 수도 있다. 연속적인 갈륨 나이트라이드 반도체층은 두 개의 성장 전면이 합치될 때 형성되는 표면 하부의 보이드를 포함할 수 있다. 이러한 보이드는 종방향의 {

} 측면을 갖는 직사각형의 트렌치 및/또는 마스크 개구부가 발전되는 횡방향 성장 조건에서 자주 발생될 수 있다.

연속적인 갈륨 나이트라이드 반도체 층은 현미경학적으로 평탄하며 피트(pit)가 없는 표면을 가질 수 있다. 횡방향으로 성장된 갈륨 나이트라이드 층의 표면은 0.32nm의 평균 단차 높이를 갖는 테라스(terrace) 구조를 가질 수 있다. 이러한 테라스 구조는, 알루미늄 나이트라이드 버퍼층에 성장된 보다 넓은 막내에는 포함되지 않으므로, 횡방향으로 성장된 갈륨 나이트라이드와 관련될 수 있다. 평균 RMS 거칠기 값은 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)에서 얻어지는 값과 유사할 수 있다.

하부 갈륨 나이트라이드 층(104) 및 버퍼층(102b) 사이의 경계면으로부터 발생되는 쓰레딩 전위(threading dislocation)는 하부 갈륨 나이트라이드 층(104)의 상부 표면으로 전파되는 것으로 보인다. 이러한 영역내의 전위 밀도는 약 10⁹㎝^-2이다. 이와 대비하여, 쓰레딩 전위들은 횡방향으로는 쉽게 전파되지 않는다. 오히려, 횡방향 갈륨 나이트라이드 영역(108a)과 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 영역(108b)은 단지 소수의 전위만을 포함한다. 이러한 소수의 전위는 재성장된 영역내에서 90°구부러진 후 종방향 쓰레딩 전위의 연장을 통하여 (0001) 면과 평행하게 형성될 수 있다. 이러한 전위는 과도 성장된 갈륨 나이트라이드 층의 상부 표면으로 전파되는 것으로 보이지 않는다.

설명한 바와 같이, 선택적으로 성장된 갈륨 나이트라이드 층의 형성 메카니즘은 횡방향 에피택시이다. 이 메카니즘의 주된 두 단계는 횡방향 (또는 펜디오에피택셜) 성장 및 종방향 성장이다. 펜디오에피택셜 성장동안, 갈륨 나이트라이드는 종방향과 횡방향으로 동시에 성장된다. 증착된 갈륨 나이트라이드는 마스크(109)상에서보다 측벽에서 더 빨리 선택적으로 성장하는데, 그 이유는 마스크(s<<1)와 기판(s<1)상에서에 비하여 갈륨 나이트라이드 표면(s=1)상에서의 갈륨 원자의 고착 계수(s)가 훨씬 높기 때문임이 명백하다. 갈륨 또는 질소 원자들은 마스크와 기판 표면에 갈륨 나이트라이드 핵이 생성되기에 충분한 수자와 시간동안 결합하려 하지 않는다. 갈륨 또는 질소 원자들은 증발하거나, 마스크나 기판의 끝이나 마스크상으로 마스크나 기판 표면을 따라 확산될 것이다. 횡방향 과도 성장동안, 갈륨 나이트라이드는 종방향과 횡방향으로 동시에 성장된다. 펜디오에피택셜 성장이 마스크상에서 결합하더라도, 갈륨 또는 질소 원자들은 여전히 마스크 표면에 갈륨 나이트라이드 핵이 생성되기에 충분한 수자와 시간동안 결합하려 하지 않는다. 갈륨 또는 질소 원자들은 증발하거나, 마스크의 끝이나 펜디오에피택셜 갈륨 나이트라이드 수직측면상으로 마스크 표면을 따라 확산될 것이다.

갈륨 나이트라이드상에서 갈륨 및 질소의 표면 확산은 갈륨 나이트라이드의 선택적 성장에서 중요한 역할을 할 수 있다. 물질의 주요 소스는 가스 상태로부터 유도되는 것으로 보인다. 이는 TEG 유량비의 증가가 (0001) 상부면의 성장 속도를 (

) 측면에서 보다 더 빠르게 진행시키고, 그리하여 횡방향 성장을 제어한다는 사실에 의하여 설명되어질 수 있다.

결론적으로, 펜디오에피택셜과 횡방향 에피택셜 과도 성장은 마스크된 하부 갈륨 나이트라이드 층의 측벽으로부터 MOVPE법으로 얻어질 수 있다. 성장은 측벽의 배향, 성장 온도 및 TEG 유량에 강하게 의존한다. 극도로 낮은 전위 밀도와 피트가 존재하지 않는 평탄한 표면을 갖는 영역을 형성하도록, 펜디오에피택셜로 자라거나 과도 성장된 갈륨 나이트라이드 영역의 합치는 1100℃의 온도 및 26μmol/min의 TEG 유량하에서 2㎛ 폭의 포스트 사이에 형성되고 <

>방향을 따라서 연장된 3㎛폭의 트렌치를 이용함으로써 달성된다. MOVPE법에 의한 측벽으로부터의 갈륨 나이트라이드의 펜디오에피택셜과 횡방향 과도 성장은 박막의 전면에 마이크로 전자 소자용 낮은 결함 밀도 영역을 얻는데 사용될 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (35)

1. 갈륨 나이트라이드 층은 복수개의 포스트(106)와, 각 포스트 사이의 복수개의 트렌치(107)를 포함하고, 상기 트렌치는 캡핑층내의 복수개의 개구부를 한정하도록, 실리콘 카바이드 기판(102), 상기 실리콘 카바이드 기판상의 갈륨 나이트라이드 층(104), 및 상기 실리콘 카바이드 기판 반대쪽 상기 갈륨 나이트라이드 층상의 캡핑층(109)을 제공하는 단계; 및

   갈륨 나이트라이드 반도체 층(108a)을 형성하기 위하여, 상기 포스트의 측벽(105)을 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시키는 단계를 포함하고,

   상기 복수개의 트렌치는 상기 실리콘 카바이드 기판내에 트렌치 바닥을 포함하는 것을 특징으로 하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계는

   갈륨 나이트라이드 반도체 층을 형성하도록, 횡방향으로 성장된 측벽이 상기 트렌치내에서 합치될 때까지(108c) 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계는

   갈륨 나이트라이드 반도체 층을 형성하도록, 상기 트렌치내에서 횡방향으로 성장된 상기 포스트의 측벽을 상기 포스트 상부의 캡핑층 위로 횡방향으로 과도 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계는

   갈륨 나이트라이드 반도체 층을 형성하도록, 상기 횡방향으로 성장된 측벽이 상기 캡핑층상에서 합치될 때까지 상기 트렌치내에서 횡방향으로 성장된 상기 포스트의 측벽을 상기 포스트 상부의 캡핑층 위로 횡방향으로 과도 성장시키는 단계(108b)를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계 이후에

   상기 갈륨 나이트라이드 반도체 층내에 마이크로 전자 소자(110)를 형성하는 단계를 실시하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계는

   유기금속 기상 에피택시를 이용하여 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층은 결함 밀도를 갖고, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계는 상기 결함 밀도보다 더 낮은 결함 밀도의 갈륨 나이트라이드 반도체 층을 형성하도록, 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치내로 횡방향으로 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 횡방향으로 성장시키는 단계는

   상기 캡핑층내의 상기 개구부를 통하여 종방향으로 연장된 상기 트렌치내의 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)을 형성하기 위하여, 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치내와 상기 캡핑층내의 상기 개구부를 통하여 횡방향 및 종방향으로 성장시키는 단계; 및

   과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)을 형성하기 위하여, 상기 캡핑층내의 상기 개구부를 통하여 연장된 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층을 상기 캡핑층 위로 횡방향으로 과도 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층을 횡방향으로 과도 성장시키는 단계는 상기 캡핑층 상에 종방향으로 갈륨 나이트라이드를 성장시키지 않고 실시되는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층을 횡방향으로 과도 성장시키는 단계는

    연속적인 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층을 형성하도록, 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층이 상기 캡핑층상에서 합치될 때까지(108d), 상기 캡핑층내의 상기 개구부를 통하여 연장된 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층을 상기 캡핑층 위로 횡방향으로 과도 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층을 횡방향으로 과도 성장시키는 단계 이후에

    상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층내에 마이크로 전자 소자(110)를 형성하는 단계를 실시하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 갈륨 나이트라이드 층상의 캡핑층을 제공하는 단계는,

    실리콘 카바이드 기판상의 하부 갈륨 나이트라이드 층을 개구부 어레이를 갖는 마스크로 마스킹하는 단계;

    상기 하부 갈륨 나이트라이드 층내에 측벽과, 캡핑층을 제공하기 위하여 마스크가 씌어진 상부를 갖는 복수개의 포스트와, 각 포스트 사이의 복수개의 트렌치를 한정하기 위하여, 상기 개구부 어레이를 통하여 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층을 식각하는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 마스킹하는 단계는

    실리콘 카바이드 기판상의 버퍼층(102b)상의 하부 갈륨 나이트라이드 층을 개구부 어레이를 갖는 마스크로 마스킹하는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 식각하는 단계는

    상기 하부 갈륨 나이트라이드 층내에 측벽과, 마스크가 씌어진 상부 및 상기 실리콘 카바이드 기판내에 트렌치 바닥을 갖는 복수개의 포스트와, 각 포스트 사이의 복수개의 트렌치를 한정하기 위하여, 상기 개구부 어레이를 통하여 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층과 실리콘 카바이드 기판을 식각하는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 식각하는 단계는

    상기 하부 갈륨 나이트라이드 층내에 측벽과, 마스크가 씌어진 상부 및 상기 실리콘 카바이드 기판내에 트렌치 바닥을 갖는 복수개의 포스트와, 각 포스트 사이의 복수개의 트렌치를 한정하기 위하여, 상기 개구부 어레이를 통하여 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층, 버퍼층 및 실리콘 카바이드 기판을 식각하는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
16. 제 8 항에 있어서, 상기 하부 갈륨 나이트라이드 층은 결함 밀도를 갖고, 상기 횡방향 및 종방향으로 성장시키는 단계는 상기 결함 밀도보다 더 낮은 결함 밀도의 횡방향 갈륨 나이트라이드 반도체 층을 형성하도록, 상기 포스트의 측벽을 상기 트렌치 내와 상기 캡핑층내의 상기 개구부를 통하여 횡방향 및 종방향으로 성장시키는 단계를 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 층의 제조 방법.
17. 실리콘 카바이드 기판(102a);

    측벽(105)과 상부를 가지고, 그 사이의 복수개의 트렌치(107)를 한정하는 상기 실리콘 카바이드 기판상의 복수개의 갈륨 나이트라이드 포스트(106);

    상기 포스트 상부의 캡핑층(109); 및

    상기 포스트의 측벽으로부터 상기 트렌치내로 횡방향으로 연장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108a)을 포함하고, 상기 복수개의 트렌치는 상기 실리콘 카바이드 기판내로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조(100).
18. 제 17 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은

    인접하는 측벽 사이의 트렌치를 가로질러 연장된 연속적인 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108c)인 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은

    상기 트렌치내에서 종방향으로도 연장되어 상기 캡핑층을 지나서 연장되어 있는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층으로부터 상기 캡핑층 위까지 횡방향으로 연장된 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108b)을 더 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은

    인접하는 측벽 사이의 캡핑층을 가로질러 연장된 연속적인 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층(108c)인 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
22. 제 17 항에 있어서, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층내에 복수개의 마이크로 전자 소자(110)를 더 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
23. 제 19 항에 있어서, 상기 트렌치내에서 종방향으로 연장되어 상기 캡핑층을 지나서 연장되어 있는 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층내에 복수개의 마이크로 전자 소자를 더 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
24. 제 20 항에 있어서, 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층내에 복수개의 마이크로 전자 소자를 더 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
25. 제 17 항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 기판과 상기 복수개의 포스트 사이에 버퍼층(102b)을 더 포함하는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 버퍼층을 지나서 상기 실리콘 카바이드 기판내로 연장되어 있는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
27. 제 17 항에 있어서, 상기 포스트는 결함밀도를 갖고, 상기 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 상기 결함 밀도보다 낮은 결함 밀도를 갖는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
28. 제 20 항에 있어서, 상기 포스트는 결함밀도를 갖고, 상기 과도 성장된 횡방향 갈륨 나이트라이드 층은 상기 결함 밀도보다 낮은 결함 밀도를 갖는 갈륨 나이트라이드 반도체 구조.
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