KR20140003533A - Iii-v semicondcutor structures with diminished pit defects and methods for forming the same - Google Patents
Iii-v semicondcutor structures with diminished pit defects and methods for forming the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140003533A KR20140003533A KR1020137021243A KR20137021243A KR20140003533A KR 20140003533 A KR20140003533 A KR 20140003533A KR 1020137021243 A KR1020137021243 A KR 1020137021243A KR 20137021243 A KR20137021243 A KR 20137021243A KR 20140003533 A KR20140003533 A KR 20140003533A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- indium
- iii
- semiconductor layer
- forming
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/38—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
반도체 구조물들 및 이들의 제조 방법과 관련한 실시예들이 개시된다. 일부 실시예들에서, 상기 방법들은 InGaN과 같은 III-V 물질들의 반도체 구조물들을 제조하는데 사용될 수 있다. In-III-V 반도체 층은, 성장 표면의 온도와 같은 성장 조건들을 조절함으로써 초-포화 구간을 생성하여, 포화 구간보다 높은 인듐 농도로 성장되고, In-III-V 반도체 층은 포화 구간에 비해 낮춰진 V-피트들의 밀도를 갖도록 성장될 것이다.Embodiments relating to semiconductor structures and methods of manufacturing the same are disclosed. In some embodiments, the methods can be used to fabricate semiconductor structures of III-V materials such as InGaN. The In-III-V semiconductor layer is grown to an indium concentration higher than the saturation period by generating a super-saturation period by controlling growth conditions such as the temperature of the growth surface, and the In-III-V semiconductor layer is compared with the saturation period. It will grow to have a lower density of V-pits.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 III-V 반도체 구조물들 및 III-V 반도체 구조물들의 형성 방법들에 관한 것이다.Embodiments of the present invention generally relate to III-V semiconductor structures and methods of forming III-V semiconductor structures.
예를 들어, III-아스나이드들(예를 들어, 인듐갈륨아스나이드(InGaAs)), III-포스파이드들(예를 들어, 인듐갈륨포스파이드(InGaP) 및 III-나이트라이드들(예를 들어, 인듐갈륨나이트라이드(InGaN))와 같은, III-V 반도체 물질들은 다양한 전자 장치 구조물들에서 사용될 수 있다. 일부 예시적인 전자 장치들로서, 스위칭 구조물들(예를 들어, 트랜지스터 등), 발광 구조물들(예를 들어, 레이저 다이오드, 레이저 발광 다이오드(LED) 등), 수광 구조물들(예를 들어, 도파관(waveguides), 스플리터(splitters), 믹서(mixers), 포토다이오드(photodiodes), 솔라 셀(solar cells), 솔라 서브셀(solar subcells), 및/또는 MEMS 구조물(microelectromechanical system structures)(예를 들어, 가속도계, 압력 센서 등) 등을 들 수 있다. 그러한 III-V 반도체 물질들을 포함하는 전자 장치 구조물들은 다양한 종류의 응용분야들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 장치 구조물들은 하나 이상의 다양한 파장들에서 복사(radiation)(예를 들어, 가시광)를 생성하는데 종종 사용될 수 있다. 그러한 구조물에 의해 방사되는 광은 조명 장치들에서 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어, 미디어 저장 및 복구 장치들, 통신 장치들, 프린팅 장치들, 분광 장치들, 생물학적 병원체 검출 장치들, 이미지 투사 장치들에서도 사용될 수 있다.For example, III-arsenides (eg, indium gallium arsenide (InGaAs)), III-phosphides (eg, indium gallium phosphide (InGaP) and III-nitrides (eg III-V semiconductor materials, such as indium gallium nitride (InGaN), can be used in a variety of electronic device structures As some exemplary electronic devices, switching structures (eg, transistors, etc.), light emitting structures (E.g., laser diodes, laser light emitting diodes (LEDs), etc.), light receiving structures (e.g., waveguides, splitters, mixers, photodiodes, solar cells) cells, solar subcells, and / or microelectromechanical system structures (eg, accelerometers, pressure sensors, etc.), etc. Electronic device structures including such III-V semiconductor materials Various types of applications For example, such device structures can often be used to generate radiation (eg, visible light) at one or more various wavelengths. Not only can be utilized in, but also can be used, for example, in media storage and recovery devices, communication devices, printing devices, spectroscopic devices, biological pathogen detection devices, image projection devices.
더욱 구체적으로, InGaN 층은 초기에는 하부 기판에서 "비정규형으로(pseudomorphically)" 성장할 수 있고, 그에 따라, 상기 InGaN 층의 격자 파라미터는, 상기 하부 기판 상에 성장되어, 상기 하부 기판의 격자 파라미터와 실질적으로 매치되도록, 야기(예를 들어, 원자력(atomic forces)에 의해 강제)된다. 상기 InGaN 층과 상기 하부 층(예를 들어, GaN) 사이의 격자 부정합은 상기 InGaN 층의 결정 격자 내 스트레인(strain)을 유발할 수 있고, 이 유발된 스트레인은 스트레인 에너지를 유발할 수 있으며 상기 스트레인 에너지는 상기 InGaN 층의 증가된 두께와 함께 증가할 수 있다. 상기 InGaN 층의 두께가 그것의 연속적인 성장과 함께 증가함에 따라, 상기 InGaN 층의 상기 스트레인 에너지는, 일반적으로 "임계 두께"로 지칭되는 두께에서, 상기 InGaN 층이 더 이상 비정규형 방식으로 성장하지 않을 수 있고 스트레인 완화를 경험할 수 있을 때까지, 증가할 수 있다. 상기 InGaN 층의 스트레인 완화는 상기 InGaN 층의 품질 악화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 그러한 상기 InGaN 층 내 결정 품질의 악화는, 결정 결함(예를 들어, 전위(dislocations))의 형성, 상기 InGaN 층 표면의 거칠어짐(roughening), 및/또는 이질 물질 구성 영역(regions of inhomogenous material composition)의 형성을 포함할 수 있다.More specifically, the InGaN layer may initially grow "pseudomorphically" in the underlying substrate, such that the lattice parameter of the InGaN layer is grown on the underlying substrate, thereby increasing the lattice parameter of the underlying substrate. To be substantially matched, it is caused (eg, forced by atomic forces). Lattice mismatch between the InGaN layer and the underlying layer (e.g. GaN) can cause strain in the crystal lattice of the InGaN layer, and the induced strain can cause strain energy and the strain energy May increase with increased thickness of the InGaN layer. As the thickness of the InGaN layer increases with its continuous growth, the strain energy of the InGaN layer no longer grows in an irregular fashion, at a thickness generally referred to as "critical thickness". It may not and may increase until you can experience strain relaxation. Strain relaxation of the InGaN layer can lead to poor quality of the InGaN layer. For example, such deterioration of crystal quality in the InGaN layer may result in the formation of crystal defects (eg, dislocations), roughening of the InGaN layer surface, and / or heterogeneous material regions. of inhomogenous material composition).
일부 경우들에서, 이러한 결함들은 장치의 비효율화를 야기할 수 있다. 예를 들어, 결함들은 LED들 또는 레이저 다이오드들의 P-N 접합을 가로지르는 쇼트를 야기하기에 충분할 정도로 현저할 수 있고, 그에 따라 상기 발광 장치는 원하는 전자기 에너지를 생성하지 못한다.In some cases, these defects can cause inefficiency of the device. For example, the defects may be significant enough to cause a short across the P-N junction of the LEDs or laser diodes, such that the light emitting device does not produce the desired electromagnetic energy.
III-V 반도체 구조물들 및 그러한 III-V 반도체 구조물들의 형성 방법에 있어서, 그것이 형성된 장치의 품질을 개선시키기 위해 감소된 결함 밀도를 갖도록 하는 요구가 있다. 특히, 다른 물질들과 혼합된(alloyed) 인듐을 포함하는 III-V 반도체 구조물들 및 이들의 형성 방법과 관련하여, 상대적으로 두껍고, 상대적으로 높은 인듐 농도를 가지며, 또는 이들이 조합된, 감소된 결함 밀도를 갖는 인듐 포함 층을 형성하기 위한 요구가 있다.In III-V semiconductor structures and methods of forming such III-V semiconductor structures, there is a need to have a reduced defect density in order to improve the quality of the device in which it is formed. In particular, with respect to III-V semiconductor structures comprising indium alloyed with other materials and methods of forming them, a relatively thick, relatively high indium concentration, or a combination thereof, reduced defects There is a need to form an indium containing layer having a density.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 요구를 충족시킬 수 있는, 즉 높은 인듐 농도를 갖고 상대적으로 두꺼운 인듐 포함층에 대해서도 감소된 결함 밀도(예를 들어, V-피트 밀도)를 갖는 반도체 구조물을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor structure capable of meeting the above requirements, i.e. a semiconductor structure having a high indium concentration and having a reduced defect density (e.g., V-pit density) even for relatively thick indium containing layers. To provide.
본 발명의 다양한 실시예들은 일반적으로 III-V 반도체 구조물들 및 그러한 III-V 반도체 구조물들의 형성 방법과 관련된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 본 발명은 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN) 구조물들 및 InGaN 구조물들의 형성 방법을 포함한다.Various embodiments of the present invention generally relate to III-V semiconductor structures and methods of forming such III-V semiconductor structures. For example, in some embodiments, the present invention includes indium gallium nitride (InGaN) structures and a method of forming InGaN structures.
본 과제의 해결 수단은 선택된 기술 사상을 단순한 형태로 소개하기 위해 제공된 것이며, 이는 이하 본 발명의 일부 예시적인 실시예들과 관련하여 상세한 설명에서 더 설명된다. 본 과제의 해결 수단은, 청구범위에 기재된 기술 사상의 주요 특징들 또는 필수 특징들을 규정하도록 의도된 것이 아니고, 청구범위에 기재된 기술 사상의 범위를 한정하는데 사용하려는 의도도 아니다.Solution to the present invention is provided to introduce the selected technical idea in a simple form, which is further described in the following description with reference to some exemplary embodiments of the present invention. Means for solving the problems are not intended to define the main features or essential features of the technical spirit described in the claims, nor are they intended to be used to limit the scope of the technical spirit described in the claims.
일부 실시예들에서, 본 발명은 반도체 구조물의 형성 방법을 포함하고, 상기 방법은, 기판 상에 III-V 반도체 층을 형성하는 단계 및 상기 III-V 반도체 층의 성장 표면 상에 낮춰진 V-피트 밀도를 갖는 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 인듐-III-V 반도체 층은 인듐 포화 구간보다 높은 인듐 고체 상태 농도로 형성되며, 상기 인듐 포화 구간에 상응하는 챔버 온도보다 낮은 챔버 온도를 포함하는, 인듐 초-포화 구간으로 구성된 프로세싱 챔버 내에서, 인듐 전구체, 상기 인듐 전구체와 다른 III 족 원소 전구체, 및 V 족 원소 전구체를 적어도 조합함으써, 형성된다.In some embodiments, the present invention includes a method of forming a semiconductor structure, the method comprising forming a III-V semiconductor layer on a substrate and lowering V- on a growth surface of the III-V semiconductor layer. Forming an indium-III-V semiconductor layer having a pit density. The indium-III-V semiconductor layer is formed at an indium solid state concentration higher than the indium saturation period and includes a chamber temperature lower than the chamber temperature corresponding to the indium saturation period. And an indium precursor, the indium precursor, another group III element precursor, and a group V element precursor.
추가적인 실시예들에서, 본 발명은 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN) 층을 성장하는 방법을 포함한다. III 족 분압에서의 III 족 원소 전구체가, 상부에 형성된 III-V 반도체 층을 갖는 기판을 포함하는 프로세싱 챔버로 도입된다. V 족 분압에서의 V 족 원소 전구체가 상기 프로세싱 챔버로 도입되고, 인듐 분압에서의 인듐 전구체가 상기 프로세싱 챔버로 도입된다. 인듐-III-V 반도체 층은, 인듐 포화 구간의 상응하는 챔버 온도보다 더 낮은 챔버 온도를 포함하는 프로세싱 챔버 내 인듐 초-포화 구간을 구축함으로써, 낮춰진 V-피트 밀도로 그리고 임계 두께보다 더 큰 두께로 형성된다.In further embodiments, the present invention includes a method of growing an indium gallium nitride (InGaN) layer. A Group III element precursor at Group III partial pressure is introduced into a processing chamber comprising a substrate having a III-V semiconductor layer formed thereon. A group V element precursor at group V partial pressure is introduced into the processing chamber and an indium precursor at indium partial pressure is introduced into the processing chamber. The indium-III-V semiconductor layer is formed with an indium super-saturation section in the processing chamber that includes a chamber temperature lower than the corresponding chamber temperature of the indium saturation section, resulting in a lower V-pit density and greater than the critical thickness. It is formed in thickness.
추가적인 실시예들에서, 본 발명은 InGaN 층에 대한 프로세싱 파라미터의 결정 방법을 포함한다. 프로세싱 챔버의 실질적으로 일정한 온도 및 압력과 조합된 III 족 원소 압력에 대한 인듐 분압의 범위를 기초로 InGaN 층에 대한 인듐 포화 구간이 결정된다. 인듐 초-포화 구간은 상기 인듐 포화 구간에서의 성장-표면 온도의 그것보다 더 낮은 성장-표면 온도를 포함하도록 결정되고, 상기 인듐 초-포화 구간은, 더 높은 인듐 고체 상태 농도에서의 낮춰진 V-피드 밀도를 구축하는데 충분하다.In further embodiments, the present invention includes a method of determining processing parameters for an InGaN layer. The indium saturation interval for the InGaN layer is determined based on the range of indium partial pressure for Group III element pressure in combination with the substantially constant temperature and pressure of the processing chamber. The indium super-saturation zone is determined to include a growth-surface temperature lower than that of the growth-surface temperature in the indium saturation zone, and the indium super-saturation zone is lowered at higher indium solid state concentrations. Sufficient to build feed density.
추가적인 실시예들에서, 본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 형성된 III-V 반도체 층을 포함하는 반도체 구조물을 포함한다. 상기 반도체 구조물은, 낮춰진 V-피트 밀도 및 인듐 포화 구간의 고체 상태의 인듐 농도보다 큰 고체 상태의 인듐 농도를 갖는 InGaN 층도 포함하고, 상기 InGaN 층은 상기 포화 구간의 그것보다 더 낮은 챔버 온도를 갖는 인듐 초-포화 구간 내에서 형성된다.In further embodiments, the present invention includes a semiconductor structure comprising a substrate and a III-V semiconductor layer formed on the substrate. The semiconductor structure also includes an InGaN layer having a lowered V-pit density and an indium concentration in the solid state that is greater than the indium concentration in the solid state of the indium saturation section, wherein the InGaN layer has a lower chamber temperature than that of the saturation section. It is formed in the indium super-saturation section with.
본 발명의 실시예들의 추가적인 관점들, 세부사항들, 및 구성요소들의 선택적인 조합들이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.Further aspects, details, and optional combinations of the components of the embodiments of the present invention will become apparent from the following detailed description.
본 발명의 일부 실시예들은, 약 6% 내지 9% 범위의 고체 상태 인듐 농도들의, 낮춰진 V-피트 밀도를 생성할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 상기 낮춰진 V-피트 밀도들은 약 150 나노미터 및 가능하게는 약 200 나노미터까지의 상대적으로 두꺼운 InGaN 층들에 대해서도 달성될 수 있다.Some embodiments of the present invention may produce a lowered V-pit density of solid state indium concentrations ranging from about 6% to 9%. Further, in some embodiments, the lowered V-pit densities can be achieved even for relatively thick InGaN layers of up to about 150 nanometers and possibly up to about 200 nanometers.
첨부된 도면에 도시된, 본 발명의 예시적인 실시예들과 관련한 상세한 설명을 이하에서 참조함으로써, 본 발명이 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은 기판, III-V 반도체 층, 및 그 상에 형성된 In-III-V 반도체 층을 갖고, 그 내부에 형성된 전위들 및 V-피트들을 도시하는, 반도체 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2는 In-III-V 반도체 층 내 V-피트를 도시하는 개략적인 등거리 도면이다.
도 3은 III-V 반도체 층 및 그 상에 형성된 In-III-V 반도체 층을 갖는 기판의 개략적인 단면도로서, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 내부에 형성된 V-피트들의 낮춰진 밀도를 도시한다.
도 4는, 특정 가스 상태 인듐 농도에 걸친 인듐 포화 구간을 도시하기 위해, 인듐 가스 상태 농도 대비 인듐 고체 상태 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 도 4의 표화 구간을 보여주는 인듐 분압 대비 인듐 고체 상태 농도와 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 초-포화 구간들을 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 인듐 분압에 대한 인듐 고체 상태 농도, V-비트 밀도 및 V-피트 폭을 각각 도시하는 그래프들이다.The invention will be more fully understood by reference to the following detailed description in connection with the exemplary embodiments of the invention shown in the accompanying drawings.
1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor structure having a substrate, a III-V semiconductor layer, and an In-III-V semiconductor layer formed thereon, showing potentials and V-pits formed therein.
FIG. 2 is a schematic isometric view showing V-pits in an In-III-V semiconductor layer. FIG.
3 is a schematic cross-sectional view of a substrate having a III-V semiconductor layer and an In-III-V semiconductor layer formed thereon, illustrating the lowered density of V-pits formed therein in accordance with one or more embodiments of the present invention. Illustrated.
FIG. 4 is a graph showing indium solid state concentrations versus indium gas state concentrations to show indium saturation intervals over a particular gaseous indium concentration.
FIG. 5 is a graph showing indium solid state concentration versus indium partial pressure showing the labeled interval of FIG. 4 and super-saturated intervals in accordance with one or more embodiments of the present invention.
6A-6C are graphs illustrating indium solid state concentration, V-bit density, and V-pit width, respectively, for indium partial pressure, in accordance with one or more embodiments of the present invention.
여기에 나타나나 도시들은 임의의 특정 물질, 장치, 또는 방법의 실제 모습을 의도한 것은 아니고, 본 발명의 실시예들을 설명하는데 사용되는 순전히 이상적인 도시들에 해당한다.Although shown here, the cities are not intended to be in any way actual appearance of any particular material, apparatus, or method, and correspond to the purely ideal cities used to describe embodiments of the present invention.
여기에서 구성요소에 대한 "제1", "제2" 등과 같은 지칭을 사용한 임의의 지칭은, 명시적으로 한정됨을 기재되지 않는 한, 그러한 구성요소들의 양 또는 순서를 한정하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 오히려, 이러한 지정들은 여기서 구성요소의 예시들 또는 2개 이상의 구성요소들 사이를 구별하는 간편한 방법으로서 사용될 수 있다. 제1 및 제2 구성요소들로의 지칭은, 거기에 단지 2개의 구성요소들이 사용될 수 있다거나 제1 구성요소가 어떠한 방식으로 제2 구성요소에 선행하여야 한다는 것을 의미하는 것이 아니다. 또한, 다르게 기재되지 않는 한 구성요소들의 집합은 하나 이상의 구성요소들을 포함할 수 있다.It is to be understood that any reference herein using a reference to a component, such as “first”, “second”, etc., does not limit the quantity or order of such components, unless expressly stated to be limiting. do. Rather, these designations can be used herein as examples of components or as a convenient way to distinguish between two or more components. Reference to the first and second components does not mean that only two components can be used therein or that the first component must precede the second component in some way. Also, unless stated otherwise a set of components may include one or more components.
여기에서 설명된 구성요소들은, 동일한 구성요소에 대한 다수의 예시들을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들은 일반적으로 부재번호(예를 들어, 110)에 의해 지칭되고, 구체적으로, 숫자 표시 이후의 알파벳 표시(예를 들어, 110A) 또는 "대쉬" 이후의 숫자 표시(예를 들어, 110-1)에 의해 지칭될 수 있다. 이하의 설명에서는 편의를 위해, 대부분의 경우에서, 부재 식별 번호가 구성요소들이 소개되거나 대부분 완전히 논의된 도면의 번호로 시작한다. 따라서, 예를 들어, 도 1에서의 부재 번호들은 대부분 번호 형식 1xx일 것이고, 도 4에서의 구성요소들은 대부분 번호 형식 4xx일 것이다.The components described herein may include a number of examples for the same component. Such components are generally referred to by an abbreviation (eg, 110), and specifically, an alphanumeric mark (eg, 110A) after the numeric display or a numeric mark (eg, 110) after the "dash". -1). In the following description, for the sake of convenience, in most cases, the member identification number starts with the number of the figures in which the components are introduced or mostly fully discussed. Thus, for example, the absent numbers in FIG. 1 will mostly be number format 1xx and the components in FIG. 4 will mostly be number format 4xx.
이하의 설명은, 본 개시서의 실시예들 및 그것의 구현과 관련한 면밀한 설명을 제공하기 위해, 물질 종류들 및 공정 조건들과 같은 구체적인 세부사항들을 제공한다. 그러나, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시서의 실시예가 이러한 구체적인 세부사항들을 사용하지 않고서도 종래의 제조 기술들을 이용하여 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 여기에 제공된 설명은 반도체 장치 또는 시스템을 제조하기 위한 프로세스 플로우 전체를 형성하는 것이 아니다. 여기에서는 본 발명의 실시예들을 이해하는데 필요한 구조물들 및 그러한 프로세스 단계들만이 구체적으로 설명된다. 여기에서 설명된 물질들은, 임의의 적절한 기술들에 의해 형성(예를 들어, 퇴적(deposited) 또는 성장)될 수 있고, 상기 임의의 기술들은, 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 향상 화학 기상 증착(PECVD), 원자 층 증착(ALD), 플라즈마 향상 원자 층 증착, 물리 기상 증착(PVD)일 수 있으나 이에 제한되지는 아니한다. 여기에 설명되고 도시된 물질들이 층들로서 형성될 수 있지만, 상기 물질들은 층들에 제한되지 않고 다른 3차원 구성들로 형성될 수도 있다.The following description provides specific details such as material types and process conditions in order to provide a thorough explanation regarding embodiments of the present disclosure and its implementation. However, one of ordinary skill in the art will understand that embodiments of the present disclosure may be practiced using conventional fabrication techniques without using these specific details. In addition, the description provided herein does not form an entire process flow for manufacturing a semiconductor device or system. Only the structures and those process steps necessary to understand the embodiments of the present invention are described in detail herein. The materials described herein may be formed (eg, deposited or grown) by any suitable techniques, and any of the above techniques may include chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition ( PECVD), atomic layer deposition (ALD), plasma enhanced atomic layer deposition, physical vapor deposition (PVD), but is not limited thereto. Although the materials described and illustrated herein may be formed as layers, the materials are not limited to layers and may be formed in other three dimensional configurations.
여기에 사용된 용어들 "수평" 및 "수직"은, 반도체 구조물(예를 들어, 웨이퍼, 다이(die), 기판 등)의 주 평면 또는 표면에 대한 구성요소들 또는 구조물들의 상대적인 위치들을 정의하며, 상기 반도체 구조물의 방위(orientation)와는 무관하게 상대적인 위치들을 정의하고, 설명된 상기 구조물의 상기 방위에 대해 해석되는 법면 차원들(orthogonal dimensions)이다. 여기에서 사용된 것처럼, 용어 "수직"은 반도체 구조물의 주 표면에 실질적으로 수직한 차원을 의미하고 포함하며, 용어 "수평"은 반도체 구조물의 주 표면에 실질적으로 평행한 차원을 의미한다.As used herein, the terms “horizontal” and “vertical” define the relative positions of components or structures relative to the major plane or surface of a semiconductor structure (eg, wafer, die, substrate, etc.) , Orthogonal dimensions, which define relative positions independent of the orientation of the semiconductor structure and are interpreted for the orientation of the structure described. As used herein, the term "vertical" means and includes a dimension substantially perpendicular to the major surface of the semiconductor structure, and the term "horizontal" means a dimension substantially parallel to the major surface of the semiconductor structure.
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "반도체 구조물"은 반도체 장치의 형성에 사용되는 임의의 구조물을 의미하고 포함한다. 예를 들어, 반도체 구조물들은 다이들 및 웨이퍼들(예를 들어, 캐리어 기판들 및 장치 기판들) 및 서로 3차원으로 집적된 2개 이상의 다이들 및/또는 웨이퍼들을 포함하는 어셈블리들 및 복합 구조물들을 포함한다. 또한, 반도체 구조물들은 제조 완료된 반도체 장치들 및 반도체 장치들의 제조 동안 형성된 중간 구조물들도 포함한다. 반도체 구조물들은 도전성 물질들, 반도전성 물질들, 비-도전성 물질들(예를 들어, 전기 절연체들), 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.As used herein, the term "semiconductor structure" means and includes any structure used to form a semiconductor device. For example, semiconductor structures may comprise assemblies and composite structures comprising dies and wafers (eg, carrier substrates and device substrates) and two or more dies and / or wafers integrated three-dimensionally into one another. Include. Semiconductor structures also include prefabricated semiconductor devices and intermediate structures formed during fabrication of semiconductor devices. Semiconductor structures may include conductive materials, semiconductive materials, non-conductive materials (eg, electrical insulators), and combinations thereof.
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "프로세스된 반도체 구조물"은 하나 이상의 적어도 부분적으로 형성된 장치 구조물들을 포함하는 임의의 반도체 구조물을 의미하고 포함한다. 프로세스된 반도체 구조물들은 반도체 구조물들의 집합이고, 모든 프로세스된 반도체 구조물들은 반도체 구조물들이다.As used herein, the term “processed semiconductor structure” means and includes any semiconductor structure that includes one or more at least partially formed device structures. Processed semiconductor structures are a collection of semiconductor structures, and all processed semiconductor structures are semiconductor structures.
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "III-V 반도체"는 적어도 주로 하나 이상의 주기율표 IIIA 족 원소들(예를 들어, B, Al, Ga, In, 및 Ti) 및 하나 이상의 주기율표 VA 족 원소들(예를 들어, N, P, As, Sb, 및 Bi)로 구성된 임의의 반도체 물질을 의미하고 포함한다.As used herein, the term “III-V semiconductor” refers to at least mainly one or more periodic table IIIA elements (eg, B, Al, Ga, In, and Ti) and one or more periodic table group VA elements (eg, For example, it means and includes any semiconductor material consisting of N, P, As, Sb, and Bi).
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "인듐 갈륨 나이트라이드" 및 "InGaN"은 인듐 나이트라이드(InN) 및 갈륨 나이트라이드(GaN)의 합금을 의미하며, 이는 InXGa1 - XN의 구성 비율을 갖고, 여기서 0 < x ≤ 1 이다.As used herein, the terms "indium gallium nitride" and "InGaN" refer to an alloy of indium nitride (InN) and gallium nitride (GaN), which have a composition ratio of In X Ga 1 - X N. , Where 0 <x ≤ 1.
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "임계 두께"는, 그 지점에서 또는 그 지점을 넘어선 경우 비정규형 성장(pseudomorphic growth)이 중단되고 층이 스트레인 완화를 경험하는, 반도체 물질 층의 평균 전체 두께를 의미한다.As used herein, the term “critical thickness” means the average total thickness of a layer of semiconductor material at which point or beyond that stops pseudomorphic growth and the layer experiences strain relaxation. .
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "성장 표면"은 반도체 기판 또는 층의 추가적인 성장이 수행될 수 있는 반도체 기판 또는 층의 임의의 표면을 의미한다.As used herein, the term "growth surface" means any surface of a semiconductor substrate or layer on which further growth of the semiconductor substrate or layer can be performed.
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "전위"는, 반도체 물질에 대한 결정 격자의 불완전함이 존재하는, 반도체 물질의 영역을 의미하고, 이는 예를 들어, 결정 구조물 내의 유실 요소들(missing elements) 및 결정 구조물 내의 브로큰 본드들(broken bonds)과 같은 특성들에 의해 특정화될 수 있다.As used herein, the term "potential" refers to the region of the semiconductor material in which there is an imperfection of the crystal lattice with respect to the semiconductor material, which means, for example, missing elements and crystals in the crystal structure. It can be characterized by properties such as broken bonds in the structure.
여기에서 사용된 것처럼, 용어 "실질적으로"는 여기서 당해 기술분야에서 일반적으로 예상되는 임의의 불완전함을 제외하고 완전한 결과를 지칭하는 것으로 사용된다.As used herein, the term "substantially" is used herein to refer to a complete result except for any imperfections generally expected in the art.
본 발명의 실시예들은 다양한 범위의 III-V 반도체 물질들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명 실시예들의 구조물들 및 방법들은, III-나이트라이드들, III-아스나이드들, III-포스파이드들 및 III-안티모나이드들에 2중, 3중, 4중, 및 5중의 형태로 적용될 수 있다. 특정 응용분야들이 인듐갈륨나이트라이드(InGaN)와 같은 인듐을 포함하는 III-나이트라이드 반도체들 그룹을 성장시키는데 관계된다. 따라서, 한정이 아닌 편의성 및 간결성을 위해, 이하의 설명 및 도면들에서는 III-나이트라이들의 일반 특성을 반영하고, 특히 InGaN에 집중할 수 있다.Embodiments of the invention can be applied to a wide range of III-V semiconductor materials. For example, the structures and methods of the embodiments of the present invention are double, triple, quadruple, and in III-nitrides, III-arsenides, III-phosphides and III-antimonides, and It can be applied in five forms. Specific applications relate to growing a group of III-nitride semiconductors containing indium such as indium gallium nitride (InGaN). Thus, for convenience and brevity, not limitation, the following description and figures may reflect the general properties of III-nitriles, in particular focusing on InGaN.
III-나이트라이드 물질 시스템들에서의 실험은, 임계 두께 이상의 두께로 헤테로에피택셜 성장된 InGaN 층이 격자 부정합으로부터 기인하는 결정 격자 내 스트레인을 감소시키는 스트레인 완화를 경험할 수 있음을 나타낸다. InGaN 층들 내 스트레인 완화의 개시(onset)로, 증가된 양의 인듐이 포함될 수 있으며, 이는 InGaN 층들의 두께에 걸쳐 인듐의 비-균일한 농도 프로파일을 초래할 수 있다. 예를 들어, InGaN 층은 상기 층의 성장 표면에 근접한 증가된 인듐 함량을 포함할 수 있다. 그러한 InGaN 층의 비-균일한 인듐 구성은 적어도 일부 응용분야들에서 비바람직할 수 있다.Experiments in III-nitride material systems show that heteroepitaxially grown InGaN layers with thicknesses above the critical thickness may experience strain relaxation to reduce strain in the crystal lattice resulting from lattice mismatch. With onset of strain relaxation in InGaN layers, an increased amount of indium may be included, which may result in a non-uniform concentration profile of indium over the thickness of the InGaN layers. For example, the InGaN layer may include increased indium content close to the growth surface of the layer. The non-uniform indium configuration of such InGaN layer may be undesirable in at least some applications.
또한 실험은 InGaN 층의 스트레인 완화가 InGaN 층의 성장 표면의 거칠어짐을 야기할 수도 있음을 나타낸다. 그러한 표면 거칠어짐은 InGaN 층을 사용하는 반도체 장치의 생산에 불리할 수 있다. 나아가, 실험은 InGaN 층의 스트레인 완화가 결정 물질의 결함 밀도의 증가를 초래할 수 있음을 나타낸다. 그러한 결함들은, 예를 들어, 전위들 및 불균일한 구성의 영역들(즉, 상 분리 영역들(phase separated regions))을 포함할 수 있다.Experiments also show that strain relaxation of the InGaN layer may cause roughening of the growth surface of the InGaN layer. Such surface roughness can be detrimental to the production of semiconductor devices using InGaN layers. Furthermore, experiments show that strain relaxation of InGaN layers can lead to an increase in the defect density of the crystalline material. Such defects may include, for example, dislocations and regions of non-uniform configuration (ie, phase separated regions).
비-제한적인 예로서, InGaN(III-나이트라이드 물질)의 경우, InGaN 층들이 하부 기판 상에 헤테로에피택셜 퇴적될 수 있고, 상기 하부 기판은 상부 InGaN 층의 그것과 매치되지 않는 결정 격자를 가질 수 있다. 예를 들어, InGaN 층들은 갈륨 나이트라이드(GaN)를 포함하는 반도체 기판 상에 퇴적될 수 있다. 상기 GaN은 약 3.189 Å의 완화된(즉, 실질적으로 스트레인이 없는) 평면 격자 파라미터(in-plane lattice parameter)를 가질 수 있고, 상기 InGaN 층들은, 상응하는 인듐 내용물 함량에 따라, (7%의 인듐의 경우, 즉 In0 .07Ga0 .93N) 약 3.21 Å의, (15%의 인듐의 경우, 즉 In0 .15Ga0 .85N) 약 3.24 Å의, (25%의 인듐의 경우, 즉 In0 .25Ga0 .75N) 약 3.26 Å의 완화된 평면 격자 파라미터를 가질 수 있다. As a non-limiting example, for InGaN (III-nitride material), InGaN layers can be heteroepitaxially deposited on a lower substrate, which has a crystal lattice that does not match that of the upper InGaN layer. Can be. For example, InGaN layers may be deposited on a semiconductor substrate comprising gallium nitride (GaN). The GaN may have a relaxed (ie substantially strain free) in-plane lattice parameter of about 3.189 kPa, and the InGaN layers, depending on the corresponding indium content content, of (7%) in the case of indium, i.e., in 0 .07 Ga 0 .93 N) of about 3.21 Å, (the case of a 15% indium, i.e., in 0 .15 Ga 0 .85 N) of about 3.24 Å, (of a 25% indium If, that is, it may have a plane lattice parameter of the relaxed in 0 .25 Ga 0 .75 N) of about 3.26 Å.
도 1은 상부에 형성된 반도체 물질 충(130) 및 인듐-III-V 반도체 층(140)을 갖고 내부에 형성된 전위들(132, 142) 및 V-피트들(V-pits)(150)을 도시하는 반도체 구조물(100)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 반도체 구조물(100)은 기판(110)을 포함하도록 제조되거나 다른 방법으로 제공될 수 있다. 기판(110)은, 이하에서 더욱 구체적으로 설명될 바와 같이, 인듐-III-V 반도체 층(140), 및 반도체 물질 층(130)의 제조의 일부분으로서 상부에 하나 이상의 추가 반도체 물질 층들을 형성하는데 사용되는 시드 층으로서 사용될 수 있는 반도체 물질을 포함할 수 있다.1 shows dislocations 132, 142 and V-
반도체 물질 층(130)은 기판(110)에 부착되고 기판(110)에 의해 운반될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 반도체 물질 층(130)은, 기판 또는 임의의 다른 물질 상에 배치되거나 기판 또는 임의의 다른 물질에 의해 운반되지 않는, 독립적인(free-standing), 벌크 반도체 물질 층을 포함할 수 있다.The
일부 실시예들에서, 반도체 물질 층(130)은 반도체 물질의 에피택셜 층을 포함할 수 있다. 제한하지 않는 예시로서, 반도체 물질 층(130)은 III-V 반도체 물질의 에피택셜 층을 포함할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 상기 III-V 반도체 물질 층(130)은 GaN 에피택셜 층일 수 있다.In some embodiments, the
예를 들어, 기판(110)은 알루미늄 옥사이드(Al2O3)(예를 들어, 사파이어), 징크 옥사이드(ZnO), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 아스나이드(GaAs), 리튬 갈레이트(LiGaO2), 리튬 알루미네이트(LiAlO2), 이트리움 알루미늄 옥사이드(Y3Al5O12), 또는 마그네슘 옥사이드(MgO)와 같은 물질일 수 있다.For example, the
선택적으로, 다른 반도체 물질 층 또는 하나 이상의 유전 물질 층들과 같은, 하나 이상의 중간 물질 층들(미도시)이 반도체 물질 층(130)과 기판(110) 사이에 배치될 수 있다. 그러한 중간 물질 층들은, 예를 들어, 반도체 물질 층(130)을 기판(110) 상에 직접 형성하는 것이 불가능한 경우에 수행될 수 있도록, 반도체 물질 층(130)을 기판(110)에 본딩시키기 위한 본딩 층으로서, 또는 상부에 반도체 물질 층을 형성하기 위한 시드 층으로서 사용될 수 있다. 또한, 반도체 물질(130)이 극성 결정 방위(polar crystal orientations)를 포함하는 경우 반도체 물질 층(130)을 기판(110)에 본딩하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 본딩 프로세스는 극성 반도체 물질(polar semiconductor material)의 극성(polarity)을 변화시키는데 활용될 수 있다.Optionally, one or more intermediate material layers (not shown), such as another semiconductor material layer or one or more dielectric material layers, may be disposed between the
여기의 도면들은 일정 비율로 도시된 것이 아니며, 실제로는, III-V 반도체 층(130)은 기판(110)에 비해 상대적으로 얇을 수 있다.The figures herein are not drawn to scale, and in practice, the III-
전위들(132B, 132D)은 III-V 반도체 층(130)이 형성되는 경우 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 전위들은 상기 층이 증가된 두께로 형성됨에 따라 연장되는 스레딩 전위들(threading dislocations)일 수 있다. 다시 말해, 일단 전위가 발생하면, 상기 전위는 상기 층이 형성됨에 따라 전파되는 경향을 가질 수 있고 따라서 그것의 형성이 완료된 후 III-V 반도체 층(130)의 최종 표면 상에 나타날 것이다.
III-V 반도체 층(130)의 전위 밀도를 감소시키기 위해 당해 기술분야에서 알려진 다양한 임의의 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 방법들은 ELO(epitaxial lateral overgrowth), 펜데오 에피택시(Pendeo epitaxy), 인-시츄 마스킹 테크닉 등을 포함한다. 반도체 물질 층(130)은, 예를 들어, MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 또는 HVPE(hydride vapor stage epitaxy)와 같은 프로세스를 사용하여 퇴적될 수 있다.Any of a variety of methods known in the art may be used to reduce the dislocation density of the III-
도 1은 또한 III-V 반도체 층(130) 상의 추가 III-V 반도체 물질(140)을 도시한다. 비-제한적인 예로서, 상기 추가 III-V 반도체 물질(140)은 InGaN 층(140) 또는 갈륨 포스파이드(GaP) 및 갈륨 아스나이드(GaAs)와 같은 다른 종류의 III-V 반도체 물질과 조합된 인듐을 포함할 수 있다. 여기서 III-V 반도체 물질과 조합된 인듐의 반도체 층은 인듐-III-V 반도체 물질 또는 인듐-III-V 반도체 층(140)으로 지칭될 수 있다.1 also shows an additional III-
InGaN 합금 층들은 GaN 템플릿(예를 들어, 사파이어(110) 상의 GaN(130)) 상에서 격자 부정합 성장된다. InGaN 층(140) 내 인듐이 많을수록, InGaN 층(140)과 GaN 템플릿 사이의 격자 부정합이 더 커진다. 일반적으로, 격자 부정합 성장(즉, InGaN 층(140)과 GaN 템플릿 사이의 부정합)은, InGaN 층(140) 내 저장된 스트레인 에너지가 핵 전위(nucleate dislocations)로의 스트레인 에너지보다 큰 경우, 스트레인 완화를 수반한다. 이 격자 부정합 성장은 큐빅 시스템(cubic systems) 내 배열된 격자들에서 발생하지만, GaN, InGaN, 또는 AlGaN과 같은 육방(hexagonal) 결정 구조물을 갖는 물질들에서 더 복잡하다.InGaN alloy layers are lattice mismatched grown on a GaN template (eg,
육방 층들에서, 전위에 대한 이지 글라이딩 플레인(easy gliding plane)이 없을 수 있으며 그에 따라 핵 전위(nuleating dislocations) 이전에 훨씬 더 높은 스트레인 에너지가 InGaN 층(140) 내에 저장될 수 있다. 완화에 도달하면, 성장 표면 개질(growth surface modification)에 의해 플라스틱 완화(plastic relaxation)가 발생한다. 성장 표면이 육방정 (0001)인 경우, 피트 결함들(pit defects)(150)이 발생할 수 있다. 이러한 피트 결함들은 GaN 부표면(subsurface)의 전위(종종 스레딩 전위) 근처에서 정점을 갖는 반전된 피라미드와 같이 나타날 수 있고, V-피트들(150)으로 지칭된다. InGaN 층(140)이 성장함에 따라 상기 반전된 피라미드도 성장한다. 두꺼운 InGaN 층들과 함께, 상기 V-피트들(150)도 매우 커질 수 있다.In the hexagonal layers, there may be no easy gliding plane for dislocations and thus much higher strain energy may be stored in
일반적으로 더 얇은 InGaN 층들(140)은 V-피트들(150)이 거의 없거나 완전히 없는 채로 성장될 수 있다. 박층은 스트레인 완화가 발생할 두께(즉, 임계 두께)에 도달하지 않을 수 있는데, 이는 InGaN 층(140) 내 스트레인 에너지가 층 두께와 함께 증가하기 때문이다. 그러나 일부 응용분야들의 경우, 두꺼운 InGaN 층이 바람직할 수 있다. 결과적으로, 종래의 프로세싱에서, 더 두꺼운 InGaN 층들(140)에서 V-피트들(150)이 존재하고 상기 V-피트들(150)은 InGaN 층들(140)이 더 두꺼워짐에 따라 더욱 깊어지고 넓어진다.In general, thinner InGaN layers 140 may be grown with little or no V-pits 150. The thin layer may not reach the thickness at which strain relaxation will occur (ie, critical thickness) because the strain energy in the
더 얇은 InGaN 층들에 추가로, 인듐 농도가 갈륨 농도에 비해 상대적으로 낮게 유지되는 경우, 상대적으로 V-피트가 없는 InGaN 층을 형성하는 것이 일반적으로 가능하다. 그러나, 많은 응용분야들은 두꺼운 InGaN 층들, InGaN 층 내 높은 인듐 농도, 또는 이들의 조합을 요구하며, 이들 모두는 깊은, 넓은 V-피트들을 야기할 수 있다.In addition to thinner InGaN layers, it is generally possible to form a relatively V-pit free InGaN layer if the indium concentration is kept relatively low compared to the gallium concentration. However, many applications require thick InGaN layers, high indium concentrations in InGaN layers, or a combination thereof, all of which can result in deep, wide V-pits.
언급한 바와 같이, V-피트들은 종종 III-V 반도체 층(130) 내 부재번호 132B 및 132D로 나타난 그리고 인듐-III-V 반도체 층(140) 내 부재번호 142A 및 142E로 나타난 스레딩 전위와 같은 전위로부터 시작된다. V-피트들(150A, 150B, 150D, 및 150E)은 이러한 전위들(132)로부터 형성되고, 인듐-III-V 반도체 층(140)이 성장함에 따라 더 크게 성장한다. V-피트들은 또한 V-피트(150C)와 같이 고유한 전위로서 시작할 수도 있다.As mentioned, the V-pits are often dislocations, such as threading potentials, represented by
이러한 깊은 V-피트들(150)은 층 전달을 위한 추가 프로세싱, 즉 스마트-컷(smart-cut) 및 본딩 프로세스들을 통한 프로세싱 이후 구멍들(holes)을 야기할 수 있다. V-피트들(150)은 또한 이온 주입 깊이를 국부적으로 변경시킬 수 있고 스플리팅 결함(splitting defects)을 야기할 수 있다. 또한, 피트된(pitted) InGaN 층들 상으로의, 층 전달 이후의, 추가적인 재성장은 LED 장치에 불리한 매우 깊은 피트들을 일으킨다. 예를 들어, V-피트(150)가 전체 InGaN 층(140)에 걸쳐 일어난 경우, 상기 V-피트는 LED 장치의 다이오드 부분을 제외시킬(short out) 수 있고, 상기 장치가 의도된 기능을 수행하는 것을 불가능하게 만든다.These deep V-
도 2는 비-제한적인 예로서 인듐-III-V 반도체 층(140) 내 비-제한적인 예로서 V-피트(150)를 도시하는 등거리 도면을 개략적으로 나타낸다. 성장 표면(148) 상의 오프닝의 육각 형상은 InGaN의 결정 구조물 성장에 기인한 것이다. 나아가, V-피트 측벽들(152)은 정점(155)으로부터 준비되고 여기서 V-피트(150)는 결정 구조물 성장으로 인해 형성되기 시작하며, 그에 따라 V-피트(150)는 일반적으로 폭(156)에서 깊이(154)로의 고정된 비율을 갖는다. 따라서, V-피트(150)의 깊이(154)는 상기 V-피트의 폭(156)을 기초로 정확하게 추산될 수 있다.FIG. 2 schematically shows an isometric view showing V-
본 발명의 실시예들은 인듐-III-V 반도체 층(140)이 III-V 반도체 층(130) 상에 형성될 때 형성된 V-피트들(150)의 개수, 크기, 또는 이들의 조합을 감소시킬 수 있다. 이러한 V-피트들(150)의 감소는 여기서 "낮춰진(diminished) V-피트 밀도" 및 "V-피트의 낮춰진 밀도"로도 지칭된다. 따라서 낮춰진 V-피트 밀도는, 주어진 표면 영역 내 더 적은 V-피트들, 주어진 표면 영역 내 더 작은 V-피트들, 또는 주어진 표면 영역 내 더 적은 V-피트들 및 더 작은 V-피트들의 조합을 지칭할 수 있다.Embodiments of the present invention may reduce the number, size, or combination thereof of the V-
V-피트 형성에 대한 임의의 특정 이론이 확정되지는 않았지만, 시오지리(Shiojiri)의 논문(M. Shiojiri, C.C. Chuo, J.T. Hsu, J.R. Yang, H. Saijo, J. Appl. Phys. 99, 073505 (2006))은 성장 속도가 V-피트 측벽들(152)인 {10-11} 면들에서 성장 표면(148)의 {0001} 기저면(basal plane)에 비해 다르다는 것을 제안하고 있다. 또한 V-피트 측벽들(152)의 {10-11} 면들은 상기 성장 표면(148)의 {0001} 기저면보다 더 높은 인듐 점성도(sticking coefficient for Indium)을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은, 프로세싱 동안 가스 상태(gas phase)에서의 인듐 함량을 증가시킴으로써, 형성된 고상 물질(formed solid material)의 성장 표면(148)의 {0001} 기저면 상의 인듐 농도를 포화시킬 수 있으며, 반면에 상기 V-피트 측벽들 상의 InGaN의 성장을 촉진시키기 위해 V-피트 측벽들(152)의 {10-11} 면들 상의 더 높은 인듐 농도를 허용하여, V-피트 밀도를 감소시킬 수 있다.Although certain specific theories for V-pit formation have not been established, Shijijiri's paper (M. Shiojiri, CC Chuo, JT Hsu, JR Yang, H. Saijo, J. Appl. Phys. 99, 073505) (2006) suggest that the growth rate is different compared to the {0001} basal plane of
도 3은 반도체 물질 층(130) 및 그 상부에 형성된 인듐-III-V 반도체 물질 층(140)을 갖는 반도체 기판(110)의 개략적인 단면도로서, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따라 형성된 V-피트들의 낮춰진 밀도를 도시하고 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 반도체 구조물(100)은 기판(110)을 포함하도록 제조되거나 다른 방법으로 제공될 수 있다. 기판(110), 반도체 물질 층(130), 및 인듐-III-V 반도체 물질 층(140)은 도 1에 설명된 그것들과 유사하다.3 is a schematic cross-sectional view of a
그러나, 도 3은 종래의 V-피트들(152A, 152B, 152C)(즉, 종래의 프로세싱이 사용된 경우 형성될 수 있는 V-피트들)을 나타낸다. 도 3은 또한 더 작은 V-피트들(158A, 158B, 158C)도 도시하며, 이는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 V-피트들 낮춰진 밀도를 생성한다. 낮춰진 V-피트들(158A, 158C)은, 스레딩 전위들(132B, 132C)로부터 기인하는 V-피트들이 각각, 종래의 프로세싱을 사용하여 형성된 V-피트들(152A, 152C)에 비해, 더 낮은 속도로 성장하였음(즉, 더 크게 되지 않았음)을 도시한다. 낮춰진 V-피트(158B)는 종래의 프로세싱을 사용하여 전위로부터 직접 형성될 수 있는 V-피트(152B)에 비해 더 작은 V-피트를 도시한다.However, FIG. 3 shows conventional V-
도 4는 가스 상태의 인듐 농도 대 고체 상태의 인듐 농도를 나타낸 그래프로서, 가스 상태의 인듐의 소정 농도에 대한 인듐 포화 구간을 도시한다. 도 4는, 상대적으로 일정한 온도, 상대적으로 일정한 압력, 상대적으로 일정한 전체 가스 유동(gas flow) 및 상대적으로 일정한 웨이퍼의 회전 속도로, 프로세싱 챔버 내 실험을 통해 구축될 수 있다. 특정 갈륨 유동 속도를 기초로, 인듐 유동 속도는, x-축에 나타난 바와 같이, 가스 상태의 인듐 함향을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. InGaN 층을 성장(develop)시키는 고체 상태의 인듐의 함량은 가스 상태의 인듐 함량의 함수로서 y-축 상에 도시된다.4 is a graph showing the indium concentration in the gas state versus the indium concentration in the solid state, showing an indium saturation interval for a predetermined concentration of indium in the gas state. 4 can be constructed through experiments in a processing chamber at a relatively constant temperature, a relatively constant pressure, a relatively constant total gas flow, and a relatively constant rotational speed of the wafer. Based on the particular gallium flow rate, the indium flow rate can be varied by changing the gaseous indium influence, as shown on the x-axis. The content of indium in the solid state to develop an InGaN layer is shown on the y-axis as a function of the indium content in the gas state.
일부 실시예들에서, InGaN 층의 형성을 위한 인듐 전구체는, 예를 들어, TMI(trimethylindium), TEI(triethylindium), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, InGaN 층의 형성을 위한 갈륨 전구체는, 예를 들어, TEG(triethylgallium) 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, InGaN 층의 형성을 위한 질소 전구체는, 예를 들어, 암모니아(NH3) 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수 있다.In some embodiments, the indium precursor for the formation of the InGaN layer may include, for example, trimethylindium (TMI), triethylindium (TEI), or a combination thereof. In some embodiments, the gallium precursor for the formation of an InGaN layer may include, for example, triethylgallium (TEG) or other suitable material. In some embodiments, the nitrogen precursor for the formation of the InGaN layer may include, for example, ammonia (NH 3 ) or other suitable material.
따라서, 일 실시예에서:Thus, in one embodiment:
가스 상태에서의 % Indium = 100 * (TMI 유동 / (TMI 유동 + TEG 유동)) - (1)
% Indium in gas = 100 * (TMI flow / (TMI flow + TEG flow))-(1)
처음에는, 구간(410A)에 나타난 바와 같이, 가스 상태의 인듐 함량이 증가함에 따라, 고체 상태의 인듐 함량이 비례하여 증가한다. 그러나, 곡점(inflection point)(410B)에 도달하면, 구간(410C)에 나타난 바와 같이, 가스 상태의 인듐의 함량의 추가적인 증가가 고체 상태의 인듐 함량 증가를 일으키지 않는다. 여기서, 고체 상태로의 인듐 농도의 비례적인 증가가 없는 이러한 가스 상태의 인듐 농도 범위(span)를 인듐 포화 구간(Indium saturation regime)으로 지칭하기로 한다.Initially, as shown in
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 초-포화 구간들 및 도 4의 포화 구간을 나타내는, 인듐 분압 대 고체 상태 인듐 농도의 그래프이다.FIG. 5 is a graph of indium partial pressure versus solid state indium concentration, showing the super-saturation intervals and the saturation interval of FIG. 4 in accordance with one or more embodiments of the present invention. FIG.
당해 기술분야의 통상의 기술자가 인식할 수 있는 것처럼, 프로세싱 챔버 내 가스 유동 속도는 상기 프로세싱 챔버 내 다른 가스들 각각에 기인한 분압과 관련된다. 따라서, 가스 상태의 인듐 농도는 다음과 같이 표현될 수 있다.As will be appreciated by those skilled in the art, the gas flow rate in the processing chamber is related to the partial pressure due to each of the other gases in the processing chamber. Therefore, the indium concentration in the gaseous state can be expressed as follows.
가스 상태에서의 % Indium = 100 * (PTMI / (PTMI + PTEG)) - (2)
% Indium in gas = 100 * (P TMI / (P TMI + P TEG ))-(2)
다시 말해, 인듐 분압 및 갈륨 분압의 조합인, III 족 전체 분압(PTMI + PTEG)에 대한 인듐 분압(PTMI) 사이의 관계가 어렵지 않게 결정될 수 있다. 설명의 명확성을 위해, 여기에서의 설명 대부분은 분압들과 관련된다; 그러나, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상기 설명들이 관련된 유동 속도들에 대해서도 적용될 수 있음을 이해할 것이다.In other words, the relationship between the indium partial pressure (P TMI ) to the group III total partial pressure (P TMI + P TEG ), which is a combination of indium partial pressure and gallium partial pressure, can be determined without difficulty. For clarity of explanation, most of the description herein relates to partial pressures; However, one of ordinary skill in the art will understand that the above descriptions may also apply to related flow velocities.
물론, 다른 비활성 가스들(예를 들어, 질소), 및 예를 들어, 도판트들과 같은 다른 반응물들이 반응 챔버 내에 있을 수 있다. 비-제한적인 예들로서, N-도판트는, 예를 들어 실란(SiH4)과 같은 실리콘 포함 증기를 포함할 수 있고, P-도판트는, 예를 들어 비스(클로로펜타다이에닐) 마그네슘(Bis(cyclopentadienyl)magnesium)(Cp2Mg)과 같은 마그네슘 포함 증기를 포함할 수 있다.Of course, other inert gases (eg, nitrogen), and other reactants, such as, for example, dopants, may be in the reaction chamber. As non-limiting examples, the N-dopant may comprise a silicon containing vapor such as, for example, silane (SiH 4 ), and the P-dopant may be, for example, bis (chloropentadienyl) magnesium (Bis). and magnesium-containing vapors such as cyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg).
도 5에서, y-축은, 인듐 분압(가스 상태의 인듐 농도로도 지칭됨)을 도시하는 x-축의 함수로서의 고체 상태의 인듐 함량(고체 상태의 인듐 농도로도 지칭됨)을 도시한다.In FIG. 5, the y-axis shows the indium content in the solid state (also referred to as the indium concentration in the solid state) as a function of the x-axis showing the indium partial pressure (also referred to as the indium concentration in the gaseous state).
구간들(510A, 510C)은, 가스 상태의 인듐 농도에 대한 고체 상태의 인듐 농도의 비례 증가(510A), 및 이후의 인돔 농도가 가스 상태의 인듐 농도의 증가에 따라 상대적으로 일정하게 유지되는 포화 구간(510C)을 도시한다.The
선(520)은, 포화 구간에 비해 더 높은 고체 상태의 인듐 농도가 얻어질 수 있는 인듐 초-포화 구간을 도시한다. 따라서, 여기에서 이용된 바와 같이, 용어 인듐 초-포화 구간은, 전술한 포화 구간을 사용한 고체 상태 반도체 층에 형성되는 것에 비해 더 높은, 형성된 고체 상태의 반도체 층 내 인듐 농도를 구축하도록 구성된, 프로세싱 챔버 내 조건을 의미한다.
비-제한적인 예로서, 포화 구간은, 특정 챔버 압력, 성장 표면 온도, III-요소 전구체 분압, V 원소 전구체 분압, 및 인듐 전구체 분압으로 정의될 수 있다. 상기 포화 구간의 그것에 비해 더 높은 인듐 전구체의 분압 또는 농도는, 상기 형성된 반도체 층 내 더 높은 인듐 농도를 형성하는 초-포화 구간을 구축할 수 있다.As a non-limiting example, the saturation interval may be defined as a specific chamber pressure, growth surface temperature, III-element precursor partial pressure, V element precursor partial pressure, and indium precursor partial pressure. The higher partial pressure or concentration of the indium precursor compared to that of the saturation section can build up a super-saturation section that forms a higher indium concentration in the formed semiconductor layer.
다른 비-제한적인 예로서, 특정 성장 표면 온도, 특정 성장 표면 온도, 특정 챔버 압력, 특정 웨이퍼 회전 속도, 및 인듐 전구체, III 족 원소 전구체, 및 V 족 원소 전구체의 특정 분압 조합에 의해 정의된 포화 구간에서, 상기 성장 표면 온도의 감소는, 상기 포화 구간에서 얻어질 수 있는 것에 비해 더 높은, 상기 형성된 반도체 층의 인듐 농도를 구축하는 고체 상태 성장 조건을 가져오는, 초-포화 구간을 생성할 수 있다. 유사하게, 상기 포화 구간 온도에서 온도를 유지하면서, 챔버 압력을 증가시키거나, 또는 웨이퍼 회전 속도를 변화시키는 경우, 인듐 초-포화 구간이 구축될 수 있다.As other non-limiting examples, the saturation defined by a particular growth surface temperature, a particular growth surface temperature, a certain chamber pressure, a certain wafer rotation rate, and a specific partial pressure combination of an indium precursor, a Group III element precursor, and a Group V element precursor In the section, the reduction of the growth surface temperature may create a super-saturation section, resulting in a solid state growth condition that establishes an indium concentration of the formed semiconductor layer, which is higher than that obtainable in the saturation section. have. Similarly, indium super-saturation zones can be established when increasing chamber pressure or changing wafer rotational speed while maintaining temperature at the saturation zone temperature.
선(520)에서, 인듐 초-포화 구간을 구축하기 위해, 예를 들어, 챔버 압력 및 웨이퍼 회전 속도와 같은 챔버 파라미터들은 상대적으로 일정하게 유지될 수 있고, 온도는 감소될 수 있다. 온도는 챔버 온도 또는 성장-표면 온도로 결정될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 구간들(510A, 510C)에 대한 챔버 온도는 약 839℃ 이고 선(520)에서의 챔버 온도는 약 811℃이다. 또한, V 족 전구체 및 III 족 전구체들(예를 들어, 갈륨 전구체와 조합된 인듐 전구체) 사이의 상대 농도가 V/III = 3560의 비율로 상대적으로 일정하게 유지된다. 다시 말해, 일 실시예에서, 선(520)이 좌측에서 우측으로 이동함에 따라, TEG에 대한 분압은 상대적으로 일정하게 유지될 수 있고, TMI 분압이 증가함에 따라, 암모니아에 대한 분압이 비례하여 증가하는데, 이는 V/III 비율을 약 3560으로 유지하기 함이다.At
비-제한적인 예로서, 선(530)은 약 811℃의 챔버 온도 및 변화하는 인듐 분압 및 III 족 분압에 대해 실질적으로 일정하게 유지된 V 족 분압(예를 들어, 암모니아의 분압)으로 구축될 수 있다. 다시 말해, 일 실시예에서, 선(530)이 좌측에서 우측으로 이동함에 따라, TMI에 대한 분압은 증가하는 반면 TEG 및 암모니아에 대한 분압은 일정하게 유지될 수 있다.As a non-limiting example,
더욱 구체적으로, 도 3 및 도 5를 참조하면, InGaN 층(140)으로의 인듐 전구체의 유동은, 성장 표면(148) 및 V-피트 측벽들(152)에 작용 가능한 인듐 종들의 인입 유량(incoming flux)에 영향을 미칠 수 있다. 인듐은 높은 휘발성일 수 있다. 표면에서, TMI는 고체 층 내로 혼입(incorporated)되거나 증기로 분산될 수 있는 금속(예를 들어, 인듐)을 없애고(break down) 해방시킬 것이다. 더 높은 온도에서, 온도가 높을수록, 상기 금속은 혼입되지 않고 분산될 가능성이 더 높아진다.More specifically, with reference to FIGS. 3 and 5, the flow of the indium precursor to InGaN
따라서, InGaN 층(140) 내로의 인듐의 혼입과 InGaN 층(140)으로부터의 인듐의 탈착(여기서 탈착 유량으로도 지칭됨) 사이에 트레이드-오프가 있다. 온도를 떨어트림으로써, 또는 압력을 증가시킴으로써, InGaN 층(140) 내 인듐의 고체 상태 농도를 증가시키기 위한 혼입이 유리해질 수 있다. 나아가, 포화 구간은, 다른 성장 파세트(growth facet)로, 성장 표면(148), V-피트 측벽들(148)에 도달하여, 성장 표면(148)보다 더 높은 성장 속도들로 수정될 수 있으며, 이는 낮춰진 V-피트 밀도를 생기게 할 수 있다.Thus, there is a trade-off between the incorporation of indium into
도 6a 내지 도 6c는 인듐의 고체 상태 농도, V-피트 밀도, 및 V-피트 폭을 각각 도시하는 그래프들로서, 모두 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 인듐 분압과 관계된다.6A-6C are graphs illustrating solid state concentration, V-pit density, and V-pit width, respectively, of indium, all related to indium partial pressure in accordance with one or more embodiments of the present invention.
도 6a의 선(610)에서 볼 수 있는 바와 같이, 가스 상태의 인듐 농도가 증가함에 따라 고체 상태의 인듐 농도도 약 94%의 인듐 농도까지 증가한다. 이 지점에서, 가스 상태의 농도 증가는 더 낮은 고체 상태 농도로 귀결된다.As can be seen in
도 6b의 선(620)에서 볼 수 있는 바와 같이, 가스 상태의 인듐 농도가 증가함에 따라 V-피트 밀도도 약 94%의 인듐 농도까지 증가한다. 이 지점에서, 가스 상태의 농도 증가는 더 낮은 고체 상태 농도로 귀결된다.As can be seen in
그러나, 도 6c에서 선(630)에 의해 도시된 것처럼, 가스 상태의 인듐 농도가 증가함에 따라 V-피트 폭은 감소한다. 도 6c의 점들은 평균 V-피트 폭을 도시하고 상부 바들(632) 및 하부 바들(634)은 V-피트 폭에 대한 3-시그마 분산 점들을 도시한다. 결과적으로, 인듐 분압이 증가함에 따라, 낮춰진 V-피트 밀도가, 소정 면적당 더 적은 V-피트들, 더 작은 V-피트들, 또는 그러한 V-피트들의 크기 및 소정 면적당 개수의 조합 중 어느 하나로 관찰될 수 있다.However, as shown by
피트 폭을 측정하기 위해 원자력 현미경(AFM)으로 V-피트를 측정하는 방법이 바람직한데, 이는 AFM 팁(tip)이 V-피트의 전체 깊이를 관통할 정도로 날카롭지 않을 수 있어, 깊이를 정확하게 측정할 수 있기 때문이다. 결정학적 고려사항들(예를 들어, (10-11)과 (0001) 면들 사이의 각도)을 기초로, 피트 깊이는 피트 폭으로부터 계산될 수 있다. (J.E. Northrup, L.T. Romano, J. Neugebauer, Appl. Phys. Lett. 74(6), 2319 (1999)A method of measuring V-pits with an atomic force microscope (AFM) to measure the pit width is preferred, since the AFM tip may not be sharp enough to penetrate the entire depth of the V-pits, so that the depth can be accurately measured. Because it can. Based on crystallographic considerations (eg, the angle between (10-11) and (0001) planes), the pit depth can be calculated from the pit width. (J.E.Norrup, L.T. Romano, J. Neugebauer, Appl. Phys. Lett. 74 (6), 2319 (1999)
또한, 매우 얇은 InGaN 층들의 경우, V-피트들이 존재할 수는 있지만 그들의 폭이 AFM의 해상도 미만일 수 있기 때문에 감지되지 않음에 유의하여야 한다.It should also be noted that for very thin InGaN layers, V-pits may be present but not sensed because their width may be less than the resolution of the AFM.
전술한 바와 같이, 많은 응용분야들은, 두꺼운 InGaN 층들, 상기 InGaN 층들 내 높은 인듐 농도, 또는 이들의 조합을 요구하며, 이들 모두는 깊고 폭넓은 V-피트들을 야기할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은, 약 6% 내지 9% 범위의 고체 상태 인듐 농도들의, 낮춰진 V-피트 밀도를 생성할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 상기 낮춰진 V-피트 밀도들은 약 150 나노미터 및 가능하게는 약 200 나노미터까지의 상대적으로 두꺼운 InGaN 층들에 대해서도 달성될 수 있다.As mentioned above, many applications require thick InGaN layers, high indium concentrations in the InGaN layers, or a combination thereof, all of which can lead to deep and wide V-pits. Some embodiments of the present invention may produce a lowered V-pit density of solid state indium concentrations ranging from about 6% to 9%. Further, in some embodiments, the lowered V-pit densities can be achieved even for relatively thick InGaN layers of up to about 150 nanometers and possibly up to about 200 nanometers.
Claims (15)
인듐 포화 구간보다 높은 인듐 고체 상태 농도로 상기 III-V 반도체 층의 성장 표면 상에 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계로서, 상기 인듐 포화 구간에 상응하는 챔버 온도보다 낮은 챔버 온도를 포함하는, 인듐 초-포화 구간으로 구성된 프로세싱 챔버 내에서, 인듐 전구체, 상기 인듐 전구체와 다른 III 족 원소 전구체, 및 V 족 원소 전구체를 적어도 조합함으써, 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.Forming a III-V semiconductor layer on the substrate;
Forming an indium-III-V semiconductor layer on the growth surface of the III-V semiconductor layer at an indium solid state concentration higher than the indium saturation period, the chamber temperature being lower than the chamber temperature corresponding to the indium saturation period. At least combining the indium precursor, the indium precursor with another Group III element precursor, and a Group V element precursor in a processing chamber comprised of an indium super-saturation section to form an indium-III-V semiconductor layer. The method of forming a semiconductor structure.
임계 두께보다 더 두꺼운 두께로 상기 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
And forming the indium-III-V semiconductor layer to a thickness thicker than a critical thickness.
상기 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계는, 상기 인듐-III-V 반도체 층의 성장 표면으로부터의 인듐의 탈착 유량(desorption flux)에 비해, 상기 인듐-III-V 반도체 층의 V-피트 측벽들로부터의 인듐의 탈착 유량을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
Forming the indium-III-V semiconductor layer may comprise forming a V-pit of the indium-III-V semiconductor layer relative to a desorption flux of indium from the growth surface of the indium-III-V semiconductor layer. Reducing the desorption flow rate of indium from the sidewalls.
상기 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계는, 상기 인듐-III-V 반도체 층의 성장 표면 내의 인듐의 혼입(incorporation)에 비해, V-피트 측벽들 내 인듐의 혼입을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
Forming the indium-III-V semiconductor layer further includes increasing the incorporation of indium in the V-pit sidewalls as compared to the incorporation of indium in the growth surface of the indium-III-V semiconductor layer. Comprising, a method of forming a semiconductor structure.
상기 V-피트 측벽들 내 상기 인듐의 혼입을 증가시키는 단계는, 상기 챔버 온도를 감소시키는 단계, 챔버 압력을 증가시키는 단계, 및 인듐 분압을 증가시키는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.5. The method of claim 4,
Increasing the incorporation of the indium in the V-pit sidewalls includes at least one of reducing the chamber temperature, increasing chamber pressure, and increasing indium partial pressure. Way.
상기 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계는, III 족 전체 분압(overall group III partial pressure)에 비해, 상기 프로세싱 챔버 내 인듐 분압을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
Forming the indium-III-V semiconductor layer further comprises increasing an indium partial pressure in the processing chamber relative to an overall group III partial pressure.
상기 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계는, 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN) 층을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
Forming the indium-III-V semiconductor layer comprises forming an indium gallium nitride (InGaN) layer.
상기 V 족 원소 전구체를, 암모니아를 포함하도록 선택하는 것을 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
Further comprising selecting the group V element precursor to comprise ammonia.
상기 인듐 전구체를, 트리메틸인듐(trimethylindium)을 포함하도록 선택하는 것을 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
And selecting the indium precursor to include trimethylindium.
상기 III 족 원소 전구체를, 트리에틸갈륨(triethylgallium)을 포함하도록 선택하는 것을 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
And selecting the group III element precursor to comprise triethylgallium.
상기 인듐-III-V 반도체 층을 형성하는 단계는, III 족 전체 분압에 비해, 상기 프로세싱 챔버 내 상기 인듐 분압을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조물의 형성 방법.The method of claim 1,
Forming the indium-III-V semiconductor layer further comprises increasing the indium partial pressure in the processing chamber relative to the Group III total partial pressure.
기판;
상기 기판 상에 형성된 III-V 반도체 층; 및
인듐 포화 구간으로부터의 인듐 고체 상태 농도보다 높은 인듐 고체 상태 농도를 갖는 InGaN 층을 포함하는, 반도체 구조물.A semiconductor structure obtained by the method according to any one of claims 1 to 11,
Board;
A III-V semiconductor layer formed on the substrate; And
A semiconductor structure comprising an InGaN layer having an indium solid state concentration higher than the indium solid state concentration from an indium saturation interval.
상기 InGaN 층은 약 6% 내지 약 9%의 인듐 농도를 포함하는, 반도체 구조물.The method of claim 12,
And the InGaN layer comprises an indium concentration of about 6% to about 9%.
상기 InGaN 층은 적어도 약 150 nm의 총 두께를 포함하는, 반도체 구조물.The method of claim 12,
And the InGaN layer comprises a total thickness of at least about 150 nm.
상기 InGaN 층은 임계 두께보다 두꺼운 두께를 더 포함하는, 반도체 구조물.The method of claim 12,
The InGaN layer further comprises a thickness thicker than the critical thickness.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/029,213 US8975165B2 (en) | 2011-02-17 | 2011-02-17 | III-V semiconductor structures with diminished pit defects and methods for forming the same |
US13/029,213 | 2011-02-17 | ||
FR1151709A FR2972202B1 (en) | 2011-03-02 | 2011-03-02 | III-V SEMICONDUCTOR STRUCTURES WITH REDUCED HOLLOW DEFECTS AND METHODS OF FORMING THESE STRUCTURES |
FR1151709 | 2011-03-02 | ||
PCT/EP2012/052784 WO2012110642A1 (en) | 2011-02-17 | 2012-02-17 | Iii-v semiconductor structures with diminished pit defects and methods for forming the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20140003533A true KR20140003533A (en) | 2014-01-09 |
KR101894072B1 KR101894072B1 (en) | 2018-08-31 |
Family
ID=45688500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020137021243A Active KR101894072B1 (en) | 2011-02-17 | 2012-02-17 | Ⅲ-Ⅴ semicondcutor structures with diminished pit defects and methods for forming the same |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5961633B2 (en) |
KR (1) | KR101894072B1 (en) |
CN (2) | CN103370453A (en) |
DE (1) | DE112012000868T5 (en) |
TW (1) | TWI467635B (en) |
WO (1) | WO2012110642A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3091005B1 (en) * | 2018-12-21 | 2021-01-29 | Soitec Silicon On Insulator | GROWTH SUBSTRATE AND MANUFACTURING PROCESS OF SUCH SUBSTRATE |
JP7203390B2 (en) * | 2020-10-13 | 2023-01-13 | セイコーエプソン株式会社 | Light-emitting device and projector |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6773504B2 (en) * | 2001-04-12 | 2004-08-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Oxygen doping method to gallium nitride single crystal substrate and oxygen-doped N-type gallium nitride freestanding single crystal substrate |
US7323256B2 (en) * | 2003-11-13 | 2008-01-29 | Cree, Inc. | Large area, uniformly low dislocation density GaN substrate and process for making the same |
JP2007277055A (en) * | 2006-04-07 | 2007-10-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Semiconductor crystal manufacturing method and semiconductor substrate |
JP2008263023A (en) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | III-V compound semiconductor manufacturing method, Schottky barrier diode, light emitting diode, laser diode, and manufacturing method thereof |
CN101736398A (en) * | 2008-11-12 | 2010-06-16 | 中国科学院半导体研究所 | Method for growing AlInN monocrystal epitaxial film |
JP2010232597A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Toyoda Gosei Co Ltd | Group III nitride compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
-
2011
- 2011-12-21 TW TW100147796A patent/TWI467635B/en active
-
2012
- 2012-02-17 KR KR1020137021243A patent/KR101894072B1/en active Active
- 2012-02-17 JP JP2013553951A patent/JP5961633B2/en active Active
- 2012-02-17 CN CN2012800087841A patent/CN103370453A/en active Pending
- 2012-02-17 CN CN201810163850.1A patent/CN108251890A/en active Pending
- 2012-02-17 DE DE112012000868T patent/DE112012000868T5/en active Pending
- 2012-02-17 WO PCT/EP2012/052784 patent/WO2012110642A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Kimura, A., et al., Supersaturation-dependent step-behavior of InGaN grown by metal organic vapor phase epitaxy, Journal of crystal growth, 2001.06., Vol. 229, No. 1, pp. 53~57* * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012110642A1 (en) | 2012-08-23 |
TWI467635B (en) | 2015-01-01 |
TW201246282A (en) | 2012-11-16 |
CN108251890A (en) | 2018-07-06 |
JP2014507071A (en) | 2014-03-20 |
CN103370453A (en) | 2013-10-23 |
DE112012000868T5 (en) | 2013-12-24 |
KR101894072B1 (en) | 2018-08-31 |
JP5961633B2 (en) | 2016-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2518191B1 (en) | Template for epitaxial growth and process for producing same | |
US9276070B2 (en) | Semiconductor structures including stacks of indium gallium nitride layers | |
JP5328931B2 (en) | Low defect density free-standing gallium nitride substrate manufacturing method and device manufactured thereby | |
CN101410950B (en) | Growth method using nanostructure compliant layers and HVPE for producing high quality compound semiconductor materials | |
US8975165B2 (en) | III-V semiconductor structures with diminished pit defects and methods for forming the same | |
US9978589B2 (en) | Nitrogen-polar semipolar and gallium-polar semipolar GaN layers and devices on sapphire substrates | |
KR101353978B1 (en) | Methods of forming ⅲ/ⅴ semiconductor materials, and semiconductor structures formed using such methods | |
EP2553716B1 (en) | Iii-v semiconductor structures and methods for forming the same | |
Schwaiger et al. | Growth and coalescence behavior of semipolar (11̄22) GaN on pre‐structured r‐plane sapphire substrates | |
KR101894072B1 (en) | Ⅲ-Ⅴ semicondcutor structures with diminished pit defects and methods for forming the same | |
Scholz et al. | GaN‐Based Materials: Substrates, Metalorganic Vapor‐Phase Epitaxy, and Quantum Well Properties | |
US8779437B2 (en) | Wafer, crystal growth method, and semiconductor device | |
Jing et al. | The growth and characterization of GaN films on cone-shaped patterned sapphire by MOCVD | |
Scholz et al. | Large Area Semipolar GaN Grown on Foreign Substrates | |
Zhang | MOCVD growth of GaN on 200mm Si and addressing foundry compatibility issues | |
Rodak et al. | Study of ELOG GaN for Application in the Fabrication of Micro-channels for Optoelectronic Devices | |
Craven | a-Plane oriented gallium nitride thin films: Heteroepitaxy, quantum wells, and lateral overgrowth | |
Bhattacharyya et al. | A strategic review of reduction of dislocation density at the heterogenious junction of GaN epilayer on foreign substrate | |
WEI | Integration of Indium Gallium Nitride with Nanostructures on Silicon Substrates for Potential Photovoltaic Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0105 | International application |
Patent event date: 20130812 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20170120 Comment text: Request for Examination of Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20171220 Patent event code: PE09021S01D |
|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20180618 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20171220 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |
|
AMND | Amendment | ||
PX0901 | Re-examination |
Patent event code: PX09011S01I Patent event date: 20180618 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX09012R01I Patent event date: 20180220 Comment text: Amendment to Specification, etc. |
|
PX0701 | Decision of registration after re-examination |
Patent event date: 20180730 Comment text: Decision to Grant Registration Patent event code: PX07013S01D Patent event date: 20180717 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I Patent event date: 20180618 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PX07011S01I Patent event date: 20180220 Comment text: Amendment to Specification, etc. Patent event code: PX07012R01I |
|
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20180827 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20180828 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220725 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230725 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20240724 Start annual number: 7 End annual number: 7 |