플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조제어기술에 의한 자외선 발광소자용 다성분계 박막 제조방법 및 이를 이용한 양자우물형성방법{Method for the formation of multi component thin films and quantum well structure containing multi component by sub-lattice structure controlling technique through Plasma-enhanced atomic layer deposition}

본 발명은 발광소자용 고품질 다성분계 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조(Sub-lattice structure, 이하 "SLS"라 함) 제어기술에 의한 In _x Al _y Ga _z N (박막의 In, Al, Ga, N의 조성비 및 박막 두께를 정밀하게 조절이 가능하고, 크랙이 없는 In _x Al _y Ga _z N (0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 제조하는 방법과, 본 발명에 의한 방법으로 제조된 In _x Al _y Ga _z N (0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 사용하는 자외선 발광소자에 관한 것이다.

지금까지 360nm이상 내지 400nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자를 제조하기 위해서는 주로 InGaN 박막이 사용되어져 왔다. 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자를 제조하기 위해서는 AlGaN 또는 이에 In을 소량 첨가한 In _x Al _y Ga _z N 박막이 주로 연구되어져 왔으나, 고효율 발광은 다음과 같은 제조상의 문제점들로 인하여 얻어지기 힘든 한계를 가지고 있다.

첫째, 일반적으로 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자의 제조를 위해서는 한국등록특허 751551호 및 일본공개특허 2005-302804호에 개시된 바와 같이, In _x Al _y Ga _z N 박막을 주로 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 형성한다. 그런데, 금속전구체들이 반응가스와 동시에 챔버내로 주입되게 되는 MOCVD법의 특성상 동시에 주입된 금속 전구체간 또는 금속 전구체와 반응가스의 원치 않는 반응이 기상에서 일어나기 쉬운 근본적인 문제점을 가지고 있으며 또한, 주입되는 금속 전구체의 주입되는 양에 의해서 박막의 조성이 쉽게 변화되므로 조성 조절이 용이하지 않다. 이를 개선하기 위한 방법으로, 한국등록특허 0513923 호에서는 MOCVD법을 이용하되 GaN기판위에 In 금속 전구체와 질소원을 공급한 후, 일시적으로 In 금속전구체의 주입을 중단하는 단계를 도입하여, 형성된 InN의 GaN박막내로의 확산 과정을 통해, InGaN를 형성하는 방법이 개시되어 있으나, 이러한 방법은 기판 물질에 따라 물질의 확산 깊이가 달라지게 되므로, 박막내의 조성 경사가 발생하기 쉽고, 형성할 수 있는 두께가 제한적인 문제점을 가지고 있다. 특히, 앞서 언급한 방법들은 3성분계 이상의 다성분계 박막의 경우 정밀한 조성 조절이 더욱 힘든 문제점을 가지고 있다. 금속MOCVD법에서는 박막형성을 위한 금속전구체들을 동시에 주입하여 금속전구체들간의 반응이 일어나게 되므로 3성분계 이상의 다성분계 박막에서의 정밀한 조성 조절이 힘든 문제점을 가지고 있다.

둘째, 상기한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자의 제조를 위해서는 서로 다른 조성을 가지는 두 개의 In _x Al _y Ga _z N 층을 나노미터 두께로 적층하여 양자우물 구조를 형성하여야 하나, MOCVD법으로는 In _x Al _y Ga _z N 과 같은 다성분계 박막의 nm두께로 정밀하게 제어하기가 힘들다.

셋째, 상기한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자의 제조를 위해서는 In _x Al _y Ga _z N와 같은 다성분계 박막을 크랙이나 결함이 없도록 성장시켜야 하나 MOCVD 방법의 특성상 고온에서 증착이 이루어지므로, 기판과 성장시킨 박막간의 열팽창계수 차이에 의해 크랙이나 결함이 쉽게 발생한다.

본 발명은 상기와 같이 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자에서 사용되는 InAlGaN 또는 AlGaN 박막을 MOCVD법으로 제조할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조성 및 두께의 정밀한 조정 및 크랙이나 결함이 없어 고효율 발광이 가능한, InAlGaN 또는 AlGaN 박막의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 반응기판에 InN층을 형성하는 제 1단계; 상기 반응기판에 AlN층을 형성하는 제 2단계; 및 상기 반응기판에 GaN층을 형성하는 제 3단계;를 포함하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 자외선 발광소자용 InAlGaN 박막 제조방법에 의해서 달성될 수 있다

여기서, 상기 반응기판에 형성된 In _x Al _y Ga _z N박막은 0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1의 성분비를 갖도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 제 1단계, 제 2단계 및 제 3단계를 교대로 반복하여 복수의 In _x Al _y Ga _z N (0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1)박막을 형성하는 제4단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1단계, 제2단계 및 제3단계 중 적어도 하나는 복수회 수행될 수 있다.

그리고, 상기 제 1단계는, 인듐 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계; 퍼지가스를 주입하는 단계; 제 1 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 인듐 전구체의 리간드를 제거함으로써 인듐질화물(InN) 원자층을 형성하는 단계; 및 퍼지가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 형성된 인듐질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어될 수 있다.

또한, 인듐 소스의 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계는, 상기 인듐 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및 상기 반응기판의 온도를 400℃이하로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 인듐 소스 전구체는 InCl ₃ , InMe ₃ , In(acac) ₃ , InEtMe ₂ , InClMe ₂ 중 선택되는 1종의 금속 In 전구체를 포함하고, 상기 제 1반응가스는 NH ₃ , N ₂ , H ₂ , Ar 및 이들의 혼합가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2단계는, 알루미늄 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계; 퍼지가스를 주입하는 단계; 제 2 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 알루미늄 전구체의 리간드를 제거함으로써 알루미늄 질화물(AlN) 원자층을 형성하는 단계; 및 퍼지가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 형성된 알루미늄 질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어될 수 있다.

또한, 상기 알루미늄 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계는, 상기 알루미늄 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및 상기 반응기판의 온도를 400℃이하로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 알루미늄 소스 전구체는 AlCl3, AlBr3, AlMe3, AlMe2H, AlEt3, Me3N:AlH3, Me2Et:AlH3, AliBu3, AlClMe2 및 이들의 혼합 중 선택되는 적어도 1종의 금속 Al전구체를 포함하고, 상기 제2반응가스는 NH3, N2, H2, Ar 및 이들의 혼합가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 3단계는, 갈륨 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계; 퍼지가스를 주입하는 단계; 제 3 반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 흡착된 갈륨 전구체의 리간드를 제거함으로써 갈륨 질화물(GaN) 원자층을 형성하는 단계; 및 퍼지가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 형성된 갈륨 질화물은 격자(lattice) 크기 이하로 제어될 수 있다.

또한, 상기 갈륨 소스의 전구체를 주입시켜 상기 반응기판에 흡착시키는 단계는, 상기 갈륨 소스 전구체를 0.5torr 이상 760 torr이하로 주입하는 단계; 및 상기 반응기판의 온도를 400℃이하로 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 갈륨 소스 전구체는 GaCl ₃ , GaBr ₃ , GaMe ₃ , Ga(acac) ₃ , GaEt ₃ , Ga ⁱ Bu ₃ , Ga ⁱ Np ₃ , GaClEt _2, GaClMe ₂ 및 이들의 혼합물 중 선택되는 적어도 1종의 금속 Ga 전구체를 포함하고, 상기 제3반응가스로는 NH ₃ , N ₂ , H ₂ , Ar 및 이들의 혼합가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자에서 사용되는 InAlGaN 또는 AlGaN 박막을 MOCVD법으로 제조할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조성 및 두께의 정밀한 조정 및 크랙이나 결함이 없어 고효율 발광이 가능한, InAlGaN 또는 AlGaN 박막의 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조 제어기술에 의한 In _x Al _y Ga _z N 박막의 플라즈마 원자층 증착방법을 수행하기 위한 타이밍도,
도 2는 제 1실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조 제어기술에 의한 In _x Al _y Ga _z N의 플라즈마 원자층 증착방법을 수행하기 위한 타이밍도,
도 3은 제 2 실시예를 따라 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조 제어기술에 의한 In _x Al _y Ga _z N을 포함하는 양자우물을 형성하기 위한 플라즈마 원자층 증착방법을 수행하기 위한 타이밍도,
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따라 증착된 In _x Al _y Ga _z N 박막을 포함하는 양자우물의 투과전자현미경 분석을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 상기한 In _x Al _y Ga _z N 박막을 플라즈마 원자층증착법으로 형성하기 위한 사이클 구성의 일반적인 예를 보여준다. 즉, (a) 인듐 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (b) 퍼지가스를 주입하는 단계 (c) 제 1반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 인듐 전구체의 리간드를 제거함으로써 아격자 구조(SLS)의 인듐질화물을 형성하는 단계 (d) 퍼지가스를 주입하는 단계 (e) 알루미늄 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (f) 퍼지가스를 주입하는 단계 (g) 제 2반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 알루미늄 전구체의 리간드를 제거함으로써 아격자 구조(SLS)의 알루미늄 질화물을 형성하는 단계 (h) 퍼지가스를 주입하는 단계 (i) 갈륨 전구체를 주입시켜 기판에 흡착시키는 단계 (j) 퍼지가스를 주입하는 단계 (k) 제 3반응가스를 주입하면서 플라즈마를 발생하여 흡착된 갈륨 전구체의 리간드를 제거함으로서 갈륨 질화물을 형성하는 단계 (l) 퍼지가스를 주입하는 단계로 구성하여 In _x Al _y Ga _z N 박막을 형성한다.

여기서, 아격자 구조(SLS)라 함은 상기 형성된 인듐질화물 또는 알루미늄 질화물 또는 갈륨 질화물이 격자(lattice) 크기 이하로 제어된 구조를 의미한다.

이 때, InAlGaN 박막 형성을 위한 반응기판의 온도는 (a)단계 ~ (l)단계의 증착 공정 동안 200~600℃로 계속 일정하게 유지하되, 바람직하게는 400℃이하로 유지하여, 물질간의 열팽창 계수 차이에 의한 크랙 및 결함발생을 최소화 하도록 하는 것이 바람직하다

이렇게 형성된 In _x Al _y Ga _z N 박막은, (a)~(d)단계를 통해 증착된 인듐 질화물과 (e)~(h)단계를 통해 증착된 알루미늄 질화물, 그리고 (i)~(l)단계를 통해 증착된 갈륨 질화물이 각각 아격자 구조(SLS)로 형성되어 최종적으로 (a)~(l)단계를 거쳐 형성된 InAlGaN물질이 수 나노 nm 두께 이하의 혼합상 또는 적층막의 형태로 존재하며, (a)~(l)단계의 횟수를 조절함으로서 In _x Al _y Ga _z N 박막의 두께를 조절할 수 있는 특징을 가진다.

즉, (a)~(d)단계의 제1단계, (e)~(h)단계의 제2단계, 그리고 (i)~(l)단계의 제3단계에서 형성되는 인듐 질화물, 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물은 각각의 금속 전구체가 반응가스 없이 주입되어 기판에 흡착되고 퍼지가스를 주입하는 단계를 거쳐, 각 단계에서 흡착된 금속 전구체는 1ML (monolayer)이하가 되며, 플라즈마를 형성시키는 단계를 거쳐 금속질화물이 형성되게 되는데, 이때 형성되는 금속질화물은 격자(Lattice) 크기 이하로 형성되게 된다. 또한, 플라즈마를 형성시키는 단계에서 인가되는 플라즈마 파워(power)의 강약을 조절함으로서 표면에서의 원자의 이동을 조절할 수 있어 아격자 구조(SLS)를 제어할 수 있게 된다.

또한, 기존의 MOCVD법을 이용하여 InAlGaN 박막을 형성하는 경우 통상적으로 700℃ 이상, 더욱 바람직하게는 800℃이상의 고온에서 공정이 이루어지지만, 본 발명의 플라즈마 원자층증착법을 이용한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자용 InAlGaN 박막을 제조하기 위한 아격자 구조(SLS) 제어 방법은 플라즈마를 이용하여 여분의 에너지를 기판에 제공하므로, 600℃ 이하의 저온에서의 공정, 바람직하게는 400℃ 이하의 저온이 가능하여 물질간 열팽창계수 차이에 의한 크랙이나 결함의 발생을 억제할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한, 본 발명은 MOCVD법과 비교하여 저온에서 금속전구체와 반응가스의 주입을 분리함으로써 기상에서의 반응을 억제할 수 있어 형성된 금속질화물에는 카본(carbon)등과 같은 불순물이 최소화되게 되는 장점을 가진다.

한편, 본 발명의 플라즈마 원자층증착법을 이용한 360nm 이하의 파장을 가지는 자외선단파장영역에서의 발광을 위한 자외선발광소자용 InAlGaN 박막을 제조하기 위한 아격자 구조(SLS) 제어 방법은 상기 제1단계 내지 상기 제3단계의 형성 순서에 의해 제한되지 않는다. 즉, 제 1단계 내지 제 3단계의 형성 순서만를 바꾸어 제 3단계->제 2단계->제 1단계의 순서로 InAlGaN 박막을 형성할 수도 있으며, 이는 본 발명에서 청구하는 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조(SLS)제어 기술에 의한 InAlGaN 박막 제조방법을 제한하지 않음을 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

또한, 경우에 따라서, InAlGaN 박막 대신에 AlGaN 박막을 형성할 수도 있다. 즉, 이 경우에는 인듐질화물을 형성하기 위한 상기 제1단계가 생략되어 상기 제2단계 및 상기 제3단계가 교대로 수행될 수 있다.

한편, In _x Al _y Ga _z N 박막을 구성하는 In, Al, Ga의 조성비를 조절하기 위하여, 원하는 횟수만큼 (a)~(d)단계, (e)~(h)단계, (i)~(j)단계를 반복하여 하나의 사이클을 구성할 수도 있다.

상기 인듐 질화물을 형성하기위한 인듐 전구체로는 InCl ₃ , InMe ₃ , In(acac) ₃ , InEtMe ₂ , InClMe ₂ 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 InCl ₃ 혹은 InMe ₃ 를 사용한다.

(a)단계에서 인듐 전구체는 t ₁ 시간동안 공급되며, 그 유량은 20~500sccm이다. t1은 0.1~20 sec 동안 유입한다.

상기 (b)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N ₂ , Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H ₂ 인 것이 바람직하며, (a)단계에서 물리 흡착된 인듐 전구체를 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t ₂ =0.1~20sec동안 공급한다.

상기 (c)단계에서의 제1 반응가스는 NH ₃ , N ₂ , H ₂ , Ar gas 또는, 이들의 혼합기체를 사용하되, 흡착된 인듐 전구체와의 반응성을 높이기 위하여 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 바람직하게는 NH ₃ 혹은 N ₂ 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 이때 제1 반응가스는 50~500 sccm의 유량으로 t ₃ =0.1~20sec간 공급할 수 있으며, 플라즈마 파워는 50~300W로 한다.

상기 (d)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N ₂ , Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H ₂ 인 것이 바람직하며, (c)단계에서의 반응 부산물을 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t ₄ = 0.1~20sec동안 공급된다.

상기 알루미늄 질화물을 형성하기위한 알루미늄 전구체로는 AlCl ₃ , AlBr ₃ , AlMe ₃ , AlMe ₂ H, AlEt ₃ , Me ₃ N:AlH ₃ , Me ₂ Et:AlH ₃ , Al ⁱ Bu ₃ , AlClMe ₂ 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 AlCl ₃ 혹은 AlMe ₃ 를 사용한다.

(e)단계에서 알루미늄 전구체는 t ₅ 시간동안 공급되며, 그 유량은 20~500sccm이다. t ₅ 는 0.1~20 sec 동안 유입한다.

상기 (f)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N ₂ , Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H ₂ 인 것이 바람직하며, (e)단계에서 물리 흡착된 알루미늄 전구체를 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t ₆ =0.1~20sec동안 공급한다.

상기 (g)단계에서의 제 2 반응가스는 NH ₃ , N ₂ , H ₂ , Ar gas 또는, 이들의 혼합기체를 사용하되, 흡착된 알루미늄 전구체와의 반응성을 높이기 위하여 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 바람직하게는 NH ₃ 혹은 N ₂ 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 이때 제 2 반응가스는 50~500 sccm의 유량으로 t ₇ =0.1~20sec간 공급할 수 있으며, 플라즈마 파워는 50~300W로 한다.

상기 (h)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N ₂ , Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H ₂ 인 것이 바람직하며, (g)단계에서의 반응 부산물을 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t ₈ =0.1~20sec동안 공급된다.

상기 갈륨 질화물을 형성하기위한 갈륨 전구체로는 GaCl ₃ , GaBr ₃ , GaMe ₃ , Ga(acac) ₃ , GaEt ₃ , Ga ⁱ Bu ₃ , Ga ⁱ Np ₃ , GaClEt _2, GaClMe ₂ 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 GaCl ₃ 혹은 GaMe ₃ 를 사용한다.

(i)단계에서 갈륨 전구체는 t ₉ 시간동안 공급되며, 그 유량은 20~500sccm이다. t ₉ 는 0.1~20 sec 동안 유입한다.

상기 (j)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N ₂ , Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H ₂ 인 것이 바람직하며, (i)단계에서 물리 흡착된 갈륨 전구체를 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t ₁₀ =0.1~20sec동안 공급한다.

상기 (k)단계에서의 제 3 반응가스는 NH ₃ , N ₂ , H ₂ , Ar gas 또는, 이들의 혼합기체를 사용하되, 흡착된 알루미늄 전구체와의 반응성을 높이기 위하여 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 바람직하게는 NH ₃ 혹은 N ₂ 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생시켜 주입한다. 이때 제 3 반응가스는 50~500 sccm의 유량으로 t ₁₁ =0.1~20sec간 공급할 수 있으며, 플라즈마 파워는 50~300W로 한다.

상기 (l)단계에서의 퍼지가스로는 Ar, N ₂ , Ne, He 과 같은 불활성기체 혹은 H ₂ 인 것이 바람직하며, (k)단계에서의 반응 부산물을 제거할 수 있다. 퍼지가스는 50~1000 sccm의 유량으로 t ₁₂ =0.1~20sec동안 공급된다.

또한, 상기 인듐, 알루미늄 및 갈륨 전구체가 챔버 내부로 원활하게 유입될 수 있도록 돕기 위하여, 상기 소스 전구체들과 반응하지 않는 불활성 기체와 혼합하여 증착실 내부로 유입될 수 있는데, 상기 운반가스로는 Ar, N ₂ , He, Ne 인 것이 바람직하다.

이때, 상기의 (a)단계, (e)단계, 및 (i)단계의 인듐, 알루미늄, 갈륨 전구체를 주입하는 경우, 상기한 인듐, 알루미늄, 갈륨 전구체 중 하나 이상의 전구체의 증기압을 0.5torr 이상 760 torr 이하로 유지하여 주입하는 것이 바람직하다. 이는 기판의 표면에 완전한 화학흡착이 일어날 수 있도록 하여 박막성장시 크랙 및 결정의 성장을 최소화하기 위한 것이다.

또한, 반응기판의 온도는 (a)단계 ~ (l)단계의 증착 공정 동안 200~600℃로 계속 일정하게 유지하되, 바람직하게는 400℃이하로 유지하여, 물질간의 열팽창 계수 차이에 의한 크랙 및 결함발생을 최소화 하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 공정 압력은 0.5torr ~ 10 Torr를 일정하게 유지한다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 원자층증착법을 이용한 In _x Al _y Ga _z N 박막의 형성방법은, 도 2에 도시한 바와 같이 InMe ₃ 전구체 유입단계 → 퍼지 단계 → N ₂ 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생하여 아격자 구조(SLS)의 인듐질화물(InN)을 형성하는 단계 → 퍼지 단계 → AlMe ₃ 전구체 유입단계 → 퍼지단계 → N ₂ 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생하여 아격자 구조(SLS)의 알루미늄질화물(AlN)을 형성하는 단계 → 퍼지 단계→ GaMe ₃ 전구체 유입단계 → 퍼지단계 → N ₂ 와 Ar의 혼합가스를 플라즈마를 발생하여 아격자 구조(SLS)의 갈륨질화물(GaN)을 형성하는 단계 → 퍼지 단계로 이루어진 하나의 사이클을 거치면서 일정한 두께의 In _x Al _y Ga _z N 박막층이 증착된다. 상기한 사이클을 반복하면 In _x Al _y Ga _z N 박막층의 두께가 비례적으로 증가하기 때문에 사이클의 반복을 통하여 원하는 두께의 In _x Al _y Ga _z N 박막층을 기판에 증착할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 In _x Al _y Ga _z N 박막층을 형성하기 위한 사이클을 구성할 때, InN, GaN, AlN의 형성하는 단계의 순서를 바꾸어 구성할 수도 있다. 즉, AlN층을 형성하는 단계 → GaN층을 형성하는 단계 → InN층을 형성하는 단계로 이루어진 하나의 사이클을 반복하여 InAlGaN박막층을 형성하거나, GaN층을 형성하는 단계 →AlN층을 형성하는 단계 → InN층을 형성하는 단계로 이루어진 하나의 사이클을 반복하여 In _x Al _y Ga _z N 박막층을 형성할 수도 있다.

한편, In _x Al _y Ga _z N 박막층의 In, Al과 Ga의 비율을 조절하기 위하여, 원하는 횟수만큼 상기(a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계를 반복하여 하나의 사이클을 구성할 수도 있으며. 바람직하게는 In _x Al _y Ga _z N의 조성비가 0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1이 되도록 한다. 이때, 인듐질화물, 알루미늄질화물, 및 갈륨질화물은 화학양론비가 In:N=1:1, Al:N=1:1, Ga:N=1:1 이기 때문에 In _x Al _y Ga _z N 박막내 N은 50at.%를 유지하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 아격자 구조(SLS) 제어기술을 이용하여 증착된 In _x Al _y Ga _z N (0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1) 박막을 사용한 자외선발광소자는 0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1 을 만족하는 조성을 가지는 제1In _x Al _y Ga _z N층과, 서로 다른 알루미늄 조성비을 가지고 있는 제 2 In _x Al _y Ga _z N 박막층 또는 Al _a Ga _b N (0<a<1, 0<b<1, x+y+z=1) 박막층 중 하나를 번갈아 적층함으로서 형성된 양자우물구조를 포함한다.

이하, 제2실시예에 따른 In _x Al _y Ga _z N (0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1)를 포함하는 양자우물구조를 형성하기 위한 플라즈마 원자층증착방법을 이용한 아격자 구조(SLS) 제어기술을 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 상술한 In _x Al _y Ga _z N (0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1)를 포함하는 양자우물구조를 플라즈마 원자층증착법을 이용한 아격자 구조(SLS) 제어기술을 통해 형성하기 위한 사이클 구성의 일반적인 예를 보여준다.

먼저 0≤x<0.2, 0.1<y≤1, 0<z<0.9, x+y+z=1 을 만족하는 조성을 가지는 제 1 In _x Al _y Ga _z N층을 제 1실시예에서 설명한 바와 같이 도 1의 (a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계를 일정횟수만큼 반복하여 구성된 사이클을 이용하여 형성한다. 그 다음 서로 다른 알루미늄 조성비을 가지고 있는 제 2 In _x Al _y Ga _z N 박막층 또는 Al _a Ga _b N (0<a<1, 0<b<1, x+y+z=1) 박막층은 도 1의 (a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계를 일정횟수만큼 반복하여 구성된 사이클을 이용하여 형성하되, (a)단계~(d)단계, 혹은 (e)단계~(h)단계 혹은 (i)단계~(l)단계중 하나 이상의 반복횟수를 제 1 In _x Al _y Ga _z N층을 형성하기 위해 사용한 반복횟수와 다르게 하여 준다. 이렇게 함으로서, 서로 다른 조성을 가지는 제 1 In _x Al _y Ga _z N층과 제 2 In _x Al _y Ga _z N층이 적층구조로 형성되게 되며, 제 1 In _x Al _y Ga _z N 형성을 위한 사이클과 제 2 In _x Al _y Ga _z N층 형성을 위한 사이클을 순차적으로 반복하게 되면 반복한 횟수만큼 적층된 양자우물 구조를 형성할 수 있게 된다. 도 4는 상술한 방법으로 형성된 양자우물구조의 투과전자현미경 사진을 보여준다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.