KR100358428B1 - A method for fabricating n itride compound semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법에 관한 것으로서 모기판 상에 제 1 질화물질의 가스를 소스로 사용하여 용융점이 낮은 제 1 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 버퍼층 상에 상기 제 1 질화물질의 가스와 제 2 질화물질의 가스를 반응시켜 상기 제 1 질화물질과 용융점이 높은 제 2 질화물질이 혼정을 이루되 상기 제 1 버퍼층과 접하는 하부에는 상기 제 1 질화물질의 조성비가 높고 상부로 갈수록 상기 제 2 질화물질의 조성비가 높아 조성비가 경사형을 이루는 제 2 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 제 2 버퍼층 상에 상기 제 2 질화물질의 가스를 소스로 사용하여 화합물반도체층을 형성하는 공정과, 상기 화합물반도체층이 남도록 상기 모기판과 제 1 및 제 2 버퍼층을 기계적 연마 방법으로 제거하여 상기 잔류하는 화합물반도체층을 경면 처리하여 반도체기판을 형성하는 공정을 구비한다. 따라서, 크랙 등의 결정 결함을 감소시켜 형성되는 전자소자의 동작 특성에 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 하부면에 전극을 형성할 수 있으므로 광소자 크기를 감소시킬 수 있고, 또한, 레이저다이오드를 제작할 때 분리가 용이할 뿐만 아니라 벽개면의 거칠기를 저하시켜 임계 전류를 감소시킨다.The present invention relates to a method for manufacturing a nitride compound semiconductor substrate, comprising: forming a first buffer layer having a low melting point using a gas of a first nitride material as a source on a mother substrate; and forming the first nitride layer on the first buffer layer. The first nitride material and the second nitride material having a high melting point form a mixed crystal by reacting the gas of the vaginal gas with the gas of the second nitride material, but the composition ratio of the first nitride material is higher in the lower portion contacting the first buffer layer, and the upper portion thereof becomes higher. (2) forming a second buffer layer having a high composition ratio of the nitride material and having an inclined composition ratio; forming a compound semiconductor layer using the gas of the second nitride material as a source on the second buffer layer; The mother compound and the first and second buffer layers are removed by a mechanical polishing method so that the remaining layers leave the remaining compound semiconductor layers. The surface treatment includes a step of forming a semiconductor substrate. Therefore, it is possible to prevent degradation of the operating characteristics of the electronic device formed by reducing crystal defects such as cracks, and to form an electrode on the lower surface, thereby reducing the size of the optical device, and also to manufacture a laser diode. Not only is it easy to separate, but also reduces the roughness of the cleaved surface, thereby reducing the critical current.
Description
본 발명은 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법에 관한 것으로써, 특히, 모기판과 격자부정합 및 열팽창 계수의 차이에 의한 크랙이 발생되는 것을 억제할 수 있는 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nitride compound semiconductor substrate, and more particularly, to a method for manufacturing a nitride compound semiconductor substrate capable of suppressing occurrence of cracks due to a difference between a mother substrate and lattice mismatch and a thermal expansion coefficient. .
최근에 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN) 및 질화인듐(InN) 등의 질화물계 화합물 반도체는 열적 및 화학적으로 안정하고 대체로 에너지 밴드 갭이 큰 특성을 가지므로 새로운 화합물반도체 물질로 많이 연구되고 있다.Recently, nitride-based compound semiconductors such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), and indium nitride (InN) are thermally and chemically stable, and have large energy band gaps. have.
상기에서 질화물계 화합물 반도체 재료는 열적 및 화학적으로 안정한 특성에 의해 고온 및 고전류 동작시 전기적으로 안정하므로 HBT (Heterojunction Bipolar Transistor), HEMT(High Electron Mobility Transistor) 및 MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 전자 소자의 재료로 사용되고 있다.Since the nitride-based compound semiconductor material is electrically stable at high temperature and high current operation due to thermal and chemically stable properties, such as HBT (Heterojunction Bipolar Transistor), HEMT (High Electron Mobility Transistor), and MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) It is used as a material for electronic devices.
또한, 질화물계 화합물반도체 재료 중 GaN 및 AlN 등은 직접 천이형 반도체로 실온에서 에너지 밴드 갭이 각각 3.4eV와 6.2eV 정도로 크다. 따라서, GaN 및 AlN 등은 청색의 가시영역에서 자외 파장의 짧은 파장대의 빛을 발생하므로 고휘도의 레이저 다이오드(LD)와 청색 및 자외영역의 단파장 발광 다이오드(LED)를 제조할 수 있으며, 또한, UV 검출기(Ultra Violet detector)를 제조하는 데 유용하다.In the nitride compound semiconductor materials, GaN and AlN are direct transition semiconductors, and have an energy band gap of about 3.4 eV and 6.2 eV at room temperature, respectively. Therefore, GaN, AlN, and the like generate light in a short wavelength band of ultraviolet wavelength in the blue visible region, and thus, a high luminance laser diode (LD) and a short wavelength light emitting diode (LED) in blue and ultraviolet region can be manufactured, and also UV It is useful for making ultra violet detectors.
그러나, GaN 등의 질화물계 화합물 반도체물질은 융점이 2400℃ 이상으로 매우 높으며 질소의 분해압이 융점에서 약 10만 기압 정도로 매우 높아 용융 성장 방법에 의해 단결정 상으로 성장하기 어렵다.However, the nitride compound semiconductor material such as GaN has a very high melting point of 2400 ° C. or higher and a decomposition pressure of nitrogen is about 100,000 at high melting point, so that it is difficult to grow into a single crystal phase by the melt growth method.
따라서, 질화물계 화합물 반도체물질, 예를 들면, GaN은 1000∼1150℃의 고온에서 액상의 갈륨(Ga)에 암모니아(NH3) 가스를 흘려 갈륨(Ga)과 암모니아 가스가 직접 반응되어 결정화되도록 하므로써 벌크 상태로 성장되었다. 그러나, 이러한 방법에 의해 성장된 단결정 상의 GaN은 침상형(needle)을 가지므로 소자를 형성하기 어렵다.Therefore, a nitride compound semiconductor material, such as GaN, flows ammonia (NH 3 ) gas into liquid gallium (Ga) at a high temperature of 1000 to 1150 ° C so that gallium (Ga) and ammonia gas react directly to crystallize. Grown in bulk. However, since the GaN single crystal grown by this method has a needle shape, it is difficult to form a device.
단결정 상의 GaN을 성장하는 다른 방법으로, 1500∼1600℃의 고온에서 2만기압 정도의 질소 감압상태에서 갈륨(Ga) 용액에 질소(N2)를 용해시켜 표면에서 결정화하는 방법이 개발되었다. 이 방법에 의해 단결정 상의 GaN는 수 mm×수 mm 정도의 작은 면적과 100㎛ 정도의 얇은 두께를 갖는 판상으로 1회 공정에 의해 1장만 성장되므로 가공성 및 생산성이 저하되었다.As another method of growing GaN in a single crystal, a method of dissolving nitrogen (N 2 ) in a gallium (Ga) solution at a nitrogen reduced pressure of about 20,000 at a high temperature of 1500 to 1600 ° C. has been developed. By this method, since single sheet GaN was grown in a plate shape having a small area of several mm × several mm and a thin thickness of about 100 μm by one step, workability and productivity were deteriorated.
따라서, 사파이어기판 또는 실리콘기판으로 이루어진 모기판(mother substrate) 상에 넓은 면적과 두꺼운 두께를 가져 기판으로 사용할 수 있는 단결정 상의 질화물계 화합물 반도체기판을 이종에피택셜(heteroepitaxial) 방법으로 성장하는 방법이 개발되었다. 즉, GaN, AlN 또는 InN 등의 질화물계 화합물 반도체를 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법에 의해 사파이어기판 상에 직접, 또는, 실리콘기판 상에 버퍼층을 형성한 후 이종에피택셜 방법으로 성장한다. 상기에서 모기판(mother substrate)으로 사용된 사파이어기판 상에 직접 성장된 것은 기판으로 사용된다. 그러나, 실리콘기판 상에 형성된 것은 모기판으로 사용된 실리콘기판을 불산 등의 용액으로 식각하고 남은 질화물계 화합물 반도체가 기판이 된다.Accordingly, a method of growing a single crystal nitride compound semiconductor substrate which can be used as a substrate having a large area and a thick thickness on a mother substrate made of a sapphire substrate or a silicon substrate is developed by a heteroepitaxial method. It became. That is, nitride-based compound semiconductors such as GaN, AlN, or InN are grown on a sapphire substrate directly by a HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method or a buffer layer is formed on a silicon substrate and then grown by heteroepitaxial method. What is directly grown on the sapphire substrate used as the mother substrate is used as the substrate. However, the nitride-based compound semiconductor remaining after etching the silicon substrate used as the mother substrate with a solution such as hydrofluoric acid is formed on the silicon substrate.
그러나, 종래의 사파이어기판 및 실리콘기판을 모기판 상에 이종에피택셜 성장된 질화물계 화합물반도체는 모기판과 격자부정합과 열팽창계수의 차이가 매우 크다. 그러므로, 결정 성장된 질화물계 화합물 반도체기판은 크랙이 발생될 뿐만 아니라 결정 결함이 많이 존재하게 되어 전자소자의 동작 특성에 저하되는 문제점이 있었다.However, the nitride compound semiconductors epitaxially grown on the mother substrate by the conventional sapphire substrate and the silicon substrate have a very large difference in lattice mismatch and thermal expansion coefficient. Therefore, the crystal-grown nitride compound semiconductor substrate has a problem that not only cracks are generated but also many crystal defects are present, thereby deteriorating operating characteristics of the electronic device.
그리고, 사파이어는 전기적으로 부도체이고 경도가 매우 높기 때문에 기계적인 가공이 어렵기 때문에 다이오드 구조를 계단형으로 에칭 가공한 후 P형 전극과 N형 전극을 질화물계 화합물반도체층에 형성하여야 하므로 크기가 증가되고 공정이 복잡한 문제점이 있었다.In addition, since sapphire is electrically insulator and has high hardness, mechanical processing is difficult. Therefore, the size of the sapphire is increased because the P-type electrode and the N-type electrode should be formed on the nitride compound semiconductor layer after etching the diode structure stepwise. And the process was complicated.
또한, 사파이어는 롬보헤드랄(Rhombohedral) 격자구조를 갖고 질화물계 화합물반도체는 육방정계 격자구조를 가져 사파이어기판 상에 질화물계 화합물반도체는 30°회전된 상태로 성장된다. 그러므로, 레이저다이오드 제작하고 사파이어기판의 결정면을 따라 분리할 때 공진기를 형성하는 벽개면을 얻기 어렵기 때문에 질화물계 화합물반도체의 결정면을 따라 기계적인 방법으로 분리하여야 하므로 공정이 어려울 뿐만 아니라 벽개면이 거칠어 공진기의 효율이 저하되어 레이저 다이오드의 임계 전류가 증가되는 문제점이 있었다.In addition, the sapphire has a Rhombohedral lattice structure, the nitride compound semiconductor has a hexagonal lattice structure, the nitride compound semiconductor is grown on the sapphire substrate in a 30 ° rotated state. Therefore, when the laser diode is fabricated and separated along the crystal plane of the sapphire substrate, it is difficult to obtain a cleavage plane for forming the resonator. Therefore, the process is difficult because the cleavage plane is rough and the cleavage plane is rough. There is a problem that the efficiency is lowered, the critical current of the laser diode is increased.
따라서, 본 발명의 목적은 크랙 등의 결정 결함을 감소시켜 형성되는 전자소자의 동작 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a nitride compound semiconductor substrate which can prevent deterioration of operating characteristics of an electronic device formed by reducing crystal defects such as cracks.
본 발명의 다른 목적은 광소자의 크기를 감소시킬 수 있으며 용이하게 제조할 수 있는 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride compound semiconductor substrate which can reduce the size of the optical device and can be easily manufactured.
본 발명의 또 다른 목적은 레이저다이오드를 제작할 때 분리가 용이하고 벽개면의 거칠기를 저하시켜 레이저 다이오드의 임계 전류를 감소시킬 수 있는 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride compound semiconductor substrate which can be easily separated when fabricating a laser diode and can reduce the critical current of the laser diode by lowering the roughness of the cleaved surface.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물계 화합물 반도체기판의 제조방법은 모기판 상에 제 1 질화물질의 가스를 소스로 사용하여 용융점이 낮은 제 1 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 버퍼층 상에 상기 제 1 질화물질의 가스와 제 2 질화물질의 가스를 반응시켜 상기 제 1 질화물질과 용융점이 높은 제 2 질화물질이 혼정을 이루되 상기 제 1 버퍼층과 접하는 하부에는 상기 제 1 질화물질의 조성비가 높고 상부로 갈수록 상기 제 2 질화물질의 조성비가 높아 조성비가 경사형을 이루는 제 2 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 제 2 버퍼층 상에 상기 제 2 질화물질의 가스를 소스로 사용하여 화합물반도체층을 형성하는 공정과, 상기 화합물반도체층이 남도록 상기 모기판과 제 1 및 제 2 버퍼층을 기계적 연마 방법으로 제거하여 상기 잔류하는 화합물반도체층을 경면 처리하여 반도체기판을 형성하는 공정을 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nitride compound semiconductor substrate, the method including forming a first buffer layer having a low melting point using a gas of a first nitride material on a mother substrate, and forming a first buffer layer on the first buffer layer. The first nitride material and the second nitride material having a high melting point form a mixed crystal by reacting the gas of the first nitride material with the gas of the second nitride material, and the composition ratio of the first nitride material is high in the lower portion contacting the first buffer layer. Forming a second buffer layer having a higher composition ratio of the second nitride material toward the upper portion and having an inclined composition ratio, and forming a compound semiconductor layer using the gas of the second nitride material as a source on the second buffer layer; And removing the mother substrate and the first and second buffer layers by mechanical polishing so that the compound semiconductor layer remains. And mirror-processing the compound semiconductor layer to form a semiconductor substrate.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 질화물계 화합물 반도체기판의 제조 방법을 도시하는 공정도1A to 1D are process diagrams illustrating a method for manufacturing a nitride compound semiconductor substrate according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 질화물계 화합물 반도체기판을 제조하는 방법을 도시하는 공정도이다.1A to 1C are process diagrams illustrating a method of manufacturing a nitride compound semiconductor substrate according to the present invention.
도 1a를 참조하면, 모기판(11) 상에 결정 성장 속도가 빠른 HVPE 방법에 의해 제 1 버퍼층(13)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, the first buffer layer 13 is formed on the mother substrate 11 by the HVPE method having a high crystal growth rate.
상기에서 모기판(11)은 사파이어(Al2O3), 스피넬(MgAl2O4), 용융석영(SiO2) 또는 산화아연(ZnO) 등의 산화물이나, 또는, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 반도체물질로 형성된다.The mother substrate 11 is an oxide such as sapphire (Al 2 O 3 ), spinel (MgAl 2 O 4 ), fused quartz (SiO 2 ) or zinc oxide (ZnO), or silicon (Si) or gallium arsenide. It is formed of a semiconductor material such as (GaAs) or silicon carbide (SiC).
상기에서 제 1 버퍼층(13)을 질화인듐(InN)을 HVPE 방법으로 500∼700℃ 정도의 저온에서 0.5∼1.0㎛ 정도의 두께로 성장하여 형성한다.The first buffer layer 13 is formed by growing indium nitride (InN) to a thickness of about 0.5 to 1.0 μm at a low temperature of about 500 to 700 ° C. by the HVPE method.
상기에서 질화인듐(InN)을 형성할 때 염산(HCl) 가스와 캐리어(carrier) 가스인 질소(N2), 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar) 등의 불활성가스를 인듐(In)에 흘려 하기 (식 1)과 같이 염화인듐(InCl3) 가스를 생성한다.When forming indium nitride (InN) above, inert gas such as hydrochloric acid (HCl) gas and a carrier gas such as nitrogen (N 2 ), helium (He), or argon (Ar) is introduced into indium (In). Indium chloride (InCl 3 ) gas is produced as in (Formula 1).
2In+6HCl+N2→2InCl3+3H2↑+N2(식 1)2In + 6HCl + N 2 → 2InCl 3 + 3H 2 ↑ + N 2 (Equation 1)
상기 (식 1)에서 생성된 염화인듐(InCl3) 가스를 암모니아(NH3) 가스와 반응시켜 하기 (식 2)과 같이 질화인듐(InN) 가스를 생성하고, 이 질화인듐(InN) 가스로 모기판(11) 상에 제 1 버퍼층(13)을 형성한다.Indium chloride (InCl 3 ) gas produced in the above formula (1) is reacted with ammonia (NH 3 ) gas to generate an indium nitride (InN) gas as shown in the following formula (2), and the indium nitride (InN) gas The first buffer layer 13 is formed on the mother substrate 11.
InCl3+NH3→InN+3HCl↑(식 2)InCl 3 + NH 3 → InN + 3HCl ↑ (Equation 2)
상기에서 질화인듐(InN)은 융점이 1100℃ 정도 내외로 낮으므로 성장 온도가 높게 되면 인듐(In) 성분이 승화되어 조성비가 변하므로 제 1 버퍼층(13)을 500∼700℃ 정도의 저온에서 성장한다.Since indium nitride (InN) has a melting point of about 1100 ° C. or lower, when the growth temperature is high, the indium (In) component is sublimed to change the composition ratio, so that the first buffer layer 13 is grown at a low temperature of about 500 to 700 ° C. do.
도 1b를 참조하면, 제 1 버퍼층(13) 상에 인 시튜(in situ)에서 HVPE 방법에 의해 제 2 버퍼층(15)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the second buffer layer 15 is formed on the first buffer layer 13 by the HVPE method in situ.
상기에서 제 2 버퍼층(15)은 제 1 버퍼층(13)을 형성한 후 질화인듐(InN)과 질화같륨(GaN)의 혼정을 700∼1100℃ 정도로 온도를 상승시키면서 0.5∼1.0㎛ 정도의 두께로 성장하여 조성비가 경사형을 갖도록 형성한다.After forming the first buffer layer 13, the second buffer layer 15 has a thickness of about 0.5 μm to about 1.0 μm while increasing the temperature of the mixed crystal of indium nitride (InN) and equal amount of nitride (GaN) at about 700 to 1100 ° C. It grows and forms so that a composition ratio may be inclined.
상기에서 염화인듐(InCl3)을 (식 1)에 의해 생성하면서 하기 (식 3)에 의해 염화같륨(GaCl3)을 생성한다.Indium chloride (InCl 3 ) is produced by the above (formula 1), and the same is produced by the following formula ( 3 ).
2Ga+6HCl+N2→2GaCl3+3H2↑+N2(식 3)2Ga + 6HCl + N 2 → 2GaCl 3 + 3H 2 ↑ + N 2 (Equation 3)
그리고, (식 1)에 의해 생성된 염화인듐(InCl3) 가스와 (식 3)에 의해 생성된 질화인듐(GaCl3) 가스를 반응하여 하기 (식 4)에 의해 제 1 버퍼층(13) 상에 질화갈륨인듐(InxGa1-xN)으로 이루어진 제 2 버퍼층(15)을 형성한다.Then, the indium chloride (InCl 3 ) gas generated by (Formula 1) and the indium nitride (GaCl 3 ) gas produced by (Formula 3) are reacted to form the first buffer layer 13 by the following (Formula 4). A second buffer layer 15 made of indium gallium nitride (In x Ga 1-x N) is formed on the second buffer layer 15.
(InCl3)X+(GaCl3)1-X+NH3→InXGa1-XN+3HCl↑ (식 4)(InCl 3 ) X + (GaCl 3 ) 1-X + NH 3 → In X Ga 1-X N + 3HCl ↑ (Equation 4)
상기 (식 4)에서 0≤X≤1이다.In Equation 4, 0 ≦ X ≦ 1.
상기에서 질화인듐(InN)은 융점이 1100℃ 정도 내외로 낮으면서 격자 상수가 3.548Å이며, 질화인듐(GaN)은 융점이 2000℃ 정도로 높으면서 격자 상수가 3.189Å이다. 그러므로, 제 2 버퍼층(15)을 이루는 질화갈륨인듐(InXGa1-XN)은 제 1 버퍼층(13)과 접하는 부분에는 인듐(In)의 비율이 높다가 온도가 상승되면서 점차로 인듐(In)이 승화되어 갈륨(Ga)의 비율이 증가되어 경사형의 조성비를 갖는다.Indium nitride (InN) has a low lattice constant of about 1,100 DEG C and a lattice constant of 3.548Å, while indium nitride (GaN) has a high lattice constant of about 2000 DEG C and a lattice constant of 3.189Å. Therefore, indium gallium indium (In X Ga 1-X N) constituting the second buffer layer 15 has a high ratio of indium (In) in contact with the first buffer layer 13, but gradually increases in temperature as the temperature increases. ) Is sublimed to increase the proportion of gallium (Ga) to have an inclined composition ratio.
상기에서 제 2 버퍼층(15)을 갈륨 대신에 알루미늄을 사용하여 질화알루미늄인듐(InXAl1-XN)의 혼정으로 형성할 수도 있다.The second buffer layer 15 may be formed as a mixed crystal of indium aluminum nitride (In X Al 1-X N) using aluminum instead of gallium.
도 1c를 참조하면, 제 2 버퍼층(15) 상에 인 시튜(in situ)에서 HVPE 방법에 의해 화합물반도체층(17)을 700∼1100oC 정도의 온도에서 600∼800㎛ 정도의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 1C, the compound semiconductor layer 17 is formed to a thickness of about 600 to 800 μm at a temperature of about 700 to 1100 ° C. by HVPE method in situ on the second buffer layer 15. do.
상기에서 화합물반도체층(17)은 제 2 버퍼층(15)을 형성한 후 인듐(In)에 가스의 흐름을 중지하고 같륨(Ga)에만 염산(HCl) 가스와 캐리어 가스인 질소(N2), 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar) 등의 불활성가스를 흘려 (식 3)과 같이 염화갈륨(GaCl3) 가스를 생성한다. (식 3)과 같이 생성된 염화갈륨(GaCl3) 가스를 암모니아(NH3) 가스와 반응하여 하기 (식 4)과 같이 질화갈륨(GaN) 가스를 생성하고, 이 질화갈륨(GaN) 가스로 제 2 버퍼층(15) 상에 단결정 질화갈륨(GaN)의 화합물반도체층(17)을 형성한다The compound semiconductor layer 17 stops the flow of gas to indium (In) after forming the second buffer layer 15, and only hydrochloric acid (HCl) gas and nitrogen (N 2 ), An inert gas such as helium (He) or argon (Ar) is flowed to generate a gallium chloride (GaCl 3 ) gas as in Equation ( 3 ). The gallium chloride (GaCl 3 ) gas generated as shown in (Formula 3) is reacted with ammonia (NH 3 ) gas to generate a gallium nitride (GaN) gas as shown in (Formula 4), and the gallium nitride (GaN) gas is used. A compound semiconductor layer 17 of single crystal gallium nitride (GaN) is formed on the second buffer layer 15.
GaCl3+NH3→GaN+3HCl↑(식 4)GaCl 3 + NH 3 → GaN + 3HCl ↑ (Equation 4)
상기에서 화합물반도체층(17)이 높은 온도에서 형성되므로 열적으로 불안정한 제 1 및 제 2 버퍼층(13)(15)을 이루는 질화인듐(InN)이 분해되어 소멸되거나 일부만 잔류된다. 그러므로, 화합물반도체층(17)은 모기판(11)과 밀착성이 저하되므로 격자 상수가 4.758Å인 사파이어(Al2O3)로 이루어진 모기판(11)과 격자 상수가 3.189Å인 질화인듐(GaN)으로 이루어진 화합물반도체층(17) 사이의 격자부정합과 열팽창계수의 차이에 의하여 냉각되는 과정 중에 화합물반도체층(17)에 크랙 등의 결정 결함이 생성되는 것을 감소시킨다.Since the compound semiconductor layer 17 is formed at a high temperature, the indium nitride (InN) constituting the thermally unstable first and second buffer layers 13 and 15 is decomposed to disappear or remain only partially. Therefore, since the adhesion of the compound semiconductor layer 17 to the mother substrate 11 decreases, the mother substrate 11 made of sapphire (Al 2 O 3 ) having a lattice constant of 4.758 kPa and indium nitride (GaN) having a lattice constant of 3.189 kPa is used. Crystal defects such as cracks are reduced in the compound semiconductor layer 17 during the cooling process due to the lattice mismatch between the compound semiconductor layer 17 and the difference in thermal expansion coefficient.
상기에서 화합물반도체층(17)을 질화갈륨(GaN)이외에 질화알루미늄(AlN)으로 형성할 수도 있다.The compound semiconductor layer 17 may be formed of aluminum nitride (AlN) in addition to gallium nitride (GaN).
화합물반도체층(17)을 형성한 후 갈륨 쪽에 흐르는 염산(HCl) 가스를 중지하고 불활성가스와 암모니아 가스를 550∼650℃의 온도까지 공급하면서 온도를 3∼10℃/분의 속도로 서서히 냉각시킨다.After forming the compound semiconductor layer 17, the hydrochloric acid (HCl) gas flowing in the gallium side is stopped and the temperature is gradually cooled at a rate of 3 to 10 DEG C / min while supplying an inert gas and ammonia gas to a temperature of 550 to 650 DEG C. .
도 1d를 참조하면, 화합물반도체층(17)만 남도록 모기판(11), 제 1 및 제 2 버퍼층(13)(15)을 기계적 연마 방법으로 제거한다. 그리고, 화합물반도체층(17)을 입경이 0.1∼10㎛ 정도인 보론카바이드, 탄화규소 또는 다이아몬드 분말을 슬러리 상태로 공급하면서 300∼400㎛ 정도의 두께가 되도록 상부 및 하부 표면을 연마한 후, 다시, 입경이 0.05∼0.1㎛ 정도인 산화알루미늄 분말과 입경이 0.05㎛ 이하인 산화알루미늄 분말을 각각 슬러리 상태로 공급하면서 회전 연마하여 경면 처리하여 질화물계 화합물반도체기판(19)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, the mother substrate 11, the first and second buffer layers 13 and 15 are removed by mechanical polishing so that only the compound semiconductor layer 17 remains. Then, the upper and lower surfaces of the compound semiconductor layer 17 are polished to a thickness of about 300 to 400 μm while supplying boron carbide, silicon carbide or diamond powder having a particle size of about 0.1 to 10 μm in a slurry state, and then again. Then, aluminum oxide powder having a particle diameter of about 0.05 to 0.1 mu m and aluminum oxide powder having a particle diameter of 0.05 mu m or less are respectively subjected to a mirror polishing process by rotating polishing to form a nitride compound semiconductor substrate 19.
상기에서 모기판(11)이 용융석영(SiO2), 산화아연(ZnO), 실리콘(Si) 또는 갈륨비소(GaAs)로 형성된 경우에는, 이 모기판(11)을 화학적 에칭 방법으로 제거할 수도 있다.When the mother substrate 11 is formed of molten quartz (SiO 2 ), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), or gallium arsenide (GaAs), the mother substrate 11 may be removed by a chemical etching method. have.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 형성된 화합물반도체기판은 제 1 및 제 2 버퍼층에 의해 모기판과의 격자부정합 및 열팽창계수의 차이에 의한 크랙 등의 결정 결함을 감소시키며, 모기판을 제거하므로 하부면에 전극을 형성할 수 있고, 또한, 레이저다이오드를 제작한 후 벽개면을 따라 분리를 할 수 있다.As described above, the compound semiconductor substrate formed according to the present invention reduces crystal defects such as lattice mismatch with the mother substrate and cracks due to a difference in the coefficient of thermal expansion by the first and second buffer layers, and removes the mother substrate. An electrode can be formed in the substrate, and the laser diode can be formed and then separated along the cleaved surface.
따라서, 본 발명은 크랙 등의 결정 결함을 감소시켜 형성되는 전자소자의 동작 특성에 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 하부면에 전극을 형성할 수 있으므로 광소자 크기를 감소시킬 수 있고, 또한, 레이저다이오드를 제작할 때 분리가 용이할 뿐만 아니라 벽개면의 거칠기를 저하시켜 임계 전류를 감소시키는 잇점이 있다.Therefore, the present invention can prevent degradation of the operating characteristics of the electronic device formed by reducing crystal defects such as cracks, and can form the electrode on the lower surface, thereby reducing the size of the optical device, and also the laser Not only is it easy to separate when fabricating a diode, but it also has the advantage of reducing the critical current by lowering the roughness of the cleaved surface.
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