KR100523973B1 - 질화갈륨 기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화갈륨 기판 제조방법에 관한 것으로, 사파이어 기판의 측면에 보호부를 형성하여, 질화갈륨을 성장시킴으로써, 사파이어 기판의 가장자리(Edge)에 질화갈륨 후막이 불균일하게 성장되는 것을 방지할 수 있고, 질화갈륨 후막과 사파이어 기판의 분리를 원활히 수행할 수 있으며, 고품질의 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 효과가 발생한다.

Description

질화갈륨 기판 제조방법{Method for manufactring GaN substrate}

본 발명은 질화갈륨 기판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 기판의 측면에 보호부를 형성하여, 질화갈륨을 성장시킴으로써, 사파이어 기판의 가장자리(Edge)에 질화갈륨 후막이 불균일하게 성장되는 것을 방지할 수 있고, 질화갈륨 후막과 사파이어 기판의 분리를 원활히 수행할 수 있으며, 고품질의 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 질화갈륨 기판 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 고효율의 단파장 광소자 및 전력 전자소자에 대한 수요가 늘어남에 따라, 이러한 용도에 적합한 것으로 알려져 있는 질화갈륨(GaN) 계열의 화합물 반도체에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

특히, 청색/녹색 및 청자색, 자외선 계열의 단파장 광소자 이외에 포스퍼를 첨가하여 백색광을 만들 수 있을뿐 아니라, 열특성이 우수한 전자소자도 개발됨에 따라 이 분야에 대한 관심의 폭이 날로 증대되고 있다.

이런 질화갈륨 계열의 광소자는 사파이어 기판에서 제조되어 왔는데, 질화갈륨과 사파이어 기판 사이에는 격자 상수 및 열 팽창 계수의 차이가 존재하여, 제조된 광소자에는 고밀도의 결정성 결함이 발생되고, 소자의 광특성을 저하시키는 요인이 되었다.

따라서, 이를 해소하기 위하여, 프리 스탠딩(Free standing)된 질화갈륨 기판을 만들어, 이 질화갈륨 기판을 이용하여 광소자를 제조하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따라 레이저 리프트 오프를 이용하여 질화갈륨 후막으로부터 사파이어 기판을 분리하는 방법을 도시한 도면으로써, 사파이어 기판(11)에 질화갈륨 후막(10)을 성장시킨 후 레이저광을 조사하여, 사파이어 기판(11)과 질화갈륨 후막(10)을 분리하여, 질화갈륨 기판을 제조한다.

또는, 기계적인 래핑(Mechanical lapping)공정을 수행하여, 사파이어 기판(11)을 제거함으로써, 사파이어 기판에서 질화갈륨 후막을 분리하여 기판을 제조하기도 하였다.

이런, 종래의 프리 스탠딩 기판 제조 방법은, 1000℃ 이상의 고온의 챔버에서 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 후막을 성장시킨 후, 상온까지 온도를 낮추어 사파이어 기판을 챔버에서 꺼내어 기계적인 래핑 공정을 수행하는 것이다.

그러나, 기계적인 래핑공정을 사용하는 종래의 질화갈륨 기판 제조 방법은 래핑공정 시간이 많이 소요되고, 래핑공정으로 스트레스를 받아 분리된 질화갈륨 기판이 휘어지게 되는 문제점을 야기시킨다.

따라서, 이런 문제점을 해결하기 위하여, 질화갈륨 후막이 성장된 챔버 외부에서 레이저를 사용하여 질화갈륨 후막을 사파이어 기판에서 분리시켜 프리 스탠딩된 질화갈륨 기판을 제조하는 방법이 개발되었으나, 질화갈륨이 성장되는 1000℃ 온도에서 상온으로 하강시킬 때, 크랙(Crack)이 발생되는 근본적인 문제는 피할 수 없었다.

결국, 질화갈륨 후막이 성장된 챔버내에서 레이저를 사용하여 질화갈륨 후막을 사파이어 기판에서 분리시킴으로써, 프리 스탠딩된 질화갈륨 기판을 제조하게 되었다.

그러나, 이 방법 역시, 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버의 서셉터(Susceptor)(20) 상부에 올려진 사파이어 기판(21)에 질화갈륨 후막이 성장되면서, 사파이어 기판(21)의 외곽부분을 감싸며 성장되어 사파이어 기판 가장자리(Edge)부분에 성장된 질화갈륨 후막의 두께는 균일하지 못하였고, 또한 질화갈륨의 결정질도 불균일하게 되었다.

그러므로, 질화갈륨 후막이 성장된 챔버내에서 레이저를 사용하여 질화갈륨 후막을 사파이어 기판으로부터 분리하기는 상당히 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사파이어 기판의 측면에 보호부를 형성하여, 질화갈륨 후막이 성장될 때, 사파이어 기판의 가장자리(Edge)에 질화갈륨 후막이 불균일하게 성장되는 것을 방지할 수 있고, 질화갈륨 후막과 사파이어 기판의 분리를 원활히 수행할 수 있으며, 고품질의 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 질화갈륨 기판 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판의 측면을 보호부로 감싸서 상기 사파이어 기판의 상면을 노출시키는 제 1 단계와;

질화갈륨 기판을 제조하는 챔버 내부에 있는 서셉터의 상부에 상기 사파이어 기판을 올려놓는 제 2 단계와;

상기 제 1 단계에서 노출된 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 후막을 성장시키는 제 3 단계와;

상기 사파이어 기판과 질화갈륨 후막을 분리시키는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 사파이어 기판의 측면을 사파이어 기판의 두께보다 두껍게 감싸는 보호부를 형성하고, 상기 보호부가 형성된 사파이어 기판을 질화갈륨 기판을 제조하는 챔버 내부에 있는 서셉터 올려놓고, 질화갈륨 후막을 형성하는 것으로, 사파이어 기판은 측면에 형성된 보호부에 의해 마치 질화갈륨을 안착시킬 수 있는 요홈이 형성되고, 이 요홈에 의해 사파이어 기판은 노출된다.

결국, 사파이어 기판의 측면에는 질화갈륨이 전혀 성장되질 않아 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

이 때, 보호부는 후술되는 도 3, 도 4a와 4b와 같이, 커버링 또는 보호막으로 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 서셉터에 올려진 사파이어 기판의 측면을 커버링(Cover ring)으로 감싸고 질화갈륨 후막을 형성한 단면도로써, 질화갈륨 기판을 제조하는 챔버 내부에 있는 서셉터(20)의 상부에 사파이어 기판(21)을 올려놓는다.

그 후, 상기 사파이어 기판(21)의 측면을 미리 만들어진 커버링(30)으로 감싸, 상기 사파이어 기판(21)을 노출시키고, 상기 노출된 사파이어 기판(21) 상부에 질화갈륨 후막(22)을 성장시킨다.

여기서, 상기 커버링(30)은 사출성형공정 또는 기타 가공공정에 의해, 상기 사파이어 기판(21)의 측면을 감싸는 형상으로 미리 제조되어지는 것이고, 고온에 잘 견디며, 성장되는 질화갈륨 후막에 악영향(예를 들어, 열팽창계수의 차이로 인한 스트레스)을 주지 않는 물질로 이루어지면 된다.

이 때, 상기 커버링(30)은 상기 사파이어 기판(21)의 측면을 감싸며 형성될 수 있고, 그 측면과 측면에 인접된 일부 상면을 감싸도록 형성하는 것이 더 바람직하다.

또한, 상기 사파이어 기판(21)의 상면을 감싸는 커버링(30)은 사파이어 기판(21)의 측면에서 1~100㎛ 정도의 거리(d)만큼 감싸도록 형성하는 것은 더욱 바람직하다.

그러므로, 상기 커버링(30)에 의해, 상기 사파이어 기판(21) 측면부위 또는 측면을 벗어나는 영역에는 상기 질화갈륨 후막(22)이 성장되질 않고, 질화갈륨 후막(22)은 측면과 수직하게 성장되거나 또는 그 측면으로부터 이격되어 성장된다.

따라서, 사파이어 기판의 외곽부분에는 질화갈륨 후막이 성장되질 않아서, 레이저 리프트 오프 공정에 의하여 질화갈륨 후막이 사파이어 기판으로부터 잘 분리됨으로써, 질화갈륨 기판의 제조를 더욱 용이할 수 있는 장점이 있다.

도 4a와 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 사파이어 기판에 보호막을 형성하여 질화갈륨 후막을 형성시킨 단면도로써, 도 4a와 4b는 모두 사파이어 기판(21)의 측면과 그 측면과 인접한 상면에 질화갈륨의 성장을 방지할 수 있는 보호막(31)을 형성한 다음, 이 사파이어 기판(21)을 질화갈륨 기판을 제조하는 챔버 내부의 서셉터(20)에 올려놓고, 질화갈륨을 성장시킨다.

이 때, 성장된 질화갈륨 후막은 성장조건에 따라 도 4a 또는 4b처럼 성장될 수 있다.

먼저, 도 4a에서는 커버링을 사용한 도 3과 동일한 형상으로 질화갈륨 후막(22)이 형성되고, 도 4b에서는 질화갈륨 후막(23)이 보호막(31)의 상면에도 형성된다.

본 발명의 제 2 실시예는 도 3과 마찬가지로, 상기 사파이어 기판(21)의 상면을 감싸는 보호막(31)을 사파이어 기판(21)의 측면에서 1~100㎛ 정도로 거리(d)만큼 감싸며, 상기 사파이어 기판(21)의 상면으로부터 두께(t)가 1~10㎛가 되도록 형성한다.

더불어, 상기 보호막(31)은 절연막 또는 금속막으로 형성하는 것이 바람직하며, SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, TiO₂, ZrO ₂, Si, W, Mo, Au와 Pt 중 선택된 어느 하나로 이루어진 물질 또는 조합된 물질로 형성하는 것이 더 바람직하다.

그러므로, 본 발명은 사파이어 기판의 상부에 질화갈륨 후막이 성장될 때, 사파이어 기판의 가장자리(Edge)에 질화갈륨 후막이 불균일하게 성장되는 것을 방지할 수 있고, 질화갈륨 후막과 사파이어 기판의 분리를 원활히 수행할 수 있으므로, 고품질의 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 사파이어 기판의 측면에 보호부를 형성하여, 질화갈륨을 성장시킴으로써, 사파이어 기판의 가장자리(Edge)에 질화갈륨 후막이 불균일하게 성장되는 것을 방지할 수 있고, 질화갈륨 후막과 사파이어 기판의 분리를 원활히 수행할 수 있으며, 고품질의 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 효과가 발생한다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따라 레이저 리프트 오프를 이용하여 질화갈륨 후막으로부터 사파이어 기판을 분리하는 방법을 도시한 도면이다.

도 2는 종래 기술에 따라 사파이어 기판의 상면에 질화갈륨 후막이 성장된 상태를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 서셉터에 올려진 사파이어 기판의 측면을 커버링(Cover ring)으로 감싸고 질화갈륨 후막을 형성한 단면도이다.

도 4a와 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 사파이어 기판에 보호막을 형성하여 질화갈륨 후막을 형성시킨 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 질화갈륨 후막 11,21 : 사파이어 기판

20 : 서셉터 22,23 : 질화갈륨 후막

30 : 커버링 31 : 보호막

Claims (7)

1. 사파이어 기판의 측면을 미리 만들어진 별도의 보호부로 감싸서 상기 사파이어 기판의 상면을 노출시키는 제 1 단계와;

   질화갈륨 기판을 제조하는 챔버 내부에 있는 서셉터의 상부에 상기 사파이어 기판을 올려놓는 제 2 단계와;

   상기 제 1 단계에서 노출된 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 후막을 성장시키는 제 3 단계와;

   상기 사파이어 기판과 질화갈륨 후막을 분리시키는 제 4 단계로 구성된 질화갈륨 기판 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호부의 두께는 사파이어 기판의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.
7. 삭제