KR100615146B1 - 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법 - Google Patents

질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법에 관한 것으로, 사파이어 기판과 질화갈륨 박막 사이에 버퍼층을 개재하고, 이 버퍼층을 선택적으로 식각하여 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 이탈시킴으로써, 레이저 리프트 오프 공정으로 야기되는 크랙 및 열화 현상을 줄일 수 있는 우수한 효과가 있다.
질화갈륨, 박막, 버퍼층, 식각

Description

질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법 { Method for lifting off GaN thin layer }
도 1은 종래 기술에 따라 LLO(Laser Lift Off) 방법을 이용하여 사파이어 기판을 질화갈륨 박막에서 이탈시키는 방법을 설명하기 위한 개념도
도 2a와 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도
도 3a와 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도
도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 사파이어 기판 110,150 : 버퍼층
120,170 : 질화갈륨 박막
본 발명은 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사파이어 기판과 질화갈륨 박막 사이에 버퍼층을 개재하고, 이 버퍼층을 선택적으로 식각하여 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 용이하게 이탈시킬 수 있는 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN) 기술의 발전으로 발광 다이오드의 발광 효율은 상당히 큰 향상이 있었다.
더 많은 향상을 위해서는 내부광자효율과 외부광자효율을 모두 향상시켜야 할 필요가 있다.
외부광자효율은 발광 다이오드의 구조와 표면의 코팅과 거칠기에 의해 주로 영향을 받고, 내부광자효율은 발광 다이오드의 에피(Epi) 구조에 의한 성분과 발생되는 열에 영향을 받는다.
최근에는 열을 잘 빠지도록 하기 위해 질화갈륨 박막을 기판으로부터 분리하고, 이 분리된 질화갈륨 박막 상부에서 발광 다이오드를 만들려는 시도가 이루어지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 LLO(Laser Lift Off) 방법을 이용하여 사파이어 기판을 질화갈륨 박막에서 이탈시키는 방법을 설명하기 위한 개념도로서, LLO(Laser Lift Off) 방법이란 사파이어 기판(10)에 레이저광을 조사하여 질화갈륨 박막(11) 을 이탈시키는 것이다.
이렇게, LLO(Laser Lift Off) 방법을 이용하여 사파이어 기판이 제거된 질화갈륨 박막을 이용하여 발광 다이오드를 제조하는 데, 이 질화갈륨 박막을 이용하여 제조된 수직구조의 발광 다이오드 소자 특성은 기존 소자에 비해 광적, 전기적으로 우수할 뿐만 아니라 구동시 열적인 문제도 해결할 수 있었다.
그러나, 레이저를 이용한 LLO방식은 그 장비 자체가 고가이며, 사파이어와 질화갈륨의 계면에서의 레이저를 이용한 열분해 현상을 이용하기 때문에, 질화갈륨 에피막의 열화를 초래할 수 있다.
또한, 질화갈륨이 열적인 분해를 일으키면서 N2가스가 방출되고, 이렇게 발생한 N2가스의 급격한 팽창으로 인해 질화갈륨막의 크랙이 발생할 수 있는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 사파이어 기판과 질화갈륨 박막 사이에 버퍼층을 개재하고, 이 버퍼층을 선택적으로 식각하여 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 용이하게 이탈시킬 수 있는 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판 상부에 버퍼층과 질화갈륨 박막을 순차적으로 적층하는 단계와;
상기 버퍼층을 습식 식각하여 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막을 이탈시키는 단계를 포함하여 이루어진 질화 갈륨 박막 이탈 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는, 사파이어 기판 상부에 부분적으로 비어있는 버퍼층을 형성하는 단계와;
상기 버퍼층을 포함하는 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 박막을 형성하는 단계와;
상기 버퍼층에서 사파이어 기판에 바로 질화갈륨이 형성된 영역을 식각하는 단계와;
상기 버퍼층을 습식 식각하여 제거하여, 상기 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막을 이탈시키는 단계를 포함하여 이루어진 질화 갈륨 박막 이탈 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2a와 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 버퍼층(110)과 질화갈륨 박막(120)을 순차적으로 적층한다.(도 2a)
그 후, 상기 버퍼층(110)을 습식 식각하여 사파이어 기판(100)으로부터 질화 갈륨 박막(120)을 이탈시킨다.(도 2b)
도 3a와 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 미세 간격의 이격된 공간을 갖는 패턴으로 이루어진 버퍼층(110)을 형성하고, 상기 버퍼층(110)을 포함하는 사파이어 기판(100) 상부에 질화갈륨 박막(120)을 형성한다.(도 3a)
여기서, 상기 버퍼층(110)의 패턴에서 미세 간격은 0.1 ~ 1㎛가 바람직하다.
그 다음, 상기 버퍼층(110)을 습식 식각하여 제거한다.(도 3b)
마지막으로, 열처리 공정을 수행하여, 상기 사파이어 기판(100)으로부터 질화갈륨 박막(120)을 이탈시킨다.
여기서, 상기 열처리 공정을 수행하면, 상기 사파이어 기판(100)과 질화갈륨 박막(120)은 열팽창 계수가 상이하여, 사파이어 기판(100)과 질화갈륨 박막(120)의 계면에는 팽창 길이의 차이로 박리된다.
그러므로, 상기 질화갈륨 박막(120)은 상기 사파이어 기판(100)으로부터 이탈되는 것이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 부분적으로 비어있는 버퍼층(110)을 형성하고, 상기 버퍼층(110)을 포함하는 사파이어 기판(100) 상부에 질화갈륨 박막(120)을 형성한다.(도 4a)
여기서, 상기 부분적으로 형성되는 버퍼층(110)은, 스트립(Strip), 직사각형 (Rectangluar), 원(Circle)과 도트(Dot) 중 어느 하나의 형상으로 형성되고, 상기 부분적으로 형성되는 버퍼층의 크기는, 1um ~ 100um인 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 버퍼층(110)에서 사파이어 기판에 바로 질화갈륨(120)이 형성된 영역을 식각한다.(도 4b)
마지막으로, 상기 버퍼층(110)을 습식 식각하여 제거하여, 상기 사파이어 기판(100)으로부터 질화갈륨 박막(120)을 이탈시킨다.(도 4c)
전술된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 방법은, 식각 노출된 영역으로 습식 식각용액이 침투되어 버퍼층의 식각을 더욱 원활하게 할 수 있게 된다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법의 공정을 설명하는 개략적인 단면도로서, 사파이어 기판(100) 상부에 부분적으로 비어있는 1차 버퍼층(110)을 형성하고, 상기 1차 버퍼층(110)을 포함하는 사파이어 기판(100) 상부에 질화갈륨 박막(120)을 형성한다.(도 5a)
그 다음, 상기 1차 버퍼층(110)에서 사파이어 기판에 바로 질화갈륨(120)이 형성된 영역을 식각한다.(도 5b)
연이어, 상기 식각된 영역 내부에 2차 버퍼층(150)을 채운다.(도 5c)
상기 2차 버퍼영역은 상기 식각된 영역을 60 ~ 140% 사이까지 채우도록 하고, 2차 버퍼층(150)의 두께는 상기 1차 버퍼층두께의 60%부터 상기 성장된 질화갈륨두께의 140% 사이가 되도록 한다.
그 후, 상기 질화갈륨 박막(120) 상부에 상기 버퍼층 패턴을 이용하여 다른 질화갈륨 박막(170)을 측면 성장시킨다.(도 5d)
마지막으로, 상기 1차 버퍼층(110)을 습식 식각하여 제거하여, 상기 사파이어 기판(100)으로부터 질화갈륨 박막(120)을 이탈시킨다.(도 5e)
이탈된 질화갈륨 박막(120,170)에는 도 5e와 같이, 상기 2차 버퍼층의 두께에 따라서 요홈(180)이 존재하도록 할 수 있다.
그리고, 이 요홈(180)은 광추출효율을 증가시키는 역할을 할 수 있다.
상기 본 발명의 제 4 실시예에 따른 방법에서는, 버퍼층 패턴을 이용하여 질화갈륨을 측면성장시킴으로써, 전위(Dislocation)가 줄어들어 결함이 없는 질화갈륨 박막을 얻을 수 있다.
이상 상술된 본 발명의 제 1 내지 4 실시예에서, 버퍼층을 산화막 계열로 형성하면, 질화갈륨 박막과 사파이어 기판이 식각되지 않고, 버퍼층만 선택적으로 식각할 수 있다.
이러한, 산화막 계열의 버퍼층 식각은 BOE(Buffered oxide etchant)를 이용하면 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 사파이어 기판과 질화갈륨 박막 사이에 버퍼층을 개재하고, 이 버퍼층을 선택적으로 식각하여 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 이탈시킴으로써, 레이저 리프트 오프 공정으로 야기되는 크랙 및 열화 현상을 줄일 수 있는 우수한 효과가 있다.
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.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 사파이어 기판 상부에 0.1 ~ 1㎛인 미세 간격의 이격된 공간을 갖는 패턴으로 이루어진 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층을 포함하는 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 박막을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층을 습식 식각하여 제거하는 단계와;
    열처리 공정을 수행하여, 상기 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막을 이탈시키는 단계를 포함하여 이루어진 질화 갈륨 박막 이탈 방법.
  3. 사파이어 기판 상부에 부분적으로 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층을 포함하는 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 박막을 형성하는 단계와;
    상기 버퍼층에서 사파이어 기판에 바로 질화갈륨이 형성된 영역을 식각하는 단계와;
    상기 버퍼층을 습식 식각하여 제거하여, 상기 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막을 이탈시키는 단계를 포함하여 이루어진 질화 갈륨 박막 이탈 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 부분적으로 형성되는 버퍼층은,
    스트립(Strip), 직사각형(Rectangluar), 원(Circle)과 도트(Dot) 중 어느 하나의 형상으로 형성되고,
    상기 부분적으로 형성되는 버퍼층의 크기는,
    1um ~ 100um인 것을 특징으로 하는 질화 갈륨 박막 이탈 방법.
  7. 제 2 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 버퍼층은,
    산화막 계열로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 질화 갈륨 박막 이탈 방법.
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