KR100809211B1 - Method of producing nitride based single-crystal substrate - Google Patents
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Abstract
Description
도1a 및 도1b는 각각 종래 기술에 따른 질화물 단결정 기판 제조공정을 나타내는 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views showing a nitride single crystal substrate manufacturing process according to the prior art, respectively.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물 단결정 기판의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views of respective processes for explaining a method for manufacturing a nitride single crystal substrate according to one embodiment of the present invention.
도3a는 본 발명에서 채용되는 기판 홈의 단면을 촬영한 SEM 사진이며, 도3b는 평행사변형으로 배열된 홈이 형성된 질화물 단결정 템플릿층 상면을 촬영한 광학현미경 사진이다.FIG. 3A is a SEM photograph of a cross section of a substrate groove employed in the present invention, and FIG. 3B is an optical microscope photograph of an upper surface of a nitride single crystal template layer having grooves arranged in parallelograms.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
21: 기판 22: 질화물 단결정 템플릿(template)층21
23: 질화물 단결정층 A: 홈23: nitride single crystal layer A: groove
C: 크랙(Crack) L: 레이저 빔 C: Crack L: Laser Beam
F: 응력(Stress)F: Stress
본 발명은 질화물 단결정 기판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종 기판 상에서 질화물 단결정이 성장하는 과정에서 기판과 질화물 단결정의 계면에서 발생되는 응력을 최소화하고 이로 인한 휘어짐을 완화하기 위한 질화물 단결정 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a nitride single crystal substrate, and more particularly, to minimize the stress generated at the interface between the substrate and the nitride single crystal in the process of growing the nitride single crystal on a heterogeneous substrate and to reduce the warpage caused by the nitride single crystal substrate It relates to a manufacturing method.
최근, 차세대 조명 분야에서, 단파장대역에서 발광하는 반도체 소자의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 단파장대역에서 발광이 가능한 반도체 소자를 구성하기 위한 재료로서, GaN과 같은 질화물계 반도체가 널리 사용된다. In recent years, in the field of next-generation lighting, research into semiconductor devices emitting light in a short wavelength band has been actively conducted. As a material for forming a semiconductor device capable of emitting light in such a short wavelength band, a nitride semiconductor such as GaN is widely used.
통상적으로, GaN 단결정은 이종 기판 상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등의 기상 성장법 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법을 이용하여 제조되어 왔다. Typically, GaN single crystals have been prepared on heterogeneous substrates by vapor phase growth such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydrolysis vapor phase epitaxy (HVPE), or molecular beam epitaxy (MBE).
최근에는, 고품질 질화물계 발광소자를 얻기 위해서, 사파이어(α-Al2O3) 기판 또는 SiC 기판와 같은 이종 기판이 아니라, GaN 기판과 같은 동종 기판을 사용하는 방안이 고려되고 있다. Recently, in order to obtain a high quality nitride-based light emitting device, a method of using a homogeneous substrate such as a GaN substrate, rather than a heterogeneous substrate such as a sapphire (? -Al 2 O 3 ) substrate or a SiC substrate, has been considered.
질화물 단결정 기판은 발광소자보다는 다소 높은 결함밀도를 갖더라도, 통상적인 이종기판과 달리 우수한 결정성을 보장할 수 있다. 하지만, 이러한 질화물 단 결정은 기판에 필요한 충분한 두께(예, 수백㎛)로 성장되어야 한다. Although the nitride single crystal substrate has a somewhat higher defect density than the light emitting device, the nitride single crystal substrate can guarantee excellent crystallinity unlike a conventional heterogeneous substrate. However, these nitride single crystals must be grown to a sufficient thickness (eg several hundred micrometers) required for the substrate.
따라서, 질화물 단결정 기판을 성장하는데 있어서도, 여전히 이종기판과의 격자상수 및 열팽창계수의 차이(예, 사파이어/GaN일 경우에, 격자상수: 약 13% , 열팽창계수: 약 34%)로 인해 응력 문제가 존재한다. 도1a 및 도1b에는 사파이어 기판과 그 위에 성장된GaN 사이의 응력으로 인해 휨현상을 발생된 상태를 나타낸다. Therefore, even in growing a nitride single crystal substrate, there is still a stress problem due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient (e.g., sapphire / GaN, lattice constant: about 13%, thermal expansion coefficient: about 34%) with the hetero substrate. Is present. 1A and 1B show a state in which a warpage phenomenon occurs due to a stress between a sapphire substrate and GaN grown thereon.
도1a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판과 GaN의 열팽창계수 차이로 인하여 GaN 단결정 성장 시에는 기판과 GaN 단결정이 휘는 현상이 심각하게 발생될 수 있다. 이 경우에, 휨정도는 수십 ㎝정도의 곡률을 가질 수 있으며, 이러한 곡률정도는 통상적인 2인치 기판의 크기를 고려할 때에 심각한 수준이다.As shown in FIG. 1A, when the GaN single crystal is grown due to a difference in thermal expansion coefficient between the sapphire substrate and GaN, the substrate and the GaN single crystal may be seriously bent. In this case, the degree of warpage may have a curvature on the order of tens of centimeters, and this degree of curvature is a serious level considering the size of a typical 2-inch substrate.
또한, 레이저 리프트 오프공정 후에는, 도1b에 도시된 바와 같이, 내부응력으로 인해 GaN 단결정은 반대 방향으로 휜 상태가 된다. 따라서, 평탄한 상태의 기판을 얻기 위해서, 점선으로 표시한 부분이 잔류하도록 연마공정과 같은 가공공정을 진행해야 하므로, 최종 얻어지는 GaN 단결정 기판이 불가피하게 작아지는 문제가 있다.In addition, after the laser lift-off process, as shown in Fig. 1B, due to the internal stress, the GaN single crystal is squeezed in the opposite direction. Therefore, in order to obtain a substrate in a flat state, a processing step such as a polishing step must be performed so that the portion indicated by the dotted line remains, so that the final GaN single crystal substrate obtained is inevitably small.
이와 같이, 종래에는, 이종기판과 같은 격자상수 및 열팽창계수 차이로 인해 충분한 크기를 가지며 양질의 결정성을 갖는 질화물 단결정 기판을 제조하는데 어려움이 있어 왔다.As such, there has been a difficulty in manufacturing a nitride single crystal substrate having a sufficient size and good crystallinity due to the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient, such as a dissimilar substrate.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 이종 기판과 질화물 단결정 사이의 응력에 대한 영향이 저감된 조건에서 질화물 단결정을 성장시킴으로써 휨현상 및 크랙 등을 최소화할 수 있는 질화물 단결정 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, the purpose of the nitride single crystal that can minimize the warpage phenomenon and cracks by growing a nitride single crystal in a condition that the influence on the stress between the hetero-substrate and the nitride single crystal is reduced It is to provide a method of manufacturing a substrate.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은, In order to achieve the above technical problem, the present invention,
질화물 단결정 성장을 위한 기판을 마련하는 단계와, 상기 기판 상면이 복수의 영역으로 분할되도록 상기 기판 상에 적어도 하나 이상의 홈을 형성하는 단계와, 상기 기판 상에 질화물 단결정을 성장시키는 단계 및 상기 질화물 단결정으로부터 상기 기판을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 질화물 단결정 성장단계에서 그 질화물 단결정의 두께 증가로 유발되는 응력 증가에 의해 상기 기판은 상기 홈을 따라 상기 복수의 영역으로 분리되는 것을 특징으로 하는 질화물 단결정 기판 제조방법을 제공한다.Providing a substrate for nitride single crystal growth, forming at least one groove on the substrate such that the upper surface of the substrate is divided into a plurality of regions, growing a nitride single crystal on the substrate and the nitride single crystal Removing the substrate from the nitride single crystal, wherein the substrate is separated into the plurality of regions along the groove by an increase in stress caused by an increase in the thickness of the nitride single crystal in the nitride single crystal growth step. Provided is a substrate manufacturing method.
본 발명에서 채용된 홈은 성장과정 중에 자발적인 기판 분할이 유도되어 응력증가에 의한 휨을 억제할 수 있다. 기판의 자발적 분할의 원활성과 성장기판 취급의 안전성을 고려하여, 상기 홈은 바람직하게는 상기 기판 두께의 20% ∼ 70%, 더욱 바람직하게는 40% ~ 70%에 해당하는 깊이를 갖도록 형성할 수 있다.The grooves employed in the present invention can suppress the warpage due to the increase of stress caused by spontaneous substrate division during the growth process. In consideration of the smoothness of spontaneous division of the substrate and the safety of the growth substrate handling, the groove may be formed to have a depth corresponding to 20% to 70%, more preferably 40% to 70% of the thickness of the substrate. have.
본 발명의 바람직한 실시 형태로서, 상기 홈은 상기 기판 상면에서 각각 종방향 및 횡방향으로 배열된 복수의 직선형태를 이루도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 홈은 상기 종방향 및 횡방향으로 배열된 상기 복수의 직선형태가 복수의 평행사변형을 이루도록 형성된 것일 수 있다. 이는, 통상적으로 사용되는 사파이어 기판이 육방정계이므로, 그 벽개면을 따라 분리가 용이한 것을 고려한 것이다.In a preferred embodiment of the present invention, the groove may be formed to form a plurality of straight lines arranged in the longitudinal and transverse directions, respectively, on the upper surface of the substrate. In this case, the groove may be formed to form a plurality of parallelograms of the plurality of linear forms arranged in the longitudinal and transverse directions. This is considered to be easy to separate along the cleaved surface, since the commonly used sapphire substrate is a hexagonal system.
질화물 단결정 성장과정에서, 상기 홈 주위에서 측방향 성장된 질화물 단결정은 상기 홈 상부에서 합체(merge)될 수 있다. 이 경우에, 합체된 지점에서 전위가 발생될 수 있으므로, 합체로 인한 전위를 감소시키기 위해서, 홈의 간격을 적절히 확보하는 것이 바람직하다. 이러한 측면에서, 상기 홈은 인접한 다른 홈과 100㎛ 이상의 간격을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. In nitride single crystal growth, nitride single crystals laterally grown around the grooves may be merged on top of the grooves. In this case, since dislocations may be generated at the point of coalescence, it is desirable to properly secure the gap between grooves in order to reduce the potential due to coalescence. In this aspect, it is preferable that the groove is formed to have a distance of 100 μm or more from another adjacent groove.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 홈은 상기 기판의 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 홈의 최하부는 첨단형을 갖는 것이 바람직하다. 홈의 첨단부에서는, 질화물 성장과정 중에 증가되는 응력이 최대가 되어 크랙이 기판 하부로 용이하게 전파될 수 있으므로, 보다 용이하게 기판의 자발적인 분할을 유도할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the groove is narrower from the top to the bottom of the substrate, the bottom of the groove preferably has a tip. At the tip of the groove, the stress that is increased during the nitride growth process is maximized so that cracks can easily propagate down the substrate, thereby facilitating spontaneous division of the substrate.
또한, 상기한 바와 같이, 상기 홈 주위의 기판 상에서 상기 질화물 단결정이 측방향으로 성장되므로, 상기 질화물 단결정의 합체가 용이하도록 홈의 폭을 제한 하는 것이 바람직하다. 이러한 측면에서, 상기 홈은 바람직하게는 20㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하의 폭을 갖도록 형성될 수 있다.Further, as described above, since the nitride single crystal grows laterally on the substrate around the groove, it is preferable to limit the width of the groove so that the nitride single crystal can be easily incorporated. In this aspect, the grooves may be formed to have a width of preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less.
바람직하게는, 상기 홈은 레이저 빔을 조사하여 형성된 것일 수 있으며, 레이저빔에 의하여 가공할 경우, 원하는 홈의 크기를 갖도록 가공이 용이하다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 최하부가 첨단인 형상을 쉽게 얻을 수 있다는 장점이 있다.Preferably, the groove may be formed by irradiating a laser beam, and when processing by the laser beam, not only has the advantage that the processing is easy to have a desired groove size, but also the shape of the lowest point can be easily obtained. There is an advantage.
본 발명의 특정 실시 형태에서는, 상기 기판 상에 홈을 형성하는 단계 전에, 상기 기판 상에 질화물 단결정 템플릿(template)층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 홈은 질화물 단결정 템플릿층을 통과하여 상기 기판 상에 형성된 것일 수 있다. In a particular embodiment of the present invention, prior to forming the groove on the substrate, the method further includes forming a nitride single crystal template layer on the substrate, wherein the groove passes through the nitride single crystal template layer to form the groove. It may be formed on the substrate.
이 경우, 바람직하게는, 상기 질화물 단결정 템플릿층을 형성하는 단계는 MOCVD공정에 의해 실행될 수 있으며, 상기 질화물 단결정을 성장시키는 단계는 HVPE공정에 의해 실행될 수 있다. In this case, preferably, the forming of the nitride single crystal template layer may be performed by a MOCVD process, and the growing of the nitride single crystal may be performed by an HVPE process.
바람직하게는, 상기 기판 상에 홈을 형성하는 단계 후에, 상기 기판을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 공정을 통해 레이저 빔 등과 같은 홈형성공정에서 발생된 잔여물을 제거하여 질화물 단결정 성장을 위한 보다 양질의 성장조건을 제공할 수 있다.Preferably, after the step of forming a groove on the substrate, it may further comprise the step of washing the substrate. Through this process, residues generated in the groove forming process, such as a laser beam, may be removed to provide better growth conditions for nitride single crystal growth.
한편, 상기 기판은 기계적 연마과정 등에 의해서도 제거될 수 있으나, 상기 질화물 단결정으로부터 상기 기판을 제거하는 단계는 레이저 리프트 오프 공정에 의하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the substrate may be removed by a mechanical polishing process or the like, but the removing of the substrate from the nitride single crystal is preferably performed by a laser lift-off process.
바람직하게는, 상기 질화물 단결정으로부터 상기 기판을 제거하는 단계 후, 상기 질화물 단결정에서 상기 기판이 제거된 면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 질화물 단결정에서 상기 기판이 제거된 면에는 상기 기판 또는 상기 질화물 템플릿층의 잔여물이 존재할 수 있으므로, 상기 질화물 단결정을 표면 가공하여 질화물 단결정 기판을 제조할 수 있다.Preferably, after removing the substrate from the nitride single crystal, the method may further include processing a surface from which the substrate is removed from the nitride single crystal. Residues of the substrate or the nitride template layer may exist on a surface where the substrate is removed from the nitride single crystal, and thus the nitride single crystal may be manufactured by surface-processing the nitride single crystal.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일 실시형태에 따른 질화물 단결정 기판의 제조공정을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views of respective processes for explaining a manufacturing process of the nitride single crystal substrate according to the embodiment of the present invention.
우선, 도2a와 같이, 질화물 단결정 성장을 위한 기판(21) 상에 질화물 단결정 템플릿층(22)을 성장시킨다.First, as shown in FIG. 2A, the nitride single
질화물 단결정 상장을 위한 기판(21)은 대표적으로 사파이어 기판일 수 있으 며, 이에 한정되지 않으며, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2 및 LiGaO2로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어진 이종기판일 수 있다. 상기 질화물 단결정 템플릿층(22)은 보다 양질의 질화물 단결정을 고속성장 하기 위해서 제공되는 기저층으로서 MOCVD공정에 의해 형성될 수 있다.The
이어서, 도2b와 같이, 상기 기판(21) 상면이 복수의 영역으로 분할되도록 상기 기판(21) 상에 홈(A)을 형성한다(도3a 및 도3b 참조). Next, as shown in FIG. 2B, a groove A is formed on the
본 발명에서 채용되는 홈(A)은 성장될 질화물 단결정과의 접촉면적을 보다 작은 단위로 분할하고, 후속 질화물 단결정 성장과정 중에서 증가되는 응력에 의해 그 분할된 영역으로 기판(21)을 완전히 분리시킴으로써 응력에 의한 문제를 최소화할 수 있다. The groove A employed in the present invention divides the contact area with the nitride single crystal to be grown into smaller units and completely separates the
본 단계에 따른 홈(A) 형성공정은 바람직하게는 레이저 빔(L)에 의한 가공공정을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다이아몬드 팁을 이용한 기계적 가공공정 등과 같이 당 기술분야에서 공지된 다른 적절한 가공공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 홈 형성공정에서 발생되는 잔유물이 결정성장면으로 제공될 템플릿층(22) 상면에 존재할 수 있으므로, 적절한 세척공정을 추가적으로 실행하는 것이 바람직하다. The groove (A) forming process according to this step may preferably use a machining process by the laser beam (L), but is not limited thereto, and other suitable methods known in the art, such as a mechanical machining process using a diamond tip, etc. It can be formed using a processing process. Since the residues generated in the groove forming process may exist on the upper surface of the
후속 질화물 단결정의 성장과정 중에서 자발적인 기판(21)의 분리는 상기 홈(A)의 깊이(d)를 적절히 조절함으로써 용이하게 실현될 수 있다. 이러한 측면에서, 상기 홈(A)의 깊이(d)는 바람직하게는 상기 기판(21) 두께(t1)의 20%이상, 더욱 바람직하게는 40%이상에 해당하는 범위를 갖도록 형성할 수 있다. The spontaneous separation of the
다만, 성장챔버로의 이송 및 기판 세척과 같이 필요한 기판 취급공정에서 홈(A)으로 인해 원하지 않는 기판 파손을 방지하도록, 상기 홈(A)의 깊이(d)는 상기 기판(21) 두께(t1)의 70%이하에 해당하는 범위로 형성하는 것이 바람직하다.However, the depth d of the groove A is the thickness t1 of the
또한, 본 실시형태에 채용되는 홈(A)은 측방향 성장에 의한 결정성 측면을 고려하여 적절한 폭(w) 및 간격(s)을 갖도록 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 홈(A)의 폭(w)은 20㎛ 이하가 될 수 있으며, 더욱 바람직하게 10㎛ 이하가 될 수 있다. 이에 대해서는 도2c에서 보다 상세히 설명하기로 한다. In addition, the groove A employed in the present embodiment can be formed to have an appropriate width w and spacing s in consideration of the crystalline side due to lateral growth. Preferably, the width w of the groove A may be 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less. This will be described in more detail with reference to FIG. 2C.
이어, 도2c 및 도2d와 같이, 상기 질화물 단결정 템플릿층(22) 상에 원하는 두께를 갖는 질화물 단결정(23)을 성장시킨다. 2C and 2D, a nitride
본 질화물 단결정의 성장단계에서는, 앞서 설명한 바와 같이 질화물 단결정의 성장두께에 의해 응력이 증가하고, 그 증가된 응력은 미리 형성된 홈에 집중되어 자발적인 기판 분리가 발생된다. In the growth stage of the nitride single crystal, as described above, the stress increases due to the growth thickness of the nitride single crystal, and the increased stress is concentrated in a preformed groove to cause spontaneous substrate separation.
도2c는 질화물 단결정이 성장과정 중에 발생되는 기판의 자발적 분리과정을 나타낸다. Figure 2c shows the spontaneous separation of the substrate where nitride single crystals are generated during the growth process.
도2c에 도시된 바와 같이, 초기 질화물 단결정의 성장단계에서 질화물 단결정(23')은 홈(A)의 주위에서 측방향 성장되어 홈(A)의 상부에서 합체된다. 이러한 측방향 성장모드는 Ⅴ/Ⅲ족 비, 성장압력 및/또는 성장온도와 같은 공정조건을 적절히 조절함으로써 용이하게 실현할 수 있다. 여기서, 측방향 성장에 의한 질화물 단결정의 합체가 보다 신속히 이루어지도록, 홈(A)의 폭(w)을 20㎛이하로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 합체되는 부분에서 전위가 발생될 수 있으므로, 이로 인한 전위가 적절히 제한되도록, 홈부(A)의 간격(s)은 약 100㎛이하로 하는 것이 바람직하다. As shown in Fig. 2C, in the growth stage of the initial nitride single crystal, the nitride single crystal 23 'is laterally grown around the groove A and coalesced at the top of the groove A. Such a lateral growth mode can be easily realized by appropriately adjusting process conditions such as group V / III ratio, growth pressure and / or growth temperature. Here, it is preferable to form the width w of the groove A in 20 micrometers or less so that coalescence of the nitride single crystal by lateral growth can be made more quickly. In addition, since dislocations may be generated in the portion to be coalesced, the interval s between the grooves A is preferably about 100 μm or less so that the dislocations due thereto are appropriately limited.
질화물 단결정(23')과 기판(21) 사이의 응력은 성장되는 두께에 따라 점차 증가되고 일정한 휨을 유발하지만, 홈(A)에 그 응력은 집중되고, 질화물 단결정(23')이 임의의 성장두께(t'2)를 가질 때에 그 홈(A)을 따라 기판(21) 하부로 크랙(C)이 전파되는 임계 응력(F)에 이르게 된다. The stress between the nitride single crystal 23 'and the
이러한 임계 응력(F)이 발생되는 시점은 앞서 설명한 바와 같이 홈(A)의 적절한 깊이(d)로 조절할 수 있다. 즉, 성장두께의 증가에 따른 응력으로 인해 큰 휨현상이 발생되므로, 가능한 임계 응력(F)이 발생되는 시점이 질화물 단결정(23') 성장의 초기단계에서 유발되도록 홈(A)의 깊이(d)를 정의하는 것이 바람직하다. 이러한 홈(A)을 따라 크랙(C)이 보다 용이하게 전파될 수 있도록, 상기 홈(A)은 그 최하부가 첨단부를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. As described above, the time at which the critical stress F is generated may be adjusted to an appropriate depth d of the groove A. That is, since a large bending phenomenon occurs due to the stress caused by the growth thickness, the depth (d) of the groove (A) so that the point where the possible critical stress (F) is generated in the initial stage of the growth of the nitride single crystal 23 ' It is desirable to define. It is preferable that the groove A is formed so that the lowermost part has the tip portion so that the crack C can be more easily propagated along the groove A.
이와 같이, 홈(A)에 따라 전파되는 고의적인 크랙(C)에 의해 기판(21)은 도 2d와 같이 홈에 의해 정의된 복수의 영역으로 자발적으로 분리될 수 있다.As such, the
상기 질화물 단결정(23)은 추가적인 성장공정을 통해 원하는 두께(t2)로 성장될 수 있다. 기판이 자발적으로 분리된 상태에서는 질화물 단결정(23)이 기판(21)과 접촉되는 부분이 작은 단위로 완전히 분할된 상태이므로, 기판으로 사용할 수 있는 정도의 질화물 단결정의 두께에서 발생 될 수 있는 응력에 대한 영향이 저감될 수 있으며, 특히 그로 인해 야기되는 휨 정도가 크게 완화될 수 있다. The nitride
이어서, 상기 질화물 단결정(23)으로부터 상기 기판(21)을 제거하여, 도2e와 같이, 상기 기판(21)이 제거된 질화물 단결정(23)을 얻을 수 있으며, 이 경우, 도2d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(21)은 레이저 리프트 오프 공정에 의하여 제거되는 것이 바람직하다. 이러한 과정을 통하여 얻어진 질화물 단결정(23)은 성장과정 중에 발생된 기판의 자발적인 분할을 통해 종래의 문제되던 불이익한 크랙 발생 및 휨 현상을 최소화시킬 수 있다. Subsequently, the
본 실시형태에서는 도시하지는 않았으나, 도2d에 도시된 단계, 즉, 상기 질화물 단결정(23)으로부터 상기 기판(21)을 제거한 후에, 상기 질화물 단결정(23)에서 상기 기판(21)이 제거된 면을 가공하는 단계를 추가로 실행할 수 있다. 이는 상기 기판(21)의 제거 단계에서 레이저 리프트 오프 공정 등으로 인해 거친 표면을 가공하여 원하는 경면을 갖는 질화물 단결정 기판을 얻기 위함이다.Although not shown in the present embodiment, after the
또한, 본 실시형태에서는, 도2a에 도시된 바와 같이, 보다 우수한 결정성을 갖는 질화물 단결정을 성장하기 위해서, 상기 기판(21) 상에 질화물 단결정 템플릿층(22)을 형성한 예로서 도시하여 설명되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 2A, in order to grow the nitride single crystal which has more excellent crystallinity, it demonstrates and shows as an example in which the nitride single
예를 들어, 상기 질화물 단결정 템플릿층(22)을 다른 버퍼층 또는 질화처리공정과 같은 공지된 표면개질공정으로 대체하거나 그와 병행하여 실시하는 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 기판 상에 직접 질화물 단결정을 성장하거나, 단순히 질화처리만을 적용하여 질화물 단결정을 성장시키는 경우에는, 기판 상에 직접 홈을 형성하는 공정을 적용할 수 있다. For example, the nitride single
앞선 실시형태에서 설명된 바와 같이, 본 발명에서는 질화물 단결정 성장과정에서 증가되는 응력을 통해 기판이 자발적으로 완전 분할될 수 있도록, 기판 상면에 그 면을 복수의 단위로 분할하는 홈을 형성한다. 질화물 단결정 성장과정에서 기판이 자발적으로 분할되므로, 응력으로 인한 영향을 저감시킬 수 있으며, 특히, 성장두께에 따라 증가되는 질화물 단결의 휨현상을 크게 억제시킬 수 있다. As described in the foregoing embodiments, the present invention forms grooves for dividing the surface into a plurality of units on the upper surface of the substrate so that the substrate can be spontaneously divided through the increased stress during the nitride single crystal growth process. Since the substrate is spontaneously divided in the nitride single crystal growth process, the influence due to the stress can be reduced, and in particular, the warpage phenomenon of the nitride unity increased according to the growth thickness can be greatly suppressed.
본 발명에 채용되는 홈은 질화물 성장에 사용되는 기판의 상면이 적절한 크기와 형상으로 분할되도록 형성되면 만족하므로, 홈의 수, 형상 및 배열구조에 한정되지 않는다. 다만, 질화물 단결정 성장공정 중에 기판의 자발적 분할이 보다 용이하게 유도될 수 있도록 도3a 및 도3b에 예시된 홈의 형상과 배열이 바람직하게 채용될 수 있다. The grooves employed in the present invention are satisfied if the upper surface of the substrate used for nitride growth is formed to be divided into appropriate sizes and shapes, and is not limited to the number, shape and arrangement of the grooves. However, the shape and arrangement of the grooves illustrated in FIGS. 3A and 3B may be preferably employed to facilitate spontaneous division of the substrate during the nitride single crystal growth process.
도3a를 참조하면, 질화물 단결정 템플릿층이 형성된 사파이어 기판 상에 레이저 빔에 의해 가공된 홈이 도시되어 있다. 상기 홈은 사파이어 기판의 상부에서 하부로 갈수록 폭이 좁아지며, 상기 홈(A)의 최하부는 첨단의 형태를 갖는다. 이러한 홈의 형상는 사파이어 기판의 완전 분할에 필요한 응력을 첨단부에 집중시킬 수 있으므로, 보다 용이한 기판 분할을 도모할 수 있다. 이와 같은 형상의 홈 형성은 앞서 설명한 바와 같이, 레이저 빔에 의해 용이하게 구현될 수 있다. Referring to Fig. 3A, a groove processed by a laser beam is shown on a sapphire substrate on which a nitride single crystal template layer is formed. The groove is narrower from the top to the bottom of the sapphire substrate, and the lowermost part of the groove A has a tip shape. The shape of such grooves can concentrate stresses necessary for complete division of the sapphire substrate at the tip, thereby facilitating easier substrate division. As described above, the groove formation of the shape can be easily implemented by the laser beam.
도3b와 같이, 상기 홈은 기판(본 예에서는 실제 질화물 단결정 템플릿층임) 상면이 적은 횟수의 레이저 스캐닝을 이용하여 다수의 부분으로 분할되도록 각각 종방향 및 횡방향으로 배열된 복수의 직선형태를 이루도록 형성된 형태로 형성될 수 있다. As shown in Fig. 3B, the grooves have a plurality of straight lines arranged in the longitudinal and transverse directions so that the upper surface of the substrate (in this example, the actual nitride single crystal template layer) is divided into a plurality of portions using a small number of laser scannings. It may be formed in the form formed.
특히, 도3b에 나타난 바와 같이, 상기 홈은 상기 종방향 및 횡방향으로 배열된 상기 복수의 직선형태가 복수의 평행사변형을 이루도록 형성된 형태를 채용함으로써 질화물 단결정 성장과정에서 기판 분할을 용이하게 실현할 수 있다. 즉, 사파이어 기판과 같이 일반적으로 사용되는 질화물 단결정 성장을 위한 기판은 육방정계구조를 가지므로, 기판의 완전분할에 필요한 크랙의 확장이 벽개면에 따라 용이하게 실현될 수 있다. In particular, as shown in FIG. 3B, the grooves can be easily realized in the nitride single crystal growth process by adopting a shape in which the plurality of linear shapes arranged in the longitudinal and transverse directions form a plurality of parallelograms. have. That is, since a substrate for nitride single crystal growth, which is generally used, such as a sapphire substrate, has a hexagonal structure, expansion of cracks necessary for full division of the substrate can be easily realized according to cleaved surfaces.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 질화물 성장을 위한 기판 상면에 다수의 영역으로 분할되도록 홈을 형성함으로써 질화물 단결정이 성장하는 과정에서 기판의 완전 분할을 자발적으로 유도할 수 있다. 따라서, 상기 기판과 질화물 단결정의 계면에서의 응력(stress)을 최소화하고 질화물 단결정의 휘어짐 현상을 크게 완화시킴으로써 보다 양질의 질화물 단결정 기판을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, grooves are formed on the upper surface of the substrate for nitride growth so as to be divided into a plurality of regions, thereby allowing spontaneous division of the substrate during spontaneous growth of the nitride single crystal. Accordingly, a higher quality nitride single crystal substrate can be obtained by minimizing stress at the interface between the substrate and the nitride single crystal and greatly alleviating the warpage of the nitride single crystal.
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KR1020060101766A KR100809211B1 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of producing nitride based single-crystal substrate |
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