KR101137514B1 - 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101137514B1
KR101137514B1 KR1020110021900A KR20110021900A KR101137514B1 KR 101137514 B1 KR101137514 B1 KR 101137514B1 KR 1020110021900 A KR1020110021900 A KR 1020110021900A KR 20110021900 A KR20110021900 A KR 20110021900A KR 101137514 B1 KR101137514 B1 KR 101137514B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitride
based semiconductor
layer
semiconductor device
forming
Prior art date
Application number
KR1020110021900A
Other languages
English (en)
Inventor
송영호
김승환
전성란
양계모
Original Assignee
한국광기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광기술원 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020110021900A priority Critical patent/KR101137514B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101137514B1 publication Critical patent/KR101137514B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494Structure
    • H01L21/02513Microstructure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02178Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing aluminium, e.g. Al2O3
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439Materials
    • H01L21/02455Group 13/15 materials
    • H01L21/02458Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02623Liquid deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656Special treatments
    • H01L21/02664Aftertreatments

Abstract

본 발명은 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 이종 기판 위에 양질의 질화물계 반도체층을 성장시킨 후 이종 기판과 질화물계 반도체 소자의 분리시 질화물계 반도체 소자의 손상을 최소화하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 이종 기판 위에 유전체층을 형성한다. 다층 구조의 나노입자층을 유전체층 위에 Al2O3의 나노입자를 함유한 혼합액을 스핀 코팅으로 도포하여 형성한다. 나노입자층 위에 질화물계 반도체층을 형성한다. 질화물계 반도체층 위에 지지기판을 접합한다. 유전체층이 형성된 이종 기판을 분리한다. 그리고 나노입자층을 제거하여 지지기판 위에 질화물계 반도체층이 형성된 질화물계 반도체 소자를 획득한다. 이때 나노입자층을 기반으로 질화물계 반도체층을 성장시킴으로써, 나노입자층에 의해 스트레인과 전위 밀도가 감소한 양질의 질화물계 반도체층을 획득할 수 있다. 또한 유전체층이 형성된 이종 기판은 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 나노입자층에서 분리하기 때문에, 질화물계 반도체층의 손상을 최소화하면서, 제조 공정을 간소화할 수 있고, 또한 질화물계 반도체 소자의 제조 비용을 낮출 수 있다.

Description

나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법{Method for manufacturing nitride semiconductor device using nano particle}
본 발명은 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종 기판에 양질의 질화물계 반도체층을 형성한 후 질화물계 반도체층을 이종 기판에서 손상을 최소화하면서 분리하여 질화물계 반도체 소자를 제조하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 질소(N)와 같은 Ⅴ족 소스와, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al) 또는 인듐(In)과 같은 Ⅲ족 소스를 포함하는 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐 (InN) 등의 질화물계 반도체 소재는 열적 안정성이 우수하고 직접 천이형의 에너지 밴드(band) 구조를 갖고 있어, 질화물계 반도체 소자 예컨대, 자외선 영역의 질화물계 반도체 발광소자, 태양전지소자 등으로 많이 사용되고 있다. 질화인듐알루미늄(AlInN)계 물질은 0.7eV에서 6.2eV의 폭넓은 에너지 밴드 갭을 가지고 있어 태양광스펙트럼 영역과 일치하는 특성으로 인하여 태양전지소자용 물질로 많이 사용되고 있다. 특히, 질화알루미늄갈륨(AlGaN)을 이용한 자외선 발광소자는 경화기 장치, 의료분석기 및 치료기기 및 살균, 정수, 정화시스템 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있으며, 향후 반도체 조명 광원으로써 일반조명에 사용 가능한 물질로서 주목을 받고 있다.
이러한 질화물계 반도체 소재를 이용하여 성장시킨 질화물계 반도체층은 특히, 질화갈륨은 그것을 성장시킬 수 있는 동종의 기판을 제작하기가 어려워 유사한 결정 구조를 갖는 이종(hetero) 기판 위에 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD) 또는 분자선 성장법(molecular beam epitaxy; MBE) 등의 공정을 통해 성장된다. 이종 기판으로는 육방 정계의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire, Al2O3)나 실리콘 카바이드(SiC) 등이 사용되고 있다.
질화물계 반도체 소자 제조에 있어서, 이종 기판 중 사파이어 기판은 화학적 및 열적으로 안정적이며, 고온 제조공정을 가능케 하는 고융점을 갖고 있고, 높은 유전상수를 갖는다는 장점을 갖고 있다. 하지만 사파이어 기판은 열전도성이 떨어짐에 따라 궁극적으로 고휘도의 질화물계 반도체 소자를 제작하기 어려운 단점이 있다. 또한 사파이어는 전기적으로 부도체이므로 발광다이오드 구조를 제한하며, 기계적 및 화학적으로 매우 안정하여 절단 및 형상화(shaping) 등의 가공이 어려움 문제점을 갖고 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 최근에는 사파이어와 같은 이종 기판 상에 질화물계 반도체층을 성장시킨 후, 이종 기판을 분리하여 발광 효율이 높은 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 따른 연구가 진행되고 있다.
여기서 사파이어 기판과 질화물계 반도체 소자의 분리 공정에 있어 중요한 점은, 질화물계 반도체 소자의 특성을 안정적으로 담보하기 위해 사파이어 기판과 질화물계 반도체 소자의 분리 시 질화물계 반도체층의 크랙(crack) 발생을 최소화하여야 한다는 것이다.
사파이어 기판과 질화물계 반도체 소자를 분리시키는 방법으로, 주로 사파이어 기판과 질화물계 반도체 소자의 질화물계 반도체층의 계면에 레이저(laser)를 조사하여 분리시키는 이른바 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO) 방법이 사용되고 있다.
그러나 레이저 리프트 오프 방법은 레이저의 높은 열로 인해 질화물계 반도체 소자의 질화물계 반도체층을 열화시키거나, 열팽창계수의 차이로 인해 질화물계 반도체층 내에 크랙을 발생시키는 문제점이 있다.
한편 사파이어의 낮은 열전도도 특성을 극복하기 위해 사파이어 기판 대신 실리콘 카바이드 기판, 실리콘 기판을 적용하는 연구가 진행되고 있으나, 실리콘 카바이드 기판의 경우 기판 자체가 고가임에 따라 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 실리콘 기판의 경우 가격이 저렴하고 우수한 열전도도 특성을 갖는 장점이 있으나, 질화물계 반도체층의 두께가 두꺼워질수록 열팽창계수 차이로 인한 크랙 문제가 심화되는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이종 기판과 질화물계 반도체 소자의 분리 시 질화물계 반도체 소자의 손상을 최소화할 수 있는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이종 기판 위에 양질의 질화물계 반도체층을 성장시킬 수 있는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 질화물계 반도체층 분리 공정을 간소화하면서 저비용으로 질화물계 반도체 소자를 제조할 수 있는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이종 기판 위에 유전체층을 형성하는 유전체층 형성 단계, 상기 유전체층 위에 Al2O3의 나노입자를 함유한 혼합액을 도포하여 다층의 나노입자층을 형성하는 나노입자층 형성 단계, 상기 나노입자층 위에 질화물계 반도체층을 형성하는 질화물계 반도체층 형성 단계, 상기 질화물계 반도체층 위에 지지기판을 접합하는 접합 단계, 상기 나노입자층 아래의 상기 유전체층이 형성된 상기 이종 기판을 분리하는 분리 단계, 및 상기 나노입자층을 제거하여 상기 지지기판 위에 상기 질화물계 반도체층이 형성된 질화물계 반도체 소자를 획득하는 획득 단계를 포함하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 유전체층 형성 단계에서, 상기 이종 기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 산화 마그네슘(MgO) 소재의 기판이 사용될 수 있다. 상기 유전체층은 상기 이종 기판 위에 100 내지 200nm의 두께로 형성된 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiN) 중에 하나가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 나노입자층 형성 단계에서, 상기 혼합액을 스핀 코팅으로 도포하여 1㎛ 이하의 두께를 갖는 다중층으로 상기 나노입자층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 나노입자층 형성 단계는 스핀 코팅, 스프레이 또는 딥인 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 질화물계 반도체층 형성 단계는, 상기 나노입자층 위에 질화물계 반도체층을 성장시키는 단계와, 상기 질화물계 반도체층을 제조될 질화물계 반도체 소자에 대응되게 분할하는 분할 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 분할 단계에서, 건식 식각으로 상기 나노입자층이 노출되게 상기 질화물계 반도체층을 분할할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 분리 단계에서, 상기 유전체층이 형성된 상기 이종 기판을 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 상기 나노입자층에서 분리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 나노입자층을 스핀 코팅을 이용하여 이종 기판 위에 다층으로 형성한 후, 나노입자층 위에 질화물계 반도체층을 형성함으로써, 나노입자층에 의해 스트레인과 전위 밀도가 감소한 양질의 질화물계 반도체층을 갖는 질화물계 반도체 소자를 제조할 수 있다.
또한 스핀 코팅과 같은 도포 방법을 이용하여 다층으로 형성된 나노입자층을 경계로 질화물계 반도체층을 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 이종 기판에서 분리하여 질화물계 반도체 소자를 제조할 수 있기 때문에, 나노입자층을 스퍼터링과 같은 물리적인 증착으로 형성하고 레이저 리프트 오프 방식을 이용하여 질화물계 반도체층을 분리하는 것에 비해서 질화물계 반도체층의 손상을 최소화하면서, 제조 공정을 간소화할 수 있고, 또한 질화물계 반도체 소자의 제조 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 2 내지 8은 도 1의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면으로서,
도 2는 이종 기판 위에 유전체층이 형성된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 3은 유전체층 위에 스핀 코팅으로 다층의 나노입자층이 형성된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 4는 다층의 나노입자층 위에 질화물계 반도체층이 성장된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 5는 질화물계 반도체층을 분리할 질화물계 반도체 소자에 대응되게 분할된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 6은 분할된 질화물계 반도체층 위에 지지기판이 접합된 상태를 보여주는 단면도이고,
도 7은 습식 식각을 통해서 이종 기판을 분리하는 과정을 보여주는 단면도이고,
도 8은 나노입자층을 제거하여 획득한 질화물계 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 도 2 내지 8은 도 1의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면이다.
먼저 도 2에 도시된 바와 같이, S61단계에서 질화물계 반도체층을 성장시킬 베이스 기판으로 이종 기판(10)을 준비한다. 이종 기판(10)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 산화 마그네슘(MgO) 등의 소재로 제조될 수 있다. 예컨대 이종 기판(10)으로는 c면({0001}면), R면({1-102}), M면({1-100}) 또는 A면({11-20})을 갖는 사파이어 기판이 사용될 수 있다.
다음으로 도 2에 도시된 바와 같이, S63단계에서 이종 기판(10) 위에 유전체층(20)을 형성한다. 이때 유전체층(20)은 물리적 또는 화학적 증착 방법으로 형성할 수 있다. 이러한 유전체층(20)은 산(acid), 염기(base), 염(salt), 또는 각종 식각 용액(etching solution)으로 쉽게 제거될 수 있는 물질층으로, 기판 분리 후 후처리 공정을 통하여 이종 기판(10)으로부터 쉽게 분리될 수 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대 유전체층(20)은 이종 기판(10) 위에 100 내지 200nm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(20)으로는 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiN)이 사용될 수 있다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, S65단계에서 유전체층(20) 위에 Al2O3의 나노입자를 함유한 혼합액을 스핀 코팅으로 도포하여 다층의 나노입자층(30)을 형성한다. 이때 혼합액은 Al2O3의 나노입자가 용매에 혼합된 용액으로, 용매로는 탈이온수, 메탄올 등이 사용될 수 있다. Al2O3의 나노입자는 파우더 형태로 제공될 수 있다. 혼합액을 스핀 코팅으로 유전체층(20) 위에 도포하여 1㎛ 이하의 두께를 갖는 다중층으로 나노입자층(30)을 형성한다. 그리고 다중층의 나노입자층(30)을 형성하기 위한 스핀 코팅 공정은 1회 이상 수행될 수 있다.
한편 나노입자층(30)을 물리적 또는 화학적 증착 방법을 이용하여 형성할 수도 있지만, 이러한 증착 방법은 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 제조 비용이 상승할 수 있다. 반면에 스핀 코팅으로 나노입자층(30)을 형성할 경우, 나노입자층(30)의 제조 공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 궁극적으로 질화물계 반도체 소자의 제조 비용을 낮출 수 있다.
한편 본 실시예에서는 Al2O3의 나노입자를 함유한 혼합액을 스핀 코팅으로 도포하는 방법을 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 Al2O3의 나노입자를 함유한 혼합액을 도포하여 코팅하는 방법으로 스프레이(spray) 방법, 딥인(dip-in) 방법 등이 사용될 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S67단계에서 나노입자층(30) 위에 질화물계 반도체층(40)을 성장시킨다. 이때 이종 기판(10)에 나노입자층(30)을 형성하여 질화물계 반도체층(40)을 형성하는 것은 이종 기판(10)에 나노패턴을 형성하는 것과 같은 효과를 낼 수 있기 때문에, 나노입자층(30) 위에 양질의 질화물계 반도체층(40)을 성장시킬 수 있다. 즉 나노입자층(30) 위에 질화물계 반도체층(40)을 성장시킴으로써, 나노입자층(30)에 의해 스트레인과 전위 밀도가 감소한 양질의 질화물계 반도체층(40)을 성장시킬 수 있다. 이러한 질화물계 반도체층(40)은 금속 유기 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 수소화물 기상 성장법(hydride vapor phase epitaxy; HVPE), 분자선 성장법(metal organic chemical vapor phase epitaxy; MBE), 금속 유기 화학 기상 성장법(metal organic chemical vapor phase epitaxy; MOCVPE) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
이어서 도 5에 도시된 바와 같이, S69단계에서 질화물계 반도체층(40)을 제조될 질화물계 반도체 소자에 대응되게 분할한다. 이때 질화물계 반도체층(40)의 분할은 건식 식각으로 수행할 수 있고, 건식 식각은 질화물계 반도체층(40)의 아래에 나노입자층(30)이 노출되게 질화물계 반도체층(40)을 분할한다. 통상적으로 제조되는 질화물계 반도체 소자가 상부면이 직사각형 형태를 갖기 때문에, 분할선(41)은 수직 라인과 수평 라인이 서로 교체하는 격자선 형태로 형성될 수 있다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, S71단계에서 질화물계 반도체층(40) 위에 지지기판(50)을 접합한다. 즉 건식 식각으로 분할된 질화물계 반도체층(40)을 지지해 줄 수 있는 지지기판(50)을 질화물계 반도체층(40) 위에 접합한다. 이때 지지기판(50)으로는 질화물계 반도체층(40)을 지지하는 기능과 더불어 질화물계 반도체 소자의 구동 시에 발생되는 다량의 열을 원활하게 대기(air) 중으로 방출하는 기능을 수행할 수 있는 소재로 제조될 수 있다. 예컨대 지지기판(50)으로는 단결정 실리콘(Si), 구리(Cu), 텅스텐(W), 구리텅스텐(CuW) 등의 소재 이외에도, 단결정 실리콘(Si) 기판 상층부에 금속간화합물(intermetallic compound)인 실리사이드(silicide)가 형성되어 있는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 또는 고용체(Al-related alloy or solid solution), 구리(Cu), 구리계 합금 또는 고용체(Cu-related alloy or solid solution), 은(Ag), 또는 은계 합금 또는 고용체(Ag-related alloy or solid solution), 몰리브덴늄(Mo), 또는 몰리브덴늄계 합금 또는 고용체(Mo-related alloy or solid solution), 크롬(Cr), 또는 크롬계 합금 또는 고용체(Cr-related alloy or solid solution), 다결정 또는 비정질 실리콘(Si) 등을 비롯한 전기 및 열적 전도성이 우수한 금속, 합금, 또는 고용체 등의 소재가 사용될 수 있다.
다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, S73단계에서 나노입자층(30) 아래의 유전체층(20)이 형성된 이종 기판(10)을 분리한다. 즉 유전체층(20)이 형성된 이종 기판(10)을 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 나노입자층(30)에서 분리할 수 있다. 이와 같이 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 유전체층(20)이 형성된 이종 기판(10)을 분리하는 이유는, 유전체층(20)이 형성된 이종 기판(10)을 분리하는 과정에서 질화물계 반도체층(40)이 손상되는 것을 최소화할 수 있고, 질화물계 반도체 소자의 제조 공정을 간소화할 수 있고, 또한 질화물계 반도체 소자의 제조 비용을 낮출 수 있기 때문이다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, S75단계에서 질화물계 반도체층(40) 위의 나노입자층(도 7의 30)을 제거하여 지지기판(50) 위에 질화물계 반도체층(40)이 형성된 질화물계 반도체 소자(100)를 획득할 수 있다.
도시하진 않았지만 나노입자층(도 7의 30)을 제거한 이후에, 분할선(41)을 따라서 지지기판(50)을 절단함으로써, 개별 질화물계 반도체 소자(100)로 분리할 수 있다. 이때 지지기판(50)의 절단 방법으로는 다이아몬드 커팅 또는 레이저 조사 등의 방법이 사용될 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 나노입자층(30)을 스핀 코팅을 이용하여 이종 기판(10) 위에 다층으로 형성한 후, 나노입자층(30) 위에 질화물계 반도체층(40)을 형성함으로써, 나노입자층(30)에 의해 스트레인과 전위 밀도가 감소한 양질의 질화물계 반도체층(40)을 갖는 질화물계 반도체 소자(100)를 제조할 수 있다.
또한 스핀 코팅과 같은 도포 방법을 이용하여 다층으로 형성된 나노입자층(30)을 경계로 질화물계 반도체층(40)을 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 이종 기판(10)에서 분리하여 질화물계 반도체 소자(100)를 제조할 수 있기 때문에, 나노입자층(30)을 스퍼터링과 같은 물리적인 증착으로 형성하고 레이저 리프트 오프 방식을 이용하여 질화물계 반도체층(40)을 분리하는 것에 비해서 질화물계 반도체층(40)의 손상을 최소화하면서, 질화물계 반도체 소자(100)의 제조 공정을 간소화할 수 있고, 또한 질화물계 반도체 소자(100)의 제조 비용을 낮출 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 이종 기판
20 : 유전체층
30 : 나노코팅층
40 : 질화물계 반도체층
41 : 분할선
50 : 지지기판
100 : 질화물계 반도체 소자

Claims (7)

  1. 이종 기판 위에 유전체층을 형성하는 유전체층 형성 단계;
    상기 유전체층 위에 Al2O3의 나노입자를 함유한 혼합액을 도포하여 다층의 나노입자층을 형성하는 나노입자층 형성 단계;
    상기 나노입자층 위에 질화물계 반도체층을 형성하는 질화물계 반도체층 형성 단계;
    상기 질화물계 반도체층 위에 지지기판을 접합하는 접합 단계;
    상기 나노입자층 아래의 상기 유전체층이 형성된 상기 이종 기판을 분리하는 분리 단계;
    상기 나노입자층을 제거하여 상기 지지기판 위에 상기 질화물계 반도체층이 형성된 질화물계 반도체 소자를 획득하는 획득 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체층 형성 단계에서,
    상기 이종 기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 징크 옥사이드(zinc oxide, ZnO), 갈륨 나이트라이드(gallium nitride, GaN), 갈륨 비소(GaAs), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 산화 마그네슘(MgO) 소재의 기판이 사용되고,
    상기 유전체층은 상기 이종 기판 위에 100 내지 200nm의 두께로 형성된 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiN) 중에 하나인 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 나노입자층 형성 단계에서,
    상기 혼합액을 도포하여 1㎛ 이하의 두께를 갖는 다중층으로 상기 나노입자층을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 나노입자층 형성 단계는
    스핀 코팅, 스프레인 또는 딥인 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 질화물계 반도체층 형성 단계는,
    상기 나노입자층 위에 질화물계 반도체층을 성장시키는 단계;
    상기 질화물계 반도체층을 제조될 질화물계 반도체 소자에 대응되게 분할하는 분할 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제5항에서, 상기 분할 단계에서,
    건식 식각으로 상기 나노입자층이 노출되게 상기 질화물계 반도체층을 분할하는 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 단계에서,
    상기 유전체층이 형성된 상기 이종 기판을 습식 식각이나 초음파 세척기를 이용하여 상기 나노입자층에서 분리하는 것을 특징으로 하는 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법.
KR1020110021900A 2011-03-11 2011-03-11 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법 KR101137514B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110021900A KR101137514B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110021900A KR101137514B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101137514B1 true KR101137514B1 (ko) 2012-04-20

Family

ID=46143844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110021900A KR101137514B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101137514B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401700B1 (ko) 2012-12-11 2014-05-30 단국대학교 산학협력단 조절 가능한 코어-위성 나노입자 조립체 제조 방법
KR101407698B1 (ko) * 2012-12-28 2014-06-16 한국광기술원 질화물계 반도체 소자 및 그의 제조 방법
KR101921477B1 (ko) * 2016-07-20 2018-11-23 한국세라믹기술원 질화물 기판의 제조방법
KR20200103139A (ko) * 2019-02-08 2020-09-02 충북대학교 산학협력단 시냅스 트랜지스터 및 이의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003163337A (ja) * 2001-08-10 2003-06-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 剥離方法および半導体装置の作製方法
KR20080063367A (ko) * 2005-09-29 2008-07-03 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 3-5족 질화물 반도체의 제조 방법 및 발광 소자의 제조방법
KR20100029704A (ko) * 2008-09-08 2010-03-17 서울대학교산학협력단 질화물 박막 구조 및 그 형성 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003163337A (ja) * 2001-08-10 2003-06-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 剥離方法および半導体装置の作製方法
KR20080063367A (ko) * 2005-09-29 2008-07-03 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 3-5족 질화물 반도체의 제조 방법 및 발광 소자의 제조방법
KR20100029704A (ko) * 2008-09-08 2010-03-17 서울대학교산학협력단 질화물 박막 구조 및 그 형성 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101401700B1 (ko) 2012-12-11 2014-05-30 단국대학교 산학협력단 조절 가능한 코어-위성 나노입자 조립체 제조 방법
KR101407698B1 (ko) * 2012-12-28 2014-06-16 한국광기술원 질화물계 반도체 소자 및 그의 제조 방법
KR101921477B1 (ko) * 2016-07-20 2018-11-23 한국세라믹기술원 질화물 기판의 제조방법
KR20200103139A (ko) * 2019-02-08 2020-09-02 충북대학교 산학협력단 시냅스 트랜지스터 및 이의 제조방법
KR102170605B1 (ko) * 2019-02-08 2020-10-27 충북대학교 산학협력단 시냅스 트랜지스터 및 이의 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110124139A1 (en) Method for manufacturing free-standing substrate and free-standing light-emitting device
JP2010056458A (ja) 発光素子の製造方法
US8026119B2 (en) Method of fabricating semiconductor substrate and method of fabricating light emitting device
WO2013035325A1 (ja) 窒化物半導体構造及びその作製方法
TW200917528A (en) Method for producing light-emitting diode
US8860183B2 (en) Semiconductor substrate, semiconductor device, and manufacturing methods thereof
US8294183B2 (en) Semiconductor substrate, method of fabricating the same, semiconductor device, and method of fabricating the same
CN110783168B (zh) 一种具有三维结构的hemt器件的制备方法
US10886444B2 (en) Solid state optoelectronic device with preformed metal support substrate
KR101137514B1 (ko) 나노 입자를 이용한 질화물계 반도체 소자의 제조 방법
TW201241876A (en) A epitaxialstructure and method for making the same
KR20100058018A (ko) 수직구조를 갖는 반도체 발광소자 제조용 지지기판, 이를 이용한 수직구조를 갖는 반도체 발광소자 제조방법 및 수직구조를 갖는 반도체 발광소자
TW200939518A (en) Method of fabricating photoelectric device of III-nitride based semiconductor and structure thereof
KR20070044099A (ko) 질화물 반도체 발광 다이오드 및 그 제조방법
JP5564799B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体電子デバイスを作製する方法
KR101652919B1 (ko) 금속 확산 방지 보호층을 구비한 복합기판
KR101480551B1 (ko) 수직구조 그룹 3족 질화물계 반도체 발광다이오드 소자 및이의 제조 방법
KR101231118B1 (ko) 반도체 발광소자용 지지기판 및 상기 지지기판을 이용한고성능 수직구조의 반도체 발광소자
JP2010056457A (ja) 発光素子アレイの製造方法
KR101229832B1 (ko) 반도체 기판 제조 방법 및 발광 소자 제조 방법
JP5570838B2 (ja) 半導体基板、その製造方法、半導体デバイス及びその製造方法
JP2005129876A (ja) 化合物半導体材料の積層方法
US8828757B2 (en) Light-emitting device and method for manufacturing the same
KR101381985B1 (ko) 수직형 발광소자 제조 방법
KR20110021561A (ko) 반도체 기판 제조 방법 및 발광 소자 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160323

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170323

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190318

Year of fee payment: 8