KR101614300B1 - 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법 - Google Patents
측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101614300B1 KR101614300B1 KR1020150080942A KR20150080942A KR101614300B1 KR 101614300 B1 KR101614300 B1 KR 101614300B1 KR 1020150080942 A KR1020150080942 A KR 1020150080942A KR 20150080942 A KR20150080942 A KR 20150080942A KR 101614300 B1 KR101614300 B1 KR 101614300B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- nitride
- layer
- sio
- seed
- Prior art date
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 231
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 198
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 18
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical group [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 8
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
본 발명은, 제1 기판 및 제2 기판 상부에 증착 방식으로 SiO2층 또는 SiN층을 형성하는 단계와, 상기 제1 기판 상부에 형성된 상기 SiO2층 또는 SiN층 상부에 질화물 씨드를 위치시켜 고정하는 단계와, 상기 질화물 씨드 상부에 SiO2층 또는 SiN층이 형성된 제2 기판을 위치시켜 고정하는 단계와, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스가 유입되게 하여 상기 질화물 씨드를 측면 성장시키는 단계 및 상기 SiO2층 또는 SiN층을 선택적으로 습식공정 방법으로 식각하여 제거하고, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 고품질 질화물 기판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 공정이 매우 간단하면서도 재현성이 매우 높고, 고품질의 질화물 기판을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정이 매우 간단하면서도 재현성이 매우 높고, 고품질의 질화물 기판을 얻을 수 있는 질화물 기판의 제조방법에 관한 것이다.
AlN, GaN, InN과 같은 질화물은 매우 다양한 용도로 많이 사용되고 있다.
이와 같이 다양한 용도와 대량으로 사용되는 질화물을 고려하여 공정이 매우 간단하면서도 재현성이 매우 높고, 고품질의 질화물 기판을 얻을 수 있는 새로운 제조방법에 대한 연구가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정이 매우 간단하면서도 재현성이 매우 높고, 고품질의 질화물 기판을 얻을 수 있는 질화물 기판의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, (a) 제1 기판 및 제2 기판 상부에 증착 방식으로 SiO2층 또는 SiN층을 형성하는 단계와, (b) 상기 제1 기판 상부에 형성된 상기 SiO2층 또는 SiN층 상부에 질화물 씨드를 위치시켜 고정하는 단계와, (c) 상기 질화물 씨드 상부에 SiO2층 또는 SiN층이 형성된 제2 기판을 위치시켜 고정하는 단계와, (d) 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스가 유입되게 하여 상기 질화물 씨드를 측면 성장시키는 단계 및 (e) 상기 SiO2층 또는 SiN층을 선택적으로 식각하여 제거하고, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 질화물 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 질화물 씨드는 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드일 수 있고, 상기 질화물 씨드의 측면 성장에 의해 얻어지는 질화물 기판은 디스크(disc) 타입의 형태를 가질 수 있다.
상기 질화물 씨드는 바(bar) 타입의 질화물 씨드일 수 있고, 상기 질화물 씨드의 측면 성장에 의해 얻어지는 질화물 기판은 열십자 형태를 가질 수 있다.
상기 열십자 형태의 질화물 기판을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판 4개와 질화물 씨드를 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 및 상기 (c) 단계에서 상기 SiO2층 또는 SiN층과 상기 질화물 씨드가 접촉하는 부분에 AlN 페이스트를 도포하여 상기 질화물 씨드가 상기 SiO2층 또는 SiN층에 고정되게 할 수 있다.
상기 (a) 단계 후 상기 (b) 및 상기 (c) 단계 전에, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층 상부에 상기 질화물 씨드가 위치될 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 트렌치의 밑면적은 상기 질화물 씨드의 밑면적과 동일하거나 크게 형성하고, 상기 트렌치의 깊이는 상기 질화물 씨드 높이의 1/2 보다는 작게 형성하며, 상기 트렌치 내에 상기 질화물 씨드를 안착시켜 고정할 수 있다.
상기 질화물 씨드의 측면 성장은 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법을 이용할 수 있고, 상기 Ⅲ족 원소 소스는 GaCl일 수 있으며, 상기 질소(N) 소스는 NH3일 수 있다.
상기 질화물 씨드는 Ⅲ족 질화물로서 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다.
상기 제1 기판 및 제2 기판은 석영(Quartz) 기판 또는 사파이어 기판으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 공정이 매우 간단하면서도 재현성이 매우 높고, 고품질의 질화물 기판을 얻을 수가 있다.
도 1은 제1 기판(110a)을 보여주는 도면이다.
도 2는 제1 기판(110a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드(130a)가 고정된 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 질화물 씨드(130a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킨 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 질화물 씨드(130a)가 측면 성장된 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되어 제거된 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 질화물 기판(130b)을 보여주는 도면이다.
도 8은 제1 기판(110a) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 바(bar) 타입의 질화물 씨드(130a)가 고정된 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 질화물 씨드(130a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킨 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장된 모습을 보여주는 도면이다.
도 11은 SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되어 제거된 모습을 보여주는 도면이다.
도 12는 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 얻고, 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻은 모습을 보여주는 도면이다.
도 13은 제1 기판(110a) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 질화물 씨드(130a)가 위치될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(140)이 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 14는 포토레지스트 패턴(140)이 제거되고 질화물 씨드(130a)가 위치될 트렌치(trench)(150)가 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 15는 트렌치(150)에 질화물 씨드(130a)가 안착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 16은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 얻은 후에 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻은 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 제1 기판(110a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드(130a)가 고정된 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 질화물 씨드(130a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킨 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 질화물 씨드(130a)가 측면 성장된 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되어 제거된 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 질화물 기판(130b)을 보여주는 도면이다.
도 8은 제1 기판(110a) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 바(bar) 타입의 질화물 씨드(130a)가 고정된 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 질화물 씨드(130a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킨 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장된 모습을 보여주는 도면이다.
도 11은 SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되어 제거된 모습을 보여주는 도면이다.
도 12는 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 얻고, 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻은 모습을 보여주는 도면이다.
도 13은 제1 기판(110a) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 질화물 씨드(130a)가 위치될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(140)이 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 14는 포토레지스트 패턴(140)이 제거되고 질화물 씨드(130a)가 위치될 트렌치(trench)(150)가 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 15는 트렌치(150)에 질화물 씨드(130a)가 안착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 16은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 얻은 후에 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻은 모습을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 "측면 성장(Lateral Growth)"라는 용어는 측면 에피택시 과성장(Epitaxial Lateral Overgrowth; ELOG), Pendeo 에피택시(Pendeo Epitaxy) 등을 포함하는 개념으로 사용한다.
본 발명은 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판을 제조하는 방법을 제시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질화물 기판의 제조방법은, (a) 제1 기판 및 제2 기판 상부에 증착 방식으로 SiO2층 또는 SiN층을 형성하는 단계와, (b) 상기 제1 기판 상부에 형성된 상기 SiO2층 또는 SiN층 상부에 질화물 씨드를 위치시켜 고정하는 단계와, (c) 상기 질화물 씨드 상부에 SiO2층 또는 SiN층이 형성된 제2 기판을 위치시켜 고정하는 단계와, (d) 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스가 유입되게 하여 상기 질화물 씨드를 측면 성장시키는 단계 및 (e) 상기 SiO2층 또는 SiN층을 선택적으로 식각하여 제거하고, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함한다.
상기 질화물 씨드는 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드일 수 있고, 상기 질화물 씨드의 측면 성장에 의해 얻어지는 질화물 기판은 디스크(disc) 타입의 형태를 가질 수 있다.
상기 질화물 씨드는 바(bar) 타입의 질화물 씨드일 수 있고, 상기 질화물 씨드의 측면 성장에 의해 얻어지는 질화물 기판은 열십자 형태를 가질 수 있다.
상기 열십자 형태의 질화물 기판을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판 4개와 질화물 씨드를 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 및 상기 (c) 단계에서 상기 SiO2층 또는 SiN층과 상기 질화물 씨드가 접촉하는 부분에 AlN 페이스트를 도포하여 상기 질화물 씨드가 상기 SiO2층 또는 SiN층에 고정되게 할 수 있다.
상기 (a) 단계 후 상기 (b) 및 상기 (c) 단계 전에, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층 상부에 상기 질화물 씨드가 위치될 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 트렌치의 밑면적은 상기 질화물 씨드의 밑면적과 동일하거나 크게 형성하고, 상기 트렌치의 깊이는 상기 질화물 씨드 높이의 1/2 보다는 작게 형성하며, 상기 트렌치 내에 상기 질화물 씨드를 안착시켜 고정할 수 있다.
상기 질화물 씨드의 측면 성장은 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법을 이용할 수 있고, 상기 Ⅲ족 원소 소스는 GaCl일 수 있으며, 상기 질소(N) 소스는 NH3일 수 있다.
상기 질화물 씨드는 Ⅲ족 질화물로서 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다.
상기 제1 기판 및 제2 기판은 석영(Quartz) 기판 또는 사파이어 기판으로 이루어질 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 1은 제1 기판(110a)을 보여주는 도면이고, 도 2는 제1 기판(110a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 3은 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드(130a)가 고정된 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 질화물 씨드(130a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킨 모습을 보여주는 도면이며, 도 5는 질화물 씨드(130a)가 측면 성장된 모습을 보여주는 도면이고, 도 6은 SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되어 제거된 모습을 보여주는 도면이며, 도 7은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 질화물 기판(130b)을 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 제1 기판(110a)과 제2 기판(110b)을 준비하고(도 1 참조), 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110a) 상부에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터(sputter) 등의 방법을 이용하여 증착하여 SiO2층 또는 SiN층(120)을 형성한다(도 2 참조). 제1 기판(110a)과 제2 기판(110b)은 디스크(disc) 타입의 기판을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 기판(110a)과 상기 제2 기판(110b)은 측면 성장이 어렵거나 불가능한 기판을 사용하며, 화학적으로 안정하고 질화물의 성장 온도에도 견딜 수 있는 석영(Quartz) 기판, 사파이어 기판 등을 사용하는 것이 바람직하다. SiO2층 또는 SiN층(120)을 형성하는 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
제1 기판(110a) 상부에 형성된 상기 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 AlN 페이스트를 도포하고 디스크(disc) 타입의 고품질 질화물 씨드(130a)를 위치시켜 고정한다(도 3 참조). 상기 질화물 씨드(130a)는 Ⅲ족 질화물이며, Ⅲ족 질화물은 주기율표 상의 Ⅲ족 원소와 질소에 의하여 형성된 질소화합물을 의미한다. Ⅲ족 원소의 예로서, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 상기 Ⅲ족 질화물은 AlN, GaN, InN, AlxGa(1-x)N(0<x<1), AlxIn(1-x)N(0<x<1), InxGa(1-x)N(0<x<1), AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)을 그 예로 들 수 있으며, 이를 일반화하여 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 나타낼 수 있다. 이러한 질화물 씨드(130a)는 무분극 질화물 뿐만 아니라 반분극 질화물도 포함할 수 있다. '무분극'이란 c-축에 대하여 수직인 결정방향(a-면 또는 m-면)을 갖는 것을 의미하고, '반분극'이란 (0001)면 또는 (000-1)에 대하여 0 내지 90도 사이의 결정 방향을 갖는 것을 의미한다. 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드(130a)는 평면과 저면이 원형 형태를 갖는 것이다. 이때, 질화물 씨드(130a)는 상기 SiO2층 또는 SiN층(120)의 중앙부에 위치시키는 것이 바람직하다. 상기 AlN 페이스트는 AlN 분말과 점착성의 바인더(또는 접착제) 성분을 포함하는 페이스트를 의미한다. 상기 AlN 페이스트는 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에만 도포할 수 있지만, 질화물 씨드(130a)에 도포한 후 AlN 페이스트가 도포된 면이 SiO2층 또는 SiN층(120)과 접촉하도록 하여 위치시킬 수도 있으며, 상기 AlN 페이스트를 SiO2층 또는 SiN층(120)과 질화물 씨드(130a) 모두에 도포하고 도포된 면들이 서로 접촉하도록 하여 질화물 씨드(130a)를 위치시킬 수도 있다.
상기 질화물 씨드(130a) 상부에 AlN 페이스트를 도포하고 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시켜 고정한다(도 4 참조). 이때, 상기 질화물 씨드(130a)는 상기 SiO2층 또는 SiN층(120)의 중앙부에 위치되게 하는 것이 바람직하다. 상기 AlN 페이스트는 질화물 씨드(130a) 상부에만 도포할 수 있지만, SiO2층 또는 SiN층(120)에 도포한 후 AlN 페이스트가 도포된 면이 질화물 씨드(130a)와 접촉하도록 하여 위치시킬 수도 있으며, 상기 AlN 페이스트를 질화물 씨드(130a)와 SiO2층 또는 SiN층(120) 모두에 도포하고 도포된 면들이 서로 접촉하도록 하여 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킬 수도 있다. 상기 AlN 페이스트 이외에도 후속의 측면 성장 공정에서 견딜 수 있는 페이스트라만 사용이 가능하며, 후속의 측면 성장 공정에서 견딜 수 있고 질화물 씨드(130a)와 화학 반응 없이 질화물 씨드(130a)를 고정시키는 역할을 할 수 있는 페이스트라면 그 사용에 제한이 있는 것은 아니다.
HVPE(hydride vapor phase epitaxy), MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy) 등의 방법을 이용하여 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제1(110a) 및 제2 기판(110b) 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스를 흘려주어 질화물 씨드(130a)를 측면 성장시킨다(도 5 참조). MOCVD 또는 MBE는 고품질의 에피택시 층을 성장시키는데 유리하지만 상대적으로 고비용이 소요될 뿐만 아니라 성장 속도가 낮다는 단점이 있다. 반면에, HVPE는 성장 비용이 상대적으로 저렴하고, 특히 성장 속도가 높다는 장점이 있다. 성장 온도는 성장시키려는 질화물에 따라 달라질 수 있는데, 예컨대 GaN을 성장시키려는 경우에는 700∼1,100℃, 더욱 구체적으로는 800∼1,000℃ 정도인 것이 바람직하며, AlN을 성장시키려는 경우에는 800∼1,500℃, 더욱 구체적으로는 900∼1,400℃ 정도인 것이 바람직하며, InN을 성장시키려는 경우는 500∼1,000℃, 더욱 구체적으로는 600∼900℃ 정도인 것이 바람직하다. 성장 시의 압력은 10∼700 mTorr, 더욱 구체적으로는 100∼200 mTorr 정도인 것이 바람직하다. 상기 Ⅲ족 원소 소스는 사용하는 성장 방법과 성장시키려는 질화물에 따라 달라질 수 있는데, HVPE 방법을 이용하여 GaN을 성장시켜려는 경우에는 갈륨(Ga)과 HCl 가스를 반응시켜 합성된 GaCl을 사용할 수 있고, MOCVD 방법을 이용하는 경우에는 트리메틸갈륨, 트리에틸갈륨 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 이러한 Ⅲ족 원소 소스는 1∼200sccm, 더욱 바람직하게는 50∼100sccm 범위의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 상기 질소(N) 소스는 NH3 등일 수 있으며, 상기 질소(N) 소스는 500∼3000sccm, 더욱 바람직하게는 1500∼2000sccm 범위의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 예컨대, HVPE 방법을 이용하여 GaN을 측면 성장시키는 경우에는 아래의 반응식 1과 같은 반응이 일어나서 GaN이 성장되게 된다.
[반응식 1]
GaCl + NH3 → GaN + HCl + H2
디스크 타입의 질화물 씨드(130a)는 고르게 측면 성장되게 되고, 상하 방향으로는 거의 성장이 이루어지지 않게 되며, 최종적으로 디스크 타입의 질화물 기판(130b)이 얻어지게 된다. 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110a)에 증착되어 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120)은 질화물의 측면 성장 시에 상하 성장을 억제하는 역할도 한다.
SiO2층 또는 SiN층(120)을 선택적으로 습식공정 방법으로 식각하여 제거한다(도 6 참조). SiO2층은 HF, BOE(Buffered Oxide Etchant) 등으로 식각하여 제거할 수 있다. 상기 BOE는 NH4F와 HF의 혼합물로서, 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)에 증착되어 형성된 SiO2층에 대한 식각 선택성이 매우 우수하고, 석영(Quartz), 사파이어와 같은 기판이나 질화물에 대하여는 식각률이 매우 낮은 특성이 있다. SiN층도 BOE 등으로 식각하여 제거할 수 있다.
SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되게 되면, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판(130b)을 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)으로부터 쉽게 분리할 수 있다(도 7 참조). 이렇게 형성된 질화물 기판(130b)은 Ⅲ족 질화물 기판으로서, 사용된 질화물 씨드(130a)에 따라 AlN, GaN, InN, AlxGa(1-x)N(0<x<1), AlxIn(1-x)N(0<x<1), InxGa(1-x)N(0<x<1), AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1) 기판일 수 있으며, 이를 일반화하게 되면 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 기판으로 나타낼 수 있다.
<실시예 2>
도 8은 제1 기판(110a) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 바(bar) 타입의 질화물 씨드(130a)가 고정된 모습을 보여주는 도면이고, 도 9는 질화물 씨드(130a) 상부에 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킨 모습을 보여주는 도면이며, 도 10은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장된 모습을 보여주는 도면이고, 도 11은 SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되어 제거된 모습을 보여주는 도면이며, 도 12는 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 얻고, 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻은 모습을 보여주는 도면이다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 제1 기판(110a)과 제2 기판(110b)을 준비하고, 제1 기판(110a) 및 제2 기판 상부에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터(sputter) 등의 방법을 이용하여 증착하여 SiO2층 또는 SiN층(120)을 형성한다(도 8 참조). 제1 기판(110a)과 제2 기판(110b)은 디스크(disc) 타입의 기판을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 기판(110a)과 상기 제2 기판(110b)은 측면 성장이 어렵거나 불가능한 기판을 사용하며, 화학적으로 안정하고 질화물의 성장 온도에도 견딜 수 있는 석영(Quartz) 기판, 사파이어 기판 등을 사용하는 것이 바람직하다.
제1 기판(110a) 상부에 형성된 상기 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 AlN 페이스트를 도포하고 바(bar) 타입의 고품질 질화물 씨드(130a)를 위치시켜 고정한다(도 8 참조). 상기 질화물 씨드(130a)는 Ⅲ족 질화물이며, Ⅲ족 질화물은 주기율표 상의 Ⅲ족 원소와 질소에 의하여 형성된 질소화합물을 의미한다. 상기 Ⅲ족 원소의 예로서, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 상기 Ⅲ족 질화물은 AlN, GaN, InN, AlxGa(1-x)N(0<x<1), AlxIn(1-x)N(0<x<1), InxGa(1-x)N(0<x<1), AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)을 그 예로 들 수 있으며, 이를 일반화하여 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 나타낼 수 있다. 이러한 질화물 씨드(130a)는 무분극 질화물뿐만 아니라 반분극 질화물도 포함할 수 있다. 바(bar) 타입의 질화물 씨드(130a)는 평면과 저면이 사각형 형태를 갖는 것이다. 이때, 질화물 씨드(130a)는 상기 SiO2층 또는 SiN층(120)의 중앙부에 위치시키는 것이 바람직하다. 상기 AlN 페이스트는 AlN 분말과 점착성의 바인더(또는 접착제) 성분을 포함하는 페이스트를 의미한다. 상기 AlN 페이스트는 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에만 도포할 수 있지만, 질화물 씨드(130a)에 도포한 후 AlN 페이스트가 도포된 면이 SiO2층 또는 SiN층(120)과 접촉하도록 하여 위치시킬 수도 있으며, 상기 AlN 페이스트를 SiO2층 또는 SiN층(120)과 질화물 씨드(130a) 모두에 도포하고 도포된 면들이 서로 접촉하도록 하여 질화물 씨드(130a)를 위치시킬 수도 있다.
상기 질화물 씨드(130a) 상부에 AlN 페이스트를 도포하고 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시켜 고정한다(도 9 참조). 이때, 상기 질화물 씨드(130a)는 상기 SiO2층 또는 SiN층(120)의 중앙부에 위치되게 하는 것이 바람직하다. 상기 AlN 페이스트는 질화물 씨드(130a) 상부에만 도포할 수 있지만, SiO2층 또는 SiN층(120)에 도포한 후 AlN 페이스트가 도포된 면이 질화물 씨드(130a)와 접촉하도록 하여 위치시킬 수도 있으며, 상기 AlN 페이스트를 질화물 씨드(130a)와 SiO2층 또는 SiN층(120) 모두에 도포하고 도포된 면들이 서로 접촉하도록 하여 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제2 기판(110b)을 위치시킬 수도 있다. 상기 AlN 페이스트 이외에도 후속의 측면 성장 공정에서 견딜 수 있는 페이스트라만 사용이 가능하며, 후속의 측면 성장 공정에서 견딜 수 있고 질화물 씨드(130a)와 화학 반응 없이 질화물 씨드(130a)를 고정시키는 역할을 할 수 있는 페이스트라면 그 사용에 제한이 있는 것은 아니다.
HVPE(hydride vapor phase epitaxy), MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy) 등의 방법을 이용하여 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b) 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스를 흘려주어 질화물 씨드(130a)를 측면 성장시킨다(도 10 참조). MOCVD 또는 MBE는 고품질의 에피택시 층을 성장시키는데 유리하지만 상대적으로 고비용이 소요될 뿐만 아니라 성장 속도가 낮다는 단점이 있다. 반면에, HVPE는 성장 비용이 상대적으로 저렴하고, 특히 성장 속도가 높다는 장점이 있다. 성장 온도는 성장시키려는 질화물에 따라 달라질 수 있는데, 예컨대 GaN을 성장시키려는 경우에는 700∼1,100℃, 더욱 구체적으로는 800∼1,000℃ 정도인 것이 바람직하며, AlN을 성장시키려는 경우에는 800∼1,500℃, 더욱 구체적으로는 900∼1,400℃ 정도인 것이 바람직하며, InN을 성장시키려는 경우는 500∼1,000℃, 더욱 구체적으로는 600∼900℃ 정도인 것이 바람직하다. 성장 시의 압력은 10∼700mTorr, 더욱 구체적으로는 100∼200mTorr 정도인 것이 바람직하다. 상기 Ⅲ족 원소 소스는 사용하는 성장 방법과 성장시키려는 질화물에 따라 달라질 수 있는데, HVPE 방법을 이용하여 GaN을 성장시키려는 경우에는 갈륨(Ga)과 HCl 가스를 반응시켜 합성된 GaCl을 사용할 수 있고, MOCVD 방법을 이용하는 경우에는 트리메틸갈륨, 트리에틸갈륨 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 이러한 Ⅲ족 원소 소스는 1∼200sccm, 더욱 바람직하게는 50∼100sccm 범위의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 상기 질소(N) 소스는 NH3 등일 수 있으며, 상기 질소(N) 소스는 500∼3000sccm, 더욱 바람직하게는 1500∼2000sccm 범위의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 질화물 씨드(130a)는 측면 성장(lateral growth)되게 된다. 바 타입의 질화물 씨드(130a)는 측면 성장되게 되고, 상하 방향으로는 거의 성장이 이루어지지 않게 되며, 최종적으로 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)이 얻어지게 된다. 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)에 증착되어 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120)은 질화물의 측면 성장 시에 상하 성장을 억제하는 역할도 한다.
SiO2층 또는 SiN층(120)을 선택적으로 식각하여 제거한다(도 11 참조). SiO2층은 HF, BOE(Buffered Oxide Etchant) 등을 이용하여 식각하여 제거할 수 있다. 상기 BOE는 NH4F와 HF의 혼합물로서, 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)에 증착되어 형성된 SiO2층에 대한 식각 선택성이 매우 우수하고, 석영(Quartz), 사파이어와 같은 기판이나 질화물에 대하여는 식각률이 매우 낮은 특성이 있다. SiN층도 BOE 등으로 식각하여 제거할 수 있다.
SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되게 되면, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판(130c)을 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)으로부터 쉽게 분리할 수 있다.
열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)에서 4방향 절단하게 되면 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻을 수가 있으며(도 12 참조), 이렇게 얻어진 질화물 씨드(130a)는 재사용이 가능하다. 이렇게 형성된 질화물 기판(130c 또는 130d)은 Ⅲ족 질화물 기판으로서, 사용된 질화물 씨드(130a)에 따라 AlN, GaN, InN, AlxGa(1-x)N(0<x<1), AlxIn(1-x)N(0<x<1), InxGa(1-x)N(0<x<1), AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1) 기판일 수 있으며, 이를 일반화하게 되면 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 기판으로 나타낼 수 있다.
<실시예 3>
도 13은 제1 기판(110a) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 질화물 씨드(130a)가 위치될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(140)이 형성된 모습을 보여주는 도면이고, 도 14는 포토레지스트 패턴(140)이 제거되고 질화물 씨드(130a)가 위치될 트렌치(trench)(150)가 형성된 모습을 보여주는 도면이며, 도 15는 트렌치(150)에 질화물 씨드(130a)가 안착된 모습을 보여주는 도면이고, 도 16은 질화물 씨드(130a)가 측면 성장되어 형성된 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 얻은 후에 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻은 모습을 보여주는 도면이다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 제1 기판(110a)과 제2 기판(110b)을 준비하고, 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b) 상부에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터(sputter) 등의 방법을 이용하여 증착하여 SiO2층 또는 SiN층(120)을 형성한다(도 13 참조). 제1 기판(110a)과 제2 기판(110b)은 디스크(disc) 타입의 기판을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 기판(110a)과 상기 제2 기판(110b)은 측면 성장이 어렵거나 불가능한 기판을 사용하며, 화학적으로 안정하고 질화물의 성장 온도에도 견딜 수 있는 석영(Quartz) 기판, 사파이어 기판 등을 사용하는 것이 바람직하다.
제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 질화물 씨드(130a)가 위치될 트렌치(trench)(150)를 형성한다(도 13 및 도 14 참조). 트렌치(150)는 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b) 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120) 상부에 질화물 씨드(130a)가 위치될 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(140)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(140)을 식각 마스크로 사용하여 SiO2층 또는 SiN층(120)을 식각하여 트렌치(150)을 형성하며, 트렌치(150)를 형성한 후에는 도 14에 도시된 바와 같이 포토레지스트 패턴(140)을 제거한다. SiO2층은 HF, BOE(Buffered Oxide Etchant) 등을 이용하여 식각할 수 있으며, SiN층도 BOE 등을 이용하여 식각할 수 있다. 트렌치(150)는 질화물 씨드(130a)가 삽입되어 움직이지 않게 고정하기 위하여 형성한다. 트렌치(150)를 형성하게 되면, 질화물 씨드(130a)를 고정하기 위한 AlN 페이스트를 사용할 필요가 없게 된다. 트렌치(150)의 밑면적은 질화물 씨드(130a)의 밑면적과 동일하거나 조금 크게 형성하고, 트렌치(150)의 깊이는 질화물 씨드(130a) 높이의 1/2 보다는 작게 형성한다. 상기 트렌치(150)는 SiO2층 또는 SiN층(120)의 중앙부에 위치되게 형성하는 것이 바람직하다.
트렌치(150) 내에 바(bar) 타입의 고품질 질화물 씨드(130a)를 안착시켜 고정한다(도 15 참조). 상기 질화물 씨드(130a)는 Ⅲ족 질화물이며, Ⅲ족 질화물은 주기율표 상의 Ⅲ족 원소와 질소에 의하여 형성된 질소화합물을 의미한다. 상기 Ⅲ족 원소의 예로서, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 상기 Ⅲ족 질화물은 AlN, GaN, InN, AlxGa(1-x)N(0<x<1), AlxIn(1-x)N(0<x<1), InxGa(1-x)N(0<x<1), AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)을 그 예로 들 수 있으며, 이를 일반화하여 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)으로 나타낼 수 있다. 이러한 질화물 씨드(130a)는 무분극 질화물뿐만 아니라 반분극 질화물도 포함할 수 있다. 바(bar) 타입의 질화물 씨드(130a)는 평면과 저면이 사각형 형태를 갖는 것이다.
상기 질화물 씨드(130a) 상부에 트렌치(150)가 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120)을 포함하는 제2 기판(110b)을 위치시켜 고정한다.
HVPE(hydride vapor phase epitaxy), MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy) 등의 방법을 이용하여 SiO2층 또는 SiN층(120)이 형성된 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b) 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스를 흘려주어 질화물 씨드(130a)를 측면 성장시킨다. MOCVD 또는 MBE는 고품질의 에피택시 층을 성장시키는데 유리하지만 상대적으로 고비용이 소요될 뿐만 아니라 성장 속도가 낮다는 단점이 있다. 반면에, HVPE는 성장 비용이 상대적으로 저렴하고, 특히 성장 속도가 높다는 장점이 있다. 성장 온도는 성장시키려는 질화물에 따라 달라질 수 있는데, 예컨대 GaN을 성장시키려는 경우에는 700∼1,100℃, 더욱 구체적으로는 800∼1,000℃ 정도인 것이 바람직하며, AlN을 성장시키려는 경우에는 800∼1,500℃, 더욱 구체적으로는 900∼1,400℃ 정도인 것이 바람직하며, InN을 성장시키려는 경우는 500∼1,000℃, 더욱 구체적으로는 600∼900℃ 정도인 것이 바람직하다. 성장 시의 압력은 10∼700mTorr, 더욱 구체적으로는 100∼200mTorr 정도인 것이 바람직하다. 상기 Ⅲ족 원소 소스는 사용하는 성장 방법과 성장시키려는 질화물에 따라 달라질 수 있는데, HVPE 방법을 이용하여 GaN을 성장시키려는 경우에는 갈륨(Ga)과 HCl 가스를 반응시켜 합성된 GaCl을 사용할 수 있고, MOCVD 방법을 이용하는 경우에는 트리메틸갈륨, 트리에틸갈륨 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 이러한 Ⅲ족 원소 소스는 1∼200sccm, 더욱 바람직하게는 50∼100sccm 범위의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 상기 질소(N) 소스는 NH3 등일 수 있으며, 상기 질소(N) 소스는 500∼3000sccm, 더욱 바람직하게는 1500∼2000sccm 범위의 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 질화물 씨드(130a)는 측면 성장(lateral growth)되게 된다. 바 타입의 질화물 씨드(130a)는 측면 성장되게 되고, 상하 방향으로는 거의 성장이 이루어지지 않게 되며, 최종적으로 열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)이 얻어지게 된다. 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)에 증착되어 형성된 SiO2층 또는 SiN층(120)은 질화물의 측면 성장 시에 상하 성장을 억제하는 역할도 한다.
SiO2층 또는 SiN층(120)을 선택적으로 식각하여 제거한다. SiO2층은 HF, BOE(Buffered Oxide Etchant) 등을 이용하여 식각하여 제거할 수 있다. 상기 BOE는 NH4F와 HF의 혼합물로서, 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)에 증착되어 형성된 SiO2층에 대한 식각 선택성이 매우 우수하고, 석영(Quartz), 사파이어와 같은 기판이나 질화물에 대하여는 식각률이 매우 낮은 특성이 있다. SiN층도 BOE 등으로 식각하여 제거할 수 있다.
SiO2층 또는 SiN층(120)이 식각되게 되면, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판(130c)을 제1 기판(110a) 및 제2 기판(110b)으로부터 쉽게 분리할 수 있다.
열십자(+) 형태의 질화물 기판(130c)에서 4방향 절단하게 되면 바(bar) 형태의 질화물 기판(130d) 4개와 질화물 씨드(130a)를 얻을 수가 있으며, 이렇게 얻어진 질화물 씨드(130a)는 재사용이 가능하다(도 16 참조). 이렇게 형성된 질화물 기판(130c 또는 130d)은 Ⅲ족 질화물 기판으로서, 사용된 질화물 씨드(130a)에 따라 AlN, GaN, InN, AlxGa(1-x)N(0<x<1), AlxIn(1-x)N(0<x<1), InxGa(1-x)N(0<x<1), AlxInyGa(1-x-y)N(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1) 기판일 수 있으며, 이를 일반화하게 되면 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 기판으로 나타낼 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110a: 제1 기판
110b: 제2 기판
120: SiO2층 또는 SiN층
130a: 질화물 씨드
130b, 130c, 130d: 질화물 기판
140: 포토레지스트 패턴
150: 트렌치
110b: 제2 기판
120: SiO2층 또는 SiN층
130a: 질화물 씨드
130b, 130c, 130d: 질화물 기판
140: 포토레지스트 패턴
150: 트렌치
Claims (9)
- (a) 제1 기판 및 제2 기판 상부에 증착 방식으로 SiO2층 또는 SiN층을 형성하는 단계;
(b) 상기 제1 기판 상부에 형성된 상기 SiO2층 또는 SiN층 상부에 질화물 씨드를 위치시켜 고정하는 단계;
(c) 상기 질화물 씨드 상부에 SiO2층 또는 SiN층이 형성된 제2 기판을 위치시켜 고정하는 단계;
(d) 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 존재하는 공간으로 Ⅲ족 원소 소스와 질소(N) 소스가 유입되게 하여 상기 질화물 씨드를 측면 성장시키는 단계; 및
(e) 상기 SiO2층 또는 SiN층을 선택적으로 식각하여 제거하고, 측면 성장되어 형성된 질화물 기판을 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 질화물 씨드는 디스크(disc) 타입의 질화물 씨드이고,
상기 질화물 씨드의 측면 성장에 의해 얻어지는 질화물 기판은 디스크(disc) 타입의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 질화물 씨드는 바(bar) 타입의 질화물 씨드이고,
상기 질화물 씨드의 측면 성장에 의해 얻어지는 질화물 기판은 열십자 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 열십자 형태의 질화물 기판을 4방향 절단하여 바(bar) 형태의 질화물 기판 4개와 질화물 씨드를 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 및 상기 (c) 단계에서 상기 SiO2층 또는 SiN층과 상기 질화물 씨드가 접촉하는 부분에 AlN 페이스트를 도포하여 상기 질화물 씨드가 상기 SiO2층 또는 SiN층에 고정되게 하는 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계 후 상기 (b) 및 상기 (c) 단계 전에,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 상부에 형성된 SiO2층 또는 SiN층 상부에 상기 질화물 씨드가 위치될 트렌치를 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 트렌치의 밑면적은 상기 질화물 씨드의 밑면적과 동일하거나 크게 형성하고,
상기 트렌치의 깊이는 상기 질화물 씨드 높이의 1/2 보다는 작게 형성하며,
상기 트렌치 내에 상기 질화물 씨드를 안착시켜 고정하는 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 질화물 씨드의 측면 성장은 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)법을 이용하고,
상기 Ⅲ족 원소 소스는 GaCl 이며,
상기 질소(N) 소스는 NH3인 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 질화물 씨드는 Ⅲ족 질화물로서 AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)인 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 석영(Quartz) 기판 또는 사파이어 기판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물 기판의 제조방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150080942A KR101614300B1 (ko) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150080942A KR101614300B1 (ko) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101614300B1 true KR101614300B1 (ko) | 2016-04-21 |
Family
ID=55918065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150080942A KR101614300B1 (ko) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101614300B1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200021719A (ko) * | 2018-08-21 | 2020-03-02 | 한국세라믹기술원 | 측면성장법을 이용한 hvpe 방식의 질화물 기판 제조용 서셉터 및 이를 이용한 질화물 기판 제조 방법 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5262348A (en) | 1990-10-09 | 1993-11-16 | Thomson-Csf | Method for the growing of heteroepitaxial layers within a confinement space |
US20120025195A1 (en) | 2010-07-28 | 2012-02-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Confined Lateral Growth of Crystalline Material |
WO2013158210A2 (en) | 2012-02-17 | 2013-10-24 | Yale University | Heterogeneous material integration through guided lateral growth |
-
2015
- 2015-06-09 KR KR1020150080942A patent/KR101614300B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5262348A (en) | 1990-10-09 | 1993-11-16 | Thomson-Csf | Method for the growing of heteroepitaxial layers within a confinement space |
US20120025195A1 (en) | 2010-07-28 | 2012-02-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Confined Lateral Growth of Crystalline Material |
WO2013158210A2 (en) | 2012-02-17 | 2013-10-24 | Yale University | Heterogeneous material integration through guided lateral growth |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200021719A (ko) * | 2018-08-21 | 2020-03-02 | 한국세라믹기술원 | 측면성장법을 이용한 hvpe 방식의 질화물 기판 제조용 서셉터 및 이를 이용한 질화물 기판 제조 방법 |
KR102103569B1 (ko) * | 2018-08-21 | 2020-04-22 | 한국세라믹기술원 | 측면성장법을 이용한 hvpe 방식의 질화물 기판 제조용 서셉터 및 이를 이용한 질화물 기판 제조 방법 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4741572B2 (ja) | 窒化物半導体基板及びその製造方法 | |
JP4581490B2 (ja) | Iii−v族窒化物系半導体自立基板の製造方法、及びiii−v族窒化物系半導体の製造方法 | |
EP1138063B1 (en) | Fabrication of gallium nitride layers by lateral growth | |
CN103262211B (zh) | 使用化学剥离方法的iii族氮化物基板的制备方法 | |
US8212287B2 (en) | Nitride semiconductor structure and method of making same | |
JP5371430B2 (ja) | 半導体基板並びにハイドライド気相成長法により自立半導体基板を製造するための方法及びそれに使用されるマスク層 | |
EP2037013B1 (en) | Method for preparing substrate for growing gallium nitride and method for preparing gallium nitride substrate | |
EP2333817B1 (en) | Method for preparing compound semiconductor substrate | |
JP4691911B2 (ja) | Iii−v族窒化物系半導体自立基板の製造方法 | |
JP2010521810A (ja) | 半導体ヘテロ構造及びその製造 | |
US20160380153A1 (en) | Substrate, method of preparing the same, and light-emitting diode using the substrate | |
JP2018536618A (ja) | 結晶基板上で半極性窒化層を得る方法 | |
KR101614300B1 (ko) | 측면 성장을 이용한 고품질 질화물 기판의 제조방법 | |
JP5120285B2 (ja) | Iii−v族窒化物系半導体自立基板の製造方法 | |
KR101083500B1 (ko) | 질화갈륨 기판 제조방법 | |
WO2005041269A2 (en) | Maskless lateral epitaxial overgrowth of aluminum nitride and high aluminum composition aluminum gallium nitride | |
JP6547506B2 (ja) | 窒化物半導体結晶の製造方法 | |
CN106469648B (zh) | 一种外延结构及方法 | |
JP2002231640A (ja) | 窒化ガリウム基板及びその製造方法 | |
KR20110096900A (ko) | 대면적 질화물 기판 및 이의 제조 방법 | |
KR20090044707A (ko) | 화합물 반도체 기판 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190409 Year of fee payment: 4 |