KR20010058673A - Method for growing a crack free GaN thick film by hydride vapor phase epitaxy - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for growing a crack free GaN thick film by an HVPE(Hybrid Vapor Phase Epitaxy) is provided to prevent a stress generated between a sapphire substrate and a GaN thick film by forming an intermediate layer as a buffer layer between the sapphire substrate and the GaN thick film. CONSTITUTION: A GaN thick film(300) is grown on a sapphire substrate(100). An intermediate layer(200) is formed therebetween in order to solve a stress problem generated between the GaN thick film(300) and the sapphire substrate(100). The intermediate layer(200) absorbs the stress generated between the GaN thick film(300) and the sapphire substrate(100). The intermediate layer(200) is grown by an HVPE method.

Description

하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법{Method for growing a crack free GaN thick film by hydride vapor phase epitaxy}Method for growing a crack free GaN thick film by hydride vapor phase epitaxy by hydride vapor phase epitaxy growth method

본 발명은 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법{Method for growing a Crack free GaN thick film by Hydride Vapor Phase Epitaxy}에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a crack-free gallium nitride thick film by the hydride vapor phase epitaxy growth method.

GaN 레이저 다이오드(LD)의 출력을 향상시키고 수명(lifetime)을 늘리기 위한 주요 기술(key technology)로는 GaN 막(film) 내의 결함 밀도(defect density)를 감소시키는 것이며 GaN LD의 제조 비용을 절감하고 공정 단순화를 위해서는 프리스탠딩 GaN막(free standing GaN film) 즉 GaN 웨이퍼(wafer)가 필요하다.Key technologies to improve the output of GaN laser diodes (LDs) and increase their lifetime are to reduce the defect density in the GaN film and to reduce the manufacturing cost and process of GaN LDs. For simplicity, a free standing GaN film or GaN wafer is required.

이 두가지 목적을 달성하기 위한 지름길이 GaN 후막(thick film)의 제조이다. GaN film의 두께가 두꺼워질수록 결함 밀도(defect density)는 감소하며 프리스탠딩(free standing) GaN 막(film)을 얻기 위해서는 사파이어(sapphire) 기판으로부터 GaN 막을 분리해야 하는데 이를 위해서는 GaN 후막(thick film)이 절대적으로 필요하기 때문이다. GaN 후막(thick film)을 얻기위한 성장 방법은 성장속도가 빠른 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법이나 승화(sublimation)법으로 제한된다. 종래의 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법으로는 고품질의 GaN 박막(thin film)은 얻을 수 있으나 수십 또는 수백 ㎛의 GaN 후막(thick film)을 얻기는 성장속도가 너무 느리기 때문이다.In order to achieve these two objectives, a short-length GaN thick film is manufactured. As the thickness of the GaN film becomes thicker, the defect density decreases and the GaN film must be separated from the sapphire substrate in order to obtain a free standing GaN film. Because this is absolutely necessary. The growth method for obtaining a GaN thick film is limited to a rapid growth vapor phase epitaxy (HVPE) method or a sublimation method. The conventional MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method can obtain a high quality GaN thin film, but the growth rate is too slow to obtain a GaN thick film of tens or hundreds of micrometers.

한편, GaN 웨이퍼(wafer)의 제조에는 많은 걸림돌이 있다. 그 중에서도 가장 문제(issue)가 되는 것이 GaN 후막(thick film)과 기판에서 발생하는 크랙(crack)이다. GaN 막(film)의 두께가 두꺼워지고 직경이 커지면 격자 부정합(lattice mismatch)과 열팽창계수 차이로 인한 스트레스(stress)로 GaN 막(film)과 기판에 크랙(crack)이 발생하는데 사파이어(sapphire) 기판 위에 GaN 막을 성장하는 것과 같은 헤테로에피택시 성장(heteroepitaxial growth)에서는 근본적인 문제로 여겨진다. 이 크랙(crack)은 물론 성장된 GaN 막의 두께가 수㎛일때는 발생하지 않는다. 수십, 수백 ㎛의 GaN 후막(thick film)에서만 일어나는 문제이다.On the other hand, there are many obstacles in the manufacture of GaN wafers. Among them, the most problematic is cracks occurring in the GaN thick film and the substrate. As the thickness of GaN film becomes thicker and larger, the cracks in the GaN film and the substrate are caused by stress caused by lattice mismatch and difference in coefficient of thermal expansion. Heteroepitaxial growth, such as growing GaN films on top, is considered a fundamental problem. This crack, of course, does not occur when the thickness of the grown GaN film is several mu m. This is a problem only in tens or hundreds of micrometers GaN thick film.

종래 HVPE법으로 2 인치 사파이어(sapphire) 기판 위에 GaN 후막(thick film)을 성장하는 방법은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 두 가지가 사용되었다. 하나는 도 1a에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(1) 위에 GaN 박막(2)을 성장시키고 그 위에 SiO2마스크(3)를 이용하여 ELO법으로 GaN 후막(4)을 성장하는 것이고, 다른 하나는 도 1b에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10) 위에 직접 GaN 후막(20)을 두껍게 성장하는 것이다. 그러나 이들 방법으로 GaN 후막(thick film)을 성장하면 대부분의 경우에 사파이어 기판과 GaN 막 사이에서 발생한 스트레스(stress)로 기판과 막(film)에 크랙(crack)이 발생하였다.As a method of growing a GaN thick film on a 2 inch sapphire substrate by the conventional HVPE method, two methods are used as shown in FIGS. 1A and 1B. One is to grow a GaN thin film 2 on the sapphire substrate 1 and grow the GaN thick film 4 by ELO method using the SiO 2 mask 3 thereon, as shown in FIG. 1A, and the other. As shown in FIG. 1B, the GaN thick film 20 is grown thick directly on the sapphire substrate 10. However, when the GaN thick film is grown by these methods, cracks are generated in the substrate and the film due to the stress generated between the sapphire substrate and the GaN film in most cases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 사파이어 기판과 GaN 후막 사이에 완충층으로 수㎛에서 수십㎛ 두께의 GaN 중간층(intermediate layer)을 두어 사파이어 기판과 GaN 후막 사이에 생기는 스트레스(stress)를 흡수함으로써 크랙이 생기지 않도록 하는 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and the stress generated between the sapphire substrate and the GaN thick film by providing a GaN intermediate layer of several micrometers to several tens of micrometers as a buffer layer between the sapphire substrate and the GaN thick film. It is an object of the present invention to provide a method for producing a crack-free gallium nitride thick film by the hydride vapor phase epitaxy growth method in which cracks are not formed by absorbing c).

도 1a 및 도 1b는 각각 종래에 GaN 후막(thick film) 성장 방법을 설명하기 위한 도면들로서,1A and 1B are diagrams for explaining a GaN thick film growth method according to the related art.

도 1a는 SiO2마스크를 이용한 측방 성장(ELOG)법을 설명하는 도면이고,1A is a diagram illustrating a lateral growth (ELOG) method using a SiO 2 mask,

도 1b는 사파이어 기판 상에 직접 GaN 후막(thick film)을 성장시키는 방법을 설명하는 도면이며,FIG. 1B is a view for explaining a method of growing a GaN thick film directly on a sapphire substrate.

도 2는 본 발명에 따른 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법으로 성장되는 GaN 후막(thick film) 성장 공정을 보여주는 수직 단면도,FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a GaN thick film growth process grown by a crack-free gallium nitride thick film production method by the hydride vapor phase epitaxy growth method according to the present invention;

도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 GaN 중간층(intermediate layer)의 종류별 실시예를 나타내는 수직 단면도로서,3A and 3B are vertical cross-sectional views illustrating examples of types of GaN intermediate layers of FIG. 2, respectively.

도 3a는 변조된 GaN층(modulated GaN layer)으로 이루어진 중간층의 수직 단면도이고,3A is a vertical cross-sectional view of an intermediate layer consisting of a modulated GaN layer,

도 3b는 결함 GaN층(defected GaN layer)으로 이루어진 중간층의 수직 단면도이며,3B is a vertical sectional view of an intermediate layer consisting of a defective GaN layer,

도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)과 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 평면 모습을 비교한 영상 사진들(plan view images)로서,4A and 4B respectively compare the planar view of a cracked GaN thick film grown by a conventional method and a crack free GaN thick film grown by a growth method according to the present invention. As plan view images,

도 4a는 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)의 평면 영상 사진이고,4A is a planar image photograph of a cracked GaN thick film grown by a conventional method,

도 4b는 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 평면 영상 사진이며,4B is a planar image photograph of a crack free GaN thick film grown by a growth method according to the present invention.

그리고 도 5a 및 도 5b는 각각 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)과 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 수직 단면 모습을 비교하기 위하여 찍은 수직 단면 영상 사진들(cross sectional images)로서,5A and 5B illustrate vertical cross-sectional views of a cracked GaN thick film grown by a conventional method and a crack free GaN thick film grown by a growth method according to the present invention, respectively. As cross sectional images taken for comparison,

도 5a는 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)의 수직 단면 영상 사진이고,5a is a vertical cross-sectional image photograph of a cracked GaN thick film grown by a conventional method,

도 5b는 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 수직 단면 영상 사진이다.Figure 5b is a vertical cross-sectional image of a crack free GaN thick film grown by the growth method according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1. 사파이어 기판 2. GaN 박막1. Sapphire substrate 2. GaN thin film

3. SiO2마스크 4. GaN 후막3.SiO 2 mask 4.GaN thick film

10. 사파이어 기판 20. GaN 후막10. Sapphire substrate 20. GaN thick film

100. 사파이어 기판 200. GaN 중간층100. Sapphire substrate 200. GaN interlayer

300. GaN 후막300.GaN thick film

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법은, 사파이어 기판을 이용하여 GaN 후막을 제조함에 있어서, 상기 사파이어 기판 상에 스트레스 완화를 위한 두께 10μm 이상의 GaN 중간층을 성장시키는 단계; 및 상기 GaN 중간층 상에 HVPE법으로 GaN 후막을 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the crack-free gallium nitride thick film production method according to the hydride vapor phase epitaxy growth method according to the present invention, in the manufacture of GaN thick film using a sapphire substrate, the stress relief on the sapphire substrate Growing a GaN intermediate layer of 10 μm or more in thickness; And growing a GaN thick film on the GaN intermediate layer by HVPE.

본 발명에 있어서, 상기 GaN 중간층을 성장시키는 단계는, 상기 사파이어 기판 상에 상대적으로 저성장속도로 성장된 GaN층과 상대적으로 고성장속도로 성장된 GaN 층을 교대로 복수개의 층들을 적층시키는 서브단계들을 포함하는 변조 GaN 중간층 형성 단계로 이루어지거나 혹은 상기 사파이어 기판 상에 소정 성장속도 이상의 고성장속도로 성장되는 결함 GaN 중간층 형성 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, growing the GaN intermediate layer may include sub-stacking a plurality of layers by alternately stacking a GaN layer grown at a relatively low growth rate and a GaN layer grown at a relatively high growth rate on the sapphire substrate. It is preferable that the modulation GaN interlayer forming step includes or comprises a defective GaN interlayer forming step which is grown on the sapphire substrate at a high growth rate or more.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 사파이어 기판 대신에 SiC를 포함하는 산화물 기판 혹은 카바이드 기판을 사용할 수도 있다.In the present invention, an oxide substrate or a carbide substrate containing SiC may be used instead of the sapphire substrate.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법을 상세하게 설명한다.Referring to the drawings, a crack-free gallium nitride thick film production method by the hydride vapor phase epitaxy growth method according to the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는갈륨나이트라이드 후막 제조 방법으로 성장되는 GaN 후막(thick film) 성장 공정을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법에서는 사파이어 기판(100)과 그 위에 성장되는 GaN 후막(300) 사이에 생기는 스트레스 문제를 해결하기 위하여 사파이어(sapphire) 기판(100)과 GaN 후막(thick film)(300)사이에 스트레스(stress)를 흡수할수 있는 완충층으로 GaN 으로 이루어진 중간층(200)을 두는 것이다. 즉, 사파이어 기판(100) 위에 완충층으로 수 ㎛에서 수십 ㎛ 두께의 GaN 중간층(intermediate layer)(200)을 HVPE법으로 성장하고 이 위에 연속적으로 GaN 후막(thick film)(300)을 성장시킨다.FIG. 2 is a diagram illustrating a GaN thick film growth process grown by a crack-free gallium nitride thick film production method by the hydride vapor phase epitaxy growth method according to the present invention. As shown, in the crack-free gallium nitride thick film manufacturing method by the hydride vapor phase epitaxy growth method according to the present invention to solve the stress problem between the sapphire substrate 100 and the GaN thick film 300 grown thereon In order to provide a buffer layer that can absorb stress between the sapphire substrate 100 and the GaN thick film 300, an intermediate layer 200 made of GaN is provided. That is, a GaN intermediate layer 200 of several micrometers to several tens of micrometers thick is grown on the sapphire substrate 100 by the HVPE method and a GaN thick film 300 is continuously grown thereon.

여기서, 기판(100)으로는 사파이어 기판 외에도 SiC를 포함하는 산화물(oxides) 기판과 카바이드(carbides) 기판이 사용될 수 있다.Here, in addition to the sapphire substrate, an oxide substrate and a carbide substrate including SiC may be used as the substrate 100.

또한, 중간층(200)으로는 여러 가지 형태가 있겠으나 대표적으로 실험한 것은 도 3a에 도시된 바와 같은 변조 GaN층(modulated GaN layer)과 도 3b에 도시된 바와 같은 결함 GaN층(defected GaN layer)이다.In addition, the intermediate layer 200 may have various forms, but representative experiments include a modulated GaN layer as shown in FIG. 3A and a defective GaN layer as shown in FIG. 3B. to be.

변조 GaN층(modulated GaN layer)(200)은 도 3a에 도시된 바와 같이 저 성장속도(low growth rate)로 성장된 GaN층(200a)과 고 성장속도(high growth rate)로 성장된 GaN층(200b)이 서로 교대로 성장되어 이루어진 층(layer)들로 구성되며, 결함 GaN층(defected GaN layer)은 도 3b에 도시된 바와 같이 고성장속도(high growth rate)로 성장된 GaN층 만으로 이루어진 층(layer)(200)이다.As shown in FIG. 3A, the modulated GaN layer 200 includes a GaN layer 200a grown at a low growth rate and a GaN layer grown at a high growth rate. 200b) is composed of layers alternately grown with each other, and a defective GaN layer is formed of only a GaN layer grown at a high growth rate as shown in FIG. 3B. layer) 200.

이들 두 종류의 중간층중 어느 것을 사용해도 크랙없는 GaN 후막(crack freeGaN thick film)을 얻을 수 있다. 즉, 이 중간층(200) 위에 250㎛ 이상의 두께를 가지는 GaN 후막(thick film)을 성장시키면 이 중간층(200)이 기판(100)으로부터 발생된 스트레스(stress)를 완화시켜 크랙없는(crack free)의 2인치 GaN 후막(thick film)를 얻을 수가 있다.Either of these two intermediate layers can be used to obtain a crack free GaN thick film. That is, when a GaN thick film having a thickness of 250 μm or more is grown on the intermediate layer 200, the intermediate layer 200 may relieve stress generated from the substrate 100 to crack-free. A 2 inch GaN thick film can be obtained.

도 4a 및 도 4b에서는 각각 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)과 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 평면 모습(plane view)을 비교한다. 도시된 바와 같이, 도 4a의 종래의 방법으로 성장된 GaN 후막의 표면에는 중간층을 사용하지 않아 크랙(crack)이 무수히 많으나, 도 4b의 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 GaN 후막의 표면에서는 크랙(crack)을 볼 수가 없다.4A and 4B respectively show a plane view of a cracked GaN thick film grown by a conventional method and a crack free GaN thick film grown by a growth method according to the present invention. ). As shown, the surface of the GaN thick film grown by the conventional method of FIG. 4A does not use an intermediate layer, but there are numerous cracks. On the surface of the GaN thick film grown by the growth method of FIG. I can't see the crack.

그리고 도 5a 및 도 5b에서는 각각 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)과 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 수직 단면(cross sectional images)을 비교한다. 도 5a의 종래의 방법으로 성장된 크랙있는 GaN 후막(cracked GaN thick film)의 수직 단면 영상 사진에서는 중간층을 볼 수 없으나, 도 5b의 본 발명에 따른 성장 방법으로 성장된 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)의 수직 단면 영상 사진에서는 사파이어(sapphire) 기판과 GaN 후막 사이에 GaN 중간층(intermediate layer)이 존재함을 뚜렷히 볼 수 있다. 이들 중간층이 기존의 MOCVD에서 사용된 완충(buffer)층과 다른점은 우선 MOCVD 완충(buffer)층은 두께가 수십 nm인데 반해 본 발명에서 사용된 중간층은 수㎛에서 수십㎛에 이르러 스트레스(stress)를 충분히 완화시킨다는 점이다.5A and 5B respectively show a vertical cross section of a cracked GaN thick film grown by a conventional method and a crack free GaN thick film grown by a growth method according to the present invention. Compare sectional images. In the vertical cross-sectional image of the cracked GaN thick film grown by the conventional method of FIG. 5A, the intermediate layer is not seen, but the crack-free GaN thick film grown by the growth method according to the present invention of FIG. In the vertical cross-sectional image of the GaN thick film, it can be clearly seen that the GaN intermediate layer exists between the sapphire substrate and the GaN thick film. The difference between these intermediate layers and the buffer layer used in the conventional MOCVD is that the MOCVD buffer layer is several tens of nm thick, whereas the intermediate layer used in the present invention has a stress of several to several tens of micrometers. Is enough to mitigate

이러한 두터운 중간층을 이용한 GaN 성장 방법을 사용하여 250㎛ 두께로 GaN 후막을 성장시키면 도 5b에 도시된 바와 같이 크랙없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)이 제조된다.When the GaN thick film is grown to a thickness of 250 μm using the GaN growth method using the thick intermediate layer, a crack free GaN thick film is manufactured as shown in FIG. 5B.

이어서 이 HVPE GaN 후막에서 레이저 리프트-오프(laser lift-off)법으로 기판을 떼어내면 GaN 웨이퍼(wafer)를 얻을 수 있다. 이 GaN 웨이퍼는 호모에피택시 청색 및 UV 레이저 다이오드(homoepitaxial blue LD) 제조용 기판으로 사용될 수 있고 전자 소자(electronic device)의 기초재료로 사용될 수 있다.Subsequently, the substrate is removed from the HVPE GaN thick film by a laser lift-off method to obtain a GaN wafer. The GaN wafer can be used as a substrate for manufacturing homoepitaxial blue and UV laser diodes and as a base material for electronic devices.

이상 설명한 바와 같은 방법으로 GaN 후막(웨이퍼)을 실제로 제작하여 본 실시예를 상세하게 설명한다.The present embodiment will be described in detail by actually fabricating a GaN thick film (wafer) by the method described above.

소개되는 두 개의 GaN 후막은 상압이 유지되는 수평 개방 흐름 반응기(horizontal open flow reactor)에서 HVPE법으로 성장되었다. Ga 금속(metal)과 암모니아(ammonia)가 프리커서(precursor)로 사용되었고 운반 가스(carrier gas)로는 질소(N2)를 사용하였다.The two GaN thick films introduced were grown by HVPE in a horizontal open flow reactor maintained at atmospheric pressure. Ga metal (metal) and ammonia (ammonia) was used as a precursor (precursor) and nitrogen (N 2 ) was used as a carrier gas (carrier gas).

<실시예 1><Example 1>

성장전 사파이어 기판을 반응기(reactor) 내에 장착하고 NH3가스와 HCl 가스로 기판표면처리를 한 후 연속적으로 24㎛ 두께의 변조 GaN층(modulated GaN layer)를 성장하였고 계속해서 250㎛ 두께의 GaN 후막(thick film)을 성장시켰다. 변조 GaN층(Modulated GaN layer)은 30㎛/hr의 저성장속도(low growth rate)로 3㎛두께로 성장된 GaN층과 90㎛/hr의 고성장속도(high growth rate)로 3㎛ 성장된 GaN 층이 교대로 적층되어 총 8 층을 성장하였다. 이후 45㎛/hr의 성장속도로 GaN 후막(thick film)을 성장시켰다. 성장이 끝난후 반응기(reactor) 내에 있는 GaN 후막(thick film)을 1 시간 동안 서서히 반응기(reactor) 밖으로 빼내어 크랙 없는 GaN 후막(crack free GaN thick film)을 얻었다.The pre-growth sapphire substrate was mounted in a reactor and subjected to substrate surface treatment with NH 3 gas and HCl gas, and subsequently a 24 μm thick modulated GaN layer was grown, followed by a 250 μm thick GaN thick film. (thick film) was grown. The modulated GaN layer is a GaN layer grown at 3 μm thickness at a low growth rate of 30 μm / hr and a GaN layer grown at 3 μm at a high growth rate of 90 μm / hr. These alternately stacked to grow a total of eight layers. Then, a GaN thick film was grown at a growth rate of 45 μm / hr. After growth, the GaN thick film in the reactor was slowly taken out of the reactor for 1 hour to obtain a crack free GaN thick film.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1과 마찬가지로 사파이어 기판을 반응기(reactor) 내에 장착하고 NH3가스와 HCl 가스로 기판표면처리를 한 후 연속적으로 24㎛ 두께의 결함 GaN층(defected GaN layer)을 성장시켰고, 계속해서 250㎛ 두께의 GaN 후막(thick film)을 성장시켰다. 결함 GaN층(Defected GaN layer)은 성장속도 90㎛/hr로 성장시켰고, GaN 후막(thick film)은 45㎛/hr로 성장시켰다. 성장이 끝나고 반응기(reactor)로부터 GaN 후막(thick film)의 제거는 실시예 1과 같은 방법으로 행해졌다.As in Example 1, the sapphire substrate was mounted in a reactor, and the substrate surface was treated with NH 3 gas and HCl gas, and subsequently, a defected GaN layer having a thickness of 24 μm was continuously grown, followed by 250 μm. A thick GaN thick film was grown. The defective GaN layer was grown at a growth rate of 90 μm / hr, and a GaN thick film was grown at 45 μm / hr. After the growth was completed, the removal of the GaN thick film from the reactor was performed in the same manner as in Example 1.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 갈륨나이트라이드 후막 제조 방법은 사파이어 기판과 GaN 후막 사이에서 발생하는 스트레스를 완화시킬 수 있는 중간층인 GaN 중간층(intermediate layer)을 사파이어 기판 위에 먼저 성장시키고 그 위에 연이어 GaN 후막(thick film)을 성장시킴으로써, 크랙없는(crack free) GaN 후막(thick film)이 얻어지며 이로부터 기판을 분리하여 GaN 웨이퍼(wafer)를 얻는다. 이 GaN웨이퍼는 기존의 GaN 박막(thin film)에 비해 전위(轉位) 밀도(dislocation density)가 107/cm2이하로 낮아 GaN 청색 레이저 다이오드(blue LD)의 수명과 제조 생산성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 고출력(high power), 고온(high temperature) 분야의 전자소자(electronic device)의 기본 재료로 사용될 수가 있다. 또한 이 방법은 반응기(reactor) 내에 사파이어 기판의 장입에서부터 GaN 중간층(intermediate layer)의 성장, GaN 후막(thick film)의 성장, 성장후 반응기(reactor)로부터 GaN 후막(thick film)을 빼내는 공정들이 연속적으로 이루어 지는 잇점도 있다.As described above, the crack-free gallium nitride thick film manufacturing method according to the hydride vapor phase epitaxy growth method according to the present invention is a GaN intermediate layer (intermediate layer) which is an intermediate layer that can alleviate the stress generated between the sapphire substrate and the GaN thick film. Is first grown on a sapphire substrate and subsequently a GaN thick film is grown thereon, whereby a crack free GaN thick film is obtained from which the substrate is separated to obtain a GaN wafer. This GaN wafer has a dislocation density of less than 10 7 / cm 2 compared to conventional GaN thin films, which greatly improves the lifetime and manufacturing productivity of GaN blue laser diodes (LD). In addition to being able to be used as a base material for electronic devices in the field of high power and high temperature. The method also involves a series of processes, from the loading of sapphire substrate into the reactor, the growth of the GaN intermediate layer, the growth of the GaN thick film, and the removal of the GaN thick film from the reactor after growth. There is also an advantage.

Claims (4)

사파이어 기판을 이용하여 GaN 후막을 제조함에 있어서,In manufacturing a GaN thick film using a sapphire substrate, 상기 사파이어 기판 상에 스트레스 완화를 위한 두께 10μm 이상의 GaN 중간층을 성장시키는 단계; 및Growing a GaN intermediate layer having a thickness of 10 μm or more for stress relaxation on the sapphire substrate; And 상기 GaN 중간층 상에 HVPE법으로 GaN 후막을 성장시키는 단계;를Growing a GaN thick film on the GaN intermediate layer by HVPE; 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 GaN 후막 제조 방법Crack-free GaN thick film production method by the hydride vapor phase epitaxy growth method comprising a 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 GaN 중간층을 성장시키는 단계는,Growing the GaN intermediate layer, 상기 사파이어 기판 상에 상대적으로 저성장속도로 성장된 GaN층과 상대적으로 고성장속도로 성장된 GaN 층을 교대로 복수개의 층들을 적층시키는 서브단계들을 포함하는 변조 GaN 중간층 형성 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 GaN 후막 제조 방법And forming a modulated GaN intermediate layer including sub-steps of alternately stacking a plurality of layers on the sapphire substrate, wherein the GaN layer grown at a relatively low growth rate and the GaN layer grown at a relatively high growth rate are alternately formed. Crack-Free GaN Thick Film Fabrication by Ride Vapor Epitaxy 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 GaN 중간층을 성장시키는 단계는,Growing the GaN intermediate layer, 상기 사파이어 기판 상에 소정 성장속도 이상의 고성장속도로 성장되는 결함 GaN 중간층 형성 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 GaN 후막 제조 방법A method for producing a crack-free GaN thick film by the hydride vapor phase epitaxy growth method, comprising forming a defective GaN intermediate layer grown on the sapphire substrate at a high growth rate or higher. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 사파이어 기판 대신에 SiC를 포함하는 산화물 기판 혹은 카바이드 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 하이드라이드 기상 에피택시 성장법에 의한 크랙없는 GaN 후막 제조 방법.An oxide substrate or a carbide substrate containing SiC in place of the sapphire substrate, wherein the crack-free GaN thick film production method by the hydride vapor phase epitaxy growth method.
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