KR20020037903A

KR20020037903A - 질화갈륨 기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20020037903A
Application number: KR1020000067879A
Authority: KR
Inventors: 김화목; 조용훈
Original assignee: 조용훈; 김화목
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-23

Abstract

본 발명은 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 장치를 이용하여 성장기판 위에 GaN막을 성장하기 전에 소정의 조건 하에서 성장기판의 표면을 전처리(pretreatment)함으로써 GaN막 성장시 기판계면과 평행한 수평방향의 크랙을 발생시키고 상기 크랙을 이용하여 별도의 공정없이 GaN막을 성장기판으로부터 용이하게 분리하여 GaN 단결정 기판을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 GaN 기판의 제조방법은 전처리 공정의 반응온도를 1000~1250℃ 로 유지하면서 GaN막 성장시 흘리는 전체 가스량의 15~50%의 암모니아 가스를 15~60분 정도, 5~50%의 GaCl 가스를 10~90분 정도 흘려주어 순차적으로 성장기판의 표면을 전처리하는 단계; 상기 성장기판 상에 기판계면과 평행한 수평방향으로 형성된 크랙을 포함하는 소정두께의 GaN막을 성장시키는 단계; 상기 수평방향의 크랙을 이용하여 상기 성장기판으로부터 상기 GaN막을 분리시키는 단계를 포함한다.

Description

질화갈륨 기판의 제조방법 {Method of manufacturing a GaN substrate}

본 발명은 성장기판 위에 GaN막을 성장시키기 전에 성장기판을 전처리(pretreatment)함으로써 GaN막에 발생하는 기판계면과 평행한 수평방향의 크랙(crack)을 이용하여 GaN 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

GaN은 상온에서 자외선 영역에 해당하는 3.4eV 부근의 밴드갭을 갖는 물질로서 최근 청자색 레이저나 가시광 영역의 발광소자 및 기타 고출력/고온 전자소자의 제작과 관련하여 폭넓게 연구되고 있다. 그러나, 이들 소자들을 제작하기 위해서는 기판 위에 GaN막을 성장시켜야 하는데, GaN의 높은 융점과 N₂의 높은 평형증기압으로 인하여 호모에피탁시(homoepitaxy)를 통해서는 GaN 벌크(bulk) 단결정을 성장하기가 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 따라 사파이어(Al₂O₃), 실리콘 카바이드(SiC) 혹은 실리콘(Si) 등의 결정기판 위에 비교적 낮은 온도에서 완충층을 얇게 성장시킨 다음 900~1100℃의 높은 온도에서 상기 결정기판 위에 GaN, AlN, InN, GaInN, AlGaN 및 GaAlInN 등의 GaN계 물질을 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)나 HVPE를 이용하여 성장시키는 헤테로에피탁시(heteroepitaxy)가 주로 이용되어 왔다. 이중 HVPE는 MOCVD에 비하여 성장속도가 빨라 후막이나 벌크 단결정을 성장시키는데 주로 이용되나, GaN막의 표면특성이나 결정성장이 고르지 않다는 결점이 있다.

한편, GaN막을 성장시키기 위한 기판재료로 가장 흔하게 사용되는 것은 사파이어(Al₂O₃)이다. 그러나, 사파이어 기판의 경우 GaN막과 사파이어 기판의 벽개(cleavage) 방향이 서로 달라 우수한 특성의 공진기를 제작하기가 어려울 뿐만 아니라 실리콘과는 달리 GaN와 사파이어의 결합체는 쉽게 쪼개지지도 않는다는 문제점이 있었다. 또한, 절연체인 사파이어의 특성으로 인하여 전극의 부착이 어려워 발광소자의 제작이 어려웠다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 사파이어 기판 위에 GaN막을 성장한 후에 사파이어 기판으로부터 GaN막을 분리시킨 후 분리된 GaN막을 고품질의 GaN박막성장을 위한 GaN 단결정 기판으로 이용하거나 또는 실리콘과 같은 다른 종류의 기판에 다시 부착하여 사용하는 방법이 고안되었다.

사파이어 기판 등으로부터 GaN막을 분리하는 방법으로서 Cheung et al.은 미국특허 제6,071,795호(공보발행일 2000.6.6.)에 나타나있는 바와 같이 소정의 파장을 갖는 레이저를 사파이어 기판에 스캔 조사(scanning irradiation)하여 GaN막을 분리하였다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 사파이어 기판 위에 GaN막을 성장시킨 후 GaN막 외부에 결합층(bonding layer) 및 실리콘 등의 수용자기판(acceptor substrate)을 부착하고 이어 사파이어 기판에는 흡수되지 않고 GaN막에만 선택적으로 흡수되는 주파수 대역(248nm)을 갖는 엑시머 레이저를 사파이어 기판에 고루 조사함으로써 GaN막과 사파이어 기판의 계면을 용융시켜 GaN막을 사파이어 기판으로부터 분리하였다.

그러나, 이 방법의 경우 사파이어 기판으로부터 GaN막을 분리하기 위해서는별도의 레이저 장치를 이용하여야 하며 분리 후에도 GaN막의 분리면이 깨끗하지 않아 별도의 마무리 공정을 거쳐야 하는 불편함이 있었다.

사파이어 기판 등의 성장기판으로부터 GaN막을 분리하는 또다른 방법으로서 국내특허 제226,829호(등록일자 1999.7.29.)에서는 산화물 기판 위에 GaN막을 소정두께로 성장시킨 후 산화물 기판의 연마공정과 GaN막의 성장공정을 번갈아 반복함으로써 산화물 기판으로부터 분리된 GaN 단결정 기판을 제조하는 방법이 제안하고 있다. 그러나, 이러한 기계적 연마공정은 오랜 시간 세심한 연마처리를 해야 하는 불편함이 있었고, 경우에 따라서는 GaN막을 파손시킬 위험도 있었다.

한편, Richard J. Molnar는 미국특허 제6,086,673호(공보발행일: 2000.7.11.)에서 GaN막과 성장기판의 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)의 차이를 이용한 GaN막 분리방법을 제안하였다.

이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 기판의 계면과 평행하게 형성된 기계적 결함면(plane of mechanical weakness)을 갖는 성장기판 위에 GaN막을 성장시킨 후 이를 200℃/min 이하의 속도로 냉각시키는 경우 GaN막과 성장기판 사이의 열팽창 계수의 차이로 인하여 양자 간에 스트레인(strain)이 발생하게 되고 그 결과 상기 기계적 결함면을 따라 GaN막이 성장기판으로부터 분리된다. 이때, 기계적 결함면을 갖는 성장기판은 원래부터 이러한 결함면을 갖는 성장기판을 선택하거나 또는 성장기판에 기계적 결함면이 형성되도록 별도의 처리를 함으로써 제공된다.

원래부터 결함면을 갖는 성장기판으로는 ScMgAlO₄와 같은 운모(mica) 계열의 기판이 이용되며, 이러한 물질은 전술한 Molnar의 특허에 자세히 나타나 있다. 한편, 성장기판에 기계적 결함면을 발생시키기 위해서는 이온주입공정(ion implantation process)이나 성장기판의 박막화공정(mechanically or chemo-mechanically thinning process), 리소그래피 패터닝 공정 등이 이용될 수 있으며, 또한, 성장기판의 전처리층(pretreatment layer)에 대한 반응공정 후 GaN막 성장 전에 기계적 결함면이 형성될 수 있도록 성장기판 위에 BN, 흑연(graphitic carbon), ScMgAlO₄등으로 이루어진 얇은 삽입층(interlayer)을 증착시키기도 한다. 그러나, 이러한 방법은 성장기판 내부 또는 상부에 기계적 결함면을 포함할 수 있도록 특별한 기판을 선택하거나 또는 별도의 처리공정을 거쳐야 하는 문제점이 있었다.

한편, 전술한 바와 같이 HVPE에 의한 사파이어 기판 위에서의 GaN막 성장은 성장속도가 빠른 대신 GaN막의 표면이 고르지 않고 결정특성이 좋지 않아 고품질의 GaN막의 성장에는 어려움이 있었다. 이러한 GaN막 표면의 좋지 않은 특성은 성장기판 위에 GaN막을 성장할 때 계면 주위에서 나타나는 수직방향의 크랙과 관련이 깊다고 알려져 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 방법으로서 GaN막 성장 전에 수직방향의 크랙의 발생을 억제하기 위해 성장기판 위에 AlN, ZnO, GaN 등의 버퍼층을 얇게 증착시키거나 사파이어 기판의 표면을 전처리하여 고품질의 GaN막을 얻는 방법이 많이 연구되어 왔다.

특히, 후자의 경우 Paskova et al.은 수소화물 기상증착법을 이용하여 질소화 처리(nitridation) 후에 NH₃및 HCl 가스를 각각 사파이어 기판의 표면과 반응시켜 고품질의 GaN막을 얻는 방법을 제안하였으며("Hydride vapour-phase epitaxy growth and cathodoluminescence characterisation of thick GaN films", Journal of Crystal Growth 203(1999), pp. 1-11), 또한, Richard J. Molnar는 전술한 미국특허 에서 성장기판 위에 ZnO 등의 전처리층(pretreatment layer)을 2㎛ 이하로 증착시키고 800~1200℃ 정도에서 상기 전처리층이 거의 사라질 때까지 상기 전처리층을 NH₃및/또는 HCl 가스에 노출시킨 후 GaN막을 성장시킴으로써 GaN막의 표면특성을 향상시키는 방법을 제안하였다. 특히, Molnar는 그의 특허에서 이러한 전처리 공정이 GaN막의 균질성(homogeneity)이나 동질성(uniformity)을 향상시킴으로써 고품질의 GaN막의 형성을 가능하게 한다고 설명하였다.

그러나, 전술한 성장기판의 전처리 공정은 기판 위에 성장되는 GaN막의 표면특성을 향상시키기 위한 것으로 본 발명의 목적인 성장기판으로부터 GaN막을 효과적으로 분리하여 GaN기판을 제조하기 위한 것과는 직접적인 관련이 없다고 할 것이다.

본 발명의 발명자는 사파이어 등의 성장기판을 별도 처리없이 HVPE 장치에 장착하고 소정의 반응조건 하에서 암모니아 가스와 HCl 가스로 성장기판을 전처리한 후 GaN막을 성장시키는 경우 계면 부근의 GaN막 내부에 상기 기판계면과 평행한 수평방향의 크랙이 GaN막의 상당부분에 걸쳐 계면과 일정간격을 두고 형성됨을 확인할 수 있었다.

본 발명은 이러한 수평방향의 크랙을 이용함으로써 전술한 종래의 GaN막의 분리방법에 따른 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로 HVPE법으로 성장기판 위에 GaN막을 성장하기 전에 소정의 조건 하에서 성장기판의 표면을 전처리함으로써 GaN막 성장시 수평방향의 크랙을 발생시키고 상기 크랙을 이용하여 GaN막을 성장기판으로부터 용이하게 분리하여 GaN 기판을 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 광학적 처리에 의한 성장기판(growth substrate)으로부터 GaN막을 분리하는 공정을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 GaN 기판의 제조를 위한 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 장치의 개략적인 단면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성장기판으로부터 GaN막을 분리하여 GaN기판을 제작하는 공정 순서를 나타내는 흐름도,

도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 단계에 해당하는 성장구조체의 단면도,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 성장된 GaN막의 단면 SEM 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 20, 30 : 가스공급관,50 : 석영보트,

60 : 반응기,70 : 서셉터,

80 : 웨이퍼,1000 : 수평방향 크랙,

1100 : 기판계면,1200 : 결합층(bonding layer),

1300 : 분리용 고정판

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 GaN 기판의 제조방법은 GaCl가스와 NH₃가스를 이용하여 순차적으로 성장기판의 표면을 전처리하는 단계; 상기 성장기판 상에 수평방향으로 형성된 크랙을 포함하는 소정두께의 GaN막을 성장시키는 단계; 및 상기 수평방향의 크랙을 이용하여 상기 성장기판으로부터 상기 GaN막을 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 GaN 단결정 기판을 만드는데 사용되는 HVPE장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명의 HVPE장치는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 HCl, NH₃, N₂등의 가스를 공급하기 위한 가스공급관(10, 20, 30)과 상기 가스공급관을 통하여 공급된 가스를 반응시켜 반도체를 성장시키기 위한 반응기(60)로 구성되어 있다. 특히, 반응기(60) 상부의 HCl 가스통로(40)에는 Ga(Metal)을 수용하기 위한 석영보트(50)가 장착되어 있으며, 상기 Ga은 HCl 가스 공급관(10)을 통하여 공급된 HCl 가스와 반응하여 GaCl 가스를 생성한다. 또한, 반응기(60)에는 성장기판용 사파이어 웨이퍼(80)를 장착시키기 위한 서셉터(70)가 설치되어 있어 가스공급관(10, 20)을 통하여 공급된 NH₃가스와 GaCl 가스가 서로 반응하여 GaN을 생성하고 이 GaN은 상기 성장기판(80) 위에 증착된다.

본 발명의 GaN 단결정 기판의 제조방법을 도 3의 흐름도와 도 4a 내지 도 4e의 단면도를 참조하여 상세히 설명하면, 먼저 도 2에 도시된 바와 같은 할로겐 기상박막 장치의 반응로 내에 설치된 서셉터에 성장기판인 사파이어(Al₂O₃) 기판을 장착한다(100). 이때, 바람직하게는 사파이어 기판은 300~350㎛ 정도의 두께를 갖는다. 여기서는 사파이어 기판을 GaN막을 성장시키기 위한 성장기판으로 사용하였으나 그 외에 SiC, Si, GaAs, InP, 페로브스카이트 등 다양한 기판재료를 사용하여도 무방하며, 전술한 Molnar의 발명과는 달리 성장면과 평행한 기계적 결함면을 가질 필요가 없다.

다음으로 도 4a의 단면도에 도시되어 있는 것과 같이 HVPE 장치의 반응기(60) 내에 NH₃가스와 GaCl 가스를 순차적으로 흘려보내 사파이어 기판의 표면을 전처리한다(200). 이를 좀더 구체적으로 나타내면, 먼저 도 2의 NH₃가스 공급관(20)을 통하여 반응기(60) 내의 온도를 약 1000~1250℃ 정도로 유지한 상태에서 GaN막 성장시 흘리는 전체 가스량의 15~50%의 NH₃가스를 약 15~60분 정도 흘려주어성장기판의 표면을 전처리한다(210). 이어 반응기(60)의 온도를 그대로 유지하면서 HCl 가스 공급관(10)을 통하여 GaN막 성장시 흘리는 전체 가스량의 5~50%의 GaCl 가스를 약 10~90분 정도 흘려주어 성장기판의 표면을 다시 전처리한다(220). 이때, 공급된 HCl 가스는 석영보트(50)에 수용된 Ga과 반응하여 GaCl 가스를 발생시키며 이 GaCl 가스는 다시 서셉터(70) 내에 장착된 사파이어 기판의 표면과 반응하게 된다. 이때, 보다 바람직하게는 상기 전처리 단계(200)에서 반응기(60)의 온도를 1100℃ 이상으로 유지하면서 GaN막 성장시 흘리는 전체 가스량의 30~40%의 NH₃가스를 40~60분 정도로 흘려주고, GaN막 성장시 흘리는 전체 가스량의 15~25%의 GaCl 가스를 20~40분 정도 흘려주어 사파이어 기판의 표면을 전처리한다.

이때, 상기 전처리 단계에서 NH₃가스에 의한 성장기판의 표면처리와 GaCl 가스에 의한 성장기판의 표면처리는 동일한 반응조건을 유지하면서 그 순서를 서로 바꾸어 수행하여도 무방하다(230, 240). 그러나, 반응기(60) 내에 NH₃가스와 HCl 가스를 동시에 공급함으로써 사파이어 기판 위에 GaN막이 성장되지 않도록 유의하여야 한다.

한편, 상기 전처리 단계(200)를 수행하기 전에 GaN막의 표면특성을 향상시키기 위하여 AlN, ZnO 또는 GaN 등의 완충층(buffer layer)을 얇게 증착하여도 본 발명의 효과에는 큰 차이가 없다.

이어 반응기(60) 내의 온도를 약 1050℃로 유지하고 가스공급관(10,20)을 통하여 NH₃가스와 HCl 가스를 반응기(60) 내에 흘려주어 사파이어 기판 상에 GaN막을50~350㎛ 정도 성장시킨 후(300) 상온까지 서서히 냉각시킨다(400). 이때, 도 4b의 단면도에 나타나있는 바와 같이 상기 사파이어 기판과 GaN막의 계면에 인접한 GaN막의 내부에 상기 NH₃가스 및 GaCl 가스에 의한 전처리의 영향으로 기판계면과 평행한 수평방향의 크랙(1000)이 기판계면(1100)과 일정간격을 두고 발생하게 된다. 상기 수평방향의 크랙(1000)은 반응온도나 반응시간, 가스의 농도 등과 같은 전처리 공정의 반응조건에 따라 GaN막 전체에 걸쳐 발생하거나 또는 일부에만 발생하기도 하며, 기판계면(1100)과 크랙(1000) 사이의 간격도 반응조건에 따라 달라진다. 특히, 전처리시의 반응온도가 높은 경우 기판계면(1100)과 크랙(1000)이 거의 같은 부분에서 형성되기도 한다.

실험 결과 NH₃가스 또는 GaCl 가스의 농도가 너무 적은 경우 예를 들어 각각 15%, 5% 이하이면 수평방향의 크랙이 발생하지 않게 되고, 반대로 가스의 농도가 너무 높은 경우 예를 들어 각각 50%, 50% 이상이면 수평방향의 크랙이 발생하는 면 이하의 GaN막이 거의 다결정상처럼 부서지는 현상이 발생하였다. 또한, 반응시간에 따라서 크랙의 형성이 달라지는데 NH₃가스와 GaCl 가스의 공급을 각각 15분, 10분 이하로 하면 크랙이 발생하지 않게 되고, 반대로 가스의 공급을 각각 60분, 90분 이상으로 하면 수평방향의 크랙이 발생하는 면 이하의 GaN막이 거의 다결정상처럼 부서지는 현상이 발생하였다. 전처리 공정의 반응온도 역시 크랙의 형성에 영향을 미치는데 전처리 공정의 반응온도가 1000℃ 이하이면 가스조건에 상관없이 크랙이 발생하지 않고, 1250℃ 이상이면 GaN막이 성장하지 못하는 현상이 발생하였다.

다음으로 상기 GaN막 내부에 형성된 수평방향의 크랙(1000)을 이용하여 GaN막을 사파이어 기판으로부터 분리한다(500). 이때, 본 발명의 일 실시예로서 도 4c에 도시된 바와 같이 GaN막 바깥쪽 및/또는 사파이어 기판의 바깥쪽에 약 100㎛ 정도의 두께의 접착왁스(adhesive wax)나 에폭시 등으로 이뤄진 결합층(bonding layer)(1200)을 부착한 후(510) 이 결합층(1200) 바깥쪽에 약 10mm 정도의 두께의 유리나 플라스틱으로 이뤄진 분리용 고정판(1300)을 부착한다(520). 이어 도 4d에 도시된 것처럼 상기 분리용 고정판(1300)을 지지대 등으로 고정시킨 후 쐐기(1400) 등을 이용하여 수평방향의 크랙(1000)에 대하여 적당히 충격을 가하거나 또는 상기 분리용 고정판(1300)에 대하여 수평방향의 크랙(1000)과 수직되는 방향으로 미는 힘을 가하면 이미 GaN막 내에 형성된 크랙(1000)을 따라 GaN막이 사파이어 기판으로부터 깨끗하게 분리된다(530). 특히, 본 발명에 있어서 GaN막 내에 형성되는 수평방향의 크랙은 그 표면이 깨끗하고 평면에 가깝게 형성되어 분리 후에도 별도의 연마공정을 거의 필요로 하지 않는다.

이어 사파이어 기판으로부터 분리된 GaN막으로부터 아세톤 용액 등을 이용하여 상기 결합층(1200)을 제거하여 분리용 고정판(1300)과 GaN막을 분리시킨다(540).

한편, 경우에 따라서는 최적의 반응조건 하에서 형성된 수평방향의 크랙이 GaN막 전체에 걸쳐 상당한 간격을 두고 발생하기 때문에 전술한 바와 같은 결합층이나 분리용 기판을 부착하지 않고도 GaN막을 사파이어 기판으로부터 쉽게 분리할 수 있다.

전술한 공정을 거쳐 만들어진 GaN 단결정 막은 Nakamura et al.의 "GaN Growth Using GaN Buffer Layer", Japanese journal of Applied Physics, vol. 30, 1991, pp.L1705~L1707에 나타나 있는 것과 같이 청자색 레이저 다이오드를 제작하기 위한 GaN의 호모에피탁시용 기판으로 이용될 수 있다.

[제 1 실시예]

HVPE 장치를 이용한 본 발명의 GaN 단결정 박막의 제조방법의 제1실시예를 설명한다.

전처리온도가 성장온도와 같거나 50℃ 높을 때 사파이어 기판 위에 암모니아 가스를 성장시 흘리는 전체 가스량의 15%이하로 5분 이하로 흘리고 GaCl 가스를 성장시 흘리는 전체 가스량에 10%이하로 30분 이하로 흘린 후 암모니아 가스와 GaCl 가스를 동시에 흘리면서 GaN막을 50~300㎛ 정도 두께로 성장한다. 이어 기판을 상온까지 서서히 자연냉각시킨다.

이와 같이 성장한 결과 도 5a의 SEM 사진에 나타난 것과 같이 계면에 수평으로 크랙이 GaN막 일부분에서 발생하기 시작하는 것을 알 수 있다.

[제 2 실시예]

반응온도가 1150℃일 때 사파이어 기판 위에 NH₃가스를 성장시 흘리는 전체 가스량의 35%로 50분 동안 흘리고 GaCl 가스를 전체 가스량의 20%로 30분 동안 흘린 후 암모니아 가스와 GaCl 가스를 동시에 흘리면서 GaN막을 50~300㎛ 정도 두께로 성장한다. 이어 기판을 상온까지 서서히 자연냉각시킨다.

이와 같이 성장한 결과 도 5b에 나타난 것처럼 기판계면에서 약 20~50㎛의 간격을 두고수평으로 GaN막 전체에 크랙이 발생하는 것을 알 수 있다

[제 3 실시예]

전처리온도가 1200℃일 때 사파이어 기판 위에 NH₃가스를 성장시 흘리는 전체 가스량에 35%로 50분 동안 흘리고 GaCl 가스를 전체 가스량에 20%로 30분 동안 흘린 후 NH₃가스와 GaCl 가스를 동시에 흘리면서 GaN막을 50~300㎛ 정도 두께로 성장한다. 이어 기판을 상온까지 서서히 자연냉각시킨다.

이와 같이 성장한 결과 도 5c의 SEM 사진에 나타난 것처럼 사파이어와 GaN막 계면에서 갈륨과 알루미늄이 녹아 있는 것을 확인할 수 있다. 이 경우에도 전술한 방법과 동일한 방법으로 분리를 하게 되면 GaN막을 사파이어 기판으로부터 떼어내어 GaN 기판을 제조할 수 있다.

위에서 바람직한 실시예에 근거하여 본 발명을 설명하였지만 이러한 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하는 것이다. 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자에게는 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 전술한 실시예에 대한 다양한 변경이아 조절 등이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호범위는 후술하는 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 전술한 실시예에 의하여 제한적으로 해석되어서는 안 될 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 성장기판으로부터의 GaN막 분리방법은 기계적 결함면을 위한 기판처리나 레이저 조사와 같은 별도의 공정을 필요로 하지 않으며 GaN막 성장에 사용되는 HVPE법을 이용하여 성장기판을 전처리함으로써 GaN막 성장 및 분리의 일관공정이 가능해져 GaN막 또는 GaN 단결정 기판의 제작의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

성장기판(growth substrate)을 장착하는 제1단계;

GaCl가스와 NH₃가스를 이용하여 순차적으로 상기 성장기판의 표면을 전처리하는 제2단계;

기판계면과 평행한 수평방향으로 형성된 크랙이 발생하도록 소정두께의 GaN막을 상기 성장기판 위에 성장시킨 후 상기 성장기판을 냉각시키는 제3단계; 및

상기 수평방향의 크랙을 이용하여 성장기판으로부터 상기 GaN막을 분리시키는 제4단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 성장기판은 기판계면과 평행한 기계적 결함면(plane of mechanical weakness)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1단계는

NH₃가스로 상기 성장기판의 표면을 처리하는 제5단계; 및

GaCl 가스로 상기 성장기판의 표면을 처리하는 제6단계를 순차적으로 또는역순으로 수행하는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 3항에 있어서,

상기 제5단계는 상기 성장기판에 상기 GaN막 성장 단계에서 흘려주는 전체 가스량의 15~50%의 NH₃가스를 15~60분 정도 흘려 상기 성장기판의 표면을 처리하고, 상기 제6단계는 상기 성장기판에 상기 GaN막 성장 단계에서 흘려주는 전체 가스량의 5~50%의 GaCl 가스를 10~90분 정도 흘려 상기 성장기판의 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 3항에 있어서,

상기 제5단계는 상기 성장기판에 상기 GaN막 성장 단계에서 흘려주는 전체 가스량의 30~40%의 NH₃가스를 40~60분 정도 흘려 상기 성장기판의 표면을 처리하고, 상기 제6단계는 상기 성장기판에 상기 GaN막 성장 단계에서 흘려주는 전체 가스량의 15~25%의 GaCl 가스를 20~40분 정도 흘려 상기 성장기판의 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 성장기판을 냉각시키는 제3단계는 상기 성장기판을 상온까지 자연냉각시키는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 성장기판을 전처리하는 제2단계 전에 상기 성장기판 위에 소정두께의 완충층(buffer layer)을 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 7항에 있어서, 상기 완충층은 AlN, ZnO 또는 GaN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계는

상기 성장기판과 GaN막 외부에 각각 결합층(bonding layer)을 형성하는 제7단계;

상기 결합층 외부에 각각 분리용 고정판을 부착하는 제8단계:

상기 분리용 고정판을 이용하여 상기 성장기판과 GaN막을 분리하는 제9단계; 및

상기 GaN막에 부착된 결합층을 제거하여 GaN막으로부터 분리용 고정판을 분리하는 제10단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 전처리 온도는 상기 제2단계의 갈륨질화층 성장온도보다 50~150℃ 더 높은 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 전처리 온도는 1000~1250℃인 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 제2단계의 전처리 온도는 1100℃이상인 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 성장기판은 사파이어(Al₂O₃) 기판인 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 성장기판의 표면처리와 제3단계의 GaN막의성장은 HVPE법에 의하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 GaN막의 두께는 50~350㎛ 인 것을 특징으로 하는 GaN기판의 제조방법.
제 1항 또는 제15항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 GaN기판.