KR20040008501A - 고품질 질화갈륨 기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고품질 질화갈륨 기판 제조방법에 관한 발명으로써, 패턴을 이용하여 마스크와 에피박막 사이의 응력을 제거해 줌으로써 결정방향이 기우는 것을 최소화 하는것으로써, 마스크 물질을 식각하여 측면성장을 위한 패턴을 형성하는 단계와; 패턴이 형성된 기판위에 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법을 이용하여 GaN 에피박막을 성장시키고 측면 성장된 에피박막이 서로 만나기 전에 성장을 중지하는 단계와; 마스크 물질을 식가하고 후속 성장을 한 후 레이저 리프트 오프 시키는 단계로 구성함으로써 전위형성, 밴딩, 크랙등의 결함을 줄여 고품질 질화갈륨 기판을 얻을 수 있는 효과가 발생한다.

Description

고품질 질화갈륨 기판 제조방법{Method for fabricating high quality GaN substrate}

본 발명은 화합물 반도체 기판에 관한 것으로, 특히 고품질 질화갈륨 기판 제조방법에 관한 것이다.

최근 GaN를 이용한 청색 발광 소자, 레이저 다이오드는 대규모 총천연색 평판 표시장치, 신호등, 실내 조명과 고밀도 광원, 고해상도 출력 시스템, 광통신 등의 응용분야를 가지고 있어 많은 연구자들의 관심의 대상이 되고 있으며, 이의 상업화를 위한 시도도 끊임없이 진행되고 있는 실정이다.

이러한 방법중 하나로 종래에는 측면 에피 성장방법을 주로 이용하고 있는데 이는 이종 기판위에 GaN 에피박막을 성장 한 후 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 또는 금속 박막층을 GaN 에피박막위에 형성한다.

그 후 선형의 패턴을 형성한 후 상기 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 박막층의 일부를 식각하여 GaN 박막층이 노출된 부분과 상기한 물질의 마스크가 존재하는 영역을 형성한다.

상기 영역 상에 다시 III-V족 질화물 에피박막층을 형성하는 방법으로 GaN기판을 성장시키는 방법을 주로 사용하였다.

그러나 이러한 방법은 마스크와 계면에서 발생하는 응력에 의해 측면 성장된 에피층의 결정학적인 방향이 이울어지는 단점이 있다.

도 1은 종래의 성장방법에 의한 결정학적 방향의 기울어짐과 표면 형상 모식도를 나타내는 도면으로써, 화살표는 GaN 박막의 <0001>방향을 나타낸다.

이러한 결정할적인 방향의 기울어짐은 크게는 수도에 이르기도 하며, 마스크가 클수록, 측면성장이 크게 일어날수록 커진다.

이렇게 결정학적인 방향이 기울어지면 그 경계에서 결함이 발생하며 이러한 결함은 소자의 성능을 저하시키게 되고 특히 측면 성장된 박막층이 서로 만나는 부분에는 결정학적인 방향의 기울어짐도 크며, 매우 높은 밀도의 결함이 형성된다.

마스크 영역의 크기가 클수록 발생하는 응력이 커지므로 결정학적 방향의 기울어짐 및 결함의 형성 정도가 커지게 된다. 따라서 결함을 줄여주기 위해서는 마스크 영역의 크기를 줄여주어야 하는데, 그러할 경우 측면 성장법에 의해 결함밀도가 감소하는 영역이 줄어들게 되어 소자 성능의 큰 개선을 얻기가 어렵다. 또한 결함 밀도를 낮추기 위해 전체 두께를 크게 할 경우에는 전체 응력의 발생량이 커지는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 패턴을 이용한 성장법으로 결함밀도가 작을 뿐만 아니라 마스크와 성장 에피박막층 사이의 응력을 제거하여 줌으로써 밴딩(Bending)과 크랙(Crack)의 발생을 줄여 고품질 질화갈륨 기판을 제조하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태는, 사파이어 상에 마스크로 이용할 물질을 형성한 후 측면성장을 위한 패턴을 형성하는 제 1단계,

상기 패턴이 형성된 기판상에 HVPE법을 이용하여 GaN에피박막을 상기 측면성장된 에피박막과 서로 만나기 전까지 성장시키는 제 2단계,

상기 마스크 물질을 식각하여 제거하고 후속 성장시키는 제 3단계,

레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법을 이용하여 프리 스탠딩(free standing)기판을 만드는 제 4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고품질 질화갈륨 기판 제조방법이 제공된다.

도 1은 기존의 성장방법에 의한 결정학적 방향의 기울어짐과 표면 형상 모식도를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 측면 에피성장법에 의한 결함 감소 모식도를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 3은 본 발명의 측면 에피성장 방법의 모식도를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 측면 에피성장법에 의한 결함 감소 모식도를 나타내는 도면으로 결정학적 방향의 기울어짐이 거의 없음을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 측면 에피성장 방법의 모식도를 나타내는 도면으로써 사파이어 상에 마스크로 이용할 물질을 형성한 후 직선형으로 마스크 물질을 식각하여 측면 성장을 위한 패턴을 형성한다. 상기 마스크 물질로는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, Cr, Ti, Ta 등의 금속 박막을 사용 할 수 있다.

상기 마스크의 폭은 3~1000 um 이고, 두께는 50 nm ~ 3 um 이고 마스크가 식각되어 GaN가 드러난 폭은 1~10um이다.

이후 상기 패턴이 형성된 기판 상에 HVPE 방법에 의해 GaN 에피박막을 성장시킨다. 이때 측면 성장된 GaN 에피박막 사이의 거리는 0.1~5um이고 GaN 에피박막의 각도는 45~100도 이다.

마지막으로 최종 성장을 시켜 두꺼운 GaN 기판을 형성하고 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법으로 프리 스탠딩(free standing) 기판을 얻는다.

이때 최종 성장된 GaN 기판의 두께는 2~500um이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 패턴을 이용한 성장법으로 결함밀도가 작을 뿐만 아니라 마스크와 성장 에피박막층 사이의 응력을 제거하여 줌으로써 밴딩(Bending)과 크랙(Crack)의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 사파이어 상에 마스크로 이용할 물질을 형성한 후 측면성장을 위한 패턴을 형성하는 제 1단계,

   상기 패턴이 형성된 기판상에 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법을 이용하여 GaN에피박막을 상기 측면성장된 에피박막과 서로 만나기 전까지 성장시키는 제 2단계,

   상기 마스크 물질을 식각하여 제거하고 후속 성장시키는 제 3단계,

   레이저 리프트 오프(Laser Lift Off)방법을 이용하여 프리 스탠딩(free standing)기판을 만드는 제 4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고품질 질화갈륨 기판 제조방법.
2. 제 1항에 있어서 상기 마스크의 폭은 3~1000um 임을 특징으로 하는 고품질 질화갈륨기판 제조방법.
3. 제 1항에 있어서 상기 측면성장된 GaN 에피박막 사이의 거리는 0.1 ~ 5um 임을 특징으로 하는 고품질 질화갈륨 기판 제조방법.