KR20040078209A - 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법에 관한 것으로, 이종기판에 다수의 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층을 성장시킨 후, 화합물 반도체 완충층 상부에 화합물 반도체층을 성장시켜, 이종기판과 화합물 반도체의 접합면적을 줄임으로써, 전위(Dislocation), 크랙과 휘어짐을 감소시키고, 보이드를 이용하여 성장된 화합물 반도체층을 이종기판으로부터 용이하게 이탈시킬 수 있는 효과가 발생한다.
Description
본 발명은 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종기판 상부에 보이드(Void)를 다수 내장하고 있는 화합물 반도체 완충층을 형성하여 이종기판과 화합물 반도체의 접합면적을 줄여, 이종기판과 화합물 반도체의 계면에서 전달되는 전위(Dislocation)를 억제하고, 사파이어와의 스트레스를 충분히 감소시켜 크랙 및 휘어짐을 줄일 수 있는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 질화갈륨은 넓고 직접적인 에너지 밴드갭과 원자간의 큰 상호결합력 그리고 높은 열전도성으로 인해 광소자 및 고온, 고전력 소자로서 이상적인 특성을 갖고 있다.
이러한 이유로 최근 그 상업적인 개발을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다.
특히, 이러한 질화갈륨 물질을 이용하는 소자의 효율을 높이기 위해서는 동종물질의 기판인 질화갈륨 기판이 필수적이라 할 수 있다.
그러나 질화갈륨을 성장시키기 위한 기판으로 대부분 사용되어지고 있는 사파이어(Al2O3)기판과의 격자불일치와 열팽창계수의 차이로 인해 많은 크랙(Crack)과 휘어짐(Bending) 현상이 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 사파이어 이외의 기판을 사용하거나 질화갈륨 성장 전에 사파이어 기판 상부에 다양한 완충층을 형성하여, 크랙 및 휘어짐을 줄이고 있지만, 이러한 결과들이 완벽한 해결책으로 볼 수는 없는 상태이다.
이렇듯, 사파이어 기판 상부에 사용되는 완충층은 아직까지 계면에서 발생하는 질화갈륨과의 스트레스를 충분히 감소시키지 못하고 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이종기판 상부에 보이드(Void)를 다수 내장하고 있는 화합물 반도체 완충층을 형성하여 이종기판과 화합물 반도체의 접합면적을 줄여, 이종기판과 화합물 반도체의 계면에서 전달되는 전위(Dislocation)를 억제하고, 사파이어와의 스트레스를 충분히 감소시켜 크랙 및 휘어짐을 줄일 수 있는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 화합물 반도체 완충층과 이종기판과의 접착력을 최대로 줄여, 쉽게 화합물 반도체가 성장 후에도 이종기판으로부터 화합물 반도체 기판이 용이하게 분리할 수 있는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 3족원소와 5족원소를 반응시켜 다수의 보이드(Void)를 갖는 화합물 반도체 완충층을 이종기판 상부에 성장시키는 제 1 단계와;
상기 화합물 반도체 완충층의 상부에 화합물 반도체층을 성장시키는 제 2 단계와;
상기 화합물 반도체 완충층의 보이드를 이용하여 상기 화합물 반도체층을 이종기판으로부터 이탈시키는 제 3 단계로 구성된 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법이 제공된다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 화합물 반도체 기판의 제조 공정 단면도이다.
도 2a와 2b는 본 발명에 따라 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층의 상부에 화합물 반도체층이 성장된 상태를 전자현미경에서 20배율로 촬영한 사진도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이종기판에서 분리된 화합물 반도체층을 20배율로 전자현미경에서 촬영한 사진도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,20 : 이종기판 11a : 보이드(Void)
11,21 : 화합물 반도체 완충층 12,22 : 화합물 반도체층
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 따른 화합물 반도체 기판의 제조 공정 단면도로서, 도 1a에서, 제조하려는 화합물 반도체 기판과 물질이 다른 이종기판(10)의 상부에 3족원소와 5족원소를 반응시켜 다수의 보이드(Void)(11a)를 갖는 화합물 반도체 완충층(11)을 성장시킨다.(도 1a)
여기서, 상기 이종기판(10)의 상부에 3족원소와 5족원소를 반응시켜 650 ~ 750℃의 온도로 30분 ~ 1시간 30분 성장시키면 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층(11)이 성장된다.
이 때, 상기 제조하려는 화합물 반도체 기판이 GaN기판이면, 상기 이종기판(10)은 사파이어 기판이다.
그리고, 상기 3족원소는 갈륨이고, 상기 5족원소는 N이다.
또한, 상기 3족원소와 5족원소는 부피비 반응 비율, 즉, 5족원소 부피/3족원소 부피 = 5 ~ 15로 설정하여 반응시키는 것이 바람직하다.
그 후, 상기 화합물 반도체 완충층(11)의 상부에 화합물 반도체층(12)을 성장시킨다.(도 1b)
마지막으로, 상기 화합물 반도체 완충층(11)의 보이드를 이용하여 상기 화합물 반도체층(12)을 이종기판(10)으로부터 이탈시킨다.(도 1c)
이 때, 상기 화합물 반도체층(12)은 이종기판(10)으로부터 거의 외력을 인가하지 않아도, 자연적으로 이탈된다.
도 2a와 2b는 본 발명에 따라 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층의 상부에화합물 반도체층이 성장된 상태를 전자현미경에서 20배율로 촬영한 사진도로서, 도 2a는 상기 3족원소와 5족원소의 부피비 반응 비율을, 5족원소 부피/3족원소 부피 = 6으로 설정하여, 700℃에서 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층(21)을 사파이어 기판(20) 상부에 성장시키고, 상기 화합물 반도체 완충층(21)의 상부에 화합물 반도체층(22)을 성장시켰다.
그리고, 도 2b는 부피비 반응비율(5족원소 부피/3족원소 부피)을 '6'으로 설정하고, 750℃에서 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층(21)을 사파이어 기판(20) 상부에 성장시키고, 상기 화합물 반도체 완충층(21)의 상부에 화합물 반도체층(22)을 성장시켰다.
도 2a와 2b를 비교하면, 동일한 3족원소와 5족원소의 반응 비율에서 700℃에서 성장된 화합물 반도체 완충층이 750℃에서 성장된 화합물 반도체 완충층보다 보이드가 더 많이 성장되었음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이종기판에서 분리된 화합물 반도체층을 20배율로 전자현미경에서 촬영한 사진도로서, 화합물 반도체층, 즉, 질화갈륨층이 이종기판인 사파이어 기판으로부터 자연적으로 분리된 상태를 촬영한 것과 같이, 사파이어 기판과 계면을 이루고 있었던 영역(100)에는 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층의 일부가 남아있다.
도 4는 본 발명에 따른 화합물 반도체층에서 분리된 이종기판을 20배율로 전자현미경에서 촬영한 사진도로서, 이종기판인 사파이어 기판이 화합물 반도체층, 즉, 질화갈륨층으로부터 자연적으로 분리된 상태를 촬영한 것과 같이, 화합물 반도체층과 계면을 이루고 있었던 영역(110)에는 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층의 일부가 남아있다.
그러므로, 도 3과 도 4에 의해서, 보이드에 의해 이종기판과 화합물 반도체층은 거의 외력을 인가하지 않은 상태에서 자연적인 분리가 가능하며, 이종기판과 화합물 반도체층은 분리되면서 완충층의 일부가 남아 있게 된다.
따라서, 본 발명은 다수의 보이드를 갖는 완충층을 이용하여 사파이어와 질화갈륨층의 계면에서 전달되는 전위(Dislocation)가 보이드로 인해 차단되어 감소시킬 수 있고, 이로서, 성장되는 질화갈륨층에 크랙 발생과 휘어짐을 감소시킬 수 있게 된다.
더불어, 보이드를 이용하여 사파이어 기판과 질화갈륨층을 자연적으로 분리시킬 수 있게 된다.
본 발명은 이종기판에 다수의 보이드를 갖는 화합물 반도체 완충층을 성장시킨 후, 화합물 반도체 완충층 상부에 화합물 반도체층을 성장시켜, 전위(Dislocation), 크랙과 휘어짐을 감소시키고, 보이드를 이용하여 성장된 화합물 반도체층을 이종기판으로부터 자연적으로 분리시킬 수 있는 효과가 발생한다.
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 (5)
- 3족원소와 5족원소를 반응시켜 다수의 보이드(Void)를 갖는 화합물 반도체 완충층을 이종기판 상부에 성장시키는 제 1 단계와;상기 화합물 반도체 완충층의 상부에 화합물 반도체층을 성장시키는 제 2 단계와;상기 화합물 반도체 완충층의 보이드를 이용하여 상기 화합물 반도체층을 이종기판으로부터 이탈시키는 제 3 단계로 구성된 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 3족원소와 5족원소는,5족원소 부피/3족원소 부피 = 5 ~ 15로 설정하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 화합물 반도체 완충층과 화합물 반도체층은 GaN인 것을 특징으로 하는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 단계에서의 화합물 반도체 완충층은 650 ~ 750℃의 온도에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 제 1 단계에서의 화합물 반도체 완충층은 30분 ~ 1시간 30분 동안 성장시키는 것을 특징으로 하는 보이드를 갖는 완충층을 이용한 화합물 반도체 기판 제조 방법.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100695118B1 (ko) * | 2005-12-27 | 2007-03-14 | 삼성코닝 주식회사 | 다중-프리스탠딩 ＧａＮ 웨이퍼의 제조방법 |
| KR101319218B1 (ko) * | 2012-04-27 | 2013-10-16 | 전남대학교산학협력단 | 기판의 분리 방법 |
| US9299561B2 (en) | 2013-06-14 | 2016-03-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for fabricating nitride semiconductor thin film and method for fabricating nitride semiconductor device using the same |
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2003
- 2003-03-03 KR KR1020030013017A patent/KR20040078209A/ko not_active Application Discontinuation
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| US9299561B2 (en) | 2013-06-14 | 2016-03-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for fabricating nitride semiconductor thin film and method for fabricating nitride semiconductor device using the same |
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