KR20050083237A - 질화갈륨 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화갈륨 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 박막을 성장시키는 단계와; 상기 사파이어 기판과 성장된 질화갈륨 박막의 외측면 일부를 제거하여 경사지게 형성하는 단계와; 상기 질화갈륨 박막이 사파이어 기판에 접촉면으로 고정될 수 있도록, 상기 접촉면을 제외하는 질화갈륨 박막을 제거하여 사파이어 기판으로부터 분리하는 단계와; 상기 경사지게 제거된 사파이어 기판 및 질화갈륨 박막의 외측면과 질화갈륨 박막 상부면에 실리콘 산화막을 형성하여, 상기 질화갈륨 박막 상부의 중앙영역을 노출시키는 단계와; 상기 질화갈륨 박막 상부에 질화갈륨 후막을 성장시키는 단계와; 상기 사파이어 기판 하부에서 레이저를 조사하여, 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 분리하고, 실리콘 산화막을 제거한 후, 래핑(Lapping) 공정을 수행하여 평평한 질화갈륨 기판을 형성하는 단계로 구성된다.
따라서, 본 발명은 레이저를 사용하여 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막의 일부를 리프트 오프(Lift off)시켜, 질화갈륨과 사파이어와의 접촉면을 최소화하여 질화갈륨 후막을 성장시킴으로써, 휘어짐을 최소화할 수 있고, 이 휘어짐에 따른 스트레스로 발생되는 크랙을 줄일 수 있어, 평평한 고품질의 대면적 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 효과가 발생한다.
Description
본 발명은 질화갈륨 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 사용하여 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막의 일부를 리프트 오프(Lift off)시켜, 질화갈륨과 사파이어와의 접촉면을 최소화하여 질화갈륨 후막을 성장시킴으로써, 휘어짐을 최소화할 수 있고, 이 휘어짐에 따른 스트레스로 발생되는 크랙을 줄일 수 있어, 평평한 고품질의 대면적 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 질화갈륨 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 질화갈륨(GaN)은 넓고, 원자간의 상호결합력이 크며, 높은 열전도성으로 인해 광 소자와 고온 및 고전력 소자로서 이상적인 특성을 갖고 있다.
이러한 이유로 최근, 그 상업적인 개발을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다.
특히, 이러한 질화갈륨을 이용하여 제작되는 소자의 효율을 높이기 위해서는 동종물질의 기판인 질화갈륨 기판이 필수적이라 할 수 있다.
그러나, 질화갈륨을 성장시키기 위한 기판으로 대부분 사용되어지고 있는 사파이어(Al2O3) 기판과의 성장되는 질화갈륨의 격자불일치와 열팽창계수의 차이로 인해 성장된 질화갈륨에는 많은 전위(Dislocation)와 크랙(Crack)들이 생성되고, 더불어 성장된 질화갈륨 기판의 휘어짐(Bending) 현상이 발생하게 된다.
도 1a와 1b는 일반적으로 사파이어 기판 상부에 질화갈륨이 성장되었을 때, 휘어진 상태를 도시한 단면도로서, 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 막이 성장되면, 전술된 바와 같이, 기판이 휘어지게 된다.
이 때, 사파이어 기판(10) 상부에 두께가 300㎛ 이상의 질화갈륨 후막(11)이 성장되었을 때(도 1a)가 두께가 수 ㎛인 질화갈륨 박막(12)이 성장되었을 때(도 1b)보다 휘어짐 정도가 크다.
따라서, 이러한 문제를 최소화시키기 위하여, 사파이어 기판 상부에 AlN 완층층과 질화갈륨 저온 완층층, 그리고 결정질이 많이 떨어지고 결함이 있는 질화갈륨층 등의 완층층을 형성한 다음, 질화갈륨을 성장시켜, 휘어짐이 줄어든 질화갈륨 기판을 제조할 수 있었다.
또한, 다른 방법으로, 사파이어층 상부에 질화갈륨 저온 완층층을 형성하고, Ti층을 성장시키고, 열처리 공정을 수행한 다음, 질화갈륨층을 성장시켜 휘어짐이 줄어든 질화갈륨 기판을 제조하였다.
그러나, 이러한 종래의 기술은 대면적의 질화갈륨 기판을 제작하는 데는 적용하더라도, 휘어짐 현상이 계속 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 레이저를 사용하여 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막의 일부를 리프트 오프(Lift off)시켜, 질화갈륨과 사파이어와의 접촉면을 최소화하여 질화갈륨 후막을 성장시킴으로써, 휘어짐을 최소화할 수 있고, 이 휘어짐에 따른 스트레스로 발생되는 크랙을 줄일 수 있어, 평평한 고품질의 대면적 질화갈륨 기판을 제조할 수 있는 질화갈륨 기판의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 박막을 성장시키는 단계와;
상기 사파이어 기판과 성장된 질화갈륨 박막의 외측면 일부를 제거하여 경사지게 형성하는 단계와;
상기 질화갈륨 박막이 사파이어 기판에 접촉면으로 고정될 수 있도록, 상기 접촉면을 제외하는 질화갈륨 박막을 제거하여 사파이어 기판으로부터 분리하는 단계와;
상기 경사지게 제거된 사파이어 기판 및 질화갈륨 박막의 외측면과 질화갈륨 박막 상부면에 실리콘 산화막을 형성하여, 상기 질화갈륨 박막 상부의 중앙영역을 노출시키는 단계와;
상기 질화갈륨 박막 상부에 질화갈륨 후막을 성장시키는 단계와;
마지막으로, 상기 사파이어 기판 하부에서 레이저를 조사하여, 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 분리하고, 실리콘 산화막을 제거한 후, 래핑(Lapping) 공정을 수행하여 평평한 질화갈륨 기판을 형성하는 단계로 구성된 질화갈륨 기판의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2a와 2f는 본 발명에 따른 질화갈륨 기판의 제조 공정도로서, 먼저, 사파이어 기판(100) 상부에 질화갈륨 박막(110)을 성장시키고(도 2a), 상기 사파이어 기판(100)과 성장된 질화갈륨 박막(110)의 외측면 일부를 제거하여 경사지게 형성한다.(도 2b)
그 다음, 상기 질화갈륨 박막(110)이 사파이어 기판(100)에 최소의 접촉면(111)으로 고정될 수 있도록, 상기 사파이어 기판(100)의 하부에서 레이저를 조사하여 접촉면을 제외하는 질화갈륨 박막(110)을 제거하여 사파이어 기판(100)으로부터 분리한다.(도 2c)
여기서, 상기 레이저가 사파이어 기판(100)과 상기 질화갈륨 박막(110)의 계면에 조사되면, 계면에 존재하는 질화갈륨 박막은 열분해(Thermal decomposition)되어 사파이어 기판(100)과 질화갈륨 박막(110)은 분리된다.
이 때, 질화갈륨은 하기 식 (1)에 의해 열분해되고, 남아있는 갈륨은 HCl 처리하여 제거한다.
2GaN = Ga + N2 ------- (1)
그리고, 상기 접촉면(111)은 상기 질화갈륨 박막(110)이 레이저에 의해 제거되어, 질화갈륨 박막(110)의 중앙 영역에 존재하는 것이 바람직하다.
그 후, 상기 경사지게 제거된 사파이어 기판(100) 및 질화갈륨 박막(110)의 외측면과 질화갈륨 박막(110) 상부면에 실리콘 산화막(130)을 형성하여, 상기 질화갈륨 박막(110) 상부의 중앙영역을 노출시킨다.(도 2d)
여기서, 상기 실리콘 산화막(130)을 증착시키는 이유는 질화갈륨을 재 성장시, 기판 외측면에서 재 성장되는 질화갈륨과 사파이어가 다시 재결합하는 것을 방지하는 데 있다.
연이어, 상기 질화갈륨 박막(110) 상부에 질화갈륨 후막(150)을 성장시킨다.(도 2e)
마지막으로, 상기 사파이어 기판(100) 하부에서 레이저를 조사하여, 질화갈륨 박막을 사파이어 기판(100)으로부터 분리하고, 실리콘 산화막(130)을 제거한 후, 래핑(Lapping) 공정을 수행하여 평평한 질화갈륨 기판(170)을 형성한다.(도 2f)
따라서, 본 발명은 질화갈륨 박막에서의 작은 휘어짐을 이용하여, 질화갈륨 재 성장시 휘어짐을 방지하고자, 레이저를 사용하여 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막의 일부를 리프트 오프(Lift off)시켜, 질화갈륨과 사파이어와의 접촉면을 최소화하여 질화갈륨 후막을 성장시킴으로써, 평평한 고품질의 대면적 질화갈륨 기판을 제조할 수 있게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 레이저를 사용하여 사파이어 기판으로부터 질화갈륨 박막의 일부를 리프트 오프(Lift off)시켜, 질화갈륨과 사파이어와의 접촉면을 최소화하여 질화갈륨 후막을 성장시킴으로써, 휘어짐을 최소화할 수 있고, 이 휘어짐에 따른 스트레스로 발생되는 크랙을 줄일 수 있어, 평평한 고품질의 대면적 질화갈륨 기판을 제조할 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.
도 1a와 1b는 일반적으로 사파이어 기판 상부에 질화갈륨이 성장되었을 때, 휘어진 상태를 도시한 단면도
도 2a와 2f는 본 발명에 따른 질화갈륨 기판의 제조 공정도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 사파이어 기판 110 : 질화갈륨 박막
111 : 접촉면 130 : 실리콘 산화막
150 : 질화갈륨 후막 170 : 질화갈륨 기판
Claims (3)
- 사파이어 기판 상부에 질화갈륨 박막을 성장시키는 단계와;상기 사파이어 기판과 성장된 질화갈륨 박막의 외측면 일부를 제거하여 경사지게 형성하는 단계와;상기 질화갈륨 박막이 사파이어 기판에 접촉면으로 고정될 수 있도록, 상기 접촉면을 제외하는 질화갈륨 박막을 제거하여 사파이어 기판으로부터 분리하는 단계와;상기 경사지게 제거된 사파이어 기판 및 질화갈륨 박막의 외측면과 질화갈륨 박막 상부면에 실리콘 산화막을 형성하여, 상기 질화갈륨 박막 상부의 중앙영역을 노출시키는 단계와;상기 질화갈륨 박막 상부에 질화갈륨 후막을 성장시키는 단계와;마지막으로, 상기 사파이어 기판 하부에서 레이저를 조사하여, 질화갈륨 박막을 사파이어 기판으로부터 분리하고, 실리콘 산화막을 제거한 후, 래핑(Lapping) 공정을 수행하여 평평한 질화갈륨 기판을 형성하는 단계로 구성된 질화갈륨 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 접촉면은,상기 사파이어 기판의 하부에서 레이저를 조사하여 질화갈륨 박막을 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 접촉면을,질화갈륨 박막의 중앙 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
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| KR20150076830A (ko) * | 2013-12-27 | 2015-07-07 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 성장을 위한 기판 |
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2004
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