KR20070100851A - Fabrication of templates for high-quality group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and its related light-emitting multistructure and growth of 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film using templates - Google Patents

Fabrication of templates for high-quality group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and its related light-emitting multistructure and growth of 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film using templates Download PDF

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KR20070100851A KR20060032130A KR20060032130A KR20070100851A KR 20070100851 A KR20070100851 A KR 20070100851A KR 20060032130 A KR20060032130 A KR 20060032130A KR 20060032130 A KR20060032130 A KR 20060032130A KR 20070100851 A KR20070100851 A KR 20070100851A
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A homoepitaxial substrate for high-quality group 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film growth, and fabrication and growth of templates for homoepitaxial substrate and light-emitting multistructure are provided to dissipate heat generated during drive of a nitride-based semiconductor device readily. Fabrication of templates for high-quality group 3 nitride-based homoepitaxial substrate includes a one-step bonding process and a two-step bonding process. The one-step bonding process includes the steps of growing gallium nitride or aluminum nitride at a temperature of 700 degrees of centigrade or less using a metalorganic chemical vapor deposition, and depositing/growing a 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film on an Al2O3 growth substrate(110) using a high temperature buffer layer(130) at a temperature of 900 degrees of centigrade or more.

Description

양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장을 위한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 및 성장{fabrication of templates for high-quality group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and its related light-emitting multistructure and growth of 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film using templates}Fabrication of templates for high-quality group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and its related light-emitting multistructure and growth of high quality group III nitride single crystal semiconductor thin film growth of 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film using templates}

도 1은 최초 사파이어 성장기판 상부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer)과 고온 버퍼층(high temperature buffer layer)을 순차적으로 적층/성장시킨 후에, 엘로그(ELOG : epitaxial lateral overgrowth) 성장기법을 적용하기 위해서 일반적인 포토리쏘그래피(photolithography) 공정을 통한 패터닝(patterning)된 윈도우 마스크(window mask)를 나타내 보인 단면도이고,FIG. 1 shows the first step of sequentially stacking / growing a low temperature nucleation layer and a high temperature buffer layer on an sapphire growth substrate, and then applying an epitaxial lateral overgrowth (ELOG) growth technique. In order to achieve the above-mentioned sectional view showing a patterned window mask (window mask) through a photolithography process,

도 2는 최초 사파이어 성장기판 상부에 두꺼운 질화물계 반도체 또는 발광 다층구조체를 적층/성장시킨 후, 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 기법을 이용하여 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 또는 발광소자를 제작하는 공정 중에 핵심 공정기술로 알려진 트렌치(trench) 구조를 보인 단면도들이고,2 is After stacking / growing a thick nitride semiconductor or light emitting multilayer structure on top of the first sapphire growth substrate, a group III nitride homo epitaxial substrate or light emitting device is fabricated using a laser lift off (LLO) technique. Cross-sectional views showing trench structures known as key process technologies during the process,

도 3은 본 발명에 의해서 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 최초 성장기판인 사파이어(sapphire) 상부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer) 및 고온 버퍼층(high temperature buffer layer)이 순차적으로 적층/성장된 단면도이고,     FIG. 3 is a part of a process for manufacturing a template for growing a high-quality Group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure according to the present invention, and a low temperature nucleation layer on a sapphire, which is the first growth substrate. ) And a high temperature buffer layer are cross-sectional views sequentially stacked / grown,

도 4는 본 발명에 의해서 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 기본적인 포토리쏘그래피(photolithography) 및 에칭공정(etching process)을 이용한 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치(thermo-mechanical stress-relieving trench)가 제작된 단면도이고,    FIG. 4 is a heat / mechanical process using basic photolithography and etching process as part of a process for fabricating a high-quality Group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure growth template according to the present invention. A cross-sectional view of a thermo-mechanical stress-relieving trench,

도 5는 본 발명에 의해서 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 열/기계적인 스트레스 완화용 물질(thermo-mechanical stress-relieving material)을 이용한 스트레스 완화 트렌치 재충진(refilling-up) 및 본딩물질(bonding material)이 증착된 단면도이고,   FIG. 5 is a heat-mechanical stress relief material as part of a template fabrication process for growing a high-quality Group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayered structure in a one-step bonding process according to the present invention. is a cross-sectional view in which stress relieving trench refilling-up and bonding materials are deposited using a thermo-mechanical stress-relieving material,

도 6은 본 발명에 의해서 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)으로 양 질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 본딩물질(permanent bonding material)을 이용하여 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate)이 부착된 단면도이고,   FIG. 6 is a part of a process for fabricating a template for growing a high quality group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure in a one-step bonding process according to the present invention. Using a stress-relieving compliant substrate,

도 7은 본 발명에 의해서 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 이용한 최초 성장기판인 사파이어를 분리(sapphire separation)시키는 단면도이고,   FIG. 7 is a laser lift off as a part of a process for fabricating a template for growing a high-quality Group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure by a one-step bonding process according to the present invention. This is a cross-sectional view of sapphire separation of the first growth substrate using the LLO technique,

도 8은 본 발명에 의해서 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 통한 사파이어 분리(sapphire separation) 공정 후에 표면 평탄화(surface planarization)시킨 단면도이고,   8 is a part of the process for fabricating a template for growing a high-quality Group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure by a one-step bonding process according to the present invention. Sectional surface planarization after sapphire separation process using the LLO technique,

도 9는 본 발명에 의해서 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 이용하여 표면 패터닝(surface patterning)시킨 4종류의 템플렛 단면도이고,   FIG. 9 is an amorphous phase material as part of a process for fabricating a high-quality Group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure growth template by a one-step bonding process according to the present invention. 4 kinds of template cross-sectional surface patterned using

도 10은 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 열/기계적인 스트레스 완화용 물질(thermo-mechanical stress-relieving material)을 이용한 스트레스 완화 트렌치 재충진(refilling-up) 및 본딩물질(bonding material)이 증착된 단면도이고,   FIG. 10 is a heat-mechanical stress-relieving material as part of a process for fabricating a template for growing a high-quality Group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure by a two-step bonding process according to the present invention. is a cross-sectional view in which stress relieving trench refilling-up and bonding materials are deposited using a thermo-mechanical stress-relieving material,

도 11은 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 본딩물질(bonding material)로 제 1 스트레스 완화기판(first stress-relieving compliant substrate)을 접착시킨 단면도이고,   FIG. 11 is a two-step bonding process according to the present invention, and is a part of a process for fabricating a template for growing a high-quality Group III nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure, and is made of a bonding material. 1 A cross-sectional view of a bonded first stress-relieving compliant substrate,

도 12는 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 이용한 최초 성장기판인 사파이어를 분리(sapphire separation)시키는 단면도이고,   12 is a part of the process for fabricating a template for growing a high quality group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure by a two-step bonding process according to the present invention. This is a cross-sectional view of sapphire separation of the first growth substrate using the LLO technique,

도 13은 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 통한 사파이어 분리(sapphire separation) 공정 후에 표면 평탄화(surface planarization)시킨 단면도이고,   FIG. 13 shows a laser lift off as a part of a process for manufacturing a template for growing a high-quality Group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure by a two-step bonding process according to the present invention. Sectional surface planarization after sapphire separation process using the LLO technique,

도 14는 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 스트레스 완화용 물질로 스트레스 완화 트렌치를 재충진(refilling-up)시킨 단면도이고,   FIG. 14 is a stress relaxation trench as part of a process for fabricating a template for growing a high-quality Group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure by a two-step bonding process according to the present invention. Is a cross-sectional view of refilling up,

도 15는 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제 작 공정의 일부분으로서, 본딩물질(bonding material)로 제 2 스트레스 완화기판(second stress-relieving compliant substrate)을 접착시킨 단면도이고,   FIG. 15 is a two-step bonding process according to the present invention, which is a part of a process for producing a template for growing a high-quality group III-nitride-based epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure, using a bonding material. A cross-sectional view of bonding a second stress-relieving compliant substrate,

도 16은 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 에칭공정을 통한 본딩물질 및 제 1 스트레스 완화기판(first stress-relieving compliant substrate)을 완전히 제거시킨 단면도이고,    FIG. 16 is a two-step bonding process according to the present invention, which is a part of a process for fabricating a template for growing a high-quality Group 3 nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure. 1 A cross section in which the first stress-relieving compliant substrate is completely removed,

도 17은 본 발명에 의해서 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)으로 양질의 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정의 일부분으로서, 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 이용하여 표면 패터닝(surface patterning)시킨 4종류의 템플렛 단면도이고,   FIG. 17 is an amorphous phase material as part of a process for fabricating a high quality group III nitride homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure growth template by a two-step bonding process according to the present invention. 4 kinds of template cross-sectional surface patterned using

도 18은 본 발명의 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding process)에 의해서 창안/제작된 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)을 사용하여 전기전도성 지지기판(supporting substrate) 상층부에 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층을 적층/형성시키는 공정의 일부분을 보인 단면도이고,     FIG. 18 is a group III nitride homo-epitaxial substrate and templates for growth of light emitting multilayer structures, which are created / produced by the one-step and two-step bonding process of the present invention. A cross-sectional view showing a part of a process of laminating / forming a group III nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer on an upper layer of an electrically conductive supporting substrate,

도 19는 본 발명의 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding process)에 의해서 창안/제작된 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)을 사용하여 전기전도성 지지기판(supporting substrate) 상층부에 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층을 적층/형성시키는 공정의 일부분을 보인 단면도이고,   FIG. 19 shows a group III nitride homoepitaxial substrate and templates for growing a multi-layered light emitting structure, which are created / produced by the one-step and two-step bonding process of the present invention. A cross-sectional view showing a part of a process of laminating / forming a group III nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer on an upper layer of an electrically conductive supporting substrate,

도 20은 본 발명의 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding process)에 의해서 창안/제작된 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)을 사용하여 전기전도성 지지기판(supporting substrate) 상층부에 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층을 적층/형성시키는 공정의 일부분을 보인 단면도이고,   FIG. 20 shows a group III nitride homoepitaxial substrate and templates for growing a multi-layered light emitting layer structure invented / manufactured by the one-step and two-step bonding process of the present invention. A cross-sectional view showing a part of a process of laminating / forming a group III nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer on an upper layer of an electrically conductive supporting substrate,

도 21은 본 발명의 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding process)에 의해서 창안/제작된 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)을 사용하여 전기전도성 지지기판(supporting substrate) 상층부에 그룹 3족 질화물계 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층을 적층/형성시킨 단면도이다.   FIG. 21 is a group III nitride homo-epitaxial substrate and templates for growth of light emitting multilayer structures invented / manufactured by the one-step and two-step bonding process of the present invention. A cross-sectional view of a group III nitride-based homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer formed on an upper layer of an electrically conductive supporting substrate.

본 발명은 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체(group 3 nitride-based epitaxial semiconductor)를 이용한 전자 및 광관련 소자 제작을 위한 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 형성된 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate) 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작(fabrication of templates for homoepitaxial substrate and light-emitting multistructure)과 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장(growth of group 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film)에 관한 것으로서, 상세하게는 독창적인 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치 및 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving trench and refilling-up material)을 이용한 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법, 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 기술, 및 에칭공정(etching process)을 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체 물질, 즉 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 양질의 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 관한 것이다. 또한 본 발명에 의해서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 상층부에 적층/성장된 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 단층(single) 또는 다층(multilayer) 구조를 기존 널리 공지된 본딩(bonding) 기술에 의해서 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate) 상층부로 이전(transfer)시켜서 차세대 그룹 3족 질화물계 전자소자(electronics) 또는 광전소자(optoelectronics) 제작과 직접적으로 관련된 것이다.The present invention relates to a homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure formed of a group III nitride semiconductor material for fabricating electronic and optical devices using a group III nitride-based epitaxial semiconductor. Fabrication of templates for homoepitaxial substrate and light-emitting multistructures and growth of group 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin films, specifically in thermal Laser lift off (LLO) techniques, wafer bonding techniques, and etching using thermo-mechanical stress-relieving trenches and refilling-up materials Represented as a group III nitride semiconductor material using the etching process, i.e., the chemical formula AlxInyGazN (x, y, z: integer) The invention relates to the production of high quality homoepitaxial substrates and templates for growing light emitting multilayer structures. In addition, the conventional well-known bonding of the high quality group III-nitride single crystal semiconductor single layer or multilayer structure deposited / grown on the upper layer of the homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth template produced by the present invention It is directly related to the fabrication of next-generation group III-nitride-based electronics or optoelectronics by transferring to a supporting substrate having electrical and thermally excellent conductivity by bonding technology.

최근 들어, 산업발달로 인해서 기존의 전자 및 광관련 소자들에 비해서 고신뢰성을 갖춘 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조를 이용한 반도체 소자들에 대한 요구가 급증하고 있는 실정이다. 특히, 차세대 백색광원 및 대용량 저장매체 수단으로 각각 주목을 받고 있는 질화물계 반도체 소자(nitride-based semiconductor device)인 발광다이오드(LED : light emitting diode)와 레이저다이오드(LD : laser diode)는 알루미늄(Al), 인듐(In), 및 갈륨(Ga)으로 구성된 그룹 3족 원소와 질소(N)가 결합하여 형성되는 단결정 박막층(epitaxial thin film layer)을 활용목적에 따라서 전기절연성인 사파이어(Al2O3)와 전기전도성인 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이드(SiC) 성장기판 상층부에 pn-junction, double heterostructure, single quantum well(SQW), 또는 multi-quantum well(MQW) 등의 다층 박막 구조로 적층/성장하여 제작되어 폭넓은 실생활 및 산업현장에서 상용화되고 있다. 상기한 구조에 대해서는 이와 관련된 산업 및 연구에 종사하고 있는 모든 사람들에는 비교적 쉽게 잘 알려진 지식이기 때문에 상세한 설명을 생략한다.   Recently, due to the industrial development, the demand for semiconductor devices using a group III nitride based single crystal semiconductor thin film layer structure having high reliability compared to existing electronic and optical devices is increasing rapidly. In particular, light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs), which are nitride-based semiconductor devices, are drawing attention as next-generation white light sources and mass storage media, respectively. ), An epitaxial thin film layer formed by combining a group III element composed of indium (In), gallium (Ga), and nitrogen (N) with sapphire (Al 2 O 3), which is electrically insulating, depending on the purpose of use. It is manufactured by stacking / growing a multilayer thin film structure such as pn-junction, double heterostructure, single quantum well (SQW), or multi-quantum well (MQW) on top of conductive silicon (Si) or silicon carbide (SiC) growth substrate. It is commercialized in a wide range of real life and industrial sites. The above structure is omitted because it is a relatively well known knowledge to all those involved in the industry and research.

하지만, 이들 반도체 소자의 폭넓은 상용화에도 불구하고 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조를 이용한 각종 양질의 반도체 소자 제작에는 호모에피택셜 기판 부재(absence of homoepitaxial substrate)로 인해서 다음과 같이 많은 어려움이 여전히 존재하고 있는 상황이다.   However, despite the widespread commercialization of these semiconductor devices, there are still many difficulties in the fabrication of various high-quality semiconductor devices using group III-nitride-based single crystal semiconductor thin film layers due to the homogeneous substrate member as follows. It is a situation that exists.

우선, 상기한 바와 같이 전기절연성인 사파이어(Al2O3) 또는 전기전도성인 실리콘(Si) 및 실리콘카바이드(SiC) 단결정 기판물질을 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 성장용 기판으로 사용하고 있다. 하지만, 이들 최초 성장기판들과 그룹 3족 질화물계 반도체간의 격자상수(lattice constant) 및 열팽창계수(thermal expansion coefficient)의 큰 차이 때문에 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조의 적층/성장시에 전위(dislocation)를 비롯한 높은 농도의 결정학적 결함들(crystalline defects)이 발생하여, 고주파/대용량 전자소자인 각종 트랜지스터(transistor) 및 대용량/고휘도 발광소자인 LD와 LED 구동시에, 성장시 도입된 결정학적 결함들을 통한 전자(electron) 및 정공(hole) 캐리어들(carriers)의 비정상적인 전도현상인 누설전류(leaky current) 발생과 광학적인 측면에서 비효율적인 에너지 전환 메카니즘(mechanism)인 비발광성 결합(non-radiative recombination)현상으로 인해서 다량의 열이 발생하게 되며, 이로 인해서 그룹 3족 질화물계 단결 정 반도체 박막층 구조를 이용한 소자들의 전체적인 성능 및 신뢰성을 크게 훼손하게 된다.   First, as described above, electrically insulating sapphire (Al 2 O 3) or electrically conductive silicon (Si) and silicon carbide (SiC) single crystal substrate materials are used as a group III nitride based single crystal semiconductor growth substrate. However, due to the large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between these first growth substrates and the group III-nitride semiconductors, the potentials at the time of stacking / growing the group III nitride single crystal semiconductor thin film structure High concentrations of crystallographic defects including dislocations occur, and crystallographic defects introduced during growth when driving LDs and LEDs, which are high-frequency / high-capacity electronic devices, and large-capacity / high-brightness light emitting devices Non-radiative recombination, which is an abnormal conduction of electron and hole carriers, and the optically inefficient energy conversion mechanism of electrons and hole carriers. Due to the phenomenon, a large amount of heat is generated, and as a result, a device using a group III nitride single crystal semiconductor thin film layer structure It is of significantly compromising the overall performance and reliability.

이와 더불어서, 호모에피택셜 기판 부재(absence of homoepitaxial substrate)로 인해서 생기는 또 다른 심각한 문제는 반도체 소자를 구동할 때 발생하는 대량의 열(heat)을 대기(air) 중으로 원활하게 발산(dissipation)할 수가 없어 반도체 소자의 전체적인 신뢰성과 수명에 큰 악영향을 미치는 것이다. 특히, 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조를 이용한 LED용 발광 다층구조체 성장과 이를 이용한 LED 제작은 전기절연성인 Al2O3 기판을 사용하고 있다. 다시 말해서, Al2O3 기판은 전기 및 열적으로 나쁜 전기적 특성이 있기 때문에 수직형 발광다이오드(vertical LED)를 제작할 수 없으며, 또한 제작 시에 건식에칭 (dry etching) 공정을 결합하여 엔형 질화물계 클래드층(n-type nitride cladding layer)이 대기(air) 중으로 노출되는 구조, 즉 메사구조의 발광다이오드(MESA-structured LED)를 만들어야 한다. 상기한 그룹 3족 질화물계 메사구조의 발광다이오드 제작시에 고비용과 소자 구동시에 컨런트크라우딩(current crowding) 현상이 심각하게 발생하여 차세대 대면적/대용량의 고휘도 각종 광원(lighting source) 소자로는 적합하지 않다.   In addition, another serious problem caused by the absence of homoepitaxial substrates is that they can dissipate large amounts of heat generated when driving semiconductor devices into the air. There is no significant impact on the overall reliability and lifetime of the semiconductor device. In particular, the growth of the light emitting multilayer structure for the LED using the group III nitride-based single crystal semiconductor thin film layer structure and the fabrication of the LED using the same use an electrically insulating Al2O3 substrate. In other words, since Al2O3 substrates have electrical and thermally bad electrical properties, vertical LEDs cannot be fabricated, and in addition, the N-type nitride cladding layer (n) is combined by dry etching process. A type-type nitride cladding layer is exposed to the air, i.e., a mesa-structured LED. The production of light emitting diodes of the Group III nitride-based mesa structure described above causes a high cost and serious current crowding when the device is driven. As a next-generation large area / high-capacity high-brightness light source device, Inappropriate.

도 1-A에서 보인 바와 같이, 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 물질과 기판간의 큰 격자상수와 열팽창계수로 인해서 발생되는 높은 전위밀도(dislocation density)를 억제하기 위해서, (1) 700도 이하의 온도에서 최초 사파이어 성장기판(10) 상부에 형성시킨 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)과 같은 얇은 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer, 20) 및 700도 이상의 온도에서 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 두꺼운 고온 버퍼층(high temperature buffer layer, 30) 성장 (2) 윈도우 마스크(window mask, 40)로 사용되는 비정질 실리콘산화물(Si-O) 또는 실리콘질화물(Si-N) 증착 (3) 일반적인 포토리쏘그래피(photolithography)를 통한 비정질의 실리콘산화물(Si-O) 또는 실리콘질화물(Si-N) 패터닝 공정 단계를 거쳐 준비된 템플렛을 이용한 엘로그(ELOG : epitaxial lateral overgrowth) 성장기법을 도입/적용하여 결정학적 결함 농도가 낮은 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조를 얻을 수 있음을 여러 문헌에서 보고되고 있다. 또한 도 1-B에서 보인 바와 같이, (1) 700도 이하의 온도에서 최초 사파이어 성장기판(10) 상부에 형성시킨 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)과 같은 얇은 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer, 20) 및 700도 이상의 온도에서 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 두꺼운 고온 버퍼층(high temperature buffer layer, 30) 성장 (2) 포토레지스트(photoresist) 및 실리콘산화물(Si-O) 등의 에칭 마스크(etching mask)로 사용되는 물질을 이용하여 건식 에칭공정(dry etching process)을 통한 패터닝 공정 단계를 거쳐 준비된 템플렛을 이용한 펜디오(PEDIO) 성장기법을 도입/적용하여 결정학적 결함 농도가 낮은 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조를 얻을 수 있음이 또한 여러 문헌에서도 보고되고 있다. 상기한 엘로그(ELOG)와 펜디오(PENDIO) 성장기법은 널리 공지된 기술로서 단결정 반도체 박막 성장시에 질화물계 반도체 박막이 성장하지 않은 비정질 윈도우 마스크층(40)인 실리콘산화물(Si-O) 및 알루미늄산화물(Al2O3)을 사 용하여 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층이 결정성 질화물계 반도체 상층부에서만 표면에 대해서 수직방향(vertical direction)이 아닌 측면방향(lateral direction)으로 우선적인 성장을 유도하여 전위밀도가 낮은 단결정 질화물계 반도체 박막을 성장하는 것이다.   As shown in Fig. 1-A, in order to suppress the high dislocation density caused by the large lattice constant and thermal expansion coefficient between the group III-nitride-based single crystal semiconductor thin film layer material and the substrate, (1) 700 degrees or less At the temperature, a thin low temperature nucleation layer 20, such as gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN), formed on the first sapphire growth substrate 10 at a temperature, and the formula AlxInyGazN (x, y, z: integer) thick high temperature buffer layer (30) growth (2) amorphous silicon oxide (Si-O) or silicon nitride (Si-N) used as window mask (40) Evaporation (3) ELOG (eptaxial lateral overgrowt) using a template prepared through amorphous silicon oxide (Si-O) or silicon nitride (Si-N) patterning process by general photolithography h) It has been reported in the literature that a group III nitride based single crystal semiconductor thin film structure with low crystallographic defect concentration can be obtained by introducing / applying a growth technique. In addition, as shown in Figure 1-B, (1) a low temperature nucleation layer (low) such as gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN) formed on the first sapphire growth substrate 10 at a temperature of 700 degrees or less (low) temperature nucleation layer (20) and a thick high temperature buffer layer (30) grown by the formula AlxInyGazN (x, y, z: integer) at temperatures above 700 degrees; (2) photoresist and silicon oxide ( By using a material used as an etching mask such as Si-O), a PEDIO growth technique using a template prepared through a patterning process step through a dry etching process is introduced / applied. It has also been reported in many documents that a high quality group III-nitride single crystal semiconductor thin film structure with low crystallographic defect concentration can be obtained. The above-described ELOG and PENDIO growth techniques are well-known techniques, and silicon oxide (Si-O), which is an amorphous window mask layer 40 in which a nitride-based semiconductor thin film is not grown when a single crystal semiconductor thin film is grown. And the group III nitride single crystal semiconductor thin film layer using aluminum oxide (Al 2 O 3) induces preferential growth in the lateral direction instead of the vertical direction with respect to the surface only in the upper layer of the crystalline nitride semiconductor. It is to grow a low density single crystal nitride semiconductor thin film.

또 다른 한편으로 그룹 3족 질화물계 트랜지스터(transistor), 발광다이오드(LED), 및 레이저다이오드(LD)를 비롯한 전자 및 광전소자 구동시에 발생되는 대량의 열(heat)을 원활하게 외부로 발산(dissipation)시키기 위해서, 도 2에 보인바와 같이, 최초 성장기판 사파이어 물질 상층부에 엘로그(ELOG) 성장기법을 통해서 낮은 전위밀도를 갖는 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조를 성장시킨 후에 강한 에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 투명한 사파이어 후면을 통해 조사시켜 사파이어 성장기판을 완전히 제거시키는 레이저 리프트 오프(LLO) 기술을 접목하여 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 후막층(또는, 호모에피택셜 기판) 또는 발광 다층구조체가 제작되고 있으며, 이렇게 제작된 단결정 반도체 후막층과 발광 다층구조체를 이용하여 현재 차세대 전자 및 광관련 소자들을 제작하는데 부분적으로 적용하고 있다. 특히 현재까지 알려진 레이저 리프트 오프(LLO) 공정을 도입하여 발광다이오드(LED) 소자를 제작할 때 사파이어 성장기판을 분리하기 전에 준비된 시편들은 공통적인 특징이 있는데, 도 2(A)에서 보인 바와같이 최초 성장기판 사파이어(10) 상부에 저온 핵생성층(20), 고온 버퍼층(30), 및 다층으로 구성된 발광구조체(50)를 순차적으로 적층/성장시킨 다음, LLO 기법으로부터 발생되는 열/기계적인 충격을 최소화하기 위해서 도 2(B)에서 보인 바와같이 제작하고 자 하는 LED 크기와 모양에 따라서 고온 버퍼층(30)까지만 트렌치(trench)를 제작하고, 트렌치 재충진(refilling-up) 및 완화기판 또는 지지기판(60)을 본딩시킨 후에 강한 에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 조사시켜 열 및 전기절연성인 사파이어 기판을 완전히 분리시키고 있다. 상기한 바와 같이, LLO 기법을 도입하여 대면적/대용량의 고휘도 발광다이오드를 제작하면, 전반적인 전기, 열, 및 광학적 특성들은 좋아지나 낮은 제품수율 문제와 LLO 기법 도입시 발생하는 열/기계적인 충격으로 인한 소자 신뢰성 문제는 여전히 해결해야 할 문제로 남아 있다.   On the other hand, a large amount of heat generated when driving electronic and optoelectronic devices, including group III-nitride transistors, light emitting diodes (LEDs), and laser diodes (LDs), is smoothly dissipated to the outside. As shown in FIG. 2, a laser beam is a strong energy source after growing a group III nitride-based single crystal semiconductor thin film structure having a low dislocation density on an upper layer of the first growth substrate sapphire material through an ELOG growth technique. A high quality group III-nitride-based single crystal semiconductor thick film layer (or homoepitaxial substrate) or light emission by incorporating a laser lift-off (LLO) technique that irradiates a laser beam through a transparent sapphire back surface to completely remove the sapphire growth substrate. Multi-layered structures are being manufactured, and the current trend is achieved using the single-crystal semiconductor thick film layer and the light-emitting multilayered structure. It is partially applied to the production of electronic and optical devices associated. In particular, when fabricating a light emitting diode (LED) device by introducing a laser lift-off (LLO) process known to date, specimens prepared before separating a sapphire growth substrate have a common feature, as shown in FIG. 2 (A). The low temperature nucleation layer 20, the high temperature buffer layer 30, and the light emitting structure 50 composed of multiple layers are sequentially stacked and grown on the substrate sapphire 10, and then thermal / mechanical shocks generated from the LLO technique are applied. In order to minimize, as shown in FIG. 2 (B), according to the size and shape of the LED to be fabricated, the trench is made only up to the high temperature buffer layer 30, and the trench refilling-up and relaxation substrate or support substrate is made. After bonding the 60, a laser beam, which is a strong energy source, is irradiated to completely separate the thermally and electrically insulating sapphire substrate. As described above, when the LLO technique is used to fabricate a large area / high-capacity high-brightness light emitting diode, the overall electrical, thermal, and optical characteristics are improved, but due to the low product yield problem and the thermal / mechanical impact generated by the LLO technique. The problem of device reliability due to this remains a problem to be solved.

본 발명은 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체(group 3 nitride-based epitaxial semiconductor)를 이용한 전자 및 광관련 소자 제작을 위한 그룹 3족 질화물계 반도체 물질로 형성된 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate) 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작(fabrication of templates for homoepitaxial substrate and light-emitting multistructure)과 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장(growth of group 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin film)에 관한 것으로서, 상세하게는 독창적인 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치 및 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving trench and refilling-up material)을 접목한 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법, 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 기술, 및 에칭공정(etching process)을 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체 물질, 즉 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)로 표현되는 양질의 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작에 관한 것이다. 또한 상기 한 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 공정은 스트레스 완화 기판(stress-relieving compliant substrate) 사용횟수에 따라서 2가지 본딩 공정(bonding process)으로 분류된다. 한 번(once)만 사용하는 원스텝 본딩(one-step bonding)과 두 번(twice) 사용한 투스텝 본딩(two-step bonding) 공정으로 분류된다.  The present invention relates to a homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure formed of a group III nitride semiconductor material for fabricating electronic and optical devices using a group III nitride-based epitaxial semiconductor. Fabrication of templates for homoepitaxial substrate and light-emitting multistructures and growth of group 3 nitride-based epitaxial semiconductor thin films, specifically in thermal Laser lift off (LLO) techniques, wafer bonding techniques, combined with mechanical-mechanical stress-relieving trenches and refilling-up materials; and A group III nitride semiconductor material, ie, the chemical formula AlxInyGazN (x, y, z: integer), is used in the etching process. Relates to a template for making homo epitaxial growth substrate and the light-emitting multilayer structure of good quality. In addition, the process of fabricating a template for growing a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure formed of the group III-nitride semiconductor is classified into two bonding processes according to the number of times of stress-relieving compliant substrate. . It is classified into a one-step bonding process using only once and a two-step bonding process using twice.

또 다른 한편으로는 본 발명에 의해서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛 상층부에 적층/성장된 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 단층(single) 또는 다층(multilayer) 구조체를 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate) 상층부로 전이(transfer)시켜서, 대면적/대용량의 질화물계 반도체 소자 구동시에 발생되는 많은 열을 외부로 용이하게 방출(dissipation)할 수 있는 차세대 그룹 3족 질화물계 수직구조의 전자소자(vertically structured electronics) 및 광전소자(vertically structured optoelectronics)를 제작하고자 하는 것이다.  On the other hand, the high-quality group III-nitride single crystal semiconductor single layer or multilayer structure laminated / grown on the upper layer of the homo epitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth template manufactured by the present invention is electrically and Next-generation group 3, which can transfer to the upper layer of a supporting substrate having a thermally excellent conductivity to easily dissipate a large amount of heat generated when driving a large area / large-capacity nitride-based semiconductor device to the outside It is intended to fabricate vertically structured electronics and vertically structured optoelectronics.

본 발명의 최종적인 목적은 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판 상층부에 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조체를 적층/형성시켜서 차세대 대면적/대용량의 수직구조의 발광소자(vertically structured light emitting device)를 제작하기 위함인데, 이를 위해서는 우선적으로 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조체를 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성된 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate), 실리콘(Si), 갈륨아세나이드(GaAs), 또는 일반 금속 및 합금 같은 전기 및 열적으로 우수한 전도성 물질 상층부에 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조체(group 3 nitride-based epitaxial semiconductor multistructure)가 적층/성장 되어야 한다. 상기한 바와 같이, 그룹 3족 질화물계 반도체 박막층 성장을 위한 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성된 호모에피택셜 기판 부재와 전기전도성 기판 상층부에 양질의 질화물계 반도체 박막층 적층/성장의 어려움 때문에, 고효율 및 고휘도의 질화물계 발광소자를 제작하는데 많은 한계점이 있다.The final object of the present invention is to produce a next generation large area / high capacity vertical light emitting device by stacking / forming a group III nitride based single crystal semiconductor thin film structure on an upper layer of a support substrate having excellent electrical and thermal conductivity. For this purpose, first, a group III nitride single crystal semiconductor thin film structure is formed of a group III nitride semiconductor, a homo epitaxial substrate, silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), Alternatively, a high quality group 3 nitride-based epitaxial semiconductor multistructure must be deposited / grown on top of electrically and thermally superior conductive materials such as general metals and alloys. As described above, due to the difficulty of stacking / growing a high quality nitride based semiconductor thin film layer on the homoepitaxial substrate member formed of the Group 3 nitride based semiconductor for growing the group 3 nitride based semiconductor thin film layer and the conductive substrate, There are many limitations in the fabrication of nitride based light emitting devices.

본 발명에서는 상기한 문제점을 극복하기 위해서, 적층/성장된 그룹 3족 질화물계 반도체 박막층을 사파이어(sapphire) 성장기판으로부터 분리/제거하는 레이저 리프트 오프(LLO) 기법을 이용하였는데, 기존의 방식과는 확연하게 다른 공정순서와 LLO 기법 도입시 발생되는 열/기계적인 스트레스 영향(thermo-mechanical stress damage)을 최소화하기 위해서 스트레스 완화 트렌치 및 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving trench and refilling-up material), 그리고 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate)을 접목시켜 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)을 우선적으로 제작하였다.   In order to overcome the above problems, the present invention uses a laser lift-off (LLO) technique to separate / remove the stacked / grown group III nitride semiconductor thin film layer from the sapphire growth substrate. Significantly different process sequences and thermo-mechanical stress-relieving trenches and refilling materials to minimize thermo-mechanical stress damage caused by the introduction of LLO techniques. The up material and the stress-relieving compliant substrate were fabricated to prepare a template for growing the homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure.

상기 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛은 원스텝과 투스텝 본딩 공정을 거쳐서 각각 제작되었다. 스트레스 완화기판을 한 번(once)만 사용한 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)에 의한 템플렛(templates) 제작은 하기와 같이 연속적인 7 공정 단계로 구성된다.   The homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth template were fabricated through a one-step and two-step bonding process. Template fabrication by a one-step bonding process using only one stress-relieving substrate consists of seven consecutive process steps as follows.

(1) 최초 사파이어 성장기판 상층부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer) 및 고온 버퍼층(high temperature buffer layer) 적층/성장    (1) Lamination and growth of a low temperature nucleation layer and a high temperature buffer layer on top of the first sapphire growth substrate

(2) 기본적인 포토리쏘그래피(photolithography) 및 에칭공정(etching process)을 통한 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치(thermo-mechanical stress-relieving trench) 제작    (2) Fabrication of thermo-mechanical stress-relieving trenches through basic photolithography and etching processes

(3) 열/기계적인 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving refilling-up material) 및 본딩물질(bonding material) 증착   (3) Deposition of thermo-mechanical stress-relieving refilling-up materials and bonding materials

(4) 본딩물질(bonding material)을 이용한 완화기판(compliant substrate) 접착   (4) Bonding to a compliant substrate using a bonding material

(5) 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 통한 최초 사파이어 성장기판 분리(sapphire separation)   (5) First sapphire growth substrate separation through laser lift off (LLO) technique

(6) 표면 평탄화(surface planarization) 공정   (6) surface planarization process

(7) 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 재충진 함으로써 템플렛(templates) 제작    (7) Template creation by refilling amorphous phase material

또한, 하기와 같이 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate)을 두 번(twice) 사용한 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process) 단계를 걸쳐서 호모에피택셜 기판과 발광 다층구조체 성장용 템플렛이 제작되었다.   In addition, a template for growing a homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure was fabricated through a two-step bonding process using a stress-relieving compliant substrate twice.

(1) 최초 사파이어 성장기판 상층부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer) 및 고온 버퍼층(high temperature buffer layer) 적층/성장    (1) Lamination and growth of a low temperature nucleation layer and a high temperature buffer layer on top of the first sapphire growth substrate

(2) 기본적인 포토리쏘그래피(photolithography) 및 에칭공정(etching process)을 통한 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치(thermo-mechanical stress-relieving trench) 제작    (2) Fabrication of thermo-mechanical stress-relieving trenches through basic photolithography and etching processes

(3) 열/기계적인 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving refilling-up material) 및 본딩물질(bonding material) 증착   (3) Deposition of thermo-mechanical stress-relieving refilling-up materials and bonding materials

(4) 본딩물질(bonding material)을 이용한 제 1 스트레스 완화기판(first stress-relieving compliant substrate) 접착   (4) adhesion of a first stress-relieving compliant substrate using a bonding material;

(5) 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 통한 최초 사파이어 성장기판 분리(sapphire separation)   (5) First sapphire growth substrate separation through laser lift off (LLO) technique

(6) 표면 평탄화 공정   (6) surface planarization process

(7) 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 통한 스트레스 완화 트렌치 재충진(refilling-up) 및 본딩물질(bonding material) 증착   (7) Stress relief trench refilling-up and bonding material deposition through amorphous phase material.

(8) 본딩물질을 이용한 제 2 스트레스 완화기판(second stress-relieving compliant substrate) 접착   (8) bonding of a second stress-relieving compliant substrate with a bonding material

(9) 에칭공정(etching process)을 통한 본딩물질 및 제 1 스트레스 완화기판 분리   (9) Separation of bonding material and first stress relief substrate through etching process

(10) 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 재충진 함으로써 템플렛(templates) 제작   (10) Template creation by refilling amorphous phase material

또한 상기 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding processes) 단계를 걸쳐서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 적층/성장시킨 양질의 그룹 3족 질화물계 반도체 박막층을 본딩(bonding) 및 에칭(etching) 공정 기술을 이용하여 전기 및 열적으로 뛰 어난 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate) 상층부에 전이(transfer)시켜서 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성되는 수직구조의 전자 및 광관련 소자를 제조하였다.   In addition, a high-quality group III-nitride layer deposited / grown on an upper layer of a homo epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure growth template prepared through the one-step and two-step bonding processes. Vertical structure formed by group III-nitride semiconductor by transferring the semiconductor thin film layer to the upper layer of the supporting substrate which has excellent electrical and thermal conductivity using bonding and etching process technology To manufacture electronic and photorelated devices.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 차세대 반도체 소자인 대면적 및 대용량의 질화물계 전자 및 광관련 소자 제작용 호모에피택셜 기판과 발광 다층구조체 템플렛(templates) 제조 방법을 더욱 상세하게 설명한다. 또한 본 발명에 의해서 제작된 템플렛을 이용하여 상층부에 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조체를 적층/성장하고, 본딩 및 에칭 공정기술과 접목하여 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate) 상층부로의 전이(transfer)시키는 방법도 상세하게 설명한다.   Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail a method for producing a large area and large-capacity nitride epitaxial substrate and light emitting multilayer template templates for the production of nitride-based electronic and optical-related devices of the present invention . In addition, by using the template produced by the present invention, a high quality group III-nitride-based single crystal semiconductor thin film structure is laminated / grown on the upper layer, and bonded to the bonding and etching process technology to support electrical and thermally excellent substrates. Substrate transfer to the upper layer is also described in detail.

도 3에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)과 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 1 단계 공정으로서 단결정 반도체 박막 성장 장비인 HVPE(hydride vapor phase epitaxy) 또는 MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)을 이용하여 최초 사파이어(Al2O3) 성장기판(110) 상층부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer, 120)으로 700도 이하의 온도에서 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)을 성장하고, 900도 이상의 고온에서 고온 버퍼층(high temperature buffer layer, 130)으로 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 양질의 그룹 3족 질화물계 반도체 박막층을 공지된 방법으로 적층/성장한다.   As shown in FIG. 3, in the production of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure through the one-step bonding process and the two-step bonding process, As a first step, a low temperature nucleation layer, which is formed on the upper layer of the first sapphire (Al2O3) growth substrate 110 using hydride vapor phase epitaxy (HVPE) or metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) as a single crystal semiconductor thin film growth equipment, 120) to grow gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN) at a temperature of 700 degrees or less, and a high temperature buffer layer (130) of the formula AlxInyGazN (x, y, z: integer) A high quality group III-nitride semiconductor thin film layer represented by) is laminated / grown by a known method.

도 4에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)과 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 2 단계 공정으로서 일반적인 포토리쏘그래피(photolithography) 공정을 통해 정사각형 패터닝(square patterning)과 건식 에칭공정(dry etching process)을 행한다.   As shown in FIG. 4, in the production of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure through the one-step bonding process and the two-step bonding process, As a two-step process, square patterning and a dry etching process are performed through a general photolithography process.

도 4-A, 4-B, 및 4-C 와 같이, 고온 버퍼층(130) 상부에 포토레지트(photoresist; PR), 실리콘산화물(Si-O), 또는 각종 여러 물질 등으로 구성된 건식 에칭마스크 물질층(140)을 증착하고, 공지된 질화물계 반도체(nitride-based semiconductor)에 대한 건식 에칭기술(dry etching process)을 이용하여 가로 및 세로 방향으로의 트렌치(trench, 150)를 통한 저온 핵생성층(120) 및 고온 버퍼층(130)을 도 4-D 에서 보인 바와 같이 정사각형(regular square)으로 고립(isolation)시킨 모양으로 만든다.   4-A, 4-B, and 4-C, a dry etching mask composed of photoresist (PR), silicon oxide (Si-O), or various other materials on the high temperature buffer layer 130 is provided. Depositing the material layer 140 and using low temperature nucleation through trenches 150 in the transverse and longitudinal directions using a dry etching process for known nitride-based semiconductors. The layer 120 and the high temperature buffer layer 130 are made in an isolated shape in a square as shown in FIGS. 4-D.

상기 정사각형 패터닝 공정은 LLO 기법을 적용하기 위한 기존 트렌치 형성 기술들에 비해서 독창적인 중요한 2가지 파라미터(parameter)가 있는데, 트렌치 깊이(h) 및 너비(a), 그리고 정사각형으로 패터닝된 저온 핵생성층(120) 및 고온 버퍼층(130)에서 한 변의 길이(b)이다. 적절한 트렌치 깊이 및 너비, 그리고 정사각형의 한 변의 길이는 LLO 기법 도입시 열/기계적인 충격을 최소화시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 기존 LLO 기법에 도입된 트렌치(trench)와는 달리, 사파이어 성장기판 상부까지 완전하게 트렌치 식각(etching)하고, 트렌치 너비(a)와 정사각형으로 패터닝된 저온 핵생성층 및 고온 버퍼층에서 한 변의 길이(b)를 더한 값(a+b)이 LLO 기법에 사용되는 레이저 빔(laser beam)의 직경(diameter, d)보다 반드시 같거나 작은 값을 갖도록 한다. 다시 말하자면, 트렌치 식각 깊이(h)는 성장기판인 사파이어 상층부까지 행하고, a+b ≤ d 조건을 만족하게 패터닝 공정을 수행해야 한다.The square patterning process has two important parameters that are unique compared to existing trench forming techniques for applying the LLO technique: trench depth ( h ) and width ( a ), and a square patterned cold nucleation layer. It is the length b of one side at 120 and the high temperature buffer layer 130. Appropriate trench depth and width, and the length of one side of the square can minimize thermal / mechanical impact when introducing the LLO technique. Therefore, in the present invention, unlike the trench (trench) introduced in the conventional LLO technique, the trench is etched completely to the top of the sapphire growth substrate, and in the cold nucleation layer and the high temperature buffer layer patterned with the trench width ( a ) and the square, The side length b plus a + b must be equal to or smaller than the diameter d of the laser beam used in the LLO technique. In other words, the trench etch depth h should be performed up to the upper layer of sapphire, which is a growth substrate, and the patterning process should be performed to satisfy a + b ≦ d.

도 5에서 보인바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 3 단계 공정으로서 LLO 기법 도입시 열/기계적인 스트레스를 최소화시키기 위해서 트렌치 공간(210)을 실리콘산화물(Si-O), 아연산화물(Zn-O), 인듐주석산화물(ITO), 리튬나오베이트(LiNbO3) 등을 포함한 각종 산화물들(oxides), 실리콘질화물(Si-N), 갈륨질화물(Ga-N), 알루미늄질화물(Al-N), 타이타늄질화물(Ti-N), 크롬질화물(Cr-N) 등을 포함한 각종 질화물들(nitrides), 크롬(Cr), 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴늄(Mo) 등을 포함한 각종 금속 및 합금들, 또는 왁스(wax), 에폭시(epoxy), 포토레지스트(photoresist) 등을 포함한 각종 폴리머 물질(polymeric material)로 단층(single layer) 및 다층(multi-layer) 형태로 재충진(refilling-up)한다. 또한 1000도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 열/화학적으로 안정한 물질인 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 본딩물질층(220)을 고온 버퍼층(130) 상층부에 적층 시키는데, 이때 본딩물질층(220)은 적어도 실리콘(Si) 또는 실리콘산화물(Si-O)을 반드시 포함해야 한다.  As shown in FIG. 5, in the production of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure through the one-step bonding process, a thermal / mechanical method is introduced when the LLO technique is introduced as a third step process. In order to minimize stress, the trench space 210 may be formed of various oxides including silicon oxide (Si-O), zinc oxide (Zn-O), indium tin oxide (ITO), lithium naobate (LiNbO3), and the like. Nitrides, including silicon nitride (Si-N), gallium nitride (Ga-N), aluminum nitride (Al-N), titanium nitride (Ti-N), chromium nitride (Cr-N), Various metals and alloys including chromium (Cr), silicon (Si), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), or the like, or Single and multi-layered polymeric materials, including wax, epoxy, photoresist, etc. Refilling up in the form of an i-layer. In addition, the silicon oxide-based (Si-OX) (X: third element) bonding material layer 220, which is thermally / chemically stable in a high temperature of more than 1000 degrees and hydrogen (H2) and ammonia (NH3) gas atmosphere, is a high temperature buffer layer. (130) It is laminated on the upper layer, wherein the bonding material layer 220 must include at least silicon (Si) or silicon oxide (Si-O).

도 6에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 4 단계 공정(도 1-D)으로서 LLO 기법을 이용하여 최초 성장기판인 사파이어를 분리시킬 때 발생되는 열/기계적인 스트레스 영향을 완화(relieving)시키는 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate, 240)을 접착시킨다. 상기 스트레스 완화기판(240) 한쪽 표면에 열/화학적으로 안정한 얇은 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 본딩물질층(230)을 적층/형성시키고 공지된 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 기술에 의해서 스트레스 완화기판(240)을 트렌치에 의해서 패터닝된 고온 버퍼층(130)과 접착시킨다. 본 단계에서 사용되는 완화기판(240)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 또는 실리콘산화물(Si-O)의 열팽창계수와 비슷한 결정성 물질이 바람직하다.   As shown in FIG. 6, in the fabrication of templates for growing the homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure through the one-step bonding process, LLO as the fourth step process (FIG. 1 -D) The technique bonds a stress-relieving compliant substrate 240 that relieves the thermal / mechanical stress effects generated when the first growth substrate, sapphire, is separated. A thermally / chemically stable thin silicon oxide-based (Si-OX) (X: third element) bonding material layer 230 is laminated / formed on one surface of the stress relaxation substrate 240 and a known wafer bonding The stress relaxation substrate 240 is bonded to the high temperature buffer layer 130 patterned by the trench. The relaxed substrate 240 used in this step is preferably a crystalline material similar to the thermal expansion coefficient of sapphire (Al 2 O 3), silicon (Si), or silicon oxide (Si-O).

도 7에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 5 단계 공정으로서 균일하고 강한 에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 투명한 사파이어 성장기판(110) 후면(back-side)에 조사(scanning)시켜서 사파이어 기판을 완전히 제거/분리시킨다. 본 공정은 LLO 기법을 이용하는 단계로서, KrF 엑사이머 레이저(KrF excimer laser)를 비롯한 공지된 많은 적절한 레이저 빔을 사용한다. 이 분야와 관련된 많은 사람에게 LLO 기법에 대한 기본적인 원리에 대해서 잘 알려져 있기 때문에 본 발명에서는 자세한 설명을 생략한다.    As shown in FIG. 7, in the fabrication of templates for growing homo-epitaxial substrates and light emitting multilayer structures through the one-step bonding process, a laser beam is a uniform and strong energy source as a fifth step process. A laser beam is scanned on the back-side of the transparent sapphire growth substrate 110 to completely remove / separate the sapphire substrate. The process uses the LLO technique, which uses many suitable laser beams known, including KrF excimer lasers. Many people in this field are familiar with the basic principles of the LLO technique, and therefore, detailed descriptions thereof are omitted in the present invention.

도 8에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 6 단계 공정으로서 LLO 기법을 통한 사파이어 성장기판을 제거/분리시킨 후에, 각종 에칭공정을 통해 트렌치 공간(210)에 재충진된 물질들과 저온 핵생성층(120)을 완전히 제거하는 표면 평탄화(surface planarization)하여 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(template)을 제작한다.    As shown in FIG. 8, in the fabrication of homo epitaxial substrates and light emitting multilayer structure growth templates through the one-step bonding process, a sapphire growth substrate through the LLO technique is used as a sixth step process. After removal / separation, the surface planarization completely removes the materials refilled in the trench space 210 and the low temperature nucleation layer 120 through various etching processes, thereby allowing the homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure. A growth template is produced.

도 9에서 보인바와 같이, 상기 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 7 단계, 즉 마지막 공정으로서 HVPE 및 MOCVD 성장 장비를 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성되는 박막층 구조를 적층/성장하기 전에 트렌치 공간(250)을 어떠한 물질로도 재충진(refilling-up) 시키지 않은 경우(9-A), 비정질 상 물질인 실리콘산화물(Si-O) 및 실리콘질화물(Si-N) 등을 고온 버퍼층(130) 표면보다 낮은 높이까지 적층 시키는 경우(9-B), 비정질 상 물질(amorphous phase material)인 실리콘산화물(Si-O) 및 실리콘질화물(Si-N) 등을 고온 버퍼층(130) 표면과 동일한 높이까지만 적층 시키는 경우(9-C), 또는 비정질 상 물질인 실리콘산화물(Si-O) 및 실리콘질화물(Si-N) 등을 고온 버퍼층(130) 표면보다 높은 높이까지 적층 시키는 경우(9-D)로 만들 수 있다.   As shown in FIG. 9, in the production of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure through the one-step bonding process, a seventh step, that is, HVPE and MOCVD growth as a final process When the trench space 250 is not refilled with any material (9-A) before the lamination / growth of the thin film layer structure formed of the group III-nitride semiconductor using the equipment, the amorphous phase material Phosphorus silicon oxide (Si-O) and silicon nitride (Si-N) are stacked to a height lower than the surface of the high temperature buffer layer 130 (9-B), an amorphous phase material of silicon oxide (Si -O) and silicon nitride (Si-N), etc., stacked only up to the same height as the surface of the high temperature buffer layer 130 (9-C), or silicon oxide (Si-O) and silicon nitride (Si-), which are amorphous phase materials. N) higher than the surface of the high temperature buffer layer 130 If it is laminated up to this point (9-D) can be made.

특히, 도 9-A 및 9-B는 상기한 펜디오(PENDIO) 기법에서 사용된 패터닝 및 성장 원리와 유사한 반면에, 도 9-C 및 9-D는 상기한 엘로그(ELOG) 기법에서 사용된 패터닝 및 성장 원리에 따라서 이들 템플렛(templates) 상층부에 화학식, AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 반도체 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체를 성장할 수 있다.   In particular, FIGS. 9-A and 9-B are similar to the patterning and growth principles used in the PENDIO technique described above, while FIGS. 9-C and 9-D are used in the ELOG technique described above. According to the patterning and growth principles described above, it is possible to grow a semiconductor homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure represented by the chemical formula, Al x In y Ga z N (x, y, z: integer) on top of these templates.

도 10에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 3 단계 공정으로서 상기한 제 1 및 2 단계 공정을 통해 제작된 시편(samples)을 LLO 기법 도입시 열/기계적인 스트레스를 최소화시키기 위해서 트렌치 공간(310)을 실리콘산화물(Si-O), 아연산화물(Zn-O), 인듐주석산화물(ITO), 리듐나오베이트(LiNbO3) 등을 포함한 각종 산화물들(oxides), 실리콘질화물(Si-N), 질화갈륨(Ga-N), 질화알루미늄(Al-N), 질화타이타늄(Ti-N), 질화크롬(Cr-N) 등을 포함한 각종 질화물들(nitrides), 크롬(Cr), 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴늄(Mo) 등을 포함한 각종 금속 및 합금들, 왁스(wax), 에폭시(epoxy), 포토레지스트(photoresist) 등을 포함한 각종 폴리머 물질(polymeric material)로 단층(single layer) 및 다층(multi-layer) 형태로 재충진(refilling-up)한다. 또한 산(acid) 또는 염기(base) 등의 에칭용액에서 쉽게 제거될 수 있는 얇은 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 물질과 아세톤을 비롯한 알코올(alcohol) 용액에서 쉽게 녹을 수 있는 포토레지스트(photoresist), 왁스(wax), 엑폭시(epoxy), 또는 ethyl-cyanoacrylate계 본딩물질(alcohol-soluble material; 320)을 고온 버퍼층(130) 상층부에 적층시킨다.   As shown in FIG. 10, the first and second steps described above are used as a third step in the production of the template for growing the homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure through the two-step bonding process. In order to minimize thermal / mechanical stress when LLO technique is applied to the samples manufactured through the process, the trench space 310 may be formed of silicon oxide (Si-O), zinc oxide (Zn-O), and indium tin oxide (ITO). ), Various kinds of oxides including lithium naobate (LiNbO3), silicon nitride (Si-N), gallium nitride (Ga-N), aluminum nitride (Al-N), titanium nitride (Ti-N), Nitrides including chromium nitride (Cr-N), chromium (Cr), silicon (Si), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), titanium (Ti), tungsten (W) ), Various metal materials and alloys including molybdenum (Mo), waxes, epoxy, photoresist, etc. Refilling-up of single and multi-layer forms with olymeric materials. It can also be easily dissolved in alcohol solutions, including acetone and thin silicon oxide (Si-OX) (X: third element) materials that can be easily removed from etching solutions such as acids or bases. A photoresist, wax, epoxy, or ethyl-cyanoacrylate-based bonding material 320 may be deposited on the high temperature buffer layer 130.

도 11에서 보인바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 4 단계 공정으로서 LLO 기법을 이용하여 최초 성장기판인 사파이어를 분리시킬 때 발생하는 열/기계적인 스트레스를 완화(relief)시켜 주기 위한 제 1 스 트레스 완화기판(first stress-relieving compliant substrate, 340)을 접착시킨다. 이러한 제 1 스트레스 완화기판(340) 한쪽 표면에 산(acid) 또는 염기(base) 등의 에칭용액에서 쉽게 제거될 수 있는 얇은 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 물질과 아세톤을 비롯한 알코올(alcohol) 용액에서 쉽게 녹을 수 있는 포토레지스트(photoresist), 왁스(wax), 엑폭시(epoxy), 또는 ethyl-cyanoacrylate계 본딩물질층(330)을 적층/형성시키고 공지된 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 기술에 의해서 제 1 스트레스 완화기판(340)을 트렌치에 의해서 패터닝된 고온 버퍼층(130)과 접착시킨다. 본 단계에서 사용되는 제 1 스트레스 완화기판(340)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 또는 실리콘산화물(Si-O)의 열팽창계수와 비슷한 결정성 물질이 바람직하다.   As shown in FIG. 11, in the fabrication of templates for growing the homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer structure through the two-step bonding process, the first growth was performed using the LLO technique as a fourth step process. A first stress-relieving compliant substrate 340 is bonded to relieve thermal / mechanical stress generated when separating the sapphire substrate. On one surface of the first stress relaxation substrate 340 and a thin silicon oxide (Si-OX) (X: third element) material which can be easily removed from an etching solution such as an acid or a base. Laminate / form a photoresist, wax, epoxy, or ethyl-cyanoacrylate-based bonding material layer 330 that can be easily dissolved in an alcohol solution, including acetone, and known wafer bonding. The first stress relaxation substrate 340 is bonded to the high temperature buffer layer 130 patterned by the trench by a wafer bonding technique. The first stress relaxation substrate 340 used in this step is preferably a crystalline material similar to the coefficient of thermal expansion of sapphire (Al 2 O 3), silicon (Si), or silicon oxide (Si-O).

도 12에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 5 단계 공정으로서 균일하고 강한 에너지원인 레이저 빔(laser beam)을 투명한 사파이어 성장기판(110) 후면(back-side)에 조사(scanning)시켜서 사파이어 기판을 완전히 분리시킨다. 본 공정은 LLO 기법을 이용하는 단계로서, KrF 엑사이머 레이저(KrF excimer laser)를 비롯한 공지된 많은 레이저 빔을 사용한다. 이 분야와 관련된 많은 사람에게 LLO 기법에 대한 기본적인 원리에 대해서 잘 알려져 있기 때문에 본 발명에서는 자세한 설명을 생략한다.    As shown in FIG. 12, in the fabrication of templates for growing homo-epitaxial substrates and light emitting multilayer structures through the two-step bonding process, a laser beam is a uniform and strong energy source as a fifth step process. The laser beam is scanned on the back-side of the transparent sapphire growth substrate 110 to completely separate the sapphire substrate. The process uses the LLO technique, which uses many known laser beams, including KrF excimer lasers. Many people in this field are familiar with the basic principles of the LLO technique, and therefore, detailed descriptions thereof are omitted in the present invention.

도 13에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 6 단계 공정으로서 LLO 기법을 통한 사파이어 성장기판을 분리시킨 후에, 각종 에칭공정을 통해 트렌치 공간(310)에 재충진된 물질들과 저온 핵생성층(120)을 완전히 제거하는 표면 평탄화(surface planarization) 작업을 행한다.   As shown in FIG. 13, in the fabrication of homo epitaxial substrates and light emitting multilayer structure growth templates through the two-step bonding process, a sapphire growth substrate through the LLO technique is used as a sixth step process. After the separation, the planarization operation for completely removing the materials refilled in the trench space 310 and the low temperature nucleation layer 120 is performed through various etching processes.

도 14에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 7 단계 공정으로서 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성되는 박막층 구조를 적층/성장하기 전에 트렌치 공간(350)을 산(acid) 또는 염기(base) 등의 에칭용액에서 쉽게 제거될 수 있는 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 물질을 고온 버퍼층(130) 표면과 동일한 높이까지만 적층 시키는 트렌치 재충진 작업을 수행한다.   As shown in FIG. 14, in the fabrication of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure through the two-step bonding process, a group III nitride-based semiconductor is used as a seventh step. Before stacking / growing the thin film layer structure to be formed, the trench space 350 can be easily removed from an etching solution such as an acid or a base (Si-OX) (X: third element). A trench refilling process is performed in which the material is stacked only to the same height as the surface of the high temperature buffer layer 130.

도 15에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 8 단계 공정으로서 1000도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 발생하는 열/화학적인 스트레스 영향을 완화(relief)시켜 주기 위한 제 2 스트레스 완화기판(second stress-relieving compliant substrate, 360)을 접착(bonding)시켜 주어야 한다. 이러한 제 2 스트레스 완화기판(360) 접착은 열/화학적으로 안정한 얇은 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 본딩물질층(370)을 사용하여 공지된 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 기술에 의해서 수행한다. 본 단계에서 사용되는 제 2 스트레스 완화기판(360)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 또는 실리콘산화물(Si-O)의 열팽창계수와 비슷한 결정성 물질이 바람직하다.   As shown in FIG. 15, in the production of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure through the two-step bonding process, as an eighth step, high temperature and hydrogen (at least 1000 degrees) A second stress-relieving compliant substrate 360 must be bonded to relieve the thermal / chemical stress effects occurring in H2) and ammonia (NH3) gas atmospheres. This second stress relaxation substrate 360 adhesion is a known wafer bonding using a thermally / chemically stable thin silicon oxide (Si-OX) (X: third element) bonding material layer 370. Performed by skill. The second stress relaxation substrate 360 used in this step is preferably a crystalline material similar to the coefficient of thermal expansion of sapphire (Al 2 O 3), silicon (Si), or silicon oxide (Si-O).

도 16에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 9 단계 공정으로서 아세톤을 비롯한 알콜(alcohol) 및 에칭용액을 이용하여 트렌치 공간(350)에 재충진된 물질들, 본딩물질(320, 330), 제 1 스트레스 완화기판(340)을 완전히 제거하는 표면 평탄화(surface planarization) 작업을 행한다.    As shown in FIG. 16, in the fabrication of templates for growing a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure through the two-step bonding process, an alcohol including acetone is used as a ninth step process. And surface planarization to completely remove the materials refilled in the trench space 350, the bonding materials 320 and 330, and the first stress relaxation substrate 340 by using the etching solution.

도 17에서 보인 바와 같이, 상기 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 통한 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에 있어서, 제 10 단계, 즉 마지막 공정으로서 HVPE 및 MOCVD 성장 장비를 이용하여 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성되는 박막층 구조를 적층/성장하기 전에 트렌치 공간(380)을 어떠한 물질로도 재충진(refilling-up) 시키지 않은 경우(17-A), 비정질 상 물질인 실리콘산화물(Si-O) 및 실리콘질화물(Si-N) 등을 고온 버퍼층(130) 표면보다 낮은 높이까지 적층 시키는 경우(17-B), 비정질 상 물질(amorphous phase material)인 실리콘산화물(Si-O) 및 실리콘질화물(Si-N) 등을 고온 버퍼층(130) 표면과 동일한 높이까지만 적층시키는 경우(17-C), 또는 비정질 상 물질인 실리콘산화물(Si-O) 및 실리콘질화물(Si-N) 등을 고온 버퍼층(130) 표면보다 높은 높이까지 적층 시키는 경우(17-D)로 만들 수 있다.   As shown in FIG. 17, in the fabrication of templates for growing homo-epitaxial substrates and light-emitting multilayer structures through the two-step bonding process, a tenth step, that is, HVPE and MOCVD growth as a final process If the trench space 380 is not refilled with any material (17-A) prior to laminating / growing a thin film layer structure formed of group III-nitride-based semiconductors using the equipment, the amorphous phase material Phosphorus silicon oxide (Si-O) and silicon nitride (Si-N) are laminated to a height lower than the surface of the high temperature buffer layer 130 (17-B), an amorphous phase material of silicon oxide (Si -O) and silicon nitride (Si-N), etc., stacked only up to the same height as the surface of the high temperature buffer layer 130 (17-C), or silicon oxide (Si-O) and silicon nitride (Si-), which are amorphous phase materials. N) and the like higher than the surface of the high temperature buffer layer 130 When stacking up to the height it can be made of (17-D).

특히, 도 17-A 및 17-B는 상기한 펜디오(PENDIO) 기법에서 사용된 패터닝 및 성장 원리와 유사한 반면에, 도 17-C 및 17-D는 상기한 엘로그(ELOG) 기법에서 사용된 패터닝 및 성장 원리에 따라서 이들 템플렛(templates) 상층부에 화학식, AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 반도체 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체를 성장할 수 있다.   In particular, FIGS. 17-A and 17-B are similar to the patterning and growth principles used in the PENDIO technique described above, while FIGS. 17-C and 17-D are used in the ELOG technique described above. According to the patterning and growth principles described above, it is possible to grow a semiconductor homoepitaxial substrate and a light emitting multilayer structure represented by the chemical formula, Al x In y Ga z N (x, y, z: integer) on top of these templates.

도 18에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding processes)을 통해서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 각각(18-A, 18-B) 그룹 3족 질화물계 반도체를 성장하는데 가장 유용한 장비로 알려진 HVPE 또는 MOCVD을 이용하여 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 반도체 박막층(410, 420)을 700도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 적층/성장한다. 특히, 고온 버퍼층(130) 상부에 직접적으로 성장된 첫 번째 반도체 박막층(410)은 두 번째 반도체 박막층(420)에 비해서 저온에서 성장하는 것이 바람직하다.    As shown in FIG. 18, the homo-epitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth templates formed through the one-step and two-step bonding processes (18-A, 18-B) AlxInyGazN (x, y, z: Integer) semiconductor thin film layer 410 used as homoepitaxial substrate and light emitting multilayer thin film layer using HVPE or MOCVD, which is known as the most useful equipment for growing group III nitride-based semiconductor. , 420 are laminated / grown in a high temperature of 700 degrees or higher and a hydrogen (H2) and ammonia (NH3) gas atmosphere. In particular, the first semiconductor thin film layer 410 grown directly on the high temperature buffer layer 130 may be grown at a lower temperature than the second semiconductor thin film layer 420.

도 19에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding processes)을 통해서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 각각(19-A, 19-B) 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 반도체 박막층(410, 420)을 적층/성장시킨 후에 일렉트로플레이팅(electroplating)을 비롯한 각종 전기/화학적 방법 및 용융된 금속 또는 합금을 이용한 퓨젼 본딩(fusion bonding) 등의 각종 공지된 웨이퍼 본딩기술을 이용하여 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate; 430)을 형성시킨다.   As shown in FIG. 19, the upper layer of the epitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth templates prepared through the one-step and two-step bonding processes (19-A, 19-B) Lamination / growth of AlxInyGazN (x, y, z: Integer) semiconductor thin film layers 410 and 420 used as homoepitaxial substrates and light emitting multilayer thin film layers, followed by electroplating Various known wafer bonding techniques, such as chemical methods and fusion bonding using molten metal or alloy, are used to form a supporting substrate 430 having excellent electrical and thermal conductivity.

도 20에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding processes)을 통해서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 각각(20-A, 20-B) 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 반도체 박막층(410, 420)을 적층/성장, 그리고 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate; 430)을 접착시킨 후에 에칭기술을 통해서 트렌치 공간(250, 380)에 재충진된 물질들, 본딩물질층(220, 230, 370), 및 완화기판들(240, 360)을 완전히 제거/분리시킨다.   As shown in FIG. 20, the upper epitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth templates prepared through the one-step and two-step bonding processes (20-A, 20-B) A lamination / growth of AlxInyGazN (x, y, z: integer) semiconductor thin film layers 410 and 420 used as a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer, and a supporting substrate having excellent electrical and thermal conductivity ( After bonding the supporting substrate 430, the etching techniques completely remove the materials re-filled in the trench spaces 250 and 380, the bonding material layers 220, 230 and 370, and the relaxed substrates 240 and 360. / Separate

도 21에서 보인 바와 같이, 상기 원스텝 및 투스텝 본딩 공정(one-step and two-step bonding processes)을 통해서 제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 각각(21-A, 21-B) 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 AlxInyGazN(x, y, z : 정수) 반도체 박막층을 식각하는 표면 평탄화 공정을 통해서 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate; 430) 상층부에 최종적인 양질의 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체를 제작한다.   As shown in FIG. 21, upper portions of the homo-epitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth templates prepared through the one-step and two-step bonding processes (21-A, 21-B) a supporting substrate having excellent electrical and thermal conductivity through a surface planarization process for etching an AlxInyGazN (x, y, z: integer) semiconductor thin film layer used as a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer; 430) The final high quality homo epitaxial substrate and light emitting multilayer structure are fabricated.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명은 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 구조 성장을 위한 호모에피택셜 기판과 발광 다층구조체 성장용 템플렛 제작 및 관련된 공정기술 개발, 그리고 제작된 템플렛(template) 상층부에 그룹 3족 질화물계 반도체용 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층 제작/성장에 관한 것이다.As described so far, the present invention provides a template for growing a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure for growing a group III nitride based single crystal semiconductor thin film structure of high quality, and related process technology development, and a template upper layer fabricated. The present invention relates to the fabrication / growth of a homo-epitaxial substrate and a light emitting multilayer structure thin film layer for a group III-nitride semiconductor.

다시 말하자면, 본 발명에서 창안/제안한 공정순서 및 방법에 따른 레이저 리프트 오프(LLO) 기법을 이용하면 최초 성장기판인 사파이어(Al2O3) 분리(separation) 공정에서 발생하는 열/기계적인 충격(thermo-mechanical damage) 및 박막 휨(thin film bending)을 완전하게 방지할 수 있어, 고품위 그룹 3족 질화물계 전자 및 광관련 소자용 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛을 용이하게 제작할 수 있다. 동시에 이들 템플렛을 사용하여 높은 소자 신뢰성을 갖는 차세대 대용량/대면적의 전자소자 및 광전소자 제작을 제작할 수 있을 것으로 기대된다.   In other words, using the laser lift-off (LLO) technique according to the present invention / proposed process sequence and method, the thermal / mechanical impact occurring in the sapphire (Al2O3) separation process, which is the first growth substrate. Since damage and thin film bending can be completely prevented, it is possible to easily manufacture homo epitaxial substrates for high-grade group III-nitride-based electronic and optical-related devices and templates for growing light emitting multilayer structures. At the same time, it is expected that these templates can be used to fabricate next-generation large-capacity and large-area electronic and optoelectronic devices with high device reliability.

Claims (12)

레이저 리프트 오프(LLO) 기법 도입시 발생하는 열/기계적인 스트레스를 최소화하기 위해서, 본 발명에 의해서 창안/제작된 스트레스 완화 트렌치 및 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving trench and refilling-up material), 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정기술, 그리고 스트레스 완화기 판(stress-relieving compliant substrate)을 접목시켜 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)은 바둑판 모양처럼 최초 성장기판인 사파이어(Al2O3) 상층부에 일정한 크기의 변(side)을 갖는 정사각형(square) 모양으로 패터닝된 단층(single layer) 또는 이중층(bi-layer)으로 구성된 실리콘산화물(Si-O)과 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체층(group 3 nitride-based epitaxial semiconductor layer)이 순차/연속적으로 적층/성장되어 있으며, 패터닝된 정사각형(patterned square) 사이는 일정한 폭(width)을 갖는 트렌치(trench)가 사파이어(sapphire) 상층부까지 식각/형성되어 있다.     In order to minimize the thermal / mechanical stress generated when the laser lift-off (LLO) technique is introduced, the stress-relieving trench and the stress-relieving trench and refilling material created / fabricated by the present invention Homo epitaxial substrates formed of Group III nitride-based semiconductors by incorporating up materials, wafer bonding process technology, and stress-relieving compliant substrates, and templates for growth of light emitting multilayer structures. The silicon oxide (Si-) is composed of a single layer or a bi-layer patterned in a square shape having a certain size side on the top layer of sapphire (Al2O3), the first growth substrate like a checkerboard. O) and group 3 nitride-based epitaxial semiconductor layers are stacked / grown sequentially and continuously. Between ningdoen square (square patterned) has a trench (trench) having a predetermined width (width) sapphire (sapphire) etching / are formed to the upper part. 또 다른 그룹 3족 질화물계 반도체로 형성된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates)은 단층 또는 이중층 구조를 갖는 실리콘산화물(Si-O)과 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체층(group 3 nitride-based epitaxial semiconductor layer)으로 구성된 정사각형과 정사각형 사이에 형성된 트렌치(trench)에 비정질 상 물질(amorphous phase material)이 최상층부인 그룹 3족 질화물계 반도체층과 같은 높이, 더 낮은 높이, 또는 더 높은 높이로 충진(filling-up)된 형태를 갖는 것도 포함한다.   The homo-epitaxial substrate and the light emitting multilayer structure growth templates formed of another group III-nitride-based semiconductor include silicon oxide (Si-O) having a single layer or a double layer structure and a group III nitride single crystal semiconductor layer (group 3). A trench formed between a square composed of a nitride-based epitaxial semiconductor layer, and the same height, a lower height, or a higher height as a group III nitride-based semiconductor layer having an amorphous phase material as the uppermost layer in a trench formed between the squares. It also includes having a filling-up form. 제 1항에 있어서,     The method of claim 1, 레이저 리프트 오프(LLO) 기법 도입시 발생하는 열/기계적인 스트레스를 최소화하기 위해서 스트레스 완화 트렌치 및 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo- mechanical stress-relieving trench and refilling-up material), 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정기술, 그리고 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate)을 접목시켜 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작에서,      Thermo-mechanical stress-relieving trenches and refilling-up materials and wafer bonding to minimize thermal / mechanical stresses caused by the laser lift-off (LLO) technique. Process technology, and stress-relieving compliant substrates in combination to produce templates for growth of homoepitaxial substrates and light emitting multilayer structures, (1) 최초 사파이어 성장기판 상층부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer) 및 고온 버퍼층(high temperature buffer layer) 적층/성장    (1) Lamination and growth of a low temperature nucleation layer and a high temperature buffer layer on top of the first sapphire growth substrate (2) 기본적인 포토리쏘그래피(photolithography) 및 에칭공정(etching process)을 통한 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치(thermo-mechanical stress-relieving trench) 제작    (2) Fabrication of thermo-mechanical stress-relieving trenches through basic photolithography and etching processes (3) 열/기계적인 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving refilling-up material) 및 본딩물질(bonding material) 증착   (3) Deposition of thermo-mechanical stress-relieving refilling-up materials and bonding materials (4) 본딩물질(bonding material)을 이용한 완화기판(compliant substrate) 접착   (4) Bonding to a compliant substrate using a bonding material (5) 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 통한 최초 사파이어 성장기판 분리(sapphire separation)   (5) First sapphire growth substrate separation through laser lift off (LLO) technique (6) 표면 평탄화(surface planarization) 공정   (6) surface planarization process (7) 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 재충진 함으로써 템플렛(templates) 제작    (7) Template creation by refilling amorphous phase material ;공정 순서처럼 스트레스 완화기판을 한 번(once)만 사용하는 원스텝 본딩 공정(one-step bonding process)을 적용한다.Apply a one-step bonding process that uses a stress-relieving substrate only once, as in the process sequence. 제 1항에 있어서,    The method of claim 1, 레이저 리프트 오프(LLO) 기법 도입시 발생하는 열/기계적인 스트레스를 최소화하기 위해서 스트레스 완화 트렌치 및 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving trench and refilling-up material), 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정기술, 그리고 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate)을 접목시켜 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 제작 공정에서,     In order to minimize the thermal / mechanical stress generated by the laser lift-off (LLO) technique, stress-relieving trenches, thermo-mechanical stress-relieving trenches and refilling-up materials, and wafer bonding Process technology, and stress-relieving compliant substrates in the process of manufacturing templates for growth of homoepitaxial substrates and light emitting multilayer structures, (1) 최초 사파이어 성장기판 상층부에 저온 핵생성층(low temperature nucleation layer) 및 고온 버퍼층(high temperature buffer layer) 적층/성장    (1) Lamination and growth of a low temperature nucleation layer and a high temperature buffer layer on top of the first sapphire growth substrate (2) 기본적인 포토리쏘그래피(photolithography) 및 에칭공정(etching process)을 통한 열/기계적인 스트레스 완화 트렌치(thermo-mechanical stress-relieving trench) 제작    (2) Fabrication of thermo-mechanical stress-relieving trenches through basic photolithography and etching processes (3) 열/기계적인 스트레스 완화용 재충진 물질(thermo-mechanical stress-relieving refilling-up material) 및 본딩물질(bonding material) 증착   (3) Deposition of thermo-mechanical stress-relieving refilling-up materials and bonding materials (4) 본딩물질(bonding material)을 이용한 제 1 스트레스 완화기판(first stress-relieving compliant substrate) 접착   (4) adhesion of a first stress-relieving compliant substrate using a bonding material; (5) 레이저 리프트 오프(laser lift off : LLO) 기법을 통한 최초 사파이어 성장기판 분리(sapphire separation)   (5) First sapphire growth substrate separation through laser lift off (LLO) technique (6) 표면 평탄화 공정   (6) surface planarization process (7) 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 통한 스트레스 완화 트렌치 재충진(refilling-up) 및 본딩물질(bonding material) 증착   (7) Stress relief trench refilling-up and bonding material deposition through amorphous phase material. (8) 본딩물질을 이용한 제 2 스트레스 완화기판(second stress-relieving compliant substrate) 접착   (8) bonding of a second stress-relieving compliant substrate with a bonding material (9) 에칭공정(etching process)을 통한 본딩물질 및 제 1 스트레스 완화기판 분리   (9) Separation of bonding material and first stress relief substrate through etching process (10) 비정질 상 물질(amorphous phase material)을 재충진 함으로써 템플렛(templates) 제작   (10) Template creation by refilling amorphous phase material ;공정 순서처럼 스트레스 완화기판을 두 번(twice) 사용하는 투스텝 본딩 공정(two-step bonding process)을 적용한다.Apply a two-step bonding process that uses twice the stress relief substrate as the process sequence. 제 1, 2, 3항에 있어서,    The method according to claim 1, 2, 3, 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장을 위한 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate) 및 발광 다층구조체(light-emitting multistructure) 성장용 템플렛(templates)을 제작하기 위해서 LLO 기법을 반드시 도입하는데, 이때 발생되는 열/기계적인 스트레스를 완화하기 위한 트렌치(trench) 제작은 사파이어(sapphire) 성장기판 상부까지 완전하게 식각(etching)하고, 트렌치 폭(width)과 패터닝된 정사각형의 한 변(one side) 길이(length)를 합한 값(width + length)이 LLO 기법에 사용되는 레이저 빔(laser beam)의 직경(diameter)보다 반드시 같거나 작은 값을 갖도록 한다.    The LLO technique must be introduced to fabricate homoepitaxial substrates and light-emitting multistructure growth templates for the growth of high quality Group III-nitride-based single crystal semiconductor thin films. Trench fabrication to mitigate thermal / mechanical stresses is fully etched up to the top of the sapphire growth substrate, and the trench width and one side length of the patterned squares ( The sum of the lengths (width + length) must be equal to or less than the diameter of the laser beam used in the LLO technique. 제 1, 2, 3항에 있어서,    The method according to claim 1, 2, 3, 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장을 위한 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate) 및 발광 다층구조체(light-emitting multistructure) 성장용 템플렛(templates)을 제작하기 위해서 사용하는 스트레스 완화용 트렌치를 재충진(refilling-up)하는 물질로는 실리콘산화물(Si-O), 아연산화물(Zn-O), 인듐주석산화물(ITO), 리듐나오베이트(LiNbO3) 등을 포함한 각종 산화물들(oxides), 실리콘질화물(Si-N), 질화갈륨(Ga-N), 질화알루미늄(Al-N), 질화타이타늄(Ti-N), 질화크롬(Cr-N) 등을 포함한 각종 질화물들(nitrides), 크롬(Cr), 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴늄(Mo) 등을 포함한 각종 금속 및 합금들, 왁스(wax), 에폭시(epoxy), 포토레지스트(photoresist) 등을 포함한 각종 폴리머 물질(polymeric material)로 단층(single layer) 및 다층(multi-layer) 형태로 적층 하는 것이 바람직하다.   Refilling stress relief trenches used to fabricate homoepitaxial substrates and light-emitting multistructure growth templates for growing Group III nitride-based single crystal semiconductor thin-films of high quality Refilling-up materials include various oxides and silicon nitrides including silicon oxide (Si-O), zinc oxide (Zn-O), indium tin oxide (ITO), and lithium naobate (LiNbO3). Nitrides, chromium (Cr), including (Si-N), gallium nitride (Ga-N), aluminum nitride (Al-N), titanium nitride (Ti-N), chromium nitride (Cr-N), etc. ), Various metals and alloys including wax (wax), silicon (Si), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. Various polymer materials including epoxy, photoresist, etc. in single layer and multi-layer form That layer. 제 1, 2, 3항에 있어서,    The method according to claim 1, 2, 3, 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장을 위한 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate) 및 발광 다층구조체(light-emitting multistructure) 성장용 템플렛(templates)을 제작하기 위해서 사용되는 본딩물질로는 산(acid) 또는 염기(base) 에칭용액에서 쉽게 제거될 수 있는 얇은 실리콘산화물계(Si-O-X)(X: 제 3의 원소) 물질과 아세톤(acetone)을 비롯한 알코올(alcohol) 용액에서 쉽게 녹을 수 있는 포토레지스트(photoresist), 왁스(wax), 엑폭시(epoxy), 또는 ethyl- cyanoacrylate계 물질을 사용한다.    As a bonding material used to fabricate homoepitaxial substrates for growing Group III nitride-based single crystal semiconductor thin film layers and templates for growing light-emitting multistructures, ) Or photos readily soluble in alcohol solutions, including acetone and thin silicon oxide (Si-OX) (X: third element) materials that can be easily removed from base etch solutions Photoresist, wax, epoxy, or ethyl cyanoacrylate-based materials are used. 제 1, 2, 3항에 있어서,   The method according to claim 1, 2, 3, 양질의 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층 성장을 위한 호모에피택셜 기판(homoepitaxial substrate) 및 발광 다층구조체(light-emitting multistructure) 성장용 템플렛(templates)을 제작하기 위해서 사용되는 스트레스 완화기판(stress-relieving compliant substrate)은 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 갈륨아세나이드(GaAs), 알루미늄질화물(AlN), 및 실리콘산화물(silicon oxide)의 열팽창계수와 유사한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.    Stress-relieving substrates used to fabricate homoepitaxial substrates for growing Group III nitride-based single-crystal semiconductor thin film layers and templates for growing light-emitting multistructures. It is preferable to use a material similar to the thermal expansion coefficient of sapphire (Al 2 O 3), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), aluminum nitride (AlN), and silicon oxide. 본 발명에 의해서 창안/제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 HVPE 또는 MOCVD을 이용하여 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층을 700도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 단층 또는 다층 구조형태로 적층/성장한다. 특히, 다층 구조형태를 갖는 박막층에서 첫 번째 반도체 박막층은 다른 층에 비해서 저온에서 성장하는 것이 바람직하다.   The formula AlxInyGazN (x, y, z used as a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure thin film layer by using HVPE or MOCVD on the upper layer of the epitaxial substrate and light-emitting multilayer structure growth invented / manufactured by the present invention. : Group III-nitride-based single crystal semiconductor thin film layer represented by (integer) is laminated / grown in a single layer or multilayered structure at a high temperature of 700 degrees or higher and a hydrogen (H 2) and ammonia (NH 3) gas atmosphere. In particular, in the thin film layer having a multi-layered structure, the first semiconductor thin film layer is preferably grown at a lower temperature than other layers. 본 발명에 의해서 창안/제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 HVPE 또는 MOCVD을 이용하여 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층을 700도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 단층 또는 다층 구조형태로 적층/성장시킨 후에, 일렉트로플레이팅(electroplating)을 비롯한 각종 전기/화학적 방법, 용융된 금속 또는 합금을 이용한 퓨젼 본딩(fusion bonding), 물리/화학적인 증착법(CVD 또는 PVD) 등의 각종 공지된 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정기술을 이용하여 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 공지된 지지기판(supporting substrate)을 형성시킨다.   The formula AlxInyGazN (x, y, z used as a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure thin film layer by using HVPE or MOCVD on the upper layer of the epitaxial substrate and light-emitting multilayer structure growth invented / manufactured by the present invention. : Electroplating after laminating / growing a group III nitride-based single crystal semiconductor thin film layer represented by an integer) in a single layer or multilayer structure in a high temperature of 700 degrees or higher and hydrogen (H 2) and ammonia (NH 3) gas atmosphere. Electrical and chemical methods using a variety of known wafer bonding process techniques, including various electrical / chemical methods, fusion bonding using molten metal or alloy, physical / chemical deposition (CVD or PVD), and the like. It forms a known supporting substrate having thermally good conductivity. 본 발명에 의해서 창안/제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 HVPE 또는 MOCVD을 이용하여 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층을 700도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 단층 또는 다층 구조형태로 적층/성장시키고, 일렉트로플레이팅(electroplating)을 비롯한 각종 전기/화학적 방법, 용융된 금속 또는 합금을 이용한 퓨젼 본딩(fusion bonding), 물리/화학적인 증착법(CVD 또는 PVD) 등의 각종 공지된 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정기술을 이용하여 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 공지된 지지기판(supporting substrate)을 접착시킨 후에, 에칭기술을 통해서 트렌치 공간에 재충진된 물질들, 본딩물질층 및 완화기판들을 완전히 제거/분리시킨다.   The formula AlxInyGazN (x, y, z used as a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure thin film layer by using HVPE or MOCVD on the upper layer of the epitaxial substrate and light-emitting multilayer structure growth invented / manufactured by the present invention. : Group III-nitride-based single crystal semiconductor thin film layer represented by (integer) is laminated / grown in a single layer or multilayer structure in a high temperature of 700 degrees or higher and hydrogen (H2) and ammonia (NH3) gas atmosphere, and electroplating is performed. Electrical and thermal methods using a variety of known wafer bonding process techniques, including various electro / chemical methods, fusion bonding using molten metals or alloys, and physical / chemical vapor deposition (CVD or PVD). The materials refilled in the trench space through etching techniques after adhering a known supporting substrate having good conductivity to The bonding material layer and the relaxed substrates are completely removed / separated. 본 발명에 의해서 창안/제작된 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 성장용 템플렛(templates) 상층부에 HVPE 또는 MOCVD을 이용하여 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체 박막층으로 이용되는 화학식 AlxInyGazN(x, y, z : 정수)으로 표현되는 그룹 3족 질화물계 단결정 반도체 박막층을 700도 이상의 고온과 수소(H2) 및 암모니아(NH3) 개스 분위기에서 단층 또는 다층 구조형태로 적층/성장시키고, 일렉트로플레이팅(electroplating)을 비롯한 각종 전기/화학적 방법, 용융된 금속 또는 합금을 이용한 퓨젼 본딩(fusion bonding), 물리/화학적인 증착법(CVD 또는 PVD) 등의 각종 공지된 웨이퍼 본딩(wafer bonding) 공정기술을 이용하여 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 공지된 지지기판(supporting substrate)을 접착시키고, 에칭기술을 통해서 트렌치 공간에 재충진된 물질들, 본딩물질층 및 완화기판들을 완전히 제거/분리시킨 후에, 반도체 박막층을 식각하는 표면 평탄화 공정을 통해서 전기 및 열적으로 우수한 전도성을 갖는 지지기판(supporting substrate) 상층부에 최종적인 양질의 호모에피택셜 기판 및 발광 다층구조체를 제작한다.    The formula AlxInyGazN (x, y, z used as a homo-epitaxial substrate and a light-emitting multilayer structure thin film layer by using HVPE or MOCVD on the upper layer of the epitaxial substrate and light-emitting multilayer structure growth invented / manufactured by the present invention. : Group III-nitride-based single crystal semiconductor thin film layer represented by (integer) is laminated / grown in a single layer or multilayer structure in a high temperature of 700 degrees or higher and hydrogen (H2) and ammonia (NH3) gas atmosphere, and electroplating is performed. Electrical and thermal methods using a variety of known wafer bonding process techniques, including various electro / chemical methods, fusion bonding using molten metals or alloys, and physical / chemical vapor deposition (CVD or PVD). Bonding well-known supporting substrates with excellent conductivity and refilling the trench spaces through etching techniques; After completely removing / separating the material layer and the relaxed substrate, the final high quality homoepitaxial substrate and the light emitting multilayer are formed on top of a supporting substrate having excellent electrical and thermal conductivity through a surface planarization process of etching the semiconductor thin film layer. Create a structure. 본 발명의 청구(claim) 내용은 상기한 청구 항들에서 언급한 내용 이외에도 본 발명의 도면 설명에서 언급한 내용과 자세하게 언급하지 않은 부분 공정기술도 포함할 수 있으며, 특히 그룹 3족 질화물계 반도체를 이용한 발광다이오드 제작 공정은 본 발명자가 이전 출원시킨 발명내용까지 포함/적용한다.    The claims of the present invention may include, in addition to those mentioned in the above claims, partial process techniques not mentioned in detail with those mentioned in the drawings of the present invention, in particular using group III nitride-based semiconductors. The light emitting diode fabrication process includes / applies even the invention filed by the present inventor.
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