KR20070111892A

KR20070111892A - Manufacturing method of gan free-standing substrate

Info

Publication number: KR20070111892A
Application number: KR1020060045287A
Authority: KR
Inventors: 김진교
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-22
Also published as: KR100809033B1

Abstract

A method of manufacturing a GaN self-standing substrate is provided to simplify a manufacturing process of the GaN self-standing substrate by applying a laser lift-off scheme for delaminating a GaN thick film from a mother substrate. A first gas injection tube(110) injects a halide gas, such as HCl, to one end of a reaction tube. A gas containing a V-group element, such as NH3, is injection to a second injection tube(120). A container(130), on which a III-group element, such as Ga, is formed in the middle of the first gas injection tube. A mother substrate(200), such as a silicon carbonate or sapphire, is mounted on a mother substrate mount in the reaction tube. A ventilating hole(150) ejects a reaction gas to outside. An electric furnace(160) is arranged on an outer wall of the reaction tube, so that a temperature of the reaction tube is adjusted. A substrate holder(170) extracts the mother substrate to outside.

Description

Manufacturing method of gallium nitride self-standing substrate {Manufacturing Method of GaN Free-standing Substrate}

도1은 종래의 HVPE법을 사용하여 질화갈륨 후막을 제조하기 위한 장치의 구성을 나타낸 도면.1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for producing a gallium nitride thick film using a conventional HVPE method.

도2는 도1의 장치에서 형성된 모기판 상부의 질화갈륨 후막을 모기판으로부터 분리시키기 위한 방법의 한 실시예를 나타낸 도면.FIG. 2 shows one embodiment of a method for separating a gallium nitride thick film on a mother substrate formed from the apparatus of FIG. 1 from a mother substrate. FIG.

도3은 본 발명에 따른 HVPE법을 사용하여 자기 직립할 수 있는 질화갈륨 후막을 제조하는 장치를 나타낸 도면.3 shows an apparatus for producing a gallium nitride thick film capable of self-standing upright using the HVPE method according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 반응관 110 : 제1가스 주입관100: reaction tube 110: first gas injection tube

120 : 제2가스 주입관 130 : Ga 용기120: second gas inlet tube 130: Ga container

140 : 모기판 안치대 150 : 배기구140: mosquito substrate lining 150: exhaust vent

160 : 전기로 170 : 기판 홀더160: electric furnace 170: substrate holder

200 : 모기판 210 : 질화갈륨 후막200: mother substrate 210: gallium nitride thick film

220 : 질화갈륨 리프트 오프층220: gallium nitride lift off layer

본 발명은 질화갈륨 기판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 모기판 상부에 질화갈륨 리프트 오프층(Lift-off Layer)을 형성한 다음, 그 상부에 질화갈륨 후막을 성장시킨 후 모기판의 온도를 급강하시켜 질화갈륨 후막이 모기판으로부터 열팽창계수의 차이에 의해 자동으로 분리되도록 하는 과정을 통하여 질화갈륨 기판을 제조함으로써 종래의 질화갈륨 기판을 제조하기 위한 레이저 리프트 오프(Laser Lift-off) 방법의 사용에서 오는 질화갈륨 기판의 균열을 방지하고 제조비용을 절감할 수 있는 질화갈륨 자기 직립 기판을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride substrate, in particular, a gallium nitride lift-off layer (Lift-off Layer) is formed on the mother substrate, the gallium nitride thick film is grown thereon and the temperature of the mother substrate is drastically reduced. In the use of a laser lift-off method for producing a conventional gallium nitride substrate by producing a gallium nitride substrate through the process to ensure that the gallium nitride thick film is automatically separated from the mother substrate by the difference in coefficient of thermal expansion The present invention provides a method of manufacturing a gallium nitride self-standing substrate which can prevent cracking of gallium nitride substrates and reduce manufacturing costs.

질화갈륨(GaN)을 기반으로 하는 반도체 재료는 매우 큰 직접 천이형 에너지띠 간격을 가지고 있어 UV에서부터 청색에 이르는 영역까지 빛을 낼 수 있는 광소자재료로 큰 관심을 모으고 있다. The semiconductor material based on gallium nitride (GaN) has attracted great attention as an optical device material having a very large direct transition energy band gap and emitting light from the UV to blue region.

그러나, 질화갈륨은 융점이 2400℃ 이상으로 높고, 질소 분해압도 융점에서 약 10만 기압 정도로 매우 높아 통상적인 Si, GaAs와 같은 반도체들의 제조방법으로는 잉곳 형태의 단결정을 만들기가 매우 어렵고, 따라서, 호모에픽택시(homoeptaxy)를 이용하여 박막을 성장시킬 수 없다는 문제점이 있었다.However, gallium nitride has a high melting point of 2400 ° C. or higher and a nitrogen decomposition pressure of about 100,000 atm at the melting point, so that it is very difficult to make ingot-shaped single crystals using a conventional method of manufacturing semiconductors such as Si and GaAs. There was a problem in that the thin film can not be grown using homoeptaxy (homoeptaxy).

최근에는 성장속도가 100㎛/시간으로 매우 빠른 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy; 이하 HVPE라 함)법을 이용하여 사파이어 기판 또는 탄화규소(SiC) 등의 모기판에 질화갈륨 후막을 성장시킨 후 모기판을 제거시켜 질화갈륨 기판을 제조하고 있다.Recently, a thick gallium nitride film was grown on a sapphire substrate or a silicon substrate (SiC) by using a very fast growth vapor phase epitaxy (HVPE) method at a growth rate of 100 µm / hour. To remove the gallium nitride substrate.

상기 모기판을 제거하기 위한 방법으로는 기계적인 연마방법이나 레이저를 이용하는 방법이 사용되고 있으며, 특히 레이저를 이용한 리프트-오프(laser lift-off) 방법은 1000℃ 내지 1100℃ 정도의 높은 온도에서 모기판에 질화갈륨 후막을 성장시킨 후 그 질화갈륨 후막이 성장된 모기판을 반응관으로부터 꺼내고, 상기 레이저를 이용하여 질화갈륨 후막을 모기판에서 분리하여 질화갈륨 기판을 제조하였다.As a method for removing the mother substrate, a mechanical polishing method or a method using a laser is used. In particular, a laser lift-off method using a laser is performed at a high temperature of about 1000 ° C to 1100 ° C. After the gallium nitride thick film was grown, the mother substrate on which the gallium nitride thick film was grown was taken out of the reaction tube, and the gallium nitride thick film was separated from the mother substrate using the laser to prepare a gallium nitride substrate.

도1은 질화갈륨 후막을 성장시키는 제조장치의 구성을 나타낸 것으로, 가스를 주입해서 반응시키는 반응관(100)의 일측에 HCl 등의 Halide 가스가 주입되는 제1가스 주입관(110)과, NH₃ 등의 V-족 원소를 포함하는 기체가 주입되는 제2가스 주입관(120)이 형성되며, 상기 제1가스 주입관(110) 중간에는 Ⅲ-족 원소인 Ga을 담기 위한 위한 용기(130)가 설치되어 있다. 또한, 상기 반응관(100) 내부에는 탄화규소 또는 사파이어 등의 모기판(200)을 안치시키기 위한 모기판 안치대(140)가 설치되어 있으며, 타측에는 반응가스들을 배기시키기 위한 배기구(150)가 형성되어 있다. 또한, 상기 반응관(100) 외벽에는 전기로(160)가 설치되어 반응관(100)과 모기판의 온도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다.1 shows a configuration of a manufacturing apparatus for growing a gallium nitride thick film, wherein a first gas injection pipe 110 into which a halogen gas such as HCl is injected into one side of a reaction tube 100 into which a gas is injected and reacted, and NH A second gas injection tube 120 into which a gas including a V-group element such as ₃ is injected is formed, and a container for containing Ga, which is a III-group element, is formed in the middle of the first gas injection tube 110. ) Is installed. In addition, the reaction tube 100 is provided with a mother substrate holder 140 for placing the mother substrate 200, such as silicon carbide or sapphire, the exhaust port 150 for exhausting the reaction gases on the other side is provided Formed. In addition, the outer wall of the reaction tube 100 is provided with an electric furnace 160 is configured to control the temperature of the reaction tube 100 and the mother substrate.

상기와 같은 질화갈륨 후막의 제조장치는 용기(130)에 Ga을 담아두고, 모기판을 설치한 후, 반응관(100)에 가스를 흘리면서 전기로(170)에 전원을 공급하여 반응관(100)을 가열한다. 상기와 같이 반응관(100)이 가열되어 소정의 온도에 도달하게 되면, 제2가스 주입관(120)를 통해 V-족 원소를 포함하는 기체로 NH₃를 주입하고, 질화갈륨 후막의 성장온도에 도달하면 Halide 가스로 HCl을 제1가스 주입관(110)을 통해 주입시킨다. 상기와 같이 제1가스 주입관을 통과하는 HCl 가스는 Ga이 담겨있는 용기(130)의 Ga과 반응하여 GaCl을 생성하게 된다. 상기 생성된 GaCl은 모기판(200)의 상부에서 NH₃와 혼합되어 질화갈륨(GaN)을 생성하게 되고, 그 생성된 질화갈륨은 모기판(200) 상부에 부착되어 소정의 두께를 갖는 질화갈륨 후막(210)으로 성장하게 된다.The apparatus for manufacturing a gallium nitride thick film as described above contains Ga in a container 130, installs a mother substrate, and then flows gas into the reaction tube 100. Supplying power to the electric furnace 170 to the reaction tube 100 Heat. As described above, when the reaction tube 100 is heated to reach a predetermined temperature, NH ₃ is injected into the gas containing a V-group element through the second gas injection tube 120, and the growth temperature of the gallium nitride thick film is increased. When reaches to Hide is injected into the halogen gas through the first gas injection pipe 110. As described above, the HCl gas passing through the first gas injection tube reacts with Ga in the container 130 containing Ga to generate GaCl. The generated GaCl is mixed with NH ₃ at the upper portion of the mother substrate 200 to produce gallium nitride (GaN), and the produced gallium nitride is attached to the upper portion of the mother substrate 200 to have a predetermined thickness. The thick film 210 is grown.

상기와 같이 모기판 상부에 성장한 질화갈륨 후막에 대해 도2에 도시된 바와 같이 모기판(200)의 저면으로부터 고출력 레이저를 조사하고, 그 조사된 레이저는 모기판과 질화갈륨 후막의 계면을 분리시키는 레이저 리프트-오프 방법으로 질화갈륨 기판을 제조하였다.As shown in FIG. 2, a high power laser is irradiated from the bottom of the mother substrate 200 to the gallium nitride thick film grown on the mother substrate as described above, and the irradiated laser separates the interface between the mother substrate and the gallium nitride thick film. Gallium nitride substrates were prepared by a laser lift-off method.

그러나, 상기 고온의 진공조에서 고품질의 질화갈륨 후막을 얻어낸 후, 레이저 리프트-오프 방법으로 모기판을 떼어내기 위해서는 상온으로 온도를 낮추어야 하기 때문에, 그 온도 강하에서 오는 열팽창 계수의 차이로 인하여 많은 양의 균열(crack)이 발생하여 제품의 질을 저하시킨다는 문제점이 있었다.However, after obtaining a high-quality gallium nitride thick film in the high-temperature vacuum chamber, it is necessary to lower the temperature to room temperature in order to remove the mother substrate by the laser lift-off method, so a large amount due to the difference in the coefficient of thermal expansion coming from the temperature drop. There was a problem that the crack (cracks) occurs to reduce the quality of the product.

또한, 상기 레이저 리프트-오프 방법을 수행하기 위해서는 고출력 레이저 장치를 필요로 하기 때문에 질화갈륨 기판의 제조비용이 많이 소요되고, 주사 방식으로 레이저를 조사하므로 기판과 후막이 분리된 부분과 그렇지 않은 부분이 동시에 존재하게 되고, 각 영역이 서로 다른 힘을 받는 상태에 놓이게 되므로 균열이 발생하여 후막 전체를 균일하게 분리하기 용이하지 않으므로 2인치 이상의 질화갈륨 후막을 얻기가 쉽지 않다는 문제점도 있었다.In addition, since the laser lift-off method requires a high power laser device, a gallium nitride substrate is required to be manufactured and a laser is irradiated by a scanning method. At the same time, since each region is in a state of being subjected to different forces, cracks are generated and thus it is not easy to separate the entire thick film uniformly. Therefore, a gallium nitride thick film of 2 inches or more is not easy to obtain.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 질화갈륨 후막 제조장치를 통해 모기판의 온도를 조절하여 모기판 상부에 질화갈륨 리프트 오프층(lift-off layer)을 먼저 성장시킨 후 그 상부에 질화갈륨 후막을 성장시키고, 상기 질화갈륨후막이 소정의 두께로 성장이 완료되면 급속하게 모기판의 온도를 강하시킴으로써 질화갈륨 리트프 오프층과 모기판 사이의 열팽창 계수 부정합에 의하여 모기판으로부터 질화갈륨 후막이 자체 분리되도록 하는 질화갈륨 자기 직립 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention controls the temperature of the mother substrate through a gallium nitride thick film production apparatus to first grow a gallium nitride lift-off layer on the mother substrate, and then gallium nitride thereon. When the thick film is grown and the thick gallium nitride film is grown to a predetermined thickness, the gallium nitride thick film is removed from the mother substrate by a thermal expansion coefficient mismatch between the gallium nitride leaf off layer and the mother substrate by rapidly lowering the temperature of the mother substrate. It is an object of the present invention to provide a method for producing a gallium nitride self-standing substrate which allows self-separation.

또한, 상기와 같이 레이저 리프트 오프 방법을 사용하지 않음으로 질화갈륨 기판의 제조공정을 단순화하고, 그 제조비용을 줄일 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to simplify the manufacturing process of the gallium nitride substrate and reduce the manufacturing cost by not using the laser lift-off method as described above.

또한, 상기와 같이 질화갈륨 후막과 모기판 사이에 질화갈륨 리프트-오프층을 형성하고, 급속한 온도강하에 따른 열팽창 계수 차이로 인해 모기판과 질화갈륨 후막을 분리함으로써 종래의 레이저 리프트 오프 방법으로 인해 발생하던 균열의 발생을 방지하여 고품질의 질화갈륨 기판을 얻을 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, by forming a gallium nitride lift-off layer between the gallium nitride thick film and the mother substrate as described above, by separating the mother substrate and gallium nitride thick film due to the difference in thermal expansion coefficient due to rapid temperature drop due to the conventional laser lift off method Another object of the present invention is to prevent generation of cracks and to obtain a high quality gallium nitride substrate.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 HVPE법으로 질화갈륨 후막을 제조하는 장치를 이용하여 상기 질화갈륨 기판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 질화갈륨 후막 제조장치에 모기판을 설치하고 모기판의 온도를 질화갈륨 후막 성장 온도보다 낮은 저온 상태로 일정시간 동안 유지하여 소정 두께의 질화갈륨 리프트 오프층을 형성하는 단계와; 상기 질화갈륨 리프트 오프층이 형성되면 모기판의 온도를 질화갈륨 후막 성장 온도로 상승시켜 질화갈륨 리프트 오프층 상부에 질화갈륨 후막을 형성하는 단계와; 상기 질화갈륨 후막이 생성되면 모기판의 온도를 상온으로 급속 강하시켜 모기판으로부터 질화갈륨 후막을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 자기 직립 기판의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing the gallium nitride substrate by using a device for producing a gallium nitride thick film by the HVPE method, the mother substrate is installed in the gallium nitride thick film manufacturing apparatus and the temperature of the mother substrate Forming a gallium nitride lift off layer having a predetermined thickness by maintaining at a low temperature lower than the gallium nitride thick film growth temperature for a predetermined time; Forming a gallium nitride thick film on the gallium nitride lift off layer by raising the temperature of the mother substrate to the gallium nitride thick film growth temperature when the gallium nitride lift off layer is formed; When the gallium nitride thick film is generated to provide a method for producing a gallium nitride self-standing substrate comprising the step of rapidly lowering the temperature of the mother substrate to room temperature to separate the gallium nitride thick film from the mother substrate.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명에 따른 자기 직립 질화갈륨 기판을 제조하기 위한 장치를 나타낸 것으로, 그 구성은 도1에 도시된 바와 같이 반응관(100)의 일측에 HCl 등의 Halide 가스가 주입되는 제1가스 주입관(110)과, NH₃ 등의 V-족 원소를 포함하는 기체가 주입되는 제2가스 주입관(120)이 형성되며, 상기 제1가스 주입관(110) 중간에는 Ga 등과 같은 Ⅲ-족 원소를 안착시키기 위한 용기(130)가 설치된다. 또한, 상기 반응관(100) 내부에는 탄화규소 또는 사파이어 등의 모기판(200)을 안치하기 위한 모기판 안치대(140)가 설치되며, 타측에는 반응가스들을 배기시키기 위한 배기 구(150)가 형성된다. 또한, 상기 반응관(100) 외벽에는 전기로(160)가 설치되어 반응관(100)의 온도를 조절할 수 있도록 한다.Figure 3 shows an apparatus for manufacturing a self-standing gallium nitride substrate according to the present invention, the configuration is a first gas in which a halogen gas such as HCl is injected into one side of the reaction tube 100 as shown in FIG. An injection pipe 110 and a second gas injection pipe 120 through which a gas containing a V-group element such as NH ₃ is injected are formed, and III- such as Ga is formed in the middle of the first gas injection pipe 110. The container 130 for seating a group element is provided. In addition, the reaction tube 100 is provided with a mother substrate holder 140 for placing the mother substrate 200, such as silicon carbide or sapphire, the exhaust port 150 for exhausting the reaction gases on the other side is provided Is formed. In addition, an electric furnace 160 is installed on the outer wall of the reaction tube 100 to control the temperature of the reaction tube 100.

다만, 도3의 질화갈륨 기판 제조장치는 배기구(150)를 통해 질화갈륨 후막이 형성된 모기판(200)을 외부로 꺼내기 위한 기판 홀더(170)가 더 설치된다.However, the gallium nitride substrate manufacturing apparatus of FIG. 3 further includes a substrate holder 170 for taking out the mother substrate 200 on which the gallium nitride thick film is formed through the exhaust port 150.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기직립 질화갈륨 기판 제조장치는 HVPE법에 의해 질화갈륨 후막을 성장시킨다.The self-standing gallium nitride substrate manufacturing apparatus according to the present invention configured as described above grows a gallium nitride thick film by the HVPE method.

먼저, 상기 질화갈륨 후막 제조장치의 기판 안치대에 사파이어, SiC, Si, GaAs 중 어느 하나를 모기판으로 안치한 후, 전기로를 작동시켜 모기판의 온도가 300 내지 700℃를 유지하도록 한다. 다음에, 상기한 온도로 모기판이 유지되는 상태에서 제2가스 주입관(120)을 통해 V-족 원소를 포함하는 기체인 NH₃를 주입하고, 제1가스 주입관(110)을 통해 Halide 가스인 HCl을 주입한다. 상기와 같이 제1가스 주입관을 통과하는 HCl 가스는 용기(130)에 담겨있는 Ga을 통과하면서 GaCl을 생성하게 되고, 상기 생성된 GaCl은 모기판(200)의 상부에서 NH₃와 혼합되어 질화갈륨 리프트 오프층(220)을 생성하게 된다. 다음에 소정의 두께로 질화갈륨 리프트 오프층이 생성되면 가스의 공급을 멈추고 전기로를 더 가열하여 모기판의 온도를 질화갈륨 후막(210)의 생성 온도인 1000 내지 1100℃로 상승시키고, 다시 제1가스 주입관과 제2가스 주입관을 통해 HCl 가스와 NH₃ 기체를 주입한다. 상기와 같이 주입된 가스들에 의해 상기 질화갈륨 리프트 오프층(220) 상부에 소정의 두께를 갖는 질화갈륨 후막(210)을 성장시킨다.First, any one of sapphire, SiC, Si, GaAs is placed in the substrate support of the gallium nitride thick film manufacturing apparatus with a mother substrate, and then operating an electric furnace to maintain the temperature of the mother substrate 300 to 700 ℃. Next, NH ₃ , which is a gas containing a V-group element, is injected through the second gas injection pipe 120 while the mother substrate is maintained at the above temperature, and the halogen gas is supplied through the first gas injection pipe 110. Inject HCl. As described above, the HCl gas passing through the first gas inlet tube generates GaCl while passing through Ga contained in the container 130, and the generated GaCl is mixed with NH ₃ at the upper portion of the mother substrate 200 to be nitrided. The gallium lift off layer 220 is generated. Next, when the gallium nitride lift-off layer is formed to a predetermined thickness, the supply of gas is stopped and the electric furnace is further heated to raise the temperature of the mother substrate to 1000 to 1100 ° C., which is a production temperature of the gallium nitride thick film 210, and then again to the first layer. HCl gas and NH ₃ through the gas injection pipe and the second gas injection pipe. Inject gas. The gallium nitride thick film 210 having a predetermined thickness is grown on the gallium nitride lift off layer 220 by the injected gases.

상기와 같이 모기판 상부에 질화갈륨 리프트 오프층과, 질화갈륨 후막이 생성되면 상기 전기로의 전원을 차단하고 기판 홀더(170)를 이용하여 모기판을 꺼낸다.As described above, when the gallium nitride lift off layer and the gallium nitride thick film are formed on the mother substrate, the power to the electric furnace is cut off, and the mother substrate is taken out using the substrate holder 170.

상기 반응관 밖으로 꺼내어진 모기판은 상온으로 급속도로 냉각되게 되고, 급속한 온도변화로 질화갈륨 리프트 오프층과 모기판 및 질화갈륨 후막이 열팽창 계수의 차이에 기인하여 상호 분리되게 되고, 이로 인해 질화칼륨 후막이 모기판으로 분리되어 질화칼륨 자기 직립 기판을 얻을 수 있다.The mother substrate taken out of the reaction tube is rapidly cooled to room temperature, and the gallium nitride lift-off layer and the mother substrate and gallium nitride thick film are separated from each other due to the difference in the coefficient of thermal expansion due to the rapid temperature change. The thick film is separated into a mother substrate to obtain a potassium nitride self upstanding substrate.

이때, 질화갈륨 리프트 오프층과 질화갈륨 후막이 순차적으로 형성된 모기판을 꺼내기 위한 기판 홀더가 구비되어 있지 않을 경우에는 반응관을 개방시켜 외부의 공기가 내부로 유입되게 함으로써 모기판의 온도를 급속하게 냉각시킬 수도 있다.At this time, when the substrate holder for taking out the mother substrate in which the gallium nitride lift-off layer and the gallium nitride thick film are sequentially formed is not provided, the temperature of the mother substrate is rapidly increased by opening the reaction tube to allow external air to flow into the interior. It can also cool.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 고안의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다. While the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is only for illustrating the invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications or equivalents from the detailed description of the invention. It will be appreciated that one embodiment is possible. Therefore, the true scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 자기직립 질화갈륨 기판의 제조방법은 모기판과 질화갈륨 후막 사이에 질화갈륨 리프트 오프층을 더 형성한 후 모기판의 온도를 급속 냉각시켜 열팽창 계수의 차이에 의해 질화갈륨 리프트 오프층과 모기판 그리고 질화갈륨 후막이 상호 분리되도록 하여 질화갈륨 자기 직립 기판을 제조함으로써 레이저 리프트 오프 방법을 사용하지 않고도 용이하게 질화칼륨 자기 직립 기판을 제조할 수 있다.As described above, the method for manufacturing a self-standing gallium nitride substrate according to the present invention further forms a gallium nitride lift-off layer between the mother substrate and the gallium nitride thick film, and then rapidly cools the temperature of the mother substrate to cause nitriding due to a difference in thermal expansion coefficient. The gallium nitride self upstanding substrate is manufactured by separating the gallium lift off layer, the mother substrate, and the gallium nitride thick film from each other so that the potassium nitride self upstanding substrate can be easily manufactured without using the laser lift off method.

또한, 상기와 같이 레이저 리프트 오프 방법을 사용하지 않음으로 질화갈륨 자기 직립 기판의 제조공정을 단순화하고, 그 제조비용을 줄일 수 있다.In addition, since the laser lift-off method is not used as described above, the manufacturing process of the gallium nitride self-standing substrate can be simplified, and the manufacturing cost thereof can be reduced.

또한, 상기와 같이 질화갈륨 후막과 모기판 사이에 질화갈륨 리프트-오프층을 형성하고, 급속한 온도강하에 따른 열팽창 계수 차이에 의해 모기판과 질화갈륨 후막을 상호 분리함으로써 종래의 레이저 리프트 오프 방법을 사용하기 위해 모기판을 냉각시키는 과정에서 발생하던 질화갈륨 후막의 균열을 방지하여 고품질의 질화갈륨 기판을 얻을 수 있다.In addition, a conventional laser lift-off method is formed by forming a gallium nitride lift-off layer between the gallium nitride thick film and the mother substrate as described above, and separating the mother substrate and the gallium nitride thick film by a difference in thermal expansion coefficient due to rapid temperature drop. It is possible to obtain a high quality gallium nitride substrate by preventing cracks in the gallium nitride thick film generated during the cooling of the mother substrate for use.

Claims

In the method of manufacturing the gallium nitride substrate using an apparatus for producing a gallium nitride thick film by HVPE method,

Installing a mother substrate in the gallium nitride thick film production apparatus and maintaining the temperature of the mother substrate at a low temperature lower than the gallium nitride thick film growth temperature for a predetermined time to form a gallium nitride lift off layer having a predetermined thickness;

Forming a gallium nitride thick film on the gallium nitride lift off layer by raising the temperature of the mother substrate to the gallium nitride thick film growth temperature when the gallium nitride lift off layer is formed;

And when the gallium nitride thick film is generated, separating the gallium nitride thick film from the mother substrate by rapidly lowering the temperature of the mother substrate to room temperature.

The method of claim 1,

The mother substrate is any one of a sapphire substrate, SiC substrate, Si substrate, GaAs substrate manufacturing method of the potassium nitride self-standing substrate.

The method of claim 1,

In the step of forming the gallium nitride lift off layer,

The method of manufacturing a gallium nitride self-standing substrate characterized in that the temperature of the mother substrate is maintained at 300 to 700 ℃.

The method of claim 1,

In the forming of the gallium nitride thick film,

The method of manufacturing a gallium nitride self-standing substrate characterized in that the temperature of the mother substrate is maintained at 1000 to 1100 ℃.

The method of claim 1,

A method of cooling the mother substrate on which the gallium nitride lift off layer and the gallium nitride thick film are sequentially formed is provided.

A method of manufacturing a gallium nitride self-standing substrate, characterized in that a gallium nitride thick film is further provided with a substrate holder to take out the mother substrate to the outside for rapid cooling or to open the vacuum chamber to cool outside the air.