KR20120078124A - 접합기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 접합기판 제조방법은, 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계와, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 이온 주입층 형성하는 단계와, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 캐리어 기판을 접촉시킨 상태에서 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 단계와, 접합기판에 열을 가하여, 접합기판 중 질화갈륨(GaN) 기판 내부의 이온 주입층을 가스층으로 변형시키는 단계와, 접합기판을 질화갈륨(GaN) 기판 내부에 형성된 가스층을 기준으로 분리하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 발광다이오드(LED), 레이저다이오드(LD) 등의 발광소자, 태양전지, 광센서 등의 수광소자, 또는 트랜지스터, 파워디바이스 등의 전자 디바이스에 사용될 수 있는 접합기판 제조기술에 관한 것이다.
발광다이오드(light emitting diode; LED) 소자는 일정한 크기의 순방향 전류를 인가하면 발광구조체 내의 활성층에서 전류가 광으로 변환되어 빛을 발생시키는 전기소자이다. 개발 초기에 발광다이오드(LED) 소자는 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP) 등의 화합물 반도체를 p-i-n 접합구조로 형성하였다.
최근 들어, 발광다이오드(LED) 소자는 그룹 3족 질화물계 반도체 물질 연구 개발에 힘입어 청색 및 자외선 광을 발광하는 소자도 상용화되어 표시장치, 광원용 장치, 환경 응용장치에 널리 이용되고 있다. 나아가 적, 녹, 청색의 3개 발광다이오드(LED) 소자 칩을 조합하거나, 단파장의 펌핑 발광다이오드(pumping LED) 소자에 형광체(phosphor)를 접목하여 백색을 발광하는 백색광원용 발광다이오드(LED) 소자가 개발되어 조명장치로 그 응용범위가 넓어지고 있다. 특히, 고체 단결정 반도체를 이용한 발광다이오드(LED) 소자는 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 평균 5년 이상으로 길며 에너지 소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명용 백색광원 분야에서 주목받고 있다.
도 1 은 종래 접합기판 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도시한 바와 같이, 종래 접합기판 제조방법은 먼저, 사파이어 기판(11)을 반응기 내에 장착한다. 질화갈륨(GaN) 기판을 성장시키기 전에 사파이어 기판(11) 위에 암모니아가스(NH3)와 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 흘려주어 표면처리를 한다. 이후, 반응기 내부 온도를 100℃ 이상의 고온으로 유지한 상태에서 사파이어 기판(11)에 캐리어 가스와 함께 염화갈륨(GaCl)과 암모니아가스(NH3)를 주입하여 질화갈륨(GaN) 기판(21)을 성장시킨다. 이후, 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)을 8시간 정도 냉각시킨다. 냉각된 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)은 인산 에칭된다. 이후 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)을 레이저 분리로로 이송하고, 질화갈륨(GaN) 기판(21)이 성장된 사파이어 기판(11)에 레이저를 조사하여 질화갈륨(GaN) 기판(21)을 분리한다.
도 2 는 종래 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합하는 과정을 도시한다.
도시한 바와 같이, 질화갈륨(GaN) 기판(21)의 질소(N) 면에 이온 주입기를 이용하여 이온들을 주입하여 질화갈륨(GaN) 기판(21) 내부에 이온 주입층(21a)을 형성한다. 이후, 질화갈륨(GaN) 기판(21)의 질소(N) 면에 캐리어 기판(31)을 접촉시킨 상태에서 질화갈륨(GaN) 기판(21)과 캐리어 기판(31)을 접합한다. 이후, 접합기판에 열을 가하여, 접합기판 중 질화갈륨(GaN) 기판(21) 내부의 이온 주입층을 가스층으로 변형시킨다. 이후, 접합기판을 질화갈륨(GaN) 기판(21) 내부에 형성된 가스층을 기준으로 분리한다.
도 3 은 도 2의 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판(31)에 접합한 결과를 도시한 것이다.
여기서, 참조부호 311은 질화갈륨(GaN) 기판이 캐리어 기판(31)에 접합하는 면적을 표시한 것이고, 참조부호 312는 질화갈륨(GaN) 기판이 접합되는 부분을 표시한 것이고, 참조부호 313은 질화갈륨(GaN) 기판이 접합되지 않는 부분이다. 도2에서 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판(31)에 접합한 결과를 보면, 캐리어 기판(31)의 중심부분은 접합되지 않고, 중심부분으로부터 벗어난 테두리 부분 일부만 접합되는 것을 알 수 있다. 이는 질화갈륨(GaN) 기판이 발광다이오드(LED) 소자의 접합기판으로 사용되는 경우, 발광다이오드(LED) 소자의 수명을 단축시키는 문제점을 초래할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 질화갈륨(GaN) 기판의 접촉면적을 증가시킬 수 있는 접합기판 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 접합기판 제조방법은, 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계와, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 이온 주입층 형성하는 단계와, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 캐리어 기판을 접촉시킨 상태에서 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 단계와, 접합기판에 열을 가하여, 접합기판 중 질화갈륨(GaN) 기판 내부의 이온 주입층을 가스층으로 변형시키는 단계와, 접합기판을 질화갈륨(GaN) 기판 내부에 형성된 가스층을 기준으로 분리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 양상에 따른 접합기판 제조방법은, 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계가 연삭(grinding), 래핑(lapping), 연마(polishing), 또는 페이퍼링(papering) 중 적어도 어느 하나의 가공 방법으로 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 본 발명에 따른 접합기판 제조방법은 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계와, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 이온 주입층 형성하는 단계를 포함하여 구현됨으로써, 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하기 전에 질화갈륨(GaN) 기판의 휨을 저감시켜 질화갈륨(GaN) 기판의 접촉면적을 증가시킬 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 종래 접합기판 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 종래 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합하는 과정을 도시한다.
도 3 은 도 2의 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합한 결과를 도시한 것이다.
도 4 는 본 발명에 따른 접합기판 제조방법을 도시한다.
도 5 는 도 4의 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합한 결과를 도시한 것이다.
도 6 은 질화갈륨(GaN) 기판에 이온을 주입하기 전과 후의 기판 휨 변화율을 도시한다.
도 2 는 종래 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합하는 과정을 도시한다.
도 3 은 도 2의 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합한 결과를 도시한 것이다.
도 4 는 본 발명에 따른 접합기판 제조방법을 도시한다.
도 5 는 도 4의 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판에 접합한 결과를 도시한 것이다.
도 6 은 질화갈륨(GaN) 기판에 이온을 주입하기 전과 후의 기판 휨 변화율을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 접합기판 제조방법을 도시한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 접합기판 제조방법은 먼저, 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성한다(S401). 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 S401 단계는, 연삭(grinding), 래핑(lapping), 연마(polishing), 또는 페이퍼링(papering) 중 적어도 어느 하나의 가공 방법으로 구현될 수 있다. 일례로, 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 S401 단계에서, 질화갈륨(GaN) 기판의 일면은 질소(N) 면일 수 있다. 이는 질화갈륨(GaN) 기판의 질소(N) 면이 응력집중층이기 때문이다.
이후, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 이온 주입기를 이용하여 이온 주입층 형성한다(S402). 일례로, 주입되는 이온은 수소, 헬륨, 질소, 산소, 아르곤, 염소 등이 사용될 수 있으며, 나아가 수소와 헬륨, 산소와 아르곤과 질소가 동시에 사용될 수 있다. 일례로, 이온 주입시 필요한 에너지 범위는 100KeV 내지 900KeV이고, 주입되는 양의 범위는 1014㎠ 내지 1019㎠이고, 이온이 주입되는 깊이(D)는 0.001㎛ 내지 10㎛이다.
이후, 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 캐리어 기판을 접촉시킨 상태에서 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합한다(S403). 캐리어 기판은, 실리콘(Silicon), 질화알루미늄(Aluminum Nitride), 산화베릴륨(Beryllium Oxide), 갈륨 비소(Gallium Arsenide), 게르마늄(Germanium), 인듐 포스파이드(Indium Phosphide), 리듐-니오베이트(Lithium Niobate), 리듐-탄탈레이트(Lithium Tantalate) 중에 선택된 어느 하나의 재료로 구현되는 기판이다.
질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 S403 단계는 열과 압력을 가하여 접합할 수 있다. 일례로, 접합하는 방법은 20℃ 이상, 500℃ 이하의 온도 조건과, 1 N/㎠ 이상 30000 N/㎠ 이하의 압력 조건과, 1 Torr 이상 1×10-4 Torr 이하의 진공도 조건과, 1분 이상 600분 이하의 열처리 시간조건에서 이루어질 수 있다.
이후, 접합기판에 열을 가하여, 접합기판 중 질화갈륨(GaN) 기판(21) 내부의 이온 주입층을 가스층으로 변형시킨다(S404). 열처리 공정 시 열처리 온도 및 열처리 시간은 캐리어 기판을 구성하는 재료의 종류에 따라 달라진다. 일례로, 캐리어 기판이 실리콘(Silicon)으로 구현된 기판인 경우, 열처리 공정 시 열처리 온도 및 열처리 시간은 100℃ 이상, 1000℃ 이하의 온도에서, 바람직하게는 200℃ 이상, 800℃ 이하의 온도에서, 1분 이상, 600분 이하의 시간, 바람직하게는 10분 이상, 400분 이하의 시간이 될 수 있다.
이후, 접합기판을 질화갈륨(GaN) 기판 내부에 형성된 가스층을 기준으로 분리한다(S405). 접합기판을 질화갈륨(GaN) 기판 내부에 형성된 가스층을 기준으로 분리 시 450℃ 이상의 고온이 필요하나, 본 발명은 350℃ 이상, 400℃ 이하의 온도 분위기에서도 가능하다. 이에 따라 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
분리공정 후, 연마된 접합기판은 발광다이오드(LED) 소자용 기판, 기타 반도체용 기판에 사용될 수 있다. 한편, 접합기판으로부터 분리된 질화갈륨(GaN) 기판(22)은 표면 연마공정을 거쳐 표면이 평탄한 기판으로 가공되어 재사용될 수 있다.
도 5 는 도 4의 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판(51)에 접합한 결과를 도시한 것이다.
여기서, 참조부호 511은 질화갈륨(GaN) 기판이 캐리어 기판(51)에 접합하는 면적을 표시한 것이고, 참조부호 512는 질화갈륨(GaN) 기판이 접합되는 부분을 표시한 것이고, 참조부호 513은 질화갈륨(GaN) 기판이 접합되지 않는 부분이다. 도5에서 질화갈륨(GaN) 기판을 캐리어 기판(51)에 접합한 결과를 보면, 캐리어 기판(31)의 중심부분은 접합되고, 중심부분으로부터 벗어난 테두리 부분 일부만 접합되지 않는 것을 알 수 있다.
도 6 은 질화갈륨(GaN) 기판에 이온을 주입하기 전과 후의 기판 휨 변화율을 도시한다.
도시한 바와 같이, 질화갈륨(GaN) 기판의 두께가 증가할수록 질화갈륨(GaN) 기판에 이온을 주입하기 전과 후의 기판 휨 변화율이 줄어듦을 알 수 있다. 보통 발광다이오드(LED) 소자 제조업체에서 질화갈륨(GaN) 기판의 두께가 300㎛ 이상을 요구한다. 본 발명의 접합기판 제조방법에 따라 제조된 접합기판은 질화갈륨(GaN) 기판에 이온 주입된 후 휨이 감소하여 질화갈륨(GaN) 기판 접촉 면적이 증가함으로 발광다이오드(LED) 소자의 수명을 연장시킬 수 있다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11: 캐리어 기판
21: 질화갈륨(GaN) 기판
21a: 이온 주입층
31: 캐리어 기판
21: 질화갈륨(GaN) 기판
21a: 이온 주입층
31: 캐리어 기판
Claims (5)
- 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계;
상기 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 이온 주입층 형성하는 단계;
상기 질화갈륨(GaN) 기판의 가공 손상층 반대면에 캐리어 기판을 접촉시킨 상태에서 상기 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 단계;
상기 접합기판에 열을 가하여, 상기 접합기판 중 상기 질화갈륨(GaN) 기판 내부의 이온 주입층을 가스층으로 변형시키는 단계; 및
상기 접합기판을 상기 질화갈륨(GaN) 기판 내부에 형성된 가스층을 기준으로 분리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합기판 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계가,
연삭(grinding), 래핑(lapping), 연마(polishing), 또는 페이퍼링(papering) 중 적어도 어느 하나의 가공 방법으로 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 접합기판 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 질화갈륨(GaN) 기판의 일면을 가공하여 손상층 형성하는 단계가, 상기 질화갈륨(GaN) 기판의 일면이 질화갈륨(GaN) 기판의 질소(N) 면인 것을 특징으로 하는 접합기판 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 질화갈륨(GaN) 기판의 질소(N) 면에 캐리어 기판을 접촉시킨 상태에서 상기 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 단계는,
열과 압력을 가하여 상기 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 접합기판 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 질화갈륨(GaN) 기판의 질소(N) 면에 캐리어 기판을 접촉시킨 상태에서 상기 질화갈륨(GaN) 기판과 캐리어 기판을 접합하는 단계에서,
상기 캐리어 기판은, 실리콘(Silicon), 질화알루미늄(Aluminum Nitride), 산화베릴륨(Beryllium Oxide), 갈륨 비소(Gallium Arsenide), 질화갈륨(Gallium Nitride), 게르마늄(Germanium), 인듐 포스파이드(Indium Phosphide), 리듐-니오베이트(Lithium Niobate), 리듐-탄탈레이트(Lithium Tantalate) 중에 선택된 어느 하나의 재료로 구현된 기판인 것을 특징으로 하는 접합기판 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020100140328A KR20120078124A (ko) | 2010-12-31 | 2010-12-31 | 접합기판 제조방법 |
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| KR (1) | KR20120078124A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113261076A (zh) * | 2018-12-26 | 2021-08-13 | 汉阳大学校产学协力团 | 利用离子注入制造氮化镓衬底的方法 |
-
2010
- 2010-12-31 KR KR1020100140328A patent/KR20120078124A/ko not_active Application Discontinuation
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