KR20170036055A - Substrates for group nitride crystals and their fabrication method - Google Patents

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KR20170036055A
KR20170036055A KR1020177005240A KR20177005240A KR20170036055A KR 20170036055 A KR20170036055 A KR 20170036055A KR 1020177005240 A KR1020177005240 A KR 1020177005240A KR 20177005240 A KR20177005240 A KR 20177005240A KR 20170036055 A KR20170036055 A KR 20170036055A
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iii nitride
group iii
gan
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타다오 하시모토
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서울반도체 주식회사
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Abstract

일 예에서, 본 발명은 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층을 성장하기 위한 기판을 제공한다. 이 기판은 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장을 위해 제공된 제1면 및 제1면에 대향하고 복수의 그루브들을 가지는 제2면을 가진다. 본 발명은 또한 그루브된 기판을 이용하여 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층 또는 벌크 결정을 생산하는 방법을 제공한다. 일 구성에서 그루브된 기판은 보우잉이 감소되고 및/또는 기판으로부터의 자발적인 분리가 가능한 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층 또는 벌크 결정을 성장한다. In one example, the present invention provides a substrate for growing a thick layer of a Group III nitride. The substrate has a first surface provided for epitaxial growth of a Group III nitride and a second surface opposite the first surface and having a plurality of grooves. The present invention also provides a method of producing a thick layer or bulk crystal of a Group III nitride using a grooved substrate. The grooved substrate in one configuration grows a thick layer or bulk crystal of Group III nitride capable of reducing bowing and / or spontaneous separation from the substrate.

Figure P1020177005240
Figure P1020177005240

Description

Ⅲ족 질화물 결정 성장용 기판 및 그 제조 방법{SUBSTRATES FOR GROUP Ⅲ NITRIDE CRYSTALS AND THEIR FABRICATION METHOD}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a substrate for growing Group-III nitride crystals and a method for manufacturing the same. BACKGROUND ART [0002] Substrates for group III nitride crystal growth,

관련 출원의 상호 참조Cross reference of related application

본 출원은 2014년 9월 11일에 출원되고 발명자 타다오 하시모토에 의한 명칭 "Ⅲ족 질화물 결정 성장용 기판 및 그 제조 방법"의 미국 특허출원번호 제62/049,036호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 충분히 표현된 것과 같이 전체적으로 참고 자료로 포함된다.This application claims priority from U.S. Patent Application No. 62 / 049,036, filed on September 11, 2014, entitled " Substrate for Growth of Group-III Nitride Crystals and Method of Manufacturing the Same "by the inventor Tadao Hashimoto, It is included as a reference in its entirety, as fully expressed here.

본 출원은 또한 다음의 미국 특허 출원들에 관련된다:The present application also relates to the following U.S. patent applications:

PCT 특허출원번호 제US2005/024,239호, 2005년 7월 8일 출원, 발명자 켄지 후지토, 타다오 하시모토 및 슈지 나카무라, 명칭 "오토클레이브를 사용한 초임계 암모니아 중에서 Ⅲ족-질화물 결정의 성장 방법", 대리인 번호 30794.0129-WO-01 (2005-339-1);Filed on July 8, 2005, inventors Kenji Fujito, Tadao Hashimoto and Shuzi Nakamura entitled " Method for Growth of Group III-Nitride Crystals in Supercritical Ammonia Using Autoclaves ", PCT Patent Application No. US2005 / 024,239, No. 30794.0129-WO-01 (2005-339-1);

미국 특허출원번호 제11/784,339호, 2007년 4월 6일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 마코트 사이토 및 슈지 나카무라, 명칭 "초임계 암모니아 중에서 큰 표면적 질화갈륨 결정의 성장 방법 및 큰 표면적 질화갈륨 결정", 대리인 번호 30794.179-US-U1(2006-204), 이 출원은 타다오 하시모토, 마코트 사이토 및 슈지 나카무라에 의해 2006년 4월 7일에 출원된 명칭 "초임계 암모니아 중에서 큰 표면적 질화갈륨 결정의 성장 방법 및 큰 표면적 질화갈륨 결정", 대리인 번호 30794.179-US-P1(2006-204)의 미국 임시 특허출원번호 제60/790,310호에 대한 35 U.S.C 섹션 119(e)하의 이익을 주장한다;U.S. Patent Application Serial No. 11 / 784,339, filed on April 6, 2007, inventors Tadao Hashimoto, Makoto Saito and Shuji Nakamura entitled "Method for growing large surface area gallium nitride crystals in supercritical ammonia and large surface area gallium nitride crystals" , U.S. Provisional Patent Application No. 30794.179-US-U1 (2006-204), filed on April 7, 2006 by Tadao Hashimoto, Makoto Saito and Shuji Nakamura, entitled "Growth of Large Surface Area Gallium Nitride Crystals Methods and large surface area gallium nitride crystals ", Attorney Docket No. 30794.179-US-P1 (2006-204), under 35 USC Section 119 (e) for US provisional patent application No. 60 / 790,310;

미국 특허출원번호 제60/973,602호, 2007년 9월 19일 출원, 발명자 타다오 하시모토 및 슈지 나카무라, 명칭 "질화갈륨 벌크 결정 및 이들의 성장 방법", 대리인 번호 30794.244-US-P1(2007-809-1);U.S. Patent Application Serial No. 60 / 973,602, filed on September 19, 2007, inventors Tadao Hashimoto and Shuji Nakamura entitled "Gallium Nitride Bulk Crystals and Their Growth Methods", Attorney Docket No. 30794.244-US-P1 (2007-809- One);

미국 특허출원번호 제11/977,661호, 2007년 10월 25일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 명칭 "초임계 암모니아와 질소의 혼합물 중에서 Ⅲ족-질화물 결정의 성장 방법 및 이로써 성장된 Ⅲ족-질화물 결정", 대리인 번호 30794.253-US-U1(2007-774-2);U.S. Patent Application No. 11 / 977,661, filed on October 25, 2007, inventor Tadao Hashimoto, entitled " Method for Growing Group III-Nitride Crystals in a Mixture of Supercritical Ammonia and Nitrogen and the Group III- , Attorney Docket No. 30794.253-US-U1 (2007-774-2);

미국 특허출원번호 제61/067,117호, 2008년 2월 25일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 에드워드 레츠 및 마사노리 이카리, 명칭 "Ⅲ족-질화물 웨이퍼의 제조 방법 및 Ⅲ족-질화물 웨이퍼", 대리인 번호 62158-30002.00 또는 SIXPOI-003;U.S. Patent Application No. 61 / 067,117, filed on February 25, 2008, inventor Tadao Hashimoto, Edward Litz and Masanori Ikari, "Method of Manufacturing Group III-Nitride Wafer and Group III-Nitride Wafer," Attorney Docket No. 62158- 30002.00 or SIXPOI-003;

미국 특허출원번호 제61/058,900호, 2008년 6월 4일 출원, 발명자 에드워드 레츠, 타다오 하시모토 및 마사노리 이카리, 명칭 "암열 성장에 의한 초기 Ⅲ족-질화물 시드로부터 결정성이 개선된 Ⅲ족-질화물 결정의 제조 방법", 대리인 번호 62158-30004.00 또는 SIXPOI-002;U.S. Patent Application No. 61 / 058,900, filed June 4, 2008, Inventor Edward W., Tadao Hashimoto and Ikari Masanori, "Group III-nitride with improved crystallinity from the initial Group III nitride Method for producing crystals ", Attorney Docket No. 62158-30004.00 or SIXPOI-002;

미국 특허출원번호 제61/058,910호, 2008년 6월 4일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 에드워드 레츠, 및 마사노리 이카리, 명칭 "Ⅲ족 질화물 결정의 성장을 위한 고압 용기 및 고압 용기를 사용한 Ⅲ족 질화물 결정의 성장 방법 및 Ⅲ족 질화물 결정", 대리인 번호 62158-30005.00 또는 SIXPOI-005;U.S. Patent Application No. 61 / 058,910, filed June 4, 2008, inventors Tadao Hashimoto, Edward Litz, and Masanori Ikari, "Group-III nitride crystallization using a high pressure vessel for growth of Group- ≪ / RTI > Growth Method and Group Ill-nitride Crystals ", Attorney Docket No. 62158-30005.00 or SIXPOI-005;

미국 특허출원번호 제61/131,917호, 2008년 6월 12일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 마사노리 이카리 및 에드워드 레츠, 명칭 "Ⅲ-질화물 웨이퍼의 시험 방법 및 시험 데이터를 가진 Ⅲ-질화물 웨이퍼", 대리인 번호 62158-30006.00 또는 SIXPOI-001;U.S. Patent Application No. 61 / 131,917 filed on June 12, 2008, inventors Tadao Hashimoto, Masanori Ikari and Edward Litz, "III-nitride wafers with test method and test data for III-nitride wafers", Attorney Docket No. 62158-30006.00 or SIXPOI-001;

미국 특허 출원 번호 제61/106,110호, 2008년 10월 16일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 마사노리 이카리 및 에드워드 레츠, 명칭 "Ⅲ족 질화물 결정 성장용 반응기 설계 및 Ⅲ족-질화물 결정의 성장 방법", 대리인 번호 SIXPOI-004;U.S. Patent Application No. 61 / 106,110, filed on October 16, 2008, inventors Tadao Hashimoto, Masanori Ikari and Edward Litz, "Design of Reactor for Group III Nitride Crystal Growth and Growth of Group III-Nitride Crystals" No. SIXPOI-004;

미국 특허출원번호 제61/694,119호, 2012년 8월 28일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 에드워드 레츠 및 시에라 호프, 명칭 "Ⅲ족 질화물 웨이퍼 및 제조 방법", 대리인 번호 SIXPOI-015;U.S. Patent Application No. 61 / 694,119, filed on August 28, 2012, inventor Tadao Hashimoto, Edward Litz and Sierra Hoff, entitled "Group III nitride wafers and fabrication method", Attorney Docket No. SIXPOI-015;

미국 특허 출원 번호 제61/705,540호, 2012년 9월 25일 출원, 발명자 타다오 하시모토, 에드워드 레츠 및 시에라 호프, 명칭 "Ⅲ족 질화물 결정을 성장하는 방법", 대리인 번호 SIXPOI-014;U.S. Patent Application No. 61 / 705,540, filed on September 25, 2012, inventor Tadao Hashimoto, Edward Litz and Sierra Hoff, entitled "Method for Growing Group III Nitride Crystals", Attorney Docket No. SIXPOI-014;

이들 출원들은 아래에 충분히 표현된 것과 같이 전체적으로 여기에 참고 자료로 포함된다.These applications are hereby incorporated by reference in their entirety as if fully set forth below.

본 발명은 GaN 및 AlN과 같은 Ⅲ족 질화물 반도체 재료의 두꺼운 층 또는 벌크 결정을 생산하기 위해 사용되는 기판에 관한 것이다. 본 발명은 또한 Ⅲ족 질화물 반도체 재료의 두꺼운 층 또는 벌크 결정을 생산하는 방법을 제공한다. Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층 또는 벌크 결정은 GaN 웨이퍼와 같이 Ⅲ족 질화물 반도체의 웨이퍼를 생산하기 위해 사용된다. The present invention relates to a substrate used to produce a thick layer or bulk crystal of a Group III nitride semiconductor material such as GaN and AlN. The present invention also provides a method of producing a thick layer or bulk crystal of a Group III nitride semiconductor material. A thick layer or bulk crystal of Group III nitride is used to produce wafers of Group III nitride semiconductors, such as GaN wafers.

기존 기술의 설명Explanation of existing technology

본원은 대괄호 내의 번호, 예를 들어 [x]로 지시된 바와 같은 몇몇 간행물 및 특허를 참조한다. 다음은 이들 간행물 및 특허의 리스트이다:The present application refers to a number of publications and patents as indicated by numbers in square brackets, e.g., [x]. The following is a list of these publications and patents:

[1] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Patent No. 6,656,615.[1] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Pat. Patent No. 6,656,615.

[2] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Patent No. 7,132,730.[2] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Pat. Patent No. 7,132,730.

[3] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Patent No. 7,160,388.[3] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Pat. Patent No. 7,160,388.

[4] K. Fujito, T. Hashimoto, S. Nakamura, 국제특허출원 번호 PCT/US2005/024239, WO07008198.[4] K. Fujito, T. Hashimoto, S. Nakamura, International Patent Application Nos. PCT / US2005 / 024239, WO07008198.

[5] T. Hashimoto, M. Saito, S. Nakamura, 국제특허출원 번호 PCT/US2007/008743, WO07117689. 또한 US20070234946, 2007년 4월 6일에 출원된 미국 출원번호 제11/784,339호 참조.[5] T. Hashimoto, M. Saito, S. Nakamura, International Patent Application No. PCT / US2007 / 008743, WO07117689. See also US20070234946, U.S. Serial No. 11 / 784,339, filed April 6, 2007.

[6] D' Evelyn, U.S. Patent No. 7,078,731[6] D 'Evelyn, U.S. Patent No. 7,078,731

[7] Sakai et al., Applied Physics Letters vol. 71 (1997) p.2259.[7] Sakai et al., Applied Physics Letters vol. 71 (1997) p.2259.

본원에 열거된 상기 참고문헌들 각각은 여기에 충분히 표현된 것과 같이 전체적으로, 특히 Ⅲ족 질화물 기판을 제조하고 사용하는 방법의 설명과 관련하여 참고 자료로 포함된다.Each of the above-listed references cited herein are incorporated by reference in their entirety, particularly as expressed herein, in connection with the description of how to make and use a Group III nitride substrate.

질화갈륨(GaN) 및 그와 관련된 Ⅲ족 질화물 합금은 LED, LD, 마이크로파 파워 트랜지스터, 및 솔라-블라인드 광 검출기와 같은 다양한 광전자 및 전자 소자를 위한 핵심 재료이다. 현재 LED는 디스플레이, 지시기, 일반 조명에 널리 사용되고 있고, LD는 데이터 저장 디스크 드라이브에 사용되고 있다. 그러나 이들 소자의 대부분은 사파이어 및 탄화규소와 같은 이종 기판 상에 에피택셜 성장되는데, GaN 기판이 이들 이종 에피택셜 기판에 비해 극히 비싸기 때문이다. Ⅲ족 질화물의 이종 에피택셜 성장은 매우 결함이 많은 또는 심지어 크랙이 형성된 필름을 야기하고, 이는 일반 조명 또는 고출력 마이크로파 트랜지스터용 고 휘도 LED와 같은 하이엔드(high-end) 광학 및 전자 소자의 실현을 방해한다.Gallium nitride (GaN) and related Group III nitride alloys are key materials for a variety of optoelectronic and electronic devices such as LEDs, LDs, microwave power transistors, and solar-blind photodetectors. Currently, LEDs are widely used in displays, indicators, general lighting, and LDs are used in data storage disk drives. However, most of these devices are epitaxially grown on heterogeneous substrates such as sapphire and silicon carbide because GaN substrates are extremely expensive compared to these heteroepitaxial substrates. The heteroepitaxial growth of Group-III nitrides results in highly defective or even cracked films, which leads to the realization of high-end optical and electronic devices such as high-brightness LEDs for general illumination or high power microwave transistors Interfere.

이종 에피택시에 의해 야기되는 근본적인 문제를 해결하기 위해, 결정질의 Ⅲ족 질화물을 이용하는 것은 필수적이다. 대부분의 소자들에 있어서, 웨이퍼의 도전성을 제어하는 것이 상대적으로 쉽고, GaN 웨이퍼가 소자층들과 가장 적은 격자/열 부정합(mismatch)을 제공할 것이기 때문에, 결정질의 GaN 웨이퍼가 선호된다. 그러나 높은 융점 및 상승된 온도에서의 높은 질소 증기압에 기인하여, GaN 결정 잉곳(ingot)을 성장하는 것이 어려웠다. 현재, 상업적으로 이용가능한 GaN 웨이퍼의 대부분은 수화물 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy: HVPE)에 의해 생산된다.In order to solve the fundamental problem caused by heteroepitaxy, it is essential to use a crystalline Group III nitride. In most devices, a crystalline GaN wafer is preferred because it is relatively easy to control the conductivity of the wafer and the GaN wafer will provide the least lattice / thermal mismatch with the device layers. However, due to the high nitrogen vapor pressure at high melting point and elevated temperature, it has been difficult to grow GaN crystal ingots. Currently, most of the commercially available GaN wafers are produced by hydride vapor phase epitaxy (HVPE).

GaN 웨이퍼가 슬라이스 될 수 있는 GaN 벌크 결정을 얻기 위해, 암열(ammonothermal) 성장, 플럭스 성장, 고온 용해 성장이 개발되어 왔다. 암열법은 초임계(supercritical) 암모니아 중에서 Ⅲ족 질화물 결정을 성장한다[1-6]. 플럭스법 및 고온 용액 성장은 Ⅲ족 금속의 용해를 이용한다. 그러나 이들 방법은 전형적으로 GaN 시드(seed) 결정을 필요로 한다. 단결정 GaN이 자연에 존재하지 않기 때문에, HVPE에 의해 성장된 GaN 웨이퍼가 전형적으로 시드 결정으로 사용된다.Ammonothermal growth, flux growth, and high temperature melting growth have been developed to obtain GaN bulk crystals in which GaN wafers can be sliced. Amorphous growth of group III nitride crystals in supercritical ammonia [1-6]. Flux processes and hot solution growth utilize the dissolution of Group III metals. However, these methods typically require GaN seed crystals. GaN wafers grown by HVPE are typically used as seed crystals because single crystal GaN is not present in nature.

HVPE에 의해 Ⅲ족 질화물 웨이퍼를 생산하기 위해, Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층(> 500 마이크로미터)이 기판, 전형적으로 사파이어, 탄화규소, 실리콘, 또는 갈륨비소 상에 성장된다. 그 후, 상기 기판은 기계적 그라인딩, 레이저-어시스티드 분리 또는 화학적 식각에 의해 제거된다. 이들 방법은 그러나 기판을 제거하기 위한 추가 공정을 필요로 한다.To produce Group-III nitride wafers by HVPE, a thick layer of Group III nitride (> 500 micrometers) is grown on the substrate, typically sapphire, silicon carbide, silicon, or gallium arsenide. The substrate is then removed by mechanical grinding, laser-assisted separation or chemical etching. These methods, however, require an additional process to remove the substrate.

특별한 버퍼층 또는 패터닝이 결정질 기판의 앞면 측에 제조되면 두꺼운 GaN막의 자발적인 분리(또는 자동 분리, 자가 분리, 자가 박리)에 대한 몇몇 기술이 있다. 예를 들어, 사파이어 기판의 앞면 측 상의 주기적인 SiO2 스트라이프 마스크는 GaN의 선택 성장을 가능하게 한다[7]. GaN층이 사파이어 기판 상에 단지 부분적으로 부착되기 때문에, 두꺼운 GaN층은 성장 후 냉각할 때 기판으로부터 박리된다. 유사하게, 기판의 앞면 상에 주기적인 트렌치를 생성하면, 소위 캔틸레버 에피택시(cantilever epitaxy)가 발생되고, 뭉쳐진 층은 또한 냉각시 박리된다. 이들 선택적 성장은 전형적으로 전위(dislocation)의 전파 방향을 변경하고, 전위의 소멸을 유발한다. 그러나 이는 GaN의 표면 상에 불규칙한 분포의 전위들을 유발하고, 이는 래핑(lapping) 및 연마(polishing)에 좋지 않다. 특히, 화학 기계적 연마(CMP)는 화학적 효과를 이용하는데, 이는 전위에 민감하다. 불규칙한 분포의 전위는 CMP 후에 높이 요동을 유발한다.There are several techniques for spontaneous separation (or auto-separation, self-separation, self-stripping) of thick GaN films when a special buffer layer or patterning is fabricated on the front side of the crystalline substrate. For example, periodic SiO2 stripe masks on the front side of sapphire substrates enable selective growth of GaN [7]. Since the GaN layer is only partially deposited on the sapphire substrate, the thick GaN layer is separated from the substrate upon cooling after growth. Similarly, creating a periodic trench on the front side of the substrate results in a so-called cantilever epitaxy, which is also peeled off upon cooling. These selective growths typically change the direction of propagation of the dislocation and cause dislocation of the dislocation. However, this causes irregularly distributed dislocations on the surface of GaN, which is not good for lapping and polishing. In particular, chemical mechanical polishing (CMP) utilizes chemical effects, which are potential sensitive. Irregular distribution potential causes height fluctuation after CMP.

일 예에서, 본 발명은 0.5㎜보다 큰 두께를 가지는 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층 또는 벌크 결정을 성장하기 위한 기판을 제공한다. 사파이어, 탄화규소, 석영(quartz), 글래스, 또는 질화갈륨과 같은 기판이 뒷면에 그루브들(grooves)을 가지며, 상기 뒷면에는 Ⅲ족 질화물 결정이 성장될 수도 그렇지 않을 수도 있다.In one example, the invention provides a thick layer of Group Ill-nitride having a thickness greater than 0.5 mm or a substrate for growing bulk crystals. Substrates such as sapphire, silicon carbide, quartz, glass, or gallium nitride have grooves on the backside, which may or may not have group III nitride crystals grown.

본 발명은 또한 뒷면에 그루브들을 가지는 기판을 이용하여 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층 또는 벌크 결정을 성장하는 방법을 제공한다. HVPE와 같이, 주로 기판의 하나의 주면 또는 일측 상에 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 막 또는 벌크 결정을 성장하기에 적합한 결정 성장 방법이 바람직하게 사용된다.The present invention also provides a method of growing a thick layer or bulk crystal of a Group III nitride using a substrate having grooves on its back surface. A crystal growth method suitable for growing a thick film or bulk crystal of Group-III nitride on one main surface or one side of the substrate, such as HVPE, is preferably used.

이제 도면들이 참조되는데, 다음의 도면들에 걸쳐서 유사한 지시 번호들은 상응하는 부분들을 나타낸다:
도 1은 뒷면에 그루브들의 세트를 구비하는 기판의 기판 가장자리에서 본 개략적인 도면이다.
도면에서 각 번호는 다음을 나타낸다:
1. 뒷면에 그루브들을 구비하는 기판
1a. 기판의 제1 측(앞면)
1b. 기판의 제2 측(뒷면)
2. 그루브
3. 그루브의 폭
4. 그루브의 피치
5. 그루브의 깊이
6. 기판의 두께
도 2는 다중의 그루브들이 기판의 제2 측에 형성되는 방법을 보여주는, 개략적인 기판의 저면도이다.
도면에서 각 번호는 다음을 나타낸다:
1b. 기판의 제2 측(뒷면)
2. 그루브
도 3은 그루브 된 사파이어 기판의 뒷면의 현미경 이미지이다. 도면에서 각 번호는 다음을 나타낸다:
1b. 기판의 제2 측(뒷면)
2. 그루브
도 4는 사파이어 기판의 뒷면에 만들어진 그루브 표면의 현미경 이미지이다. 도면에서 각 번호는 다음을 나타낸다:
1b. 기판의 제2 측(뒷면)
2. 그루브
2a. 그루브 방향을 따르는 스크래치.
도 5는 생산 방법의 개략적인 흐름이다. 도 5(A)는 Ⅲ족 질화물의 성장을 위해 준비된 제1면(앞면)을 구비하는 기판이다. 도 5(B)는 제2면(뒷면)에 만들어진 그루브를 구비하는 기판이다. 도 5(C)는 기판의 두께보다 더 큰 두께로 제1면 상에 성장된 Ⅲ족 질화물을 구비하는 기판이다. 도 5(D)는 기판으로부터의 Ⅲ족 질화물 막의 자발적인 분리 후이다. 도면에서 각 번호는 다음을 나타낸다:
1. 뒷면에 그루브들을 구비하는 기판
2. 그루브
2b. 크랙(crack)
7. 기판
8. 기판에 부착된 Ⅲ족 질화물층
9. 기판으로부터 분리된 Ⅲ족 질화물층.
도 6은 Ⅲ족 질화물층의 보우잉(bow)의 개략적인 도면이다.
도면에서 각 번호는 다음을 나타낸다:
10. 기판 또는 상기 기판과 Ⅲ족 질화물층
11. 보우잉 양
Reference is now made to the drawings, wherein like reference numerals throughout the following figures represent corresponding parts:
Figure 1 is a schematic view from the substrate edge of a substrate having a set of grooves on its back side.
In the figures, each number represents:
1. A substrate having grooves on its back side,
1a. The first side (front side)
1b. The second side (back side)
2. Groove
3. Width of groove
4. The pitch of the groove
5. Depth of groove
6. Substrate thickness
2 is a bottom plan view of a schematic substrate showing how multiple grooves are formed on the second side of the substrate;
In the figures, each number represents:
1b. The second side (back side)
2. Groove
3 is a microscope image of the back side of the grooved sapphire substrate. In the figures, each number represents:
1b. The second side (back side)
2. Groove
4 is a microscope image of the groove surface formed on the back surface of the sapphire substrate. In the figures, each number represents:
1b. The second side (back side)
2. Groove
2a. Scratches along the groove direction.
5 is a schematic flow of the production method. 5 (A) is a substrate having a first surface (front surface) prepared for the growth of Group-III nitride. 5B is a substrate having a groove made on the second surface (back surface). 5 (C) is a substrate having a Group III nitride grown on the first surface to a thickness greater than the thickness of the substrate. 5 (D) is after spontaneous separation of the Group III nitride film from the substrate. In the figures, each number represents:
1. A substrate having grooves on its back side,
2. Groove
2b. Crack
7. Substrate
8. A Group III nitride layer
9. A Group III nitride layer separated from a substrate.
Figure 6 is a schematic diagram of the bow of a Group III nitride layer.
In the figures, each number represents:
10. A method of manufacturing a substrate or a substrate comprising a Group III nitride layer
11. Boing Yang

개요summary

일 예에서, 본 발명의 기판은 보우잉이 감소되고 그리고 추가적으로 자발적인 분리가 가능한 GaN과 같은 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 성장을 가능하게 한다. Ⅲ족 질화물이 광전자 소자 및 전자 소자에 일반적으로 사용되고 있지만, 대부분의 소자들은 사파이어, 탄화규소, 및 실리콘과 같은 이종 에피택셜 기판을 이용한다. 이는 저비용, 고품질의 프리스탠딩 Ⅲ족 질화물 웨이퍼가 없기 때문이다. 최근, GaN 기판이 수화물 기상 에피택시(HVPE), 암열법, 및 플럭스법으로 생산되었으며, AlN 웨이퍼가 HVPE 및 물리적 기상 이동 방법(physical vapor transport method)으로 생산되었다. 이들 방법 중에서, HVPE가 가장 일반적으로 사용되고 있다. GaN 기판의 HVPE 생산은 기판 상에의 두꺼운 GaN층의 성장 및 기판의 제거와 연루된다.In one example, the substrate of the present invention enables thick growth of Group-III nitride such as GaN, with reduced bowing and additional spontaneous separation. Group-III nitride is commonly used in optoelectronic and electronic devices, but most devices use heteroepitaxial substrates such as sapphire, silicon carbide, and silicon. This is because there is no low-cost, high-quality, free-standing Group III nitride wafer. In recent years, GaN substrates have been produced by hydride vapor phase epitaxy (HVPE), thermal annealing, and flux methods, and AlN wafers have been produced by HVPE and physical vapor transport methods. Of these methods, HVPE is the most commonly used. HVPE production of a GaN substrate is involved with growth of a thick GaN layer on the substrate and removal of the substrate.

GaN 또는 다른 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층이 이종 에피택셜 기판 상에 성장될 때, 상기 층은 격자 상수 및 열 팽창 계수의 부정합에 기인하여 고도로 스트레스를 받는다. 이 스트레스는 층 및 기판의 보우잉을 유발한다. 보우잉이 임계 값을 초과하면, 상기 층 및/또는 기판은 깨질 것이다. 이에 더하여, GaN 기판 상에의 벌크/두꺼운 GaN의 동종 에피택셜 성장 조차도 때때로 보우잉 및 크랙킹을 유발한다. 따라서, 스트레스를 감소시켜 두꺼운 층 및/또는 그것이 성장되는 기판의 보우잉을 감소시키는 것이 중요하다.When a thick layer of GaN or other Group III nitride is grown on a heterogeneous epitaxial substrate, the layer is highly stressed due to mismatch of lattice constant and thermal expansion coefficient. This stress causes the layer and the substrate to bow. If the bow exceeds the threshold, the layer and / or the substrate will break. In addition, even bulk epitaxial growth of bulk / thick GaN on a GaN substrate sometimes causes bouncing and cracking. Therefore, it is important to reduce the stress to reduce the thickening of the thick layer and / or the substrate on which it is grown.

HVPE에 의한 GaN과 같은 Ⅲ족 질화물의 생산 공정에서의 또 다른 문제는 기판의 제거이다. 기계적 그라인딩, 레이저 리프트-오프 및 화학적 식각과 같은 몇가지 방법들이 현재 사용되고 있지만 이들 방법은 기판을 분리하기 위한 추가적인 공정 및 새로운 성장을 필요로 한다. 기판으로부터의 GaN층의 자발적인 분리의 몇몇 경우들이 보고되었다. 하나의 방법은 마스크 또는 트렌치로 선택적 성장을 이용하는데, 그럼에도 불구하고 선택적 성장은 일 영역에 전위들을 모으게 되어, 전위의 불균일한 분포를 초래한다. 표면에서의 이들 전위의 종단점들은 종종 CMP 공정 동안 피트들을 야기하고, 그러므로 전위의 불균일한 분포는 웨이퍼에 걸쳐 거시적인 두께 편차를 야기할 것이다.Another problem in the production process of Group III nitride such as GaN by HVPE is substrate removal. Several methods such as mechanical grinding, laser lift-off, and chemical etching are currently in use, but these methods require additional processing and new growth to separate the substrate. Several instances of spontaneous separation of the GaN layer from the substrate have been reported. One method uses selective growth with a mask or trench, which nevertheless causes selective accumulation of dislocations in one region, resulting in a non-uniform distribution of dislocations. The end points of these dislocations at the surface often cause pits during the CMP process, and thus a non-uniform distribution of dislocations will cause macroscopic thickness deviations across the wafer.

본 발명의 기술적 설명Technical Description of the Invention

본 발명은 Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층의 성장을 위한 기판을 개시하며, 이 기판은 위에서 논의된 문제들 중 하나 또는 그 이상을 해결할 수 있다. 상기 기판은 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장을 위해 준비된 제1면 또는 앞면에 주 표면을 가지며, 상기 기판은 상기 제1면에 대향하며 복수의 그루브를 가지는 제2의 주 표면 또는 뒷면을 가진다. 특히, 기판 상에 그루브를 가지지 않는 것 이외에는 동일한 기판에 대비하여 또는 Ⅲ족 질화물이 성장될 기판의 제1면 또는 앞면 상에 그루브들을 가지는 것 이외에는 동일한 기판에 대비하여, 상기 그루브들은 기판 상의 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장에 의해 유발되는 에피택셜-증착된 Ⅲ족 질화물 내 스트레스를 감소시킨다.The present invention discloses a substrate for growth of a thick layer of a Group III nitride, which substrate may address one or more of the problems discussed above. The substrate has a main surface on a first surface or a front surface prepared for epitaxial growth of a Group III nitride and the substrate has a second major surface or a back surface opposite the first surface and having a plurality of grooves. In particular, as opposed to the same substrate except that it has no grooves on the substrate, or for the same substrate except that it has grooves on the first side or front side of the substrate on which a Group III nitride is to be grown, Nitride III nitride that is caused by epitaxial growth of the nitride.

바람직하게는 그루브들을 가지지 않는 기판의 제1면은 제1면의 표면을 에피택셜 증착에 적합하게 하도록 적용된 AlN 또는 GaN와 같은 하나 또는 그 이상의 버퍼층 및/또는 고도로 연마된 표면을 가질 수 있으며, 반면에 제2면은 연마되지 않거나 또는 고도로 연마되지 않을 수 있으며, 그리고/또는 그것에 적용된 버퍼층을 가지지 않을 수 있다. 상기 제2면은 따라서 에피택셜 증착에 적합하지 않을 수 있지만, 본 발명의 일 변형예에서는 상기 제2면도 에피택셜 증착에 적합하다.Preferably, the first side of the substrate that does not have grooves may have one or more buffer layers and / or a highly polished surface such as AlN or GaN applied to make the surface of the first side suitable for epitaxial deposition, The second side may not be polished or highly polished, and / or may not have a buffer layer applied thereto. The second side may thus not be suitable for epitaxial deposition, but in one variant of the invention the second side is also suitable for epitaxial deposition.

기판은 비결정질, 다결정질, 또는 단결정일 수 있으며, 석영, 글래스, 사파이어, 탄화규소 또는 실리콘과 같은 이종 에피택셜 재료일 수 있으며, 또는 상기 기판은 GaN 또는 AlN와 같은 동종 에피택셜 재료일 수 있다. 상기 기판은 예를 들어 울짜이트(wurtzite) 결정 구조를 가질 수 있다. 몇몇 예들에 있어서, 상기 기판은 단결정 실리콘, 사파이어, GaN 또는 AlN이다. 기판은 전형적으로 적어도 250 마이크로미터 두께이다. 기판은 적어도 500 마이크로 두께일 수 있으며, 두께는 예를 들어 250 및 500 마이크로 미터 사이일 수 있다.The substrate may be amorphous, polycrystalline, or single crystal and may be a heterophasic material such as quartz, glass, sapphire, silicon carbide, or silicon, or the substrate may be a homogeneous epitaxial material such as GaN or AlN. The substrate may have, for example, a wurtzite crystal structure. In some examples, the substrate is monocrystalline silicon, sapphire, GaN, or AlN. The substrate is typically at least 250 micrometers thick. The substrate may be at least 500 microns thick, and the thickness may be between, for example, 250 and 500 microns.

기판 상의 트렌치들을 이용하는 몇몇 이종 에피택셜 기술들이 있지만, 이들 방법들은 전형적으로 에피택셜 성장이 발생할 기판의 앞면 상에 트렌치들 또는 그루브들을 생성한다. 반면에, 본 발명은 에피택셜 성장이 발생할 필요가 없는 기판의 뒷면 상의 그루브들을 이용한다.While there are several disparate epitaxial techniques that utilize trenches on the substrate, these methods typically create trenches or grooves on the front surface of the substrate where epitaxial growth will occur. On the other hand, the present invention utilizes grooves on the backside of the substrate that do not require epitaxial growth to occur.

도 1의 측면도에 도시되듯이, 도시된 기판(1)은 제1면 또는 주 표면(1a)을 가지며, 이 표면은 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장을 위해 1nm 미만의 차수의 거칠기 Ra로 연마된다. 제2면 또는 주 표면(1b)은 복수의 그루브(2)를 가진다.As shown in the side view of Fig. 1, the illustrated substrate 1 has a first side or major surface 1a, which is polished with an order Ra of less than 1 nm for epitaxial growth of a Group III nitride . The second surface or main surface 1b has a plurality of grooves 2.

도 2는 기판의 주면 또는 표면을 가로지르는 그루브들의 개략적인 도면을 제공한다. 기판의 뒷면(1b)은 본 실시예에 있어서 기판 및/또는 형성되는 Ⅲ족 질화물의 결정 배향을 따르는 그루브들(2)을 가지는데, 바람직하게 상기 그루브들 중 적어도 일부는 기판 내에서 벽개(cleavage) 방향 또는 벽개면을 따라 위치한다. 결정 벽개 방향 또는 벽개면을 따르는 그루브들의 배향은 동일한 그루브들이 기판을 따라 다른 방향으로 위치하는 경우보다 Ⅲ족 질화물이 증착되고 온도가 변할 때 기판을 더 유연하게 할 수 있다. 예를 들어, c-면 사파이어가 기판으로 사용될 때, 그루브들은 바람직하게 사파이어의 m-면을 따라 형성된다. 바람직하게, 그루브들은 모든 가능한 동등 면들, 즉, (10-10)면, (01-10)면 및 (1-100)면에 대해 대칭적으로 만들어진다. 그러나 상황에 따라, 비록 성장된 Ⅲ족 질화물 내의 스트레스가 이 경우에 비대칭이 될 수 있지만, 그루브들은 단지 하나의 결정면 또는 두 개의 결정면을 따라 형성될 수 있다.Figure 2 provides a schematic view of grooves across the major surface or surface of the substrate. The back surface 1b of the substrate has grooves 2 along the crystal orientation of the substrate and / or the Group-III nitride formed in this embodiment, preferably at least some of the grooves are cleavage ) Direction or along a cleavage plane. The orientation of the cleavage cleavage or grooves along the cleavage plane allows the Group III nitride to be deposited and the substrate to be more flexible when the temperature changes, than when the same grooves are located in different directions along the substrate. For example, when c-plane sapphire is used as the substrate, the grooves are preferably formed along the m-plane of the sapphire. Preferably, the grooves are symmetrically made with respect to all possible equivalent surfaces, namely (10-10), (01-10) and (1-100) planes. However, depending on the situation, grooves can be formed along only one or two crystal planes, although the stress in the grown Group-III nitride can be asymmetric in this case.

기판은 결과적으로 제2면 상에 복수의 그루브들을 가지며, 상기 그루브들은 Ⅲ족 질화물이 증착될 때 및/또는 에피택셜 성장 조건으로부터 상온으로 온도가 바뀔 때 비교 기판보다 기판 내 보우잉이 더 많이 감소하도록 하는 서로 및/또는 기판과의 공간 관계를 가진다. 이 예에서, 비교 기판은 그루브를 전혀 갖지 않을 수 있으며 그 이외에는 본 발명의 기판과 동일할 수 있다. 택일적으로, 상기 비교 기판은 비교 기판의 뒷면이 아니라 Ⅲ족 질화물이 증착되는 앞면에 그루브들을 가질 수 있으며 그 이외에는 본 발명의 기판과 동일할 수 있다. 본 발명의 그루브된 기판은 바람직하게 Ⅲ족 질화물이 처음 기판 상에 증착될 때의 에피택셜 증착 조건하에서 앞면의 표면이 그 표면이 실온에서 가지는 보우잉과 대략 동일한 보우잉을 가지는 충분한 견고성을 가진다.The substrate will eventually have a plurality of grooves on the second side and the grooves will have a greater reduction in substrate bouling than the comparative substrate when the Group III nitride is deposited and / or the temperature is changed from the epitaxial growth conditions to room temperature / RTI > and / or < / RTI > In this example, the comparison substrate may have no grooves and otherwise may be the same as the substrate of the present invention. Alternatively, the comparative substrate may have grooves on the front surface where the Group-III nitride is deposited rather than on the backside of the comparative substrate, and otherwise may be the same as the substrate of the present invention. The grooved substrate of the present invention preferably has sufficient rigidity that the surface of the front surface under epitaxial deposition conditions when the Group III nitride is initially deposited on the substrate has approximately the same bowing as its surface has at room temperature.

상기 공간 관계는 기판의 제2면 상의 그루브들의 크기 및 배치에 의해 결정된다. 그루브들의 크기 및 배치를 특징짓기 위해 사용될 수 있는 파라미터들은 예를 들어 그루브 폭, 그루브 깊이, 그루브 피치, 그루브 형상, (위에서 설명한 바와 같이) 기판의 결정 면들에 대한 그루브 배향, 그루브들의 표면 상의 스크래치들, 및 기판 두께를 포함한다. 이들 파라미터들 각각의 조합이 원하는 기판 유연성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.The spatial relationship is determined by the size and placement of the grooves on the second side of the substrate. The parameters that can be used to characterize the size and placement of the grooves are, for example, groove width, groove depth, groove pitch, groove shape, groove orientation relative to the crystal faces of the substrate (as described above), scratches on the surface of the grooves , And substrate thickness. A combination of each of these parameters may be used to provide the desired substrate flexibility.

도 1을 참조하면, 일 예에서, 그루브의 폭(3)은 바람직하게 100 마이크로미터 및 300 마이크로미터 사이이고, 그루브 기판(5)은 바람직하게 50 마이크로미터와 기판(1)의 두께(6)의 75% 사이이다. 그루브들은 서로 이격된다. 그부브들은 평행하거나 교차할 수 있다. 평행한 그루브들은 모든 평행한 그루브들이 동일한 주기를 가지도록 모두 서로 동일한 거리로 이격될 수 있다. 택일적으로, 평행한 그루브들은 제1 세트의 그루브들이 제1 주기의 간격을 가지고, 제2 세트의 그루브들이 제1 주기의 간격과 다른 제2 주기의 간격을 가지도록 기판 상에 배치될 수 있다. 택일적으로, 인접한 평행한 그루브들 사이의 간격은 주기적이지 않을 수 있다. 인접한 그루브들 사이의 간격은 기판의 제2면의 중심에서 멀리 떨어진 주변 영역 내의 인접한 그루브들 사이의 간격보다 스트레스가 더 큰 기판의 제2면의 중심 근처에서 더 작을 수 있다. 논의된 바와 같은 개별적인 그루브들 또는 그루브들 세트들의 피치(4)는 바람직하게 0.1㎜ 및 5㎜ 사이이다. 이들 그루브들은 예를 들어 위에서 설명된 바와 같이 도 2에 예시된 패턴을 가질 수 있다. 도 2에 예시된 그루브들의 세트에 대한 패턴은 3회 대칭(three-fold symmetry)을 가질 수 있다. 그루브들을 교차함으로써 형성된 형상들은 모든 그루브들이 예를 들면 삼각형인 하나의 형상을 가지도록 동일하거나, 상기 형상들은 도 2에 도시되듯이 서로 다른 형상들의 혼합일 수 있는데, 기판의 제2면의 몇몇 부분들은 예를 들어 삼각형이고 다른 몇몇 부분들은 예를 들어 서로 다른 길이 또는 동일한 길이를 가지는 육각형과 같은 또 다른 형상이다. 도 3은 실제 그루브된 사파이어 기판의 현미경 이미지이다. 그루브들은 또한 도 1에 도시되듯이 원호-모양의 바닥과 같은 굴곡진 형상을 가질 수 있으며, 또는 그루브들의 바닥은 그루브들이 형성되는 방법에 따라 평평하거나 V-모양일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그루브들을 따라 스크래치들을 가지는 것이 바람직하다. 이들 그루브를 가지는 하나의 특정 기판은 사파이어 기판이고, 질화갈륨과 같은 Ⅲ족 질화물이 이 기판의 제1면 상에 증착된다.Referring to Figure 1, in one example, the width 3 of the groove is preferably between 100 micrometers and 300 micrometers, the groove substrate 5 is preferably 50 micrometers and the thickness 6 of the substrate 1, Lt; / RTI > The grooves are spaced from each other. The bubbles can be parallel or intersect. The parallel grooves may all be spaced at the same distance from one another so that all of the parallel grooves have the same period. Alternatively, the parallel grooves may be arranged on the substrate such that the first set of grooves have a first period of spacing and the second set of grooves have a second period of spacing that is different from the spacing of the first period . Alternatively, the spacing between adjacent parallel grooves may not be periodic. The spacing between adjacent grooves may be smaller near the center of the second surface of the substrate where the stress is greater than the spacing between adjacent grooves in the peripheral region farther from the center of the second surface of the substrate. The pitch 4 of the individual grooves or sets of grooves as discussed is preferably between 0.1 mm and 5 mm. These grooves may have the pattern illustrated in FIG. 2, for example, as described above. The pattern for the set of grooves illustrated in FIG. 2 may have a three-fold symmetry. The shapes formed by intersecting the grooves may be the same so that all the grooves have, for example, a shape of a triangle, or the shapes may be a mixture of different shapes as shown in FIG. 2, For example triangular, and some other parts, for example, another shape such as a hexagon having a different length or the same length. 3 is a microscope image of an actually grooved sapphire substrate. The grooves may also have a curved shape, such as an arc-shaped bottom, as shown in FIG. 1, or the bottom of the grooves may be flat or V-shaped depending on how the grooves are formed. As shown in Figure 4, it is desirable to have scratches along the grooves. One particular substrate having these grooves is a sapphire substrate, and a Group III nitride such as gallium nitride is deposited on the first side of the substrate.

본 예에서, 그루브 폭, 깊이, 및 피치는 Ⅲ족 질화물이 성장되는 비교 기판의 제1면에 형성된 그루브들의 폭, 깊이 및 피치보다 상당히 크다. Ⅲ족 질화물의 에피택셜 증착 동안 비교 기판의 제1면의 평탄도에 대한 요구는 비교 기판의 제1면 내에서 그루브들의 크기 및 배치를 제한한다. 그러므로, 기판이 Ⅲ족 질화물 성장에 다르게 영향을 주도록 그루브 배치, 모양 및/또는 크기가 다르기 때문에, 여기에 제공된 바와 같은 기판은 단지 Ⅲ족 질화물이 성장될 면 상에 그루브들을 가지는 기판과 다르다.In this example, the groove width, depth, and pitch are significantly larger than the width, depth, and pitch of the grooves formed in the first surface of the comparative substrate on which the Group III nitride is grown. The requirement for flatness of the first side of the comparative substrate during epitaxial deposition of Group-III nitride limits the size and placement of the grooves within the first side of the comparative substrate. Therefore, the substrate as provided herein differs from the substrate having grooves on the side on which the Group III nitride is to be grown, because the substrate placement, shape and / or size are different so that the substrate affects Group-III nitride growth differently.

본 발명의 기판은 손상 받지 않은 평평한 기판의 제1면을 가져서 고품질 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장을 보증할 수 있다. 제2면(뒷면) 상의 그루브들은 기판의 기계적 강도를 감소시킨다. Ⅲ족 질화물 층의 두께가 기판의 두께에 접근하거나 그것을 초과할 때, 결정 격자 및/또는 열 팽창의 부정합에 의해 야기되는 스트레스는 압축하거나 및/또는 구부리거나 그루브들 내에 형성된 스크래치들에서 시작되는 크랙을 생성함으로써 기판의 부분들이 약간 움직이도록 하여 이들 그루브들에 의해 흡수될 수 있다. 이것은 Ⅲ족 질화물 층 내의 스트레스 및/또는 보우잉을 감소시킬 수 있으며, 또한 냉각시 기판으로부터 Ⅲ족 질화물 층의 자발적인 분리를 유도할 수 있다.The substrate of the present invention can have a first surface of an undamaged flat substrate to ensure epitaxial growth of high quality Group III nitride. Grooves on the second side (back side) reduce the mechanical strength of the substrate. When the thickness of the Group III nitride layer approaches or exceeds the thickness of the substrate, the stress caused by mismatching of the crystal lattice and / or the thermal expansion may cause a crack that begins to compress and / or bend or start from scratches formed in the grooves So that portions of the substrate are slightly moved and can be absorbed by these grooves. This can reduce stress and / or bowing in the Group III nitride layer and can also induce spontaneous separation of the Group III nitride layer from the substrate upon cooling.

도 5는 본 발명의 개략적인 공정을 제시한다. 기판(7)은 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장을 위한 적합한 앞면을 갖도록 준비된다(도 5(A)). 복수의 그루브들이 기판(1)을 형성하기 위해 기판의 뒷면 상에 형성된다.(도 5(B)). 그루브들이 기판의 제1면에 형성되는 종래 기술들의 트렌치들 또는 그루브들에 대비하여, 본 예에서 그루브 폭, 깊이 및 피치가 상당히 크다. 덧붙여, 그루브 방향을 따라 수많은 기계적 스크래치들을 가지는 것이 바람직하다. 이런 성질 때문에, 그루브들은 아크형 그루브 바닥을 생성하는 다중 와이어 소(saw)로 가장 바람직하게 생성될 수 있다. 그루브들을 형성하는 또 다른 방법은 실온 또는 상승된 온도에서의 화학적 식각이다. 예를 들어, 사파이어 기판은 고온(>80℃) 인산에 의해 식각될 수 있으며, 탄화규서 및 실리콘은 불산 및 질산의 혼합액, 또는 용융 알칼리-수산화물(수산화나트륨, 수산화칼륨 등) 내에서 식각될 수 있다. 추가 시간을 필요로 하지만, 그루브들은 웨이퍼 다이서와 같은 다른 기계적 방식을 사용하여 또는 반응성 이온 식각과 같은 건식 식각에 의해 만들어질 수 있다. 그루브들은 또한 기판 표면 내로 레이저 식각될 수 있다.Figure 5 presents a schematic process of the present invention. The substrate 7 is prepared to have a suitable front face for epitaxial growth of the Group III nitride (Fig. 5 (A)). A plurality of grooves are formed on the back surface of the substrate to form the substrate 1 (Fig. 5 (B)). In contrast to the prior art trenches or grooves in which grooves are formed on the first side of the substrate, the groove width, depth and pitch are considerably larger in this example. In addition, it is desirable to have a number of mechanical scratches along the groove direction. Because of this nature, the grooves can be most preferably created with a multi-wire saw that creates an arc-shaped groove bottom. Another method of forming the grooves is chemical etching at room temperature or elevated temperature. For example, a sapphire substrate can be etched by high temperature (> 80 DEG C) phosphoric acid, and the silicon carbide and silicon can be etched in a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or in molten alkali-hydroxide (sodium hydroxide, potassium hydroxide, have. Although additional time is needed, the grooves can be made using other mechanical methods such as wafer dicing or by dry etching, such as reactive ion etching. The grooves can also be laser etched into the substrate surface.

제1면은 평평할 수 있다. 택일적으로, 제1면은 참고문헌 [7]에 대해 위에서 언급한 바와 같이 제1면 상에 주기적인 SiO2 스트라이프 마스크 및/또는 예를 들어 참고문헌 [6]에 기술된 바와 같이 제1면에 홀들, 절개부들 및/또는 그루브들을 가질 수 있다.The first side may be flat. Alternatively, the first side may comprise a periodic SiO2 stripe mask on the first side as described above for reference [7] and / or a periodic SiO2 stripe mask on the first side, for example as described in reference [6] Holes, cuts, and / or grooves.

기판의 제1면(앞면)은 그루브들이 형성되기 전 및/또는 후 또는 그루브 형성 공정 동안 에피택셜 증착을 위해 준비될 수 있다. 그루브들을 만들기 위한 공정이 Ⅲ족 질화물이 증착될 제1면의 표면을 오염시키면, 바람직하게 기판은 오염물을 제거하기 위해 세정 및/또는 연마될 수 있다. GaN, AlN, InN 또는 이들의 고용체와 같은 Ⅲ족 질화물(8)이 도 5(C)에 도시된 바와 같이 기판의 제1면 상에 성장된다. 성장 방법은 바람직하게 HVPE 이지만 금속 유기화학 기상 증착(MOCVD), 분자선 에피택시(MBE), 암염 성장, 플럭스 성장, 고온 용해 성장, 에피택셜 스퍼터링과 같은 다른 방법이 사용될 수 있다.The first side (front side) of the substrate may be prepared for epitaxial deposition before and / or after the grooves are formed or during the grooving process. If the process for making the grooves contaminates the surface of the first side on which the Group-III nitride is to be deposited, preferably the substrate can be cleaned and / or polished to remove contaminants. A Group III nitride 8 such as GaN, AlN, InN or their solid solution is grown on the first side of the substrate as shown in Figure 5 (C). The growth method is preferably HVPE, but other methods such as metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), salt growth, flux growth, high temperature lysis growth, epitaxial sputtering can be used.

Ⅲ족 질화물 층의 두께가 커질 때, 기판 및 층은 휘기 시작한다. 상기 층이 사파이이 기판의 경우와 같이 인장 응력을 겪으면, 기판(1) 및 층(8)은 도 5(C)에 도시된 바와 같이 오목하게 된다. 역으로, 상기 층이 압축 응력을 겪으면, 기판(1) 및 층(9)은 볼록하게 된다. 어느 경우든, 보우잉이 기판의 뒷면 상의 그루브들에 의해 감소될 수 있다. Ⅲ족 질화물의 프리스탠딩 기판을 제조하기 위해, 층 두께는 바람직하게 500 마이크로미터보다 크다. 또한, 층 두께는 바람직하게 기판 두께를 초과한다.When the thickness of the Group III nitride layer becomes large, the substrate and the layer begin to warp. If the layer undergoes a tensile stress as in the case of a sapphire substrate, the substrate 1 and the layer 8 become concave as shown in Fig. 5 (C). Conversely, when the layer undergoes compressive stress, the substrate 1 and layer 9 become convex. In either case, the bowing can be reduced by the grooves on the back side of the substrate. To fabricate a freestanding substrate of Group III nitride, the layer thickness is preferably greater than 500 micrometers. In addition, the layer thickness preferably exceeds the substrate thickness.

Ⅲ족 질화물의 두꺼운 층 성장 후, 기판 상의 Ⅲ족 질화물 층은 냉각된다. 냉각시, 도 5(D)에 도시된 바와 같이, Ⅲ족 질화물 층은 때때로 완전히 또는 부분적으로 기판으로부터 박리된다. 이 자발적인 분리의 상세 기구가 알려져 있지는 않지만, 자발적인 분리는 Ⅲ족 질화물 층 두께가 500 마이크로미터보다 크거나 층 두께가 기판 두께를 초과할 때 발생하는 경향이 있다.After the thick layer growth of the Group III nitride, the Group III nitride layer on the substrate is cooled. Upon cooling, the Group III nitride layer is sometimes completely or partially peeled off the substrate, as shown in Figure 5 (D). While this mechanism of spontaneous separation is not known, spontaneous separation tends to occur when the Group III nitride layer thickness is greater than 500 micrometers or when the layer thickness exceeds the substrate thickness.

비교예Comparative Example -예1- Example 1

GaN의 두꺼운 층이 그루브가 전혀 없는 사파이어 기판 상에 HVPE에 의해 성장되었다. 5도 이내의 미스컷을 가지며 직경 2 인치인 단일면 연마된 c-면 사파이어 기판이 HVPE 반응기에 장착되었다. Ⅲ족 소스는 용융 Ga에 HCl을 흘려 반응 챔버 내에서 합성된 GaCl 이었다. Ⅴ족 소스는 NH3이었다. 우선, GaN 버퍼층이 약 900℃에서 HCl 유량 20sccm 및 NH3 유량 3.5slm으로 10분 동안 성장되었다. 그 후, GaN 후막층이 약 1030℃에서 HCl 유량 60sccm 및 NH3 유량 2slm으로 16시간 동안 성장되었다. GaN의 전체 두께는 대략 2900 마이크로미터이었다. 성장 후, 기판 상의 GaN층은 냉각되었으나, GaN층은 기판으로부터 분리되지 않았다. 결정 보우잉은 성장 방향으로 607 마이크로미터이었다(볼록). 상기 보우잉(11)은 기판(10)의 가장자리와 중심 사이의 높이 차이로 측정되었다(도 6).A thick layer of GaN was grown by HVPE on a sapphire substrate with no grooves. A single-sided polished c-plane sapphire substrate with a 2-inch diameter and less than 5 degrees of cut was mounted in the HVPE reactor. The Group III source was GaCl synthesized in the reaction chamber by flowing HCl into molten Ga. The Group V source was NH 3 . First, a GaN buffer layer was grown at about 900 DEG C for 10 minutes at an HCl flow rate of 20 sccm and an NH3 flow rate of 3.5 slm. Thereafter, a GaN thick film layer was grown at about 1030 DEG C for 16 hours at an HCl flow rate of 60 sccm and an NH3 flow rate of 2 slm. The total thickness of GaN was approximately 2900 micrometers. After growth, the GaN layer on the substrate was cooled, but the GaN layer was not separated from the substrate. The crystal bowing was 607 micrometers in the growth direction (convex). The bowing 11 was measured as the height difference between the edge and the center of the substrate 10 (Fig. 6).

그루브된Grooved 기판의 제조-예2 Fabrication of Substrate - Example 2

2 인치 c-면 사파이어 기판의 뒷면에 그루브들이 형성된다. 주면 또는 주표면의 미스컷은 c-면 사파이어에서 5도 이내였다. 우선, 사파이어 기판이 왁스를 구비하는 금속 블록 상에 아래로 향하게 실장되었다. 그 후, 상기 조립체가 다중 와이어 소(saw)에 장착되었다. 와이어 직경은 대략 160 마이크로미터이고, 와이어 피치는 670 마이크로미터이었다. 와이어가 사파이어 기판의 뒷면 상에서 앞뒤로 움직이는 동안 다이아몬드 슬러리가 공급되었다. 우선, 상기 와이어는 (10-10)면을 따라 세팅되었으며, 대략 160 마이크로미터 깊이의 그루브들이 뒷면 전체에 걸쳐 형성되었다. 이들 단계들을 통해, 기판의 뒷면에 프로파일상 곧은 벽들 및 원호-형상 바닥을 가지는 그루브들을 구비하는 사파이어 기판이 제조되었다(도 2의 개략도). 그루브 깊이는 대략 160 마이크로미터이고, 기판의 두께는 대략 430 마이크로미터이며, 그루브 폭은 대략 160 마이크로미터이고, 그루브 피치는 대략 670 마이크로미터이었다. 그루브들의 방향은 m-면으로부터 합리적인 각도 오차(+/- 5도) 내이다. 다중 와이어 소를 사용함으로써, 넓고 깊은 그루브들이 한 시간 이내에 형성될 수 있다.Grooves are formed on the back side of the 2-inch c-plane sapphire substrate. Miss cuts on the main or main surface were within 5 degrees of the c-plane sapphire. First, a sapphire substrate was mounted facing down on a metal block having wax. The assembly was then mounted on a multi-wire saw. The wire diameter was approximately 160 micrometers, and the wire pitch was 670 micrometers. Diamond slurry was supplied while the wire moved back and forth on the back side of the sapphire substrate. First, the wire was set along the (10-10) plane, and grooves having a depth of about 160 micrometers were formed over the entire rear surface. Through these steps, a sapphire substrate with profile-straight walls and grooves with arc-shaped bottom was fabricated on the backside of the substrate (schematic diagram of FIG. 2). The groove depth was approximately 160 micrometers, the substrate thickness was approximately 430 micrometers, the groove width was approximately 160 micrometers, and the groove pitch was approximately 670 micrometers. The orientation of the grooves is within a reasonable angle error (+/- 5 degrees) from the m-plane. By using multi-wire bows, wide and deep grooves can be formed within one hour.

와이어 소 공정 후, 기판 및 금속 플레이트가 가열되어 왁스를 녹인다. 기판은 금속 플레이트로부터 제거되고 아세톤 및 이소프로판올로 씻어진다. 이 세정 단계는 기판에서 잔류 왁스 및 다이아몬드 슬러리를 제거한다.After the wire bake process, the substrate and metal plate are heated to melt the wax. The substrate is removed from the metal plate and washed with acetone and isopropanol. This cleaning step removes residual wax and diamond slurry from the substrate.

그루브된Grooved 기판 상에On the substrate 두꺼운 Ⅲ족 질화물의 성장-예3 Growth of thick Group III nitride - Example 3

예1의 방법과 유사하게, 두꺼운 GaN층이 예2에서 제조된 그루브된 사파이어 기판 상에 성장되었다. GaN층은 기판의 평탄한 그루브 없는 상부 표면에 성장되었으며, 기판의 바닥에 노출된 그루브된 표면 상에는 GaN이 전혀 성장되지 않았다. HVPE 성장 조건은 예1과 동일했다. 성장 후, GaN의 전체 두께는 대략 3600 마이크로미터이었다.Similar to the method of Example 1, a thick GaN layer was grown on the grooved sapphire substrate produced in Example 2. [ The GaN layer was grown on the flat, grooved upper surface of the substrate and no GaN was grown on the grooved surface exposed at the bottom of the substrate. The HVPE growth conditions were the same as in Example 1. After growth, the total thickness of GaN was approximately 3600 micrometers.

상기 GaN층은 냉각시 사파이어 기파으로부터 자발적으로 분리되었다. GaN층의 보우잉은 성장 방향으로 138 마이크로미터이었는데(볼록), 이는 예1에서의 값(607 마이크로미터)에서 크게 감소된 것이다. 상기 보우잉은 GaN층의 가장자리와 중심 사이의 높이 차이로 측정되었다.The GaN layer was spontaneously separated from the sapphire wave during cooling. The bowing of the GaN layer was 138 micrometers in the growth direction (convex), which is greatly reduced at the value in Example 1 (607 micrometers). The bowing was measured as the height difference between the edge and the center of the GaN layer.

GaN층의 자가-분리시, 사파이어 기판은 그루브들을 따라 몇 조각으로 깨졌는데, 이는 그루브들이 사파이어 기판 내에 크랙킹을 유도한 것을 나타낸다. 그루브 방향이 사파이어의 벽개 방향(즉, m-면)을 따르기 때문에, 그루브들은 사파이어의 벽개 또는 크랙킹을 도왔다. 이 특정 예에서, 그루브들 내의 스크래치들은 또한 벽개 또는 크랙킹을 도왔을 것이지만, 스크래치가 필수적이지는 않다. 기판 크랙킹 및/또는 깨짐이 자발적인 분리 및 감소된 보우잉의 기구(mechanism)일 수 있다.Upon self-separation of the GaN layer, the sapphire substrate was broken into several pieces along the grooves, indicating that the grooves induced cracking in the sapphire substrate. Since the groove direction follows the cleavage direction of the sapphire (i.e., m-plane), the grooves helped to cleave or crack the sapphire. In this particular example, scratches in the grooves would also have helped cleavage or cracking, but scratches are not necessary. Substrate cracking and / or cracking can be a spontaneous separation and reduced bowing mechanism.

그루브들을 따르는 크랙킹은 다중 와이어 소의 연마 성질에 의해 진척될 수 있다. 덧붙여, 다중 와이어 소는 균일한 깊이, 폭 및 피치의 그루브들을 만드는 것을 가능하게 한다. 이는 또한 그루브들의 고도로 대칭적인 구성, 특히 기판 내의 벽개면들을 따라 배치된 그루브들에 기인하여 성장된 잉곳 내뿐만 아니라 기판과 새로운 성장의 계면에서 스트레스의 효과적인 감소에 영향을 미친다.The cracking along the grooves can be advanced by the abrasive nature of the multi-wire bovine. In addition, the multi-wire cow enables the creation of grooves of uniform depth, width and pitch. This also affects the highly symmetrical configuration of the grooves, particularly the ingots grown due to the grooves disposed along the cleavage planes in the substrate, as well as the effective reduction of stress at the substrate and new growth interface.

본 예에서 그루브 폭은 160 마이크로미터인데, 이는 와이어의 직경에 의해 결정된다. 다른 직경을 가지는 와이어가 사용되면, 그루브 폭은 변경될 수 있다. 그러나, 특정 와이어 강도를 유지하기 위해, 와이어 직경은 전형적으로 100 마이크로미터보다 크다. 이에 더하여, 그루브 폭이 너무 작으면, 스트레스 감소 효과는 제한될 것이다. 반대로, 상기 폭이 너무 크면, 기판은 과도하게 깨지기 쉽게 된다. 일 예에서, 그루브 폭은 100 마이크로미터와 300 마이크로미터 사이이다.In this example, the groove width is 160 micrometers, which is determined by the diameter of the wire. If a wire having a different diameter is used, the groove width can be changed. However, to maintain a certain wire strength, the wire diameter is typically greater than 100 micrometers. In addition, if the groove width is too small, the stress reduction effect will be limited. Conversely, if the width is too large, the substrate becomes excessively fragile. In one example, the groove width is between 100 micrometers and 300 micrometers.

본 예의 그루브 깊이는 160 마이크로미터이다. 그루브 깊이는 기판에 대한 와이어 높이를 조정함으로써 쉽게 변경될 수 있다. 상기 깊이가 너무 작으면, 스트레스 감소 효과가 제한될 것이다. 반대로, 깊이가 너무 크면, 기판은 과도하게 깨지기 쉽게 된다. 일 예에서, 그루브들은 50 마이크로미터 내지 기판 두께의 75% 사이일 수 있다.The groove depth in this example is 160 micrometers. The groove depth can easily be changed by adjusting the wire height to the substrate. If the depth is too small, the stress reduction effect will be limited. Conversely, if the depth is too large, the substrate becomes excessively fragile. In one example, the grooves may be between 50 micrometers and 75% of the substrate thickness.

그루브 피치는 670 마이크로미터이었으며, 이는 와이어 소의 와이어 피치에 의해 결정되었다. 이것은 적당한 그루브 피치를 구비하는 와이어 롤러를 사용함으로써 쉽게 변경될 수 있다. 그루브 피치가 너무 크면, 스트레스 감소 효과는 제한될 것이다. 반대로, 그루브 피치가 너무 작으면, 기판은 과도하게 깨지기 쉽게 된다. 일 예에서, 그루브 피치는 0.1㎜ 내지 5㎜ 사이이다.The groove pitch was 670 micrometers, which was determined by the wire pitch of the wire bob. This can be easily changed by using a wire roller having an appropriate groove pitch. If the groove pitch is too large, the stress reduction effect will be limited. Conversely, if the groove pitch is too small, the substrate becomes excessively fragile. In one example, the groove pitch is between 0.1 mm and 5 mm.

성장 시간을 포함하는 성장 조건들은 예1 및 예3의 경우에 동일했으나, 예3에서 GaN층 두께가 대략 24% 만큼 놀랍게 증가되었다. 성장 동안 기판 그루브들에 의해 감소된 스트레스가 GaN의 결정 성장을 진척시킬 수 있으며, 기판의 제2면에 그루브들을 갖지 않는 것을 제외하면 동일한 비교 기판에 비해 본 발명의 기판을 사용하여 매우 높은 GaN 성장 속도를 가져올 수 있다.The growth conditions including the growth time were the same in the case of Example 1 and Example 3, but in Example 3, the GaN layer thickness was increased remarkably by about 24%. The reduced stress caused by the substrate grooves during growth can advance the crystal growth of GaN and the use of the inventive substrate compared to the same comparative substrate, except that it has no grooves on the second side of the substrate, It can bring speed.

기판의 제1면이 표준적인 사파이어 기판과 동일한 성질을 가지므로, 고품질 GaN막을 얻기 위해 그루브들이 기판의 앞면에 형성될 때 요구되는 것과 같은 특별한 성장 단계가 요구되지 않는다. 덧붙여, 제1면 상의 그루브들에 대해 요구된 선택적 성장이 사용되지 않으므로, CMP 공정에서 문제를 야기하는 전위 응집이 없다.Since the first side of the substrate has the same properties as a standard sapphire substrate, no special growth step is required as required when the grooves are formed on the front side of the substrate to obtain a high quality GaN film. In addition, there is no dislocation agglomeration which causes problems in the CMP process, since the required selective growth for the grooves on the first side is not used.

획득된 3.6㎜ 두께의 프리스탠딩 GaN은 GaN 기판을 제조하기 위해 그라인딩, 래핑 및 CMP에 의해 공정 처리되었다. GaN 기판의 최종 두께는 529 마이크로미터이었다.The obtained 3.6 mm thick free standing GaN was processed by grinding, lapping and CMP to produce a GaN substrate. The final thickness of the GaN substrate was 529 micrometers.

장점 및 개선점Benefits and Improvements

본 발명의 뒷면에 그루브들을 구비하는 기판은 감소된 보우잉을 가지며 추가적으로 자발적인 분리가 가능한 Ⅲ족 질화물층을 제공할 수 있다. 다중 와이어 소를 사용하는 간단한 공정이 뒷면 그루브들을 구비하는 기판을 제조한다. 기판 뒷면 상의 그루브들은 스트레스 감소를 통해 Ⅲ족 질화물층의 보우잉을 감소시킬 수 있다. 상기 그루브들은 또한 기판으로부터 Ⅲ족 질화물 층의 자발적인 분리를 유도할 수 있다. 추가적으로 평탄한 기판의 앞면 표면은 기판의 앞면이 그루브될 때 요구되는 것과 같은 특별한 공정 단계들을 요구함이 없이 앞면에 Ⅲ족 질화물의 고품질 성장을 가능하게 한다. 이 특징은 CMP 마감 후 GaN의 평탄한 표면을 실현하는데 도움이 된다.The substrate having grooves on the back side of the present invention can provide a Group III nitride layer with reduced bowing and additional spontaneous separation. A simple process using multi-wire oxides produces substrates with back grooves. The grooves on the backside of the substrate can reduce bowing of the Group III nitride layer through stress reduction. The grooves may also induce spontaneous separation of the Group III nitride layer from the substrate. The further planar front surface of the substrate enables high quality growth of the Group III nitride on the front surface without requiring special process steps such as that required when the front surface of the substrate is grooved. This feature helps to realize the flat surface of GaN after CMP finish.

가능한 변형들Possible variants

바람직한 실시예가 GaN의 벌크 결정을 설명하지만, 본 발명의 유사한 이점이 AlN, AlGaN, InN, InGaN, 또는 GaAlInN와 같은 다양한 조성의 다른 Ⅲ족 질화물 고용체에 대해 기대될 수 있다.Although the preferred embodiment describes bulk crystallization of GaN, similar advantages of the present invention can be expected for other Group III nitride nitrides of various compositions such as AlN, AlGaN, InN, InGaN, or GaAlInN.

바람직한 실시예가 사파이어 기판을 설명하지만, 탄화규소, 실리콘, 석영, 갈륨비소, 갈륨 인화물, 질화갈륨, 질화알루미늄, 리튬 갈라이트, 리튬 알루미네이트, 마그네슘 갈라이트, 마그네슘 알루미네이트와 같은 다른 재료가 사용될 수 있다. 기판은 이종 기판 또는 동종 기판일 수 있다.Although the preferred embodiment describes a sapphire substrate, other materials such as silicon carbide, silicon, quartz, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, aluminum nitride, lithium gallite, lithium aluminate, magnesium gallite, magnesium aluminate have. The substrate may be a dissimilar substrate or a homogeneous substrate.

바람직한 실시예가 기판의 일면 상에의 성장을 위한 성장 방법으로 HVPE를 설명하지만, MOCVD, MBE, 암열법, 플럭스법, 고압 용액 성장, 물리적 기상 이동과 같은 다른 성장 방법이 (예를 들면, 상기 방법이 전형적으로 양면에 성장하는 경우 뒷면에 마스킹을 구비하여) 기판의 일면에 성장하거나 또는 기판의 양면에 성장하기 위해 사용될 수 있다.While the preferred embodiment describes HVPE as a growth method for growth on one side of a substrate, other growth methods, such as MOCVD, MBE, dark thermal, flux, high pressure solution growth, May be used to grow on one side of the substrate or to grow on both sides of the substrate (typically with masking on the back side if grown on both sides).

바람직한 실시예가 다중 와이어 소를 설명하지만, 다이싱, 습식 식각, 건식 식각과 같은 다른 기계적, 화학적, 물리적 방법들이 사용될 수 있다.While the preferred embodiment describes multi-wire bopping, other mechanical, chemical, and physical methods such as dicing, wet etching, and dry etching may be used.

Claims (33)

Ⅲ족 질화물 층을 성장하기 위한 기판으로,
(a) 벌크 Ⅲ족 질화물의 에피택셜 성장에 적합한 제1면, 및
(b) 상기 기판의 제1면에 대향하며 복수의 그루브들을 가지는 제2면을 가지는 기판.
As a substrate for growing a Group III nitride layer,
(a) a first side adapted for epitaxial growth of a bulk Ill-nitride, and
(b) a second side opposite the first side of the substrate and having a plurality of grooves.
청구항 1에 있어서,
상기 그루부들의 폭은 개별적으로 100 마이크로미터 및 300 마이크로미터 사이이고, 상기 그루브들의 깊이는 개별적으로 50 마이크로미터 및 상기 기판 두께의 75% 사이인 기판.
The method according to claim 1,
Wherein the widths of the grooves are individually between 100 micrometers and 300 micrometers, and the depths of the grooves are individually 50 micrometers and 75% of the substrate thickness.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 그루브들의 피치는 개별적으로 0.1㎜ 및 5㎜ 사이인 기판.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pitches of the grooves are individually between 0.1 mm and 5 mm.
청구항 1 내지 청구항 3의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 상기 기판의 결정 배향을 따르는 기판.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the grooves follow the crystal orientation of the substrate.
청구항 4에 있어서,
상기 결정 배향은 상기 기판의 벽개 방향인 기판.
The method of claim 4,
Wherein the crystal orientation is the cleavage orientation of the substrate.
청구항 1 내지 청구항 5의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 그루브들은 상기 기판이 상기 그루브들을 제2면 상에 가지지 않는 것 이외에는 동일한 비교 기판보다 상기 기판 상에 형성된 Ⅲ족 질화물 층 내에 더 적은 보우잉을 제공하도록 하는 크기, 형상 및 상기 제2면 상의 배치를 가지는 기판.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of grooves are sized and shaped to provide less bowing within the Group III nitride layer formed on the substrate than the same comparative substrate except that the substrate does not have the grooves on the second surface, Lt; / RTI >
청구항 1 내지 청구항 5의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 상기 기판이 상기 그루브들을 제2면 상에 가지지 않는 것 이외에는 동일한 비교 기판보다 상기 기판 상에 Ⅲ족 질화물 층의 더 높은 성장 속도를 제공하도록 하는 크기, 형상 및 상기 제2면 상의 배치를 가지는 기판.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The grooves are sized and shaped to allow the substrate to provide a higher growth rate of the Group III nitride layer on the substrate than the same comparative substrate but not having the grooves on the second surface, A substrate.
청구항 1 내지 청구항 5의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 Ⅲ족 질화물 층이 500 마이크로미터보다 더 큰 두께를 가질 때 상기 기판이 상기 기판의 제1면 상에 성장된 3족 질화물 층으로부터 완전히 또는 부분적으로 분리되도록 하는 크기, 형상 및 상기 제2면 상의 배치를 가지는 기판.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the grooves are sized and shaped such that when the Group III nitride layer has a thickness greater than 500 micrometers the substrate is completely or partially separated from the grown Group III nitride layer on the first surface of the substrate, A substrate having an arrangement on a surface.
청구항 1 내지 청구항 8의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 상기 제2면의 가장자리보다 상기 제2면의 중심 영역에서 더 가깝게 이격된 기판.
The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the grooves are closer to the center area of the second surface than the edge of the second surface.
청구항 1 내지 청구항 9의 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 비결정질인 기판.
The method according to any one of claims 1 to 9,
Wherein the substrate is amorphous.
청구항 1 내지 청구항 9의 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 단결정인 기판.
The method according to any one of claims 1 to 9,
Wherein the substrate is a single crystal.
청구항 11에 있어서,
상기 기판은 울짜이트(wurtzite) 결정 구조를 가지는 기판.
The method of claim 11,
Wherein the substrate has a wurtzite crystal structure.
청구항 12에 있어서,
상기 기판은 단결정 사파이어 또는 단결정 GaN인 기판.
The method of claim 12,
Wherein the substrate is monocrystalline sapphire or monocrystalline GaN.
청구항 13에 있어서,
상기 제1면 및 제2면은 5도 이내의 미스컷(miscut)을 가지는 상기 단결정 사파이어의 c면인 기판.
14. The method of claim 13,
Wherein the first and second surfaces are c-planes of the single crystal sapphire having a miscut within 5 degrees.
청구항 14에 있어서,
상기 그루브들은 상기 단결정 사파이어 또는 단결정 GaN이 m면을 따라 3회 대칭(three-fold symmetry)을 가지는 기판.
15. The method of claim 14,
Wherein the grooves have a three-fold symmetry along the m-plane of the monocrystalline sapphire or monocrystalline GaN.
청구항 1 내지 청구항 15의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 다중 와이어 소를 사용하여 형성된 기판.
The method according to any one of claims 1 to 15,
Wherein the grooves are formed using a multiwire element.
청구항 16에 있어서,
상기 그루브들의 표면은 상기 그루브 방향을 따라 기계적 스크래치들을 가지는 기판.
18. The method of claim 16,
Wherein the surfaces of the grooves have mechanical scratches along the groove direction.
청구항 1 내지 청구항 17의 어느 한 항에 있어서,
상기 Ⅲ족 질화물은 GaN인 기판.
The method according to any one of claims 1 to 17,
Wherein the Group III nitride is GaN.
청구항 1 내지 청구항 18의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1면은 그루브들을 가지지 않는 기판.
The method according to any one of claims 1 to 18,
Wherein the first surface has no grooves.
청구항 1 내지 청구항 19의 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 상기 기판의 제1면에 버퍼층을 가지는 기판.
The method according to any one of claims 1 to 19,
Wherein the substrate has a buffer layer on a first side of the substrate.
제1면에 대향하는 제2면을 가지는 기판의 제1면 상에 소정량의 Ⅲ족 질화물 층을 성장하는 것을 포함하되, 상기 소정량은 상기 Ⅲ족 질화물 층의 두께가 상기 기판의 두께보다 더 크도록 충분한 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.The method comprising growing a predetermined amount of a Group III nitride layer on a first surface of a substrate having a second surface opposite the first surface, wherein the predetermined amount is such that the thickness of the Group III nitride layer is greater than the thickness of the substrate Lt; RTI ID = 0.0 > III-nitride < / RTI > 청구항 21에 있어서,
상기 Ⅲ족 질화물 층으로부터 상기 기판을 자발적으로 분리하는 것을 더 포함하는 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
23. The method of claim 21,
And spontaneously separating the substrate from the Group III nitride layer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 21 또는 청구항 22에 있어서,
그루브 폭은 100 마이크로미터 및 300 마이크로미터 사이이고, 그루브 깊이는 50 마이크로미터 및 상기 기판 두께의 75% 사이인 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
The method of claim 21 or 22,
Wherein the groove width is between 100 micrometers and 300 micrometers, the groove depth is between 50 micrometers and 75% of the substrate thickness.
청구항 21 내지 청구항 23의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들의 피치는 0.1㎜ 및 5㎜ 사이인 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
23. The method according to any one of claims 21 to 23,
Wherein the pitch of the grooves is between 0.1 mm and 5 mm.
청구항 21 내지 청구항 24의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 상기 기판의 결정 배향들을 따라 위치하는 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
24. The method according to any one of claims 21 to 24,
Wherein the grooves are located along crystal orientations of the substrate.
청구항 21 내지 청구항 25의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들의 표면은 상기 그루브를 따라 기계적 스크래치들을 가지는 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
26. The method according to any one of claims 21 to 25,
Wherein the surfaces of the grooves have mechanical scratches along the grooves.
청구항 21 내지 청구항 26의 어느 한 항에 있어서,
상기 그루브들은 다중 와이어 소를 사용하여 형성된 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
26. The apparatus according to any one of claims 21 to 26,
Wherein the grooves are formed using a multi-wire ingot.
청구항 21 내지 청구항 27의 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 c면 단결정 사파이어 또는 GaN인 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
28. The method according to any one of claims 21 to 27,
Wherein the substrate is a c-plane single crystal sapphire or GaN.
청구항 28에 있어서,
상기 그루브들은 단결정 사파이어 또는 GaN의 m면을 따라 3회 대칭을 구비하도록 형성된 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
29. The method of claim 28,
Wherein the grooves are configured to have three symmetries along the m-face of monocrystalline sapphire or GaN.
청구항 21 내지 청구항 29의 어느 한 항에 있어서,
상기 Ⅲ족 질화물은 GaN인 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
29. The method according to any one of claims 21 to 29,
Wherein the Group-III nitride is GaN.
청구항 21 내지 청구항 30의 어느 한 항에 있어서,
상기 Ⅲ족 질화물은 수화물 기상 에피택시에 의해 성장되는 Ⅲ족 질화물 잉곳을 제조하는 방법.
32. The method according to any one of claims 21 to 30,
Wherein the Group III nitride is grown by hydride vapor phase epitaxy.
청구항 1 내지 청구항 20의 어느 한 항의 기판의 제1면 상에 소정량의 Ⅲ족 질화물 층을 성장하는 것을 포함하는 Ⅲ족 질화물 잉곳 제조 방법.A Group III nitride ingot manufacturing method comprising growing a predetermined amount of a Group III nitride layer on a first side of a substrate of any one of claims 1 to 20. 청구항 21 내지 청구항 32의 어느 한 항의 방법에 의해 형성된 잉곳.An ingot formed by the method of any one of claims 21 to 32.
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