KR20190074774A - 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법 - Google Patents

초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190074774A
KR20190074774A KR1020170176368A KR20170176368A KR20190074774A KR 20190074774 A KR20190074774 A KR 20190074774A KR 1020170176368 A KR1020170176368 A KR 1020170176368A KR 20170176368 A KR20170176368 A KR 20170176368A KR 20190074774 A KR20190074774 A KR 20190074774A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gallium nitride
substrate
sapphire substrate
manufacturing
present
Prior art date
Application number
KR1020170176368A
Other languages
English (en)
Inventor
박재근
심태헌
심재형
박진성
이재언
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020170176368A priority Critical patent/KR20190074774A/ko
Publication of KR20190074774A publication Critical patent/KR20190074774A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/84—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body
    • H01L21/86—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being other than a semiconductor body, e.g. being an insulating body the insulating body being sapphire, e.g. silicon on sapphire structure, i.e. SOS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies

Abstract

본 발명은 질화갈륨 기판의 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판을 준비하는 단계; 상기 사파이어 기판 상에 제1 온도 및 제2 온도로 순차적으로 질화갈륨층을 성장시키는 단계; 및 상기 질화갈륨층으로부터 상기 사파이어 기판을 분리하여 질화갈륨 기판을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 사파이어 기판은 상기 질화갈륨 기판보다 얇은 두께인 것을 특징되는 것을 특징으로 한다.

Description

초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법{METHODE FOR MANUFACTURING GALLIUM NITRIDE SUBSTRATE USING A ULTRA-THIN SAPPHIRE SUBSTRATE}
본 발명은 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질화갈륨 기판의 휨 현상 및 깨짐 방지를 개선하여 고품위의 낮은 결함 밀도를 갖는 질화갈륨 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
레이저 다이오드나 발광다이오드와 같은 반도체 소자의 성능 및 수명은 해당 소자를 구성하는 여러 요소들에 의해 결정되는데, 특히, 소자들이 적층되는 베이스 기판에 의해 많은 영향을 받는다. 양질의 반도체 기판 제조를 위한 여러 방법이 제시되고 있다.
대표적인 -Ⅴ족 화합물 반도체 기판으로 GaN 기판을 들 수 있는데, GaN 기판은 GaAs 기판, InP 기판 등과 함께, 반도체 소자에 적합하게 이용되고 있지만, GaAs 기판 및 InP 기판에 비해 제조 비용이 매우 비싸다.
질화갈륨계 반도체는 이종기판 상에 유기금속화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 분자빔 성장법(molecular beam epitaxy), 수소화물 기상증착법(hydride vapor phase epitaxy: HVPE) 등과 같은 기상 성장법을 통해 단결정의 질화갈륨(GaN) 막을 제조하고 있다.
이중에서도 수 내지 수백 ㎛에 이르는 후막(thick film) 성장에는 HVPE 성장법이 유리하며, 특히, HVPE 성장법에 의하면 성장조건, 기판의 사용조건 등에 따라 수mm의 벌크(bulk) 성장도 가능하다.
그러나, 이종기판과 질화갈륨(GaN)계 반도체 간의 격자 상수의 차이로 인하여 질화갈륨 층에 내부 응력(strain)이 발생하게 되고 성장 후 냉각 시 더 많은 응력이 계면에 축적되어, 일정 두께 이상 성장시 균열이 발생하며, 응력 완화를 위해 사파이어와 질화갈륨 계면으로부터 전위(dislocation)가 발생하게 된다.
발생된 전위는 결정의 성장 방향으로 전파하게 되며 관통전위는 성장 표면까지 전파하여 질화물계 반도체 기판의 결정성을 감소시킴으로써 궁극적으로 소자의 전기 특성을 저하시킨다.
T. Paskova 외 5, 2007, Effect of sapphire-substrate thickness on the curvature of thick GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy
본 발명의 실시예는 초박형 사파이어 기판을 사용하여 질화갈륨(GaN)층을 성장시켜, 열팽창계수의 차이로 인한 질화갈륨 기판의 휨 현상 및 깨짐 현상을 해결한 질화갈륨 기판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 초박형 사파이어 기판을 사용하여 질화갈륨층을 성장시켜, 스트레스를 초박형 사파이어 기판의 상/하부면에 발생시킴으로써, 초박형 사파이어 기판을 자가-분리(Self-separation)시키는 질화갈륨 기판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판을 준비하는 단계; 상기 사파이어 기판 상에 제1 온도 및 제2 온도로 순차적으로 질화갈륨층을 성장시키는 단계; 및 상기 질화갈륨층으로부터 상기 사파이어 기판을 분리하여 질화갈륨 기판을 수득하는 단계를 포함하고, 상기 사파이어 기판은 상기 질화갈륨 기판보다 얇은 두께이다.
상기 사파이어 기판의 두께는 70㎛ 내지 430㎛일 수 있다.
상기 질화갈륨층의 두께는 300㎛ 이상일 수 있다.
상기 제1 온도는 900℃ 내지 1,100℃일 수 있다.
상기 제2 온도는 10℃ 내지 40℃일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 초박형 사파이어 기판을 사용하여 질화갈륨층을 성장시켜, 열팽창계수의 차이로 인한 질화갈륨 기판의 휨 현상 및 깨짐 현상을 해결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 초박형 사파이어 기판을 사용하여 질화갈륨층을 성장시켜, 스트레스를 초박형 사파이어 기판의 상/하부면에 발생시킴으로써, 초박형 사파이어 기판을 자가-분리(Self-separation)시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예 1 내지 10의 포켓(Poket) 내 배치를 도시한 도면이다.
도 4a는 실시예 1 내지 10의 포켓 내 배치를 도시한 이미지이고, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 따라 성장된 질화갈륨 기판 및 사파이어 기판을 도시한 이미지이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 7에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법을 진행한 후의 70㎛의 사파이어 기판을 도시한 상부 이미지이고, 도 5b는 본 발명의 실시예 7에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법을 진행한 후의 70㎛의 사파이어 기판을 도시한 측면 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 의해 제조된 질화감륨 기판의 곡률(curvature)을 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(10) 상에 약 1000℃로 질화갈륨을 성장시키는 단계, 약 1000℃의 성장온도에서 실온(RT)으로 쿨-다운(cool-down)시켜 질화갈륨층을 성장시키는 단계 및 성장된 질화갈륨층을 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 방법으로 사파이어 기판으로부터 분리시키는 단계를 포함한다.
그러나, 종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법은 상온(RT)로 쿨-다운(cool-down)시켜 질화갈륨층(20)을 성장시키는 단계를 진행할 때, 사파이어 기판(10)과 성장된 질화갈륨층(20)의 열팽창계수의 차이로 인해 질화갈륨층(20)에 내부 응력(strain)이 발생하게 되고 성장 후 냉각 시 더 많은 응력이 계면에 축적되어, 일정 두께 이상 성장 시 균열이 발생하며, 응력 완화를 위해 사파이어 기판(10)와 질화갈륨층(20) 계면으로부터 전위(dislocation)가 발생하게 된다.
질화갈륨 기판(30)의 휨 및 크랙은 사파이어 기판(10) 및 질화갈륨층(20)의 두께에 의존하게 되는데, 일반적으로 종래의 질화갈륨 기판(30)의 제조 방법은 약 430㎛ 이상의 두꺼운 사파이어 기판을 사용하기 때문에 사파이어 기판(10)과 성장된 질화갈륨(20)의 열팽창계수의 차이가 극대화되어 질화갈륨 기판(30)에 휨 및 균열이 발생한다.
또한, 종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(10)에 고 전력 자외선 레이저를 조사하여 사파이어 기판(10)과 질화갈륨층(20) 계면을 순간적으로 녹이는 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 방법을 이용하여 사파이어 기판(10)과 질화갈륨층(20)을 분리시켰다.
즉, 종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(10)과 질화갈륨층(20)을 분리시키기 위해 추가 공정이 진행되어 공정 난이도 및 공정 비용이 증가되는 문제가 있었다. 또한, 종래의 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(10)과 질화갈륨층(20)을 분리시키기 위해 레이저를 사용함으로써, 질화갈륨층(20)이 손상되어 결함이 많은 질화갈륨 기판(30)이 제조되는 문제가 있었다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판을 준비하는 단계, 사파이어 기판(110) 상에 제1 온도 및 제2 온도로 순차적으로 질화갈륨층(120)을 성장시키는 단계 및 질화갈륨층(120)으로부터 사파이어 기판(110)을 분리시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy: 수소화물 기상 성장) 성장법으로 진행될 수 있다.
수소화물 기상증착법 장치는 반응실(reactor), 반응실 내에 배치되어 사파이어(sapphire) 기판을 지지하는 기판 지지부, 반응실에 연통하도록 배치된 도입실 및 히터를 구비할 수 있고, 도입실에는 캐리어 가스(carrier gas), 암모니아(NH3) 가스 및 염화 수소(HCl) 가스를 공급할 수 있다.
또한, 도입실 내에는, 갈륨(Ga)을 수용한 용기가 배치되어 있고, 도입실 내에 공급된 염화 수소 가스는 용기 내의 갈륨과 반응하여 염화 갈륨(GaCl) 가스를 생성한다. 생성된 염화 갈륨 가스는 캐리어 가스 및 암모니아 가스와 함께 반응실 내로 공급되어 질화갈륨을 성장시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판을 준비한다.
사파이어 기판(110)의 두께는 질화갈륨층(120)의 두께보다 상대적으로 작은 두께로 형성될 수 있다.
바람직하게, 사파이어 기판(110)의 두께는 70㎛ 내지 430㎛일 수 있고, 사파이어 기판(110)의 두께가 430㎛를 초과하면 질화갈륨층(120)의 휨 및 크랙이 증가하는 문제가 있다.
실시예에 따라, 사파이어 기판(110) 상에 질화 알루미늄 막을 포함하는 버퍼층(buffer layer)이 형성될 수 있다.
사파이어 기판(110)에 암모니아 가스를 흘려주면 사파이어 표면에 아주 얇은 질화 알루미늄(AlN) 막이 형성될 수 있고, 질화 알루미늄 막은 버퍼층(buffer layer)으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 사파이어 기판(110)을 반응실에 장착하고 900℃ 내지 1,100℃의 온도에서 암모니아 가스 및 염화 수소 가스(또는 암모니아 가스 단독)로 사파이어 기판(110)의 표면을 10분 내지 1시간 동안 식각(etching) 처리하면, 사파이어 기판(110) 재질인 산화 알루미늄(Al2O3)과 암모니아 가스가 반응하여 사파이어 기판(110) 표면을 질화 알루미늄으로 변화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(110) 상에 제1 온도 및 제2 온도로 순차적으로 질화갈륨층(120)을 성장시킨다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨층(120)을 제1 온도로 성장시킨다.
제1 온도는 900℃ 내지 1,100℃일 수 있고, 바람직하게는 제1 온도는 1000℃이다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(110)이 장착된 반응실 내에 암모니아 가스 및 염화 수소 가스를 주입하여 사파이어 기판(110)에 질화갈륨을 성장시킬 수 있다.
질화갈륨층(120)은 사파이어 기판(110) 상에 피트 질화갈륨층(Pit GaN)이 성장된 다음, 미러 질화갈륨층(Mirror GaN)이 성장될 수 있다.
피트 질화갈륨층은 초기에 성장되는 질화갈륨으로 미러 질화갈륨층보다 결함이 다소 많은 부분이고, 미러 질화갈륨층은 피트 질화갈륨층의 상부에 형성되는 층으로 거울 표면과 같은 표면을 갖는 질화갈륨층이다. 또한, 피트 질화갈륨층 및 미러 질화갈륨층은 성장 공정 중에 자연스럽게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨층(120)을 제2 온도로 성장시킨다.
사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨층(120)을 제2 온도로 성장시키는 단계는 제1 온도보다 낮은 온도로 쿨-다운(cool-down)시켜 질화갈륨층(120)을 성장시킬 수 있다.
제1 온도는 10℃ 내지 40℃일 수 있고, 바람직하게는 실온이다.
HVPE 성장법은 수 내지 수백 ㎛에 이르는 후막(thick film) 성장에 유리하고, 특히, HVPE 성장법에 의하면 성장조건, 기판의 사용조건 등에 따라 수mm의 벌크(bulk) 성장도 가능하다.
그러나, 이종기판과 질화갈륨(GaN)계 반도체 간의 격자 상수의 차이로 인하여 질화갈륨층(120)에 내부 응력(strain)이 발생하게 되고 성장 후 냉각(쿨-다운) 시 더 많은 응력이 계면에 축적되어, 일정 두께 이상 성장시 균열이 발생하며, 응력 완화를 위해 사파이어 기판(110)과 질화갈륨층(120) 계면으로부터 전위(dislocation)가 발생하게 된다.
발생된 전위는 결정의 성장 방향으로 전파하게 되며 관통전위는 성장 표면까지 전파하여 질화물계 반도체 기판(질화갈륨 기판(130))의 결정성을 감소시킴으로써 궁극적으로 소자의 전기 특성을 저하시킨다.
그러나, 본 발명은 초박형의 사파이어 기판(110)을 사용함으로써, 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨층(120)이 성장될 시, 사파이어 기판(110)과 질화갈륨층(120) 간의 열팽창계수의 차이로 인해 휨이 발생하기는 하나, 휨의 지배(dominance)가 두께가 두꺼운 질화갈륨층(120) 쪽에 있어 휨 발생이 억제되고, 강한 응력(stress) 차이가 사파이어 기판(110)의 상/하부면에서 발생하게 된다.
따라서, 사파이어 기판(110) 상에 질화갈륨층(120)의 성장이 완료되면 사파이어 기판(110)의 상/하부면에 발생된 강한 응력(stress) 차이에 의해 사파이어 기판(110)이 크랙됨으로써, 질화갈륨층(120)으로부터 사파이어 기판(110)이 자가-분리(self-separation)될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 질화갈륨층(120)으로부터 사파이어 기판(110)을 분리시키기 위한 레이저 리프트 오프 공정을 진행하지 않으므로, 공정 시간, 비용 및 난이도를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 사파이어 기판(110)으로부터 질화갈륨층(120)을 분리시키기 위한 레이저 리프트 오프 공정을 진행하지 않으므로, 레이저로 인해 질화갈륨 기판(130)이 손상되는 문제를 방지할 수 있다.
바람직하게, 질화갈륨의 두께는 300㎛ 이상일 수 있다.
이하에서는, 도 3a 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 의해 제조된 질화갈륨 기판 및 사파이어 기판의 특성에 대해 설명하기로 한다.
실시예
본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 하기 표 1과 같은 성장 조건으로 성장되었다.
표 1은 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은의 성장 조건을 도시한 표이다.
[표 1]
Figure pat00001
표 2는 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법의 성장 예상 결과를 도시한 표이다.
[표 2]
Figure pat00002
도 3a 및 도 3b는 실시예 1 내지 10의 포켓(Poket) 내 배치를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 다양한 두께를 갖는 사파이어 기판에 대해 측정을 진행하였다.
도 4a는 실시예 1 내지 10의 포켓 내 배치를 도시한 이미지이고, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 따라 성장된 질화갈륨 기판 및 사파이어 기판을 도시한 이미지이다.
도 4b 및 도 4c를 참조하면, 사파이어 기판의 두께가 감소함에 따라, 사파이어 기판이 크랙되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 강한 응력이 사파이어 기판에서 발생하여 질화 갈륨 기판의 휨 및 크랙을 개선하는 동시에, 사파이어 기판을 크랙시킴으로써, 질화갈륨 기판으로부터 사파이어 기판의 자가-분리시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예 7에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법을 진행한 후의 70㎛의 사파이어 기판을 도시한 상부 이미지이고, 도 5b는 본 발명의 실시예 7에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법을 진행한 후의 70㎛의 사파이어 기판을 도시한 측면 이미지이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법은 강한 응력이 사파이어 기판에서 발생하여 질화 갈륨 기판의 휨 및 크랙을 개선하는 동시에, 사파이어 기판을 크랙시킴으로써, 질화갈륨 기판으로부터 사파이어 기판의 자가-분리시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 의해 제조된 질화감륨 기판의 곡률(curvature)을 도시한 그래프이다.
표 3 내지 표 5는 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 의해 제조된 사파이어 기판 및 질화갈륨 기판의 두께, 휨(Bow) 및 곡률(curvature)을 도시한 표이다.
[표 3]
Figure pat00003
[표 4]
Figure pat00004
[표 5]
Figure pat00005
도 6 및 표 3 내지 표 6을 참조하면, 성장된 질화갈륨층의 두께가 300㎛로 동일한 경우, 사파이어 기판의 두께가 감소할수록 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 방법에 의해 제조된 질화감륨 기판의 곡률이 감소되는 것을 알 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10, 110: 사파이어 기판 20, 120: 질화갈륨층
30, 130: 질화갈륨 기판

Claims (5)

  1. 사파이어 기판을 준비하는 단계;
    상기 사파이어 기판 상에 제1 온도 및 제2 온도로 순차적으로 질화갈륨층을 성장시키는 단계; 및
    상기 질화갈륨층으로부터 상기 사파이어 기판을 분리하여 질화갈륨 기판을 수득하는 단계
    를 포함하고,
    상기 사파이어 기판은 상기 질화갈륨 기판보다 얇은 두께인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사파이어 기판의 두께는 70㎛ 내지 430㎛인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질화갈륨층의 두께는 300㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도는 900℃ 내지 1,100℃인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도는 10℃ 내지 40℃인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판의 제조 방법.
KR1020170176368A 2017-12-20 2017-12-20 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법 KR20190074774A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170176368A KR20190074774A (ko) 2017-12-20 2017-12-20 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170176368A KR20190074774A (ko) 2017-12-20 2017-12-20 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190074774A true KR20190074774A (ko) 2019-06-28

Family

ID=67066176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170176368A KR20190074774A (ko) 2017-12-20 2017-12-20 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20190074774A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102601702B1 (ko) 2022-10-31 2023-11-13 웨이브로드 주식회사 반도체 성장용 템플릿을 이용한 반도체 발광 소자 제조 방법
KR102649711B1 (ko) 2022-12-02 2024-03-20 웨이브로드 주식회사 초박형 반도체 다이의 제조 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. Paskova 외 5, 2007, Effect of sapphire-substrate thickness on the curvature of thick GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102601702B1 (ko) 2022-10-31 2023-11-13 웨이브로드 주식회사 반도체 성장용 템플릿을 이용한 반도체 발광 소자 제조 방법
KR102649711B1 (ko) 2022-12-02 2024-03-20 웨이브로드 주식회사 초박형 반도체 다이의 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2077345B1 (en) Method for manufacturing gallium nitride single crystalline substrate using self-split
US7998272B2 (en) Method of fabricating multi-freestanding GaN wafer
US20120074427A1 (en) Method for manufacturing a layer of gallium nitride or gallium and aluminum nitride
JP6709828B2 (ja) 水素化物気相蒸着法（ｈｖｐｅ）を用いた窒化ガリウム基板の製造方法
KR101672213B1 (ko) 반도체장치의 제조방법
US9543146B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device that includes forming plural nitride semiconductor layers of identical material
KR20190074774A (ko) 초박형 사파이어 기판을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법
KR101928645B1 (ko) 수소화물 기상증착법(hvpe)을 이용한 질화갈륨 기판의 제조 방법
JP6284290B2 (ja) 窒化物半導体層の成長方法、及びそれにより形成される窒化物半導体基板
JP2013087053A (ja) 窒化ガリウム膜製造方法
JP4693361B2 (ja) 窒化ガリウム系単結晶基板の製造方法
KR101142567B1 (ko) 반도체 소자 제조용 기판 및 반도체 소자 제조방법
KR20160136581A (ko) 벽개 특성을 이용한 질화물 반도체 기판 제조 방법
JP5430467B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体成長用基板、ｉｉｉ族窒化物半導体自立基板、ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ならびに、これらの製造方法
JP2010037139A (ja) 半導体基板の製造方法
JP2016058539A (ja) 高電子移動度トランジスタの製造方法
JP7142184B2 (ja) 窒化物半導体ウェーハの製造方法及び窒化物半導体ウェーハ
KR100969159B1 (ko) 질화물 반도체 기판의 제조 방법
KR101360627B1 (ko) 반도체 소자용 기판의 제조방법
KR101480949B1 (ko) 화합물 반도체 기판 및 이의 제조 방법
US20110215439A1 (en) Epitaxial growth substrate, manufacturing method thereof, nitride-based compound semiconductor substrate, and nitride-based compound semiconductor self-supporting substrate
KR20110095796A (ko) 질화물 반도체층 성장 방법 및 이에 의해 형성되는 질화물 반도체 기판
KR20130075921A (ko) 질화갈륨 기판 제조방법
KR20130081049A (ko) 질화갈륨 기판 제조방법
KR20130024483A (ko) 단결정 화합물 반도체 기판 제조방법