KR20230149546A - 질화갈륨 단결정 분리 방법 - Google Patents
질화갈륨 단결정 분리 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230149546A KR20230149546A KR1020220048884A KR20220048884A KR20230149546A KR 20230149546 A KR20230149546 A KR 20230149546A KR 1020220048884 A KR1020220048884 A KR 1020220048884A KR 20220048884 A KR20220048884 A KR 20220048884A KR 20230149546 A KR20230149546 A KR 20230149546A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- single crystal
- graphene layer
- carrier substrate
- gan single
- gan
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title abstract description 90
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 89
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 118
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 112
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 54
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 111
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 15
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 21
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 17
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- -1 ZnO Chemical class 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N thymine Chemical compound CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 1
- 240000009038 Viola odorata Species 0.000 description 1
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 1
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002335 surface treatment layer Substances 0.000 description 1
- 229940113082 thymine Drugs 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/002—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/16—Controlling or regulating
- C30B25/165—Controlling or regulating the flow of the reactive gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
본 발명은 질화갈륨 단결정 분리 방법에 관련된다. 상기 분리 방법은, (a) 캐리어 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 캐리어 기판의 상면 중 적어도 일부에 그래핀 층을 형성하는 단계; (c) 상기 그래핀 층 위로 GaN 단결정을 성장시키는 단계; 및 (d) 상기 GaN 단결정을 상기 캐리어 기판으로부터 분리시키는 단계;를 포함하며, 상기 그래핀 층은 캐리어 기판과 GaN 단결정 계면 간 접합력을 약화시킴으로써 상기 (d) 단계에서 냉각 공정을 통해 GaN 단결정이 캐리어 기판으로부터 자동 분리되는 것을 특징으로 한다. 이러한 분리 방법에 따르면, 크랙 발생 및 전위와 같은 결정학적 결함 밀도를 감소시킴으로써 불량률을 저감하고, 대면적 제작에 유리하고, 또한 단순화된 공정으로 원가가 절감될 수 있다.
Description
본 발명은 질화갈륨 단결정 성장 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 성장된 단결정의 분리 방법에 관련된 것이다.
일반적으로 질화갈륨(GaN)은 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체로서, 청자색 및 자외선 영역에서 동작하는 반도체 레이저 및 발광 다이오드(LED) 소자의 재료로 널리 이용되고 있다. 질화갈륨(GaN) 소자의 기판은 성능 측면에서 단결정이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 GaN 단결정은 초코랄스키법 또는 브리지맨법 등과 같이 일반 액상과 고상의 평형상태를 유지하면서 대형 결정으로 성장시키는 것이 불가하기 때문에, 현재 GaN소자용 단결정은 동일한 육방정계 또는 표면상에서 육방정계와 유사한 표면 형태를 가지는 큐빅(111)면 등의 구조를 갖는 사파이어(Sapphire)나 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등의 이종의 캐리어 기판에서 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키는, 소위 이종성장(Heteroepitaxial growth) 방식으로 제조되고 있다.
상기한 이종성장의 경우, 성장된 GaN 단결정은 소자 제작을 위해 캐리어 기판에서 성장 및 분리하게 되는데, GaN 단결정을 캐리어 기판으로부터 분리하는 과정에서 결정 내 다수의 결함 및 크랙이 발생하는 문제가 있다. 즉, 성장되는 물질과 캐리어 기판 물질이 다르기 때문에 전위(dislocation)와 같은 결정학적 결함이 양 물질간 열팽창계수 및 격자 상수 등으로 인해 다량으로 발생될 수 있다. 이러한 결함은 GaN 단결정 소자의 특성, 특히 출력과 수명에 역효과를 나타내기 때문에 가능한 한 억제되어야 한다.
한편 이종성장으로 얻어진 GaN 단결정의 분리방식과 관련하여, 상용화된 대표적인 방식으로서 레이저 리프트 오프(laser lift off) 방식과 VAS법(Void assisted separation method)가 있다.
먼저 상기 레이저 리프트 오프(laser lift off) 방식의 경우, 레이저를 이용하여 캐리어 기판과 GaN의 계면을 녹여서 분리하는 방식이다. 현재 상업적으로 널리 사용되고 있지만 성장과정에서 열팽창계수 및 격자 상수 차로 인해 결정 내 응축된 스트레스가 레이저 분리시 완화되면서 크랙을 발생시킴으로써 단결정 불량률이 높아지는 단점이 있다. 크랙 발생을 낮추기 위해 소정 온도로 가열한 상태에서 분리 공정을 수행하고 있으나, 레이저 용융시 국소적으로 온도가 매우 높아 응력에 취약한 에지(edge)에서의 크랙 발생을 원천적으로 억제할 수는 없는 한계가 있다. 또한 비교적 고온에서의 레이저 리프트 오프 공정이 추가되므로 생산성도 떨어지고, 결과적으로 불량율 상승 및 생산공정 추가로 인한 GaN 단결정 웨이퍼 제품의 원가상승은 불가피하다.
다음으로 상기 VAS법의 경우, 캐리어 기판과 GaN 간 계면에서 인위적인 보이드(void) 구조를 형성하여 양자간 계면 접합력을 약화시킨 상태에서 후막에 대한 에피택셜 성장을 수행하고, 성장된 GaN 단결정은 냉각 과정에서 캐리어 기판과의 열팽창계수 차에 의해 약해진 계면을 따라 자동적으로 분리되게 하는 방식이다. VAS법은 앞서 레이저 리프트 오프 방식 대비하여 별도의 추가 공정이 없어 전체적인 공정을 단순화할 수 있고 원가를 절감할 수 있는 장점이 있으나, 보이드 형성 구조로 인한 계면에서의 응력 불균형이 면적에 비례하기 때문에 GaN 단결정을 대면적으로 성장시키기 어려운 한계가 있다.
본 발명의 목적은 크랙 발생 및 전위와 같은 결정학적 결함 밀도를 감소시킴으로써 불량률을 저감하고, 대면적 제작에 유리하고, 또한 단순화된 공정으로 원가가 절감될 수 있는 GaN 단결정 분리 방법을 제공하는 것이다.
상기 해결과제에 기초한 본 발명의 요지는 청구범위에 기재된 것과 동일한 아래의 내용이다.
(1) (a) 캐리어 기판을 제공하는 단계; (b) 상기 캐리어 기판의 상면 중 적어도 일부에 그래핀 층을 형성하는 단계; (c) 상기 그래핀 층 위로 GaN 단결정을 성장시키는 단계; 및 (d) 상기 GaN 단결정을 상기 캐리어 기판으로부터 분리시키는 단계;를 포함하며, 상기 그래핀 층은 캐리어 기판과 GaN 단결정 계면 간 접합력을 약화시킴으로써 상기 (d) 단계에서 냉각 공정을 통해 GaN 단결정이 캐리어 기판으로부터 자동 분리되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
(2) 상기 캐리어 기판은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, SiC 또는 Si로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 고용체이거나 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 GaN 단결정 분리 방법.
(3) 상기 (b) 단계에서 그래핀 층은 캐리어 기판에 직접 성막되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 GaN 단결정 분리 방법.
(4) 상기 (b) 단계에서 그래핀 층은 금속 기판에 성막 후, 금속기판을 에칭할 수 있는 용액 중에서 상기 금속 기판으로부터 캐리어 기판으로 전사되어 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 GaN 단결정 분리 방법.
(5) 상기 (b) 단계에서 그래핀 층은 단층 또는 복층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 GaN 단결정 분리 방법.
(6) 상기 (b) 단계 이후에 상기 그래핀 층의 외표면은 질소 가스를 포함하는 염기 가스로 표면처리되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 GaN 단결정 분리 방법.
(7) 상기 염기 가스는 (c) 단계에 따른 GaN 단결정 성장시 수반되는 반응 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 GaN 단결정 분리 방법.
(8) 상기 (d) 단계는 유기금속화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 유기금속염화물기상성장법(Metallorganic Chloride Vapor Phase Epitaxy; MOC), 분자빔 성장법(molecular beam epitaxy;MBE) 또는 수소화물 기상증착법(hydride vapor phase epitaxy: HVPE) 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 GaN 단결정 분리 방법.
(9) 상기 (b) 단계에서 캐리어 기판의 상면 에지부에 형성되는 그래핀 층의 두께가 상면 중심부에 형성되는 것보다 상대적으로 두꺼운 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 GaN 단결정 분리 방법.
(10) 상기 (b) 단계에서 캐리어 기판의 측면 에지부가 커버되도록 그래핀 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 GaN 단결정 분리 방법.
본 발명에 따르면 에피택셜 성장 전 캐리어 기판의 상면에 중간층으로서 그래핀 층을 형성함으로써, 해당 그래핀 층에 의해 캐리어 기판과 GaN 계면 간 접합력이 약화되고 이에 따라 분리 공정에서 GaN 내 크랙 발생을 현저히 감소시켜 불량률을 저감할 수 있다. 또한 그래핀 층에 대한 질소가 함유된 염기 가스를 이용한 표면처리를 통해 질화 처리가 된 그래핀 층의 존재로 인한 GaN 단결정의 결정성이 저하되는 현상을 최소화함으로써 우수한 GaN 단결정 품질을 유지하는 것이 가능하다. 또한 그래핀 층을 이용한 분리 공정은 GaN 단결정 성장 후 계면 분리를 위한 별도의 공정 없이 냉각만에 의해 자동적으로 수행되기 때문에 분리공정이 단순화될 수 있어 전체적인 제조원가가 절감될 수 있다. 또한 그래핀 층을 이용한 분리 공정의 경우 종래 VAS법와 같이 계면에서이 응력 불균형 문제가 발생하지 않기 때문에 GaN 단결정을 대면적으로 성장시키기에 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GaN 단결정 성장방법에 관한 플로우차트.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 GaN 단결정을 포함한 단면 모식도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표면처리 전후 그래핀 층의 단면 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예 따라 표면처리 전후 그래핀 층에 대한 라만데이터에 관한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 표면처리 전후 그래핀 층에 대한 가시광투과율에 관한 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 층이 형성된 캐리어 기판의 단면 구조도 및 평면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 층이 형성된 캐리어 기판의 단면 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 GaN 단결정을 포함한 단면 모식도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표면처리 전후 그래핀 층의 단면 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예 따라 표면처리 전후 그래핀 층에 대한 라만데이터에 관한 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 표면처리 전후 그래핀 층에 대한 가시광투과율에 관한 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 층이 형성된 캐리어 기판의 단면 구조도 및 평면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 층이 형성된 캐리어 기판의 단면 구조도.
이하, 구현예를 통해 발명을 상세하게 설명한다. 구현예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명은 GaN 단결정을 에피택셜 성장시킴에 있어, 캐리어 기판으로부터 GaN 단결정을 분리하는 과정에서 다량으로 발생할 가능성이 있는 크랙 및 전위와 같은 결정학적 결함밀도를 저감시키기 위해 GaN 단결정을 에피택셜 성장 전단계에서 그래핀 층을 형성하는 것을 기본적인 특징으로 한다.
구체적으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GaN 단결정(30) 성장방법에 관한 플로우차트를 나타낸다. 도 1을 참조할 때, 본 발명에 따른 GaN 단결정(30) 성장 방법은 (a) 캐리어 기판(10)을 제공하는 단계(S10); (b) 상기 캐리어 기판(10)의 상면 중 적어도 일부에 그래핀 층(20)을 형성하는 단계(S20); (c) 상기 그래핀 층(20) 위로 GaN 단결정(30)을 성장시키는 단계(S30); 및 (d) 상기 GaN 단결정(30)을 상기 캐리어 기판(10)으로부터 분리시키는 단계(S40);를 포함한다. 도 2는 이와 같은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 GaN 단결정(30)을 포함한 단면 모식도를 나타낸다.
상기 캐리어 기판(10)은 GaN 단결정(30)과 동일한 육방정계 구조를 갖거나 표면의 형상이 육방정계를 가질수 있는 Cubic구조를 갖는 물질로서, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, SiC 또는 Si로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 복합체로 이루어질 수 있으며 특별히 제한되지는 않는다. 예컨대, 캐리어 기판(10) 재질로 ZnO, Li2O, ScAlMgO4, Al2O3, SrTiO3, TiO, Ga2O3 등과 같은 금속 산화물, GaN, AlN, InN, SrN, TiN 등과 같은 금속 질화물, ZnS, CdS등의 금속 황화물, 기타 ZnSe, ZnTe, CdSe, CdTe 등의 2-6족 화합물이 사용될 수 있고, 또한 이들의 고용체(solid solution) 또는 복합체 형태가 사용되는 것도 가능하다.
상기 그래핀 층(20)은 분리 공정을 용이하게 수행하기 위한 프로세스 층으로서 역할을 한다. 즉, GaN 성장 전단계에서 형성되는 그래핀 층(20)은 캐리어 기판(10)과 GaN 계면 간 접합력을 약화시킴으로써, 분리 공정에서 캐리어 기판(10)과 GaN 양자 간의 높은 접합력으로 인해 GaN 내 크랙이 발생할 수 있는 가능성을 감소시키는 역할을 한다. 도 2 및 3의 실시예에서는 캐리어 기판(10)의 상면 전면적에 그래핀 층(20)이 형성되는 것으로 예시되었다.
상기 그래핀 층(20)은 단일 원자층일 수 있으나, 분리 공정을 보다 용이하게 하는 관점에서 선택적으로 복층으로 구성될 수 있다(도면 미도시). 그래핀 층(20)이 단층으로 구성될 경우, 단층의 그래핀 층(20)은 2-D 구조의 원자층이고 두께가 미세하기 때문에 GaN 단결정(30) 성장과정에 있어서는 그 결정성에 영향을 미칠 가능성이 적다. 이에 대해 그래핀 층(20)이 복층이 구성될 경우, 캐리어 기판(10)과 GaN 단결정(30) 간의 결합력이 더욱 약해져 그래핀 층(20)이 단층인 경우보다 GaN 단결정(30)이 캐리어 기판(10)으로부터 보다 용이하게 분리될 수 있지만, 그래핀 층(20)의 두께가 원자 단위 이상이 됨으로써, 에피택셜 성장시 GaN 단결정(30)에 대한 캐리어 기판(10)의 격자 영향을 상당 정도로 차단하게 되어 GaN 단결정(30)의 결정성을 현저히 저하시킬 수 있고, 이를 보완하기 위해 후술하는 바와 같이 그래핀 층(20)에 대한 표면 처리를 수반할 수 있다.
상기 그래핀 층(20)은 캐리어 기판(10)에 직접 성막되는 방식으로 형성될 수 있다. 구체적으로 그래핀 층(20)은 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 방식으로 캐리어 기판(10)에 형성될 수 있다. 이의 경우, CH4등의 탄소와 수소가 결합되어 있는 탄화수소 가스 또는 그 탄소 전구체(precursor)와 수소 등을 도입하여 그래핀을 증착방법으로 성장시킬 수 있다. 이 경우 CVD로는 thermal CVD 또는 plasma CVD 등이 사용될 수 있다.
선택적으로, 상기 그래핀 층(20)은 캐리어 기판(10)에 전사하는 방식으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 그래핀 층(20)을 금속기판(10)에 성막한 후, 그래핀 층(20)이 성막된 금속기판(10)을 캐리어 기판(10)과 함께 황산과 같은 해당 금속기판(10) 에칭시킬 수있는 산용액 내에 인접하게 병렬 배치하게 되면, 희생기판(10)인 금속기판(10)이 에칭으로 소멸하면서 2-D막 형태의 그래핀이 인접한 캐리어 기판(10)에 흡착되어 전사될 수 있다. 전사 전단계에서 그래핀 층(20) 형성을 위한 금속기판(10)으로는 다양한 금속이 사용될 수 있지만, 특히 구리로 이루어진 금속기판(10)은 우수한 결정성을 갖는 2-D구조의 그래핀 성장에 유리하다. 이렇게 금속기판(10)에 형성된 우수한 결정성을 갖는 그래핀 층(20)은 상술한 바와 같이 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, SiC 또는 Si로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 복합체로 이루어질 수 있는 다양한 재질의 캐리어 기판(10)에 우수한 결정성을 유지한 채로 전사될 수 있다.
상기 (d) 단계(S40)에 따른 GaN 단결정(30) 성장은 질화갈륨(GaN) 단결정(30)에 대한 에피택셜 성장으로서, 유기금속화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 분자빔 성장법(molecular beam epitaxy), 수소화물 기상증착법(hydride vapor phase epitaxy: HVPE) 등과 같은 방식이 적용될 수 있다. 이중에서도 수 내지 수백 ㎛에 이르는 후막(thick film) 성장에는 HVPE 성장법이 유리하며, 특히 HVPE 성장법에 의하면 성장조건, 기판(10)의 사용조건 등에 따라 수mm의 벌크(bulk) 성장도 가능하다.
한편, 도 1을 참조할 때, 상기 (b) 단계(S20) 이후에 상기 그래핀 층(20)의 외표면을 질소가 함유되어 있는 염기 가스로 표면처리하는 단계(S210)를 더 포함할 수 있다. 이는, 상술한 바와 같이 그래핀 층(20)이 GaN 단결정(30) 성장과정에서 이물질로 작용하여 GaN 단결정(30)의 결정성에 미칠 수 있는 부정적인 영향을 최소화하기 위함이다. 즉, 그래핀 층을 질소가 함유된 염기 가스로 표면 처리함으로써, 탄소만으로 이루어진 그래핀 층(20)의 표면이 질소 층(210)로 패시베이션(passivation)시켜 2-D의 질소 구조가 만들어지고, 이는 극성의 GaN성장에 기여하게 된다. 그래핀 층(20)에 대한 이러한 표면 처리는 단층의 그래핀 층(20)인 경우에도 적용될 수 있지만, 특히 그래핀이 복층을 구성될 경우에 있어 특히 유리하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표면처리 전후 그래핀 층(20)의 단면 모식도를 나타낸다. 도 4는 본 발명의 실시예 따라 표면처리 전후 그래핀 층(20)에 대한 라만데이터에 관한 그래프를 나타내고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 표면처리 전후 그래핀 층(20)에 대한 가시광투과율에 관한 그래프를 각각 나타낸다.
도 3을 참조할 때, 도 3은 참조할 때, 질소를 포함한 고농도의 염기 가스 분위기에서 표면 처리된 그래핀 층(20)은 2-D 구조를 유지하나, 탄소간의 대칭성은 깨어진 채 질소 층(210)으로 passivation된 구조를 갖는다. 구체적으로 질소가 함유된 염기 가스 처리를 이용한 표면 처리에 의해 그래핀 층(20) 탄소 위에 2-D 구조의 질소가 위치함으로써 그래핀 층(20)을 구성하는 탄소 간의 대칭성이 붕괴된다(도 3의 (b)). GaN 단결정(30) 성장시, 2-D 구조의 질소 층(210) 구조 위로 Ga 극성층이 형성되고(도 3의 (c)), 이후 반응 가스로부터 공급되는 N, Ga 층이 순차적으로 적층됨으로써 GaN 단결정(30) 성장이 이루어진다(도 3의 (d)). 즉 본 발명에 따라 그래핀 층(20)에 질소를 포함한 염기 가스 처리를 하게 되면, 질소(N) 원자가 그래핀 층(20)의 표면에 부착하여 정전기적 하중을 인가함으로써 2-D 구조는 유지되나 그래핀 층(20)의 탄소(C) 원자에 의한 대칭성 구조가 붕괴되고 투과율이 증가된 새로운 2-D 물질 층이 형성된다. 그래핀 층(20)의 표면에 부착된 질소(N) 원자는 N으로 이루어진 극성층을 형성하여 GaN 단결정(30)의 성장을 용이하게 한다.
도 4를 참조할 때, 표면 처리 전의 사파이어 재질로 이루어진 캐리어 기판(10) 상의 그래핀은 sp2본딩의 대칭성을 갖는 2-D구조의 그래핀 층(20)임을 타내는 “G” 및 “2D” 피크가 관찰되었으나(도 4의 (a)), 질소가 함유된 염기 가스 표면 처리된 이후에는 “G” 및 “2D”피크가 관찰되지 않으며, 이로부터 탄소간 sp2본딩으로 이루어진 그래핀 층(20)이 아님을 확인할 수 있다(도 4의 (b)).
도 5를 참조할 때, 일반적으로 그래핀은 sp2 bonding에 존재하는 전자들로 인해서 투과율이 그래핀 한층 당 2.3% 정도씩 감소하는 것으로 알려져 있다. 질소가 함유된 염기 가스에 표면 처리된 경우, 표면 처리 이후에도 통상의 그래핀 층(20)이 유지된다면 투과도 변화가 없어야 하지만, 표면 처리된 그래핀 층(20)의 경우 표면 처리시간이 서로 다른 실시예 1 ~ 3 별로 다소 차이는 있으나 전체적으로 표면 처리되지 않은 통상의 그래핀 층(20)(G/Sapp.) 보다는 가시광 투과율이 높아짐을 확인할 수 있다.
도 4의 라만 데이터 및 도 5의 투과율에 관한 결과를 종합하여 보면, 그래핀 층(20)이 질소가 함유된 염기 가스에 표면 처리되면, 전자 농도가 높은 sp2 bonding의 탄소로 이루어진 통상의 그래핀 층(20)이 아닌 것으로 볼 수 있고, 투과율의 저하는 전자 농도의 감소로 인한 것이므로 그래핀 구조의 2D구조는 유지되나 탄소간의 대칭성은 파괴 되었음을 알 수 있다.
이 경우, 상기 그래핀 층(20) 표면 처리에 이용되는 염기 가스는 질소와 수소 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 질소를 함유하고 있는 염기 가스로는 예컨대 암모니아 가스(NH3)가 사용될 수 있으며, 이외 염기성 질소 화합물인 아민, 헥산, 티민 가스 등이 사용될 수 있다.
상기 그래핀 층(20)의 표면 처리를 위한 염기 가스의 공급은 독립적인 공정을 통해 이루어지거나, 또는 GaN 단결정(30) 성장에 수반되는 암모니아 가스를 이용하는 것일 수 있다. 표면 처리를 위한 염기 가스의 공급을 독립적인 공정을 통해 공급하는 경우 암모니아 및 다른 염기성 질화물과 혼입하여 도입이 가능하며, 다양한 온도에서 표면처리가 가능하여 염기성 표면 처리 층의 특성 조절이 용이하다. 이 경우 염기 가스의 공급을 위한 캐리어 가스로는 질소(N2) 가스 또는 비활성 가스가 사용될 수 있다. 반대로 표면 처리를 위한 염기 가스를 GaN 단결정(30) 성장에 수반되는 암모니아 반응 가스를 이용하는 형태로 공급하는 경우 공정이 간략화 되는 장점이 있어 양산공정에 적합하다.
본 발명에서 상기 GaN 단결정(30)을 상기 캐리어 기판(10)으로부터 분리시키는 단계;는 종래 레이저 조사와 같은 성장된 GaN 단결정(30)에 대한 별도의 처리나 조작을 수반하지 않으며, 성장된 GaN 단결정(30)은 1000 °C정도에서 성장하고, 성장 이후 상온으로 냉각시키는 냉각 공정을 통해 GaN 단결정(30)이 캐리어 기판(10)으로부터 자동 분리된다. 이러한 자동분리는 냉각하는 시간 및 온도 설정에 따라서도 영향을 받을 수 있다.
도 6및 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 그래핀 층(20)이 형성된 캐리어 기판(10)의 단면 구조도를 나타낸다. 도 6 및 도 7에 따른 실시예는 캐리어 기판(10)의 노출된 외측 표면, 특히 상면 에지부 및 측면부에 대한 그래핀의 도포 방식과 관련되며, 이는 GaN 단결정(30)을 분리하는 과정에서 응력이 집중되어 크랙 발생에 특히 취약한 캐리어 기판(10)의 에지(edge) 부근에서의 분리 과정을 보완하여 해당 에지 부근에서의 분리 과정을 보다 용이함으로써 수율을 더욱 향상시키는 것에 관련된다.
도 6을 참조할 때, 해당 실시예는 상기 (b) 단계에서 캐리어 기판(10)의 상면 에지부에 형성되는 그래핀 층(20)의 두께가 상면 중심부에 형성되는 것보다 상대적으로 두꺼운 것이 특징이다. 즉, GaN 단결정(30) 분리 과정에서 캐리어 기판(10)의 에지 영역에서 응력이 집중되고, 더욱이 상대적으로 에지 부근에서 GaN 단결정(30) 성장 두께가 작아서 응력이 집중되는 현상이 가중된다. 따라서 특히 에지 부분에서의 분리가 용이하도록 상면 에지부에서의 그래핀 층(20)을 다층으로 형성하여 상면 중심부보다 그래핀 층(20)의 두께를 두껍게 하여(도 6의 (a)), 에지 부분에서의 응력집중을 완화함으로써 결과적으로 분리과정에서 에지 부부네서 크랙 발생 가능성을 낮출 수 있다. 이 경우, 캐리어 기판(10)의 상면 중심부에 대한 그래핀 층(20)의 형성을 형성하고, 에지부분에 대해서만 그래핀 층(20)을 형성하는 것도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다((도 6의 (b)). 도 6의 (b)과 같은 그래핀 층(20)에 대한 패터닝은, 그래핀 층(20)이 형성된 상면 에지부 부분에서 자동 분리를 개시시켜, 그래핀 층(20)이 형성되지 않은 상면 중앙부로 분리 응력이 전달되도록 유도하여 자동 분리되도록 하는 방식이다.
도 7을 참조할 때, 해당 실시예는 상기 (b) 단계에서 캐리어 기판(10)의 측면 에지부가 커버되도록 그래핀 층(20)이 형성되는 것이 특징이다. 성장로에서 캐리어 기판(10)의 측면 에지부도 반응 가스에 노출되기 때문에 GaN 단결정(30)이 성장될 수 있고, 이 경우 캐리어 기판(10) 에지부 부근에서의 응력 집중이 가중됨으로써 분리 품질이 떨어질 수 있기 때문에, 도 7은 이를 보완하기 위한 그래핀 층(20) 형성 방법이다. 도 7의 (a)는 캐리어 기판(10)의 상면과 측면 에지부를 동일한 두께로 형성한 예를 나타내고, 도 7의 (b)는 그래핀 층(20)이 측면 에지부를 커버하도록 형성되는 것과 동시에, 앞서 도 6의 실시예에서와 같이 상면 에지부가 상면 중앙부보다 두껍게 형성된 예를 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 본 발명에 따르면 에피택셜 성장 전 캐리어 기판(10)의 상면에 중간층으로서 그래핀 층(20)을 형성함으로써, 해당 그래핀 층(20)에 의해 캐리어 기판(10)과 GaN 계면 간 접합력이 약화되고 이에 따라 분리 공정에서 GaN 내 크랙 발생을 현저히 감소시켜 불량률을 저감할 수 있다. 또한 그래핀 층(20)에 대한 질소가 함유된 염기 가스를 이용한 표면처리를 통해 질화 처리가 된 그래핀 층(20)의 존재로 인한 GaN 단결정(30)의 결정성이 저하되는 현상을 최소화함으로써 우수한 GaN 단결정(30) 품질을 유지하는 것이 가능하다. 또한 그래핀 층(20)을 이용한 분리 공정은 GaN 단결정(30) 성장 후 계면 분리를 위한 별도의 공정 없이 냉각만에 의해 자동적으로 수행되기 때문에 분리공정이 단순화될 수 있어 전체적인 제조원가가 절감될 수 있다. 또한 그래핀 층(20)을 이용한 분리 공정의 경우 종래 VAS법와 같이 계면에서이 응력 불균형 문제가 발생하지 않기 때문에 GaN 단결정(30)을 대면적으로 성장시키기에 유리하다.
이하, 본 발명의 GaN 단결정 성장방법에 관한 실시예를 통해 구체적인 제조예를 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예: GaN 단결정의 성장]
캐리어 기판은 c축 방향의 사파이어을 사용하여, 그 위해 그래핀을 적층하였다. 그래핀은 1~2개의 층으로 혼재되어 있는 그래핀을 사용하였다. 사파이어 캐리어 기판 상의 그래핀의 적층은 전사법을 이용하였으며, 단결정 그래핀을 Thermal CVD로 구리 기판 상에 증착한 후, 구리를 선택적으로 에칭할 수 있는 용액에 구리와 사파이어를 동시에 담가서 구리에 적층된 그래핀을 사파이어 캐리어 기판 표면으로 용액 내에서 옮겨 전사하게 하였다. 그래핀이 적층된 사파이어 기판을 HVPE에 질소 가스를 흘린 채 HVPE 성장로의 온도를 600°C~1200°C 로 승온한 후, 캐리어 기판을 HVPE안으로 도입하였다. 이후 암모니아 가스를 도입하되, 도입양은 수십 sccm에서 필요에 따라서 수 SLM정도로 유입하였다. 이 경우 암모니아 가스와 질소가 혼합되어 도입하였다. 암모니아 가스는 질소 가스에 비해 상대적으로 적은량이 투입되고, 질소 가스는 암모니아 가스를 HVPE 성장기 내부에 고르게 분산시키고 이동시키게 된다. 캐리어 기판이 암모니아 가스에 노출되는 시간은 대략 수십초에서 30분내외로 하였다. 일정 온도에서 암모니아 가스에 노출된 후 10초에서 20분 경과된 후 HVPE 성장기에서 꺼내서 표면을 관찰하였다. 암모니아 가스에 노출되기 전 사파이어 캐리어 기판 상의 그래핀은 전사되는 과정에서 불순물 등의 오염물질로 표면결함이 관찰되나, 암모니아 기판상에 노출되면 표면 결함이 현저하게 줄어듬을 확인하였다. 이와 같이 표면결함이 현저하게 줄어든 캐리어 기판 위에 GaN를 1000°C에서 성장시켰다. GaN성장은 질소 가스, 암모니아 가스 및 GaCl3를 적절한 비율로 HVPE 성장기 안에 도입하여 수행되었다. GaCl3 precursor는 Ga메탈에 HCl을 노출시켜 생성시킨 후 이를 HVPE 성장기 안으로 도입하였다. 사피이어 캐리어 기판 위에 적층된 그래핀 표면 상의 결함이 암모니아 가스에 노출로 인해 현저하게 줄어들어 결정성과 결함이 적은 GaN 성장이 가능하였다. 잔존의 그래핀이 자동분리에 기여를 하여 1000°C 에서 성장시킨 후, 상온으로 냉각 중 사파이어 기판으로부터 양질의 GaN단결정이 자동 분리하였다.
10: 캐리어 기판
20: 그래핀 층
210: 표면 질소 층
30: GaN 단결정
20: 그래핀 층
210: 표면 질소 층
30: GaN 단결정
Claims (10)
- (a) 캐리어 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 캐리어 기판의 상면 중 적어도 일부에 그래핀 층을 형성하는 단계;
(c) 상기 그래핀 층 위로 GaN 단결정을 성장시키는 단계; 및
(d) 상기 GaN 단결정을 상기 캐리어 기판으로부터 분리시키는 단계;를 포함하며,
상기 그래핀 층은 캐리어 기판과 GaN 단결정 계면 간 접합력을 약화시킴으로써 상기 (d) 단계에서 냉각 공정을 통해 GaN 단결정이 캐리어 기판으로부터 자동 분리되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법
- 제1항에 있어서, 상기 캐리어 기판은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 황화물, SiC 또는 Si로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 고용체이거나 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 그래핀 층은 캐리어 기판에 직접 성막되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 그래핀 층은 금속 기판에 성막 후, 금속기판을 에칭할 수 있는 용액 중에서 상기 금속 기판으로부터 캐리어 기판으로 전사되어 형성되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 그래핀 층은 단층 또는 복층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 이후에 상기 그래핀 층의 외표면은 질소 가스를 포함하는 염기 가스로 표면처리되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 염기 가스는 (c) 단계에 따른 GaN 단결정 성장시 수반되는 반응 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는 유기금속화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 유기금속염화물기상성장법(Metallorganic Chloride Vapor Phase Epitaxy; MOC), 분자빔 성장법(molecular beam epitaxy;MBE) 또는 수소화물 기상증착법(hydride vapor phase epitaxy: HVPE) 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서, 상기 (b) 단계에서 캐리어 기판의 상면 에지부에 형성되는 그래핀 층의 두께가 상면 중심부에 형성되는 것보다 상대적으로 두꺼운 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서, 상기 (b) 단계에서 캐리어 기판의 측면 에지부가 커버되도록 그래핀 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 GaN 단결정 분리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220048884A KR20230149546A (ko) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 질화갈륨 단결정 분리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220048884A KR20230149546A (ko) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 질화갈륨 단결정 분리 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230149546A true KR20230149546A (ko) | 2023-10-27 |
Family
ID=88514321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220048884A KR20230149546A (ko) | 2022-04-20 | 2022-04-20 | 질화갈륨 단결정 분리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230149546A (ko) |
-
2022
- 2022-04-20 KR KR1020220048884A patent/KR20230149546A/ko not_active Application Discontinuation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102257189B (zh) | 低缺陷密度的独立式氮化镓基底的制造以及由其制造的器件 | |
| US7227172B2 (en) | Group-III-element nitride crystal semiconductor device | |
| JP5371430B2 (ja) | 半導体基板並びにハイドライド気相成長法により自立半導体基板を製造するための方法及びそれに使用されるマスク層 | |
| US20070096147A1 (en) | Nitride-based semiconductor substrate and method of making the same | |
| US20100327228A1 (en) | Group iii nitride semiconductor epitaxial substrate and method for manufacturing the same | |
| US9803293B2 (en) | Method for producing group III-nitride wafers and group III-nitride wafers | |
| EP1997125A2 (en) | Growth method using nanostructure compliant layers and hvpe for producing high quality compound semiconductor materials | |
| US20070215901A1 (en) | Group III-V nitride-based semiconductor substrate and method of fabricating the same | |
| JP2001345268A (ja) | 半導体製造装置及び半導体の製造方法 | |
| JP4597534B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物基板の製造方法 | |
| JP2022552024A (ja) | ＳｃＡｌＭｇＯ４基板に基づく窒化ガリウム単結晶及びその製造方法 | |
| CN107227490B (zh) | Iii族氮化物半导体及其制造方法 | |
| KR100533636B1 (ko) | 질화물 반도체 제조방법 및 그에 따라 제조된 질화물반도체구조 | |
| JP6249250B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体及びその製造方法 | |
| JP2003073197A (ja) | 半導体結晶の製造方法 | |
| JP4600146B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法 | |
| KR20230149546A (ko) | 질화갈륨 단결정 분리 방법 | |
| JP2009102187A (ja) | 炭化珪素単結晶育成用坩堝、及びこれを用いた炭化珪素単結晶の製造方法、並びに炭化珪素単結晶インゴット | |
| JP2005203418A (ja) | 窒化物系化合物半導体基板及びその製造方法 | |
| US20080203409A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING (Al, Ga)N CRYSTALS | |
| KR20230149989A (ko) | 질화갈륨 단결정 분리 방법 | |
| JP2005298291A (ja) | 半導体バルク結晶の製造方法 | |
| WO2021210390A1 (ja) | 半導体基板の製造方法、半導体基板、及び、成長層におけるクラックの発生を抑制する方法 | |
| US20230193507A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor substrate, semiconductor substrate, and method for forming grown layer | |
| KR101379290B1 (ko) | 질화알루미늄 핵생성층을 사용한 질화갈륨 웨이퍼 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |