WO2024025165A1 - 2차원 소재를 이용한 반분극/무분극 기판, 다파장 광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2024025165A1
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substrate
gan
dimensional material
mask layer
manufacturing
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PCT/KR2023/008845
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주진우
고항주
김효진
김상묵
이광철
이승재
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한국광기술원
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof

Definitions

  • the present invention relates to a semi-polarized/non-polarized substrate manufactured using a two-dimensional material, a multi-wavelength optical device, and a method of manufacturing the same.
  • Optical devices and power semiconductors such as general gallium nitride (GaN) LEDs, LDs, and solar cells, have typically been manufactured on c-plane (0001) substrates (e.g., sapphire substrates). In this case, spontaneous polarization is formed in the growth direction c-plane (0001).
  • c-plane e.g., sapphire substrates
  • spontaneous polarization is formed in the growth direction c-plane (0001).
  • an LED with a typical InGaN/GaN quantum well structure is grown on the c-plane (0001), internal strain due to lattice mismatch occurs in the quantum well structure, resulting in piezoelectric fields. This causes the Quantum-Confined Stark Effect (QCSE). Because of this, there are limits to increasing the internal quantum efficiency of optical devices or power semiconductors using conventional manufacturing methods.
  • QCSE Quantum-Confined Stark Effect
  • group III nitrides especially GaN and its alloys (for example, alloys with InN and/or AlN) are most stable in the hexagonal wurtzite structure, which is a crystal structure.
  • the crystals are rotated 120° relative to each other and are represented by two or three equal basal plane axes, all perpendicular to the c-axis.
  • the positions of the group III elements and nitrogen atoms in the hexagonal wurtzite crystal structure cause any plane lying perpendicular to the c-axis to contain only one type of atom.
  • the GaN crystal has an N-face containing only nitrogen atoms, and a Ga-face containing only Ga atoms at each end. It is located in As a result, group III nitride crystals exhibit polarity along the c-axis. This spontaneous polarity is a bulk property and depends on the structure and composition of the crystal. Due to the above-mentioned properties, most GaN-based devices grow in a direction parallel to the polar c-axis. In addition, when forming a heterojunction structure, stress occurs due to the large difference in lattice constant between group III nitrides and the characteristics of having the same c-axis orientation, which also causes piezoelectric polarization.
  • the energy band structure of the typical c-plane quantum well structure in group III nitride-based optoelectronic and electronic devices changes by the electrostatic field caused by piezoelectric polarity and spontaneous polarization phenomenon, and thus electrons and holes distorts the distribution of This spatial separation of electrons and holes caused by an electric field is called the quantum confinement Stark effect, and this effect reduces internal quantum efficiency and causes a red shift phenomenon in the emission spectrum.
  • non-polar or semi-polar group III nitride a method of growing non-polar or semi-polar group III nitride has been proposed.
  • the non-polar or semi-polar surface thus obtained contains equal numbers of group III atoms and nitrogen atoms and is therefore charge neutral, with the result that the entire crystal is not polarized in the growth direction.
  • non-polar group III nitride crystals grown on heterogeneous substrates exhibit high defect density, resulting in a decrease in quantum efficiency.
  • the ammonothermal method of directly growing the semipolarized surface and the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method of growing it very thick and then slicing into the corresponding surface can be considered.
  • the size of the substrate grown by the ammonothermal method is very small, and the HVPE method has the disadvantage that the manufacturing cost is very high.
  • GaN LED As another method to increase the light efficiency of GaN LED, it can be grown on r-plane sapphire so that (11-22) plane is grown on the surface.
  • this method generates internal stacking faults due to linear anisotropy on the surface or crystalline anisotropy due to the full width at half maximum (FWHM) of It may be difficult to apply.
  • White LED white light emitting devices
  • the simplest and most widely used method of using phosphor is to apply yellow phosphor to a blue light-emitting device.
  • the method of using phosphors had a problem in that the color rendering index, which is an index indicating how close the color is to sunlight, based on sunlight as 100, was too low, making it unsuitable for use for lighting.
  • the method without using phosphors is a method of manufacturing three types of light sources (red, green, and blue) by modularizing them into one, and the color rendering index is superior to the method using the above phosphors.
  • the light emitting device manufactured by this method has the disadvantage of having low price competitiveness, and if the output of any one of the three types of light sources (red, green, and blue) decreases, the efficiency of the entire light emitting device decreases, ultimately adversely affecting its lifespan.
  • the current of each light source must be carefully adjusted, and a complex circuit configuration is required for this purpose.
  • the use of multiple light sources causes spatial constraints, making it difficult to increase the resolution of the display. It has become an obstacle.
  • a recently emerging method is a method of manufacturing a light emitting device by growing it on an inclined plane-shaped substrate.
  • the wavelength band of light irradiated at each location is different. Accordingly, by adjusting the size of the light emitting device, it is possible to adjust the wavelength band (including the white wavelength band) to which the light emitting device to be manufactured should output.
  • This method has a considerably superior effect compared to the conventional method in terms of manufacturing and operation of the light emitting device, but there is a very difficult problem in manufacturing the light emitting device in the form of a chip or module due to the morphological characteristics of the substrate. There are significant structural difficulties in the process of electrically connecting electrodes to light-emitting devices. Accordingly, there was difficulty in manufacturing the light emitting device manufactured by this method in the form of a chip or module.
  • One embodiment of the present invention has the purpose of providing a semi-polarized/non-polarized material that is easily separated from the substrate and a method of manufacturing the same, using a two-dimensional material that has the property of being easy to separate from the substrate.
  • the purpose of one embodiment of the present invention is to provide a manufacturing method that can secure a two-dimensional separation layer without any defects by directly growing or forming a two-dimensional material on a GaN substrate.
  • One embodiment of the present invention has the purpose of providing a semi-polarized/non-polarized substrate that is easily separated into a substrate and a method of manufacturing the same using a two-dimensional material.
  • Another object of the present invention is to provide a multi-wavelength optical device that can be easily grown and manufactured on a semi-polarized/non-polarized substrate and a method of manufacturing the same.
  • a method of manufacturing a semi-polarized substrate using a two-dimensional material includes forming a SiO 2 mask layer on a GaN substrate, forming a stripe pattern on the formed SiO 2 mask layer, Forming a first GaN growth surface by growing a GaN material on the SiO 2 mask layer on which the stripe pattern is formed, depositing a two-dimensional material on the first GaN growth surface, and then forming a second GaN growth surface. , separating the first GaN growth surface on which the two-dimensional material is deposited and the second GaN growth surface, and transferring the second GaN growth surface to another substrate to manufacture a semipolarized substrate.
  • a method of manufacturing a semi-polarized substrate using a two-dimensional material includes forming a SiO 2 mask layer on a GaN substrate, forming a stripe pattern on the formed SiO 2 mask layer, Forming a first GaN growth surface by growing a GaN material on the SiO 2 mask layer on which the stripe pattern is formed, depositing a two-dimensional material on the first GaN growth surface, and then forming a second GaN growth surface. , separating the first GaN growth surface on which the two-dimensional material is deposited and the second GaN growth surface, and transferring the second GaN growth surface to another substrate to manufacture a semi-polarized substrate,
  • the first GaN growth surface when the first GaN growth surface is arranged to face a direction perpendicular to the arrangement direction of the stripe pattern and the reference surface of the GaN substrate, the first GaN growth surface is grown in a planar direction, and the arrangement of the stripe pattern When the direction is arranged to face a direction parallel to the reference plane, it can be grown in a direction perpendicular to the plane direction.
  • a semipolarized substrate manufactured using a two-dimensional material includes a second GaN growth surface and a substrate separated from the first GaN growth surface on which the two-dimensional material is deposited,
  • the first GaN growth surface includes a GaN substrate and a SiO 2 mask layer formed on the GaN substrate and having a stripe pattern, and a GaN material on the SiO 2 mask layer having the stripe pattern formed. It is formed as it grows,
  • the second GaN growth surface may be formed by depositing a two-dimensional material on the first GaN growth surface and growing the GaN material on the deposited two-dimensional material.
  • a first forming process in which a mask layer is formed on a substrate a second forming process in which a window layer of a preset pattern is formed in the mask layer, and a preset window layer is formed on the mask layer on which the window layer is formed.
  • a re-growth process of re-growing the components of the substrate in the environment a deposition process of depositing a two-dimensional material on the re-grown substrate, a growth process of growing an epi layer of an optical device on the deposited two-dimensional material, and separating the deposited two-dimensional material.
  • a method for manufacturing a multi-wavelength optical device is provided, which includes a separation process.
  • the preset pattern is formed by etching in a preset direction at a preset interval with the mask layer.
  • the re-grown substrate in the re-growth process is characterized by re-growing into different shapes according to a preset environment.
  • the preset environment is characterized by changes in pressure and temperature.
  • the re-grown substrate in the re-growth process takes on a triangular shape as pressure increases and temperature decreases, and as pressure decreases and temperature increases, the upper side becomes longer and the hypotenuse becomes shorter. It is characterized by a striking shape.
  • the two-dimensional material is deposited in the form of a thin film that retains the characteristics of the substrate on which it is deposited, and has the characteristic of being separated by external force or changing its shape in the direction in which the external force is applied.
  • a first forming process in which a mask layer is formed on a substrate a second forming process in which a window layer of a preset pattern is formed in the mask layer, and a preset window layer is formed on the mask layer on which the window layer is formed. Separating the re-growth process of re-growing the components of the substrate in the environment, the deposition process of depositing the two-dimensional material on the re-grown substrate, and the growth process of growing the epi layer of the optical device on the deposited two-dimensional material and the deposited two-dimensional material.
  • It includes a separation process and a transfer process of transferring the separated two-dimensional material and the epitaxial layer grown on the two-dimensional material to another substrate, wherein the two-dimensional material is deposited in the form of a thin film that retains the characteristics of the substrate on which it was deposited. It provides a method of manufacturing a multi-wavelength optical device, which has the characteristic of being separated by external force or changing its shape in the direction in which the external force is applied.
  • the epitaxial layer includes an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer.
  • the re-grown substrate in the re-growth process is characterized in that it re-grows into a triangular or trapezoidal shape according to a preset environment.
  • the active layer is characterized by irradiating light of different wavelength bands depending on the growth location.
  • the two-dimensional material is characterized in that it is straightened by receiving pressure from vertically above and below.
  • the two-dimensional material is characterized by being straightened by receiving tension from the left and right sides.
  • a multi-wavelength optical device is provided, which is manufactured according to the above method.
  • a substrate made of GaN can be easily manufactured using a two-dimensional material, and a multi-wavelength optical device can be easily grown and manufactured on the substrate.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a GaN crystal plane related to a GaN substrate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram illustrating a process of remote epitaxy using a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram showing the operation of manufacturing a semi-polarized substrate using a GaN substrate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing the operation of manufacturing a semi-polarized substrate using a sapphire substrate according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram illustrating a process for manufacturing an anti-polarization layer using GaN material re-grown on a GaN substrate, according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a flowchart showing a method of manufacturing an anti-polarization layer according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a flowchart showing a method of manufacturing a multi-wavelength optical device according to an embodiment of the present invention.
  • 8 to 12, 14, and 15 are diagrams showing a process for manufacturing a multi-wavelength optical device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a graph showing optical elements grown on an inclined surface and the wavelength of light emitted from each growth location.
  • first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
  • the term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
  • each configuration, process, process, or method included in each embodiment of the present invention may be shared within the scope of not being technically contradictory to each other.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a GaN crystal plane related to a GaN substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the GaN crystal 100 is nonpolar with a crystal direction perpendicular to the C-axis (A-plane 1120 or M-plane 1100), or C-plane. It may be semipolar with a crystal orientation between 0 and 90 degrees with respect to the (0001) plane or C-plane (0001).
  • the semipolar nature of the GaN crystal 100 exists between the crystal planes of the non-polar A-plane 1120 and M-plane 1100 and the polarized C-plane.
  • the semipolar surface extends across the hexagonal unit cell in a polygonal direction and may form an angle other than 90 degrees with the C-axis.
  • Figure 2 is a diagram illustrating a process of remote epitaxy using a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
  • a two-dimensional material 220 having a thickness of less than a preset standard in nanometers (nm) or atomic layers is deposited on the GaN substrate 210.
  • the two-dimensional material 220 is a very thin film with an atomic layer thickness, and has transparency and flexibility, as well as high strength and excellent electrical properties comparable to steel.
  • it is deposited in the form of a thin film that retains the characteristics of the substrate on which it was deposited.
  • the two-dimensional material 220 when the two-dimensional material 220 is deposited on the GaN substrate 210, the two-dimensional material 220 contains crystal information (or surface potential reflecting the lattice constant) of the GaN substrate 210. distribution) and has the same characteristics.
  • two-dimensional materials have the characteristic of being easily separated (separated) by receiving an external force from the substrate on which they are deposited, or easily changing their shape in the direction in which the external force is applied.
  • the two-dimensional material 220 having the above-described characteristics includes graphene, fluoro graphene, graphene oxide, boron nitride (BN), and hexagonal boron nitride (h-BN). : Hexagonal Boron Nitride), Transition Metal Dichalcogenide (TMDC), or Transition Metal Trichalcogenide (TMTC) exist.
  • the two-dimensional material 220 can be grown in the form of a thin film that retains the characteristics of the GaN substrate 210 below.
  • a two-dimensional material can be grown into a single crystal membrane based on the crystal information of the GaN substrate 210 (or the distribution of surface potential reflecting the lattice constant).
  • the two-dimensional material has the advantage of being easily separated from the GaN substrate 210, making separation very easy.
  • Two-dimensional materials are very thin films with an atomic layer thickness, and have transparency and flexibility, as well as high strength and excellent electrical properties comparable to steel. Accordingly, when a two-dimensional material is deposited between a GaN material and a GaN material, the GaN material can be easily separated from the GaN material due to the characteristics of the two-dimensional material.
  • Figure 3 is a diagram showing the operation of manufacturing a semi-polarized substrate using a GaN substrate according to an embodiment of the present invention.
  • a SiO 2 mask layer 310 is formed on the GaN substrate 210, and a stripe pattern at regular intervals is formed in the [11-20] direction of the formed SiO 2 mask layer 310. You can.
  • the mask of the stripe pattern may be implemented with an insulating (dielectric) material, typically SiO 2 , SiN x (eg, Si 3 N 4 ), etc.
  • an insulating layer is first formed by, for example, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Then, a conventional photolithography method (in the above method, a conventional method such as ICP-RIE can be adopted for etching, for example) is performed to create a set of parallel stripes on the 1-III nitride layer. Make sure the pattern remains. At this time, the area between the masks of the stripe pattern may be referred to as a “window area.”
  • the width of the mask can be set to, for example, a range of about 2 to 50 ⁇ m (more specifically, about 2 to 10 ⁇ m), and the width of the window can be set to a range of about 2 to 20 ⁇ m (more specifically, about 2 to 10 ⁇ m). . Additionally, the mask may be formed to have a thickness ranging from about 500 to 2000 ⁇ .
  • the GaN material 301 can be grown again on the SiO 2 mask layer 310 on which the stripe pattern is formed.
  • the stripe pattern is arranged in a direction parallel to the flat zone of the GaN substrate 210 (i.e., the repeating direction of the irregularities is the [11-20] direction)
  • 3D growth becomes dominant.
  • the GaN growth surface formed by the GaN material 301 is formed perpendicular to the plane direction, and the cross section in the growth direction may be implemented in a sharp or trapezoidal shape.
  • the GaN material 301 re-grown on the SiO 2 mask layer 310 may be grown by being exposed to a preset pressure or temperature. Depending on the degree of pressure or temperature, the GaN material 301 can be implemented in various forms, such as a form with a sharp cross section (1101) or a form with the edges shaved (0001).
  • Figure 4 is a diagram showing the operation of manufacturing a semi-polarized substrate using a GaN substrate according to another embodiment of the present invention.
  • a SiO 2 mask layer 310 is formed on the GaN substrate 410, and a stripe pattern may be formed in the [1-100] direction on the formed SiO 2 mask layer 310.
  • the GaN material may grow again on the SiO 2 mask layer 310 on which the stripe pattern is formed to form the first GaN growth surface 401.
  • the SiO 2 mask layer 310 on which the stripe pattern is formed includes a window, which is an area between the masks of the stripe pattern, and the first GaN growth surface 401 may be formed as GaN material is accumulated in the window area.
  • 2D growth i.e., planar growth
  • growth can occur flat.
  • the first GaN growth surface 401 may be re-grown on the SiO 2 mask layer 310 on which the stripe pattern is formed. Depending on the direction of the stripe and the degree of pressure or temperature during regrowth, the first GaN growth surface 401 may be implemented in various shapes, such as an isosceles triangle (1122), a shape with the corners cut (0001), or a square (1120). .
  • a two-dimensional material may be deposited on the first GaN growth surface 401 and the GaN material may be grown again, thereby forming an additional second GaN growth surface (not shown) on the deposited two-dimensional material.
  • the first and second GaN growth surfaces can be separated using the properties of the two-dimensional material that facilitates separation between materials, and the separated GaN growth surfaces can be transferred to another substrate to manufacture a semi-polarized substrate.
  • Figure 5 is a diagram illustrating a process for manufacturing an anti-polarization layer using GaN material re-grown on a GaN substrate, according to an embodiment of the present invention.
  • GaN(1)(301) a GaN material, is grown on the SiO 2 mask layer 310 on which a stripe pattern is formed, and a two-dimensional material 510 is grown on the grown GaN(1)(301). can be deposited.
  • GaN(2)(302) which is a GaN material
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • HVPE hydride vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the two-dimensional material 510 (on which GaN(2) 302 was grown) is separated from GaN(1) 301, and GaN(2) 302 is transferred to another substrate (e.g., GaN, sapphire, Si, SiC, etc.), and substrates with various types of anti-polarized layers are manufactured.
  • Figure 6 is a flowchart showing a method of manufacturing an anti-polarization layer according to an embodiment of the present invention.
  • a SiO 2 mask layer is formed on the GaN substrate (S610).
  • a stripe pattern is formed on the formed SiO 2 mask layer (S620).
  • the GaN material grows again on the SiO 2 mask layer on which the stripe pattern is formed (S630).
  • the SiO 2 mask layer on which the stripe pattern is formed includes a window, which is an area between the stripe pattern and the mask, and as the GaN material 301 grows based on the window area, the GaN material 301 can be formed in various shapes. there is.
  • a two-dimensional material is deposited on GaN(1) grown on the SiO 2 mask layer (S640).
  • SiC which is capable of growing a uniform graphene layer, can be used to grow a high-quality single crystal gallium nitride membrane.
  • Graphene can be formed by graphitizing SiC at high temperature and thermally decomposing Si on the surface of the substrate under preset conditions (e.g., high temperature of 1100°C or higher, ultra-low pressure of 1 ⁇ 10-10 Pa).
  • a graphene layer is formed on the top and a carbon-buffer layer is formed immediately below.
  • the carbon buffer layer has the van der Waals characteristics of graphene and can be attached to the substrate by covalent bonding. Accordingly, the graphene layer is very stable, can be formed uniformly and reproducibly, is very stable in thermal/chemical reactions, and does not cause wrinkles or separation. In addition, because it is formed through direct growth, no organic/inorganic residues remain on the surface, and because it is formed on SiC suitable for GaN growth, the crystalline quality of the GaN membrane can be guaranteed.
  • a method of transferring graphene in the case of graphene grown on a transition metal, a method of etching the transition metal is possible, but in the case of graphene grown on SiC, etching is not possible, so a transfer method using a heat dissipation tape is possible.
  • the transfer method using a heat-dissipating tape in order to maximize the surface energy of the re-grown GaN substrate, the re-grown GaN substrate is thoroughly cleaned through oxygen plasma, etc., and the heat-dissipating tape is attached to the SiC on which the graphene was grown, and then applied at 3 to 6 N/mm.
  • Graphene can be transferred to tape by applying pressure of 2 . Afterwards, a tape can be attached to the re-grown GaN and then a pressure of 3 to 6 N/mm 2 can be applied.
  • GaN(2) of GaN material is grown again (S650).
  • the two-dimensional material on which GaN(2) is grown is separated from GaN(1) (S660). Due to the two-dimensional material, GaN(1) and GaN(2) are easily separated.
  • GaN(1) and separated GaN(2) are transferred to another substrate (e.g., GaN, sapphire, Si, SiC, etc.) (S670).
  • another substrate e.g., GaN, sapphire, Si, SiC, etc.
  • Figure 7 is a flowchart showing a method of manufacturing a multi-wavelength optical device according to an embodiment of the present invention
  • Figures 8 to 12, 14, and 15 are a process of manufacturing a multi-wavelength optical device according to an embodiment of the present invention. This is a drawing showing. Manufacturing of the multi-wavelength optical device shown in FIG. 7 can be implemented by a multi-wavelength optical device manufacturing apparatus.
  • a mask layer 810 is formed on the substrate 210 (S710). As shown in FIG. 8, a mask layer 810 is formed on the GaN substrate 210.
  • the mask layer 810 is made of a dielectric material and may be made of SiO 2 or SiN x (x is a natural number, for example, Si 3 N 4 ).
  • a window layer 910 with a preset pattern is formed in the mask layer 810 (S720). As shown in FIG. 9, the mask layer 810 is etched at preset intervals and in a preset direction. Accordingly, the mask layer 810 remains at preset intervals, and a window layer 910 exposing the substrate 210 is formed between each mask layer 810.
  • the substrate is re-grown on the mask layer 810 on which the window layer 910 is formed in a preset environment (S730).
  • a preset environment S730.
  • the GaN substrate is re-grown on the mask layer 810 in a preset environment. That is, the same component of the GaN substrate 210 is re-grown on the mask layer 810.
  • the growth form becomes different as the preset environment, more specifically, pressure and temperature changes.
  • the regrowing substrate grows in a triangular shape (210b), and as the pressure becomes weaker and the temperature rises, it grows in the shape of an equilateral trapezoid (210c, 210d).
  • the pressure weakens and the temperature rises, the length of the upper sun becomes longer and the length of the hypotenuse becomes shorter.
  • the two-dimensional material 220 is deposited on the regrown substrate (S740). As shown in FIG. 11, the two-dimensional material 220 is deposited on the re-grown substrate 210b in a preset environment. Deposition of the two-dimensional material 220 may be performed using a vapor deposition machine or the like.
  • Each epi layer 1210 to 1230 of the optical device is grown on the deposited two-dimensional material 220 (S350), as shown in FIG. 12 (substrate 210b re-grown into an appropriate shape according to a preset environment)
  • Each epi layer of the optical device more specifically, the n-type semiconductor layer 1210, the active layer 1220, and the p-type semiconductor layer 1230, is grown on the deposited two-dimensional material 220.
  • the n-type semiconductor layer 1210 can be implemented with n-AlInGaN to form an n-type layer
  • the p-type semiconductor layer 1230 can be implemented with p-AlInGaN to form a p-type layer.
  • Growth of the epitaxial layer may be carried out by a Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) process, a Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) process, or a Molecular Beam Epitaxy (MBE) process.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • HVPE Hydride Vapor Phase Epitaxy
  • MBE Molecular Beam Epitaxy
  • the regrown substrate 210b always has an inclined surface no matter what environment it is grown in. Accordingly, when each epi layer 1210 to 1230 of the optical device grows on the inclined surface of the substrate 210b, the effect shown in FIG. 13 may occur.
  • Figure 13 is a graph showing optical elements grown on an inclined surface and the wavelength of light emitted from each growth location.
  • FIG. 13(b) shows the intensity for each wavelength band of light irradiated from the active layer 1220 at each position from 1 to 5 shown in FIG. 13(a). Referring to FIG. 13(b), it can be seen that when an optical device is grown on an inclined surface, the wavelength band of light irradiated from the active layer 1220 is different for each location.
  • the two-dimensional material 220 has the characteristics of the substrate on which it is deposited, it is difficult to form the epi layers 1210 to 1230 of each optical device on the two-dimensional material 220. You can grow without it.
  • the epitaxial layers 1210 to 1230 grown on the deposited two-dimensional material 220, especially the active layer 1220, can be irradiated with light of different wavelength bands.
  • the two-dimensional material 220 deposited on the regrown substrate 210b is separated (S760). As shown in FIG. 14, after each epi layer 1210 to 1230 of the optical device is grown on the 3D material, the 2D material 220 is separated on the regrown substrate 210b. Even if only an external force of a preset intensity is applied, the two-dimensional material 220 can be separated from the regrown substrate 210b without difficulty.
  • the separated two-dimensional material 220 and the epitaxial layers 1210 to 1230 grown on the two-dimensional material 220 are transferred to another substrate 1510 (S770).
  • S770 another substrate 1510
  • the separated two-dimensional material 220 and the epitaxial layers 1210 to 1230 grown on the two-dimensional material 220 are attached to another substrate 1510.
  • the two-dimensional material 220 can be straightened because it has flexibility. In this way, in a state in which pressure or tension is applied and straightened, the two-dimensional material 220 and the epi layers 1210 to 1230 grown on the two-dimensional material 220 are transferred to another substrate 1510.
  • the optical device can be completely manufactured by going through the remaining optical device manufacturing processes (mesa etching, metal layer placement, passivation process, etc.).
  • the wavelength band of light to be output by the optical device may vary depending on how much area is included.
  • the wavelength of light to be output is determined depending on how much area the active layer 1220 is included in the optical device.
  • the optical device can be implemented as a single device that outputs white light without separately including a light source that outputs red, blue, and green light. there is.
  • FIG. 3 each process is described as being sequentially executed, but this is merely an illustrative explanation of the technical idea of an embodiment of the present invention.
  • a person skilled in the art to which an embodiment of the present invention pertains can change the order depicted in each drawing or perform one or more of the processes without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention. Since various modifications and variations can be applied by executing in parallel, FIG. 3 is not limited to a time series order.
  • Computer-readable recording media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. That is, computer-readable recording media include storage media such as magnetic storage media (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.) and optical read media (eg, CD-ROM, DVD, etc.). Additionally, computer-readable recording media can be distributed across networked computer systems so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.

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Abstract

본 발명은, 2차원 소재를 이용하여 반분극 기판을 제조하는 방법에 있어서, GaN 기판 상에 SiO2 마스크 층을 형성하는 단계, 상기 형성된 SiO2 마스크 층에 스트라이프 패턴을 형성하는 단계, 상기 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층 상에 GaN 소재를 성장시켜 제1 GaN 성장면을 형성하는 단계, 상기 제1 GaN 성장면 상에 2차원 소재를 증착시킨 후 제2 GaN 성장면을 형성하는 단계, 상기 2차원 소재가 증착된 제1 GaN 성장면과 상기 제2 GaN 성장면을 분리시키는 단계 및 상기 제2 GaN 성장면을 다른 기판에 전사시켜 반분극 기판으로 제조하는 단계를 포함할 수 있으며, 그 외 다양한 실시 예가 가능할 수 있다.

Description

2차원 소재를 이용한 반분극/무분극 기판, 다파장 광소자 및 이의 제조 방법
본 발명은 2차원 소재를 이용하여 제조한 반분극/무분극 기판, 다파장 광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적인 갈륨 나이트라이드(GaN) LED, LD, 태양전지 등 광소자와 전력반도체는 통상적으로 c-면(c-plane, 0001) 기판(예를 들면, 사파이어 기판)상에 소자 구조를 제작해왔다. 이 경우 성장 방향 c-면(0001)으로 자발 극성(Spontaneous Polarization)이 형성된다. 특히, 대표적인 InGaN/GaN의 양자우물 구조를 갖는 LED가 c-면(0001)에서 성장할 경우, 양자우물구조에 격자 부정합 등에 기인하는 내부 스트레인(Strain)이 발생하고 이에 따라 압전기장(Piezoelectric Fields)에 의하여 양자 구속 스타크 효과(QCSE: Quantum-Confined Stark Effect)가 야기된다. 이로 인해, 종래의 제조방법으로는 광소자나 전력반도체의 내부 양자 효율을 높이는데 한계가 존재한다.
이러한 현상을 구체적으로 설명하면, III족 질화물, 특히 GaN 및 이의 합금(예를 들면, InN 및/또는 AlN과의 합금)은 육각형 우르차이트 구조(Hexagonal Wurtzite Structure)에서 가장 안정한데, 이러한 결정 구조는 결정이 서로에 대하여 120° 회전되며, c-축에 대하여 모두 수직인 2 또는 3 개의 균등한 기저면 축(Basal Plane Axes)으로 표시된다.
육각형 우르차이트 결정 구조 내의 III족 원소 및 질소 원자 위치에 의하여 c-축과 수직으로 놓여있는 임의의 면은 오직 한 가지 타입의 원자만을 함유하게 된다. 이때, 전하 중성을 유지하기 위하여, 예를 들면, GaN 결정은 오직 질소 원자만을 함유하는 N-면(N-face), 그리고 오직 Ga 원자만을 함유하는 Ga-면(Ga-face)이 각각의 말단에 위치한다. 그 결과, III족 질화물 결정은 c-축을 따라 극성을 나타낸다. 이와 같은 자발적 극성은 벌크 물성으로서 결정의 구조 및 조성에 의존한다. 상술한 특성으로 인하여, 대부분의 GaN계 디바이스는 극성 c-축에 평행한 방향으로 성장하게 된다. 또한, 이종접합 구조를 형성할 때 III족 질화물 간의 큰 격자상수의 차이 및 같은 c축 배향성을 갖는 특성으로 인한 응력이 발생하여, 압전극성(Piezoelectric Polarization) 현상 역시 함께 야기된다.
이처럼, III족 질화물계 광전자 및 전자 소자들 내의 통상적인 c-면 양자우물 구조의 에너지 밴드 구조는 압전 극성 및 자발적 극성 현상으로 유발된 정전기장(Electrostatic Field)에 의해 변화하며, 이에 따라 전자와 정공의 분포를 왜곡시킨다. 이러한 전계에 의한 전자와 정공의 공간적 분리를 양자 구속 스타크 효과라 하며, 해당 효과는 내부양자효율을 저하시키고 발광 스펙트럼의 적색 전이(Red Shift) 현상 등을 유발하게 된다.
상술한 문제점을 완화하기 위하여. 예를 들면 무극성(Non-polar) 또는 반극성(Semi-polar) III족 질화물을 성장시키는 방안이 제시되고 있다. 이와 같이 얻어진 무극성 또는 반극성 면은 동일한 수의 III족 원자 및 질소 원자를 함유하므로 전하 중성을 나타내는데, 그 결과 전체 결정은 성장방향으로 극성되지 않는다. 그러나 이종 기판상에서 성장하는 비극성 III족 질화물 결정은 높은 결함 밀도를 나타내어 양자효율을 감소시키는 문제점을 초래한다.
상술한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 반분극 면을 직접 성장하는 암모노써멀(Ammonothermal) 방법과 매우 두껍게 성장시킨 후 해당면으로 슬라이싱하는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법이 고려될 수 있다. 그러나 암모노써멀 방법으로 성장한 기판은 크기가 매우 작고, HVPE 방법은 제조 단가가 매우 크다는 단점을 갖는다.
GaN LED의 광효율을 높이기 위한 다른 방법으로, r-면 사파이어에 성장시켜 표면에 (11-22)면이 성장되도록 할 수 있다. 그러나 해당 방법은 표면에 선형의 이방성 혹은 X선 회절의 반치폭(FWHM: Full Width at Half Maximum)으로 인한 결정성 이방성으로 인해 내부에 적층결함(Stacking Fault)을 발생시키므로 낮은 표면특성과 결정질로 인해 소자에 적용이 어려울 수 있다.
한편, 일반적으로 백색 발광소자(White LED)는 조명장치 또는 디스플레이 장치의 백라이트로 널리 사용된다.
종래에는 이러한 백색 발광소자를 제조하는데 있어, 크게 형광체를 사용하는 방법과 형광체를 사용하지 않은 방법으로 나뉘었다.
먼저, 형광체를 사용하는 방법으로는 청색 발광소자에 노란색 형광체를 도포하는 방법이 가장 간단하고 널리 사용되고 있다. 하지만 형광체를 사용하는 방법은 태양광을 100으로 기준하여 태양광에 얼마나 가깝게 색을 표현하는지를 나타내는 지수인 연색지수가 너무 낮아서 조명용으로 사용하기에 적절하지 못하다는 문제점이 있었다.
형광체를 사용하지 않은 방법은 빨강, 녹색, 청색 세 종류의 광원을 하나로 모듈화하여 제작하는 방법인데, 위의 형광체를 사용하는 방법에 비해 연색지수는 우수하다. 다만, 해당 방법으로 제조된 발광소자는 가격 경쟁력이 낮고, 빨강, 녹색, 청색 세종류의 광원 중에 하나라도 출력이 떨어지면 발광소자 전체의 효율이 떨어져서 결국 수명에 악영향을 끼치는 단점을 갖는다. 또한, 원하는 백색광을 얻기 위해서 각 광원의 전류를 세밀하게 조정해야 하고, 이를 위한 복잡한 회로 구성이 요구되는 문제점과 함께, 복수의 광원을 사용한다는 점에서 공간상의 제약이 발생하므로 디스플레이의 해상도를 높이는데 장애가 되어 왔다.
이러한 문제로 인해, 최근 등장하는 방법이 빗면 형태의 기판 상에 발광소자를 성장시켜 제조하는 방법이 등장한다. 빗면 형태의 기판 상에 발광소자가 성장할 경우, 각 위치에서 조사되는 광의 파장대역이 상이해지는 특성을 갖는다. 이에 따라, 발광소자의 크기를 조정하여, 제조하고자 하는 발광소자가 출력해야 할 파장대역(백색 파장대역을 포함)을 조정할 수 있다.
이러한 방법은 제조 및 발광소자의 동작에 있어 종래의 방법에 비해 상당히 우수한 효과를 가지나, 기판의 형태적 특성에 의해 제조된 발광소자가 칩 또는 모듈 형태로 제조되는데 있어서는 상당히 까다로운 문제점이 있다. 발광소자에 전극이 전기적으로 연결되는 등의 공정이 진행되는데 구조적으로 상당한 어려움이 존재한다. 이에, 해당 방법으로 제조된 발광소자를 칩 형태 또는 모듈 형태로 제조하는데 있어 곤란함이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 기판으로부터 분리가 용이한 특성이 있는 2차원 소재를 사용하여, 기판으로 쉽게 분리되는 반분극성/무분극성 소재 및 그를 제조하는 방법을 제공하는데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 2차원 소재를 GaN 기판에 직성장 또는 직형성함으로써 결함이 전혀 없는 2차원 분리층을 확보할 수 있도록 하는 제조 방법을 제공하는데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 2차원 소재를 사용하여, 기판으로 쉽게 분리되는 반분극성/무분극성 기판 및 그를 제조하는 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 반분극성/무분극성 기판 상에서 용이하게 성장하여 제조될 수 있는 다파장 광소자 및 그를 제조하는 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 2차원 소재를 이용하여 반분극 기판을 제조하는 방법은, GaN 기판 상에 SiO2 마스크 층을 형성하는 단계, 상기 형성된 SiO2 마스크 층에 스트라이프 패턴을 형성하는 단계, 상기 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층 상에 GaN 소재를 성장시켜 제1 GaN 성장면을 형성하는 단계, 상기 제1 GaN 성장면 상에 2차원 소재를 증착시킨 후 제2 GaN 성장면을 형성하는 단계, 상기 2차원 소재가 증착된 제1 GaN 성장면과 상기 제2 GaN 성장면을 분리시키는 단계 및 상기 제2 GaN 성장면을 다른 기판에 전사시켜 반분극 기판으로 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 2차원 소재를 이용하여 반분극 기판을 제조하는 방법은, GaN 기판 상에 SiO2 마스크 층을 형성하는 단계, 상기 형성된 SiO2 마스크 층에 스트라이프 패턴을 형성하는 단계, 상기 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층 상에 GaN 소재를 성장시켜 제1 GaN 성장면을 형성하는 단계, 상기 제1 GaN 성장면 상에 2차원 소재를 증착시킨 후 제2 GaN 성장면을 형성하는 단계, 상기 2차원 소재가 증착된 제1 GaN 성장면과 상기 제2 GaN 성장면을 분리시키는 단계 및 상기 제2 GaN 성장면을 다른 기판에 전사시켜 반분극 기판으로 제조하는 단계를 포함하고,
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 GaN 성장면은 상기 스트라이프 패턴의 배열 방향과 상기 GaN 기판의 기준 면이 직교하는 방향을 향하도록 배치되는 경우, 평면방향으로 성장되고, 상기 스트라이프 패턴의 배열 방향이 기준 면과 평행한 방향을 향하도록 배치되는 경우, 평면방향에 수직하는 방향으로 성장될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 2차원 소재를 이용하여 제조되는 반분극 기판은, 2차원 소재가 증착된 제1 GaN 성장면으로부터 분리된 제2 GaN 성장면 및 기판을 포함하며,
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 GaN 성장면은 GaN 기판 및 상기 GaN 기판 상에 형성되고 스트라이프 패턴을 형성된 SiO2 마스크 층을 포함하며, 상기 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층 상에 GaN 소재가 성장됨에 따라 형성되는 것이고,
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 GaN 성장면은 상기 제1 GaN 성장면 상에 2차원 소재가 증착되고 상기 증착된 2차원 소재 상에 상기 GaN 소재가 성장됨에 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판 상에 마스크층이 형성되는 제1 형성과정과 상기 마스크층 내 기 설정된 패턴의 윈도우층이 형성되는 제2 형성과정과 상기 윈도우층이 형성된 마스크층 상으로 기 설정된 환경에서 상기 기판의 성분을 재성장시키는 재성장과정과 재성장한 기판 상에 2차원 소재를 증착하는 증착과정과 증착된 2차원 소재 상에 광소자의 에피층을 성장시키는 성장과정 및 증착된 2차원 소재를 분리하는 분리과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 패턴은 상기 마스크층으로 기 설정된 간격을 가지며 기 설정된 방향으로 식각이 진행되며 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 재성장과정에서 재성장한 기판은 기 설정된 환경에 따라 서로 다른 형상으로 재성장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 환경은 압력 및 온도가 달라지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 재성장과정에서 재성장한 기판은 상대적으로 압력이 증가하고 온도가 하강할수록 삼각형 형상을 띄고, 상대적으로 압력이 감소하고 온도가 상승할수록 윗변이 길어지고 빗변이 짧아지는 사다리꼴 형상을 띄는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 2차원 소재는 자신이 증착된 기판의 특성을 그대로 갖는 박막 형태로 증착되며, 외력을 받아 분리되거나, 외력이 가해지는 방향대로 형상이 변경되는 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 기판 상에 마스크층이 형성되는 제1 형성과정과 상기 마스크층 내 기 설정된 패턴의 윈도우층이 형성되는 제2 형성과정과 상기 윈도우층이 형성된 마스크층 상으로 기 설정된 환경에서 상기 기판의 성분을 재성장시키는 재성장과정과 재성장한 기판 상에 2차원 소재를 증착하는 증착과정과 증착된 2차원 소재 상에 광소자의 에피층을 성장시키는 성장과정과 증착된 2차원 소재를 분리하는 분리과정 및 분리된 2차원 소재 및 상기 2차원 소재 상에 성장한 에피층을 다른 기판으로 전사하는 전사과정을 포함하며, 상기 2차원 소재는 자신이 증착된 기판의 특성을 그대로 갖는 박막 형태로 증착되며, 외력을 받아 분리되거나, 외력이 가해지는 방향대로 형상이 변경되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 에피층은 n타입 반도체층, 활성층 및 p타입 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 재성장과정에서 재성장한 기판은 기 설정된 환경에 따라 삼각형 또는 사다리꼴 형상으로 재성장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 활성층은 성장한 위치에 따라 서로 다른 파장대역의 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 2차원 소재는 연직 상·하방으로부터 압력을 받아 반듯하게 펴지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 2차원 소재는 좌·우측으로부터 인장력을 받아 반듯하게 펴지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 2차원 소재를 이용하여 쉽게 GaN 소재들을 분리시키고 다양한 스트라이프 패턴을 형성하여 다양한 형태의 반분극성 혹은 무분극성 기판을 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 2차원 소재를 이용하여 용이하게 GaN 소재의 기판을 제조하고, 기판 상에 다파장 광소자를 용이하게 성장시켜 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GaN 기판과 관련된 GaN의 결정면이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 2차원 소재를 이용하여 원격 에피텍시하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 GaN 기판을 이용하여 반분극 기판을 제조하는 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 사파이어 기판을 이용하여 반분극 기판을 제조하는 동작을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, GaN 기판 상에 재 성장된 GaN 소재를 이용하여 반분극층을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 반분극층을 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다파장 광소자를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8 내지 12, 도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다파장 광소자가 제조되는 과정을 도시한 도면이다.
도 13은 경사면에 성장한 광소자와 성장한 각 위치에서 발광되는 광의 파장을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GaN 기판과 관련된 GaN의 결정면이 도시된 도면이다.
도 1을 참조하면, GaN 결정(100)은 C-축(axis)에 대하여 수직인 결정방향(A-면(1120) 또는 M-면(1100))을 갖는 무극성을 띄거나, 또는 C-면(0001)면 또는 C-면(0001)에 대하여 0 내지 90도사이의 결정 방향을 갖는 반극성을 띌 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, GaN 결정(100)의 반극성은 무극성이 있는 A-면(1120), M-면(1100)의 결정면과 분극성이 있는 C-면 사이에 존재한다. 이때, 반극성의 면은 육방단위 셀을 다각선 방향으로 가로질러 연장하고, C-축과는 90도 이외의 각을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 2차원 소재를 이용하여 원격 에피텍시하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, GaN 기판(210) 상에 나노미터(nm) 또는 원자층의 단위의 기 설정된 기준치 이하의 두께를 갖는 2차원 소재(220)가 증착된다. 여기서, 2차원 소재(220)는 원자층 두께의 매우 얇은 박막으로, 투명도와 유연성을 가지면서 철강과 비견되는 높은 강도와 우수한 전기적 특성을 갖는다. 또한, 자신이 증착된 기판의 특성을 그대로 갖는 박막 형태로 증착된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 2차원 소재(220)가 GaN 기판(210) 상에 증착될 경우, 2차원 소재(220)는 GaN 기판(210)의 결정 정보(또는 격자상수가 반영된 표면전위의 분포)와 동일한 특성을 갖는다. 한편, 2차원 소재는 자신이 증착된 기판으로부터 외력을 받아 용이하게 분리(떼어짐)되거나, 외력이 가해지는 방향대로 손쉽게 형상이 변경되는 특성을 갖는다. 전술한 특징을 갖는 2차원 소재(220)로는 그래핀(Graphene), 플루오르 그래핀(Fluoro Graphene), 산화 그래핀(Graphene Oxide), 질화붕소(BN: Boron Nitride) 육방정계 질화붕소(h-BN: Hexagonal Boron Nitride), 전이금속 이칼코겐화합물(TMDC: Transition Metal Dichalcogenide) 또는 전이금속 삼칼코겐화물(TMTC: Transition Metal Trichalcogenide) 등이 존재한다.
2차원 소재(220)는 아래의 GaN 기판(210)의 특성을 그대로 갖는 박막 형태로 성장할 수 있다. 예컨대, 2차원 소재는 GaN 기판(210)의 결정 정보(또는 격자상수가 반영된 표면전위의 분포)에 의해 단결정 멤브레인으로 성장할 수 있다. 또한, 2차원 소재는 GaN 기판(210)으로부터 쉽게 떼어지는 특성이 있어서 분리가 매우 용이한 장점이 있다.
2차원 소재는 원자층 두께의 매우 얇은 박막으로 투명도와 유연성을 가지면서 철강과 비견되는 높은 강도와 우수한 전기적 특성을 가지고 있다. 이에 따라, GaN 소재와 GaN 소재 사이에 2차원 소재가 증착될 때, 2차원 소재의 특성으로 인해 GaN 소재와 GaN 소재가 쉽게 분리되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 GaN 기판을 이용하여 반분극 기판을 제조하는 동작을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, GaN 기판(210) 상에 SiO2 마스크 층(310)이 형성되고, 형성된 SiO2 마스크 층(310)의 [11-20] 방향으로 일정한 간격의 스트라이프(Stripe) 패턴이 형성될 수 있다. 이때, 스트라이프 패턴의 마스크는 절연성(Dielectric) 재질, 대표적으로, SiO2, SiNx(예, Si3N4) 등으로 구현될 수 있다.
마스크 층(310) 내 스트라이프 패턴이 형성되기 위하여, 먼저 예를 들면 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의하여 절연성 층이 형성된다. 그 다음, 통상의 포토리소그래피법(상기 방법에서, 에칭을 위하여, 예를 들면 ICP-RIE 등과 같은 통상의 방식을 채택할 수 있음)이 수행되며 제1 III족 질화물 층상에 한 세트의 평행한 스트라이프 패턴이 남도록 한다. 이때, 스트라이프 패턴의 마스크 사이의 영역을 "원도우(Window) 영역"으로 일컬을 수 있다.
마스크의 폭은 예를 들면 약 2 내지 50 ㎛(구체적으로는 약 2 내지 10㎛), 그리고 윈도우의 폭은 약 2 내지 20 ㎛(보다 구체적으로는 약 2 내지 10㎛) 범위로 설정될 수 있다. 또한, 마스크는 약 500 내지 2000Å 두께 범위로 형성될 수 있다.
스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층(310) 상에 GaN 소재(301)가 다시 성장할 수 있다. 예를 들어, 스트라이프 패턴의 배열 방향이 GaN 기판(210)의 기준 면(flat zone)과 평행한 방향(즉, 요철의 반복 방향이 [11-20]방향)을 향하도록 배치되는 경우, 3D성장이 우세해진다. 이에, GaN 소재(301)에 의해 형성되는 GaN 성장면은 평면방향에 수직하여 형성되며, 성장방향의 단면이 뾰족한 형태 또는 사다리꼴 형태로 구현될 수 있다.
SiO2 마스크 층(310) 상에 재 성장된 GaN 소재(301)는 기 설정된 압력 또는 온도에 노출되며 성장할 수 있다. 압력 또는 온도의 정도에 따라 GaN 소재(301)는 일부 단면이 뾰족한 형태(1101), 모서리의 끝이 깎인 형태(0001) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 GaN 기판을 이용하여 반분극 기판을 제조하는 동작을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, GaN 기판(410) 상에 SiO2 마스크 층(310)이 형성되고, 형성된 SiO2 마스크 층(310)에 [1-100] 방향으로 스트라이프 패턴이 형성될 수 있다.
스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층(310) 상에 GaN 소재가 다시 성장하며 제1 GaN 성장면(401)을 형성할 수 있다. 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층(310)은 스트라이프 패턴의 마스크 사이의 영역인 윈도우를 포함하며, 윈도우 영역에 GaN 소재가 쌓이면서 제1 GaN 성장면(401)이 형성될 수 있다.
스트라이프 패턴의 배열 방향과 GaN 기판의 기준 면이 직교하는 방향([1-100]방향)을 향하도록 배치되는 경우, 2D성장(즉, 평면방향 성장)이 우세하여 제1 GaN 성장면(401)은 다양한 형태와 더불어 평면으로 성장이 이루어질 수 있다.
스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층(310) 상에 제1 GaN 성장면(401)을 재성장할 수 있다. 스트라이프의 방향, 재성장시 압력 또는 온도의 정도에 따라 제1 GaN 성장면(401)은 이등변 삼각형(1122), 모서리의 끝이 깎인 형태(0001) 또는 사각형(1120) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
경우에 따라, 제1 GaN 성장면(401)에 2차원 소재를 증착하고 다시 GaN 소재를 성장시켜, 증착된 2차원 소재 상에 추가로 제2 GaN 성장면(미도시)을 형성할 수 있다. 이후 소재들 간의 분리를 쉽게 하는 2차원 소재의 성질을 이용하여 제1 및 제2 GaN 성장면들 간을 분리시키고, 분리된 GaN 성장면을 다른 기판에 전사하여 반분극성 기판을 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, GaN 기판 상에 재 성장된 GaN 소재를 이용하여 반분극층을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층(310) 상에 GaN 소재인 GaN(1)(301)가 성장하고, 성장한 GaN(1)(301) 상에 2차원 소재(510)가 증착될 수 있다.
성장한 GaN(1)(301) 상에 2차원 소재(510)가 증착된 후 GaN 소재인 GaN(2)(302)가 다시 성장할 수 있다. 예컨대, GaN(2)(302)를 성장시키는 방법으로는 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy), MBE(molecular beam epitaxy) 등이 이용될 수 있다. 이후, (GaN(2)(302)가 성장한) 2차원 소재(510)가 GaN(1)(301)과 분리되고, GaN(2)(302)가 다른 기판(예, GaN, 사파이어, Si, SiC 등)에 전사되며, 다양한 형태의 반분극층을 가진 기판이 제조된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 반분극층을 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, GaN 기판 상에 SiO2 마스크 층이 형성된다(S610).
형성된 SiO2 마스크 층에 스트라이프 패턴이 형성된다(S620).
스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층 상에 GaN 소재가 다시 성장한다(S630).
스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층은 스트라이트 패턴에서 마스크 사이의 영역인 윈도우를 포함하며, 상기 윈도우 영역을 기준으로 GaN 소재(301)가 성장하면서, GaN 소재(301)는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
SiO2 마스크 층에 성장된 GaN(1) 상에 2차원 소재가 증착된다(S640).
2차원 소재가 GaN 기판에서 직성장 또는 직형성됨으로써 결함이 전혀 없는 2차원 분리층 확보가 가능할 수 있다. 2차원 소재가 다른 기판에서 GaN 기판으로 전사되는 과정에 손상 및 유기오염물 파티클로 인한 에피택시 결정성 저하 문제가 있을 수 있으나, 2차원 물질이 기판에 직성장·직형성됨으로써 대면적 멤브레인으로 제조할 수 있다.
고품질 단결정 질화갈륨 멤브레인으로 성장하도록 균일한 그래핀층 성장이 가능한 SiC가 이용될 수 있다. SiC를 고온에서 흑연화 시켜 기판 표면에 있는 Si을 기 설정된 조건(예, 1100℃ 이상의 고온, 1Х10-10 ㎩의 초저압)에 따라 열분해시킴으로써 그래핀을 형성할 수 있다.
이때, 상부에 그래핀층이 생기고 바로 밑에 카본 버퍼(carbon-buffer)층이 생기며, 카본 버퍼층은 그래핀의 판데르발스 특성을 가지고 있어 기판에 코발란트 본딩으로 붙어있을 수 있다. 이에[, 그래핀층은 매우 안정하고 균일하고 재현성 있게 형성할 수 있으며 열/화학반응에 매우 안정적이고 주름, 찟어짐 현상이 발생하지 않는다. 또한, 직성장으로 형성이 되기 때문에 유/무기물 잔여물이 표면에 남을 일도 없고, GaN 성장하기에 적합한 SiC에 형성이 되기 때문에 GaN 멤브레인의 결정성 품질도 보장될 수 있다.
그래핀을 전사하는 방법으로는 전이 금속 상에 성장된 그래핀의 경우 전이 금속을 에칭하는 방법이 가능하지만 SiC 위에 성장된 그래핀의 경우는 에칭이 불가능하므로, 열 방출 테이프를 이용한 전사 방법이 가능할 수 있다. 예컨대, 열 방출 테이프를 이용한 전사 방법은, 재성장 된 GaN 기판의 표면 에너지를 최대화하기 위해서 산소 플라즈마 등을 통하여 깨끗이 세정하고, 열 방출 테이프를 그래핀이 성장된 SiC 위에 붙인 후 3~6 N/mm2의 압력을 가하여 그래핀을 테이프로 전사시킬 수 있다. 이후 재성장된 GaN에 테이프를 붙인 다음 3~6 N/mm2의 압력을 가할 수 있다.
재성장된 GaN의 표면 단차를 극복하기 위해 압력을 가하는 물체에 표면 변형을 가할 수 있다. 마지막으로 120℃ 정도의 열을 가하여 테이프의 접착력을 감소시켜 그래핀 전사를 마무리할 수 있다.
성장된 GaN(1) 상에 2차원 소재가 증착된 후 다시 GaN 소재의 GaN(2)가 성장한다(S650).
GaN(2)가 성장한 2차원 소재가 GaN(1)과 분리된다(S660). 2차원 소재로 인해 GaN(1)과 GaN(2)가 쉽게 분리된다.
GaN(1)과 분리된 GaN(2)이 다른 기판(예를 들어, GaN, 사파이어, Si, SiC 등)에 전사된다(S670).
이러한 과정을 거치며 반분극성 혹은 무분극성 기판이 제조된다.
도 7는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다파장 광소자를 제조하는 방법을 도시한 순서도이고, 도 8 내지 12, 도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다파장 광소자가 제조되는 과정을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 다파장 광소자의 제조는 다파장 광소자 제조장치에 의해 구현될 수 있다.
기판(210) 상에 마스크층(810)을 형성한다(S710). 도 8에 도시된 바와 같이, GaN 기판(210) 상에 마스크층(810)을 형성한다. 마스크층(810)은 절연성(Dielectric) 재질로 구현되며, SiO2 또는 SiNx (x 는 자연수, 예를 들어, Si3N4)로 구현될 수 있다.
마스크층(810) 내 기 설정된 패턴의 윈도우층(910)을 형성한다(S720). 도 9에 도시된 바와 같이, 기 설정된 간격을 가지며 기 설정된 방향으로 마스크층(810)에 대해 식각이 진행된다. 이에 따라, 기 설정된 간격마다 마스크층(810)이 잔존하게 되며, 각 마스크층(810) 사이로 기판(210)이 드러나는 윈도우층(910)이 형성된다.
윈도우층(910)이 형성된 마스크층(810) 상으로 기 설정된 환경에서 기판이 재성장된다(S730). 도 10에 도시된 바와 같이, 마스크층(810) 내 기 설정된 간격마다 윈도우층(910)이 형성된 후, 마스크층(810) 상으로 기 설정된 환경에서 GaN 기판이 재성장된다. 즉, 마스크층(810) 상으로 GaN 기판(210) 동일한 성분을 재성장시킨다. 이때, GaN 기판과 동일한 성분이 재성장함에 있어, 기 설정된 환경, 보다 구체적으로는 압력 및 온도가 변화함에 따라 성장하는 형태가 상이해진다. 상대적으로 압력이 세지고 온도가 낮을수록 재성장하는 기판은 삼각형 형태(210b)로 성장하며, 그로부터 압력이 약해지고 온도가 높아질수록 등변사다리꼴(210c, 210d) 형태로 성장한다. 특히, 압력이 약해지고 온도가 높아질수록 윗볕의 길이는 길어지고 빗변의 길이는 짧아진다.
재성장한 기판 상에 2차원 소재(220)가 증착된다(S740). 도 11에 도시된 바와 같이, 기 설정된 환경에서 재성장한 기판(210b) 상에 2차원 소재(220)가 증착된다. 2차원 소재(220)의 증착은 증착기 등에 의해 진행될 수 있다.
증착된 2차원 소재(220) 상에 광소자의 각 에피층(1210 내지 1230)이 성장한다(S350), 도 12에 도시된 바와 같이, (기 설정된 환경에 따라 적절한 형상으로 재성장한 기판(210b) 상에) 증착된 2차원 소재(220) 상으로 광소자의 각 에피층, 보다 구체적으로 n타입 반도체층(1210), 활성층(1220) 및 p타입 반도체층(1230)이 성장한다. 여기서, n타입 반도체층(1210)은 n-AlInGaN으로 구현되어 n타입 레이어를 구성할 수 있으며, p타입 반도체층(1230)은 p-AlInGaN으로 구현되어 p타입 레이어를 구성할 수 있다.
에피층의 성장은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 공정 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 공정 등에 의해 진행될 수 있다.
이때, 재성장한 기판(210b)은 어떠한 환경에서 성장하더라도 반드시 경사면을 갖는다. 이에 따라, 기판(210b)의 경사면에 광소자의 각 에피층(1210 내지 1230)이 성장할 경우, 도 13에 도시된 바와 같은 효과가 발생할 수 있다.
도 13은 경사면에 성장한 광소자와 성장한 각 위치에서 발광되는 광의 파장을 도시한 그래프이다.
도 13(b)에는 도 13(a)에 도시된 1 내지 5의 각 위치마다 활성층(1220)에서 조사되는 광의 파장대역 별 강도가 도시되어 있다. 도 13(b)를 참조하면, 경사면에 광소자가 성장할 경우 각 위치별로 활성층(1220)에서 조사되는 광의 파장대역이 상이함을 확인할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 전술한 대로, 2차원 소재(220)는 자신이 증착된 기판의 특성을 그대로 갖기 때문에, 2차원 소재(220) 상으로 각 광소자의 에피층(1210 내지 1230)이 어려움없이 성장할 수 있다. 증착된 2차원 소재(220) 상에 성장한 에피층(1210 내지 1230), 특히, 활성층(1220)은 서로 다른 파장대역의 광을 조사할 수 있다.
재성장한 기판(210b) 상에 증착된 2차원 소재(220)가 분리된다(S760). 도 14에 도시된 바와 같이, 차원 소재 상으로 광소자의 각 에피층(1210 내지 1230)이 성장한 후, 2차원 소재(220)는 재성장한 기판(210b) 상에서 분리된다. 기 설정된 세기의 외력만이 작용하더라도 2차원 소재(220)는 어려움없이 재성장한 기판(210b)에서 분리될 수 있다.
분리된 2차원 소재(220) 및 2차원 소재(220) 상에 성장한 에피층(1210 내지 1230)이 다른 기판(1510)으로 전사된다(S770). 도 15에 도시된 바와 같이, 2차원 소재(220)의 분리가 완료된 경우, 분리된 2차원 소재(220) 및 2차원 소재(220) 상에 성장한 에피층(1210 내지 1230)이 다른 기판(1510)으로 전사된다. 전술한 대로, 연직 상·하방에서 압력이 가해지거나 2차원 소재(220)의 좌·우측에서 인장력이 가해질 경우, 2차원 소재(220)는 유연성을 가지고 있기 때문에 반듯하게 펴질 수 있다. 이처럼, 압력 또는 인장력이 가해지며 반듯하게 펴진 상태에서, 2차원 소재(220) 및 2차원 소재(220) 상에 성장한 에피층(1210 내지 1230)이 다른 기판(1510)으로 전사된다.
이처럼, 에피층(1210 내지 1230)이 다른 기판(1510) 상으로 전사됨에 따라, 나머지 광소자 제조 공정(메사 식각, 메탈층 배치, 패시베이션 공정 등)을 거치며 온전히 광소자로 제조될 수 있다. 이때, 에피층(1210 내지 1230)이 하나의 광소자로 제조됨에 있어 얼마만큼의 면적이 포함되는지 여부에 따라 광소자가 출력할 광의 파장대역이 달라질 수 있다. 전술한 대로, 활성층(1220)이 각 위치마다 서로 다른 파장대역의 광을 조사하기 때문에, 얼마만큼의 면적의 활성층(1220)이 광소자에 포함되는지에 따라 출력할 광의 파장이 결정된다. 가시광 파장대역을 출력하는 모든 면적의 활성층(1220)이 하나의 광소자에 포함될 경우, 해당 광소자는 별도로, 적색, 청색 및 녹색 광을 출력하는 광원의 포함없이 백색광을 출력하는 단일소자로 구현될 수 있다.
도 3에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 3에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 특허는 2022년도 대한민국 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구 결과입니다(과제 고유번호: 1711173159, 세부 과제번호: 2022M3D1A2050793, 과제명: 기판 재사용이 가능한 2차원 분리막 기반의 원격에피택시 기술을 통한 고품질 질화물계 멤브레인 제작 원천 기술 연구).
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본 특허출원은 2022년 07월 27일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2022-0093311호 및 2022년 09월 13일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2022-0114690호에 대해 각각 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하면, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하면 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (10)

  1. 2차원 소재를 이용하여 반분극 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    GaN 기판 상에 SiO2 마스크 층을 형성하는 단계;
    상기 형성된 SiO2 마스크 층에 스트라이프 패턴을 형성하는 단계;
    상기 스트라이프 패턴이 형성된 SiO2 마스크 층 상에 GaN 소재를 성장시켜 제1 GaN 성장면을 형성하는 단계;
    상기 제1 GaN 성장면 상에 2차원 소재를 증착시킨 후 제2 GaN 성장면을 형성하는 단계;
    상기 2차원 소재가 증착된 제1 GaN 성장면과 상기 제2 GaN 성장면을 분리시키는 단계; 및
    상기 제2 GaN 성장면을 다른 기판에 전사시켜 반분극 기판으로 제조하는 단계;를 포함하는, 반분극 기판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2 마스크 층의 스트라이프 패턴으로 인해 상기 SiO2 마스크 층은 마스크 사이의 영역인 윈도우 영역이 형성되고,
    상기 제1 GaN 성장면은, 상기 윈도우 영역을 중심으로 GaN 소재가 쌓인 형태임을 특징으로 하는, 반분극 기판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 GaN 소재에 지정된 압력 또는 온도를 가하여 다양한 형태로 성형하는 단계;를 더 포함하는, 반분극 기판 제조 방법.
  4. 기판 상에 마스크층이 형성되는 제1 형성과정;
    상기 마스크층 내 기 설정된 패턴의 윈도우층이 형성되는 제2 형성과정;
    상기 윈도우층이 형성된 마스크층 상으로 기 설정된 환경에서 상기 기판의 성분을 재성장시키는 재성장과정;
    재성장한 기판 상에 2차원 소재를 증착하는 증착과정;
    증착된 2차원 소재 상에 광소자의 에피층을 성장시키는 성장과정; 및
    증착된 2차원 소재를 분리하는 분리과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기 설정된 패턴은,
    상기 마스크층으로 기 설정된 간격을 가지며 기 설정된 방향으로 식각이 진행되며 형성되는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 재성장과정에서 재성장한 기판은,
    기 설정된 환경에 따라 서로 다른 형상으로 재성장하는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기 설정된 환경은,
    압력 및 온도가 달라지는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 재성장과정에서 재성장한 기판은,
    상대적으로 압력이 증가하고 온도가 하강할수록 삼각형 형상을 띄고, 상대적으로 압력이 감소하고 온도가 상승할수록 윗변이 길어지고 빗변이 짧아지는 사다리꼴 형상을 띄는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 2차원 소재는,
    자신이 증착된 기판의 특성을 그대로 갖는 박막 형태로 증착되며, 외력을 받아 분리되거나, 외력이 가해지는 방향대로 형상이 변경되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
  10. 기판 상에 마스크층이 형성되는 제1 형성과정;
    상기 마스크층 내 기 설정된 패턴의 윈도우층이 형성되는 제2 형성과정;
    상기 윈도우층이 형성된 마스크층 상으로 기 설정된 환경에서 상기 기판의 성분을 재성장시키는 재성장과정;
    재성장한 기판 상에 2차원 소재를 증착하는 증착과정;
    증착된 2차원 소재 상에 광소자의 에피층을 성장시키는 성장과정;
    증착된 2차원 소재를 분리하는 분리과정; 및
    분리된 2차원 소재 및 상기 2차원 소재 상에 성장한 에피층을 다른 기판으로 전사하는 전사과정을 포함하며,
    상기 2차원 소재는 자신이 증착된 기판의 특성을 그대로 갖는 박막 형태로 증착되며, 외력을 받아 분리되거나, 외력이 가해지는 방향대로 형상이 변경되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 다파장 광소자 제조방법.
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