KR102557907B1 - High quality gallium oxide thin film structure with controlled threading dislocation using off-cut sapphire substrate and epitaxial lateral growth method and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

관통전위(threading dislocation)를 구비하는 산화갈륨 완충층 상에 에피텍셜 측면 성장법으로 산화갈륨 박막을 성장할 시, 관통전위의 각도를 고려하여 관통전위를 완벽하게 블록킹하도록 마스크 패턴을 설계하여 고품질의 산화갈륨 박막을 성장시킬 수 있는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.Disclosed are an off-cut sapphire substrate capable of growing a high-quality gallium oxide thin film by designing a mask pattern to perfectly block the threading dislocation in consideration of the angle of the threading dislocation when the gallium oxide thin film is grown on a gallium oxide buffer layer having threading dislocation by the epitaxial lateral growth method, a high-quality gallium oxide thin film structure in which the threading dislocation is controlled using the epitaxial lateral growth method, and a manufacturing method thereof.

Description

오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법{HIGH QUALITY GALLIUM OXIDE THIN FILM STRUCTURE WITH CONTROLLED THREADING DISLOCATION USING OFF-CUT SAPPHIRE SUBSTRATE AND EPITAXIAL LATERAL GROWTH METHOD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}High-quality gallium oxide thin film structure with threading potential controlled using off-cut sapphire substrate and epitaxial lateral growth method and method for manufacturing the same

본 발명은 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관통전위(threading dislocation)를 구비하는 산화갈륨 완충층 상에 에피텍셜 측면 성장법으로 산화갈륨 박막을 성장할 시, 관통전위의 각도를 고려하여 관통전위를 완벽하게 블록킹하도록 마스크 패턴을 설계하여 고품질의 산화갈륨 박막을 성장시킬 수 있는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-quality gallium oxide thin film structure and a method for manufacturing the same, and more particularly, when a gallium oxide thin film is grown on a gallium oxide buffer layer having threading dislocation by an epitaxial lateral growth method, a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading dislocation is controlled by using an off-cut sapphire substrate capable of growing a high-quality gallium oxide thin film by designing a mask pattern to perfectly block the threading dislocation in consideration of the threading dislocation angle, and an epitaxial lateral growth method, and the same It's about manufacturing methods.

종래의 Si 기반 전력반도체 소자는 본질적인 물성한계로 인하여 기술발전 대비 성능개선의 한계에 도달하여 WBG(Wide bandgap)와 UWB(Ultra-wide bandgap) 특성을 갖는 전력반도체 소재의 산업적 필요성이 점점 확대되고 있다.Conventional Si-based power semiconductor devices have reached the limits of performance improvement compared to technology development due to inherent physical property limitations, and the industrial need for power semiconductor materials having WBG (Wide bandgap) and UWB (Ultra-wide bandgap) characteristics is gradually expanding.

UWB 산화갈륨(Ga2O3) 소재는 GaN 또는 SiC 대비 제조비용이 대략 1/3 ~ 1/5 수준으로 저렴하여 가격 경쟁력을 갖춘 차세대 전력반도체용 웨이퍼이다.UWB gallium oxide (Ga 2 O 3 ) material is a wafer for next-generation power semiconductors with price competitiveness as its manufacturing cost is about 1/3 to 1/5 cheaper than GaN or SiC.

특히, UWB 산화갈륨(Ga2O3) 소재는 밴드갭(Bandgap)에 의한 내 항복전압 특성에 의해 같은 항복전압을 가지기 위해서 박막의 두께를 대략 1/3 정도로 얇게 성장할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 성장이 아니므로 이에 따른 비용이 절감될 수 있다.In particular, the UWB gallium oxide (Ga 2 O 3 ) material can be grown as thin as about 1/3 of the thickness of the thin film in order to have the same breakdown voltage due to breakdown voltage characteristics due to the bandgap, and it is not grown at high temperature, so cost can be reduced accordingly.

산화갈륨(Ga2O3) 에피 기술은 α-Ga2O3 기판 위에 동종의 α-Ga2O3 단결정층을 성장하거나, 사파이어 등 이종기판 위에 α-Ga2O3 단결정층을 성장하는 기술로, 고품위의 단결정층을 얻기 위한 기술과 n 타입(n-type) 특성을 얻기 위한 도핑 기술을 포함한다.Gallium oxide (Ga 2 O 3 ) epitaxial technology grows a single crystal layer of the same kind on an α-Ga 2 O 3 substrate or a single crystal layer on an α- Ga 2 O 3 substrate such as sapphire. It includes a technique for obtaining a high-quality single crystal layer and a doping technique for obtaining n-type characteristics.

이러한 산화갈륨은 대략 4.9eV의 넓은 밴드 갭을 가지는 물질로 결정 구조와 Ga 이온의 수에 따라 서로 다른 상(α-, β-, γ-, δ-, κ-, ε-)을 가질 수 있다. 또한, 이러한 다양한 상들은 고온 열처리 공정에 따라 그 상이 α-, γ-, δ-, κ-, ε- 에서 열적으로 가장 안정한 상인 β-상으로 변형이 가능하다.Gallium oxide is a material with a wide band gap of approximately 4.9 eV and may have different phases (α-, β-, γ-, δ-, κ-, ε-) depending on the crystal structure and the number of Ga ions. In addition, these various phases can be transformed from α-, γ-, δ-, κ-, ε- to the most thermally stable β-phase according to a high-temperature heat treatment process.

종래의 c-플레인(c-plane) 사파이어 기판에 성장되는 산화갈륨 박막의 경우 단일상 위주로 그 연구가 진행되어 왔으며, 성장 시 상에 관계 없이 도메인들이 무작위적으로 60°씩 돌아가 성장되어 다량의 관통전위(threading dislocation)를 생성하는 성장 거동을 보였다.In the case of a gallium oxide thin film grown on a conventional c-plane sapphire substrate, research has been conducted mainly on single phase, and the domains are grown randomly rotated by 60 ° regardless of the phase during growth, showing a growth behavior that generates a large amount of threading dislocation.

이러한 관통전위는 산화갈륨 박막이 전자소자로 이용될 때 전자의 이동을 방해하는 결함으로 작용한다. 이와 같이, 도메인이 돌아가는 현상을 해결하기 위해 오프-컷(off-cut)된 사파이어 기판을 사용하여 도메인을 정렬하는 연구들이 진행되긴 하였으나, 아직까지 큰 성과를 이루지는 못한 상항이다.This threading potential acts as a defect that hinders the movement of electrons when the gallium oxide thin film is used as an electronic device. In this way, in order to solve the phenomenon of domain rotation, studies on aligning domains using off-cut sapphire substrates have been conducted, but no great results have been achieved so far.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0086038호(2011.07.27. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 헤테로 구조체를 제작하기 위한 사파이어 기판의 표면 준비가 기재되어 있다.As a related prior literature, there is Korean Patent Publication No. 10-2011-0086038 (published on July 27, 2011), which describes the preparation of the surface of a sapphire substrate for fabricating a heterostructure.

본 발명의 목적은 관통전위(threading dislocation)를 구비하는 산화갈륨 완충층 상에 에피텍셜 측면 성장법으로 산화갈륨 박막을 성장할 시, 관통전위의 각도를 고려하여 관통전위를 완벽하게 블록킹하도록 마스크 패턴을 설계하여 고품질의 산화갈륨 박막을 성장시킬 수 있는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an off-cut sapphire substrate capable of growing a high-quality gallium oxide thin film by designing a mask pattern to perfectly block the threading dislocation in consideration of the angle of the threading dislocation when the gallium oxide thin film is grown on a gallium oxide buffer layer having threading dislocation by the epitaxial lateral growth method, and a high-quality gallium oxide thin film structure in which the threading dislocation is controlled using the epitaxial lateral growth method, and a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법은 (a) 오프-컷 사파이어 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 오프-컷 사파이어 기판의 상면 상에 배치되고, 내부에 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층을 형성하는 단계; (c) 상기 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층의 상면 일부만을 선택적으로 덮어 복수의 개구를 구비하고, 상기 관통전위를 블록킹하는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 마스크 패턴 외측에 위치하는 복수의 개구에 의해 노출되는 상기 산화갈륨 완충층 상에 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장된 산화갈륨 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a method for manufacturing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention includes (a) preparing an off-cut sapphire substrate; (b) forming a gallium oxide buffer layer disposed on the upper surface of the off-cut sapphire substrate and having a threading potential therein; (c) forming a mask pattern that selectively covers only a portion of the top surface of the gallium oxide buffer layer having the threading dislocation, has a plurality of openings, and blocks the threading dislocation; and (d) forming a lateral-grown gallium oxide thin film by epitaxial lateral growth on the gallium oxide buffer layer exposed by a plurality of openings located outside the mask pattern.

상기 (a) 단계에서, 상기 오프-컷 사파이어 기판은 x축 방향인 a면(11-20)이 비극성인 사파이어 기판을 이용한다.In the step (a), the off-cut sapphire substrate is a sapphire substrate in which the a-plane 11-20 in the x-axis direction is non-polar.

상기 오프-컷 사파이어 기판은 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는다.The off-cut sapphire substrate has a cutting angle of 3 to 12°.

상기 오프-컷 사파이어 기판은 4 ~ 10°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것이 보다 바람직하다.More preferably, the off-cut sapphire substrate has a cutting angle of 4 to 10°.

상기 (b) 단계에서, 상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 상기 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각에 따라 변동된다.In the step (b), an angle between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate.

상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 40 ~ 60°일 수 있다.An angle formed between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate may be 40 to 60°.

상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 완충층은 α-Ga2O3, β-Ga2O3, κ-Ga2O3 및 ε-Ga2O3 중 적어도 하나 이상의 상으로 형성된다.In step (b), the gallium oxide buffer layer is formed of at least one of α-Ga 2 O 3 , β-Ga 2 O 3 , κ-Ga 2 O 3 , and ε-Ga 2 O 3 phase.

상기 (b) 단계에서, 상기 산화갈륨 완충층은 N2, H2 및 Ar 중 1종 이상의 가스 분위기에서 350 ~ 1,000℃의 소스온도 및 400 ~ 1,100℃의 성장온도 조건으로 실시하는 에피 성장으로 형성된다.In the step (b), the gallium oxide buffer layer is formed by epitaxial growth performed at a source temperature of 350 to 1,000 ° C and a growth temperature of 400 to 1,100 ° C in an atmosphere of at least one of N 2 , H 2 and Ar.

상기 (c) 단계에서, 상기 복수의 개구 각각의 폭은 제1 길이를 갖고, 상기 마스크 패턴의 높이는 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖는다.In step (c), the width of each of the plurality of openings has a first length, and the height of the mask pattern has a second length longer than the first length.

상기 제2 길이는 상기 제1 길이 대비 10% 이상 긴 길이를 갖는 것이 바람직하다.Preferably, the second length has a length greater than 10% compared to the first length.

상기 (d) 단계에서, 상기 산화갈륨 박막은 상기 마스크 패턴 외측의 복수의 개구에 위치하는 산화갈륨 완충층을 씨드로 이용하여, N2, H2 및 Ar 중 1종 이상의 가스 분위기에서 350 ~ 1,000℃의 소스온도 및 400 ~ 1,100℃의 성장온도 조건으로 측면 성장하여 형성된다.In the step (d), the gallium oxide thin film is formed by lateral growth at a source temperature of 350 to 1,000 °C and a growth temperature of 400 to 1,100 °C in a gas atmosphere of at least one of N 2 , H 2 and Ar, using a gallium oxide buffer layer located in a plurality of openings outside the mask pattern as a seed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물은 오프-컷 사파이어 기판; 상기 오프-컷 사파이어 기판의 상면 상에 배치되고, 내부에 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층; 상기 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층의 상면 일부를 덮어, 복수의 개구를 구비하고, 상기 관통전위를 블록킹하는 마스크 패턴; 및 상기 마스크 패턴의 외측으로 노출된 산화갈륨 완충층 상에 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장되어 형성된 산화갈륨 박막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention includes an off-cut sapphire substrate; a gallium oxide buffer layer disposed on the upper surface of the off-cut sapphire substrate and having a threading potential therein; a mask pattern covering a portion of an upper surface of the gallium oxide buffer layer having the threading dislocation, having a plurality of openings, and blocking the threading dislocation; and a gallium oxide thin film formed by lateral growth using an epitaxial lateral growth method on the gallium oxide buffer layer exposed to the outside of the mask pattern.

상기 오프-컷 사파이어 기판은 x축 방향인 a면(11-20)이 비극성인 사파이어 기판을 이용한다.As the off-cut sapphire substrate, a sapphire substrate having non-polar a-planes 11 to 20 in the x-axis direction is used.

상기 오프-컷 사파이어 기판은 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는다.The off-cut sapphire substrate has a cutting angle of 3 to 12°.

상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 상기 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각에 따라 변동된다.An angle formed between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate.

상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 40 ~ 60°일 수 있다.An angle formed between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate may be 40 to 60°.

상기 복수의 개구 각각의 폭은 제1 길이를 갖고, 상기 마스크 패턴의 높이는 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖는다.A width of each of the plurality of openings has a first length, and a height of the mask pattern has a second length greater than the first length.

상기 제2 길이는 상기 제1 길이 대비 10% 이상 긴 길이를 갖는 것이 바람직하다.Preferably, the second length has a length greater than 10% compared to the first length.

본 발명에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법은 오프-컷 사파이어 기판에 에피 성장으로 고품질의 도메인 정렬된 산화갈륨 완충층을 형성하고, 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각에 따라 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도와 복수의 개구 폭 사이즈를 고려하여 마스크 패턴의 두께를 설정하였다.A high-quality gallium oxide thin film structure in which threading dislocation is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to the present invention and a method for manufacturing the same include forming a high-quality, domain-aligned gallium oxide buffer layer by epitaxial growth on an off-cut sapphire substrate, and setting the thickness of the mask pattern in consideration of the angle formed by the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate and a plurality of aperture width sizes according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate.

이에 따라, 본 발명에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법은 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도를 통해 마스크 패턴의 두께와 복수의 개구 폭 사이즈를 조절하는 것에 의해, 복수의 개구를 통해서 산화갈륨 박막 내부로 올라오던 관통전위를 복수의 개구 폭 사이즈와 연계한 마스크 패턴의 두께 조절로 블록킹하는 설계가 가능하므로 관통전위를 효과적으로 차단할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the high-quality gallium oxide thin film structure and manufacturing method controlling the threading dislocation using an off-cut sapphire substrate and the epitaxial lateral growth method according to the present invention adjust the thickness of the mask pattern and the size of the plurality of opening widths through the angle formed between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate, thereby effectively blocking the threading dislocation that has risen into the gallium oxide thin film through the plurality of openings by adjusting the thickness of the mask pattern associated with the plurality of opening width sizes. will be able to do it

아울러, 본 발명에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법은 결함을 제어하여 안정적으로 고품질의 산화갈륨 박막을 대면적 및 대량으로 성장시키는 기술에 활용할 수 있게 된다.In addition, the high-quality gallium oxide thin film structure and its manufacturing method in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to the present invention can be used for techniques that stably grow high-quality gallium oxide thin films in large areas and in large quantities by controlling defects.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물을 나타낸 단면도.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 7은 c-플레인 사파이어 기판과 4° 및 6°의 절삭각으로 오프-컷된 사파이어 기판에 산화갈륨 완충층을 각각 형성한 상태를 촬영하여 나타낸 OM 사진.
도 8은 8°, 10° 및 12°의 절삭각으로 오프-컷된 사파이어 기판에 산화갈륨 완충층을 각각 형성한 상태를 촬영하여 나타낸 OM 사진.
도 9는 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각별 (-402)면에 대한 FWHM을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 10은 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각별 φ-스캔 프로파일(φ-scan profile)을 분석 결과를 나타낸 그래프.1 is a cross-sectional view showing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to embodiments of the present invention.
7 is an OM photograph showing a state in which a gallium oxide buffer layer is formed on a c-plane sapphire substrate and a sapphire substrate off-cut at cutting angles of 4° and 6°, respectively.
8 is an OM photograph showing a state in which a gallium oxide buffer layer is formed on an off-cut sapphire substrate at a cutting angle of 8 °, 10 °, and 12 °, respectively.
Figure 9 is a graph showing the results of measuring the FWHM for the cut angle (-402) surface of the off-cut sapphire substrate.
10 is a graph showing analysis results of a φ-scan profile for each cutting angle of an off-cut sapphire substrate.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art are provided to fully inform the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a high-quality gallium oxide thin film in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물(100)은 오프-컷 사파이어 기판(120), 산화갈륨 완충층(140), 마스크 패턴(160) 및 산화갈륨 박막(180)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a high-quality gallium oxide thin film structure 100 in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention includes an off-cut sapphire substrate 120, a gallium oxide buffer layer 140, a mask pattern 160, and a gallium oxide thin film 180.

오프-컷 사파이어 기판(120)은 상면(120a) 및 상면(120a)에 반대되는 하면(120b)을 갖는다. 이러한 오프-컷 사파이어 기판(120)은 x축 방향인 a면(11-20)이 비극성인 사파이어 기판을 이용하는 것이 바람직하다.The off-cut sapphire substrate 120 has an upper surface 120a and a lower surface 120b opposite to the upper surface 120a. As the off-cut sapphire substrate 120, it is preferable to use a sapphire substrate in which the a-planes 11-20 in the x-axis direction are non-polar.

오프-컷 사파이어 기판(120)은 오프-컷 절삭각이 커질수록 낮은 FWHM 값을 가지나, 오프-컷 절삭각이 12°를 초과할 때는 오히려 결정성이 떨어지는데, 이는 오프-컷 절삭각이 12°를 초과할 시 격자간 미스매치(mismatch)가 커진 것에 기인한 것이다. 반면, 오프-컷 절삭각 3° 이상부터 도메인(domain)이 정렬되는 것을 확인하였다.The off-cut sapphire substrate 120 has a lower FWHM value as the off-cut cutting angle increases, but crystallinity deteriorates when the off-cut cutting angle exceeds 12 °, which is due to the increase in interstitial mismatch when the off-cut cutting angle exceeds 12 °. On the other hand, it was confirmed that the domains were aligned from the off-cut cutting angle of 3° or more.

따라서, 오프-컷 사파이어 기판(120)은 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 오프-컷 사파이어 기판(120)은 4 ~ 10°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 이용하는 것이 좋다.Therefore, it is preferable to use the off-cut sapphire substrate 120 having a cutting angle of 3 to 12°. More preferably, the off-cut sapphire substrate 120 has a cutting angle of 4 to 10°.

산화갈륨 완충층(140)은 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a) 상에 배치되고, 내부에 관통전위(145)를 갖는다.The gallium oxide buffer layer 140 is disposed on the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 and has a threading dislocation 145 therein.

여기서, 산화갈륨 완충층(140)은 β-Ga2O3인 것이 바람직하다. 이때, 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a) 상에 에피 성장을 실시하게 되면, 도메인이 정렬된 고품질의 산화갈륨 완충층(140)을 형성할 수 있게 된다.Here, the gallium oxide buffer layer 140 is preferably β-Ga 2 O 3 . At this time, when epitaxial growth is performed on the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 having a cutting angle of 3 to 12 °, a high-quality gallium oxide buffer layer 140 having aligned domains can be formed.

따라서, 도메인이 정렬된 고품질의 산화갈륨 완충층(140) 내부의 관통전위(145)(threading dislocation)는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)에 대하여 일정한 각도를 갖는다. 이때, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 절삭각에 따라 변동된다. 구체적으로, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)는 40 ~ 60°일 수 있다.Accordingly, threading dislocations 145 inside the high-quality gallium oxide buffer layer 140 with aligned domains have a constant angle with respect to the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 . At this time, an angle θ between the threading dislocation 145 and the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate 120 . Specifically, an angle θ between the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 may be 40 to 60°.

마스크 패턴(160)은 관통전위(145)를 갖는 산화갈륨 완충층(140)의 상면(140a) 일부만을 선택적으로 덮어 복수의 개구(G)를 구비하고, 관통전위(145)를 블록킹한다.The mask pattern 160 selectively covers only a portion of the upper surface 140a of the gallium oxide buffer layer 140 having the threading dislocation 145, has a plurality of openings G, and blocks the threading dislocation 145.

여기서, 마스크 패턴(160)은 선택적인 제거가 가능한 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 마스크 패턴(160)은 SiO2 및 SiNx 중 하나 이상을 이용하는 것이 좋다.Here, the mask pattern 160 preferably includes a selectively removable material. Specifically, the mask pattern 160 preferably uses at least one of SiO 2 and SiNx.

이때, 본 발명에서는 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)를 고려하여 마스크 패턴(160)의 두께와 복수의 개구(G) 폭을 설정하게 되면, 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장할 시, 마스크 패턴의 복수의 개구(G)를 통하여 상측으로 올라오는 관통전위(145)를 블록킹(blocking)할 수 있는 마스크 패턴(160)의 구상이 가능해질 수 있게 되는 것이다.At this time, in the present invention, when the thickness of the mask pattern 160 and the width of the plurality of openings G are set in consideration of the angle θ formed between the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120, the mask pattern 160 capable of blocking the threading dislocation 145 rising upward through the plurality of openings G of the mask pattern during lateral growth by the epitaxial lateral growth method imagination becomes possible.

예를 들어, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)가 50°이고, 마스크 패턴(160)의 복수의 개구(G) 폭이 500nm로 각각 설계될 경우, 마스크 패턴(160)의 두께를 600nm 보다 두껍게 형성하게 되면 복수의 개구(G)를 통과하여 상측으로 올라오는 대부분의 관통전위(145)를 블록킹하는 것이 가능해질 수 있게 된다.For example, when the angle θ between the threading dislocation 145 and the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 is 50° and the width of the plurality of openings G of the mask pattern 160 is designed to be 500nm, forming the thickness of the mask pattern 160 thicker than 600nm blocks most of the threading dislocations 145 that pass through the plurality of openings G and go upwards. King becomes possible.

이를 위해, 복수의 개구(G) 각각의 폭은 제1 길이를 갖고, 마스크 패턴(160)의 높이는 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖는 것이 바람직하다. 제1 길이와 제2 길이에 대해 사인법칙을 적용하여 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)를 구하면, 제1 길이 대비 제2 길이의 비율을 계산하는 것이 가능해질 수 있게 된다. 이러한 계산 결과를 토대로, 제2 길이는 제1 길이 대비 10% 이상 긴 길이를 갖도록 설계하는 것에 의해, 전파될 관통전위(145)를 차단할 수 있게 되는 것이다.To this end, it is preferable that the width of each of the plurality of openings G has a first length, and the height of the mask pattern 160 has a second length longer than the first length. If the angle θ formed between the through dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 is obtained by applying the sinusoidal law to the first length and the second length, it becomes possible to calculate the ratio of the second length to the first length. Based on these calculation results, the second length is designed to have a length that is 10% or more longer than the first length, thereby blocking the threading dislocation 145 to be propagated.

산화갈륨 박막(180)은 마스크 패턴(160)의 외측으로 노출된 산화갈륨 완충층(140) 상에 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장되어 형성된다. 즉, 산화갈륨 박막(180)은 마스크 패턴(160) 외측의 복수의 개구(G)에 위치하는 산화갈륨 완충층(140)을 씨드로 이용하는 측면 성장에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 산화갈륨 박막(180)은 β-Ga2O3일 수 있다.The gallium oxide thin film 180 is formed by lateral growth on the gallium oxide buffer layer 140 exposed to the outside of the mask pattern 160 by epitaxial lateral growth. That is, the gallium oxide thin film 180 may be formed by lateral growth using the gallium oxide buffer layer 140 positioned in the plurality of openings G outside the mask pattern 160 as a seed. Therefore, the gallium oxide thin film 180 may be β-Ga 2 O 3 .

전술한 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물은 관통전위(threading dislocation)를 구비하는 산화갈륨 완충층 상에 에피텍셜 측면 성장법으로 산화갈륨 박막을 성장할 시, 관통전위의 각도를 고려하여 관통전위를 완벽하게 블록킹하도록 마스크 패턴을 설계하여 고품질의 산화갈륨 박막을 성장시킨 것이다.The high-quality gallium oxide thin film structure in which the threading dislocation is controlled using the off-cut sapphire substrate and the epitaxial lateral growth method according to the embodiment of the present invention described above is a high-quality gallium oxide thin film grown by designing a mask pattern to perfectly block the threading dislocation in consideration of the angle of the threading dislocation when the gallium oxide thin film is grown by the epitaxial lateral growth method on the gallium oxide buffer layer having threading dislocation.

이에 대해서는, 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.This will be described in more detail through a method of manufacturing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.2 to 6 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to embodiments of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 상면(120a) 및 상면(120a)에 반대되는 하면(120b)을 갖는 오프-컷 사파이어 기판(120)을 준비한다. 여기서, 오프-컷 사파이어 기판(120)은 x축 방향인 a면(11-20)이 비극성인 사파이어 기판을 이용하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2 , an off-cut sapphire substrate 120 having an upper surface 120a and a lower surface 120b opposite to the upper surface 120a is prepared. Here, as the off-cut sapphire substrate 120, it is preferable to use a sapphire substrate in which the a-planes 11-20 in the x-axis direction are non-polar.

이러한 오프-컷 사파이어 기판(120)은 오프-컷 절삭각이 커질수록 낮은 FWHM 값을 가지나, 오프-컷 절삭각이 12°를 초과할 때는 오히려 결정성이 떨어지는데, 이는 오프-컷 절삭각이 12°를 초과할 시 격자간 미스매치(mismatch)가 커진 것에 기인한 것이다. 반면, 오프-컷 절삭각 3° 이상부터 도메인(domain)이 정렬되는 것을 확인하였다.The off-cut sapphire substrate 120 has a lower FWHM value as the off-cut cutting angle increases, but crystallinity deteriorates when the off-cut cutting angle exceeds 12 °. On the other hand, it was confirmed that the domains were aligned from the off-cut cutting angle of 3° or more.

따라서, 오프-컷 사파이어 기판(120)은 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 오프-컷 사파이어 기판(120)은 4 ~ 10°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 이용하는 것이 좋다.Therefore, it is preferable to use the off-cut sapphire substrate 120 having a cutting angle of 3 to 12°. More preferably, the off-cut sapphire substrate 120 has a cutting angle of 4 to 10°.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a) 상에 배치되고, 내부에 관통전위(145)를 갖는 산화갈륨 완충층(140)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3 , a gallium oxide buffer layer 140 is disposed on the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 and has a threading dislocation 145 therein.

여기서, 산화갈륨 완충층(140)의 성장을 위한 장비로는 MOCVD, HVPE 및 LPCVD 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다. 일 예로, HVPE 장비는 소스 영역과 성장 영역으로 구분되어 있고 성장 온도는 저항 가열 방식으로 작동된다. 소스 영역은 GaClx의 전구체인 갈륨 금속이 놓여있고, 반응 가스인 HCl 가스를 주입함에 따라 생성된다. 성장 영역에는 소스 영역에서 생성된 GaClx와 산소가 반응하여 α-, β-, κ- 및 ε- 중 적어도 하나 이상의 다양한 상을 갖는 산화갈륨 완충층(140)이 형성된다. 즉, 성장온도 별로 α상, β상, κ상, ε상이 형성된다. 구체적으로, α상은 400 ~ 500℃의 성장온도, β상은 700 ~ 1,100℃의 성장온도, κ상 및 ε상은 600 ~ 700℃의 성장온도로 에피 성장하는 것에 의해 형성될 수 있다.Here, as an equipment for growing the gallium oxide buffer layer 140, any one selected from MOCVD, HVPE, and LPCVD may be used. For example, HVPE equipment is divided into a source region and a growth region, and the growth temperature is operated by a resistance heating method. The source region is created by injecting HCl gas, a reaction gas, in which gallium metal, a precursor of GaCl x , is placed. In the growth region, GaCl x generated in the source region reacts with oxygen to form a gallium oxide buffer layer 140 having various phases of at least one of α-, β-, κ-, and ε-. That is, α phase, β phase, κ phase, and ε phase are formed according to the growth temperature. Specifically, the α phase may be formed by epitaxial growth at a growth temperature of 400 to 500 ° C, the β phase at a growth temperature of 700 to 1,100 ° C, and the κ and ε phases at a growth temperature of 600 to 700 ° C.

아울러, N2, H2 및 Ar 가스는 각 반응 가스를 소스 영역에서 성장 영역으로 이동시키기 위한 캐리어(carrier) 가스로 사용된다.In addition, N 2 , H 2 and Ar gas are used as carrier gases for moving each reaction gas from the source region to the growth region.

따라서, 산화갈륨 완충층(140)은 N2, H2 및 Ar 중 1종 이상의 가스 분위기에서 350 ~ 1,000℃의 소스온도 및 400 ~ 1,100℃의 성장온도 조건으로 실시하는 에피 성장으로 형성될 수 있다.Accordingly, the gallium oxide buffer layer 140 may be formed by epitaxial growth performed under conditions of a source temperature of 350 to 1,000° C. and a growth temperature of 400 to 1,100° C. in an atmosphere of at least one of N 2 , H 2 and Ar.

이때, 소스온도가 350℃ 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 소스 온도가 1,000℃를 초과할 경우에는 표면 특성이 나빠지고 입자가 커져 산화갈륨 완충층(140)의 두께가 과도하게 증가하는 문제가 있다.At this time, when the source temperature is less than 350 ℃, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the source temperature exceeds 1,000° C., surface characteristics deteriorate and particles become large, resulting in an excessive increase in the thickness of the gallium oxide buffer layer 140 .

또한, 성장온도가 400℃ 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 성장온도가 1,100℃를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In addition, when the growth temperature is less than 400 ℃, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the growth temperature exceeds 1,100 ° C., it is not economical because it may act as a factor that only increases manufacturing cost without further increasing the effect.

본 단계에서와 같이, 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a) 상에 에피 성장을 실시하게 되면, 도메인이 정렬된 고품질의 산화갈륨 완충층(140)을 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 산화갈륨 완충층(140)은 α-Ga2O3, β-Ga2O3, κ-Ga2O3 및 ε-Ga2O3 중 적어도 하나 이상의 상으로 형성된다.As in this step, when epitaxial growth is performed on the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 having a cutting angle of 3 to 12 °, the domains are aligned. A high-quality gallium oxide buffer layer 140 can be formed. Accordingly, the gallium oxide buffer layer 140 is formed of at least one of α-Ga 2 O 3 , β-Ga 2 O 3 , κ-Ga 2 O 3 and ε-Ga 2 O 3 .

따라서, 도메인이 정렬된 고품질의 산화갈륨 완충층(140) 내부의 관통전위(145)(threading dislocation)는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)에 대하여 일정한 각도(θ)를 갖는다.Accordingly, threading dislocations 145 inside the high-quality gallium oxide buffer layer 140 with aligned domains have a constant angle θ with respect to the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120.

이때, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 절삭각에 따라 변동된다. 구체적으로, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)는 40 ~ 60°일 수 있다.At this time, an angle θ between the threading dislocation 145 and the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate 120 . Specifically, an angle θ between the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 may be 40 to 60°.

도 4에 도시된 바와 같이, 관통전위(145)를 갖는 산화갈륨 완충층(140)의 상면(140a)을 덮는 마스크층(165)을 형성한다.As shown in FIG. 4 , a mask layer 165 covering the upper surface 140a of the gallium oxide buffer layer 140 having the through dislocation 145 is formed.

여기서, 마스크층(165)은 선택적인 제거가 가능한 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 마스크층(165)은 습식 식각이 가능한 물질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 SiO2 및 SiNx 중 선택된 하나 이상을 이용하는 것이 좋다.Here, the mask layer 165 preferably includes a material capable of being selectively removed. Specifically, the mask layer 165 may be made of a material capable of being wet etched, preferably using at least one selected from SiO 2 and SiNx.

이러한 마스크층(165)은 산화갈륨 완충층(140) 상면(140a) 전체에 화학기상증착법(CVD) 및 물리기상증착법(PVD) 중 적어도 하나의 방식으로 소정의 두께로 증착하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이때, 마스크층(165)의 두께는 복수의 개구(도 5의 G) 폭 사이즈 및 관통전위(145)를 고려하여 형성하게 된다. 예를 들어, 마스크층(165)은 500 ~ 1,500nm의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The mask layer 165 may be formed by depositing the entire upper surface 140a of the gallium oxide buffer layer 140 to a predetermined thickness using at least one of chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). At this time, the thickness of the mask layer 165 is formed in consideration of the width size of the plurality of openings (G in FIG. 5) and the through dislocation 145. For example, the mask layer 165 may be formed to a thickness of 500 to 1,500 nm, but is not limited thereto.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 관통전위(145)를 갖는 산화갈륨 완충층(140)의 상면(140a)을 덮는 마스크층(도 4의 165)을 선택적인 패터닝으로 제거하여, 관통전위(145)를 갖는 산화갈륨 완충층(140)의 상면(140a) 일부만을 선택적으로 덮어 산화갈륨 완충층(140)의 상면(140a)을 노출시키는 복수의 개구(G)를 구비하고, 관통전위(145)를 블록킹하는 마스크 패턴(160)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5, the mask layer (165 in FIG. 4) covering the upper surface 140a of the gallium oxide buffer layer 140 having the threading dislocation 145 is selectively removed by patterning to selectively cover only a portion of the upper surface 140a of the gallium oxide buffer layer 140 having the threading dislocation 145 to expose the upper surface 140a of the gallium oxide buffer layer 140. A mask pattern 160 having a plurality of openings G and blocking the through dislocation 145 is formed.

상술한 바와 같이, 도메인이 정렬된 고품질의 산화갈륨 완충층(140) 내부의 관통전위(145)는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)에 대하여 일정한 각도(θ)를 갖는다.As described above, the threading dislocation 145 inside the high-quality gallium oxide buffer layer 140 with aligned domains has a constant angle θ with respect to the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120.

이때, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)는 오프-컷 사파이어 기판(120)의 절삭각에 따라 변동된다. 구체적으로, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)는 40 ~ 60°일 수 있다.At this time, an angle θ between the threading dislocation 145 and the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate 120 . Specifically, an angle θ between the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 may be 40 to 60°.

이와 같이, 본 발명에서는 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)를 고려하여 마스크 패턴(160)의 두께를 설정하게 되면, 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장할 시, 마스크 패턴(160)의 복수의 개구(G)를 통하여 상측으로 올라오는 관통전위(145)를 블록킹(blocking)할 수 있는 마스크 패턴(160)의 구상이 가능해질 수 있게 되는 것이다.As described above, in the present invention, if the thickness of the mask pattern 160 is set in consideration of the angle θ formed between the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120, the mask pattern 160 capable of blocking the threading dislocation 145 rising upward through the plurality of openings G of the mask pattern 160 during lateral growth using the epitaxial lateral growth method is possible. it can be done

예를 들어, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)가 50°이고, 마스크 패턴(160)의 복수의 개구(G) 폭이 500nm로 각각 설계될 경우, 마스크 패턴(160)의 두께를 600nm 보다 두껍게 형성하게 되면 복수의 개구(G)를 통과하여 상측으로 올라오는 대부분의 관통전위(145)를 차단할 수 있게 되는 것이다.For example, when the angle θ between the threading dislocation 145 and the top surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 is 50° and the width of the plurality of openings G of the mask pattern 160 is designed to be 500nm, forming the thickness of the mask pattern 160 thicker than 600nm blocks most of the threading dislocations 145 that pass through the plurality of openings G and rise upwards. will be able to do it

이를 위해, 복수의 개구(G) 각각의 폭은 제1 길이를 갖고, 마스크 패턴(160)의 높이는 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖는 것이 바람직하다. 제1 길이와 제2 길이에 대해 사인법칙을 적용하여 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)를 구하면, 제1 길이 대비 제2 길이의 비율을 계산하는 것이 가능해질 수 있게 된다. 이러한 계산 결과를 토대로, 제2 길이는 제1 길이 대비 10% 이상 긴 길이를 갖도록 설계되는 것에 의해, 전파될 관통전위(145)를 차단할 수 있게 되는 것이다.To this end, it is preferable that the width of each of the plurality of openings G has a first length, and the height of the mask pattern 160 has a second length longer than the first length. If the angle θ formed between the through dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 is obtained by applying the sinusoidal law to the first length and the second length, it becomes possible to calculate the ratio of the second length to the first length. Based on these calculation results, the second length is designed to have a length that is 10% or more longer than the first length, thereby blocking the threading dislocation 145 to be propagated.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(160) 외측에 위치하는 복수의 개구(G)에 의해 노출되는 산화갈륨 완충층(140) 상에 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장된 산화갈륨 박막(180)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6, a gallium oxide thin film 180 grown laterally by an epitaxial lateral growth method is formed on the gallium oxide buffer layer 140 exposed by the plurality of openings G located outside the mask pattern 160.

본 단계에서, 산화갈륨 박막(180)의 성장을 위한 장비로는, 산화갈륨 완충층(140)의 성장을 위한 장비와 마찬가지로, MOCVD, HVPE 및 LPCVD 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.In this step, as equipment for growing the gallium oxide thin film 180, any one selected from among MOCVD, HVPE, and LPCVD may be used, like equipment for growing the gallium oxide buffer layer 140.

이러한 산화갈륨 박막(180)은 마스크 패턴(160) 외측의 복수의 개구(G)에 위치하는 산화갈륨 완충층(140)을 씨드로 이용하여, N2, H2 및 Ar 중 1종 이상의 가스 분위기에서 350 ~ 1,000℃의 소스온도 및 400 ~ 1,100℃의 성장온도 조건으로 측면 성장하여 형성된다. 이에 따라, 산화갈륨 박막(180)은 α-Ga2O3, β-Ga2O3, κ-Ga2O3 및 ε-Ga2O3 중 적어도 하나 이상의 상을 갖는다.The gallium oxide thin film 180 is formed by lateral growth under conditions of a source temperature of 350 to 1,000 °C and a growth temperature of 400 to 1,100 °C in a gas atmosphere of at least one of N 2 , H 2 and Ar, using the gallium oxide buffer layer 140 located in the plurality of openings G outside the mask pattern 160 as a seed. Accordingly, the gallium oxide thin film 180 has at least one phase of α-Ga 2 O 3 , β-Ga 2 O 3 , κ-Ga 2 O 3 , and ε-Ga 2 O 3 .

이때, 소스온도가 350℃ 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 소스 온도가 1,000℃를 초과할 경우에는 표면 특성이 나빠지고 입자가 커져 산화갈륨 박막(180)의 두께가 과도하게 증가하는 문제가 있다.At this time, when the source temperature is less than 350 ℃, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the source temperature exceeds 1,000° C., surface characteristics deteriorate and particles become large, resulting in an excessive increase in the thickness of the gallium oxide thin film 180 .

또한, 성장온도가 400℃ 미만일 경우에는 낮은 온도로 인하여 성장률이 낮아지는 문제가 있다. 반대로, 성장온도가 1,100℃를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.In addition, when the growth temperature is less than 400 ℃, there is a problem that the growth rate is lowered due to the low temperature. Conversely, when the growth temperature exceeds 1,100 ° C., it is not economical because it may act as a factor that only increases manufacturing cost without further increasing the effect.

예를 들어, 일반적인 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장할 시, 결함을 효과적으로 감소시킬 수는 있으나, 마스크 패턴의 복수의 개구를 통하여 복수의 개구 상측으로 올라오는 관통전위를 제어할 수 없는 문제가 있었다.For example, when lateral growth is performed using a general epitaxial lateral growth method, defects can be effectively reduced, but threading dislocations rising upward through the plurality of openings of the mask pattern cannot be controlled.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 오프-컷 사파이어 기판(120)에 에피 성장으로 고품질의 도메인 정렬된 산화갈륨 완충층(140)을 형성하고, 오프-컷 사파이어 기판(120)의 절삭각에 따라 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)와 복수의 개구(G) 폭 사이즈를 고려하여 마스크 패턴(160)의 두께를 설정하였다.To solve this problem, in the present invention, a high-quality domain-aligned gallium oxide buffer layer 140 is formed on the off-cut sapphire substrate 120 by epitaxial growth, and the thickness of the mask pattern 160 is set in consideration of the angle θ formed by the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120 and the width size of the plurality of openings G according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate 120.

이에 따라, 관통전위(145)와 오프-컷 사파이어 기판(120)의 상면(120a)이 이루는 각도(θ)를 통해 마스크 패턴(160)의 두께와 복수의 개구(G) 폭 사이즈를 조절하는 것에 의해, 복수의 개구(G)를 통해서 산화갈륨 박막(180) 내부로 올라오던 관통전위(145)를 복수의 개구(G) 폭 사이즈와 연계한 마스크 패턴(160)의 두께 조절로 블록킹하는 설계가 가능하므로 관통전위(145)를 효과적으로 차단할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, by adjusting the thickness of the mask pattern 160 and the width size of the plurality of openings G through the angle θ formed between the threading dislocation 145 and the upper surface 120a of the off-cut sapphire substrate 120, the threading dislocation 145 that has risen into the gallium oxide thin film 180 through the plurality of openings G is blocked by adjusting the thickness of the mask pattern 160 in connection with the width size of the plurality of openings G Since the design is possible, the through dislocation 145 can be effectively blocked.

이에 따라, 본 발명은 결함을 제어하여 안정적으로 고품질의 산화갈륨 박막을 대면적 및 대량으로 성장시키는 기술에 활용할 수 있게 된다.Accordingly, the present invention can be used for a technique for growing a high-quality gallium oxide thin film in a large area and in a large amount by controlling defects.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법은 오프-컷 사파이어 기판에 에피 성장으로 고품질의 도메인 정렬된 산화갈륨 완충층을 형성하고, 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각에 따라 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도와 복수의 개구 폭 사이즈를 고려하여 마스크 패턴의 두께를 설정하였다.As described above, in the high-quality gallium oxide thin film structure in which threading dislocation is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention, and a method for manufacturing the same, a high-quality, domain-aligned gallium oxide buffer layer is formed on an off-cut sapphire substrate by epitaxial growth, and the thickness of the mask pattern is set in consideration of the angle formed by the threading dislocation and the top surface of the off-cut sapphire substrate and the plurality of aperture width sizes according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법은 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도를 통해 마스크 패턴의 두께와 복수의 개구 폭 사이즈를 조절하는 것에 의해, 복수의 개구를 통해서 산화갈륨 박막 내부로 올라오던 관통전위를 복수의 개구 폭 사이즈와 연계한 마스크 패턴의 두께 조절로 블록킹하는 설계가 가능하므로 관통전위를 효과적으로 차단할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the high-quality gallium oxide thin film structure and manufacturing method controlling the threading dislocation using an off-cut sapphire substrate and the epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention adjust the thickness of the mask pattern and the size of the plurality of opening widths through the angle formed by the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate, so that the threading dislocation that has risen into the gallium oxide thin film through the plurality of openings can be blocked by adjusting the thickness of the mask pattern associated with the plurality of opening width sizes. can be effectively blocked.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 및 그 제조 방법은 결함을 제어하여 안정적으로 고품질의 산화갈륨 박막을 대면적 및 대량으로 성장시키는 기술에 활용할 수 있게 된다.In addition, the high-quality gallium oxide thin film structure and its manufacturing method controlling threading potential using an off-cut sapphire substrate and the epitaxial lateral growth method according to an embodiment of the present invention can be used for techniques for growing a high-quality gallium oxide thin film stably on a large area and in large quantities by controlling defects.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention by this in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Contents not described herein can be technically inferred by those skilled in the art, so descriptions thereof will be omitted.

도 7은 c-플레인 사파이어 기판과 4° 및 6°의 절삭각으로 오프-컷된 사파이어 기판에 산화갈륨 완충층을 각각 형성한 상태를 촬영하여 나타낸 OM 사진이고, 도 8은 8°, 10° 및 12°의 절삭각으로 오프-컷된 사파이어 기판에 산화갈륨 완충층을 각각 형성한 상태를 촬영하여 나타낸 OM 사진이다.7 is an OM photograph showing a state in which a gallium oxide buffer layer is formed on a c-plane sapphire substrate and a sapphire substrate off-cut at cutting angles of 4 ° and 6 °, respectively, and FIG.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 다양한 오프-컷(off-cut) 절삭각을 갖는 사파이어 기판 상에 β-Ga2O3 헤테로 에피 성장을 진행하여 산화갈륨 완충층을 형성하였다.As shown in FIGS. 7 and 8 , a gallium oxide buffer layer was formed by performing β-Ga 2 O 3 hetero epitaxial growth on a sapphire substrate having various off-cut cutting angles.

이때, 오프-컷 절삭각이 증가함에 따라 점차 도메인(domain)이 정렬되어 [010] 방향의 라인 그루브(line groove)가 나타났으며, 8° 이상의 절삭각 부터는 표면 상에 큰 변화가 나타나지 않았다.At this time, as the off-cut cutting angle increased, the domains were gradually aligned, and a line groove in the [010] direction appeared, and no significant change appeared on the surface from a cutting angle of 8° or more.

따라서, 3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle), 보다 바람직하게는 4 ~ 10°의 절삭각을 갖는 오프-컷 사파이어 기판을 이용하는 것이 도메인 정렬에 보다 유리하다는 것을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that using an off-cut sapphire substrate having a cutting angle of 3 to 12°, more preferably 4 to 10° is more advantageous for domain alignment.

도 9는 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각별 (-402)면에 대한 FWHM을 측정한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 10은 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각별 φ-스캔 프로파일(φ-scan profile)을 분석 결과를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the results of measuring the FWHM of the (-402) plane for each cutting angle of an off-cut sapphire substrate, and FIG. 10 is a graph showing the analysis results of a φ-scan profile for each cutting angle of an off-cut sapphire substrate.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 오프-컷 사파이어 기판에 성장된 산화갈륨 완충층(β-Ga2O3)의 FWHM 측정 결과와 φ-스캔 프로파일 분석 결과가 나타나 있다.As shown in FIGS. 9 and 10 , FWHM measurement results and φ-scan profile analysis results of the gallium oxide buffer layer (β-Ga 2 O 3 ) grown on the off-cut sapphire substrate are shown.

이때, 오프-컷 절삭각이 커질수록 낮은 FWHM 값을 가지며, 오프-컷 절삭각이 10°를 초과할 때 오히려 결정성이 떨어지는 것을 확인하였다. 이는 오프-컷 절삭각이 10°를 초과할 시 격자간 미스매치(mismatch)가 커진 것에 기인한 것으로 판단된다.At this time, it was confirmed that the larger the off-cut cutting angle, the lower the FWHM value, and the lower the crystallinity when the off-cut cutting angle exceeds 10°. It is believed that this is due to the increase in mismatch between grids when the off-cut cutting angle exceeds 10°.

φ-스캔 프로파일 분석 결과에서도, 마찬가지로 오프-컷 절삭각 4°부터 도메인(domain)이 정렬되어 피크(peak)의 수가 감소한 것을 확인하였으며, 이는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 OM 사진 결과에서 나타나는 경향과 유사하였다.In the φ-scan profile analysis result, it was also confirmed that the domains were aligned from the off-cut cutting angle of 4 ° and the number of peaks decreased, which was described with reference to FIGS.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications may be made at the level of a technician having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not deviate from the scope of the technical idea provided by the present invention. Therefore, the scope of the present invention will be determined by the claims described below.

100 : 고품질 산화갈륨 박막 구조물
120 : 오프-컷 사파이어 기판
140 : 산화갈륨 완충층
145 : 관통전위
160 : 마스크 패턴
180 : 산화갈륨 박막100: high quality gallium oxide thin film structure
120: off-cut sapphire substrate
140: gallium oxide buffer layer
145: penetration potential
160: mask pattern
180: thin film of gallium oxide

Claims (18)

(a) 오프-컷 사파이어 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 오프-컷 사파이어 기판의 상면 상에 배치되고, 내부에 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층을 형성하는 단계;
(c) 상기 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층의 상면 일부만을 선택적으로 덮어 복수의 개구를 구비하고, 상기 관통전위를 블록킹하는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 마스크 패턴 외측에 위치하는 복수의 개구에 의해 노출되는 상기 산화갈륨 완충층 상에 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장된 산화갈륨 박막을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계에서, 상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 상기 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각에 따라 변동되되, 상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 40 ~ 60°이고,
상기 (c) 단계에서, 상기 복수의 개구 각각의 폭은 제1 길이를 갖고, 상기 마스크 패턴의 높이는 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며,
상기 제2 길이는 상기 제1 길이 대비 10% 이상 긴 길이를 갖고,
상기 (d) 단계에서, 상기 산화갈륨 박막은 상기 마스크 패턴 외측의 복수의 개구와 대응되는 위치의 산화갈륨 완충층을 씨드로 이용하는 측면성장법으로 측면 성장되어, 상기 산화갈륨 완충층의 상면 및 마스크 패턴의 상면 및 측면을 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
(a) preparing an off-cut sapphire substrate;
(b) forming a gallium oxide buffer layer disposed on the upper surface of the off-cut sapphire substrate and having a threading potential therein;
(c) forming a mask pattern that selectively covers only a portion of the top surface of the gallium oxide buffer layer having the threading dislocation, has a plurality of openings, and blocks the threading dislocation; and
(d) forming a lateral-grown gallium oxide thin film by an epitaxial lateral growth method on the gallium oxide buffer layer exposed by a plurality of openings located outside the mask pattern;
In step (b), the angle formed between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate, and the angle formed between the threaded dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate is 40 to 60°,
In the step (c), the width of each of the plurality of openings has a first length, the height of the mask pattern has a second length longer than the first length,
The second length has a length greater than 10% of the first length,
In the step (d), the gallium oxide thin film is laterally grown by a lateral growth method using a gallium oxide buffer layer at a position corresponding to a plurality of openings outside the mask pattern as a seed, and the upper surface of the gallium oxide buffer layer and the upper surface and the side surface of the mask pattern.
 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 오프-컷 사파이어 기판은
x축 방향인 a면(11-20)이 비극성인 사파이어 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
According to claim 1,
In step (a),
The off-cut sapphire substrate
A high-quality gallium oxide thin film structure manufacturing method in which threading dislocation is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method, characterized in that the a-plane (11-20) in the x-axis direction uses a non-polar sapphire substrate.
 제2항에 있어서,
상기 오프-컷 사파이어 기판은
3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
According to claim 2,
The off-cut sapphire substrate
A high-quality gallium oxide thin film structure manufacturing method with threading dislocation control using an off-cut sapphire substrate having a cutting angle of 3 to 12 ° and an epitaxial lateral growth method.
 제3항에 있어서,
상기 오프-컷 사파이어 기판은
4 ~ 10°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
According to claim 3,
The off-cut sapphire substrate
A high-quality gallium oxide thin film structure manufacturing method with threading dislocation control using an off-cut sapphire substrate having a cutting angle of 4 to 10 ° and an epitaxial lateral growth method.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 산화갈륨 완충층은
α-Ga2O3, β-Ga2O3, κ-Ga2O3 및 ε-Ga2O3 중 적어도 하나 이상의 상으로 형성된 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The gallium oxide buffer layer is
α-Ga 2 O 3 , β-Ga 2 O 3 , κ-Ga 2 O 3 and ε-Ga 2 O 3 Using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method formed of at least one phase, a high-quality gallium oxide thin film structure manufacturing method with controlled threading potential.
 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 산화갈륨 완충층은
N2, H2 및 Ar 중 1종 이상의 가스 분위기에서 350 ~ 1,000℃의 소스온도 및 400 ~ 1,100℃의 성장온도 조건으로 실시하는 에피 성장으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
According to claim 1,
In step (b),
The gallium oxide buffer layer is
An off-cut sapphire substrate characterized in that it is formed by epitaxial growth performed at a source temperature of 350 to 1,000 ° C and a growth temperature of 400 to 1,100 ° C in a gas atmosphere of at least one of N 2 , H 2 and Ar. Method for manufacturing a high-quality gallium oxide thin film structure with threading potential controlled using an epitaxial lateral growth method.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 산화갈륨 박막은
상기 마스크 패턴 외측의 복수의 개구에 위치하는 산화갈륨 완충층을 씨드로 이용하여, N2, H2 및 Ar 중 1종 이상의 가스 분위기에서 350 ~ 1,000℃의 소스온도 및 400 ~ 1,100℃의 성장온도 조건으로 측면 성장하여 형성된 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물 제조 방법.
According to claim 1,
In step (d),
The gallium oxide thin film is
Using a gallium oxide buffer layer located in a plurality of openings outside the mask pattern as a seed, a source temperature of 350 to 1,000 ° C. and a growth temperature of 400 to 1,100 ° C. A method for manufacturing a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method.
 오프-컷 사파이어 기판;
상기 오프-컷 사파이어 기판의 상면 상에 배치되고, 내부에 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층;
상기 관통전위를 갖는 산화갈륨 완충층의 상면 일부를 덮어, 복수의 개구를 구비하고, 상기 관통전위를 블록킹하는 마스크 패턴; 및
상기 마스크 패턴의 외측으로 노출된 산화갈륨 완충층 상에 에피택셜 측면성장법으로 측면 성장되어 형성된 산화갈륨 박막;을 포함하며,
상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 상기 오프-컷 사파이어 기판의 절삭각에 따라 변동되되, 상기 관통전위와 오프-컷 사파이어 기판의 상면이 이루는 각도는 40 ~ 60°이고,
상기 복수의 개구 각각의 폭은 제1 길이를 갖고, 상기 마스크 패턴의 높이는 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가지며,
상기 제2 길이는 상기 제1 길이 대비 10% 이상 긴 길이를 갖고,
상기 산화갈륨 박막은 상기 마스크 패턴 외측의 복수의 개구와 대응되는 위치의 산화갈륨 완충층을 씨드로 이용하는 측면성장법으로 측면 성장되어, 상기 산화갈륨 완충층의 상면 및 마스크 패턴의 상면 및 측면을 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물.
off-cut sapphire substrate;
a gallium oxide buffer layer disposed on the upper surface of the off-cut sapphire substrate and having a threading potential therein;
a mask pattern covering a portion of an upper surface of the gallium oxide buffer layer having the threading dislocation, having a plurality of openings, and blocking the threading dislocation; and
A gallium oxide thin film formed by lateral growth using an epitaxial lateral growth method on the gallium oxide buffer layer exposed to the outside of the mask pattern;
The angle between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate varies according to the cutting angle of the off-cut sapphire substrate, and the angle between the threading dislocation and the upper surface of the off-cut sapphire substrate is 40 to 60°,
The width of each of the plurality of openings has a first length, the height of the mask pattern has a second length longer than the first length,
The second length has a length greater than 10% of the first length,
The gallium oxide thin film is laterally grown by a lateral growth method using a gallium oxide buffer layer at a position corresponding to a plurality of openings outside the mask pattern as a seed, and a high-quality gallium oxide thin film structure in which threading potential is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method.
 제12항에 있어서,
상기 오프-컷 사파이어 기판은
x축 방향인 a면(11-20)이 비극성인 사파이어 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물.
According to claim 12,
The off-cut sapphire substrate
A high-quality gallium oxide thin film structure in which threading dislocation is controlled using an off-cut sapphire substrate and an epitaxial lateral growth method, characterized in that the a-plane (11-20) in the x-axis direction uses a non-polar sapphire substrate.
 제12항에 있어서,
상기 오프-컷 사파이어 기판은
3 ~ 12°의 절삭각(cutting angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 오프-컷 사파이어 기판과 에피택셜 측면 성장법을 이용하여 관통전위를 제어한 고품질 산화갈륨 박막 구조물.
According to claim 12,
The off-cut sapphire substrate
A high-quality gallium oxide thin film structure in which threading dislocation is controlled using an off-cut sapphire substrate having a cutting angle of 3 to 12 ° and an epitaxial lateral growth method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220100196A (en) * 2021-01-08 2022-07-15 한국세라믹기술원 Gallium oxide thin film using phase-transition domain alignment buffer layer and method of manufacturing the same

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