KR102675622B1 - Method for manufacturing epsilon gallium oxide epitaxial substrate and epsilon gallium oxide epitaxial substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 SiC 기판을 열처리하여 상기 SiC 기판상에 그래핀을 형성시키는 그래핀 형성단계, 형성된 그래핀을 식각하는 식각단계 및 식각된 그래핀에 ε-Ga2O3를 포함하는 산화물층을 성장시키는 산화물 성장단계를 포함한다.The method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to the present invention includes a graphene forming step of heat treating a SiC substrate to form graphene on the SiC substrate, an etching step of etching the formed graphene, and etching the etched graphene. It includes an oxide growth step of growing an oxide layer containing ε-Ga 2 O 3 .

Description

입실론 갈륨 옥사이드 에피택셜 기판 제조 방법 및 그에 의해 제조된 입실론 갈륨 옥사이드 에피택셜 기판{Method for manufacturing epsilon gallium oxide epitaxial substrate and epsilon gallium oxide epitaxial substrate} Method for manufacturing epsilon gallium oxide epitaxial substrate and epsilon gallium oxide epitaxial substrate manufactured thereby {Method for manufacturing epsilon gallium oxide epitaxial substrate and epsilon gallium oxide epitaxial substrate}

본 발명은 에피택셜 기판 제조방법 및 그에 의해 제조된 에피택셜 기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 입실론 갈륨 옥사이드(ε-Ga2O3) 에피택셜 기판 제조 방법 및 그에 의해 제조된 입실론 갈륨 옥사이드(ε-Ga2O3) 에피택셜 기판에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial substrate and an epitaxial substrate manufactured thereby. More specifically, it relates to a method for manufacturing an epsilon gallium oxide (ε-Ga 2 O 3 ) epitaxial substrate and an epsilon gallium oxide (ε-Ga 2 O 3 ) epitaxial substrate manufactured thereby.

각종 전력산업, 전기자동차, 전력기기 등 다양한 분야의 발전으로 대전류, 고전압, 고효율 및 경량화 등의 특성을 갖춘 반도체 소자가 요구되고 있다. 이러한 전력 반도체 소자의 개발을 위해서는 넓은 밴드갭을 가지는 소재가 요구된다. 갈륨 옥사이드(Ga2O3)는 Ⅲ-Ⅵ족으로 투명하고 4.5 ~ 5.3 eV의 넓은 밴드갭을 갖기 때문에, 고내압, 저손실 전력 반도체용 소재로 유용하다. 이에, 갈륨 옥사이드(Ga2O3)는 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN)를 뒤이은 차세대 전력 반도체 소재로 주목받고 있다. With the development of various fields such as various electric power industries, electric vehicles, and power equipment, semiconductor devices with characteristics such as large current, high voltage, high efficiency, and light weight are required. In order to develop such power semiconductor devices, materials with a wide bandgap are required. Gallium oxide (Ga 2 O 3 ) is a group III-VI transparent material and has a wide bandgap of 4.5 to 5.3 eV, making it useful as a material for high-voltage, low-loss power semiconductors. Accordingly, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) is attracting attention as a next-generation power semiconductor material following silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN).

한편, 갈륨 옥사이드(Ga2O3)는 α, β, δ, ε및 γ의 5개의 결정 구조를 가진다. 5가지 상 중에서 β상은 물리적, 화학적으로 가장 안정한 상이다. β-Ga2O3은 높은 기계적, 화학적 안정성을 가지고, 4.9 eV의 에너지 밴드갭을 가지므로 고내압, 저손실 전력 반도체 소재로 유용하다. Meanwhile, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) has five crystal structures: α, β, δ, ε, and γ. Among the five phases, the β phase is the most physically and chemically stable. β-Ga 2 O 3 has high mechanical and chemical stability and an energy band gap of 4.9 eV, making it useful as a high-voltage, low-loss power semiconductor material.

ε-Ga2O3는 준안정상이지만 4.6 eV에 달하는 넓은 밴드갭을 가지며, β상과 차별되는 여러 가지 특성들을 나타낸다. 또한, ε-Ga2O3는 강유전체 물질로, 자발적으로 큰 분극을 형성하고, 2차원 전자가스를 형성하는 독특한 특성을 가진다. 이는 β-Ga2O3와 비교하였을 때, 도핑 없이 높은 이동도 와 높은 전하 밀도를 가진 2차원 전자가스가 형성되는 장점이 있다. Although ε-Ga 2 O 3 is a metastable phase, it has a wide band gap of 4.6 eV and exhibits various characteristics that differentiate it from the β phase. Additionally, ε-Ga 2 O 3 is a ferroelectric material and has the unique characteristics of spontaneously forming large polarization and forming a two-dimensional electron gas. Compared to β-Ga 2 O 3 , this has the advantage of forming a two-dimensional electron gas with high mobility and high charge density without doping.

이와 같이, ε-Ga2O3는 뛰어난 결정 대칭성과 독특한 물성을 지녔음에도 불구하고 ε-Ga2O3의 관한 연구는 β-Ga2O3에 비해 많이 부족한 상황이다.Likewise, although ε-Ga 2 O 3 has excellent crystal symmetry and unique physical properties, research on ε-Ga 2 O 3 is much lacking compared to β-Ga 2 O 3 .

이에, ε-Ga2O3에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for technology development regarding ε-Ga 2 O 3 .

한편, 전술한 배경기술은 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.Meanwhile, the above-mentioned background technology cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before the application for the present invention.

한국 등록 특허 10-2099054호Korean registered patent No. 10-2099054

본 발명의 일 실시예는 기판 위에 ε 상의 Ga2O3를 성장시킬 수 있는 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.One embodiment of the present invention is to form ε phase Ga 2 O 3 on a substrate. The purpose is to provide a method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate that can be grown.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 상술한 에피택셜 기판 제조 방법으로 제조된 ε-Ga2O3 에피택셜 기판을 제공하는 데에 목적이 있다.In addition, another embodiment of the present invention aims to provide an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufactured by the above-described epitaxial substrate manufacturing method.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 SiC 기판을 열처리하여 상기 SiC 기판상에 그래핀을 형성시키는 그래핀 형성단계, 형성된 그래핀을 식각하는 식각단계 및 식각된 그래핀에 ε-Ga2O3를 포함하는 산화물층을 성장시키는 산화물 성장단계를 포함한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention involves heat treating a SiC substrate to form graphene on the SiC substrate. step, an etching step of etching the formed graphene, and an oxide growth step of growing an oxide layer containing ε-Ga 2 O 3 on the etched graphene.

예컨대, 그래핀 형성단계는 SiC 기판의 전체 두께 대비 20% 이상의 두께로 그래핀을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.For example, the graphene forming step may include forming graphene to a thickness of 20% or more compared to the total thickness of the SiC substrate.

예컨대, 그래핀 형성단계는 수소 가스 분위기 하에서 1차 열처리하는 1차 열처리 단계 및 아르곤 가스 분위기 하에서 2차 열처리하는 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다.For example, the graphene forming step may include a first heat treatment step in a hydrogen gas atmosphere and a second heat treatment step in an argon gas atmosphere.

예컨대, 1차 열처리 단계는 수소 가스유량 2slm 이상, 압력 550torr 이상에서 1600oC 이상의 온도로 10분이상 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the first heat treatment step may include heat treatment at a temperature of 1600 o C or more for 10 minutes or more at a hydrogen gas flow rate of 2 slm or more and a pressure of 550 torr or more.

예컨대, 2차 열처리 단계는 아르곤 가스유량 5slm이상, 압력 550torr이상에서 1600oC 이상의 온도로 20분이상 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the secondary heat treatment step may include heat treatment at a temperature of 1600 o C or more for more than 20 minutes at an argon gas flow rate of 5 slm or more and a pressure of 550 torr or more.

예컨대, 식각단계는 형성된 그래핀을 상기 SiC 기판 전체 두께 대비 10% 이하의 두께로 식각하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the etching step may include etching the formed graphene to a thickness of 10% or less of the total thickness of the SiC substrate.

예컨대, 식각단계는 형성된 그래핀을 그래핀 층수가 1 내지 5층이 되도록 식각하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the etching step may include etching the formed graphene so that the number of graphene layers becomes 1 to 5.

예컨대, 식각단계는 SiC 기판의 표면 노출영역의 비율이 30% 이상 되도록 마스크를 덧대어 식각하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the etching step may include etching a mask so that the ratio of the surface exposed area of the SiC substrate is 30% or more.

예컨대, 식각단계는 플라즈마를 이용한 식각 공정일 수 있다.For example, the etching step may be an etching process using plasma.

예컨대, 식각단계는 N2, O2, Ar, H2 또는 CH4 중 적어도 하나 이상 선택된 가스로 가스 유량 300sccm 이상, 압력 0.55torr 이상에서 3 내지 5분동안 식각하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the etching step may include etching for 3 to 5 minutes with at least one gas selected from N 2 , O 2 , Ar, H 2 or CH 4 at a gas flow rate of 300 sccm or more and a pressure of 0.55 torr or more.

예컨대, 산화물 성장단계는 전체 상(phase) 대비 ε-Ga2O3를 50~100%로 포함하는 Ga2O3 산화물을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.For example, the oxide growth step may include growing Ga 2 O 3 oxide containing 50 to 100% of ε-Ga 2 O 3 relative to the total phase.

예컨대, 산화물 성장단계는 대기 가스유량 5 L/min 상압에서 500 oC 내지 700 oC 이상 온도로 60분 이상 처리하여 Ga2O3 산화물을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.For example, the oxide growth step may include growing Ga 2 O 3 oxide by treating the oxide at a temperature of 500 o C to 700 o C or higher for 60 minutes or more at an atmospheric gas flow rate of 5 L/min and atmospheric pressure.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판은 SiC 기판, SiC 기판 상의 그래핀층 및 그래핀층 상에 배치되고, ε-Ga2O3를 포함하는 산화물층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to another embodiment of the present invention includes a SiC substrate, a graphene layer on the SiC substrate, and an oxide layer containing ε-Ga 2 O 3 disposed on the graphene layer. It is characterized by

예컨대, 그래핀층은 n개의 복수의 그래핀 층들로 구성된 제1 부분 및 n보다 적은 m개의 복수의 그래핀 층들로 구성된 제2 부분을 포함하고, 산화물층은 제2 부분 상에 배치될 수 있다.For example, the graphene layer may include a first portion composed of a plurality of n graphene layers and a second portion composed of a plurality of m graphene layers less than n, and the oxide layer may be disposed on the second portion.

예컨대, 그래핀층의 상기 제2 부분의 층 수 m은 1 내지 5인 것을 특징으로 할 수 있다.For example, the number m of layers of the second portion of the graphene layer may be 1 to 5.

예컨대, 그래핀층의 상기 제1 부분의 층 수 n은 10이상인 것을 특징으로 할 수 있다.For example, the number n of layers of the first portion of the graphene layer may be 10 or more.

예컨대, 그래핀층의 상기 제2 부분에 대한 라만 스펙트럼 분석 시, 라만 피크 2D/G 비율은 0.9 내지 0.97인 것을 특징으로 할 수 있다(여기서, G 피크는 1588 cm-1 파수에서 발생되는 피크, 2D 피크는 2704 cm-1 파수에서 발생되는 피크를 의미함).For example, when analyzing the Raman spectrum for the second portion of the graphene layer, the Raman peak 2D/G ratio may be characterized as 0.9 to 0.97 (here, the G peak is a peak occurring at a wave number of 1588 cm -1 , 2D Peak refers to the peak occurring at 2704 cm -1 wavenumber).

예컨대, 그래핀층의 제2 부분의 접촉각은 40° 내지 70° 이고, 그래핀층의 상기 제1 부분의 접촉각은 70° 초과 80°이하인 것을 특징으로 할 수 있다.For example, the contact angle of the second part of the graphene layer may be 40° to 70°, and the contact angle of the first part of the graphene layer may be greater than 70° and less than or equal to 80°.

예컨대, 산화물층은 전체 상 대비 상기 ε-Ga2O3를 50 내지 100% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.For example, the oxide layer may be characterized as containing 50 to 100% of the ε-Ga 2 O 3 relative to the total phase.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 Ga2O3의 전체 상 대비 ε상의 비율이 높은 ε-Ga2O3 에피택셜 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.According to one of the means for solving the problems of the present invention described above, the method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention is Ga 2 O 3 A method of manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate having a high ratio of ε phase to the total phase can be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 선택적인 영역에 ε-Ga2O3을 성장시킬 수 있는 ε-Ga2O3 에피택셜 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate capable of growing ε-Ga 2 O 3 in a selective area. can be provided.

또한, 본 발명의 일 실시예 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 ε-Ga2O3을 기판 상에서 쉽게 분리할 수 있는ε-Ga2O3 에피택셜 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention provides a method of manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate from which ε-Ga 2 O 3 can be easily separated on the substrate. can do.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법의 순서도이다.
도 2a는 도 1의 그래핀 형성단계를 나타낸 모식도이다.
도 2b 및 도 2c는 도1의 식각단계를 나타낸 모식도이다.
도 2d는 도 1의 산화물 성장단계를 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 1의 그래핀 형성단계의 순서도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 형성단계 이전 SiC 기판의 광학현미경 이미지이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 형성단계 이후 SiC 기판의 광학현미경 이미지이다.
도 5는 그래핀 형성단계 전후의 SiC 기판을 라만 스펙트럼 분석한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 식각시간에 따른 식각된 그래핀 라만 스펙트럼 분석 그래프이다.
도 7은 식각시간에 따른 식각된 그래핀의 라만 피크 2D/G의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 식각시간에 따른 식각된 그래핀의 접촉각을 나타낸 도면이다.
도 9는 처리 온도에 따른 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.
도 10a는 처리 온도에 따른 2θ 18° 내지 20° 부근 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.
도 10b는 처리 온도에 따른 2θ 58° 내지 62° 부근 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.
도 11은 식각시간에 따른 산화물을 나타낸 SEM 이미지이다.Figure 1 is a flowchart of a method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a is a schematic diagram showing the graphene formation step in Figure 1.
Figures 2b and 2c are schematic diagrams showing the etching step of Figure 1.
Figure 2d is a schematic diagram showing the oxide growth stage of Figure 1.
Figure 3 is a flowchart of the graphene formation step in Figure 1.
Figure 4a is an optical microscope image of a SiC substrate before the graphene formation step according to an embodiment of the present invention.
Figure 4b is an optical microscope image of a SiC substrate after the graphene formation step according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing Raman spectrum analysis of a SiC substrate before and after the graphene formation step.
Figures 6a and 6b are graphs of Raman spectrum analysis of etched graphene according to etching time.
Figure 7 is a graph showing the ratio of Raman peak 2D/G of etched graphene according to etching time.
Figure 8 is a diagram showing the contact angle of etched graphene according to etching time.
Figure 9 is an XRD graph of Ga 2 O 3 oxide according to processing temperature.
Figure 10a is an XRD graph of Ga 2 O 3 oxide around 2θ 18° to 20° according to processing temperature.
Figure 10b is an XRD graph of Ga 2 O 3 oxide around 2θ 58° to 62° according to processing temperature.
Figure 11 is an SEM image showing oxide according to etching time.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only cases where it is “directly connected,” but also cases where it is “indirectly connected” with another component in between. . Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜(epitaxial) 기판 제조 방법은 기판 위에 Ga2O3를 에피택셜 성장시킬 수 있는 방법을 의미한다. 보다 구체적으로, Ga2O3의 준안정상인 ε-Ga2O3을 성장시킬 수 있는 방법을 의미한다.The method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention includes forming Ga 2 O 3 on a substrate. This refers to a method of epitaxial growth. More specifically, it refers to a method of growing ε-Ga 2 O 3 , which is a metastable phase of Ga 2 O 3 .

여기서, 에피택셜이란, 결정구조를 갖는 기판 위에 기판과 같은 결정구조 및 방향성을 가진 결정막이 자라는 현상을 말한다.Here, epitaxial refers to a phenomenon in which a crystal film with the same crystal structure and orientation as the substrate grows on a substrate with a crystal structure.

소자의 응용을 위한 결정 성장방법 중의 하나는 호환성이 있는 결정으로 이루어진 웨이퍼 상에 얇은 결정을 성장시키는 것이다. 기판의 결정은 성장되는 물질과 같을 수도 있고 유사한 격자구조의 다른 물질일 수도 있다. 이 과정에서 기판은 그 위에 새로운 결정이 성장되는 시드 결정이 되며, 새 결정은 기판과 같은 결정구조 및 방향성을 갖는다. One of the crystal growth methods for device applications is to grow thin crystals on a wafer made of compatible crystals. The crystals of the substrate may be the same as the material being grown, or may be a different material with a similar lattice structure. In this process, the substrate becomes a seed crystal on which a new crystal is grown, and the new crystal has the same crystal structure and orientation as the substrate.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법의 순서도이다.Figure 1 is a flowchart of a method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법의 모식도이다.2A to 2D are schematic diagrams of a method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention.

구체적으로 도 2a는 그래핀 형성단계(S10)를 나타내는 모식도이고, 도 2b 및 도 2c는 식각단계(S20)을 나태는 모식도이고, 도 2d는 산화물 성장단계(S30)을 나타내는 모식도이다.Specifically, Figure 2a is a schematic diagram showing the graphene formation step (S10), Figures 2b and 2c are schematic diagrams showing the etching step (S20), and Figure 2d is a schematic diagram showing the oxide growth step (S30).

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 SiC 기판을 열처리하여 상기 SiC 기판상에 그래핀을 형성시키는 그래핀 형성 단계(S10), 성장된 그래핀을 식각하는 식각단계(S20), 식각된 그래핀에 Ga2O3(갈륨 옥사이드)를 성장시키는 산화물 성장단계(S30)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention includes a graphene forming step (S10) of heat treating a SiC substrate to form graphene on the SiC substrate, growth It includes an etching step (S20) of etching the etched graphene, and an oxide growth step (S30) of growing Ga 2 O 3 (gallium oxide) on the etched graphene.

먼저, ε-Ga2O3 에피택셜 기판을 제조하기 위해, 도 2a에 나타난 바와 같이, SiC 기판 상에 그래핀을 형성(S10)시킨다.First, to manufacture an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate, graphene is formed on a SiC substrate (S10), as shown in FIG. 2A.

ε-Ga2O3 산화물층은 ε-Ga2O3 이 잘 성장될 수 있는 동시에 그래핀 형성이 용이한 기판 상에서 제조될 수 있다. 예를 들어, ε-Ga2O3 산화물층은 SiC 기판 상에 성장될 수 있다. 바람직하게는 4H-SiC 기판 상에서 성장될 수 있다. ε-Ga2O3 은 헥사고날(hexagonal) 구조와 유사한 형태를 이루는 독특한 오르소롬빅(orthorhombic) 구조를 가지므로, 헥사고날 구조를 갖는 4H-SiC 기판상에서 용이하게 성장될 수 있다. 한편, 4H-SiC 기판은 충분한 탄소를 함유하고 있어, 후술하는 열처리 공정을 통해 그래핀 형성에 용이할 수 있다. The ε-Ga 2 O 3 oxide layer can be manufactured on a substrate on which ε-Ga 2 O 3 can be easily grown and at the same time, graphene can be easily formed. For example, an ε-Ga 2 O 3 oxide layer can be grown on a SiC substrate. Preferably, it can be grown on a 4H-SiC substrate. Since ε-Ga 2 O 3 has a unique orthorhombic structure similar to a hexagonal structure, it can be easily grown on a 4H-SiC substrate with a hexagonal structure. Meanwhile, the 4H-SiC substrate contains sufficient carbon, making it easy to form graphene through the heat treatment process described later.

그래핀 형성단계(S10)는 상술한 SiC 기판(100) 위에 그래핀(200)을 형성시키는 단계일 수 있다.The graphene forming step (S10) may be a step of forming graphene 200 on the SiC substrate 100 described above.

그래핀 형성단계(S10)는 SiC 기판(100) 위에 SiC 기판(100)의 전체 두께 대비 20% 이상의 두께로 그래핀(200)이 형성되도록 수행될 수 있다. The graphene forming step (S10) may be performed so that graphene 200 is formed on the SiC substrate 100 with a thickness of 20% or more compared to the total thickness of the SiC substrate 100.

예를 들어, SiC 기판(100)이 한 층 당 두께가 1nm인 50개의 층으로 이루어질 경우, 그래핀(200)은 10층 이상의 두께로 형성될 수 있다. For example, if the SiC substrate 100 is made of 50 layers each layer having a thickness of 1 nm, the graphene 200 can be formed to have a thickness of 10 or more layers.

그래핀(200)이 SiC 기판(100)의 전체 두께 대비 20% 이상의 두께로 형성될 경우, 식각을 통한 그래핀(200) 두께 제어가 용이할 수 있다. 구체적으로, 식각 시간 등을 제어하여 그래핀(200)의 두께를 원하는 두께로 충분히 얇게 식각할 수 있으며, 얇은 그래핀(200)층 상에 충분한 두께의 ε-Ga2O3 산화물층을 성장시킬 수 있다. 반면, 그래핀(200)의 두께가 SiC 기판(100)의 전체 두께 대비 20% 미만인 경우, 식각 제어를 통해 그래핀(200)의 두께를 원하는 두께로 식각하는 것이 어려울 수 있으며, 충분한 두께의 ε-Ga2O3 산화물층을 성장시키기 어려울 수 있다. When the graphene 200 is formed to a thickness of 20% or more compared to the total thickness of the SiC substrate 100, it may be easy to control the thickness of the graphene 200 through etching. Specifically, the thickness of the graphene 200 can be etched sufficiently thin to a desired thickness by controlling the etching time, etc., and an ε-Ga 2 O 3 oxide layer of sufficient thickness can be grown on the thin graphene 200 layer. You can. On the other hand, if the thickness of the graphene 200 is less than 20% of the total thickness of the SiC substrate 100, it may be difficult to etch the thickness of the graphene 200 to the desired thickness through etching control, and ε of sufficient thickness may be required. -It may be difficult to grow the Ga 2 O 3 oxide layer.

그래핀 형성단계(S10)는 1차 열처리 단계 및 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다. The graphene forming step (S10) may include a first heat treatment step and a second heat treatment step.

도 3는 도 1의 그래핀 형성단계의 순서도이다.Figure 3 is a flowchart of the graphene formation step in Figure 1.

도 3을 참조하면, 그래핀 형성단계(S10)은 수소(H2) 가스 분위기 하에서 1차 열처리하는 1차 열처리 단계(S11) 및 아르곤(Ar) 가스 분위기 하에서 2차 열처리하는 2차 열처리 단계(S12)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 3, the graphene forming step (S10) includes a first heat treatment step (S11) of first heat treatment under a hydrogen (H 2 ) gas atmosphere and a second heat treatment step (S11) of secondary heat treatment under an argon (Ar) gas atmosphere ( S12) may be included.

SiC를 고온에서 열처리하면, 실리콘(Si)은 증발되고, SiC 결정 내에 포함되어 있던 탄소(C)는 표면으로 분리되면서 그래핀(200)층이 형성될 수 있다. When SiC is heat treated at high temperature, silicon (Si) is evaporated, carbon (C) contained in the SiC crystal is separated to the surface, and a graphene 200 layer can be formed.

1차 열처리 단계(S11)는 SiC기판(100) 상의 실리콘을 제거하기 위한 단계일 수 있다.The first heat treatment step (S11) may be a step for removing silicon on the SiC substrate 100.

1차 열처리 단계(S11)는 수소 분위기에서 SiC 기판(100)을 1600℃ 이상의 온도로 가열하는 방식으로 수행될 수 있으며, 구체적으로, 수소 가스유량 2slm 이상, 압력 550torr 이상의 분위기에서 1600℃ 이상의 온도로 10분 이상동안 수행될 수 있다.The first heat treatment step (S11) may be performed by heating the SiC substrate 100 to a temperature of 1600°C or higher in a hydrogen atmosphere, specifically, to a temperature of 1600°C or higher in an atmosphere with a hydrogen gas flow rate of 2slm or more and a pressure of 550torr or more. It can be performed for 10 minutes or more.

SiC 기판(100)을 수소 가스유량 2slm 이상, 압력 550torr 이상, 1600℃ 이상의 온도로 10분 이상동안 열처리할 경우, SiC 기판(100) 상의 실리콘이 충분히 제거되어, SiC 중의 탄소가 결정 표면을 따라 그래핀(200)을 원활하게 형성시킬 수 있다. 반대로, 수소 가스유량 2slm 미만, 압력 550torr 미만, 1600℃ 미만의 온도로 1분 미만동안 열처리할 경우, SiC 기판(100) 상의 실리콘(Si)이 충분히 제거되지 못하여 SiC 결정 내에 포함되어 있던 탄소(C)가 표면으로 분리되지 못하여 그래핀(200)이 형성되지 않을 수 있다. When the SiC substrate 100 is heat treated for more than 10 minutes at a hydrogen gas flow rate of 2 slm or more, a pressure of 550 torr or more, and a temperature of 1600°C or more, the silicon on the SiC substrate 100 is sufficiently removed, and the carbon in SiC forms along the crystal surface. The fin 200 can be formed smoothly. Conversely, when heat treatment is performed for less than 1 minute at a hydrogen gas flow rate of less than 2 slm, a pressure of less than 550 torr, and a temperature of less than 1600°C, silicon (Si) on the SiC substrate 100 is not sufficiently removed, and carbon (C) contained in the SiC crystal ) may not be separated to the surface, so graphene 200 may not be formed.

1차 열처리 단계(S11)가 완료되면, 2차 열처리 단계(S12)가 수행될 수 있다.When the first heat treatment step (S11) is completed, the second heat treatment step (S12) may be performed.

2차 열처리 단계(S12)는 SiC 기판 상(100)에 안정화된 그래핀(200)층을 형성시키기 위한 단계일 수 있다.The secondary heat treatment step (S12) may be a step for forming a stabilized graphene 200 layer on the SiC substrate 100.

2차 열처리 단계(S12)는 아르곤 분위기에서 SiC 기판(100)을 1600oC 이상의 온도로 가열하는 방식으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 아르곤 가스유량 5slm이상, 압력 550torr 이상의 분위기에서 1600oC 이상의 온도로 20분 이상동안 수행될 수 있다.The second heat treatment step (S12) may be performed by heating the SiC substrate 100 to a temperature of 1600 o C or higher in an argon atmosphere. Specifically, it can be performed for more than 20 minutes at a temperature of 1600 o C or more in an argon gas flow rate of 5 slm or more and a pressure of 550 torr or more.

1차 열처리된 SiC 기판(100) 상을 아르곤 가스유량 5slm 이상, 압력 550torr 이상의 분위기에서 1600oC 이상의 온도로 20분 이상동안 열처리할 경우, 그래핀(200)을 보다 안정화된 그래핀으로 형성시킬 수 있다. 반대로, 아르곤 가스유량 5slm 미만, 압력 550torr 미만의 분위기에서 1600oC 미만의 온도로 20분 미만 동안 열처리할 경우, 그래핀(200)을 안정화되도록 형성시키지 못할 수 있다.When the primary heat-treated SiC substrate 100 is heat-treated for more than 20 minutes at a temperature of 1600 o C or more in an argon gas flow rate of 5 slm or more and a pressure of 550 torr or more, the graphene 200 can be formed into more stable graphene. You can. Conversely, when heat treatment is performed for less than 20 minutes at a temperature of less than 1600 o C in an atmosphere with an argon gas flow rate of less than 5 slm and a pressure of less than 550 torr, the graphene 200 may not be formed stably.

한편, 1차 열처리 단계(S11) 및 2차 열처리 단계(S12)는 유도 가열 방식으로 수행될 수 있다. 유도 가열이란 전자기 유도를 이용하여 금속물체를 가열시키는 방법으로, 코일에 전류가 공급되면 가열하고자 하는 금속에 와전류가 발생하고, 금속의 저항에 의해 발생된 줄열이 온도를 높이게 되는 원리를 이용한다. Meanwhile, the first heat treatment step (S11) and the second heat treatment step (S12) may be performed by induction heating. Induction heating is a method of heating a metal object using electromagnetic induction. It uses the principle that when current is supplied to the coil, an eddy current is generated in the metal to be heated, and Joule heat generated by the resistance of the metal increases the temperature.

하지만, 열처리 방식은 이에 한정하는 것은 아니며, 유전가열, 통전가열, 마이크로파 가열 등 다양한 열처리 방식에 의해 수행될 수 있다. However, the heat treatment method is not limited to this and can be performed by various heat treatment methods such as dielectric heating, electric heating, and microwave heating.

다시 도 1을 참조하면, 그래핀 형성단계가 완료되면, 형성된 그래핀을 식각(S20)한다.Referring again to FIG. 1, when the graphene formation step is completed, the formed graphene is etched (S20).

식각단계(S20)은 ε 상을 갖는 Ga2O3 산화물이 생성될 수 있도록 형성된 그래핀(200)의 두께를 조절하는 단계일 수 있다.The etching step (S20) may be a step of adjusting the thickness of the formed graphene 200 so that Ga 2 O 3 oxide having an ε phase can be generated.

구체적으로, 형성된 그래핀(200)을 SiC 기판(100) 전체 두께 대비 10% 이하의 두께로 식각하는 단계일 수 있다. Specifically, this may be a step of etching the formed graphene 200 to a thickness of 10% or less compared to the total thickness of the SiC substrate 100.

형성된 그래핀(200)을 SiC 기판(100) 전체 두께 대비 10% 이하의 두께로 식각하면, 식각된 그래핀(200) 상에 ε 상을 갖는 Ga2O3 산화물이 생성될 수 있다. 반대로, 형성된 그래핀(200)을 SiC 기판(100) 전체 두께 대비 10% 초과의 두께로 식각할 경우, 그래핀(200)의 층이 너무 두꺼워 ε 상을 갖는 Ga2O3 산화물이 생성물이 생성되지 않을 수 있다.When the formed graphene 200 is etched to a thickness of 10% or less compared to the total thickness of the SiC substrate 100, Ga 2 O 3 oxide having an ε phase is formed on the etched graphene 200. can be created. Conversely, when the formed graphene 200 is etched to a thickness exceeding 10% of the total thickness of the SiC substrate 100, the layer of graphene 200 is so thick that Ga 2 O 3 oxide having an ε phase is generated as a product. It may not work.

한편, 식각 방식은 습식 식각과 건식 식각으로 구분될 수 있다. 습식 식각은 목표 금속만을 부식 용해하는 성질을 가지는 액체의 약품을 사용하는 식각 방식을 의미한다. 건식 식각은 기체 플라즈마나 활성화된 기체에 의한 반응을 이용한 식각 방식을 의미한다.Meanwhile, etching methods can be divided into wet etching and dry etching. Wet etching refers to an etching method that uses a liquid chemical that has the property of corroding and dissolving only the target metal. Dry etching refers to an etching method that uses a reaction by gas plasma or activated gas.

습식 식각은 한번에 대량의 기판을 처리할 수 있다는 장점을 가지나, 방향성을 제어하기 힘들어 정밀도가 높은 미세가공이 어렵다는 단점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 식각단계(S20)는 미세가공이 요구되므로, 건식 식각으로 수행되는 것이 적합할 수 있다. Wet etching has the advantage of being able to process a large amount of substrates at once, but has the disadvantage of making high-precision microprocessing difficult because it is difficult to control the directionality. In one embodiment of the present invention, the etching step (S20) requires micro-processing, so it may be appropriate to perform dry etching.

구체적으로, 식각단계(S20)는 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 수행될 수 있다. 플라즈마를 이용한 건식 식각은 진공 챔버에 기판을 넣고, 식각용 가스를 주입한 후 전기 에너지를 공급해 플라즈마 상태를 만들면, 이온화된 가스에서 높은 운동 에너지를 가지게 된 이온들이 기판의 전극에 의해 가속화되어 기판 표면에서 목표물의 원자들간 결합을 끊어 식각을 하는 원리를 이용한다. Specifically, the etching step (S20) may be performed by dry etching using plasma. Dry etching using plasma involves placing a substrate in a vacuum chamber, injecting an etching gas, and supplying electrical energy to create a plasma state. Then, ions with high kinetic energy from the ionized gas are accelerated by the electrodes of the substrate to surface the substrate. uses the principle of etching by breaking bonds between atoms of the target.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각단계(S20)는 직류 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하여 식각하는 직류 플라즈마(DC Plasma) 식각 또는 고주파를 인가하여 플라즈마를 생성하여 식각하는 고주파 플라즈마(RF Plasma) 식각으로 수행될 수 있다. The etching step (S20) according to an embodiment of the present invention is DC Plasma etching, which etches by generating plasma by applying a direct current voltage, or high-frequency plasma (RF Plasma) etching, which etches by generating plasma by applying high frequency waves. It can be performed as:

식각단계(S20)는 고주파 플라즈마 식각으로 수행되는 것이 보다 바람직할 수 있다. The etching step (S20) may be more preferably performed by high-frequency plasma etching.

식각단계(20)는 고주파 화학 기상 증착 장치(Radio Frequency Chemical Vapor Deposition, RF CVD) 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 고주파 화학 기상 증착 장치에 N2, O2, Ar, H2 또는 CH4 중 적어도 하나 이상 선택된 가스를 주입하여 가스 유량 300sccm 이상, 압력 0.55torr 이상으로 3 내지 5분 동안 수행될 수 있다.The etching step 20 may be performed using a radio frequency chemical vapor deposition (RF CVD) device. Specifically, the high-frequency chemical vapor deposition may be performed for 3 to 5 minutes at a gas flow rate of 300 sccm or more and a pressure of 0.55 torr or more by injecting at least one gas selected from N 2 , O 2 , Ar, H 2 or CH 4 into the high-frequency chemical vapor deposition device. .

만약, 3분 미만의 시간동안 식각할 경우, 그래핀(200)의 식각이 제대로 이루어지지 않아 그래핀(200)의 두께가 너무 두꺼워 ε-Ga2O3산화물의 생성이 잘 되지 않을 수 있다. 반대로, 5분 초과의 시간동안 식각할 경우, 그래핀(200)의 두께가 너무 얇아지거나 아예 제거되어 ε-Ga2O3산화물을 SiC 기판(100)으로부터 분리하기 어려울 수 있다.If etching is performed for less than 3 minutes, the graphene 200 may not be etched properly and the thickness of the graphene 200 may be too thick, making it difficult to generate ε-Ga 2 O 3 oxide. Conversely, when etching for more than 5 minutes, the thickness of the graphene 200 becomes too thin or is completely removed, making it difficult to separate the ε-Ga 2 O 3 oxide from the SiC substrate 100.

한편, 몇몇 실시예에서 식각단계(S20)은 도 2b에 도시한 바와 같이, 그래핀(200)이 성장되어 있는 SiC 기판(100) 상면에 마스크(300)를 덧대어 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, SiC 기판(100)의 표면 노출영역의 비율이 30% 이상 되도록 마스크(300)를 덧대어 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, in some embodiments, the etching step (S20) may further include etching a mask 300 on the upper surface of the SiC substrate 100 on which the graphene 200 is grown, as shown in FIG. 2B. You can. More specifically, the step of adding and etching the mask 300 so that the ratio of the surface exposed area of the SiC substrate 100 is 30% or more may be further included.

마스크(300)을 덧대어 식각단계(S20)을 수행할 경우, 그래핀(200)을 선택적인 영역에서 식각시킬 수 있다. When performing the etching step (S20) by applying the mask 300, the graphene 200 can be etched in a selective area.

여기서, 마스크(300)는 식각되지 않도록 차단하는 차단막을 의미할 수 있다. 구체적으로, 마스크(300)는 에칭 내성이 높고, 물리적 강도가 높은 하드 마스크일 수 있다. 예를 들어, SiO2 막을 포함하는 하드 마스크 일 수 있다. Here, the mask 300 may refer to a blocking film that blocks etching. Specifically, the mask 300 may be a hard mask with high etching resistance and high physical strength. For example, it may be a hard mask including a SiO 2 film.

도 2c를 참조하면, 마스크(300)를 덧대어 식각할 경우, 마스크에 의해 표면이 노출되지 않아 식각되지 않는 제1 부분(400)과 표면이 노출되어 식각되는 제2 부분(500)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2C, when etching the mask 300, a first part 400 whose surface is not exposed by the mask and thus not etched will be formed, and a second part 500 whose surface will be exposed and etched will be formed. You can.

이때, 제1 부분(400)에 위치한 그래핀(200)은 SiC 기판(100) 전체 두께 대비 20% 이상의 두께로 존재할 수 있으며, 제2 부분(500)에 위치한 그래핀(200)은 SiC 기판(100) 전체 두께 대비 10% 이하의 두께로 식각 될 수 있다.At this time, the graphene 200 located in the first part 400 may exist at a thickness of 20% or more compared to the total thickness of the SiC substrate 100, and the graphene 200 located in the second part 500 may be present in the SiC substrate ( 100) It can be etched to a thickness of 10% or less of the total thickness.

그래핀 식각이 완료되면, 식각된 그래핀 상에 ε-Ga2O3산화물층을 성장(S30)시킨다.When graphene etching is completed, an ε-Ga 2 O 3 oxide layer is grown on the etched graphene (S30).

산화물 성장단계(S30)는 식각된 그래핀에 ε 상을 갖는 ε-Ga2O3 산화물을 성장시키기 위한 단계일 수 있다. The oxide growth step (S30) may be a step for growing ε-Ga 2 O 3 oxide having an ε phase on the etched graphene.

도 2d를 참조하면, Ga2O3 산화물층(600)은 제2 부분(500)에 위치하여 식각된 그래핀(200) 상에 성장될 수 있다. 이때, Ga2O3 산화물층(600)은 Ga2O3의 전체 상 대비 ε-Ga2O3를 50 내지 100%로 포함하는 Ga2O3 산화물일 수 있다.Referring to FIG. 2D, the Ga 2 O 3 oxide layer 600 may be grown on the etched graphene 200 located in the second portion 500. At this time, the Ga 2 O 3 oxide layer 600 may be a Ga 2 O 3 oxide containing 50 to 100% of ε-Ga 2 O 3 relative to the total phase of Ga 2 O 3 .

산화물 성장단계(S30)는 10torr 이하의 초고진공에서 분자빔을 이용해 산화물층을 성장시키는 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MPE), 할로겐 화합물을 이용하여 산화물층을 성장시키는 수소화물 기상 에피택시 (Halide Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 소스 용액을 초음파 진동을 통해 미스트(Mist)로 만든 후 열처리된 기판에 분사하여 기판상에 산화물층을 성장시키는 미스트 화학 기상 증착 방식(Mist-CVD) 등으로 수행될 수 있다.The oxide growth step (S30) includes Molecular Beam Epitaxy (MPE), which grows an oxide layer using a molecular beam in an ultra-high vacuum of 10 torr or less, and hydride vapor phase epitaxy, which grows an oxide layer using a halogen compound. Halide Vapor Phase Epitaxy (HVPE), a mist chemical vapor deposition method (Mist-CVD) that turns the source solution into mist through ultrasonic vibration and then sprays it on a heat-treated substrate to grow an oxide layer on the substrate. You can.

구체적으로, 산화물 성장단계(S30)는 미스트 화학 기상 증착 방식으로 수행될 수 있다. 미스트 화학 기상 증착 방식은, 상압 및 저온에서 공정이 가능하므로, 산화물 성장단계(S30)를 미스트 화학 기상 증착 방식으로 수행할 경우, 다른 산화물 성장 방식에 비해 비용적으로 유리할 수 있다.Specifically, The oxide growth step (S30) may be performed using a mist chemical vapor deposition method. Since the mist chemical vapor deposition method can be processed at normal pressure and low temperature, when the oxide growth step (S30) is performed by the mist chemical vapor deposition method, it may be cost-effective compared to other oxide growth methods.

산화물 성장단계(S30)는 미스트 화학 기상 증착 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 미스트 화학 기상 증착 장치를 이용하여 갈륨(Ga) 수용액을 초음파 진동을 통해 미스트를 생성하고, 생성된 미스트를 석영관 내측으로 공급하여 SiC 기판(100)에 Ga2O3를 균일하게 성장시킬 수 있다.The oxide growth step (S30) may be performed using a mist chemical vapor deposition device. Specifically, using a mist chemical vapor deposition device, mist is generated from an aqueous gallium (Ga) solution through ultrasonic vibration, and the generated mist is supplied inside the quartz tube to uniformly grow Ga 2 O 3 on the SiC substrate 100. You can do it.

이때, 산화물 성장단계(S30)는 대기 가스 분위기, 상압에서 60분 이상동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 대기 가스 분위기 상압에서, 대기 가스유량 5 L/min 이상, 500℃ 내지 700℃의 온도로 60분 이상 동안 수행될 수 있다.At this time, the oxide growth step (S30) may be performed for more than 60 minutes in an atmospheric gas atmosphere and normal pressure. For example, it may be carried out in an atmospheric gas atmosphere at normal pressure, an atmospheric gas flow rate of 5 L/min or more, and a temperature of 500°C to 700°C for 60 minutes or more.

만약, 500℃ 미만의 온도에서 60분 미만의 시간동안 수행될 경우, 비정질 상의 Ga2O3 비율이 높아져 ε-Ga2O3의 비율이 50% 미만이 될 수 있다. 반대로, 700℃ 초과의 온도에서 60분 초과의 시간동안 수행될 경우, β-Ga2O3의 비율이 너무 높아져 ε-Ga2O3의 비율이 50% 미만이 될 수 있다.If the process is performed at a temperature below 500°C for a time of less than 60 minutes, the proportion of Ga 2 O 3 in the amorphous phase increases and the proportion of ε-Ga 2 O 3 may become less than 50%. Conversely, when carried out at a temperature exceeding 700° C. for a time exceeding 60 minutes, the proportion of β-Ga 2 O 3 may become too high and the proportion of ε-Ga 2 O 3 may become less than 50%.

본 발명의 일 실시예 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 SiC 기판(100) 상에 그래핀(200)을 형성시키고, 그래핀(200)의 두께를 조절한 뒤 그 표면에 Ga2O3 산화물층(600)을 성장시키므로, Ga2O3 전체 상 대비 ε상의 비율이 높은 ε-Ga2O3 에피택셜 기판을 제공할 수 있다.The method of manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention forms graphene 200 on a SiC substrate 100, adjusts the thickness of graphene 200, and then adds Ga to the surface. Because the 2 O 3 oxide layer 600 is grown, An ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate having a high ratio of ε phase to the total Ga 2 O 3 phase can be provided.

본 발명의 일 실시예 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 SiC 기판(100) 상에 그래핀(200)을 형성시키고, 그래핀(200)의 두께를 조절한 뒤 그 표면에 Ga2O3 산화물층(600)을 성장시키므로, 판상 구조를 이루는 그래핀(200)에 의해 Ga2O3 산화물층(600)을 SiC 기판(100) 상에서 쉽게 분리할 수 있다.The method of manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention forms graphene 200 on a SiC substrate 100, adjusts the thickness of graphene 200, and then adds Ga to the surface. Since the 2 O 3 oxide layer 600 is grown, the Ga 2 O 3 oxide layer 600 can be easily separated from the SiC substrate 100 by the graphene 200 forming a plate-shaped structure.

또한, 본 발명의 일 실시예 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 마스크(300)를 덧대어 그래핀(200)을 선택적인 영역으로 식각할 수 있으므로, 선택적인 영역에 ε-Ga2O3을 성장시킬 수 있다.In addition, the method for manufacturing an ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention can etch graphene 200 into a selective area by adding a mask 300, so that ε-Ga is formed in the selective area. 2 O 3 can be grown.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법은 미스트 화학 기상 증착 방식으로 산화물층(600)을 성장시키므로, 제조비용을 절감할 수 있다.In addition, the ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention grows the oxide layer 600 using a mist chemical vapor deposition method, thereby reducing manufacturing costs.

본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판은 SiC 기판(100), 그래핀(200)층, ε상의 Ga2O3를 포함하는 산화물층(600)을 포함한다.The ε-Ga2O3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention includes a SiC substrate 100, a graphene 200 layer, and an oxide layer 600 containing ε phase Ga 2 O 3 .

여기서, SiC 기판(100)은 상술한 바와 같이, 그래핀(200)층과 ε상의 Ga2O3이 용이하게 성장될 수 있도록 4H-SiC 기판을 사용할 수 있다.Here, as described above, the SiC substrate 100 may be a 4H-SiC substrate so that the graphene 200 layer and the ε phase Ga 2 O 3 can be easily grown.

그래핀(200)층은 n개의 복수의 그래핀층들로 구성된 제1 부분(400) 및 n보다 적은 m개의 복수의 그래핀층들로 구성된 제2 부분(500)을 포함할 수 있다. The graphene 200 layer may include a first part 400 composed of a plurality of n graphene layers and a second part 500 composed of a plurality of m graphene layers less than n.

구체적으로, 제 1 부분(400)은 식각되지 않은 그래핀층이 존재하는 영역을 의미하며, 제 2 부분(500)은 식각된 그래핀층이 식각된 영역을 의미할 수 있다. 이때, 제1 부분(400)의 층 수 n은 10이상일 수 있으며, 제2 부분(500)의 층 수 m은 1 내지 5일 수 있다.Specifically, the first part 400 may refer to an area where an unetched graphene layer exists, and the second part 500 may refer to an area where an etched graphene layer is etched. At this time, the number n of layers of the first part 400 may be 10 or more, and the number m of layers of the second part 500 may be 1 to 5.

제2 부분(500)에 존재하는 그래핀(200)층을 라만 스펙트럼 분석할 경우, 라만 피크 강도 비율 2D/G 값은 0.9 내지 0.97일 수 있다.When analyzing the Raman spectrum of the graphene layer 200 present in the second portion 500, the Raman peak intensity ratio 2D/G value may be 0.9 to 0.97.

라만 스펙트럼 분석은 시료에 레이저를 조사하여 시료에서 발생되는 특정 광학모드에 의한 포논 라만 피크를 수집함으로써 수행될 수 있다. 이때, 라만 스펙트럼 분석을 위한 레이저는 시료의 종류에 따라 다양한 파장대의 레이저가 사용될 수 있다. 예를 들어, 레이저는 500~600 nm 파장을 가지는 여기 다이오드 레이저(excitation diode laser)를 이용하여 수행될 수 있다.Raman spectrum analysis can be performed by irradiating a laser to a sample and collecting phonon Raman peaks by a specific optical mode generated in the sample. At this time, the laser for Raman spectrum analysis may be of various wavelengths depending on the type of sample. For example, laser treatment can be performed using an excitation diode laser with a wavelength of 500 to 600 nm.

라만 스펙트럼에서, D 피크는 6각형 구조의 탄소원자들이 서로 마주보는 원자와 반대 방향으로 진동하는 A1g 진동모드에 의한 라만 신호를 의미한다. D 피크는 1340 cm-1 파수(Wave number)에서 발생될 수 있다. D 피크는 대칭성 때문에 완벽한 격자구조에서는 라만 산란이 관찰되지 않는다. 2D 피크는 D 피크 모드에 해당하는 포논(phonon) 두 개가 방출하면서 발생하는 이중공명 라만 산란에 의해 검출되는 신호이다. 2D 피크는 21588 cm-1 파수에서 발생될 수 있다. In the Raman spectrum, the D peak represents a Raman signal due to the A1g vibration mode, in which carbon atoms in a hexagonal structure vibrate in the opposite direction to the atoms facing each other. The D peak can occur at a wave number of 1340 cm -1 . Because of the symmetry of the D peak, Raman scattering is not observed in a perfect lattice structure. The 2D peak is a signal detected by double resonance Raman scattering that occurs when two phonons corresponding to the D peak mode are emitted. The 2D peak can occur at a wavenumber of 21588 cm -1 .

G 피크는 격자 내 인접한 탄소 원자들이 서로 반대방향으로 진동하는 E2g 진동모드에 의한 라만 신호를 의미한다. 2D 피크는 2704 cm-1 파수에서 발생될 수 있다. G 피크는 흑연계 물질에서 공통으로 나타날 수 있다.The G peak refers to a Raman signal caused by the E2g vibration mode in which adjacent carbon atoms in the lattice vibrate in opposite directions. The 2D peak can occur at a wavenumber of 2704 cm -1 . The G peak may commonly appear in graphite-based materials.

이에 따라, 2D 피크와 G 피크는 탄소(C)로 이루어진 그래핀의 라만 스펙트럼에서 기본적으로 나타날 수 있으며, 이를 통해, 그래핀(200)의 결함 유무를 확인할 수 있다.Accordingly, the 2D peak and the G peak can basically appear in the Raman spectrum of graphene made of carbon (C), and through this, the presence or absence of defects in the graphene 200 can be confirmed.

또한, 라만 피크 강도 비율 2D/G 즉, G 피크 강도에 대한 2D 피크의 비율을 통해 그래핀(200)층의 두께를 파악할 수 있다. 2D 피크의 경우에는 그래핀(200) 층 수가 많을수록 G 피크에 대한 상대적인 피크 세기가 줄어들 수 있다. In addition, the thickness of the graphene 200 layer can be determined through the Raman peak intensity ratio 2D/G, that is, the ratio of the 2D peak to the G peak intensity. In the case of the 2D peak, as the number of graphene 200 layers increases, the relative peak intensity with respect to the G peak may decrease.

만약, 라만 피크 강도 비율 2D/G 값이 0.9 내지 0.97일 경우, 그래핀(200)층은 5층 이하의 층수로 남아 있을 수 있다. 2D/G 값이 0.97을 초과할 경우에는, 그래핀(200)층이 SiC 기판(100) 상에 거의 존재하지 않을 수 있다. 반대로 2D/G 값이 0.90 미만일 경우에는 그래핀(200)층이 5층 초과의 층수로 남아 있을 수 있다.If the Raman peak intensity ratio 2D/G value is 0.9 to 0.97, the number of graphene 200 layers may remain 5 or less. When the 2D/G value exceeds 0.97, the graphene 200 layer may barely exist on the SiC substrate 100. Conversely, if the 2D/G value is less than 0.90, the number of graphene (200) layers may remain more than 5 layers.

한편, 제2 부분(500)에 존재하는 그래핀(200)층의 접촉각은 40° 내지 70°이고, 제1 부분의 접촉각은 70° 초과 80° 이하일 수 있다.Meanwhile, the contact angle of the graphene layer 200 present in the second part 500 is 40° to 70°, and the contact angle of the first part may be greater than 70° and less than or equal to 80°.

여기서, 접촉각이란 액체와 기체가 고체표면 위에서 열역학적 평형을 이룰 때 이루는 각을 말한다. 즉, 고체표면의 젖음성을 나타내며, 정형화된 액체방울에 의해 측정될 수 있다.Here, the contact angle refers to the angle formed when a liquid and a gas achieve thermodynamic equilibrium on a solid surface. In other words, it represents the wettability of the solid surface and can be measured using standardized liquid droplets.

접촉각은 시료표면에 용액을 적하시켜 시료표면과 용액표면이 이루는 각을 측정함으로써 측정될 수 있다. 보다 구체적으로, 용액을 약, 3.5 μm 적하한 뒤 접촉각을 측정함으로써 측정될 수 있다.The contact angle can be measured by dropping a solution on the sample surface and measuring the angle formed between the sample surface and the solution surface. More specifically, it can be measured by dropping a solution about 3.5 μm and then measuring the contact angle.

만약, 제2 부분(500)에 존재하는 그래핀(200)층의 접촉각이 40° 내지 70° 일 때, 제2 부분(500)에 존재하는 그래핀(200)층은 5층 이하의 층수로 남아 있을 수 있다.If the contact angle of the graphene 200 layer present in the second part 500 is 40° to 70°, the number of graphene 200 layers present in the second part 500 is 5 or less. may remain.

산화물층(600)은 제2 부분(500)의 그래핀층(200) 상에 위치할 수 있다.The oxide layer 600 may be located on the graphene layer 200 of the second portion 500.

산화물층(600)은 갈륨 옥사이드(Ga2O3)로 이루어진 에피택셜 층일 수 있으며, 전체 상 대비 ε-Ga2O3를 50 내지 100% 포함할 수 있다. The oxide layer 600 may be an epitaxial layer made of gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and may contain 50 to 100% of ε-Ga2O3 compared to the total phase.

본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판은 5층 이하의 그래핀(200)층이 존재하는 제 2부분에만 산화물층(600)을 성장시킬 수 있으므로, 선택적인 영역으로 산화물층(600)을 성장시킬 수 있다. Since the ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention can grow the oxide layer 600 only in the second part where five or less graphene 200 layers exist, it can be grown in a selective area. The oxide layer 600 can be grown.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-Ga2O3 에피택셜 기판은 SiC 기판(100) 상에 형성된 그래핀(200)층 위에 성장되므로, 그래핀(200)의 판상 구조 특성에 의해 산화물층(600) 분리가 용이하다. In addition, since the ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate according to an embodiment of the present invention is grown on the graphene 200 layer formed on the SiC substrate 100, the oxide is formed due to the plate-like structure characteristics of the graphene 200. Layer 600 is easy to separate.

이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples of the present invention.

실시예 1. 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-GaExample 1. ε-Ga according to an embodiment of the present invention 22 OO 33 에피택셜 기판 제조방법의 그래핀 형성단계에 의한 그래핀 생성 유무 확인 Confirmation of graphene formation by the graphene formation step of the epitaxial substrate manufacturing method

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 형성단계 이전 SiC 기판의 광학현미경 이미지이며, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 형성단계 이후 SiC 기판의 광학현미경 이미지이다.Figure 4a is an optical microscope image of a SiC substrate before the graphene forming step according to an embodiment of the present invention, and Figure 4b is an optical microscope image of a SiC substrate after the graphene forming step according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4a는 수소 가스 분위기 하에서 1차 열처리하는 1차 열처리 단계 및 아르곤 가스 분위기 하에서 2차 열처리하는 2차 열처리 단계를 수행하기 전 SiC 기판의 이미지이며, 도 4b는 상기 1차 열처리 및 2차 열처리 단계를 수행한 후의 SiC 기판의 이미지이다.Specifically, Figure 4a is an image of a SiC substrate before performing the first heat treatment step in a hydrogen gas atmosphere and the second heat treatment step in an argon gas atmosphere, and Figure 4b shows the first heat treatment and the second heat treatment step in an argon gas atmosphere. This is an image of a SiC substrate after performing the second heat treatment step.

구체적으로, 1차 열처리는 수소 가스유량 2slm, 압력 550torr에서 1600oC의 온도로 10분동안 유도 가열 방식으로 수행되었다.Specifically, the first heat treatment was performed by induction heating at a hydrogen gas flow rate of 2 slm and a pressure of 550 torr at a temperature of 1600 o C for 10 minutes.

2차 열처리는 아르곤 가스유량 5slm, 압력 550torr에서 1600oC의 온도로 20분동안 유도 가열 방식으로 수행되었다.The secondary heat treatment was performed by induction heating at a temperature of 1600 o C for 20 minutes at an argon gas flow rate of 5 slm and a pressure of 550 torr.

도 4a를 참조하면, 그래핀 형성단계 전, 즉 SiC 기판을 열처리하기 전에는 SiC 기판 상에 그래핀이 확인되지 않는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 4a, it can be seen that graphene is not confirmed on the SiC substrate before the graphene formation step, that is, before heat treating the SiC substrate.

도 4b를 참조하면, 그래핀 형성단계 이후, 즉 SiC기판을 열처리한 후에는 그래핀이 SiC 표면에 성장된 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 4b, it can be seen that graphene was grown on the SiC surface after the graphene formation step, that is, after heat treatment of the SiC substrate.

도 5는 그래핀 성장단계 전후의 SiC 기판을 라만 스펙트럼 분석한 그래프이다. Figure 5 is a graph showing Raman spectrum analysis of a SiC substrate before and after the graphene growth stage.

구체적으로, 도 4a 및 도 4b의 SiC 기판을 라만 스펙트럼 분석한 그래프이다. 이때 라만 스펙트럼 분석은 514nm 파장의 여기 다이오드 레이저를 사용하여 수행되었다.Specifically, this is a graph of Raman spectrum analysis of the SiC substrate in FIGS. 4A and 4B. At this time, Raman spectrum analysis was performed using an excitation diode laser with a wavelength of 514 nm.

도 5를 참조하면, 그래핀 성장단계 전, 즉 열처리 전 SiC 기판에는 그래핀이 존재할 때 생성되는 D 피크, G 피크 및 2D 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 이와 반대로, 열처리 후 SiC 기판에는 1335 cm-1 파수에서 D 피크, 1588 cm-1 파수에서 G 피크, 2704 cm-1 파수에서 2D 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이에, 열처리 후 SiC 기판에는 그래핀이 성장되었음을 알 수 있다.Referring to Figure 5, it can be seen that the D peak, G peak, and 2D peak generated when graphene is present do not appear in the SiC substrate before the graphene growth step, that is, before heat treatment. On the contrary, after heat treatment, the SiC substrate can be confirmed to have a D peak at a wave number of 1335 cm -1 , a G peak at a wave number of 1588 cm -1 , and a 2D peak at a wave number of 2704 cm -1 . Accordingly, it can be seen that graphene was grown on the SiC substrate after heat treatment.

실시예 2. 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-GaExample 2. ε-Ga according to an embodiment of the present invention 22 OO 33 에피택셜 기판 제조방법의 식각시간에 따른 그래핀 확인 Confirmation of graphene according to etching time of epitaxial substrate manufacturing method

도 6a 및 도 6b는 식각시간에 따른 식각된 그래핀 라만 스펙트럼 분석 그래프이다.Figures 6a and 6b are graphs of Raman spectrum analysis of etched graphene according to etching time.

구체적으로 도 6a 내지 도 6b는 실시예 1과 동일하게 1차 열처리 및 2차 열처리를 수행한 뒤, N2 가스 가스 유량 300sccm, 압력 0.55torr에서 0분, 1분, 2분, 3분, 4분, 5분으로 각각 식각하였을 때의 SiC 기판을 라만 스펙트럼 분석한 결과이다. Specifically, Figures 6a and 6b show that after performing the first heat treatment and the second heat treatment in the same manner as in Example 1, the N 2 gas flow rate was 300 sccm and the pressure was 0.55 torr for 0 minutes, 1 minute, 2 minutes, 3 minutes, and 4 minutes. This is the result of Raman spectrum analysis of the SiC substrate when etched for 5 minutes and 5 minutes, respectively.

이때, 라만 스펙트럼 분석 실시예 1과 같이 514nm 파장의 여기 다이오드 레이저를 사용하여 수행되었다.At this time, Raman spectrum analysis was performed using an excitation diode laser with a wavelength of 514 nm, as in Example 1.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 식각시간이 오래될수록 1350~1650cm-1 파수에서 관찰되는 G 피크 및 1600~2800 cm-1 파수에서 관찰되는 2D 피크가 점차 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 특히, 식각시간이 5분일 경우, G 피크 및 2D 피크가 거의 사라지고 있음을 확인할 수 있다.Referring to Figures 6a and 6b, it can be seen that as the etching time increases, the G peak observed at the wave number of 1350~1650 cm -1 and the 2D peak observed at the wave number of 1600~2800 cm -1 gradually decrease. In particular, it can be seen that when the etching time is 5 minutes, the G peak and 2D peak almost disappear.

이를 통해, 식각시간이 5분 초과일 경우에는 그래핀이 너무 많이 식각되어 SiC 기판 상에 아예 제거됨을 알 수 있다. 즉, 5분 이하의 시간동안 식각하는 것이 그래핀을 적절히 얇은 두께로 식각하는 것임을 알 수 있다.Through this, it can be seen that if the etching time is longer than 5 minutes, too much graphene is etched and completely removed from the SiC substrate. In other words, it can be seen that etching for less than 5 minutes etches the graphene to an appropriately thin thickness.

도 7은 식각시간에 따른 식각된 그래핀의 라만 피크 2D/G의 비율을 나타낸 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the ratio of Raman peak 2D/G of etched graphene according to etching time.

도 7을 참조하면, 식각시간이 0 내지 2분일 경우 라만 피크 2D/G의 비율이 0.83 내지 0.85로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 식각시간이 3 내지 5분일 경우, 라만 피크 2D/G의 비율이 0.9 이상 0.97 이하인 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 7, it can be seen that when the etching time is 0 to 2 minutes, the ratio of Raman peak 2D/G appears to be 0.83 to 0.85. On the other hand, when the etching time is 3 to 5 minutes, it can be confirmed that the ratio of Raman peak 2D/G is 0.9 or more and 0.97 or less.

라만 피크 2D/G의 비율은 그래핀 층수에 따라 달라지므로, 상기 라만 피크 2D/G의 비율을 통해 식각 컨트롤이 가능할 수 있다.Since the ratio of the Raman peak 2D/G varies depending on the number of graphene layers, etching control may be possible through the ratio of the Raman peak 2D/G.

도 8은 식각시간에 따른 식각된 그래핀의 접촉각을 나타낸 도면이다.Figure 8 is a diagram showing the contact angle of etched graphene according to etching time.

이때 접촉각은 SEO사 제조의 phoenix300 ET 접촉각 측정기를 사용하여, 액체를 약, 3.5 μm 적하하였을 때의 접촉각을 측정하였다.At this time, the contact angle was measured when liquid was dropped about 3.5 μm using a phoenix300 ET contact angle meter manufactured by SEO.

도 8을 참조하면, 식각시간이 0분 내지 1분일 경우, 접촉각이 70°를 초과하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 식각시간이 3분 내지 5분일 경우에는 접촉각이 40° 내지 70°임을 알 수 있다.Referring to Figure 8, it can be seen that when the etching time is 0 to 1 minute, the contact angle exceeds 70°. On the other hand, when the etching time is 3 to 5 minutes, it can be seen that the contact angle is 40° to 70°.

접촉각은 식각 시간에 따라 접촉각이 상이해지므로, 접촉각을 통해 식각 컨트롤이 가능할 수 있다.Since the contact angle varies depending on the etching time, etching control may be possible through the contact angle.

실시예 3. 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-GaExample 3. ε-Ga according to an embodiment of the present invention 22 OO 33 에피택셜 기판 제조방법의 산화물 성장단계에서 처리 온도에 따른 산화물 상 확인 Confirmation of oxide phase according to processing temperature in the oxide growth stage of the epitaxial substrate manufacturing method

도 9는 처리 온도에 따른 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.Figure 9 is an XRD graph of Ga 2 O 3 oxide according to processing temperature.

도 10a는 처리 온도에 따른 2θ 18° 내지 20° 부근 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.Figure 10a is an XRD graph of Ga 2 O 3 oxide around 2θ 18° to 20° according to processing temperature.

도 10b는 처리 온도에 따른 2θ 58° 내지 62° 부근 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.Figure 10b is an XRD graph of Ga 2 O 3 oxide around 2θ 58° to 62° according to processing temperature.

구체적으로, 도 9, 도 10a, 도 10b는 대기 가스유량 5 L/min 상압에서 500℃ 내지 700℃ 이상 온도로 6분동안 처리하여 형성한 Ga2O3 산화물의 XRD 그래프이다.Specifically, Figures 9, 10a, and 10b are XRD graphs of Ga 2 O 3 oxide formed by treatment at a temperature of 500°C to 700°C or higher for 6 minutes at an atmospheric gas flow rate of 5 L/min and atmospheric pressure.

도 9을 참조하면, 500℃ 내지 700℃에서 산화물을 성장시킬 경우, (002), (004), (006), (008)면에서 ε 상의 Ga2O3가 관찰되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that when the oxide is grown at 500°C to 700°C, Ga 2 O 3 of the ε phase is observed on the (002), (004), (006), and (008) planes.

즉, 500℃ 내지 700℃에서 산화물을 처리할 경우, ε 상의 Ga2O3가 형성됨을 확인할 수 있다.That is, when treating the oxide at 500°C to 700°C, it can be confirmed that ε phase Ga 2 O 3 is formed.

한편, 도 10a를 참조하면, 700℃로 처리할 경우, XRD 그래프에서 2θ 19° 부근에서 β 상의 Ga2O3가 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 10b를 참조하면, 700℃로 처리할 경우XRD 그래프에서 2θ 59° 부근에서 β 상의 Ga2O3가 관찰되는 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 10a, when treated at 700°C, it can be seen that Ga 2 O 3 of the β phase is observed around 2θ 19° in the XRD graph. Additionally, referring to FIG. 10b, it can be seen that Ga 2 O 3 of the β phase is observed around 2θ 59° in the XRD graph when treated at 700°C.

즉, Ga2O3 산화물 성장 처리 온도가 700℃부터 β 상의 Ga2O3 가 관찰될 수 있으며, 700℃ 초과의 온도에서는 β 상의 Ga2O3 가 보다 많이 관찰될 것을 예측할 수 있다. That is, it can be predicted that Ga 2 O 3 of the β phase can be observed at a Ga 2 O 3 oxide growth treatment temperature of 700°C, and that more Ga 2 O 3 of the β phase can be observed at temperatures exceeding 700°C.

실시예 4. 본 발명의 일 실시예에 따른 ε-GaExample 4. ε-Ga according to an embodiment of the present invention 22 OO 33 에피택셜 기판 제조방법의 식각시간에 따른 산화물 형성 확인 Confirmation of oxide formation according to etching time of epitaxial substrate manufacturing method

도 11는 식각 시간에 따른 산화물을 나타낸 SEM 이미지이다.Figure 11 is an SEM image showing oxide according to etching time.

구체적으로, 1차 열처리 및 2차 열처리에 의해 그래핀층이 형성된 SiC 기판을 N2 가스 가스 유량 300sccm, 압력 0.55torr에서 0분, 3분, 5분으로 각각 식각한 후, 500℃ 내지 700℃로 미스트 화학 기상 증착 방식을 이용해 산화물층을 성장시킨 SiC 기판을 촬영한 SEM 이미지이다.Specifically, the SiC substrate on which the graphene layer was formed by primary heat treatment and secondary heat treatment was etched at a N 2 gas flow rate of 300 sccm and a pressure of 0.55 torr for 0 minutes, 3 minutes, and 5 minutes, respectively, and then etched at 500°C to 700°C. This is an SEM image taken of a SiC substrate on which an oxide layer was grown using a mist chemical vapor deposition method.

도 11을 참조하면, 식각되지 않은 그래핀 상에 산화물을 성장시킬 때 보다, 3분 내지 5분으로 식각된 그래핀 상에 산화물이 보다 더 성장이 잘되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11, it can be seen that the oxide grows better on graphene etched for 3 to 5 minutes than when the oxide is grown on unetched graphene.

이를 통해, 식각시간이 3분 내지 5분일 경우, 그래핀을 적절히 얇은 두께로 식각하는 것임을 알 수 있다.Through this, it can be seen that when the etching time is 3 to 5 minutes, the graphene is etched to an appropriately thin thickness.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: SiC 기판
200: 그래핀
300: 마스크
400: 제1 부분
500: 제2 부분
600: 산화물100: SiC substrate
200: graphene
300: mask
400: first part
500: second part
600: oxide

Claims (20)

SiC 기판을 열처리하여 상기 SiC 기판상에 그래핀을 형성시키는 그래핀 형성 단계;
상기 성장된 그래핀을 식각하는 식각단계; 및
상기 식각된 그래핀에 ε-Ga2O3를 포함하는 산화물층을 성장시키는 산화물 성장단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.A graphene forming step of heat treating a SiC substrate to form graphene on the SiC substrate;
An etching step of etching the grown graphene; and
Including an oxide growth step of growing an oxide layer containing ε-Ga 2 O 3 on the etched graphene,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 그래핀 형성단계는
상기 SiC 기판의 전체 두께 대비 20% 이상의 두께로 그래핀을 형성시키는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The graphene formation step is
Comprising the step of forming graphene to a thickness of 20% or more compared to the total thickness of the SiC substrate,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 그래핀 형성단계는
수소 가스 분위기 하에서 1차 열처리하는 1차 열처리 단계; 및
아르곤 가스 분위기 하에서 2차 열처리하는 2차 열처리 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The graphene formation step is
A first heat treatment step of first heat treatment in a hydrogen gas atmosphere; and
Including a secondary heat treatment step of secondary heat treatment in an argon gas atmosphere,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제3항에 있어서,
상기 1차 열처리 단계는
수소 가스유량 2slm 이상, 압력 550torr 이상에서 1600℃ 이상의 온도로 10분이상 열처리하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 3,
The first heat treatment step is
Comprising heat treatment at a temperature of 1600°C or more for 10 minutes or more at a hydrogen gas flow rate of 2 slm or more and a pressure of 550 torr or more,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제3항에 있어서,
상기 2차 열처리 단계는
아르곤 가스유량 5slm이상, 압력 550torr이상에서 1600℃ 이상의 온도로 20분이상 열처리하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 3,
The second heat treatment step is
Including the step of heat treatment at a temperature of 1600°C or more for more than 20 minutes at an argon gas flow rate of 5 slm or more and a pressure of 550 torr or more,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 식각단계는
상기 형성된 그래핀을 상기 SiC 기판 전체 두께 대비 10% 이하의 두께로 식각하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The etching step is
Comprising the step of etching the formed graphene to a thickness of 10% or less compared to the total thickness of the SiC substrate,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 식각단계는
상기 형성된 그래핀을 그래핀 층수가 1 내지 5층이 되도록 식각하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The etching step is
Comprising the step of etching the formed graphene so that the number of graphene layers is 1 to 5,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 식각단계는
상기 SiC 기판의 표면 노출영역의 비율이 30% 이상 되도록 마스크를 덧대어 식각하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The etching step is
Including the step of etching a mask so that the ratio of the surface exposed area of the SiC substrate is 30% or more,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 식각단계는
플라즈마를 이용한 식각 공정인,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The etching step is
An etching process using plasma,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제9항에 있어서,
상기 식각단계는
N2, O2, Ar, H2 또는 CH4 중 적어도 하나 이상 선택된 가스로 가스 유량 300sccm 이상, 압력 0.55torr 이상에서 3 내지 5분동안 식각하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to clause 9,
The etching step is
Comprising the step of etching for 3 to 5 minutes with at least one gas selected from N 2 , O 2 , Ar, H 2 or CH 4 at a gas flow rate of 300 sccm or more and a pressure of 0.55 torr or more,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 산화물 성장단계는
전체 상(phase) 대비 ε-Ga2O3를 50~100%로 포함하는 Ga2O3 산화물을 성장시키는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The oxide growth step is
Comprising the step of growing Ga 2 O 3 oxide containing 50 to 100% of ε-Ga 2 O 3 compared to the total phase,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제1항에 있어서,
상기 산화물 성장단계는
미스트 화학 기상 증착(Mist-CVD)방식으로 Ga2O3 산화물을 성장시키는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to paragraph 1,
The oxide growth step is
Including the step of growing Ga 2 O 3 oxide by mist chemical vapor deposition (Mist-CVD).
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. 제12항에 있어서,
상기 산화물 성장단계는
대기 가스유량 5 L/min 상압에서 500℃ 내지 700℃ 이상 온도로 60분 이상 처리하여 Ga2O3 산화물을 생성하는 단계를 포함하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판 제조 방법.According to clause 12,
The oxide growth step is
Comprising the step of producing Ga 2 O 3 oxide by treating it at a temperature of 500°C to 700°C or higher for more than 60 minutes at an atmospheric gas flow rate of 5 L/min.
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate manufacturing method. SiC 기판;
상기 SiC 기판 상의 그래핀층; 및
상기 그래핀층 상에 배치되고, ε-Ga2O3를 포함하는 산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.SiC substrate;
A graphene layer on the SiC substrate; and
Disposed on the graphene layer, characterized in that it includes an oxide layer containing ε-Ga 2 O 3 ,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate. 제14항에 있어서,
상기 그래핀층은 n개의 복수의 그래핀 층들로 구성된 제1 부분; 및
n보다 적은 m개의 복수의 그래핀 층들로 구성된 제2 부분을 포함하고,
상기 산화물층은 상기 제2 부분 상에 배치되는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.According to clause 14,
The graphene layer includes a first part composed of n plural graphene layers; and
a second portion comprised of a plurality of m graphene layers less than n,
wherein the oxide layer is disposed on the second portion,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate. 제15항에 있어서,
상기 그래핀층의 상기 제2 부분의 층 수 m은 1 내지 5인 것을 특징으로 하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.According to clause 15,
Characterized in that the number m of layers of the second portion of the graphene layer is 1 to 5,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate. 제15항에 있어서,
상기 그래핀층의 상기 제1 부분의 층 수 n은 10이상인 것을 특징으로 하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.According to clause 15,
Characterized in that the number n of layers of the first portion of the graphene layer is 10 or more,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate. 제15항에 있어서,
상기 그래핀층의 상기 제2 부분에 대한 라만 스펙트럼 분석 시, 라만 피크 2D/G 비율은 0.9 내지 0.97인 것을 특징으로 하는
(여기서, G 피크는 1588 cm-1 파수에서 발생되는 피크, 2D 피크는 2704 cm-1 파수에서 발생되는 피크를 의미함)
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.According to clause 15,
When analyzing the Raman spectrum for the second portion of the graphene layer, the Raman peak 2D/G ratio is 0.9 to 0.97.
(Here, the G peak refers to the peak occurring at a wave number of 1588 cm -1 , and the 2D peak refers to a peak occurring at a wave number of 2704 cm -1 )
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate. 제15항에 있어서,
상기 그래핀층의 상기 제2 부분의 접촉각은 40° 내지 70° 이고,
상기 그래핀층의 상기 제1 부분의 접촉각은 70° 초과 80° 이하인 것을 특징으로 하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.According to clause 15,
The contact angle of the second portion of the graphene layer is 40° to 70°,
Characterized in that the contact angle of the first portion of the graphene layer is greater than 70° and less than or equal to 80°.
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate. 제15항에 있어서,
상기 산화물층은 전체 상 대비 상기 ε를 50 내지 100% 포함하는 것을 특징으로 하는,
ε-Ga2O3 에피택셜 기판.
According to clause 15,
The oxide layer is characterized in that it contains 50 to 100% of the ε compared to the entire phase,
ε-Ga 2 O 3 epitaxial substrate.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180226261A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Tokyo Electron Limited Method of anisotropically etching graphene
JP2019009405A (en) * 2017-06-28 2019-01-17 株式会社Flosfia Laminate structure and semiconductor device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL213291B1 (en) * 2010-06-07 2013-02-28 Inst Tech Material Elekt Method for graphene preparation
JP6585799B1 (en) 2018-10-15 2019-10-02 昭和電工株式会社 Method for evaluating SiC substrate and method for producing SiC epitaxial wafer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180226261A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Tokyo Electron Limited Method of anisotropically etching graphene
JP2019009405A (en) * 2017-06-28 2019-01-17 株式会社Flosfia Laminate structure and semiconductor device

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