KR20030067964A

KR20030067964A - Method for manufacturing gan substrate

Info

Publication number: KR20030067964A
Application number: KR1020020007727A
Authority: KR
Inventors: 조명환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-02-09
Filing date: 2002-02-09
Publication date: 2003-08-19

Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a GaN substrate is provided to be capable of reducing complicate manufacturing processes due to the laser irradiating direction and improving the selecting range of width for a laser used at a lift-off process by forming a buffer layer between a sapphire substrate and a GaN layer, or growing the GaN layer on GaAs. CONSTITUTION: A buffer layer(21) made of InN or InGaN, is grown on the upper portion of a sapphire substrate(20). A GaN layer(22) is grown on the upper portion of the buffer layer. Laser beam is irradiated onto the upper portion of the GaN layer for separating the buffer layer from the sapphire substrate. Preferably, the laser beam has a wavelength of 363 nm, or more.

Description

질화갈륨 기판 제조 방법{Method for manufacturing GaN substrate}Gallium nitride substrate manufacturing method {Method for manufacturing GaN substrate}

본 발명은 질화갈륨(GaN) 기판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는사파이어 기판과 질화갈륨층의 사이에 장파장의 레이저광에서도 흡수 가능한 버퍼층이나, 갈륨비소(GaAs)에 질화갈륨층을 성장시켜, 레이저 조사방향에 따른 복잡한 공정을 제거하고, 리프트 오프에 이용되는 레이저의 선택폭을 향상시킬 수 있는 질화갈륨 기판 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride (GaN) substrate, and more particularly, a gallium nitride layer is grown between a sapphire substrate and a gallium nitride layer by a buffer layer or gallium arsenide (GaAs) that can absorb even a long wavelength laser light. The present invention relates to a gallium nitride substrate manufacturing method capable of eliminating a complicated process in accordance with a laser irradiation direction and improving the selection range of a laser used for lift-off.

일반적으로 Ⅲ-Ⅴ족 질화물계 반도체를 이용한 청·녹색 광 소자 및 전자 소자의 개발 및 응용에 대한 관심이 급격히 고조되고 있으며, 그러한 이유중의 하나로 고 결함 밀도에도 불구하고, 소자 수명에 문제가 없음는 것으로 보고하고 있다.In general, interest in the development and application of blue and green optical devices and electronic devices using III-V nitride semiconductors is rapidly increasing. One of the reasons is that there is no problem in device life despite the high defect density. It is reported.

특히, 일본의 Nichia 케미컬 사는 1만 시간 이상의 장 수명 청색 발광다이오드의 개발 성공과 더불어, 양산체제의 구축으로 전세계의 시장을 독점하려는 징후가 보이고 있으며, 여기에 대응하기 위하여 다양한 시도가 기업과 대학에서 이루어지고 있다.In particular, Japan's Nichia Chemical has succeeded in developing long-life blue light emitting diodes with more than 10,000 hours, and it is showing signs of monopolizing the global market by establishing a mass production system. It is done.

최근, 소자 제조에 사용되고 있는 기판으로는 사파이어(Al₂O₃), 질화갈륨과 실리콘 카바이드(SiC)를 주로 사용하고 있다.In recent years, sapphire (Al ₂ O ₃ ), gallium nitride, and silicon carbide (SiC) are mainly used as substrates used for device fabrication.

이 가운데, 사파이어 기판은 질화갈륨과 큰 격자 부정합(16.1%)과 열 팽창계수의 차이(25.5%)로 계면에서 다수의 결함(Micro-Cracks)과 휘어짐(Bending)등의 문제가 발생하여 소자의 수명에 치명적인 영향을 주어 새로운 기판 개발에 많은 노력이 집중되어 온 것이 사실이다.Among them, the sapphire substrate has a large lattice mismatch with gallium nitride (16.1%) and a difference in coefficient of thermal expansion (25.5%), resulting in problems such as a number of defects (micro-cracks) and bending at the interface. It is true that a lot of effort has been focused on the development of new substrates, which has a fatal effect on lifespan.

도 1a와 1b는, 종래의 프리스탠딩(Free standing)된 질화갈륨 기판을 제조하는 공정도로써, 도 1a에서 도시된 바와 같이, HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법을 이용하여, 사파이어 기판(10)의 상부에 질화갈륨층(11)을 성장시킨다.(도 1a)1A and 1B are a process chart of manufacturing a conventional free standing gallium nitride substrate. As shown in FIG. 1A, the sapphire substrate 10 may be formed by using a hybrid vapor phase epitaxy (HVPE) method. The gallium nitride layer 11 is grown on the top (FIG. 1A).

질화갈륨층(11)의 성장이 완료되면, 사파이어 기판(10)에 248㎚의 레이저광을 조사하는 레이저 리프트 오프(laser-lift)공정을 수행하여, 사파이어 기판(10)으로부터 질화갈륨층(11)을 이탈시킨다.(도 1b)When the growth of the gallium nitride layer 11 is completed, a laser lift-off process of irradiating the sapphire substrate 10 with a laser light of 248 nm is performed to perform gallium nitride layer 11 from the sapphire substrate 10. ) Is released.

이러한, 종래의 질화갈륨 기판을 제조하는 방법에서는, 고온의 챔버내에 사파이어 기판을 안착시키고, 그 사파이어 기판의 상부에 질화갈륨층을 성장시킴으로 인해서, 레이저광을 사파이어 기판에 조사하기 위해서는, 레이저 조사방향에 따라 질화갈륨층이 성장된 사파이어 기판을 레이저광이 조사되는 영역으로 회전 이동시켜 위치시키는 복잡한 작업공정을 수행하여야 하는 문제점이 있었다.In such a conventional method of manufacturing a gallium nitride substrate, in order to irradiate a laser light to a sapphire substrate by placing a sapphire substrate in a high temperature chamber and growing a gallium nitride layer on the sapphire substrate, the laser irradiation direction Accordingly, there is a problem in that a complicated work process of rotating and locating the sapphire substrate on which the gallium nitride layer is grown is moved to a region where the laser light is irradiated.

또한, 사파이어 기판을 투과할 수 있는 248㎚ 단파장만을 선택하여 사용하여야 하는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem that only 248 nm short wavelength that can transmit the sapphire substrate should be selected and used.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사파이어 기판과 질화갈륨층의 사이에 장파장의 레이저광에서도 흡수 가능한 버퍼층이나, 갈륨비소(GaAs)에 질화갈륨층을 성장시켜, 레이저 조사방향에 따른 복잡한 공정을 제거하고, 리프트 오프에 이용되는 레이저의 선택폭을 향상시킬 수 있는 질화갈륨 기판 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and between the sapphire substrate and the gallium nitride layer, a gallium nitride layer is grown on a buffer layer or gallium arsenide (GaAs) which can absorb even a long wavelength laser beam, It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a gallium nitride substrate capable of eliminating a complicated process according to the irradiation direction and improving the selection range of a laser used for lift-off.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판의 상부에 InN 또는 InGaN인 버퍼층을 성장시키는 제 1 단계와;A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is the first step of growing a buffer layer of InN or InGaN on top of the sapphire substrate;

상기 버퍼층의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 제 2 단계와;Growing a gallium nitride layer on the buffer layer;

상기 질화갈륨층의 상부면으로 레이저광를 조사하여 상기 버퍼층과 사파이어 기판의 계면을 이탈시키는 제 3 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법이 제공된다.A gallium nitride substrate manufacturing method is provided, comprising a third step of leaving the interface between the buffer layer and the sapphire substrate by irradiating a laser beam to the upper surface of the gallium nitride layer.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 갈륨비소(GaAs) 기판의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 단계와;Another preferred aspect for achieving the above object of the present invention comprises the steps of: growing a gallium nitride layer on top of a gallium arsenide (GaAs) substrate;

상기 질화갈륨층이 성장이 완료된 후에, 레이저광을 질화갈륨층의 상부면 또는 갈륨비소 기판의 하부면에 조사하여 질화갈륨층과 갈륨비소를 분리시키는 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법이 제공된다.After the growth of the gallium nitride layer is completed, the gallium nitride substrate comprising a step of separating the gallium nitride layer and gallium arsenide by irradiating a laser light to the upper surface of the gallium nitride layer or the lower surface of the gallium arsenide substrate A manufacturing method is provided.

도 1a와 1b는 종래의 프리스탠딩(Free standing)된 질화갈륨 기판을 제조하는 공정도이다.1A and 1B are process diagrams for manufacturing a conventional free standing gallium nitride substrate.

도 2a내지 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화갈륨 기판 제조 공정도이다.2A to 2C are flowcharts of a gallium nitride substrate manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

도 3a와 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 공정도이다.3A and 3B are manufacturing process diagrams of a gallium nitride substrate according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10, 20 : 사파이어 기판 11, 22, 31 : 질화갈륨층10, 20: sapphire substrate 11, 22, 31: gallium nitride layer

21 : 버퍼층 30 : 갈륨비소(GaAs)21: buffer layer 30: gallium arsenide (GaAs)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2a내지 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화갈륨 기판 제조 공정도로서, 사파이어 기판(20)의 상부에 InN 또는 InGaN인 버퍼층(21)을 성장시킨다.(도 2a)2A to 2C are diagrams illustrating a manufacturing process of a gallium nitride substrate according to a first embodiment of the present invention, in which a buffer layer 21 of InN or InGaN is grown on the sapphire substrate 20 (FIG. 2A).

그런 다음, 상기 버퍼층(21)의 상부에 질화갈륨층(22)을 HVPE방법으로 성장시키고(도 2b), 그 후에, 상기 질화갈륨층(22)의 상부에서 레이저를 조사하여 상기 버퍼층(21)과 사파이어 기판(20)의 계면을 이탈시킨다.(도 2c)Thereafter, the gallium nitride layer 22 is grown on the buffer layer 21 by the HVPE method (FIG. 2B), and thereafter, the laser is irradiated on the gallium nitride layer 22 to provide the buffer layer 21. The interface of the sapphire substrate 20 is separated (FIG. 2C).

이때, 레이저는 버퍼층보다 에너지 밴드갭이 작은 파장을 갖는 레이저를 사용하면 질화갈륨층은 투과하고, 사파이어 기판(20)과 버퍼층(21)의 계면에 도달하여, 리프트 오프가 수행된다.In this case, when the laser uses a laser having a wavelength having a smaller energy band gap than the buffer layer, the gallium nitride layer is transmitted, reaches the interface between the sapphire substrate 20 and the buffer layer 21, and lift-off is performed.

그러한, 레이저광이 363㎚ 이상의 파장을 갖고 있으면, 본 발명에 제 1 실시예에 따른 레이저 리프트 오프가 가능하여, 기존의 질화갈륨 기판의 제조 방법보다 레이저의 선택폭이 넓게 되고, 질화갈륨층이 성장된 HVPE 장비의 챔버내에서 회전 및 이동하지를 않고, 사파이어 기판으로부터 질화갈륨층을 분리시킬 수 있게 된다.If such a laser beam has a wavelength of 363 nm or more, the laser lift-off according to the first embodiment of the present invention is possible, and thus the selection range of the laser is wider than that of the conventional gallium nitride substrate manufacturing method, and the gallium nitride layer is The gallium nitride layer can be separated from the sapphire substrate without rotation and movement within the chamber of the grown HVPE equipment.

한편, 질화갈륨과 사파이어는 열팽창계수의 차이가 커서, 미묘한 온도변화가 발생한다 하더라도, 휘어짐(Bending)이나 크랙(Crack)이 발생하게 되는데, 본 발명은 HVPE 장비의 챔버내에서, 질화갈륨을 성장시킴과 동시에, 레이저 리프트 오프시키는 공정을 수행할 수 있어, 고품질의 기판을 양산할 수 있는 것이 가능하다.On the other hand, gallium nitride and sapphire because the difference in the coefficient of thermal expansion is large, even if a slight temperature change occurs, bending or cracks occur, the present invention grows gallium nitride in the chamber of the HVPE equipment At the same time, the laser lift-off process can be performed, and it is possible to mass-produce a high quality substrate.

도 3a와 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 공정도로써, 갈륨비소(GaAs) 기판(30)의 상부에 질화갈륨층(31)을 HVPE방법으로 성장시킨다.(도 3a)3A and 3B are manufacturing process diagrams of a gallium nitride substrate according to a second embodiment of the present invention, in which a gallium nitride layer 31 is grown on a gallium arsenide (GaAs) substrate 30 by the HVPE method (FIG. 3A). )

질화갈륨층(31)이 성장된 후에, 대략 870㎚ 파장의 레이저광을 질화갈륨층(31) 또는 갈륨비소 기판(30)에 조사하면, 프리스탠딩(Free standing)된 질화갈륨층(31)을 얻을 수 있게 된다.(도 3b)After the gallium nitride layer 31 is grown, a laser beam of approximately 870 nm wavelength is irradiated to the gallium nitride layer 31 or the gallium arsenide substrate 30 to free-standing the gallium nitride layer 31. Can be obtained (Fig.

본 발명의 제 2 실시예에서는 HVPE 장비의 챔버내에서, 레이저를 조사할 수 있는 방향이 갈륨비소 기판(30)의 저면과 질화갈륨층(31)의 상부면으로, 본 발명의 제 1 실시예 또는 기존의 제조방법보다도 선택성이 증가하게 되어, HVPE 장비를 단순화시킬 수 있고, 제조 공정 또한 간단히 할 수 있게 된다.In the second embodiment of the present invention, the laser irradiation direction in the chamber of the HVPE equipment is the bottom surface of the gallium arsenide substrate 30 and the top surface of the gallium nitride layer 31, the first embodiment of the present invention Alternatively, the selectivity is increased over existing manufacturing methods, thereby simplifying the HVPE equipment and simplifying the manufacturing process.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 사파이어 기판과 질화갈륨층의 사이에 장파장의 레이저광에서도 흡수 가능한 버퍼층이나, 갈륨비소(GaAs)에 질화갈륨층을 성장시켜, 레이저 조사방향에 따른 복잡한 공정을 제거하고, 리프트 오프에 이용되는 레이저의 선택폭을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention removes a complicated process in accordance with the laser irradiation direction by growing a buffer layer or a gallium nitride layer on gallium arsenide (GaAs) that can be absorbed even by a long wavelength laser light between the sapphire substrate and the gallium nitride layer. In addition, there is an effect of improving the selection range of the laser used for lift-off.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

Claims

사파이어 기판의 상부에 InN 또는 InGaN인 버퍼층을 성장시키는 제 1 단계와;Growing a buffer layer of InN or InGaN on top of the sapphire substrate;

상기 질화갈륨층의 상부면에 레이저광을 조사하여 상기 버퍼층과 사파이어 기판의 계면을 이탈시키는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.And a third step of leaving the interface between the buffer layer and the sapphire substrate by irradiating a laser light to the upper surface of the gallium nitride layer.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 레이저광은 363㎚ 이상의 파장을 갖는 레이저광인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.And said laser light is a laser light having a wavelength of 363 nm or more.

갈륨비소(GaAs) 기판의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 단계와;Growing a gallium nitride layer on top of a gallium arsenide (GaAs) substrate;

상기 질화갈륨층이 성장이 완료된 후에, 레이저광을 질화갈륨층의 상부면 또는 갈륨비소 기판의 하부면에 조사하여 질화갈륨층과 갈륨비소를 분리시키는 단계 이루어진 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.And after the growth of the gallium nitride layer is completed, irradiating a laser light to the upper surface of the gallium nitride layer or the lower surface of the gallium arsenide substrate to separate the gallium nitride layer and gallium arsenide.

제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein

상기 레이저광은 870㎚ 파장을 갖는 레이저광인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.And said laser light is a laser light having a wavelength of 870 nm.