KR20030067964A - 질화갈륨 기판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화갈륨 기판 제조방법에 관한 것으로, 사파이어 기판의 상부에 InN 또는 InGaN인 버퍼층을 성장시키는 제 1 단계와; 상기 버퍼층의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 제 2 단계와; 상기 질화갈륨층의 상부면으로 레이저광를 조사하여 상기 버퍼층과 사파이어 기판의 계면을 이탈시키는 제 3 단계로 구성함으로써, 사파이어 기판과 질화갈륨층의 사이에 장파장에서도 흡수 가능한 버퍼층이나, 갈륨비소(GaAs)에 질화갈륨층이 성장되어, 레이저 리프트 오프(lift-off) 공정수행 중, 레이저 조사방향에 따라 발생된 복잡한 공정을 제거하고, 레이저의 선택폭을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

질화갈륨 기판 제조 방법{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.

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.

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.

최근, 소자 제조에 사용되고 있는 기판으로는 사파이어(Al₂O₃), 질화갈륨과 실리콘 카바이드(SiC)를 주로 사용하고 있다.

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.

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)

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)

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.

또한, 사파이어 기판을 투과할 수 있는 248㎚ 단파장만을 선택하여 사용하여야 하는 문제점이 있었다.

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.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사파이어 기판의 상부에 InN 또는 InGaN인 버퍼층을 성장시키는 제 1 단계와;

상기 버퍼층의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 제 2 단계와;

상기 질화갈륨층의 상부면으로 레이저광를 조사하여 상기 버퍼층과 사파이어 기판의 계면을 이탈시키는 제 3 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 갈륨비소(GaAs) 기판의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 단계와;

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.

도 1a와 1b는 종래의 프리스탠딩(Free standing)된 질화갈륨 기판을 제조하는 공정도이다.

도 2a내지 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 질화갈륨 기판 제조 공정도이다.

도 3a와 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 질화갈륨 기판의 제조 공정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 20 : 사파이어 기판 11, 22, 31 : 질화갈륨층

21 : 버퍼층 30 : 갈륨비소(GaAs)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

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)

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)

이때, 레이저는 버퍼층보다 에너지 밴드갭이 작은 파장을 갖는 레이저를 사용하면 질화갈륨층은 투과하고, 사파이어 기판(20)과 버퍼층(21)의 계면에 도달하여, 리프트 오프가 수행된다.

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.

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.

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)

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)

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.

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.

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.

Claims (4)

1. 사파이어 기판의 상부에 InN 또는 InGaN인 버퍼층을 성장시키는 제 1 단계와;

   상기 버퍼층의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 제 2 단계와;

   상기 질화갈륨층의 상부면에 레이저광을 조사하여 상기 버퍼층과 사파이어 기판의 계면을 이탈시키는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저광은 363㎚ 이상의 파장을 갖는 레이저광인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.
3. 갈륨비소(GaAs) 기판의 상부에 질화갈륨층을 성장시키는 단계와;

   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.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 레이저광은 870㎚ 파장을 갖는 레이저광인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 제조 방법.