KR20060072693A - Gan substrate and method thereof - Google Patents

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KR20060072693A KR1020040111404A KR20040111404A KR20060072693A KR 20060072693 A KR20060072693 A KR 20060072693A KR 1020040111404 A KR1020040111404 A KR 1020040111404A KR 20040111404 A KR20040111404 A KR 20040111404A KR 20060072693 A KR20060072693 A KR 20060072693A
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Abstract

본 발명은 질화갈륨(GaN) 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 전위밀도가 낮은 저결함 GaN 막을 보다 간단하고 생산성 있는 방법으로 성장시키고 분리하여 최종적으로 질화갈륨 기판을 제조하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 실리콘 웨이퍼, 매몰 산화막, 및 단결정 실리콘막을 포함하는 에스오아이(SOI : silicon on insulator) 기판을 반응기 내에 장입하는 제1단계와, 반응기 내로 세정 기체를 흘려 SOI 기판의 표면을 세정하는 제2단계와, 반응기 내에 갈륨(Ga) 소스기체와 질소(N) 소스기체를 번갈아 흘려 에스오아이 기판을 갈륨(Ga) 소스기체와 질소(N) 소스기체로 번갈아 처리하는 제3단계와, 에스오아이 기판 상에 질화갈륨(Ga) 막을 성장시키는 제4단계를 순차적으로 수행하는 질화갈륨(GaN)막 형성 방법을 제공하고, SOI 기판으로부터 질화갈륨(GaN)막을 분리하여 질화갈륨(GaN)기판을 제조하는 제5단계를 수행한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride (GaN) substrate and a method of manufacturing the same, wherein a low defect GaN film having a low dislocation density is grown and separated in a simpler and more productive manner to finally produce a gallium nitride substrate. To this end, in the present invention, a first step of charging a silicon on insulator (SOI) substrate including a silicon wafer, an embedded oxide film, and a single crystal silicon film into a reactor, and cleaning the surface of the SOI substrate by flowing a cleaning gas into the reactor A second step, and a third step of alternately treating the ESO substrate with a gallium (Ga) source gas and a nitrogen (N) source gas by alternately flowing a gallium (Ga) source gas and a nitrogen (N) source gas in the reactor; A method of forming a gallium nitride (GaN) film sequentially performing a fourth step of growing a gallium nitride (Ga) film on an eye substrate, and separating a gallium nitride (GaN) film from an SOI substrate to form a gallium nitride (GaN) substrate. Perform a fifth step of manufacturing.

SOI, GaN, 표면처리, 전위밀도SOI, GaN, surface treatment, dislocation density

Description

질화갈륨(ＧａＮ)기판 및 그의 제조 방법 {GaN substrate and method thereof}Gallium nitride substrate and its manufacturing method {GaN substrate and method approximately}

도 1은 본 발명에 따라 SOI 기판 상에 질화갈륨(GaN)막을 성장시킨 것을 도시한 단면도이고, 1 is a cross-sectional view showing a growth of a gallium nitride (GaN) film on an SOI substrate according to the present invention;

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 질화갈륨(GaN)기판의 제조방법을 설명하는 흐름도이며, 2A and 2B are flowcharts illustrating a method of manufacturing a gallium nitride (GaN) substrate according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 질화갈륨(GaN)막을 성장시키는 HVPE 반응기의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of an HVPE reactor for growing a gallium nitride (GaN) film according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 질화갈륨 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 전위밀도가 낮은 저결함 GaN막을 보다 간단하고 생산성 있는 방법으로 성장시키고 분리하여 최종적으로 질화갈륨(GaN) 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride substrate and a method for manufacturing the same, and to a method for producing a gallium nitride (GaN) substrate by growing and separating a low defect GaN film having a low dislocation density in a simpler and more productive manner.

GaN은 우르자이트(Wurzite) 구조를 가지는 질화물 반도체로서 상온에서 가시광선의 청색 파장대에 해당하는 3.4 eV의 직접천이형 밴드갭을 가질 뿐만 아니라 InN 및 AlN와 전율고용체를 이루어 금지대폭의 조정이 가능하며 전율고용체의 전 조성 범위 내에서 직접천이형 반도체의 특성을 나타내기 때문에 청색표시 및 발광소자재료로서 가장 각광 받고 있다. GaN is a nitride semiconductor with a Urzite structure, and has a direct transition bandgap of 3.4 eV corresponding to the blue wavelength band of visible light at room temperature, and it is possible to adjust the ban band by forming an electroluminescent solid with InN and AlN. It is most popular as a blue display and light emitting device material because it exhibits the characteristics of the direct transition type semiconductor within the entire composition range of the electroluminescent solid solution.

GaN막은 통상 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 또는 실리콘(Si) 기판 등에 MOCVD나 HVPE 방법 등으로 형성한다. 그런데, 이 경우 기판과 GaN막은 서로 격자상수 및 열팽창계수가 다르기 때문에 격자부정합(lattice mismatch) 등으로 인해 기판 상에 GaN막을 에피택셜 성장시키는 것이 매우 어렵다. GaN 뿐만 아니라 AlN, InN, GaInN, AlGaN, 및 GaAlInN 등의 GaN계가 모두 이러하다. GaN films are usually formed by sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), or silicon (Si) substrates by MOCVD or HVPE methods. However, in this case, since the lattice constant and the thermal expansion coefficient are different from each other, it is very difficult to epitaxially grow the GaN film on the substrate due to lattice mismatch. Not only GaN but also GaN-based such as AlN, InN, GaInN, AlGaN, and GaAlInN are all.

이를 극복하기 위한 방법으로서 격자변형(lattice strain)을 완화시키기 위한 완충층(buffer layer)을 비교적 낮은 온도에서 기판 상에 먼저 형성시킨 다음에 완충층 상에 GaN막을 성장시키는 방법 등이 제안된 바 있다. As a method for overcoming this, a method of first forming a buffer layer for alleviating lattice strain on a substrate at a relatively low temperature and then growing a GaN film on the buffer layer has been proposed.

그러나, 이러한 방법은 완충층 형성 단계를 추가해야 한다는 번거로움이 있을 뿐만 아니라, GaN막의 에피택셜 성장을 가능하게는 하지만 GaN막 내의 전위(dislocation) 밀도가 여전히 높아 레이저 다이오드나 발광다이오드 등으로의 응용에 제한을 받는다.However, this method is not only troublesome to add a buffer layer forming step, but also allows epitaxial growth of the GaN film, but the dislocation density in the GaN film is still high, so it is suitable for application to a laser diode or a light emitting diode. Restricted

실리콘 기판을 이용하여 GaN 박막을 형성하는 경우 현재까지의 기술수준으로는 실리콘 기판 상에 GaN막을 에피택셜 성장시키는 것이 매우 어렵기 때문에, 실리콘 기판 상에 GaN 후막을 성장시킨 후 GaN 후막과 실리콘 기판을 분리하는 방법을 사용하기도 한다. In the case of forming a GaN thin film using a silicon substrate, it is very difficult to epitaxially grow a GaN film on a silicon substrate at the state of the art so far. Therefore, after a GaN thick film is grown on a silicon substrate, a GaN thick film and a silicon substrate are formed. Sometimes a separation method is used.

이 방법에서는 실리콘 기판 상에 GaN 후막을 성장시킨 후 GaN 후막과 실리콘 기판의 분리를 위해 GaN 성장온도에서 HVPE 장비 내에 HCl 가스를 흘려주어 실리콘을 에칭하거나 또는 불산(HF)과 질산(HNO3)의 혼합용액 내에 침지시켜 실리콘 기판 자체를 제거하였다. 그러나 이 방법에서는 기판을 분리하는 데 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다. In this method, a GaN thick film is grown on a silicon substrate, and the silicon is etched by flowing HCl gas into the HVPE equipment at a GaN growth temperature for separation of the GaN thick film and the silicon substrate, or etching of silicon (HF) and nitric acid (HNO 3 ) The silicon substrate itself was removed by immersion in the mixed solution. However, this method has a problem that takes a long time to separate the substrate.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 전위밀도가 낮은 저결함 GaN기판을 제조하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to manufacture a low defect GaN substrate having a low dislocation density.

본 발명의 다른 목적은 전위밀도가 낮은 GaN 기판을 제조할 수 있는 보다 간단한 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a simpler method for producing a GaN substrate having a low dislocation density.

본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 상에 GaN막을 형성한후 기판으로부터 GaN을 분리함으로 인해 GaN기판을 얻는 방법에 있어서 공정 시간을 단축시키는 것이다.Another object of the present invention is to shorten the process time in the method of obtaining a GaN substrate by forming a GaN film on silicon and then separating GaN from the substrate.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 실리콘 웨이퍼, 매몰 산화막, 및 단결정 실리콘막을 포함하는 에스오아이(SOI : silicon on insulator) 기판을 반응기 내에 장입하는 제1단계와, 반응기 내로 세정 기체를 흘려 SOI 기판의 표면을 세정하는 제2단계와, 반응기 내에 갈륨(Ga) 소스기체와 질소(N) 소스기체를 번갈아 흘려 SOI 기판을 Ga 소스기체와 N 소스기체로 번갈아 처리하는 제3단계와, SOI 기판 상에 질화갈륨(GaN)막을 성장시키는 제4단계를 순차 수행하는 GaN막 형성 방법을 제공하며, 이 때 SOI 기판으로부터 GaN막을 분리하는 제5단계를 추가로 수행할 수도 있다. In order to achieve the above technical problem, in the present invention, a first step of charging a silicon on insulator (SOI) substrate including a silicon wafer, an embedded oxide film, and a single crystal silicon film into a reactor, and a cleaning gas flowed into the reactor, SOI A second step of cleaning the surface of the substrate, a third step of alternately treating the SOI substrate with a Ga source gas and an N source gas by alternately flowing a gallium (Ga) source gas and a nitrogen (N) source gas in the reactor; A GaN film forming method is provided which sequentially performs a fourth step of growing a gallium nitride (GaN) film on the substrate, and a fifth step of separating the GaN film from the SOI substrate may be further performed.

제5단계에서는 매몰산화막을 식각용액(etchant)에 침지하여 제거하는 제1과정과, 단결정 실리콘막을 제거하는 제2과정과, GaN막 표면의 손상층을 제거하는 제3과정을 순차 수행할 수 있다. In the fifth step, the first process of immersing and removing the buried oxide film in an etchant, the second process of removing the single crystal silicon film, and the third process of removing the damage layer on the surface of the GaN film may be sequentially performed. .

제2단계에서는 세정 기체로서 HCl 기체 또는 H2 기체를 사용하여, 900 내지 1100℃에서 HCl 기체 또는 H2 기체를 제4단계에서 GaN막의 성장을 위해 공급하는 전체 기체량의 0.01 내지 1%에 해당하는 양으로 반응기 내로 흘리되, HCl 기체는 1 내지 30분 동안, H2 기체는 0.5 내지 10분 동안 흘려, SOI 기판의 표면으로부터 자연산화막 및 유기물을 제거하고 SOI 기판의 표면을 테라스(terrace) 구조로 만들 수 있다. In the second step, HCl gas or H 2 gas is used as the cleaning gas, corresponding to 0.01 to 1% of the total amount of gas supplied with HCl gas or H 2 gas at 900 to 1100 ° C. for growth of the GaN film in the fourth step. Flows into the reactor in an amount such that the HCl gas flows for 1 to 30 minutes and the H 2 gas flows for 0.5 to 10 minutes to remove the native oxide film and organics from the surface of the SOI substrate and to terrace the surface of the SOI substrate. Can be made with

제3단계에서 Ga 소스기체로서는 GaCl3 기체를 사용하거나 또는 Ga 메탈에 캐리어(carrier) 기체로서 HCl 기체를 흘려주고, N 소스기체로서는 NH3 기체를 사용하여, 800 내지 1200℃에서 Ga 소스기체 및 N 소스기체를, 각각 제4단계에서 GaN막의 성장을 위해 공급하는 전체 기체량의 30 내지 50%에 해당하는 양으로 각각 60 내지 90분 동안 반응기 내로 번갈아 흘려 상기 SOI 기판 상에 결정의 핵을 생성할 수 있다. In the third step, GaCl 3 gas is used as the Ga source gas or HCl gas is flowed into the Ga metal as a carrier gas, and NH 3 gas is used as the N source gas. N source gases were alternately flowed into the reactor for 60 to 90 minutes each in an amount corresponding to 30 to 50% of the total amount of gas supplied for the growth of the GaN film in the fourth step to generate nuclei of crystals on the SOI substrate. can do.

제3단계에서 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려보낼 때, Ga 소스기체 를 먼저 흘려보내거나 또는 N 소스기체를 먼저 흘려보낼 수 있고, Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려보내는 것을 1회 이상 반복하여 수행할 수 있다. When the Ga source gas and the N source gas are flowed alternately in the third step, the Ga source gas can be flowed first or the N source gas can be flowed first, and the Ga source gas and the N source gas are alternately flowed once. This can be done repeatedly.

제4단계에서는 1000 내지 1100℃에서 반응기 내에 Ga 소스기체와 N 소스기체를 동시에 흘려 GaN막을 성장시킬 수 있으며, 예를 들면 에이치브이피이(HVPE : hydride vapor phase epitaxial growth) 방법에 의해 GaN막을 10-500㎛의 두께로 성장시킬 수도 있다. In the fourth step, a GaN film may be grown by simultaneously flowing a Ga source gas and an N source gas in a reactor at 1000 to 1100 ° C. For example, a GaN film may be formed by using a hydride vapor phase epitaxial growth (HVPE) method. It may also be grown to a thickness of μm.

또한 SOI 기판 표면의 실리콘막은 (111)의 면방위를 가지는 것이 바람직하다.In addition, the silicon film on the surface of the SOI substrate preferably has a surface orientation of (111).

상술한 방법에 의해 형성된 GaN막은 전위 밀도가 107 개/㎠ 보다 작으며, 특히 SOI 기판으로부터 분리된 GaN 기판은 전위 밀도가 5 × 106 개/㎠ 보다 작을 수 있다. The GaN film formed by the above-described method has a dislocation density of less than 10 7 pieces / cm 2, and in particular, a GaN substrate separated from an SOI substrate may have a dislocation density of less than 5 × 10 6 pieces / cm 2.

이하, 본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

일반적으로 에스오아이(SOI : silicon on insulator) 기판은 단결정 실리콘막이 실리콘 웨이퍼 상의 매몰 산화막(BOX : Buried Oxide) 상부에 있는 3층 구조를 하고 있고, 반도체 소자는 이 단결정 실리콘막 상에 형성된다. In general, a silicon on insulator (SOI) substrate has a three-layer structure in which a single crystal silicon film is on top of a buried oxide film (BOX) on a silicon wafer, and a semiconductor element is formed on the single crystal silicon film.

본 발명에서는 이러한 SOI 기판을 이용하여 GaN막을 성장시킨다. 도 1은 본 발명에 따라 SOI 기판(4) 상에 GaN막(5)을 성장시킨 것을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, SOI 기판(4)은 실리콘 웨이퍼(1) 상에 형성된 매몰 산화막(2)과 그 위에 형성된 단결정 실리콘막(3)으로 이루어져 있고, 단결정 실리콘막(3) 상에는 GaN 막(5)이 성장되어 있다. 이렇게 SOI 기판 위에 성장된 GaN을 제거함으로써 GaN 기판을 제조할 수 있다. In the present invention, a GaN film is grown using such an SOI substrate. 1 is a cross-sectional view showing the growth of a GaN film 5 on an SOI substrate 4 according to the present invention. As shown in FIG. 1, the SOI substrate 4 is composed of an buried oxide film 2 formed on the silicon wafer 1 and a single crystal silicon film 3 formed thereon, and a GaN film on the single crystal silicon film 3. (5) is grown. The GaN substrate may be manufactured by removing GaN grown on the SOI substrate.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 GaN기판 제조 방법을 그 공정 순서에 따라 설명한 흐름도이다.2A and 2B are flowcharts illustrating a GaN substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention according to a process sequence thereof.

본 발명에 따르면, 먼저, 반응기 내에 SOI 기판을 장입한 후, 기판의 표면처리 단계(S10)를 수행한다. 기판으로 사용된 SOI 기판에서 GaN막이 성장될 단결정 실리콘막의 표면은 (111)의 면방위를 가지는 것이 바람직하다. According to the present invention, first, after loading the SOI substrate in the reactor, the surface treatment step (S10) of the substrate is performed. In the SOI substrate used as the substrate, it is preferable that the surface of the single crystal silicon film on which the GaN film is to be grown has a surface orientation of (111).

기판의 표면처리단계(S10)는 크게, 세정 기체로 기판 표면을 처리하는 단계(S12)와 Ga 소스기체와 N 소스기체로 기판 표면을 번갈아 가면서 처리하는 단계(S18)로 이루어진다. Substrate surface treatment step (S10) is largely composed of the step (S12) of treating the substrate surface with a cleaning gas and the step of treating the substrate surface alternately with Ga source gas and N source gas (S18).

세정 기체로 기판 표면을 처리하는 단계(S12)에서는 세정 기체로서 HCl 기체 또는 H2 기체를 사용할 수 있는데, 도 2a에는 HCl 기체를 사용하는 경우가 도시되어 있다.In the step (S12) of treating the substrate surface with the cleaning gas, HCl gas or H 2 gas may be used as the cleaning gas, and FIG. 2A illustrates the use of HCl gas.

HCl 또는 H2 기체를 반응기 내로 흘려주면 기판 표면의 자연산화막과 유기물이 제거되어 표면이 세정되고, 예를 들어 H2 기체를 사용하는 경우, H2 기체는 실리콘 기판의 자연산화막인 SiO2와 반응하여 Si 기체 및 H2O를 생성하고, 이 때 Si 기체는 자연배기되고 H2O는 열에 의해 증발하여 날아가 버리게 되어, 결과적으로 SiO2를 제거하는 것이다. Flowing HCl or H 2 gas into the reactor removes the natural oxide film and organics from the substrate surface and cleans the surface. For example, when H 2 gas is used, the H 2 gas reacts with SiO 2 , the natural oxide film of the silicon substrate. In this case, Si gas and H 2 O are generated, and at this time, the Si gas is naturally exhausted and H 2 O is evaporated and blown away by heat, thereby removing SiO 2 .

또한 세정 기체로 기판 표면을 처리하면 기판 표면이 세정됨과 동시에 SOI 기판 표면의 원자구조가 테라스(terrace) 구조가 된다. 테라스 구조는 표면이 계단 형상으로 된 것으로서 이후 기판 표면상에 증착될 원자는 계단의 끝에 붙으면서 성장되기가 쉬우므로 증착에 필요한 에너지 장벽을 낮추어 주어 증착을 보다 더 용이하게 할 수 있다. In addition, when the substrate surface is treated with a cleaning gas, the substrate surface is cleaned, and the atomic structure of the surface of the SOI substrate becomes a terrace structure. The terrace structure has a stepped surface, and since atoms to be deposited on the substrate surface are easily grown by being attached to the end of the stairs, the energy barrier required for the deposition can be lowered to make deposition easier.

이처럼 세정 기체로 기판 표면을 처리하는 단계(S12)에서는 반응기의 온도를 900 내지 1100℃로 유지하면서 HCl 기체 또는 H2 기체를, 이후 수행할 GaN막 성장단계(S20)에서 반응기 내로 공급하는 전체 기체량의 0.01 내지 1%에 해당하는 양으로 반응기 내로 흘려보내는 것이 바람직하다. Thus, in the step (S12) for processing a substrate surface with a cleaning gas entire feeding into the reactor the HCl gas or H 2 gas while maintaining the temperature of the reactor at 900 to 1100 ℃, in the GaN film growth step (S20) to perform since the gas It is preferred to flow into the reactor in an amount corresponding to 0.01 to 1% of the amount.

이 때 세정 기체로서 HCl 기체를 사용하는 경우 HCl 기체를 1 내지 30분 동안 흘려주고, 세정 기체로서 H2 기체를 사용하는 경우 H2 기체를 0.5 내지 10분 동안 흘려주는 것이 바람직하다.In this case, when using HCl gas as the cleaning gas, it is preferable to flow HCl gas for 1 to 30 minutes, and when using H 2 gas as the cleaning gas to flow H 2 gas for 0.5 to 10 minutes.

다음에는, Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 가면서 흘려 기판을 Ga 소스기체와 N 소스기체로 번갈아 처리하는 단계(S18)을 수행한다. 이 단계(S18)에서는 HCl 또는 H2 기체와 같은 세정 기체의 공급을 중단한 후, 반응기의 온도를 800 내지 1200℃로 유지하면서 Ga 소스기체 및 N 소스기체를 각각, 이후 수행할 GaN막 성장단계(S20)에서 반응기 내로 공급하는 전체 기체량의 30 내지 50%에 해당하는 양으로, 각각 60 내지 90분 동안 반응기 내로 흘려보내는 것이 바람직하다. Next, step S18 is performed in which the Ga source gas and the N source gas are alternately flowed to alternately process the substrate into the Ga source gas and the N source gas. In this step (S18), after supplying a cleaning gas such as HCl or H 2 gas, the GaN film growth step to perform the Ga source gas and N source gas, respectively, while maintaining the reactor temperature at 800 to 1200 ℃, respectively In an amount corresponding to 30 to 50% of the total amount of gas supplied into the reactor at (S20), it is preferable to flow into the reactor for 60 to 90 minutes each.

이 때 Ga 소스기체를 먼저 흘려보낸 후 Ga 소스기체의 공급을 중단하고 나서 N 소스기체를 흘려보낼 수도 있고, 또는, N 소스기체를 먼저 흘려보낸 후 N 소스기체의 공급을 중단하고 나서 Ga 소스기체를 흘려보낼 수도 있다. In this case, the Ga source gas may be flowed first, and then the supply of the Ga source gas may be stopped, and then the N source gas may be flowed, or the N source gas may be flown first, and then the supply of the N source gas may be stopped. You can also send a.

즉, Ga 소스기체와 N 소스기체 중의 어떤 기체가 먼저 공급되어도 상관이 없다. 도 2a에는 N 소스기체를 먼저 공급하는 경우가 도시되어 있고, 도 2b에는 Ga 소스기체를 먼저 공급하는 경우가 도시되어 있다.That is, it does not matter which gas of the Ga source gas and the N source gas is supplied first. 2A shows a case where N source gas is supplied first, and FIG. 2B shows a case where Ga source gas is supplied first.

Ga 소스기체로는 GaCl3 기체를 사용하거나 또는 Ga 메탈에 캐리어(carrier) 기체로서 HCl 기체를 흘려줄 수 있다. 이 때 캐리어 기체인 HCl은 Ga 메탈과 반응하여 GaCl 기체가 되며, 이 GaCl 기체로 기판 표면을 처리하는 것이다. 따라서 도 2a 및 2b에서 GaCl 기체로 기판을 표면처리한다는 것은, Ga 메탈에 HCl 기체를 흘려주어 GaCl 기체로 기판을 표면처리하는 것을 의미한다. GaCl 3 gas may be used as the Ga source gas, or HCl gas may be flowed into the Ga metal as a carrier gas. At this time, HCl, which is a carrier gas, reacts with Ga metal to become GaCl gas, and the substrate surface is treated with this GaCl gas. Thus, surface treatment of the substrate with GaCl gas in FIGS. 2A and 2B means that HCl gas is flowed into Ga metal to surface-treat the substrate with GaCl gas.

N 소스기체로는 NH3를 사용할 수 있다. NH 3 may be used as the N source gas.

이와 같이 Ga 소스기체와 N 소스기체를 반응기 내로 번갈아 흘려주어 기판을 번갈아 처리하면 SOI 기판 상에 GaN 결정의 핵이 생성된다. 이 때 앞에서 상술한 바와 같이 SOI 기판 표면은 테라스 구조로 되어 있으므로 생성된 GaN 결정의 핵은 계단의 끝에 붙게 된다. As such, when the Ga source gas and the N source gas are alternately flowed into the reactor, the substrates are alternately processed to generate nuclei of GaN crystals on the SOI substrate. At this time, as described above, the SOI substrate surface has a terrace structure, and thus the nuclei of the generated GaN crystals are attached to the end of the stairs.

예를 들어 Ga 메탈에 HCl 기체를 흘려주어 GaCl 기체로 먼저 SOI 기판을 표면처리하면 GaCl 이 기판 표면에 남아 있다가 그 다음 흘려주는 NH3 기체의 N과 서로 반응하여 GaN 핵을 생성할 수 있다.For example, if HCl gas is flowed into Ga metal and the SOI substrate is first surface-treated with GaCl gas, GaCl remains on the surface of the substrate and then reacts with N of NH 3 gas, which is then flowed, to generate GaN nuclei.

그런데 만약, Ga 소스기체와 N 소스기체를 동시에 반응기에 공급하면 이들 사이에 반응이 일어나 기판 상에 GaN막이 증착되어 버리기 때문에 이 단계(S18)에서는 Ga 소스기체와 N 소스기체가 동시에 반응기로 공급되는 일이 없도록 주의해야 한다. However, if the Ga source gas and the N source gas are simultaneously supplied to the reactor, a reaction occurs between them and the GaN film is deposited on the substrate. In this step (S18), the Ga source gas and the N source gas are simultaneously supplied to the reactor. Care should be taken to avoid work.

또한, Ga 소스기체 및 N 소스기체를 번갈아 흘려주는 것을 1회 이상 반복할 수도 있다. 예를 들어, Ga 소스기체를 먼저 공급하는 경우, 처음에 Ga 소스기체를 60 내지 90분 동안 공급한 후 Ga 소스기체의 공급을 중단하고 N 소스기체를 60 내지 90분 동안 흘려보낸 다음, 다시 N 소스기체의 공급을 중단하고 Ga 소스기체를 60 내지 90분 동안 공급한 후, Ga 소스기체의 공급을 중단하고 N 소스기체를 60 내지 90 분 동안 공급하는 등, Ga 소스기체 및 N 소스기체를 번갈아 흘려주는 것을 1회 이상 반복할 수 있는 것이다. Alternatively, the Ga source gas and the N source gas may be alternately flowed one or more times. For example, when the Ga source gas is supplied first, the Ga source gas is first supplied for 60 to 90 minutes, then the Ga source gas is stopped and the N source gas is flowed for 60 to 90 minutes, and then again N is supplied. After stopping the supply of the source gas and supplying the Ga source gas for 60 to 90 minutes, alternately supplying the Ga source gas and supplying the N source gas for 60 to 90 minutes, alternating between the Ga source gas and the N source gas. You can repeat the shed one or more times.

이처럼 Ga 소스기체 및 N 소스기체의 교대 공급을 1회 이상 반복 수행하는 것은 N 소스기체를 먼저 공급하는 경우에도 적용될 수 있다. 일반적으로 교대 공급의 반복 횟수를 증가시킬수록 핵 생성 사이트(site)를 증가시켜 GaN막의 에피택셜 성장 거동에 긍정적인 영향을 미치는 경향을 보이기는 하나, 어느 임계 횟수를 초과하여 지나치게 많은 횟수로 반복하여 교대 공급하면 핵 생성 사이트가 지나치게 많아져서 핵들이 서로 붙어 막(film)을 이룰 수 있고 이 경우 표면이 울퉁불퉁한 막이 형성되므로 오히려 GaN막의 에피택셜 성장에 악영향을 미친다. 따라서 이처럼 GaN막의 에피택셜 성장 거동에 악영향을 미치지 않는 정도로 적정 횟수만큼 교대 공급을 반복하는 것이 바람직하다.As described above, the alternating supply of the Ga source gas and the N source gas may be repeatedly performed one or more times, even when the N source gas is supplied first. In general, as the number of alternating feeds increases, the nucleation site increases, which tends to positively affect the epitaxial growth behavior of the GaN film. The alternating supply may result in excessive nucleation sites, whereby the nuclei can stick together to form a film, which in turn adversely affects the epitaxial growth of the GaN film. Therefore, it is desirable to repeat the alternating feeding as many times as appropriate so as not to adversely affect the epitaxial growth behavior of the GaN film.

또한 Ga 소스기체 및 N 소스기체의 공급량 및 공급시간을 상술한 범위로 한 정하는 이유는 다음과 같다. 만약 Ga 소스기체 및 N 소스기체의 공급량 및 공급시간을 상술한 범위의 하한치보다 낮게 할 경우 기판 표면에서 결정의 핵이 형성되지 않으며, 또한 상술한 범위의 상한치보다 높게 할 경우 기판 표면에 핵이 너무 많이 생겨 GaN막의 품질이 저하되기 때문이다.
In addition, the reason for limiting the supply amount and supply time of Ga source gas and N source gas to the above-mentioned range is as follows. If the supply amount and supply time of the Ga source gas and the N source gas are lower than the lower limit of the above-mentioned range, no nuclei of crystals are formed on the surface of the substrate, and if the higher than the upper limit of the above-mentioned range, the nucleus is too large. This is because many of them are deteriorated in the quality of the GaN film.

상술한 바와 같은 기판의 표면처리단계(S10)를 완료한 다음에는, 기판 상에 GaN막을 성장시키는 단계(S20)을 수행한다. 이 단계(S20)에서는 반응기의 온도를 1000 내지 1100℃로 유지하면서 반응기 내에 Ga 소스기체 및 N 소스기체를 동시에 흘려보내 GaN막을 에피택셜 성장시킨다. After completing the surface treatment step (S10) of the substrate as described above, a step (S20) of growing a GaN film on the substrate is performed. In this step (S20) while maintaining the temperature of the reactor at 1000 to 1100 ℃ simultaneously flowing the Ga source gas and the N source gas in the reactor to epitaxially grow the GaN film.

GaN막의 성장 단계(S20)에서는 이전 단계에서 생성된 GaN 핵이 점점 성장하여(lateral overgrowth) 막(film)으로 성장된다. 즉, SOI 기판과 GaN 막 사이에는 격자상수 및 열팽창계수가 서로 달라서, GaN 물질이 기판 상에 직접 쌓이기 보다는 GaN 핵에 붙어서 성장되기가 더 쉽기 때문이다. In the growth step (S20) of the GaN film, the GaN nuclei generated in the previous step are gradually grown (lateral overgrowth) to grow into a film. That is, because the lattice constant and the coefficient of thermal expansion are different between the SOI substrate and the GaN film, the GaN material is more easily attached to and grown on the GaN nucleus rather than directly deposited on the substrate.

이렇게 성장되는 GaN막의 총 두께는 10-500㎛ 정도일 수 있으며, GaN막 내의 전위밀도는 107 개/㎠ 미만인 수준이다. 전위밀도가 107 개/㎠ 미만인 수치는 종래 GaN막 내의 전위 밀도가 107 개/㎠ 내지 108 개/㎠ 수준이었던 것과 비교할 때 전위밀도가 감소되었음을 의미한다. The total thickness of the grown GaN film may be about 10-500 μm, and the dislocation density in the GaN film is less than 10 7 / cm 2. It means that the dislocation density of 10 7 / ㎠ less than the prior value is the dislocation density in the GaN film 10 7 / ㎠ to 10 8 / ㎠ level was that the dislocation density is reduced as compared.

일반적으로 에피층(epi layer)을 성장시키는 방법으로는 크게 VPE(Vapor Phase Epitaxial growth), LPE(Liquid Phase Epitaxial growth), 및 SPE(Solid Phase Epitaxial growth)를 들 수 있다. In general, epitaxial growth methods include VPE (Vapor Phase Epitaxial growth), LPE (Liquid Phase Epitaxial growth), and SPE (Solid Phase Epitaxial growth).

여기서, VPE는 반응가스를 기판 위로 흘리면서 열에 의한 분해와 반응을 통해 기판 위에 결정을 성장시키는 것으로서, 반응가스의 원료형태에 따라 수소화물 VPE(hydride VPE : HVPE), 할로겐화물 VPE(halide VPE), 유기금속 VPE(metal organic VPE : MOVPE) 등으로 분류할 수 있다.Here, the VPE is to grow crystals on the substrate through the decomposition and reaction by heat while flowing the reaction gas on the substrate, depending on the raw material type of the reaction gas hydride VPE (HVPE), halide VPE (halide VPE), Organic metal VPE (MOVPE) and the like.

그 중에서 HVPE에 의해 GaN막을 성장시키는 경우에 대해서는 실시예로 들어 후술하기로 한다.Among them, a case where the GaN film is grown by HVPE will be described later as an example.

그 후, GaN막이 형성된 SOI 기판을 상온까지 냉각시켜(S30) GaN막의 형성을 완료한다. Thereafter, the SOI substrate having the GaN film formed thereon is cooled to room temperature (S30) to complete the formation of the GaN film.

다음으로, 냉각된 SOI 기판으로부터 GaN막을 분리하여(S40) GaN 기판의 제조를 완료한다. 이 경우 먼저 SOI 기판 중의 매몰산화막을 불산(HF)과 같은 식각용액(etchant)에 침지하여 제거함으로써 GaN막 하부에 단결정 실리콘막을 노출시킨 다음, 노출된 단결정 실리콘막을 기계적으로 연마하거나 또는 화학적(불산용액 또는 불산과 질산(HNO3)의 혼합용액)으로 식각하여 제거한다. 그 다음 GaN막의 표면의 손상층을 제거하기 위해, GaN막을 연마하고 반응성 이온 식각(RIE : reactive ion etching)에 의해 식각한다.Next, the GaN film is separated from the cooled SOI substrate (S40) to complete the manufacture of the GaN substrate. In this case, the buried oxide film in the SOI substrate is first immersed and removed in an etchant such as hydrofluoric acid (HF) to expose the single crystal silicon film under the GaN film, and then mechanically polish the exposed single crystal silicon film or chemically (fluoric acid solution). Or by etching with hydrofluoric acid and nitric acid (HNO 3 ). Then, to remove the damage layer on the surface of the GaN film, the GaN film is polished and etched by reactive ion etching (RIE).

이렇게 하여 얻어진 GaN기판은 SOI 기판으로부터 분리하기 전보다 전위밀도가 더욱 낮아져서 GaN기판 내의 전위밀도는 5 × 106 개/㎠ 미만인 수준이다.
The GaN substrate thus obtained has a lower dislocation density than before the separation from the SOI substrate, and the dislocation density in the GaN substrate is less than 5 × 10 6 / cm 2.

실시예Example

도 3에는 HVPE에 의해 GaN막을 성장시키는 반응기(100)의 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.3 is a cross-sectional view showing the structure of the reactor 100 for growing a GaN film by HVPE.

도 3에 도시된 바와 같이 반응기(100)는 성장 챔버(110)와 챔버(110)를 둘러싸도록 설치되어 챔버(110)를 가열시키는 히터(120)를 포함한다. As shown in FIG. 3, the reactor 100 includes a growth chamber 110 and a heater 120 installed to surround the chamber 110 to heat the chamber 110.

챔버(110) 내의 3 × 2" 석영(quartz) 서셉터(susceptor)(130) 상에 SOI 기판(140)를 장착한 후, 챔버 내 온도를 1000℃로 유지한 상태에서 분위기 기체로서 N2를 제1주입관(150)을 통해, 세정 기체로서 HCl을 제2주입관(160)을 통해 주입하고, 이들 기체를 30분 동안 흘려보내었다.After mounting the SOI substrate 140 on the 3 × 2 ″ quartz susceptor 130 in the chamber 110, N 2 was selected as the atmosphere gas while maintaining the temperature in the chamber at 1000 ° C. Through the first inlet tube 150, HCl was injected through the second inlet tube 160 as a cleaning gas, and these gases were flowed for 30 minutes.

이 과정에서 SOI 기판(140) 상의 자연산화막 및 유기물이 제거되어 SOI 기판(140)의 표면이 깨끗하게 세정되었고 SOI 기판(140)의 표면은 테라스 구조로 되었다.In this process, the natural oxide film and the organic material on the SOI substrate 140 were removed to clean the surface of the SOI substrate 140, and the surface of the SOI substrate 140 became a terrace structure.

이 때 N2는 분위기 기체로 사용하며 HCl을 운반하는 캐리어 기체로도 작용한다. 챔버(110) 내의 기체들은 배기라인(200)을 통해 자연배기되었다.In this case, N 2 is used as an atmosphere gas and also acts as a carrier gas for transporting HCl. Gases in the chamber 110 were naturally exhausted through the exhaust line 200.

다음, 제2주입관(160)을 닫아서 HCl의 공급을 중단한 후, 챔버 내 온도를 1000℃로 유지한 상태에서 NH3를 제3주입관(170)을 통해 70분 동안 흘려보내었다. 그 후, 제3주입관(170)을 닫아 NH3의 공급을 중단한 후, HCl을 제4주입관(180)을 통해 70분 동안 흘려보내었다. Next, after stopping the supply of HCl by closing the second injection pipe 160, NH 3 flowed through the third injection pipe 170 for 70 minutes while maintaining the temperature in the chamber at 1000 ℃. Thereafter, the third injection pipe 170 was closed to stop the supply of NH 3 , and then HCl was flowed through the fourth injection pipe 180 for 70 minutes.

이 때 제4주입관(180)을 통해 흘러들어간 HCl은 Ga 메탈(190)과 반응하여(반 응식 1) GaCl 기체를 생성하며, 이 GaCl 기체가 SOI 기판(140)으로 공급되었다.At this time, the HCl flowing through the fourth injection tube 180 reacts with the Ga metal 190 (response 1) to generate GaCl gas, which was supplied to the SOI substrate 140.

Ga(s) + HCl(g) → GaCl(g) + 1/2 H2(g)Ga (s) + HCl (g) → GaCl (g) + 1/2 H 2 (g)

다음, NH3 및 GaCl 기체의 교대 공급을 1회 더 수행하였으며, 이러한 NH3 및 GaCl 기체의 교대 공급 과정 중에 SOI 기판(140) 상에 GaN 핵을 성장시켰다.Next, NH 3 and GaCl was alternating supply of the gas once more carried out, was grown on the GaN nuclei on the SOI substrate 140 while alternately supplying the process of this NH 3 and GaCl gas.

다음, 챔버 내 온도를 1050℃로 유지한 상태에서 NH3를 제3주입관(170)을 통해, HCl을 제4주입관(180)을 통해 동시에 흘려보내었다. 이렇게 하면 NH3 및 GaCl이 동시에 기판으로 공급되어 서로 반응하며(반응식 2), 그 결과 GaN막을 150㎛의 두께로 성장시켰다.Next, NH 3 was simultaneously flowed through the third injection tube 170 while maintaining the temperature in the chamber at 1050 ° C. through the third injection tube 170. In this way, NH 3 and GaCl were simultaneously supplied to the substrate and reacted with each other (Scheme 2). As a result, the GaN film was grown to a thickness of 150 mu m.

GaCl(g) + NH3(g) → GaN(s) + HCl(g) + H2(g)GaCl (g) + NH 3 (g) → GaN (s) + HCl (g) + H 2 (g)

그 후, GaN막이 형성된 SOI 기판(140)을 상온까지 냉각시켰다. Thereafter, the SOI substrate 140 having the GaN film formed thereon was cooled to room temperature.

다음 SOI 기판으로부터 GaN막을 분리하기 위해, SOI 기판을 불산용액에 침지하여 매몰산화막을 제거함으로써 GaN막 하부에 단결정 실리콘막을 노출시키고, 그 후 노출된 단결정 실리콘막을 불산 및 질산의 혼합용액으로 식각하여 제거하여 GaN 후막만을 남긴다. 남겨진 GaN막의 손상층을 제거하기 위해, GaN막의 전면 및 후면을 래핑(lapping) 및 폴리싱(polishing)하고, 그 후 디바이스가 형성될 전면을 반응성 이온 식각(RIE : reactive ion etching)에 의해 식각하였으며, 이로써 디바이 스 제조에서 기판으로 사용될 GaN 기판의 제조를 완료하였다. Next, in order to separate the GaN film from the SOI substrate, the SOI substrate is immersed in a hydrofluoric acid solution to remove the buried oxide film, thereby exposing the single crystal silicon film under the GaN film, and then the exposed single crystal silicon film is etched and removed with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. Leaving only a GaN thick film. In order to remove the damaged layer of the GaN film remaining, the front and back surfaces of the GaN film were wrapped and polished, and then the front surface where the device was to be formed was etched by reactive ion etching (RIE), This completed the manufacture of the GaN substrate to be used as the substrate in the device manufacturing.

상술한 실시예에 따라 얻어진 GaN 기판의 전위밀도는 4 ×106 개/㎠ 이었다.The dislocation density of the GaN substrate obtained in accordance with the above embodiment was 4 × 10 6 holes / cm 2.

본 발명은 상술한 기재 및 실시예로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above description and examples, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, GaN막 성장(S20) 전에 기판 표면처리단계(S10)를 수행함으로써 완충층을 형성하지 않고도 GaN막을 에피택셜 성장시킬 수 있는 효과가 있고, 또한 GaN막의 전위밀도를 감소시키는 효과가 있다. 따라서, 이러한 GaN막을 분리함으로써 제조되는 GaN기판의 전위밀도를 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by performing the substrate surface treatment step (S10) before the GaN film growth (S20), the GaN film can be epitaxially grown without forming a buffer layer, and the potential density of the GaN film is reduced. It is effective to let. Therefore, the dislocation density of the GaN substrate produced by separating such GaN films can be reduced.

또한, 기판 표면처리단계(S10)는 처음에는 HCl 또는 H2 와 같은 세정 기체를 이용하고, 그 이후로는 GaN막을 에피택셜 성장시키는데 사용되는 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 이용하기 때문에 기판 표면처리와 GaN막의 성장을 하나의 반응기 안에서 연속적으로 수행할 수 있어서 간단하게 GaN막의 전위밀도를 감소시키는 효과가 있다. 따라서, 낮은 수준의 전위밀도를 갖는 GaN기판을 보다 간단한 방법으로 제조할 수 있다. In addition, since the substrate surface treatment step (S10) uses a cleaning gas such as HCl or H 2 at first, and then alternately uses a Ga source gas and an N source gas used to epitaxially grow a GaN film, the substrate surface is treated. The treatment and growth of the GaN film can be carried out continuously in one reactor, thereby simply reducing the dislocation density of the GaN film. Therefore, a GaN substrate having a low level of dislocation density can be manufactured by a simpler method.

또한 본 발명에서는 SOI 기판을 이용하기 때문에 GaN막의 전위밀도를 감소시킬 수 있고 종래 실리콘 기판을 사용하던 경우에 비해 기판 분리에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있어서 GaN 기판 제조의 생산성이 향상되는 효과가 있으며 기판 수 율이 증대되는 효과가 있다. In addition, in the present invention, since the SOI substrate is used, the potential density of the GaN film can be reduced, and the time required for separation of the substrate can be shortened as compared with the case of using a conventional silicon substrate, thereby improving the productivity of the GaN substrate manufacturing. The yield of the substrate is increased.

Claims (17)

실리콘 웨이퍼, 매몰 산화막, 및 단결정 실리콘막을 포함하는 에스오아이(SOI : silicon on insulator) 기판을 반응기 내에 장입하는 제1단계;A first step of charging a silicon on insulator (SOI) substrate including a silicon wafer, an embedded oxide film, and a single crystal silicon film in a reactor; 상기 반응기 내로 세정 기체를 흘려 상기 SOI 기판의 표면을 세정하는 제2단계;Cleaning the surface of the SOI substrate by flowing a cleaning gas into the reactor; 상기 반응기 내에 갈륨(Ga) 소스기체와 질소(N) 소스기체를 번갈아 흘려 상기 SOI 기판을 Ga 소스기체와 N 소스기체로 번갈아 처리하는 제3단계; 및A third step of alternately treating the SOI substrate with a Ga source gas and an N source gas by alternately flowing a gallium (Ga) source gas and a nitrogen (N) source gas in the reactor; And 상기 SOI 기판 상에 질화갈륨(GaN)막을 성장시키는 제4단계A fourth step of growing a gallium nitride (GaN) film on the SOI substrate 의 순차 수행을 포함하는 GaN기판 제조 방법.GaN substrate manufacturing method comprising sequential performance of. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 SOI 기판으로부터 상기 GaN막을 분리하는 제5단계를 더 포함하는 GaN기판 제조 방법.And a fifth step of separating the GaN film from the SOI substrate. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제5단계는 상기 매몰산화막을 식각용액(etchant)에 침지하여 제거하는 제1과정과, 상기 단결정 실리콘막을 제거하는 제2과정과, 상기 GaN막 표면의 손상층을 제거하는 제3과정의 순차수행을 포함하는 GaN기판 제조 방법. In the fifth step, a first process of immersing and removing the buried oxide film in an etchant, a second process of removing the single crystal silicon film, and a third process of removing the damage layer on the surface of the GaN film GaN substrate manufacturing method comprising the performance. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2단계에서는 상기 세정 기체로서 HCl 기체 또는 H2 기체를 사용하여, In the second step using HCl gas or H 2 gas as the cleaning gas, 900 내지 1100℃에서 HCl 기체 또는 H2 기체를 상기 제4단계에서 GaN막의 성장을 위해 공급하는 전체 기체량의 0.01 내지 1%에 해당하는 양으로 상기 반응기 내로 흘리되, 상기 HCl 기체는 1 내지 30분 동안, 상기 H2 기체는 0.5 내지 10분 동안 흘려, 상기 SOI 기판의 표면으로부터 자연산화막 및 유기물을 제거하고 상기 SOI 기판의 표면을 테라스(terrace) 구조로 만드는 GaN기판 제조방법. HCl gas or H 2 gas at 900 to 1100 ° C flows into the reactor in an amount corresponding to 0.01 to 1% of the total amount of gas supplied for the growth of the GaN film in the fourth step, wherein the HCl gas is 1 to 30 Minutes, the H 2 gas flows for 0.5 to 10 minutes to remove the natural oxide film and organic matter from the surface of the SOI substrate and to make the surface of the SOI substrate in a terrace (terrace) structure. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제3단계에서 Ga 소스기체로서는 GaCl3 기체를 사용하거나 또는 Ga 메탈에 캐리어(carrier) 기체로서 HCl 기체를 흘려주고, N 소스기체로서는 NH3 기체를 사용하여,In the third step, GaCl 3 gas is used as the Ga source gas or HCl gas is flowed into the Ga metal as a carrier gas, and NH 3 gas is used as the N source gas. 800 내지 1200℃에서 Ga 소스기체 및 N 소스기체를, 각각 상기 제4단계에서 GaN막의 성장을 위해 공급하는 전체 기체량의 30 내지 50%에 해당하는 양으로 각각 60 내지 90분 동안 상기 반응기 내로 번갈아 흘려 상기 SOI 기판 상에 결정의 핵을 생성하는 GaN기판 제조방법. The Ga source gas and the N source gas are alternately introduced into the reactor for 60 to 90 minutes at an amount corresponding to 30 to 50% of the total amount of gas supplied for the growth of the GaN film in the fourth step, respectively, at 800 to 1200 ° C. The GaN substrate manufacturing method which flows and produces | generates the nucleus of a crystal | crystallization on the said SOI substrate. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제3단계에서 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려보낼 때, Ga 소스기체를 먼저 흘려보내거나 또는 N 소스기체를 먼저 흘려보내는 GaN기판 제조 방법. The GaN substrate manufacturing method of flowing a Ga source gas first, or N source gas flows first when the Ga source gas and the N source gas alternately flow in the third step. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제3단계에서 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려보내는 것을 1회 이상 반복하여 수행하는 GaN기판 제조 방법.The GaN substrate manufacturing method of repeating the flow of the Ga source gas and the N source gas alternately one or more times in the third step. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제4단계에서는 1000 내지 1100℃에서 상기 반응기 내에 Ga 소스기체와 N 소스기체를 동시에 흘려 상기 GaN막을 성장시키는 GaN기판 제조 방법. In the fourth step, a GaN substrate manufacturing method for growing the GaN film by simultaneously flowing a Ga source gas and an N source gas in the reactor at 1000 to 1100 ℃. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제4단계에서는 상기 Ga 소스기체로서는 GaCl3 기체를 사용하거나 또는 Ga 메탈에 캐리어(carrier) 기체로서 HCl 기체를 흘려주고, 상기 N 소스기체로서는 NH3 기체를 사용하는 GaN기판 제조 방법. In the fourth step, a GaN substrate manufacturing method using GaCl 3 gas as the Ga source gas or HCl gas as a carrier gas to Ga metal, and NH 3 gas as the N source gas. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제4단계에서는 에이치브이피이(HVPE : hydride vapor phase epitaxial growth) 방법에 의해 GaN막을 성장시키는 GaN기판 제조 방법.The GaN substrate manufacturing method of growing the GaN film by the hydride vapor phase epitaxial growth (HVPE) method in the fourth step. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 SOI 기판 표면의 실리콘막은 (111)의 면방위를 가지는 GaN기판 제조 방법.The silicon film on the surface of the SOI substrate has a plane orientation of (111). 실리콘 기판, 매몰 산화막, 및 단결정 실리콘막을 포함하는 에스오아이(SOI : silicon on insulator) 웨이퍼를 반응기 내에 장입하는 제1단계;A first step of charging a silicon on insulator (SOI) wafer including a silicon substrate, a buried oxide film, and a single crystal silicon film in a reactor; 상기 반응기 내로 세정 기체를 흘려 상기 SOI 기판의 표면을 세정하는 제2단계;Cleaning the surface of the SOI substrate by flowing a cleaning gas into the reactor; 상기 반응기 내에 갈륨(Ga) 소스기체와 질소(N) 소스기체를 번갈아 흘려 상기 SOI 기판을 Ga 소스기체와 N 소스기체로 번갈아 처리하는 제3단계; 및A third step of alternately treating the SOI substrate with a Ga source gas and an N source gas by alternately flowing a gallium (Ga) source gas and a nitrogen (N) source gas in the reactor; And 상기 SOI 기판 상에 질화갈륨(GaN)막을 성장시키는 제4단계; A fourth step of growing a gallium nitride (GaN) film on the SOI substrate; 의 순차 수행하여 제조되어, 전위 밀도가 107 개/㎠ 보다 작은 GaN 기판.GaN substrate prepared by performing a sequential order, having a dislocation density of less than 10 7 pieces / cm 2. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제4단계 이후에 상기 SOI 기판의 매몰산화막을 식각용액(etchant)에 침지하여 제거하는 제1과정과, 상기 단결정 실리콘막을 제거하는 제2과정과, 상기 GaN막 표면의 손상층을 제거하는 제3과정을 순차 수행하여 제조되어, 전위 밀도가 5 ×106 개/㎠ 보다 작은 GaN 기판.A first step of immersing and removing the buried oxide film of the SOI substrate in an etchant after the fourth step, a second step of removing the single crystal silicon film, and removing a damage layer on the surface of the GaN film A GaN substrate having a dislocation density of less than 5 x 10 6 atoms / cm 2, prepared by performing three steps sequentially. 제 12 항에 있어서, The method of claim 12, 상기 제2단계에서는 상기 세정 기체로서 HCl 기체 또는 H2 기체를 사용하여, 900 내지 1100℃에서 HCl 기체 또는 H2 기체를 상기 제4단계에서 GaN막의 성장을 위해 공급하는 전체 기체량의 0.01 내지 1%에 해당하는 양으로 상기 반응기 내로 흘리되, 상기 HCl 기체는 1 내지 30분 동안, 상기 H2 기체는 0.5 내지 10분 동안 흘려, 상기 SOI 기판의 표면으로부터 자연산화막 및 유기물을 제거하고 상기 SOI 기판의 표면을 테라스(terrace) 구조로 만들며,The second step uses the HCl gas or H 2 gas as the cleaning gas, 900 to 1100 ℃ 0.01 of the total amount of gas supplied to the GaN layer grown in step 4 above the HCl gas or H 2 gas in the to 1 Flowing into the reactor in an amount corresponding to%, wherein the HCl gas flowed for 1 to 30 minutes and the H 2 gas flowed for 0.5 to 10 minutes to remove the native oxide film and organic material from the surface of the SOI substrate and Make the surface of the terrace into a terrace structure, 상기 제3단계에서는 Ga 소스기체로서 GaCl3 기체를 사용하거나 또는 Ga 메탈에 캐리어(carrier) 기체로서 HCl 기체를 흘려주고, N 소스기체로서 NH3 기체를 사용하여, 1000 내지 1200℃에서 Ga 소스기체 및 N 소스기체를, 각각 상기 제4단계에서 GaN막의 성장을 위해 공급하는 전체 기체량의 30 내지 50%에 해당하는 양으로 60 내지 90분 동안 상기 반응기 내로 번갈아 흘려 상기 SOI 기판 상에 결정의 핵을 생성하며, In the third step, GaCl 3 gas is used as a Ga source gas or HCl gas is flowed as a carrier gas to Ga metal, and NH 3 gas is used as an N source gas. And N source gas, respectively, flowing into the reactor for 60 to 90 minutes in an amount corresponding to 30 to 50% of the total amount of gas supplied for growth of the GaN film in the fourth step. Creates a, 상기 제4단계에서는 1000 내지 1100℃에서 상기 반응기 내에 Ga 소스기체와 N 소스기체를 동시에 흘려보내는 공정을 수행하여 제조되는 GaN 기판. In the fourth step, a GaN substrate manufactured by performing a process of simultaneously flowing a Ga source gas and an N source gas in the reactor at 1000 to 1100 ℃. 제 12 항에 있어서, The method of claim 12, 상기 제3단계에서 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려보낼 때, Ga 소스 기체를 먼저 흘려보내거나 또는 N 소스기체를 먼저 흘려보내고,In the third step, when the Ga source gas and the N source gas are flowed alternately, the Ga source gas is flowed first or the N source gas is flowed first. 상기 제3단계에서 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려보내는 것을 1회 이상 반복 수행하는 공정을 수행하여 제조되는 GaN 기판.A GaN substrate manufactured by performing a process of repeatedly performing one or more times to alternately flow the Ga source gas and the N source gas in the third step. 제 12 항에 있어서, The method of claim 12, 상기 GaN막은 에이치브이피이(HVPE : hydride vapor phase epitaxial growth) 방법에 의해 10-500㎛의 두께를 가지게 형성되어 제조되는 GaN 기판. The GaN film is formed by having a thickness of 10-500㎛ by a hydride vapor phase epitaxial growth (HVPE) method. 제 12 항에 있어서, The method of claim 12, 상기 SOI 기판 표면의 실리콘막이 (111)의 면방위를 가지며, 상기 SOI 기판 표면의 실리콘막 위에 형성되어 제조되는 GaN 기판.And a silicon film on the surface of the SOI substrate having a surface orientation of (111) and formed on the silicon film on the surface of the SOI substrate.
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