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KR100239497B1 - 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법 - Google Patents

질화갈륨 단결정 기판의 제조방법 Download PDF

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KR100239497B1
KR100239497B1 KR1019970024550A KR19970024550A KR100239497B1 KR 100239497 B1 KR100239497 B1 KR 100239497B1 KR 1019970024550 A KR1019970024550 A KR 1019970024550A KR 19970024550 A KR19970024550 A KR 19970024550A KR 100239497 B1 KR100239497 B1 KR 100239497B1
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Abstract

본 발명의 주목적은, 제조공정 시간이 짧으면서도 광소자 제조에 충분한 크기의 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 결정결함 밀도가 작을 뿐만 아니라 재현성이 뛰어난 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법은, 산화물 기판을 마련하여 전처리하는 제 1 공정, 상기 전처리된 산화물 기판상에 질화갈륨을 성장시켜 제 1 질화 갈륨층을 형성시키는 제 2 공정, 상기 기판과 제 1 질화갈륨층을 냉각시켜 상기 기판과 상기 제 1 질화갈륨층을 분리시키는 제 3 공정, 상기 분리된 질화갈륨층위에 질화갈륨을 또다시 고속으로 성장시켜 제 2 질화갈륨층을 형성시키고 이것에 의해 소정두께의 벌크단결정을 형성시키는 제 3 공정, 상기 벌크단결정의 앞면과 뒷면을 연마하여 경면처리된 질화갈륨 단결정 기판을 만드는 제 5 공정을 포함함을 특징으로 하고 있다.

Description

질화갈륨 단결정 기판의 제조방법
본 발명은 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법으로, 특히 사파이어 기판과 그위에 성장되는 질화갈륨막 사이의 격자부정합과 열팽창 계수의 차이를 이용하여 사파이어 기판과 질화갈륨막을 반응로내에서 자연적으로 분리시키고 상기 분리시킨 질화갈륨막위에서 다시 질화갈륨막을 고속으로 성장시킴으로서, 결정결합 밀도가 적고 재현성이 양호하면서도 공정시간이 짧고 광학소자를 제조하는데 요구되는 충분한 크기의 질화갈륨 기판을 얻기 위한 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 청색광소자의 제작에 이용되는 질화갈륨계 성장은 사파이어(Al2O3) 기판이 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 질화갈륨(GaN)과 사파이어 기판 사이의 커다란 격자부정합(13.8%)과 열팽창 계수차이(25.5%)에 의해 양질의 박막성장이 어려울 뿐만 아니라 일본특허 평4-170390에 개시된 바와 같은 완충층을 사용하더라도 발생되는 박막성장층 내부의 결정결함 밀도가 109-1011cm-2로 되며 이와 같은 결정결함 밀도는 발광소자(LED)를 만드는데는 큰 문제가 되지 않으나 레이저 다이오드의 실용화를 위해서는 크게 줄지 않으면 안된다.
따라서, 격자부정합이 사파이어 기판보다 작은 실리콘 카아바이드(SiC), 스피넬(Spinnel) 등을 기판으로 사용하여 격자부정합을 감소시키는데 많이 노력이 있었지만 격자부정합에 기인한 박막성장층의 내부결정 결함밀도를 크게 감소시키지는 못하였다.
또한 사파이어 기판사용시 질화갈륨의 벽개방향과 사피어어의 벽개방향이 서로 다르기 때문에 레이저 공진기 제작에서 일반적인 방법인 벽개법(Cleaving Method)의 적용이 어려우며 절연체인 사파이어 기판의 뒷면에 전극을 형성하는 것이 불가능하여 전극구조 형성공정의 복잡으로 인해 발광소자 제작에 있어서 커다란 제약조건이 되고 있다.
이런 문제점을 해결하기 위해서는 질화갈륨 기판을 사용하여야 하나, 질화갈륨의 융점이 2,400℃ 이상이고 질소(N2)의 평형증기압이 1,100℃에서 100기압, 1,500℃에서 10,000기압 정도로 매우 높기 때문에 기존의 결정성장 방법으로 상압의 온도평형 상태에서 대형벌크(Bulk) 질화갈륨 단결정을 얻는 것이 불가능하다. 최근 I.Gzegory 등의 ″J.Phys.Chem.Solids, 56,636(1995)″의 논문에서 1,300-1,600℃, 8-17Kbar의 고온 고압상태에서 용액성장법(Solution Method)이 시도되어 결정결함 밀도가 약 100/cm2의 양호한 수mm 크기의 얇은 판상 단결정이 얻어진 상태이나 아직 기판으로 사용하기에는 미흡하였다. 그리고 사파이어 기판위에 질화갈륨과의 격자부정합이 2.2%로 비교적 적은 ZnO층을 완충층으로 사용하여 그위에 할라이드 기상성장법(HVPE)으로 질화갈륨을 두껍게 성장하고 ZnO층을 제거하는 방법으로 사파이어 기판과 벌크질화갈륨 단결정층을 분리하여 기판으로 사용하려는 시도도 있었으나 ZnO층의 화학적 식각불안정으로 양질의 일정면적을 갖는 기판을 얻기에는 아직 한계가 있다.
또한 T.Okada 등은 ″J.J. Applied Physics, 35(5), 1637, 1966″에 기재된 논문에서 질화갈륨 파우더를 만든 다음 질소와 암모니아 가스분위기에서 승화시켜 질화갈륨 기판을 만드는 승화법(Sublimation)이 시도된바 있으나, 만족스러운 결과를 얻지 못하였다.
그리고 최근 사파이어 기판을 제거하지 않고 2인치 사파이어 기판위에 약 50μm 두께의 질화갈륨을 성장시켜서 동종박막 성장(Homoepitaxy)을 이루려는 시도가 R.J.Molnar 등이 ″MRS Symp. Proc. Vol. 423,221, 1966″ 논문에 보고된바 있으나, 이러한 시도 역시 이형박막 성장의 형태를 벗어나지 못하기 때문에 질화갈륨막의 결정결함 밀도를 감소시키는데는 한계가 있었다.
이러한 종래 기술에 있어서의 문제점을 극복하기 위한 새로운 제조방법이 본 출원인의 명의로 1996. 12. 5일자 ″특허출원 96-61922호″로 출원한바 있다. 즉, 상기 특허출원에서는, 할라이드 기상성장법으로 산화물 기판위에 질화갈륨계 재료를 빠른속도로 성장시켜 크랙이 없는 두께로 만든 다음 기계적 연마에 의해 상기 산화물 기판을 일부 제거한후 다시 할라이드 기상성장법으로 두꺼운 질화갈륨을 성장시키는 방법을 2-3회 반복시켜 산화물 기판이 완전이 제거된 상태에서 소정면적, 소정두께의 질화갈륨 단결정 기판을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기 제조방법에서는 광소자를 제조하는데 필요한 충분한 크기 및 작은 결정결함 밀도를 가지는 질화갈륨 단결정 기판이 제조되나, 질화갈륨막 성장과 산화물 기판제거공정을 2-3회 반복시켜야 하기 때문에 공정시간이 길 뿐만 아니라 반복되는 연마공정과 재성장으로 인해 동질의 특성을 가진 질화갈륨층의 재현성이 확보하기 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 주목적은, 제조공정 시간이 짧으면서도 광소자 제조에 충분한 크기의 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 결정결함 밀도가 작을 뿐만 아니라 재현성이 뛰어난 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 제조방법을 구현하기 위한 할라이드 기상성장 장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 할라이드 기상성장 장치의 반응로의 단면 및 반응로의 각 부위에서의 온도를 나타낸 그래프,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 각 제조공정에서의 단면을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4a 및 도 4b는 종래 및 본 발명에 의한 질화갈륨 단결정 기판의 앞면 및 뒷면의 회절각에 대한 X선의 세기를 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반응로 11 : 가스공급부
12 : 배기가스 처리부 13, 13',13" : 전기로
14 : 석영 반응관 15 : 석영보트
16 : 서셉터 17 : 볼 밸브
18 : 매스 플로워 콘트롤러 19 : 압력 게이지
20 : 진공 게이지 21 : 진공펌프
30 : 사파이어 기판 31 : 제 1 질화 갈륨층
32 : 제 2 질화 갈륨층
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법은, 산화물 기판을 마련하여 전처리하는 제 1 공정, 상기 전처리된 산화물 기판상에 질화갈륨을 성장시켜 제 1 질화 갈륨층을 형성시키는 제 2 공정, 상기 기판과 제 1 질화갈륨층을 냉각시켜 상기 기판과 상기 제 1 질화갈륨층을 분리시키는 제 3 공정, 상기 분리된 질화갈륨층위에 질화갈륨을 또다시 고속으로 성장시켜 제 2 질화갈륨층을 형성시키고 이것에 의해 소정두께의 벌크단결정을 형성시키는 제 3 공정, 상기 벌크단결정의 앞면과 뒷면을 연마하여 경면처리된 질화갈륨 단결정 기판을 만드는 제 5 공정을 포함함을 특징으로 하고 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법을 구현하기 위한 할라이드 기상박막 성장장치를 개략적으로 도시한 것으로 가스를 반응시켜 반도체 화합물을 성장시키기 위한 반응로(10)와, 상기 반응로(10)로 각 가스의 유량을 조절하여 공급하기 위한 가스공급부(11)와, 상기 반응로(11)내의 가스를 배기하기 위한 배기가스 처리부(12)로 구성되어 있다.
상기 반응로(10)는 도 2에 수평형 3단 전기로(13, 13', 13″)에 내경이 약 80mm인 석영반응관(14)으로 형성되고 850℃로 유지되는 중앙의 석영반응관(14)에는 Ga를 수용하기 위한 석영보트(15)가, 그리고 1,000-1,150℃로 유지되는 석영반응관(14)의 고온영역에는 질화갈륨이 성장되도록 Al2O3또는 MgAl2O4등의 산화물 기판을 위치시키는 서섭터(16)가 설치되어 있다.
그리고 NH3, N2, HCl+N2가스는 그의 유량에 따라 각각 300cc/min, 3000cc/min, 30cc/min+300cc/min씩 도 1에 도시된 볼밸브(17) 및 매스플로워 콘트롤러(18)를 통하여 조절되어 석영반응관(14)으로 공급되며 석영반응관의 처리가스는 도 1의 압력게이지(19), 진공게이지(20) 및 진공펌프(21)를 사용하여 외부로 배기된다.
제 1 실시예
상술한 할로겐 기상성막 성장장치를 이용하여 본 발명의 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법의 제 1 실시예를 도 3a-도 3e를 참조하여 설명한다.
기판의 전처리 :
먼저 기판으로서 도 3a에 도시한 사각모양의 (0001) 사파이어 기판(30)을 상술한 석영반응관(14)내의 서셉터(16)에 위치시킨다. 이때 사파이어 기판은 350-500μm 정도 서셉터(16) 윗면으로 부터 공간을 갖도록 한다. 석영보트(15)에 갈륨(Ga)을 수용하고 전기로(13″)를 조절하여 석영반응관(14)내의 고온영역의 온도를 1130℃로 하고 염산가스와 암모니아 가스로 약 3-20분 동안 상기 산화물 기판(30)의 표면을 전처리한다. 이때, 표면처리 시간이 상기 시간보다 길게 되면 성장된 질화갈륨 표면에 계단형 혹은 나선형 모양의 결함이 다량 발생하여 표면처리 시간이 상기 시간 보다 짧게 되면 전처리 효과를 충분히 기대할 수 없게 된다.
그리고 본 실시예에서는(0001) 사파이어 기판(30)을 사용하고 있으나 상기 사파이어 기판 대신에 SiO2를 사용하여도 된다.
1차 질화갈륨 성장:
이어, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 산화물 기판상에 1,030℃의 온도에서 60분 정도 40-80μm 두께로 1차 질화갈륨(31)을 성장시킨다. 이때 1차 질화갈륨 성장층(31)의 두께는 사파이어 기판(30)의 두께에 따라 변화시켜야 한다.
그 이유는 사용된 기판의 두께가 점점 증가하면 크랙을 발생시키는 한계두께(Critical Thickness)도 증가하고 또한 냉각시 사파이어 기판분리에 크게 영향을 미치므로 최적화하는 과정이 필요하기 때문이다.
예를들면, 사파이어 기판(30)의 두께가 350μm 이상으로 두꺼우면 질화갈륨층(31)의 두께도 한계두께인 약 80μm 이상까지 성장시켜야 하는데 이때 질화갈륨쪽으로 응력이 전파되어 사파이어 기판(30) 뿐만 아니라 질화갈륨층(31) 까지에도 응력의 완화가 심화되어 질화갈륨층(31)의 크랙발생이 자주일어나게 되므로 공정조절이 쉽지 않게 된다.
따라서 사파이어 기판(30)의 두께가 150-200μm이고 질화갈륨층(31)의 두께가 40-50μm 정도로 되는 것이 바람직하다.
냉각에 의한 1차 질화갈륨 성장층 분리:
잘 알려진 바와 같이, 질화갈륨의 a축 격자상수는 3.189Å이고(0001) 사파이어 a축 격자상수는 4.758Å이며 질화갈륨의 열팽창 계수는 5.59×10-6K-1이며 사파이어 기판(30)의 열팽창계수가 7.5×10-6K-1이다. 따라서 (0001) 사파이어 기판을 사용할 때 격자부정합 측면을 살펴보면 성장이 일어나고 있는 질화갈륨층에는 사파이어 기판(30)과 일치하려는 압축응력(Compressive Stress)이 작용하고 사파이어 기판쪽으로는 질화갈륨 격자와 일치하려는 인장응력(Tensile Stress)이 작용하게 된다.
이에 따라 응력완화의 결과로서 중간면(Interface) 근방에서 기판쪽으로 마이크로 크랙(Micro Crack)이 발생하게 된다.
또한 질화갈륨 성장을 마친후 냉각시에는 기판과 질화갈륨 사이의 열팽창 계수의 차이 때문에 생긴 열응력(Thermal Stress)으로 인해 상술한 종래의 크랙확장이 이루어지는데 이와 같은 형상을 냉각방법을 이용하여 심화시키면 기판과 질화갈륨막을 쉽게 분리할수 있다. 따라서 이 공정에서는 사파이어 기판(30)으로 부터 1차 성장된 질화갈륨층(31)을 냉각을 이용하여 분리시킨다.
즉, 상기 조건으로 성장된 질화갈륨막을 1,030℃의 성장온도에서 200℃까지 냉각시킨다. 이때 냉각속도의 조절이 적절히 이루어져야 한다. 일반적으로 할라이드 기상성장법에서 최적화된 냉각속도는 3℃/min인데 본 발명의 제조방법에서는 사파이어 기판의 크랙을 쉽게 유도하기 위해 냉각속도를 10℃/min로 하는 것이 바람직하다. 크랙으로 인해 조각이 된 사파이어 기판은 서셉터 윗면공간에 존재하게 된다. 그리고 냉각속도를 증가시키기 위한 방법으로는 질소가스의 흐름속도를 4l/min으로 증가시키면 된다. 그리하여 사파이어 기판(31)의 온도가 냉각시 열응력의 완화작용으로 기판이 분리되어지게 된다.
사파이어 기판(30)과 질화갈륨층(31) 사이의 중간막 근처에 마이크로 크랙이 존재하나 질화갈륨층(31)의 두께가 증가함에 따라 현저한 감소를 볼수 있다. 사파이어 기판(30)은 원형모양 보다 사각형 모양이 크랙에 의한 기판분리가 휠씬 용이하게 이루어진다.
2차 질화갈륨층 성장:
제 1 질화갈륨층(31)이 사파이어 기판(30)과 분리된후에 제 1 질화갈륨층(31)이 기판으로 사용하여, 도 3d에 도시된 바와 같이 2차 질화갈륨층(32)을 성장한다.
이때, 기판온도를 200℃에서 1,030℃로 증가시키도록 질소 캐리어 가스의 흐름속도를 2l/min되게 한다.
이렇게하여 성장속도를 약 100-120μm/hr로 증가시키고 약 3-5시간 동안 제 2 차 질화갈륨층(32)을 성장시킨다.
성장후반부에서는 1-2시간 동안 성장속도를 약 20μm/hr이하로 낮추어주면 표면의 평탄도가 증가되어 바람직하다. 이때 성장된 벌크형태의 질화갈륨층의 두께는 약 300-600μm가 된다.
이후 전기로의 전원공급과 HCl 가스공급을 중단하고, 냉각속도를 3℃/min으로 하여 NH3공급은 온도가 500℃로 내려갈 때까지 계속한다. 그리고 N2의 공급은 공정이 완전히 중단될 때까지 계속한다.
이와 같이 2차 질화 갈륨층 성장은 분리로 인하여 사파이어 기판(30)이 완전 제거된 제 1 질화 갈륨층(31)을 기판으로 사용할 수 있어 종래와 같은 사파이어 기판 사용으로 인한 이종 박막성장(Hetero Epitaxy)을 피할수 있게 되므로 2차 성장되는 질화갈륨층(32)의 질은 종래의 이종기판 사용으로 인한 응력이 제거되어 결정결함 밀도가 현저히 감소하게 된다.
절단 및 경면(Polishing)처리:
이와 같이 성장된 벌크형태인 질화갈륨 기판의 모서리부분; 즉 약 2mm 정도에는 측면성장으로 인해 때로는 질화갈륨층(31) 사파이어 기판(30)의 분리가 완전히 안되는 경우가 발생하기 때문에 모서리 부분을 절단하여야 하는 절단공정이 필요하게 된다.
이때 기판 모서리는 약 2mm 안쪽으로 절단이 되며 이로 인해 1cm2넓이의 기판이 얻어지게 된다. 그리고 사파이어 기판(30)과 접촉되는 질화갈륨 뒷면부분은 공정초기에 발생하였던 마이크로 크랙이 일부 존재하게 되므로, 도 3e와 같이 이와 같은 마이크로 크랙발생 부분을 제거하기 위해 제 1 질화갈륨층(31)을 연마 처리하여 완전히 제거한후 제2차 질화 갈륨층(32)만으로 되는 질화갈륨 반도체의 결정앞면과 뒷면을 경면처리한다.
이때 앞면을 처리하는 것은 표면의 평탄도를 높이기 위한 것이다. 그리고 경면처리는 3μm 이하의 다이아몬드 분말로 순차적으로 사용하여 자동연마기에서 진행시킨다.
상기와 같이 제작된 질화 갈륨 기판의 결정 특성을 알아보기 위해 앞면 및 뒷면에서 DXRD(double crystal X-ray diffraction)를 측정하였다. 도 4a에서는 종래의 방식으로 성장시킨 질화 갈륨(GaN) 기판인 경우이고 도 4b에서는 본 발명의 방법으로 성장시킨 벌크 질화 갈륨(GaN) 경우의 결과이다. 종래의 방식(도 4a)인 경우에는(0002) 피크 회절각의 위치가 앞면과 뒷면에서 차이(l)가 1.35°로 심하게 측정되었다. 응력(stress)이 없는 경우의 질화 갈륨 회절각이 17.3°인 것에 비하면 회절각이 감소를 보인 윗면의 경우에는 인장 응력이 심하게 가해져 있는 것을 알 수 있었고 뒷면에는 압축 응력으로 인해 회절각이 증가를 보였다. 이때 X레이의 반폭치(FWHM:full width at half maximum)는 일반적으로 약 0.55°정도를 나타냈다.
한편(도 4b), 본 발명의 방법으로 성장시킨 질화 갈륨(GaN) 기판 경우에도 도 4a와 같이 윗면에서 인장 응력이 가해져 있고 뒷면에는 압축 응력을 받고 있는 것으로 측정 되었다. 그러나 회절각 위치 차이(l)는 도 4a의 1.35°에 비해 0.23°로 현저히 향상 됨을 보였고 또한 반폭치(FWHM:full width at half maximum)는 약 0.33°정도로 종래 기술보다 결정성이 크게 향상 됨을 알 수가 있었다.
제 2 실시예
상기 제 1 실시예는 일정크기의 질화갈륨 반도체 기판을 얻을수 있으나, 상기 제조방법에 의해 얻어진 기판을 n형의 전도성을 가지며 캐리어 농도는 0.5-2×1018cm-3을 얻을수는 있으나 원하는 캐리어 농도를 얻는 것은 매우 어렵다.
따라서 제 2 실시예는 2차 질화갈륨 성장과정에서 실리콘 불순물을 사용하여 고품질의 n형 질화갈륨 기판을 얻기 위한 제조방법이다.
즉, 상술한 할라이드 기상성장 장치의 반응로(14)안에 실리콘 혹은 실리콘 파우더를 장입하고 염산가스 및 질소가스의 혼합물을 사용하여 800-900℃에서 반응시키는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 동일한 과정으로 행하여지므로 이들에 대한 설명은 생략한다.
이때 불순물 농도의 조절은 1018-1020cm-3의 범위안에서 이루어질수 있다.
제 3 실시예
제 3 실시예는 고품질의 P형 또는 비전도성 기판을 제조하기 위한 것으로, 상술한 할라이드 기상성장 장치의 반응로(14)안에 Zn, Cd 혹은 Mg의 P형 소오스를 사용하는 것을 제외하고는 제 2 실시예와 동일과정으로 행하여지므로 이들에 대한 설명은 생략한다.
다만, 이 실시예에서는 후속처리 공정으로서 열처리 공정이 추가된다. 이 공정은 질소 혹은 아르곤 분위기하에서 열처리 시간을 10-20분, 처리온도를 650-800℃로 한다. 이와같이 하는 이유는 일반적으로 P형 불순물을 고 비저항이 나타나게 된다. 이러한 고 비저항의 P형 반도체를 저 비저항의 P형 반도체로 전환시키기 위해서 수소와의 결합을 해제시켜야 되는데 이를 위해서는 650-800℃ 온도에서 질소 혹은 아르곤 분위기하에서 열처리가 필요하기 때문이다. 이때 고온에서 질화갈륨층에서의 질소성분 분해를 방지하기 위해서는 질소분위기 하에서 행해지는 것이 바람직하다. 이때 P형 기판인 경우에는 불순물의 농도가 약 1017-1018cm-3의 범위내에서 이루어질수 있다.
이상과 같이 사파이어 기판과 그위에 성장되어 형성되는 질화갈륨층과의 격자부정합 및 열팽창계수의 차이로 인한 크랙을 냉각법을 이용하여 크게 심화시켜 사파이어 기판과 질화갈륨층을 자연적으로 분리시키고 이 분리된 질화갈륨층을 기판으로 하여 그위에 동종박막성장법으로 질화갈륨을 빠른 속도로 성장하여 질화갈륨 벌크형태의 단결정 기판을 얻기 때문에 제조공정이 간편하면서도 제조공정 시간이 짧을 뿐만 아니라 재현성이 양호하고 결정결함이 크게 감소된 고품질의 질화갈륨 단결정 기판을 얻을수 있어 이를 이용한 광소자의 장수명과 신뢰성을 확보할수 있고, 특히 청색/녹색 레이저 다이오드에 응용하는 경우 공진기 형성을 기판결정면에 따라 벽개법으로 쉽게 구현할수 있으며, 불순물의 선택적 주입에 따라 고품질의 n형, P형 혹은 비전도성 기판을 용이하게 제조할 수 있어 기판종류에 따른 소자구조의 다양화를 실현할수 있는 등의 뛰어난 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 질화갈륨을 성장시키기 위해 가스를 반응시키는 반응로와, 상기 가스의 유량을 조절하여 공급하기 위한 가스공급부와, 상기 반응로내의 처리된 가스를 배기하기 위한 배기가스 처리부를 구비하는 할라이드 기상성장 장치를 이용하여 질화갈륨 단결정 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    산화물 기판을 마련하여 상기 반응로에서 전처리하는 제 1 공정;
    상기 전처리된 산화물 기판상에 질화갈륨을 성장시켜 제 1 질화 갈름층을 형성시키는 제 2 공정;
    상기 기판과 제 1 질화갈륨층을 냉각시켜 상기 기판과 상기 제 1 질화갈륨층을 분리시키는 제 3 공정;
    상기 분리된 질화갈륨층을 기판으로 하여 질화갈륨을 고속으로 성장시켜 제 2 질화갈륨층을 형성시키고 이것에 의해 소정두께의 질화갈륨 벌크단결정을 형성시키는 제 4 공정;
    상기 질화갈륨 벌크단결정을 연마하여 경면처리된 질화갈륨 단결정 기판을 만드는 제 5 공정을 포함함을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화물 기판은 (0001) 사파이어이고, 상기 산화물 전처리는 상기 반응로내의 석영보트에 갈륨을 수용하고 1,130℃의 온도에서 염산가스와 암모니아 가스로 약 3-20분 동안 행하여짐을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화물 기판은 SiO2이고, 상기 산화물 전처리는 상기 반응로내의 석영보트에 갈륨을 수용하고 1,130℃의 온도에서 염산가스와 암모니아 가스로 약 3-20분 동안 행하여짐을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 질화 갈륨층은 상기 반응로내에서 1,030℃ 온도에서 60분 정도 40-80μm의 두께로 성장되어 형성됨을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 공정에서 상기 기판과 제 1 질화 갈륨층의 냉각은 질소가스의 흐름속도를 4l/min로 하여 10℃/min의 냉각속도로 1.030℃의 성장온도에서 200℃까지 행하여짐을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 공정에서 제 2 질화 갈륨층은 상기 반응로내에서 1,030℃에서 약 3-5시간 동안 약 100μm/hr의 성장속도로 그리고 이어 약 1-2시간 동안 20μm/hr 행하여짐을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 4 공정과 제 5 공정 사이에 질화갈륨 벌크단결정의 모서리 부분을 절단하는 공정이 부가됨을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 5 공정에서 상기 질화 갈륨 벌크단결정의 연마는 상기 질화갈륨 단결정의 일부인 제 1 질화갈륨층이 완전히 제거되도록 연마한후 남겨진 질화 갈륨층의 앞면 및 뒷면을 연마하여 경면처리함을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 4 공정은 상기 반응로내 실리콘 혹은 실리콘 파우더를 장입하고 염산가스 및 질소가스의 혼합물을 사용하여 800-900℃에서 반응시켜 1018-1020cm-3의 불순물 농도의 n형 질화갈륨층을 성장시키도록 함을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 4 공정은 상기 반응로내에 Zn, Cd 혹은 Mg의 P형 소오스를 장입하고 염산가스 및 질소가스의 혼합물을 사용하여 800-900℃에서 반응시켜 P형 또는 비전도성의 질화갈륨층을 성장시키도록함을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 4 공정에서 P형 또는 비 전도성의 질화갈륨층을 650-800℃ 온도하에서 10-20분 동안 열처리하는 후속공정이 더 부가됨을 특징으로 하는 질화갈륨 단결정 기판의 제조방법.
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