KR100519326B1 - 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드를 제조하기 위한 사파이어 기판위에 형성되는 질화갈륨 기판의 크랙을 줄여 소자의 동작특성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 사파이어 기판의 후면에 소정결정 방향으로 복수개의 홈을 형성한 후 상기 사파이어 기판 전면에 질화갈륨층을 형성하고 이어 상기 사파이어 기판을 완전 제거하여 질화갈륨 기판을 제조함을 특징으로 하며, 이와같은 제조방법에 의해 얻어지는 질화갈륨 기판은 사파이어 기판을 제거할 때 발생되는 응력을 크게 경감시킬 수 있어 벌크질화 갈륨 기판의 미세크랙을 크게 줄일 수 있다.

Description

질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법{method for fabricating substate of GaN semiconductor laser diode}

본 발명은 청색파장을 내는 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법에 관한 것이다.

질화갈륨계 화합물 반도체를 이용한 청색 발광소자의 연구 개발에 있어서, 질화갈륨 박막을 성장시키기 위해 사파이어를 기판으로 사용하게 됨으로써 야기되는 박막과 기판간의 열팽창 불일치와 격자 부정합등으로 인해 생성되는 결정성 결함을 극소화하기 위한 시도가 많이 이루어지고 있다.

그 한 예로는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등을 이용하여 얻은 벌크질화갈륨을 사파이어 대신 기판으로 사용하려는 노력이 진행되고 있다.

그러나 벌크질화갈륨은 HVPE법을 이용하여 고속 박막 성장으로 제조되기 때문에 많은 양의 결정성 결함이 발생되고 이에 따라 미세크랙(Microcrack)이 발생되는 문제점이 있었다.

또한 HVPE를 이용한 벌크 질화갈륨을 제조하기 위해 질화갈륨을 초기성장시키는데 사용하는 사파이어 기판을 제거하기 위해 1000℃ 이상의 결정성장 온도에서 기판의 온도를 급속히 떨어뜨려서 질화갈륨과 사파이어의 열팽창계수의 차이로 인해 계면상에 발생하는 미세크랙을 이용하고 있으나 이때 계면상에 발생하는 미세크랙들이 그 후에 성장되는 벌크 질화갈륨에도 계속하여 존재하게 되어 고품질의 벌크질화 갈륨을 성장시키는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드를 제조하기 위한 사파이어 기판위에 형성되는 질화갈륨 기판의 크랙을 줄여 소자의 동작특성을 향상시키는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 질화갈륨 기판의 제조방법은, 사파이어 기판 후면에 소정 결정방향으로 복수개의 홈을 형성한 후 사파이어 기판 전면에 질화갈륨층을 형성하도록 하는데 특징이 있다.

이와 같은 본 발명의 제조방법에 의하면 상기 복수개의 홈이 사파이어 기판 후면에 형성되어 있기 때문에 벌크 질화갈륨을 사파이어 기판 전면에 성장시킨 후 사파이어 기판을 제거할 때 필요한 최소한의 응력을 경감시킬 수 있고 이로인해 벌크질화 갈륨에 생성되는 미세크랙을 줄일 수 있으며 벌크 질화갈륨의 결정성을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부 도면에 근거하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 질화갈륨 기판의 제조방법은 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 이면에 복수개의 소윙머신(sawing machine)을 이용하여 홈(11)을 형성한다.

이때 사파이어기판(10)은 두께(ts)가 대략 350㎛ 정도의 것을 사용하고 홈(11)의 방향은 (0001) 사파이어 기판인 경우에 (1-1.0),(10.0),(01.0) 방향으로 하여 사파이어 기판(10)에 작용하는 응력을 적게 하면서, 사파이어 기판(10)이 결정방향(Crystallographic direction)을 따라 깨지도록 할 수 있다.

그리고 홈사이의 간격 d는 1 mm < d < 10 mm 정도가 바람직하며, 홈의 깊이 t는 도 4에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(10)의 뒷면에서부터 0 < t < 0.8 ts 정도의 깊이까지 만든다.

이때 홈의 깊이가 0.8 ts 이상이면 충분한 두께의 질화 갈륨을 성장시키기 전에 사파이어 기판(10)이 깨지는 경우가 발생하게 된다.

이어 도 1(c)에 도시한 바와 같이 사파이어 기판(10)의 전면에 예를 들어 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법으로 질화 갈륨(12)을 소정 두께로 성장시킨 후, 사파이어 기판(10) 및 질화칼륨(12)의 가부분까지 탄화 실리콘 또는 다이아몬드연마로 제거하여 벌크 질화 갈륨 기판을 제조한다.

이와 같은 본 발명에 따른 제조방법에 의하면 사파이어 기판에 형성된 홈으로 인하여 사파이어 기판 전면에 성장되는 질화 갈륨층에 작용하는 응력이 경감되어 이 질화갈륨층에 미세크랙 발생을 억제할 수 있고 이 질화갈륨층을 기판으로 하여 질화갈륨층을 성장시켜 제조되는 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 품질을 크게 향상시킨다는 효과가 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 제조공정에서 사파이어 기판의 후면에 형성된 홈의 형상을 개략적으로 나타낸 도면,

도 1c는 본 발명의 제조공정에서 사파이어 기판의 전면에 형성된 질화갈륨층을 도시한 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 사파이어 기판 11 : 홈

12 : 질화갈륨층

Claims (3)

1. 사파이어 기판을 준비하는 단계;

   상기 사파이어 기판의 후면에 소정결정 방향으로 복수개의 홈을 형성하는 단계;

   상기 사파이어 기판 전면에 질화갈륨층을 형성하는 단계;

   상기 사파이어 기판을 완전 제거하여 질화갈륨 기판을 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 질화 갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 소정결정 방향은 (0001) 사파이어 기판의 경우, (1-1.0),(10.0) 또는 (010)의 방향중의 어느 하나의 방향임을 특징으로 하는 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 홈은 홈사이의 간격(d)이 1mm<d<10mm이고, 홈의 깊이(t)가 사파이어 기판의 뒷면부터 0<t<0.8ts(단, ts는 사파이어 기판의 두께)으로 되게 형성함을 특징으로 하는 질화 갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법.