KR101112118B1 - Method of manufacturing a self-supporting type III nitride substrate - Google Patents
Method of manufacturing a self-supporting type III nitride substrate Download PDFInfo
- Publication number
- KR101112118B1 KR101112118B1 KR1020100092787A KR20100092787A KR101112118B1 KR 101112118 B1 KR101112118 B1 KR 101112118B1 KR 1020100092787 A KR1020100092787 A KR 1020100092787A KR 20100092787 A KR20100092787 A KR 20100092787A KR 101112118 B1 KR101112118 B1 KR 101112118B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- group iii
- iii nitride
- substrate
- layer
- self
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 123
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 95
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 69
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 31
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 14
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 5
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 111
- 230000008569 process Effects 0.000 description 27
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 15
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 12
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 12
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 12
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 11
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000001657 homoepitaxy Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000002164 ion-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- CDAISMWEOUEBRE-GPIVLXJGSA-N inositol Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H]1O CDAISMWEOUEBRE-GPIVLXJGSA-N 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
- H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/018—Bonding of wafers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1204—Optical Diode
- H01L2924/12041—LED
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
본 발명의 구체예에서 개시된 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법은 종래의 이종 기판 사용에 따른 기술적 한계를 극복할 수 있으며, 더 나아가 호스트 기판인 III족 질화물 기판을 재사용할 수 있는 방안을 제공함으로써 경제성을 제고할 수 있다.The manufacturing method of the self-supporting group III nitride substrate disclosed in the embodiment of the present invention can overcome the technical limitations of using a conventional heterogeneous substrate, and furthermore, by providing a way to reuse the group III nitride substrate as a host substrate, Can be improved.
Description
본 발명은 자립형(free-standing) III족 질화물 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 감소된 결함 특성을 부여할 수 있는 자립형 III족 질화물 기판의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a free-standing group III nitride substrate. More specifically, the present invention relates to a method of making a freestanding group III nitride substrate capable of imparting reduced defect characteristics.
발광다이오드(LED), 레이저 다이오드 등과 같은 광전자 소자의 재료로서 GaN(Gallium Nitride), AlN(Aluminum Nitride), InN(Indium Nitride) 또는 이들의 합금(alloy)과 같은 Ⅲ-V족 질화물 반도체가 알려져 있다. 이러한 반도체 재료는 직접 천이형의 큰 에너지 밴드 갭(band gap)을 가지고 있어 질화물의 조성에 따라 거의 전 파장 영역의 빛을 얻을 수 있는 등의 특성을 보유하고 있어 평판디스플레이 장치, 광통신 등의 다양한 분야에서 응용되고 있다.Group III-V nitride semiconductors such as GaN (Gallium Nitride), AlN (Aluminum Nitride), InN (Indium Nitride) or alloys thereof are known as materials for optoelectronic devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes. . These semiconductor materials have a large energy band gap of direct transition type, and have characteristics such that light of almost full wavelength range can be obtained depending on the composition of the nitride, and thus various fields such as flat panel display devices and optical communication Applied in
이러한 디바이스는 통상적으로 상에 기판 상에 분자빔 에피탁시(MBE), MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy) 등의 성장 방식에 의하여 박막 형태로 성장된다. Such devices are typically grown in a thin film form on a substrate by growth methods such as molecular beam epitaxy (MBE), metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), and hydride vapor phase epitaxy (HVPE).
그러나, GaN로 대표되는 III족 질화물을 기반으로 하는 반도체의 경우, 소자 제작 시, 사파이어 기판, SiC 등과 같은 이종 기판 상에서 성장시키는 방식이 통상적이다. 특히, 사파이어 기판은 GaN와 같은 육방정계(hexagonal) 결정 구조를 갖고 있을 뿐만 아니라, 저렴하고 고온에서 안정한 특성을 갖고 있어 현재까지는 가장 널리 상업적으로 사용되고 있다. 그러나, 전술한 이종 기판은 III족 질화물, 특히 GaN와의 격자 상수 차이(사파이어 및 SiC의 경우, 각각 약 16% 및 약 3.5%) 및 열팽창 계수 차이(사파이어 및 SiC의 경우, 각각 약 34% 및 약 25%)에 의하여 계면에서 스트레인을 유발함으로써 관통 전위(threading dislocation)와 같은 결함 및 크랙을 유발하여 고품질의 막 성장을 곤란하게 하며, 이는 소자의 수명을 단축시키는 요인으로 작용한다. However, in the case of semiconductors based on group III nitrides represented by GaN, a method of growing a device on a heterogeneous substrate, such as a sapphire substrate, SiC, or the like, is common. In particular, the sapphire substrate not only has a hexagonal crystal structure such as GaN, but also has low cost and stable properties at high temperature, and thus is most widely used commercially. However, the heterogeneous substrate described above has a lattice constant difference (about 16% and about 3.5% for sapphire and SiC, respectively) and a coefficient of thermal expansion (about 34% and about 34% for Sapphire and SiC, respectively) with Group III nitrides, in particular GaN. 25%) causes strain at the interface, causing defects such as threading dislocations and cracks, making it difficult to grow a high quality film, which serves to shorten the life of the device.
상술한 이종 기판 사용에 따른 문제점을 완화하기 위하여, 사파이어와 같은 이종 기판 대신에 호모 에피탁시 성장이 달성될 수 있는 III족 질화물 기판을 이용하는 방안이 제시되어 왔다. 이와 같이 동종 기판을 사용할 경우, 격자 상수의 차이 및 열팽창 계수의 차이가 작을 뿐만 아니라, 전도도가 우수하기 때문에 n-컨택트(contact)를 위한 메사 에칭(mesa etching)이 불필요하기 때문에 활성층 손실을 억제할 수 있는 장점이 기대된다. In order to alleviate the problems caused by the use of heterogeneous substrates described above, a method of using a III-nitride substrate in which homo epitaxy growth can be achieved instead of a heterogeneous substrate such as sapphire has been proposed. In the case of using a homogeneous substrate as described above, the difference in lattice constant and difference in coefficient of thermal expansion are not only small, but also because the conductivity is excellent, mesa etching for n-contact is unnecessary, so that active layer loss can be suppressed. It is expected to have advantages.
이와 관련하여, 호스트 기판(host substrate)으로부터 자립형 III족 질화물 기판을 성장시키는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 사파이어 기판 상에 HVPE(hydride vapor-phase epitaxy)에 의하여 후막의 기판용 III족 질화물 층을 성장시킨 다음, UV 레이저를 이용하여 III족 질화물 층을 사파이어 기판으로부터 분리시키는 방식이다(레이저 리프트-오프 방식). 즉, 에너지가 매우 큰 자외선 파장 영역의 엑시머 레이저를 성장된 기판에 조사시켜 사파이어 기판과 III족 질화물 층간의 분리를 유도하는 기술이다. 예를 들면, 미국특허공개번호 제2007-82465호 등에서는 사파이어 기판과 성장된 III족 질화물 층 사이에 다공성 질화물 층을 개재시켜 레이저 조사에 의하여 보다 용이하게 분리시키는 방안을 제시한 바 있다. In this regard, a method of growing a freestanding group III nitride substrate from a host substrate is known. For example, by growing a group III nitride layer for a thick film by hydride vapor-phase epitaxy (HVPE) on a sapphire substrate, the group III nitride layer is separated from the sapphire substrate using a UV laser (laser). Lift-off method). In other words, the excimer laser in the ultraviolet wavelength region having a very high energy is irradiated to the grown substrate to induce separation between the sapphire substrate and the group III nitride layer. For example, US Patent Publication No. 2007-82465 and the like have suggested a method for easier separation by laser irradiation through a porous nitride layer between the sapphire substrate and the grown group III nitride layer.
그러나, 상술한 방법의 경우, 레이저 리프트 오프(LLO) 과정에서 주변 층이 손상되는 현상을 피할 수 없을 뿐만 아니라, 소위 휨 또는 보잉(bowing) 현상이 유발되어 고품질의 기판을 얻기 곤란한 단점을 갖는다. 일부 종래 기술(예를 들면, 국내특허공개번호 제2009-14500호)에서는 레이저 리프트-오프 과정에서 크랙이 발생하는 현상을 완화시키기 위하여 사파이어 기판 상에 화학적 식각층을 형성하고, 그 위에 GaN 층을 성장시킨 다음, 화학적 식각 방식에 의하여 분리하는 방안도 제시하고 있으나, 여전히 이종 기판의 사용에 따른 III족 질화물 기판의 품질 저하 문제를 개선하는데 한계가 존재한다. However, in the above-described method, not only the phenomenon that the surrounding layer is damaged during the laser lift-off (LLO) process can be avoided, but also a so-called bending or bowing phenomenon is caused, which makes it difficult to obtain a high quality substrate. In some prior arts (for example, Korean Patent Publication No. 2009-14500), a chemical etching layer is formed on a sapphire substrate to mitigate cracking during laser lift-off, and a GaN layer is formed thereon. After the growth, a method of separating by chemical etching is also proposed, but there are still limitations in improving the quality deterioration problem of the group III nitride substrate due to the use of a heterogeneous substrate.
대안으로서, 호스트 기판(host substrate)의 재질로 사파이어 대신 III족 질화물을 사용하는 방안을 고려할 수 있으나, III족 질화물 기판은 사파이어 기판에 비하여 현저히 고가임을 감안하면 상용화하기는 곤란하다. 특히, 질화물 기판을 호스트 기판으로 사용한다 해도 평면상의 호스트 기판과 그 위에 성장된 질화물 층을 분리하기 위하여는 측면으로부터 에칭하는 방식 밖에 없다. 최근 연구(APPLIED PHYSICS LETTERS Volume 94, 221907 (2009))에서 측면 식각 가능성을 제시하였으나, 에칭 공정이 길어짐에 따라 성장된 질화물의 표면이 박리되는 현상이 야기됨로 기판 분리 공정에는 적합하지 않다. As an alternative, a method of using a III-nitride instead of sapphire as a host substrate may be considered. However, it is difficult to commercialize the III-nitride substrate since it is significantly more expensive than the sapphire substrate. In particular, even when the nitride substrate is used as the host substrate, there is only a method of etching from the side to separate the planar host substrate and the nitride layer grown thereon. A recent study (APPLIED PHYSICS LETTERS Volume 94, 221907 (2009)) suggested the possibility of lateral etching, but as the etching process becomes longer, the surface of the grown nitride is peeled off, which is not suitable for the substrate separation process.
이처럼, 종래 기술에 비하여 저렴하면서도 고품질의 자립형 III족 질화물 기판을 제조할 수 있는 방안이 요구된다.As such, there is a need for a method capable of manufacturing a freestanding, high-quality, self-supporting group III nitride substrate compared to the prior art.
본 발명에서 제시되는 일 구체예에서는 자립형 III족 질화물 기판의 제작 시 종래 기술에 따른 문제점을 완화시킬 수 있는 고품질의 III족 질화물 기판의 제조 방법을 제공하고자 한다. In one embodiment presented in the present invention to provide a method for manufacturing a high-quality Group III nitride substrate that can alleviate the problems according to the prior art when manufacturing the self-supporting Group III nitride substrate.
더 나아가, 호스트 기판으로서 동종의 질화물 기판을 사용하면서도 저렴하게 제작할 수 있는 자립형 III족 질화물 기판의 제조 방법을 제공하고자 한다. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a self-supporting Group III nitride substrate which can be manufactured at low cost while using the same type of nitride substrate as a host substrate.
본 발명에 따라 제공되는 구체예의 제1 면(aspect)에 따르면,According to the first aspect of the embodiment provided according to the invention,
a) III족 질화물계 호스트 기판을 제공하는 단계;a) providing a III-nitride-based host substrate;
b) 복수의 로드 위에 에피탁시 성장된 III족 질화물 층이 위치하는 구조를 상기 호스트 기판 상에 형성하는 단계; 및b) forming on the host substrate a structure in which a group III nitride layer epitaxially grown over a plurality of rods is located; And
c) 상기 복수의 로드를 제거하여 상기 에피탁시 성장된 III족 질화물 층 및 상기 호스트 기판을 상호 분리시키는 단계;c) removing the plurality of rods to isolate the epitaxially grown Group III nitride layer from the host substrate;
를 포함하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법이 제공된다.Provided is a method of manufacturing a self-supporting group III nitride substrate comprising a.
또한, d) 상기 분리된 호스트 기판을 상기 단계 a)의 호스트 기판으로 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.Also, the method may further include reusing the separated host substrate as the host substrate of step a).
바람직한 구체예에 따르면, 상기 복수의 로드 위에 에피탁시 성장된 III족 질화물 층은 HVPE(hydride vapor-phase epitaxy)에 의하여 형성될 수 있다.According to a preferred embodiment, the group III nitride layer epitaxially grown on the plurality of rods may be formed by hydride vapor-phase epitaxy (HVPE).
이때, 상기 단계 c)는 화학적 에칭 또는 기계적 방식에 의하여 수행될 수 있다. In this case, step c) may be performed by chemical etching or mechanical method.
본 발명의 예시적인 구체예에 따르면, 상기 단계 b)는,According to an exemplary embodiment of the invention, step b) is
(i) 상기 호스트 기판 상에 중간층을 형성하는 단계; (i) forming an intermediate layer on the host substrate;
(ii) 상기 중간층에 대한 선택적 에칭을 수행하여 복수의 로드의 패턴에 대응하는 홀을 형성하는 단계; 및(ii) performing selective etching on the intermediate layer to form holes corresponding to the patterns of the plurality of rods; And
(iii) 상기 중간층에 형성된 홀 내에 III족 질화물을 성장시켜 복수의 로드를 형성하는 단계;(iii) growing a group III nitride in the hole formed in the intermediate layer to form a plurality of rods;
를 포함할 수 있다.It may include.
상기 구체예에 있어서, (iv) 상기 복수의 로드 형성 단계에 후속하여(또는 연속하여) 측면 성장 단계를 더 포함시켜, 상기 측면 성장층을 일종의 주형(template)으로 제공함으로써 자립형 기판용 III족 질화물 층의 결함 또는 전위를 추가적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 단계 (ii)는 나노-임프린트법(nano-imprint)을 이용하여 수행될 수 있다.In the above embodiment, (iv) a group III nitride for a self-supporting substrate is provided by further comprising a side growth step subsequent to (or successively) forming the plurality of rods, thereby providing the side growth layer as a kind of template. Defects or dislocations in the layer can be further reduced. Step (ii) may also be performed using nano-imprint.
본 발명의 제2 면에 따르면,According to a second aspect of the invention,
상술한 방법에 따라 제조된 자립형 III족 질화물 기판 및 이를 이용한 전자(또는 광전자) 소자가 제공된다. 이때, 상기 전자 소자는 발광소자(LED), 레이저 다이오드(LD), 트랜지스터 등을 예시할 수 있다.A self-supporting group III nitride substrate prepared according to the above method and an electronic (or optoelectronic) device using the same are provided. In this case, the electronic device may include a light emitting device (LED), a laser diode (LD), a transistor, and the like.
본 발명의 구체예에 따라 제조되는 자립형 III족 질화물 기판은 사파이어 기판과 같은 이종 기판을 사용하는 경우에 비하여 결함(전위) 밀도가 낮을 뿐만 아니라, 그 제조 공정 중 레이저 등에 의한 손상을 억제할 수 있기 때문에 이를 이용한 전자 소자의 품질을 개선할 수 있다. 특히, 호스트 기판으로 III족 질화물 기판을 사용하고, 향후 이를 재사용할 수 있다는 점에서 경제성을 제고할 수 있다. 따라서, 향후 광범위한 상용화가 기대된다.The self-supporting group III nitride substrate prepared according to the embodiment of the present invention has a lower density of defects (dislocations) than the case of using a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate, and can suppress damage caused by a laser or the like during the manufacturing process. Therefore, it is possible to improve the quality of the electronic device using the same. In particular, the Group III nitride substrate can be used as the host substrate, and the economic efficiency can be improved in that it can be reused in the future. Therefore, broad commercialization is expected in the future.
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 자립형 III족 질화물 기판의 제작 공정을 개략적으로 도시하는 공정 흐름도이고;
도 2(a) 내지 도 2(i)는 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 자립형 III족 질화물 기판의 제작 순서를 순차적으로 도시하는 도면이고;
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 자립형 III족 질화물 기판의 제작 과정 중 중간층 내에 복수의 홀의 패턴이 형성된 단면을 도시하는 사시도이고; 그리고
도 4은 본 발명의 일 구체예에 따라 얻어진 자립형 III족 질화물 기판을 LED 소자에 적용한 예를 도시하는 도면이다.1 is a process flow diagram schematically illustrating a manufacturing process of a self-supporting group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention;
2 (a) to 2 (i) are diagrams sequentially showing a fabrication procedure of a self-supporting group III nitride substrate according to an exemplary embodiment of the present invention;
3 is a perspective view illustrating a cross section in which a plurality of holes are formed in an intermediate layer during a fabrication process of a self-supporting group III nitride substrate according to one embodiment of the present invention; And
4 is a diagram showing an example in which a self-supporting Group III nitride substrate obtained in accordance with one embodiment of the present invention is applied to an LED device.
본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. The present invention can all be achieved by the following description. The following description is to be understood as describing preferred embodiments of the invention, but the invention is not necessarily limited thereto.
또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위하여 실제 층의 두께(또는 높이) 또는 다른 층과의 비율에 비하여 다소 과장되게 표현된 것일 수 있으며, 그 의미는 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.In addition, the accompanying drawings may be somewhat exaggerated relative to the thickness (or height) of the actual layer or the ratio with other layers to facilitate understanding, the meaning of which will be appropriately understood by the specific purpose of the related description to be described later Can be.
본 명세서에 있어서, "상에" 및 "위에"라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것으로서, 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층 또는 구성 요소가 개재되거나 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 이와 유사하게, "하측에", "하부에", "아래에" 및 "사이에"라는 표현 역시 위치에 대한 상대적 개념으로 파악될 수 있을 것이다. In this specification, the expressions "on" and "on" are used to refer to the concept of relative location, where other components or layers are directly present in the layers mentioned, as well as other layers in between. Or it may be understood that the component may be interposed or present. Similarly, the expressions "below", "below", "below" and "between" may also be understood as a relative concept of position.
본 명세서에 있어서, "III족 질화물"은 주기율표 상의 III족 원소와 질소에 의하여 형성된 반도체 화합물을 의미할 수 있다. 이러한 III족 원소의 예로서, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 예시할 수 있고, 이들의 단독 또는 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, GaN, AlN, InN, AlGaN, AlInN, GaInN, AlInGaN 등을 포함하는 개념으로 이해할 수 있다. 이를 일반화하면, 상기 III족 질화물은 예시적으로 하기 일반식 1로 표시 가능하다.In the present specification, "Group III nitride" may refer to a semiconductor compound formed of a group III element on the periodic table and nitrogen. As an example of such a group III element, aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), or the like can be exemplified, and these can be included alone or in combination of two or more. Therefore, it can be understood as a concept including GaN, AlN, InN, AlGaN, AlInN, GaInN, AlInGaN and the like. Generalizing this, the group III nitride can be represented by the following general formula (1).
[일반식 1][Formula 1]
AlxInyGa1-x-yNAl x In y Ga 1-xy N
상기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 및 0≤x+y≤1이다.In the above, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, and 0 ≦ x + y ≦ 1.
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 자립형 III족 질화물 기판의 제작 공정을 개략적으로 도시하는 공정 흐름도이다.1 is a process flow diagram schematically illustrating a manufacturing process of a self-supporting group III nitride substrate according to an embodiment of the present invention.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 먼저 호스트 기판으로서 III족 질화물계 기판을 제공한다(공정 A). As shown in the figure, first, a group III nitride-based substrate is provided as a host substrate (step A).
이때, 이러한 호스트 기판은 최종적으로 얻고자 하는 자립형 III족 질화물 기판과 동일한 조성을 갖는 것이 양호한 호모 에피탁시 특성을 구현하는데 적합할 수 있다. 또한, 상기 III족 질화물계 호스트 기판은 당업계에서 알려진 암열 방법(ammonothermal method) 또는 이종 기판(사파이어 기판) 상에 HVPE에 의하여 후막 형태로 성장시켜 제조된 것일 수 있는 바, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, such a host substrate may be suitable to implement good homo epitaxy properties having the same composition as the self-supporting group III nitride substrate to be finally obtained. In addition, the Group III nitride-based host substrate may be prepared by growing in the form of a thick film by HVPE on a dark thermal method (ammonothermal method) or a different substrate (sapphire substrate) known in the art, the present invention is necessarily limited thereto It doesn't happen.
본 발명에 따른 구체예에 있어서, 호스트 기판은 에피탁시 층의 성장면을 제공할 수 있기 때문에 가급적 결함(예를 들면, 관통 전위) 밀도가 낮은 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 구체예에서 III족 질화물계 호스트 기판의 결함 밀도는 약 106/㎠ 이하, 더 나아가 약 105/㎠ 이하일 수 있다. 이와 관련하여, 호스트 기판은, 후속 공정(예를 들면, 리프트 오프 공정, 마감 공정 등) 중 외부로부터의 물리적 또는 화학적 환경을 견디는데 적당한 내구성 및 기계적 강도를 확보할 수 있는 두께를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명이 특정 두께로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 100 내지 1,000㎛, 보다 구체적으로 약 200 내지 500㎛ 범위이면 적당할 수 있다. 이외에도, 상기 호스트 기판의 사이즈(또는 직경)는 상용화에 적합하도록 적어도 약 2 인치, 보다 구체적으로는 적어도 약 2 내지 4 인치일 수 있다. 상기 수치 범위는 예시적인 목적으로 기술되는 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다. In the embodiment according to the invention, it is preferred that the host substrate be as low as possible in defect (eg, through dislocation) density because it can provide a growth surface of the epitaxy layer. For example, in this embodiment, the defect density of the group III nitride-based host substrate may be about 10 6 / cm 2 or less, and further, about 10 5 / cm 2 or less. In this regard, it may be desirable for the host substrate to have a thickness that ensures adequate durability and mechanical strength to withstand the physical or chemical environment from the outside during subsequent processes (eg, lift-off process, finishing process, etc.). Can be. Although the present invention is not limited to a specific thickness, it may be suitable, for example, in the range of about 100 to 1,000 μm, more specifically about 200 to 500 μm. In addition, the size (or diameter) of the host substrate may be at least about 2 inches, more specifically at least about 2 to 4 inches to be suitable for commercialization. The above numerical ranges are described for illustrative purposes, and it is obvious that the present invention is not limited thereto.
그 다음, 복수의 로드 위에 III족 질화물의 에피탁시 성장층을 호스트 기판 상에 형성하는 단계가 수행된다(공정 B).Then, forming an epitaxial growth layer of group III nitride on the host substrate over the plurality of rods (step B).
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 공정은 크게 패턴화-에칭-성장(재성장) 과정을 통한 로드 형성 단계 및 향후 자립형 기판용 에피탁시 성장된 III족 질화물 층의 성장 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the process may include a step of forming a rod through a patterning-etching-growth (regrowth) process and a step of growing a III-nitride layer grown on epitaxy for a freestanding substrate in the future. .
상기 구체예의 예시적인 로드 형성 단계는 호스트 기판 상에 중간층(예를 들면, 실리콘계 유전성 재질)을 형성한 다음, 이를 패턴화-에칭을 통하여 그 내부에 홀을 형성하고, 상기 홀 내에 III족 질화물을 성장시키는 방식으로 수행될 수 있다. 더 나아가, 로드 형성 단계에 후속하여(또는 연속하여) 측면 성장 단계를 더 포함시켜, 상기 측면 성장층을 일종의 주형(template)으로 제공함으로써 그 상측에서 성장하는 III족 질화물 층의 결함 또는 전위를 추가적으로 감소시킬 수 있다. An exemplary rod forming step of the above embodiment forms an intermediate layer (e.g., silicon-based dielectric material) on a host substrate, and then forms a hole therein through patterning-etching, thereby forming group III nitride in the hole. It may be carried out in a growing manner. Furthermore, further comprising a lateral growth step subsequent to (or successively) the rod forming step, thereby providing defects or dislocations of the group III nitride layer growing thereon by providing the lateral growth layer as a kind of template. Can be reduced.
본 발명의 구체예에 있어서, 복수의 로드는 패턴 원리에 따라 소위 "top-down" 방식 또는 "bottom-up" 방식으로 형성될 수 있는 바, 본 발명이 반드시 특정 방식으로 한정되는 것은 아니다. 다만, 후자에 의하는 것이 III족 질화물 재질로 로드를 형성함으로써 상대적으로 간편하게 후속 기판의 분리 공정을 수행할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the plurality of rods may be formed in a so-called "top-down" or "bottom-up" manner according to the pattern principle, and the present invention is not necessarily limited to a specific manner. However, the latter may be advantageous in that a rod may be formed of a III-nitride material so that the subsequent substrate separation process may be performed relatively simply.
후속 단계로서, 복수의 로드를 제거함으로써 상기 로드의 상측 및 하측 각각에 위치하는 에피탁시 성장된 III족 질화물 층 및 호스트 기판을 분리한다(공정 C). As a subsequent step, the epitaxially grown group III nitride layer and the host substrate located on each of the upper and lower sides of the rod are removed by removing the plurality of rods (step C).
바람직한 구체예에 있어서, 상기 복수의 로드는 화학적 에칭 또는 기계적 방식에 의하여 제거될 수 있다. 또한, 상기 분리된 자립형 기판용 III족 질화물 층은 선택적으로 후속 마감 공정, 예를 들면 래핑(lapping) 및/또는 폴리싱(polishing) 등을 추가 수행할 수 있다. 분리된 호스트 기판의 경우, 공정 A의 호스트 기판으로 재사용될 수 있는 바, 필요에 따라서는 래핑 및/또는 폴리싱 공정을 추가 수행할 수 있다. In a preferred embodiment, the plurality of rods may be removed by chemical etching or mechanical manner. In addition, the separated group III nitride layer for free-standing substrates may optionally be further subjected to subsequent finishing processes, such as lapping and / or polishing. In the case of a separate host substrate, it can be reused as the host substrate of the process A, and the lapping and / or polishing process can be further performed as necessary.
도 2(a) 내지 도 2(i)는 본 발명의 예시적인 구체예에 따른 자립형 III족 질화물 기판의 제작 순서를 순차적으로 도시하는 도면이다. 2 (a) to 2 (i) are diagrams sequentially showing a fabrication procedure of a self-supporting group III nitride substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2(a)에서는 전술한 바와 같이 호스트 기판으로서 III족 질화물 기판(101)이 제공된다. In FIG. 2A, a group
그 다음, 상기 호스트 기판(101) 상에 중간층(102)을 형성한다. 상기 중간층(102)으로서 바람직하게는 하부층에 영향을 주지 않고, 패턴을 용이하게 형성하며, 그리고 추후 쉽게 제거할 수 있는 재질, 예를 들면 유전(dielectric) 물질, 구체적으로 실리콘계 유전 물질을 사용할 수 있다. 이러한 재질로서, 대표적으로 SiO2, SiNx(예를 들면, Si3N4) 등을 예시할 수 있다. Next, an
상기 층은 공지의 방법, 예를 들면 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)에 의하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 중간층(102)은, 예를 들면 약 0.1 내지 10㎛, 구체적으로는 약 0.5 내지 5㎛, 보다 구체적으로는 약 0.8 내지 1.5 ㎛ 범위의 두께로 형성할 수 있다.The layer can be formed by known methods, such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). In this case, the
후속적으로, 도 2(c) 내지 도 2(e)에 도시된 바와 같이 중간층(102) 내에 추후 III족 질화물 재질의 로드가 성장될 수 있는 공간을 마련하는 패턴화 및 에칭 단계를 수행한다. Subsequently, as shown in FIGS. 2 (c) to 2 (e), a patterning and etching step is performed to provide a space in which the rod of the III-nitride material can be grown later in the
이를 위하여, 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography), 집속이온빔리소그래피(focused ion beam lithography), 나노 임프린트법(nano-imprint), 산화 알루미늄 피막 마스크(anodic aluminum oxide mask) 형성법, SiO2 나노 파티클을 이용한 마스크 형성법, 자기 응집성 금속 마스크법(self-assembled metal mask) 등과 같이 당업계에서 알려진 원리를 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 중간층(102)에 약 50 내지 1,000㎚, 보다 구체적으로 약 100 내지 500㎚ 정도의 홀 패턴 형성이 가능한 방식을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. To this end, electron-beam lithography, focused ion beam lithography, nano-imprint, anodized aluminum oxide mask formation, and masks using SiO 2 nanoparticles Principles known in the art may be used, such as formation methods, self-assembled metal masks, and the like. In this regard, it may be desirable to use a method in which the hole pattern may be formed in the
본 발명의 예시적인 구체예에 따르면, 상대적으로 간편하고 로드를 균일하게 분포시킬 수 있어 추후 기판 분리 공정(특히, 기계적 분리 공정)에서 용이성 및 분리 효율성을 높일 수 있는 나노-임프린트의 원리를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the use of the principle of nano-imprint, which is relatively simple and can evenly distribute the load, can increase the ease and separation efficiency in a later substrate separation process (especially a mechanical separation process). It may be desirable.
비록 본 발명이 다른 방식을 배제하는 것은 아니지만, 이하에서는 나노-임프린트 원리를 중심으로 기술하기로 한다.Although the present invention does not exclude other approaches, the following description will focus on the nano-imprint principle.
이러한 나노-임프린트로는 예를 들면, 열 임프린트 방식, UV 임프린트 방식 등이 알려져 있으며, 이의 원리를 적용한 예(열 임프린트 방식)를 다음과 같이 설명할 수 있는 바, 이는 예시적인 것으로 본 발명이 이에 한정되지 않음은 명확하다:As such nano-imprint, for example, a thermal imprint method, a UV imprint method and the like are known, and an example (thermal imprint method) to which the principle is applied can be described as follows. Not limited is clear:
먼저, 중간층(102) 상에 열경화성 수지층(103)을 스핀 코팅 등의 알려진 방법에 따라 도포한다. 그 다음, 전자빔 리소그래피, 집속이온빔 리소그래피 등을 이용하여 제작된 몰드(예를 들면, 실리콘 몰드)를 상기 열경화성 수지층(103) 상에 위치시킨다. 이후, 약 500 내지 2000 psi로 가압하기까지 상기 열경화성 수지층(103)이 충분한 유동성을 갖도록 유리전이온도 이상의 온도(전형적으로, 유리전이온도보다 약 140 내지 180 ℃ 높은 온도)에서, 예를 들면 약 160 내지 170 ℃에서 약 1 내지 10 분 동안 가열한 다음, 몰드를 냉각하여(예를 들면, 상온으로) 몰드의 요철 패턴이 전사된 열경화성 수지층(103)으로부터 몰드를 분리시킨다. 이때, 몰드의 볼록부에 상당하는 부분이 중간층(102) 위에 얇은 막 형태(도시되지 않음)로 잔류할 수 있는 바, 반응성 이온 에칭법(reactive ion etching; RIE) 등의 공지된 에칭 테크닉에 의하여 이를 제거할 수 있다. First, the
그 결과, 중간층(102) 상의 열경화성 수지층(103) 내에 복수의 홀(103') 패턴이 형성되는 바, 도면에서는 원형의 홀 패턴을 도시하고 있으나, 다양한 형상의 홀 패턴도 가능하다. 또한, 홀과 홀의 간격은 홀의 크기에 따라서 상이할 수 있으나, 전형적으로 약 1 내지 10 ㎛ 범위이면 족하다. 상기 구체예의 경우, 반드시 홀 패턴으로 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상 또는 패턴으로 로드를 형성할 수 있으면 특별히 한정되는 패턴이면 족하다. 이때, 후속 공정에서 중간층 부위를 제거 할 수 있도록 패턴과 패턴 사이에 공간이 있는 형태이면 바람직할 것이다.As a result, a plurality of hole 103 'patterns are formed in the
상술한 바와 같이 중간층(102) 상에 형성된 열경화성 수지층(103)내의 홀 패턴(103')에 대하여 에칭을 수행하는데, 이때 홀 패턴이 형성되지 않은 열경화성 수지층 영역이 에칭에 대한 마스크로 기능한다. 에칭 방법으로는 건식 에칭 방법을 이용하는 것이 바람직한 바, 예를 들면 반응성 이온 에칭법(RIE), 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 에칭(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICP-RIE), 화학적 이온 빔 에칭(chemically assisted ion beam etching; CAIBE) 등을 이용할 수 있다. As described above, etching is performed on the hole pattern 103 'in the
이와 같이 열경화성 수지 층 내의 홀 패턴(103')에 따라 중간층(102)에 대한 에칭(바람직하게는 중간층의 하단 깊이까지)을 실시한다. 이후, 마스크로 남아 있는 열경화성 수지 영역을 알코올, 아세톤 등의 공지의 물질을 이용하여 용해 제거할 수 있다. 그 결과, 도 2(e) 및 도 3에 도시된 바와 같이 중간층(102) 내에 복수의 홀(104)의 패턴이 형성된다. 이때, 홀(104)은 이론적으로는 마스크로 작용하는 열경화성 수지 층 내의 홀(103')과 실질적으로 동등한 치수를 갖게 된다. Thus, the etching (preferably to the bottom depth of the intermediate | middle layer) of the intermediate |
상술한 에칭 공정에 있어서, ICP-RIE 방식을 이용할 경우, 에칭 조건은 예시적으로 하기 표 1과 같이 설정할 수 있다.In the above-described etching process, when the ICP-RIE method is used, the etching conditions can be set as shown in Table 1 below.
중간층 두께: 1 ㎛
Interlayer Thickness: 1 μm
다음 단계로서, 도 5(f)에 도시된 바와 같이, 복수의 홀(104) 내에 III족 질화물을 성장시킴으로써 홀에 의하여 경계가 정하여지는(또는 홀에 대응하는) 로드(105)를 형성한다. As a next step, as shown in Fig. 5 (f), by growing group III nitride in the plurality of
상기 구체예에 있어서, 통상의 층 성장 기술, 예를 들면 MOCVD, HVPE, MBE 등을 이용하여 성장시킬 수 있는 바, 일 예에서는 보다 양호한 품질을 확보하기 위하여 MOCVD를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. In the above embodiment, it can be grown using conventional layer growth techniques such as MOCVD, HVPE, MBE, etc. In one example, it may be desirable to use MOCVD to ensure better quality.
상술한 바와 같이, 하측의 III족 질화물계 호스트 기판(101)을 일종의 시드(seed)로 하여 홀(104) 내에서 III족 질화물을 성장시켜 로드(105)를 형성한다. 더 나아가 추후 자립형 기판으로 성장하는 질화물 층의 결함 또는 전위를 감소하기 위하여, 선택적으로 후속 에피탁시 측면 성장(epitaxial lateral growth; ELO) 공정을 통하여 중간층(102) 상에 III족 질화물 층을 형성할 수 있는 바, 도 5(f)에서는 이러한 III족 질화물의 측면 성장층(106)을 도시한다. As described above, the
ELO 공정의 경우, 중간층(102)에 있어서, 홀(104)이 일종의 "원도우(window) 영역"으로 작용하는 한편, 홀 이외의 영역이 "윙(wing) 영역"으로 작용한다. In the ELO process, in the
따라서, 홀(104) 내에서 III족 질화물은 시간 경과에 따라 홀을 충진하며 성장하고, 점차 마스크에 상당하는 윙 영역 위로 측면 성장할 수 있다. 그 결과, 측면 성장된 III족 질화물 층(106)은 결함이 현저히 감소된 고품질의 결정 특성을 갖게 된다. 이때, 홀(104) 내에서의 로드 성장 및 측면 성장(ELO)은 연속적인 단일 공정으로 수행되는 것이 바람직할 수 있다.Accordingly, group III nitride in the
상기 측면 성장층(106)은 일종의 주형(template)으로 작용하는 바, 측면 성장층의 개선된 특성의 미세 구조가 그 상측에 성장하는 에피탁시 III족 질화물 층에 재현될 수 있다. 이와 관련하여, 측면 성장층(106)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 0.5 내지 10㎛, 보다 구체적으로는 약 1 내지 3㎛ 범위일 수 있다. The
상기 로드의 형성 및 측면 성장 공정에서 공급되는 Ga 소스(예를 들면, 트리메틸갈륨, 트리에틸갈륨 등)의 유속은 약 50 내지 100 sccm 범위일 수 있다. 또한, 상술한 공정은 약 1,000 내지 1200oC의 온도(고온 성장) 및 약 200 내지 600mTorr의 압력 하에서 약 50 내지 100분 동안 수행할 수 있는 바, 이는 예시적인 의미로 이해되어야 하며 재질, 로드의 형상 및 치수, 측면 성장층의 치수 등에 따라 변경가능하다.The flow rate of the Ga source (eg, trimethylgallium, triethylgallium, etc.) supplied in the rod formation and lateral growth process may range from about 50 to 100 sccm. In addition, the above-described process can be carried out for about 50 to 100 minutes under a temperature (high temperature growth) of about 1,000 to 1200 o C and a pressure of about 200 to 600 mTorr, which should be understood in an exemplary manner and the material, rod It can be changed depending on the shape and dimensions, the dimensions of the side growth layer and the like.
상술한 공정의 예시적인 조건을 하기 표 2와 같이 설정할 수 있다.Exemplary conditions of the above-described process may be set as shown in Table 2 below.
도 2(g)는 본 발명의 구체예에 있어서 측면 성장된 III족 질화물 층(106) 상에 에피탁시 성장된 III족 질화물 층(107)이 형성된 상태를 도시하는 도면이다.FIG. 2 (g) shows a state in which an epitaxially grown Group
상기 III족 질화물 층(107)은 자립형 기판에 적합하도록 후막(thick film)의 에피탁시 성장층으로 형성되는 것이 바람직한 바, 그 두께는 예를 들면 적어도 약 300㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로는 약 100 내지 500 ㎛ 범위일 수 있다. 상기 수치 범위는 예시적으로 이해되어야 하며, 장래 용도에 따라 치수 등은 다양하게 변경될 수 있다.The group
상기 III족 질화물 층(107)은 후속 리프트 오프 공정을 통하여 로드 하측의 호스트 기판과 분리되어 향후 LED, LD, 트랜지스터 등의 전자(또는 광전자) 소자의 제조용 기판(예를 들면, 성장용 기판)으로 사용될 수 있다. The group
이를 위하여, 당업계에서 알려진 통상의 성장 기술이 이용될 수 있는 바, MOCVD 또는 MBE는 고품질의 에피탁시 층을 성장시키는데 유리하기는 하나, 상대적으로 고비용이 소요될 뿐만 아니라 성장 속도가 낮다. 반면, HVPE는 상대적으로 성장 비용이 상대적으로 저렴하고, 특히 성장 속도가 높기 때문에 후막의 성장층을 제조하는데 적합하다. 본 구체예가 특정 성장 기술로 한정되는 것은 아니지만, 상술한 점을 감안하면 HVPE를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 선택적으로, 성장에 앞서 전술한 바와 같이 질화 처리 등과 같은 전처리 과정을 수행할 수 있다.To this end, conventional growth techniques known in the art can be used, where MOCVD or MBE is advantageous for growing a high quality epitaxy layer, but at a relatively high cost as well as low growth rate. HVPE, on the other hand, has a relatively low growth cost and is particularly suitable for manufacturing thick growth layers because of its high growth rate. Although this embodiment is not limited to specific growth techniques, it may be desirable to use HVPE in view of the foregoing. Also, optionally, a pretreatment process such as nitriding may be performed as described above prior to growth.
이와 관련하여, HVPE를 이용하여 후막의 III족 질화물 층을 형성하는 예는 다음과 같이 설명할 수 있다:In this regard, an example of forming a thick group III nitride layer using HVPE can be described as follows:
통상적으로 2단 온도구배를 갖는 수평형 반응기 내에 약 600 내지 1000 ℃의 온도 영역에 Ga을 놓고, 타겟을 성장 영역(약 800 내지 1200 ℃의 온도) 내에 위치시킨다. 석영 용기에 놓인 Ga 및 HCl 가스(공급 속도: 각각 약 10 내지 1000 sccm 및 약 100 내지 1000 sccm)를 반응시켜 합성된 GaCl을 캐리어 가스(예를 들면, 질소 가스; 공급 속도: 약 1000 내지 3000 sccm)와 함께 타겟에 공급하고 별도의 석영판을 거쳐 암모니아 가스(공급 속도: 약 1000 내지 5000 sccm)를 상기 타겟이 위치하는 영역에 공급한다. 그 결과, 하기 반응식 1과 같이 타겟 위에 성장하게 된다.Ga is typically placed in a temperature range of about 600 to 1000 ° C. in a horizontal reactor having a two-stage temperature gradient and the target is placed in a growth area (temperature of about 800 to 1200 ° C.). GaCl synthesized by reacting Ga and HCl gas (feed rate: about 10-1000 sccm and about 100-1000 sccm, respectively) placed in a quartz vessel was converted into a carrier gas (eg, nitrogen gas; feed rate: about 1000-3000 sccm). ) And ammonia gas (feed rate: about 1000 to 5000 sccm) is supplied to the target location through a separate quartz plate. As a result, it grows on the target as in Scheme 1 below.
[반응식 1]Scheme 1
GaCl+NH3 → GaN+HCl+H2 (GaN 성장의 경우)GaCl + NH 3 → GaN + HCl + H 2 (for GaN growth)
전술한 HVPE 공정 중 구체적인 조건은 하기 표 3과 같이 예시할 수 있다.Specific conditions of the above-described HVPE process can be illustrated as shown in Table 3.
성장층 두께: 300㎛
Growth layer thickness: 300㎛
상술한 바와 같이 후막 형태로 성장한 III족 질화물 층은 후막으로서 성장 두께의 증가에 따라 수개의 전위와 같은 결함이 하나로 모여 그 수가 감소되기 때문에 질화물계 호스트 기판에 비하여 개선된 특성을 나타낼 수 있다. 더 나아가, 결함 밀도 등이 감소된 측면 성장층을 주형으로 이용할 경우, 보다 고품질의 III족 질화물 층을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 III족 질화물 층(107)은, 예를 들면 약 105/㎠보다 상당히 낮은 수준까지 전위 밀도를 낮출 수도 있다.As described above, the III-nitride layer grown in the thick film form is a thick film, and as the growth thickness increases, the number of defects such as dislocations may be gathered into one and the number thereof may be reduced, thereby exhibiting improved characteristics as compared with the nitride host substrate. Further, when the side growth layer having reduced defect density or the like is used as a mold, a higher quality group III nitride layer can be obtained. In this case, the III-
도 2(h)는 본 발명의 구체예에 있어서 중간층 부위가 제거되어 복수의 로드가 노출된 상태를 도시하는 도면이다.Figure 2 (h) is a view showing a state in which a plurality of rods are exposed by removing the intermediate layer portion in the embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 후막의 III족 질화물 층이 형성된 후에는 하측의 로드를 둘러싸고 있는 중간층(102) 영역만을 가급적 선택적으로 제거하고 로드(105)를 노출시킨다. As shown, after the thick III-nitride layer is formed, only the region of the
이를 위하여, 당업계에서 알려진 화학적(습식 에칭) 제거 방법을 이용할 수 있는 바, 예를 들면, HF, 버퍼 산화에칭(Buffered Oxide Etchant, HF+NH4F 혼합물; BOE) 등을 사용할 수 있다. 예를 들면, BOE를 사용할 경우, 통상 상온에서 약 5 내지 60 분이면 로드 사이에 존재하는 중간층 부위를 제거할 수 있다.To this end, chemical (wet etch) removal methods known in the art may be used, for example HF, Buffered Oxide Etchant (HF + NH 4 F mixture; BOE) and the like. For example, when using BOE, it is possible to remove the interlayer portion present between the rods in about 5 to 60 minutes at normal room temperature.
도 2(i)는 전 단계에서 노출된 복수의 로드(105)를 제거함으로써 상측의 III족 질화물의 측면 성장층(106) 또는 에피탁시 성장된 III족 질화물 층(107)과 하측의 호스트 기판(101)이 서로 분리된 상태를 도시하는 도면이다.2 (i) shows the
본 구체예의 경우, 종래 기술에 따른 레이저 리프트 오프 방식이 주변층에 손상을 가할 수 있다는 점을 고려하여, 간단히 화학적 또는 기계적 방식에 의하여 로드(또는 로드와 측면 성장층)를 제거할 수 있다. 이처럼, 본 발명에 의하여 제공되는 구체예의 장점 중 하나로서 레이저 리프트 오프에 국한되지 않고 다양한 분리 방식을 이용할 수 있다는 점을 들 수 있는데, 하기에서 대표적인 화학적 및 기계적 리프트 오프 방식을 각각 기술한다.In this embodiment, considering that the laser lift-off method according to the prior art can damage the peripheral layer, it is possible to simply remove the rod (or rod and side growth layer) by chemical or mechanical methods. As such, one of the advantages of the embodiments provided by the present invention is that it is possible to use a variety of separation schemes, without being limited to laser lift-offs.
(1) 화학적 리프트 오프를 구현하기 위하여, 전형적으로 다양한 습식 에칭 방식을 이용할 수 있다.(1) In order to implement chemical lift off, various wet etching schemes are typically available.
예를 들면, 강산(예를 들면, H3PO4) 또는 가열된(용융된) 강염기(예를 들면, NaOH, KOH 등의 알칼리 염 또는 이의 혼합물)를 이용하여 가급적 신속하게 로드(또는 로드와 측면 성장층)를 제거하는 것이 에칭에 의한 손상을 최대한 억제할 수 있기 때문에 바람직할 수 있다. 용융 알칼리 염을 사용하는 경우, 전형적으로 적어도 약 300℃, 보다 전형적으로 약 300 내지 400℃의 온도 조건 하에서 약 3 내지 30 분, 보다 구체적으로는 약 5 내지 15분 동안 수행되도록 에칭 조건을 설정할 수 있다. For example, using a strong acid (eg H 3 PO 4 ) or a heated (molten) strong base (eg alkali salts such as NaOH, KOH or mixtures thereof), the rod (or rod and It is preferable to remove the side growth layer) since the damage due to etching can be suppressed as much as possible. When using a molten alkali salt, the etching conditions can be set to typically be performed for about 3 to 30 minutes, more specifically about 5 to 15 minutes, under temperature conditions of at least about 300 ° C., more typically about 300 to 400 ° C. have.
택일적으로, 옥살산(oxalic acid) 등의 용액에 시편을 침지한 후, 시편과 백금 상대 전극 간에 약 20 내지 90 볼트(V), 보다 구체적으로는 약 40 내지 70 볼트(V)의 전압을 인가하여 예를 들면 약 5 내지 60 분, 보다 구체적으로는 약 10 내지 30분 동안 에칭을 수행하여 로드를 제거할 수 있다. 이러한 에칭 원리는 APPLIED PHYSICS LETTERS Volume 94, 221907 (2009)에 상세히 언급되어 있으며, 상기 문헌은 본 발명의 참고문헌으로 포함된다. Alternatively, after immersing the specimen in a solution such as oxalic acid, a voltage of about 20 to 90 volts (V), more specifically about 40 to 70 volts (V) is applied between the specimen and the platinum counter electrode. For example, the rod may be removed by etching, for example, for about 5 to 60 minutes, more specifically about 10 to 30 minutes. This etching principle is described in detail in APPLIED PHYSICS LETTERS Volume 94, 221907 (2009), which is incorporated herein by reference.
이외에도, 먼저 시편에 저항성 접촉을 형성하고 반대 전극으로 백금(Pt) 전극을 사용하여 두 전극을 연결한 다음, 희석된 수산화칼륨(KOH) 내에서 화학 전지를 구성한 다음, 자외선을 조사하여 에칭 반응을 유도하는 PEC(photoelectrochemical) 에칭을 적용할 수도 있다. 이때, 에칭 용액의 전해질로서 수산화칼륨 이외에 암모니아, 염산, 인산 등을 사용할 수 있다. In addition, first, a resistive contact is made to the specimen and the two electrodes are connected by using a platinum (Pt) electrode as a counter electrode, and then a chemical cell is formed in diluted potassium hydroxide (KOH), followed by etching with ultraviolet rays. Inducing photoelectrochemical (PEC) etching may be applied. At this time, ammonia, hydrochloric acid, phosphoric acid and the like can be used as the electrolyte of the etching solution in addition to potassium hydroxide.
구체적으로, 수산화칼륨을 사용하는 GaN에 대하여 PEC 에칭을 수행하는 원리를 개략적으로 설명하면 다음과 같다. Specifically, the principle of performing PEC etching on GaN using potassium hydroxide is briefly described as follows.
GaN 표면에 자외선을 조사하면, 정공이 생성되고 이러한 정공들이 표면 쪽으로 이동한다. 이때, 전해질 내의 OH-기가 GaN와 반응하여 Ga2O3로 전환되고, 이는 다시 OH-기와 반응하여 GaO3 3-이 생성된다. 이처럼, 전해질 내의 산화/환원과정을 거처서 GaN 반도체가 습식 에칭되며, 자외선 조사에 의하여 잉여 정공이 공급됨으로써 산화 반응이 촉진되어 에칭 속도가 증가하게 되는 것이다. When ultraviolet light is irradiated on the GaN surface, holes are generated and these holes move toward the surface. At this time, the OH - group in the electrolyte reacts with GaN and is converted into Ga 2 O 3 , which in turn reacts with the OH - group to produce GaO 3 3- . As such, the GaN semiconductor is wet etched through the oxidation / reduction process in the electrolyte, and the excess hole is supplied by ultraviolet irradiation to promote the oxidation reaction, thereby increasing the etching rate.
이와 관련하여, 본 발명이 전술한 방식들로 한정되는 것은 아니며, 예시된 에칭 조건 역시 피에칭물의 특성에 따라 변경 가능하다. 다만, 단시간 내에 다른 층의 손상을 최대한 억제하면서 기판과 성장된 질화물층을 분리할 수 있다는 점에서 용융 알칼리 염을 이용한 화학 에칭 방식이 바람직할 수 있다.In this regard, the present invention is not limited to the above manners, and the illustrated etching conditions may also be changed depending on the characteristics of the etching target. However, a chemical etching method using a molten alkali salt may be preferable in that the substrate and the grown nitride layer may be separated while maximally suppressing damage to another layer in a short time.
(2) 기계적 분리 방식의 경우, 샌드 블라스트(sand blast)를 예시할 수 있는 바, 이는 고압의 공기 흐름에 의한 공기 흡입력을 이용하여 연마제(예를 들면, 약 800 내지 1000 메쉬 범위의 입도)를 흡입시킨 다음, 노즐로부터 흡입된 연마제를 공기와 함께 분사함으로써 연마제가 갖는 입자의 운동 에너지를 이용하여 목적물을 가공하는 방법이다. 예를 들면, 샌드 블라스트 장비를 이용하여 약 10 내지 1000 g/㎠의 압력으로 호스트 기판 후면을 약 1 내지 10 분 동안 샌드 블라스트에 의하여 III족 질화물 층(107)을 분리할 수 있다. (2) In the case of mechanical separation, a sand blast can be exemplified by the use of air suction by high pressure air flow to remove abrasive (e.g., particle size in the range of about 800 to 1000 mesh). After suctioning, the target material is processed using the kinetic energy of the particles of the abrasive by spraying the abrasive sucked from the nozzle with air. For example, the group
상기와 같이 분리된 에피탁시 성장된 III족 질화물 기판(107) 및 호스트 기판(101)은 각각 선택적으로 원하는 치수 또는 표면 성상을 갖도록 후속 처리할 수 있는 바, 대표적으로는 래핑 및/또는 폴리싱(화학적 및/또는 기계적)을 예시할 수 있다. 이외에도, 필요시 당업계에서 알려진 후처리 단계, 예를 들면 에칭(습식 및/또는 건식), 열처리, 가스 분위기(예를 들면, 암모니아) 하에서의 컨디셔닝(conditioning), 및/또는 기타 마감(finishing) 또는 세정 처리를 수행할 수 있다.The epitaxially grown group
본 발명에 따른 구체예의 중대한 장점 중 하나는 상기 자립형 III족 질화물 기판과 분리된 호스트 기판을 신규 자립형 기판의 제조를 위한 호스트 기판으로 재사용할 수 있다는 점이다. 이를 위하여, 예를 들면 분리된 호스트 기판(106)을 약 수 ㎛ 이내(예를 들면, 약 1㎛ 정도)로 폴리싱 장비를 이용하여 바람직한 표면 성상을 갖도록 처리할 수 있다.One of the significant advantages of the embodiment according to the invention is that the host substrate separated from the freestanding group III nitride substrate can be reused as a host substrate for the production of a new freestanding substrate. For this purpose, for example, the separated
본 발명에 따른 구체예에 따라 제조된 자립형 III족 질화물 기판은 현재 널리 사용되고 있는 이종 기판(예를 들면, 사파이어 기판)을 사용하는 경우에 발생하는 헤테로 에피탁시에 의한 불일치(mismatch) 현상을 억제하여 호모 에피탁시 성장에 의한 전자(또는 광전자) 소자의 기판으로 적용할 수 있다. 이러한 전자 소자로의 적용 예로서 대표적으로 LED(light emitting diode), LD(laser diode), 트랜지스터(예를 들면, HEMT) 등을 예시할 수 있다. The self-supporting group III nitride substrate prepared according to the embodiment according to the present invention suppresses the mismatch phenomenon due to hetero epitaxy when using a heterogeneous substrate (for example, a sapphire substrate) that is widely used at present. It can be applied to the substrate of the electronic (or optoelectronic) device by the homo epitaxy growth. As an example of application to such an electronic device, a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a transistor (for example, HEMT), and the like can be exemplified.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따라 얻어진 자립형 III족 질화물 기판을 LED 소자에 적용한 예를 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating an example in which a self-supporting group III nitride substrate obtained in accordance with one embodiment of the present invention is applied to an LED device.
상기 도면에 따르면, LED 소자는 아래로부터 III족 질화물 기판(201), n-형(또는 p-형) 반도체 층(202), 활성층(203) 및 p-형(또는 n-형) 반도체 층(204)의 순으로 구성된다. 또한, 상기 p-형 반도체 층(204)의 상부에는 p-전극(205)이 형성되는 한편, n-형 반도체 층(202)의 노출 면 상에 n-전극(206)이 형성되어 있다. 도시된 층 구성은 예시 목적으로 제공되는 것으로서 다양하게 변형된 구성이 가능하다. According to the figure, the LED element is a group
이와 관련하여, 상기 기판(201) 상에 형성되는 반도체층(202, 204) 및 활성층(203)의 재질은 특별히 한정됨이 없이 당업계에서 LED 제조용으로 알려진 다양한 반도체 물질(III-V, II-VI 등), 예를 들면 GaN, InN, AlN, InP, InS, GaAs, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, AlxGa1-xN, InxGa1-xN, InxGa1-xAs, ZnxCd1-xS 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다(상기에서, 0<x<1). 다만, 호모에피탁시 특성을 효과적으로 구현하기 위하여 III족 질화물을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.In this regard, the materials of the semiconductor layers 202 and 204 and the
또한, 활성층(203)은 예시적으로 GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, InAlGaN 등으로부터 선택되는 적어도 2가지 재질로 이루어질 수 있다. 이 중 에너지 밴드 갭이 작은 물질을 양자우물(quantum well)로 하고, 에너지 밴드 갭이 큰 물질을 양자 배리어(quantum barrier)로 구성할 수 있으며, 단일 또는 다중양자우물구조 모두 가능하다. In addition, the
이외에도, 전기적 인가를 위한 전극(205, 206)의 경우, 예를 들면 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈/금(Ni/Au) 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 전극 패턴 형성을 위하여 당업계에 알려진 방식, 예를 들면 포토레지스트 패턴화-에칭과 같은 통상의 방식이 수행될 수 있다. In addition, for the
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications and variations of the present invention can be readily used by those skilled in the art, and all such variations or modifications can be considered to be included within the scope of the present invention.
101: III족 질화물계 호스트 기판
102: 중간층
103: 열경화성 수지층
103': 열경화성 수지층 내 홀 패턴
104: 중간층 내 홀 패턴
105: 로드
106: 측면 성장층
107: 자립형 기판용 III족 질화물 층
200: LED 소자
210: III족 질화물 기판
202: n-형(또는 p-형) 반도체 층
203: 활성층
204: p-형(또는 n-형) 반도체 층
205: p-전극
206: n-전극101: Group III nitride-based host substrate
102: middle layer
103: thermosetting resin layer
103 ': hole pattern in the thermosetting resin layer
104: hole pattern in the middle layer
105: load
106: lateral growth layer
107: Group III nitride layer for freestanding substrate
200: LED device
210: Group III nitride substrate
202: n-type (or p-type) semiconductor layer
203: active layer
204: p-type (or n-type) semiconductor layer
205 p-electrode
206: n-electrode
Claims (10)
b) 복수의 로드 위에 에피탁시 성장된 III족 질화물 층이 위치하는 구조를 상기 호스트 기판 상에 형성하는 단계; 및
c) 상기 복수의 로드를 제거하여 상기 에피탁시 성장된 III족 질화물 층 및 상기 호스트 기판을 상호 분리시키는 단계;
를 포함하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.a) providing a III-nitride-based host substrate;
b) forming on the host substrate a structure in which a group III nitride layer epitaxially grown over a plurality of rods is located; And
c) removing the plurality of rods to isolate the epitaxially grown Group III nitride layer from the host substrate;
Method for producing a self-supporting group III nitride substrate comprising a.
d) 상기 단계 c)에서 분리된 호스트 기판을 상기 단계 a)의 III족 질화물계 호스트 기판으로 재사용하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.The method of claim 1,
d) reusing the host substrate separated in step c) as a III-nitride-based host substrate of step a);
Method for producing a self-supporting group III nitride substrate further comprising a.
(i) 상기 호스트 기판 상에 중간층을 형성하는 단계;
(ii) 상기 중간층에 대한 선택적 에칭을 수행하여 상기 복수의 로드 패턴에 대응하는 홀을 형성하는 단계;
(iii) 상기 중간층에 형성된 홀 내에 III족 질화물을 성장시켜 복수의 로드를 형성하는 단계;
(iv) 상기 복수의 로드 형성 단계에 후속하여 에피탁시 성장된 III족 질화물 층의 주형으로서 측면 성장층을 형성하는 단계;
(v) 상기 측면 성장층 상에 에피탁시 성장된 III족 질화물 층을 형성하는 단계; 및
(vi) 상기 복수의 로드를 제외한 중간층을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.The method of claim 1, wherein step b)
(i) forming an intermediate layer on the host substrate;
(ii) performing selective etching on the intermediate layer to form holes corresponding to the plurality of rod patterns;
(iii) growing a group III nitride in the hole formed in the intermediate layer to form a plurality of rods;
(iv) forming a lateral growth layer as a template of an epitaxially grown group III nitride layer following the plurality of rod forming steps;
(v) forming an epitaxially grown group III nitride layer on the lateral growth layer; And
(vi) removing the intermediate layer except the plurality of rods;
Method for producing a self-supporting Group III nitride substrate comprising a.
상기 단계 (ii)는 나노-임프린트(nano-imprint)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.The method of claim 3,
Step (ii) is a method of manufacturing a self-supporting Group III nitride substrate, characterized in that carried out using nano-imprint (nano-imprint).
상기 복수의 로드 위에 에피탁시 성장된 III족 질화물 층은 HVPE(hydride vapor-phase epitaxy)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.The method of claim 1,
Group III nitride layer epitaxially grown on the plurality of rods is formed by a hydride vapor-phase epitaxy (HVPE).
상기 에피탁시 성장된 III족 질화물 층의 두께는 적어도 300㎛인 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.The method of claim 1,
And a thickness of the group III nitride layer grown during epitaxy is at least 300 μm.
상기 단계 c)는 화학적 에칭 또는 기계적 방식에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법.The method of claim 1,
Wherein said step c) is carried out by chemical etching or mechanical method.
상기 로드의 사이즈 및 길이는 각각 50 내지 1,000㎚ 및 0.1 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 자립형 III족 질화물 기판의 제조방법. The method of claim 1,
The size and length of the rod is 50 to 1,000nm and 0.1 to 10㎛ respectively manufacturing method of the self-supporting group III nitride substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100092787A KR101112118B1 (en) | 2010-09-24 | 2010-09-24 | Method of manufacturing a self-supporting type III nitride substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100092787A KR101112118B1 (en) | 2010-09-24 | 2010-09-24 | Method of manufacturing a self-supporting type III nitride substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101112118B1 true KR101112118B1 (en) | 2012-02-22 |
Family
ID=45840175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100092787A Active KR101112118B1 (en) | 2010-09-24 | 2010-09-24 | Method of manufacturing a self-supporting type III nitride substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101112118B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050186757A1 (en) | 2004-02-20 | 2005-08-25 | National Chiao Tung University | Method for lift off GaN pseudomask epitaxy layer using wafer bonding way |
KR20080047314A (en) * | 2005-08-29 | 2008-05-28 | 프라이베르게르 컴파운드 마터리얼스 게엠베하 | Method and mask layer for fabricating free-standing semiconductor substrate by semiconductor substrate and hydride-based epitaxy |
-
2010
- 2010-09-24 KR KR1020100092787A patent/KR101112118B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050186757A1 (en) | 2004-02-20 | 2005-08-25 | National Chiao Tung University | Method for lift off GaN pseudomask epitaxy layer using wafer bonding way |
KR20080047314A (en) * | 2005-08-29 | 2008-05-28 | 프라이베르게르 컴파운드 마터리얼스 게엠베하 | Method and mask layer for fabricating free-standing semiconductor substrate by semiconductor substrate and hydride-based epitaxy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI445052B (en) | Growth of indium gallium nitride (InGaN) on porous gallium nitride (GaN) templates by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) | |
US8859399B2 (en) | Method of at least partially releasing an epitaxial layer | |
CN101764185B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
US8118934B2 (en) | Non-polar III-V nitride material and production method | |
CN1996626B (en) | Nitride-based light emitting devices and methods of manufacturing the same | |
US20120187444A1 (en) | Template, method for manufacturing the template and method for manufacturing vertical type nitride-based semiconductor light emitting device using the template | |
US9905727B2 (en) | Fabrication of thin-film devices using selective area epitaxy | |
US20090079034A1 (en) | Non-polar iii-v nitride semiconductor and growth method | |
US20120161151A1 (en) | Solid state lighting devices and associated methods of manufacturing | |
US7646027B2 (en) | Group III nitride semiconductor stacked structure | |
CN115244717A (en) | Semiconductor structure and method of manufacture | |
CN101752487A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US20110272703A1 (en) | Semiconductor device, light emitting device and method for manufacturing the same | |
KR20120079392A (en) | A method for manufacturing semiconductor light emitting device | |
JP5979547B2 (en) | Epitaxial wafer and method for manufacturing the same | |
US20190157069A1 (en) | Semipolar amd nonpolar light-emitting devices | |
JP4996448B2 (en) | Method for creating a semiconductor substrate | |
KR20110107618A (en) | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method | |
KR101354491B1 (en) | Method for preparing high efficiency Light Emitting Diode thereof | |
WO2017101520A1 (en) | Nitride bottom layer and manufacturing method therefor | |
KR101245509B1 (en) | Method for preparing porous substrate and light emitting diode thereof | |
KR101373398B1 (en) | Method for preparing high efficiency Light Emitting Diode thereof | |
KR20140028572A (en) | Non-polar substrate having hetero-structure and method for manufacturing the same, nitride-based light emitting device using the same | |
JP5946333B2 (en) | Group III nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101112118B1 (en) | Method of manufacturing a self-supporting type III nitride substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20100924 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20111031 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20111229 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20120127 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20120130 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150127 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150127 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151223 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20151223 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161228 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20161228 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171218 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20171218 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181227 Year of fee payment: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20181227 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200110 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20201218 Start annual number: 10 End annual number: 10 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20211228 Start annual number: 11 End annual number: 11 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20221222 Start annual number: 12 End annual number: 12 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20241120 Start annual number: 14 End annual number: 14 |