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KR20070014711A - Manufacturing process of nitride substrate and nitride substrate by the process - Google Patents

Manufacturing process of nitride substrate and nitride substrate by the process Download PDF

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KR20070014711A
KR20070014711A KR20050069576A KR20050069576A KR20070014711A KR 20070014711 A KR20070014711 A KR 20070014711A KR 20050069576 A KR20050069576 A KR 20050069576A KR 20050069576 A KR20050069576 A KR 20050069576A KR 20070014711 A KR20070014711 A KR 20070014711A
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KR
South Korea
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nitride
buffer layer
substrate
temperature
grown
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Inventor
신종언
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엘지전자 주식회사
엘지이노텍 주식회사
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Abstract

A method for fabricating a nitride-based substrate is provided to enlarge the size of grains by growing a buffer layer while increasing pressure and temperature. A heat treatment is performed on a substrate. A buffer layer is grown on the substrate while pressure and temperature is increased wherein the pressure is increased from an initial growth pressure falling within a scope of 10~750 torr and the temperature is increased from an initial growth temperature falling within a scope of 400~800 deg.C. A nitride-based thin film is grown on the nitride-based buffer layer wherein the size of the grains of the nitride-based buffer layer is greater than that of the grains deposited initially.

Description

질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판{Manufacturing Process of Nitride Substrate And Nitride Substrate by the Process}Nitride Substrate Manufacturing Method and Nitride Substrate

도 1은 종래 기술에 따라 기판 상부에 성장된 질화물층의 모식 단면도이고,1 is a schematic cross-sectional view of a nitride layer grown on a substrate according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따라 기판 상부에 성장된 버퍼층 및 질화물층의 모식 단면도이고,2 is a schematic cross-sectional view of a buffer layer and a nitride layer grown on a substrate according to the prior art,

도 3은 종래 기술에 따라 질화물층 성장시 시간에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프이고,3 is a graph showing a change in temperature with time during growth of a nitride layer according to the prior art;

도 4는 일반적인 질화물 막의 결정학적 특성을 보여주는 단면도이고, 4 is a cross-sectional view showing the crystallographic characteristics of a general nitride film,

도 5는 본 발명에 따라 기판 상부에 성장된 버퍼층의 모식 단면도이고,5 is a schematic cross-sectional view of the buffer layer grown on the substrate according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따라 기판 상부에 성장된 버퍼층 및 질화물 막의 모식 단면도이고,6 is a schematic cross-sectional view of a buffer layer and a nitride film grown on a substrate according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따라 버퍼층 및 질화물 막 성장시 시간에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프이고,7 is a graph showing a change in temperature with time when a buffer layer and a nitride film are grown according to the present invention;

도 8은 종래 기술에 따른 버퍼층의 그레인(grain) 크기를 보여주는 확대 사시도이고,8 is an enlarged perspective view showing the grain size of the buffer layer according to the prior art;

도 9는 본 발명에 따른 버퍼층의 그레인(grain) 크기가 증가 되었음을 보여 주는 확대 사시도이다. 9 is an enlarged perspective view showing that the grain size of the buffer layer according to the present invention is increased.

**도면의 주요부분에 대한 간단한 설명**** Brief description of the main parts of the drawing **

1: 기판 2: 버퍼층1: substrate 2: buffer layer

3: 질화물 막3: nitride membrane

본 발명은 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판에 관한 것으로, 특히 기판 위에 질화물계 버퍼층을 압력과 온도를 증가시키면서 성장시키는 제1단계; 상기 질화물계 버퍼층 위에 질화물계 박막층을 성장시키는 제2단계를 거치는 것으로, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 질화물계 기판 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판이다.The present invention relates to a nitride-based substrate manufacturing method and a nitride-based substrate according to the above, in particular a first step of growing a nitride-based buffer layer on the substrate while increasing the pressure and temperature; The second step of growing a nitride-based thin film layer on the nitride buffer layer, the nitride-based substrate manufacturing method and the grain size of the nitride-based buffer layer is larger than the initial deposited size and is manufactured by such a method A nitride substrate.

최근, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체를 이용한 광 소자 및 전자 소자는 이미 많은 개발이 되어 있고, 실제로 자외선 또는 가시광선 영역의 LD와 LED는 여러 분야에 응용되고 있으며, 앞으로도 그 사용 용도가 더 넓어지고 있다. 질화물계 화합물 반도체는 청색 반도체 레이저 등 반도체 장치의 재료로서 이용되고 있으며, 질화물 계 화합물 반도체를 이용한 반도체 장치의 신뢰성 향상과 성능 향상에는 결정성이 우수한 질화물계 화합물 반도체를 기판상에 성장시키는 것이 필요 불가결하다. In recent years, optical devices and electronic devices using III-V nitride semiconductors have already been developed, and in fact, LD and LEDs in the ultraviolet or visible light range have been applied to various fields, and their use has become wider in the future. . Nitride-based compound semiconductors are used as materials for semiconductor devices such as blue semiconductor lasers, and in order to improve the reliability and performance of semiconductor devices using nitride-based compound semiconductors, it is necessary to grow a nitride-based compound semiconductor having excellent crystallinity on a substrate. Do.

한동안 양질의 질화물 반도체 막의 성장과 소자의 제작이 어려웠던 것은 좋은 특성을 갖는 단결정의 질화물 기판을 얻기 힘들었다는 점 때문이다. 그래서, 사파이어(sapphire), SiC, Si, GaAs, ZnO 등과 같은 이종 기판 위에 질화물을 성장하게 되었으며, 그 중에서 SiC와 사파이어에 성장된 질화물 막은 그 특성이 우수하여 소자 제작에 이용되고 있다. 그러나, SiC의 경우, 전기적으로 도전성이 있어 장점이 있지만, 가격이 너무 비싸기 때문에 대부분의 소자는 사파이어 기판 위에 성장된 것을 이용하고 있다. 이와 같이 사파이어 기판 위에 질화물 반도체를 직접 성장시키는 이유는 사파이어 기판이 다른 기판에 비해 구하기 쉽고, 또한 기판 전처리 과정이 간단하며, 질화물 반도체 성장시의 고온에서 안정하다는 장점을 가지고 있기 때문이다. It has been difficult to grow high quality nitride semiconductor films and fabricate devices for some time because it is difficult to obtain a single crystal nitride substrate having good characteristics. Therefore, nitrides are grown on heterogeneous substrates such as sapphire, SiC, Si, GaAs, ZnO, and the like, and nitride films grown on SiC and sapphire are used for device fabrication due to their excellent properties. However, SiC has advantages in that it is electrically conductive, but since the price is too expensive, most devices use those grown on sapphire substrates. The reason why the nitride semiconductor is grown directly on the sapphire substrate is that the sapphire substrate is easier to obtain than other substrates, the substrate pretreatment process is simple, and it has the advantages of being stable at high temperatures during nitride semiconductor growth.

그럼에도 불구하고, 이종기판은 질화물 반도체와의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 커서, 이종기판에 성장되는 질화물층의 내부에 전위(dislocation), 크랙(crack) 등의 결함이 상당수 존재하게 된다. 이런 결함들을 갖는 질화물층을 기판으로 하여 소자를 제조할 경우, 결함들이 누설전류의 통로가 되거나, 비발광 부위로 작용하여 소자의 성능을 저하시키게 된다.Nevertheless, the dissimilar substrate has a large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient with the nitride semiconductor, and a large number of defects such as dislocations and cracks exist in the nitride layer grown on the dissimilar substrate. When a device is manufactured using a nitride layer having such defects as a substrate, the defects may be a passage of leakage current or may act as a non-light emitting portion, thereby degrading the performance of the device.

도 1은 종래 기술에 따라 이종 기판(10)의 상부에 성장된 질화물층(20)의 모식 단면도로써, 사파이어나 실리콘카바이드 등의 재질로 이루어진 이종 기판(10)의 상부에 성장된 질화물층(20)에는 그 이종 기판(10)과, 성장된 질화물층(20)과의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이로 인하여 전위(dislocation)나 크랙(crack)과 같은 결함(30)이 발생되는 문제점이 있었다. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a nitride layer 20 grown on top of a heterogeneous substrate 10 according to the prior art, and the nitride layer 20 grown on a top of a heterogeneous substrate 10 made of a material such as sapphire or silicon carbide. ), There is a problem in that defects 30 such as dislocations or cracks are generated due to differences in lattice constants and thermal expansion coefficients between the dissimilar substrate 10 and the grown nitride layer 20.

그러므로, 질화물층 성장시, 이종 기판과 질화물층간의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이에 의한 결함은 프리 스탠딩(free standing)을 수행한 후에도 질화물 기판으로 사용되는 질화물층에 그대로 잔존하기 때문에, 이를 이용하여 제조된 반도체 소자의 수명을 저하시키는 등의 악영향을 미치게 되는 문제점이 있다. 또한, 사파이어와 질화물 박막의 결정 방향이 C축을 중심으로 30도 틀어짐으로 말미암아 기판과 위에 성장되는 박막간의 결정면이 일치하는 InP계나 GaAs계에 비해서 클리빙(cleaving)이 매우 어려운 것으로 알려져 있다. Therefore, when the nitride layer is grown, defects due to differences in lattice constants and thermal expansion coefficients between the dissimilar substrate and the nitride layer remain in the nitride layer used as the nitride substrate even after free standing. There is a problem that adversely affects the life of the manufactured semiconductor device. In addition, since the crystal directions of the sapphire and nitride thin films are shifted 30 degrees around the C axis, cleaving is known to be more difficult than the InP or GaAs systems in which the crystal planes between the substrate and the thin films grown thereon coincide.

이와 같이 일반적인 이종기판 위에 박막을 성장할 때 기판과 박막간의 열팽창 계수와 격자 상수에 있어서 차이가 나기 때문에 미스피트 디스로케이션(misfit dislocation) 등의 결함이 많이 발생한다. 그리고 이러한 결함들은 우수한 특성의 레이저 다이오드를 제작하기 위해서 상위층 성장시 전달되지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 이러한 결함밀도가 감소된 질화물층을 제조하는 것이 필요하다.As described above, when a thin film is grown on a general dissimilar substrate, a difference in thermal expansion coefficient and lattice constant between the substrate and the thin film is generated, such as misfit dislocation. In addition, it is important that these defects are not transmitted during the growth of upper layers in order to fabricate laser diodes having excellent characteristics. Therefore, it is necessary to produce a nitride layer in which such defect density is reduced.

안정적이고 우수한 성능을 갖는 소자의 제작을 위해서는 격자 부정합에 의해 발생하는 결정 결함을 줄일 수 있도록 해주는 동시에 고품위 박막을 얻을 수 있도록 해주는 방법이 모색되어야 한다. 이를 위해서 도입되고 있는 방법으로는 버퍼층을 이용하는 방법이 이용되고 있다.In order to fabricate a stable and high-performance device, it is necessary to find a method to reduce crystal defects caused by lattice mismatch and to obtain a high quality thin film. As a method introduced for this purpose, a method using a buffer layer is used.

상기 버퍼층을 이용하는 방법은 도 2에 나타난 바와 같이, 사파이어 기판(10)과 질화물층(20)간의 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 발생되어 결정 결함(30)이 발생되므로, 이를 막기 위해 저온의 GaN 버퍼층(40)을 기판(10) 위에 형성하고, 상기 저온 GaN 버퍼층(40) 위에 온도를 높여서 고품질의 질화물층(30)을 성장시키는 것이다. 이에 따라 기판(10)과 질화물층(20)사이에서 발생되는 격자 상수의 차이를 줄여서 고품질의 질화물층(20)을 성장시킬 수 있게 된다.In the method using the buffer layer, as shown in FIG. 2, the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the sapphire substrate 10 and the nitride layer 20 is generated, resulting in crystal defects 30. The buffer layer 40 is formed on the substrate 10, and the high temperature GaN buffer layer 40 is raised to grow a high quality nitride layer 30. Accordingly, the high quality nitride layer 20 can be grown by reducing the difference in the lattice constant generated between the substrate 10 and the nitride layer 20.

지금까지 버퍼층을 이용한 질화물계 화합물 반도체의 성장방법으로는 사파이어기판 상에 성장온도 400℃ 이상 900℃ 이하에서 AIN 버퍼층을 성장시킨 후, 그 위에 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 방법(일본특허공개 평2-229476호 공보)이나, 사파이어기판 상에 성장온도 200℃ 이상 900℃ 이하에서 AIGaN 버퍼층을 성장시킨 후, 그 위에 질화물계 화합물 반도체를 성장시키는 방법(일본특허공개 평7-312350호 공보 및 일본특허공개 평8-8217호 공보)이 알려져 있다.Until now, as a method of growing a nitride compound semiconductor using a buffer layer, a method of growing an AIN buffer layer on a sapphire substrate at a growth temperature of 400 ° C. or more and 900 ° C. or below and then growing a nitride compound semiconductor thereon (Japanese Patent Laid-Open No. 2 -229476) or a method of growing an AIGaN buffer layer on a sapphire substrate at a growth temperature of 200 ° C. or more and 900 ° C. or below, and then growing a nitride compound semiconductor thereon (JP-A-7-312350 and Japanese Patent). Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8217) is known.

기판과 질화물층 사이에 버퍼층을 성장시키는 방법은 도 3에서와 같이 사파이어 기 판을 고온에서 열처리한 후, 낮은 온도(약 450∼500℃)에서 버퍼층을 성장한 다음, 다시 질화물 성장 온도인 고온에서 질화물 성장을 하게 된다. 도 3은 종래 기술에 따라 질화물층 성장시 시간에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프이다. 이 과정에서 중요한 것은 버퍼층이다. 사파이어와 질화물은 격자 상수의 차이가 크기 때문에 이것을 극복하기 위해서 GaN, AlN, InN, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 버퍼층을 특정한 낮은 온도에서 일정한 두께로 성장시킨다.In the method of growing the buffer layer between the substrate and the nitride layer, as shown in FIG. 3, the sapphire substrate is heat-treated at high temperature, the buffer layer is grown at a low temperature (about 450 to 500 ° C.), and then nitride is grown at a high temperature, which is a nitride growth temperature. You will grow. 3 is a graph showing a change in temperature with time during nitride layer growth according to the prior art. An important part of this process is the buffer layer. Since sapphire and nitride have a large difference in lattice constant, a buffer layer made of GaN, AlN, InN, or a mixture thereof is grown to a certain thickness at a certain low temperature to overcome this.

사파이어나 SiC 기판(10) 위에 저온의 버퍼층(40)을 두께 5nm~500nm 정도 성장시키고, 성장된 저온 GaN 버퍼층(40) 위에 바로 고온 질화물(GaN)층(20)을 성장시키고 있는 것이다. 이때, 낮은 온도에서 성장된 GaN 버퍼층(40)은 매우 많은 양의 결정성 결함을 갖게 되고, 결정질이라기 보다는 비정질에 더 가까운 형태를 갖게 된다. 따라서, 저온 GaN 버퍼층(40) 위에 고온 질화물(GaN)층(20)을 바로 성장시키게 되면 많은 양의 결정성 결함이 그대로 전파되어지므로 전위 없는(dislocation free) 질화물(GaN)층(20)을 얻는데는 어려움이 따른다.The low temperature buffer layer 40 is grown on the sapphire or SiC substrate 10 by about 5 nm to 500 nm in thickness, and the high temperature nitride (GaN) layer 20 is grown directly on the grown low temperature GaN buffer layer 40. At this time, the GaN buffer layer 40 grown at a low temperature has a very large amount of crystalline defects, and has a form closer to amorphous rather than crystalline. Therefore, when the high temperature nitride (GaN) layer 20 is directly grown on the low temperature GaN buffer layer 40, a large amount of crystalline defects are propagated as it is, thereby obtaining a dislocation free nitride (GaN) layer 20. Comes with difficulty.

또한, 이렇게 성장된 버퍼층(40)은 단결정이 아니라 폴리머 혹은 다결정이 되며, 고온에서 성장될 질화물층(20)에 뉴클리에이션 사이트(nucleation site)를 제공한다. 버퍼층을 사용하여 질화물층(20)의 결정학적 특징은 많이 향상되었지만, 그럼에도 불구하고 도 4에서 보는 바와 같이 질화물이 c축 방향으로 더 빨리 성장하려는 특성 때문에 a와 b축으로는 결정 크기가 큰 막을 성장하기가 어렵다.In addition, the grown buffer layer 40 is not a single crystal but a polymer or polycrystal, and provides a nucleation site to the nitride layer 20 to be grown at a high temperature. Although the crystallographic characteristics of the nitride layer 20 have been greatly improved by using the buffer layer, nevertheless, as shown in FIG. 4, nitride has a large crystal size in the a- and b-axis due to the property of growing faster in the c-axis direction. Difficult to grow

이와 같은 사실은 엑스-레이(X-ray)의 (002)와 (102) 방향의 값으로도 알 수 있다. This can also be seen from the values in the (002) and (102) directions of the X-rays.

즉, c축 방향인 (002) 값이 (102) 값보다 훨씬 작은 값을 나타낸다. 이것은 질화물 막의 전기적 성질에도 영향을 미치게된다. 즉, 전자나 정공이 이러한 결정질 막의 경계에서 이동이 용이하지 못하기 때문에 상대적으로 작은 모빌리티(mobility) 값을 가지게 되고, 결국은 소자의 동작에도 영향을 주게 된다.That is, the value (002) in the c-axis direction is much smaller than the value of (102). This also affects the electrical properties of the nitride film. That is, since electrons or holes are not easily moved at the boundary of the crystalline film, they have a relatively small mobility value, which in turn affects the operation of the device.

또한, 낮은 온도에서 버퍼층을 성장시킴으로써 버퍼 층의 그레인(grain)과 그레인 사이의 계면에서 디스로케이션과 같은 결함이 많이 발생하게 되고, 이러한 결함에 의한 전류의 누설(leakage)이 발생되며, 정전기 특성의 저하 등 신뢰성 특성에 나쁜 영향을 미치게 된다.In addition, by growing the buffer layer at a low temperature, many defects such as dislocations are generated at the interface between the grains and grains of the buffer layer, and leakage of current due to such defects occurs, and This will adversely affect reliability characteristics such as degradation.

따라서, 보다 개선된 결정학적 특징을 갖는 질화물 막을 얻기 위하여 새로운 성장 방법이나 버퍼층의 개발이 필요하며, 이는 최종 소자의 동작 향상을 위하여 필수적이라고 하겠다.Therefore, it is necessary to develop a new growth method or a buffer layer to obtain a nitride film having more improved crystallographic characteristics, which is essential for improving the operation of the final device.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 압력 및 온도를 증가시키면서 버퍼층을 성장시킴으로써 그레인의 크기가 커지도록 하는 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판을 제공하기 위한 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and to provide a nitride-based substrate manufacturing method and a nitride-based substrate according to the grain size is increased by growing the buffer layer while increasing the pressure and temperature.

본 발명의 목적은 종래의 버퍼층 성장 방법과 달리 버퍼 성장 중 압력과 온도를 조절하여 성장되는 그레인의 크기를 조절함으로써, 여기에 성장된 질화물(GaN)층의 결정질 특성을 개선하고자 하는 것이다. 보다 상세하게는, 일정한 두께의 버퍼층을 저압, 저온으로부터 압력과 온도를 높이면서 지속적으로 버퍼를 성장시키어 버퍼의 그레인 크기를 압력, 온도 증가에 따라 커지게 함으로써, 그 위에 성장되는 질화물층의 결함을 최소한 적게 하고, 이를 통해 질화물 박막의 결정학적, 전기적 특성을 향상시키는 것이 본 발명의 목적이다.An object of the present invention is to improve the crystalline characteristics of the nitride (GaN) layer grown therein by controlling the size of grain grown by controlling the pressure and temperature during buffer growth, unlike the conventional buffer layer growth method. More specifically, a buffer layer of constant thickness is continuously grown while increasing the pressure and temperature from low pressure and low temperature so that the grain size of the buffer increases with increasing pressure and temperature, thereby preventing defects of the nitride layer grown thereon. It is an object of the present invention to at least reduce and thereby improve the crystallographic and electrical properties of the nitride thin film.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판은 구체적으로, 기판 위에 질화물계 버퍼층을 압력과 온도를 증가시키면서 성장시키는 제1단계; 상기 질화물계 버퍼층 위에 질화물계 박막층을 성장시키는 제2단계를 거치는 것으로, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 질화물계 기판 제조 방법이고, 이러한 방법으로 제조된 질화물계 기판은 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(grain) 크기가 증가하여 최종 성장된 질화물계 박막층의 결정학적 특성을 향상시킬 수 있는 것이 특징이다.The nitride-based substrate manufacturing method and the nitride-based substrate according to the present invention for achieving the above object is specifically, a first step of growing a nitride-based buffer layer on the substrate while increasing the pressure and temperature; The second step of growing a nitride-based thin film layer on the nitride-based buffer layer, the grain size of the nitride-based buffer layer is a method of manufacturing a nitride-based substrate larger than the size deposited initially, nitride-based manufactured by this method The substrate is characterized in that the grain size of the nitride-based buffer layer is increased to improve the crystallographic characteristics of the finally grown nitride-based thin film layer.

여기서, 상기 제1단계의 압력은 10 토르(torr) 내지 750 토르 범위 내의 초기 성장 압력으로부터 증가 되는 것일 수 있고, 이러한 압력은 상기 초기 성장 압력보다 높 은 압력 내지 800 토르 범위 내까지 증가 되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1단계의 온도는 400 ℃ 내지 800 ℃ 범위 내의 초기 성장 온도로부터 증가 되는 것이 가능하고, 이러한 온도는 상기 초기 성장 온도보다 높은 온도 내지 1100 ℃ 범위 내까지 증가 되는 것이 바람직한 질화물계 기판 제조 방법이다.Here, the pressure of the first step may be increased from the initial growth pressure in the range of 10 torr to 750 torr, the pressure is preferably increased to a pressure higher than the initial growth pressure to 800 torr range Do. And, the temperature of the first step can be increased from the initial growth temperature in the range of 400 ℃ to 800 ℃, this temperature is preferably nitride-based substrate manufacturing is increased to a temperature higher than the initial growth temperature to 1100 ℃ range Way.

이러한, 본 발명은 버퍼층의 성장 온도 및 압력을 낮은 온도 및 압력으로부터 증가시는 과정 중에 버퍼층이 형성되도록 한 것으로, 상기 기판은 사파이어(Sapphire), SiC, ZnO, Si 또는 GaAs으로 이루어진 기판을 대상으로 할 수 있고, 상기 제1단계의 질화물계 버퍼층을 성장시키기 전에 상기 기판을 열처리하는 것도 가능하다. 또한, 상기 제1단계의 질화물계 버퍼층을 성장시키기 전에 상기 기판을 열처리한 후, 온도를 내리면서 암모니아를 흘려주어 기판의 표면을 먼저 질화시키 방법도 바람직하다.The present invention allows the buffer layer to be formed during the process of increasing the growth temperature and pressure of the buffer layer from low temperature and pressure, and the substrate is made of a substrate made of sapphire, SiC, ZnO, Si, or GaAs. It is also possible to heat-treat the substrate before growing the nitride buffer layer of the first step. In addition, after the substrate is heat-treated before the nitride-based buffer layer is grown in the first step, the surface of the substrate is first nitrided by flowing ammonia while lowering the temperature.

이렇게 성장되는 본 발명에 따른 상기 질화물계 버퍼층의 두께는 10nm 내지 100nm 범위 내일 수 있고, 상기 질화물계 버퍼층은 AlGaInN(AlxGayInzN, 0<X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 및 SiN 중에서 적어도 하나 이상이 선택된 것으로 이루어진 것이 가능하며, 상기 AlGaInN 및 SiN는 적층 된 구조도 가능하다. The nitride-based buffer layer according to the present invention may be grown in a range of 10 nm to 100 nm, and the nitride-based buffer layer may be formed of AlGaInN (Al x Ga y In z N, 0 <X≤1, 0≤y≤1, 0). ≤ z ≤ 1) and at least one of SiN may be selected, and the AlGaInN and SiN may have a stacked structure.

본 발명의 다른 바람직한 하나의 양태로써 상술한 질화물계 기판 제조 방법에 의해 제조되는 본 발명에 따른 질화물계 기판은, 질화물계 버퍼층을 압력과 온도를 증가시키면서 성장시키기 때문에 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커져서 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛ 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다. As another preferred embodiment of the present invention, the nitride substrate according to the present invention manufactured by the above-described nitride substrate manufacturing method is grown because the nitride buffer layer is grown with increasing pressure and temperature. ) Size is larger than the initially deposited size. In particular, the grain size is preferably larger than the initially deposited size to be formed within the range of 0.2 ㎛ to 2 ㎛.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. Hereinafter, one preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

도 5는 본 발명에 따라 기판 상부에 성장된 버퍼층의 모식 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따라 기판 상부에 성장된 버퍼층 및 질화물 막의 모식 단면도이다. 여기서, 식별변호 1은 기판이고, 2는 버퍼층, 3은 질화물 막이다.5 is a schematic cross-sectional view of the buffer layer grown on the substrate according to the present invention, Figure 6 is a schematic cross-sectional view of the buffer layer and nitride film grown on the substrate according to the present invention. Here, identification code 1 is a substrate, 2 is a buffer layer, and 3 is a nitride film.

먼저, 도 5에 나타난 바와 같이, 기판(1) 위에 비정질이나 분말상태의 질화물계 화합물을 이용하여 저온에서 질화물계 버퍼층(2)을 형성한다. 본 발명에서 질화물 성장을 위한 기판(1)으로는 사파이어(Sapphire), SiC, ZnO, Si, GaAs 등이 사용될 수 있고, 상기 질화물계 버퍼층(2)은 AlGaInN(AlxGayInzN, 0<X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤ 1), SiN 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 AlGaInN 와 SiN는 적층 된 구조로 형성되는 것도 가능하다.First, as shown in FIG. 5, the nitride buffer layer 2 is formed on the substrate 1 at a low temperature by using an amorphous or powdered nitride compound. In the present invention, sapphire (Sapphire), SiC, ZnO, Si, GaAs, etc. may be used as the substrate 1 for nitride growth, and the nitride buffer layer 2 is made of AlGaInN (Al x Ga y In z N, 0). <X ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), SiN, or a mixture thereof. The AlGaInN and SiN may be formed in a stacked structure.

본 발명은 이러한 기판(1) 위에 상기 질화물계 버퍼층(2)을 압력과 온도를 증가시키면서 성장시키는 제1단계; 상기 질화물계 버퍼층(2) 위에 질화물계 박막층을 성장시키는 제2단계를 거치는 것으로, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 질화물계 기판 제조 방법이다. 즉, 질화물 막의 결정학적, 전기적 특성을 개선하기 위하여 일정한 온도와 압력에서 버퍼층을 성장시키는 종래의 성장 방법과는 달리 최적의 버퍼층(2)을 얻을 수 있도록 버퍼층(2) 성장 중에 온도와 압력을 변화시키는 것이다. 그리고, 이와 같이 온도 및 압력을 증가시키면서 기판(1) 위에 질화물계 버퍼층(2)을 성장시킨 다음(도 5)에는, 도 6에 나타난 바와 같이 성장된 버퍼층(2) 위에 온도를 고온의 질화물 성장 온도로 올려서 질화물 박막층(3)을 성장시키는 단계를 포함한다. The first step of growing the nitride-based buffer layer (2) on the substrate (1) while increasing the pressure and temperature; The second step of growing a nitride based thin film layer on the nitride based buffer layer 2 is a method of manufacturing a nitride based substrate in which the grain size of the nitride based buffer layer is larger than the size deposited initially. That is, unlike the conventional growth method of growing the buffer layer at a constant temperature and pressure to improve the crystallographic and electrical properties of the nitride film, the temperature and pressure are changed during the growth of the buffer layer 2 so as to obtain an optimal buffer layer 2. It is to let. After the nitride-based buffer layer 2 is grown on the substrate 1 while increasing the temperature and pressure in this manner (FIG. 5), the nitride is grown at high temperature on the grown buffer layer 2 as shown in FIG. Raising the temperature to grow the nitride thin film layer 3.

본 발명은 도 7에 나타난 바와 같이 비교적 낮은 온도와 압력으로부터 버퍼층 성장을 시작하는 것이고, 성장이 진행됨에 따라 압력과 온도를 높여가며 버퍼층 성장을 완료한다. 도 7은 본 발명에 따라 버퍼층 및 질화물 막 성장시 시간에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프이다. 여기에 도시된 바와 같이, 버퍼층 성장 온도는 기판을 열처리하는 온도보다 낮은 온도에서부터 출발하여 상기 버퍼층에 질화물 박막을 형성시키는 온도보다 낮은 온도까지 증가시키면서 본 발명에 따른 버퍼층을 성장시킬 수 있다. The present invention is to start the growth of the buffer layer from a relatively low temperature and pressure as shown in Figure 7, and as the growth proceeds to increase the pressure and temperature to complete the buffer layer growth. 7 is a graph showing a change in temperature with time when a buffer layer and a nitride film are grown according to the present invention. As shown here, the buffer layer growth temperature may be grown from a temperature lower than a temperature for heat treating the substrate to a temperature lower than a temperature for forming a nitride thin film in the buffer layer while growing the buffer layer according to the present invention.

더욱 구체적으로 본 발명에 따라 버퍼층을 성장시키는 초기 조건으로써, 상기 제1단계의 압력은 10 토르(torr) 내지 750 토르 범위 내의 초기 성장 압력으로부터 증가 되는 것일 수 있고, 이러한 압력은 상기 초기 성장 압력보다 높은 압력 내지 800 토르 범위 내까지 증가 되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1단계의 온도는 400 ℃ 내지 800 ℃ 범위 내의 초기 성장 온도로부터 증가 되는 것이 가능하고, 이러한 온도는 상기 초기 성장 온도보다 높은 온도 내지 1100 ℃ 범위 내까지 증가 되는 것이 바람직한 질화물계 기판 제조 방법이다. 버퍼층을 상기의 온도로 성장시키는 이유는 약 400℃ 이하의 온도에서는 유기 금속 원료와 N의 공급이 부족하여 버퍼층의 성장이 어렵고, 약 1100℃ 이상의 온도에서는 균일한 두께의 버퍼층을 얻기 어렵기 때문이다.More specifically, as an initial condition for growing a buffer layer according to the present invention, the pressure of the first step may be increased from an initial growth pressure within a range of 10 torr to 750 torr, and this pressure may be higher than the initial growth pressure. It is desirable to increase the pressure up to the 800 torr range. And, the temperature of the first step can be increased from the initial growth temperature in the range of 400 ℃ to 800 ℃, this temperature is preferably nitride-based substrate manufacturing is increased to a temperature higher than the initial growth temperature to 1100 ℃ range Way. The reason why the buffer layer is grown at the above temperature is that the supply of the organometallic raw material and N is insufficient at a temperature of about 400 ° C. or lower, so that the growth of the buffer layer is difficult, and at a temperature of about 1100 ° C. or more, it is difficult to obtain a buffer layer having a uniform thickness. .

종래에는 일정하게 낮은 온도 및 낮은 압력에서 버퍼층을 성장시킴으로써, 버퍼 층의 그레인(grain) 크기가 작고, 그로 인해 그레인과 그레인 사이의 계면에서 디스로케이션과 같은 결함이 많이 발생하게 되며, 이러한 결함에 의한 전류의 누설(leakage)이 발생되어 정전기 특성의 저하 등 신뢰성 특성에 나쁜 영향 주었다. Conventionally, by growing the buffer layer at a constant low temperature and low pressure, the grain size of the buffer layer is small, resulting in many defects such as dislocations at the interface between the grains and the grains. Leakage of the current caused a bad effect on the reliability characteristics such as degradation of the electrostatic characteristics.

그러나 본 발명에 따라, 버퍼층을 형성하는데 있어서 초기 성장 조건으로부터 압력과 온도를 높이면서 성장시키면 버퍼층의 그레인(grain)이 종래보다 더 균일하고, 거칠기가 작으며, 크기가 초기 증착된 크기보다 커진 버퍼층을 얻게 된다. 저온 및 저압으로부터 고온 및 고압 수준으로 올리면서 버퍼층을 성장시키는 경우, 버퍼층의 그레인 크기가 커짐에 따라서 그레인 바운더리(grain boundary)에서 발생할 수 있는 결함을 최소화하여 결정 성장성이 좋은 질화물 막을 얻을 수 있게 된다. According to the present invention, however, the growth of the buffer layer with increasing pressure and temperature from the initial growth conditions in forming the buffer layer results in a buffer layer having a more uniform grain, smaller roughness, and a larger size than the initial deposited size. You get When the buffer layer is grown from low temperature and low pressure to a high temperature and high pressure level, as the grain size of the buffer layer increases, it is possible to minimize a defect that may occur in grain boundaries, thereby obtaining a nitride film having good crystal growth ability.

또한, 이렇게 제작된 질화물 박막층의 그레인과 그레인 사이에서 발생되는 결점(Point Defects)이나 전위(Dislocation) 등이 감소되어 개선 된 결정학적 특징을 갖게 되며, 결함이나 불순물의 농도도 작게 되어 최종 소자의 광학적, 전기적 특성 등이 향상되는 것이다. In addition, the defects or dislocations generated between the grains and the grains of the nitride thin film layer thus manufactured are reduced to have improved crystallographic characteristics, and the concentration of defects or impurities is also reduced, thereby reducing the optical quality of the final device. Electrical characteristics are improved.

도 8은 종래 기술에 따른 버퍼층의 그레인(grain) 크기를 보여주는 확대 사시도로써, 성장 압력 200 토르(torr), 성장 온도 500℃의 일정하게 조건하에서 성장시킨 버퍼층의 AFM 이미지(Image)이다. 도시된 바와 같이, 온도와 압력을 일정하게 하여 버퍼층을 성장시키는 경우 버퍼층의 그레인 크기가 작게 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 반면에, 도 9는 본 발명에 따른 버퍼층의 그레인(grain) 크기가 증가 되었음을 보여주는 확대 사시도로써, 초기 성장 압력 200 토르, 초기 성장 온도 500℃에서부터 압력은 750 토르, 온도는 1000℃ 까지 증가시키면서 버퍼를 성장시킨 경우의 AFM 이미지이다. 도 8과 비교하여 도 9에서 버퍼층의 그레인 크기가 커진 것을 확인할 수 있다.FIG. 8 is an enlarged perspective view showing grain size of a buffer layer according to the prior art, and is an AFM image of a buffer layer grown under constant conditions of a growth pressure of 200 torr and a growth temperature of 500 ° C. As shown, when the buffer layer is grown at a constant temperature and pressure, it can be seen that the grain size of the buffer layer is small. On the other hand, Figure 9 is an enlarged perspective view showing that the grain size (grain) of the buffer layer according to the present invention is increased, the initial growth pressure 200 torr, the initial growth temperature from 500 ℃ to 750 torr, the temperature is increased to 1000 ℃ buffer AFM image in the case of growing. In comparison with FIG. 8, it can be seen that the grain size of the buffer layer is increased in FIG. 9.

이와 같은 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조되는 질화물계 기판은 온도와 압력을 증가시키면서 버퍼층을 성장시켜, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 것을 특징으로 하고, 이렇게 커진 상기 그레인의 크기는 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛ 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다. 상기 그레인의 크기는 0.2 ㎛ 보다 작은 경우 그레인과 그레인 사이에서 발생되는 결점이나 전위 등의 감소되는 정도가 미비하고, 상기 그레인의 크기가 2 ㎛ 보다 큰 경우 결정질 특성이나 전기적 특성 등이 떨어질 수 있는 것이다.The nitride substrate prepared by the method according to the present invention is characterized in that by growing the buffer layer while increasing the temperature and pressure, the grain size of the nitride buffer layer is larger than the initial deposited size, The size of the grains is preferably formed in the range of 0.2 ㎛ to 2 ㎛. When the size of the grain is smaller than 0.2 μm, defects such as defects or dislocations generated between the grains and grains are insufficient, and when the size of the grain is larger than 2 μm, crystalline or electrical properties may be degraded. .

본 발명의 이러한 효과는 온도와 압력을 동시에 증가시키면서 버퍼층을 형성하는 방법이 가장 바람직하지만, 온도와 압력을 각각 독립적으로 적용할 경우에도 질화물의 결정질 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 온도는 일정하게 하고 압력을 증가시키면서 버퍼층을 성장시키거나 압력은 일정하게 하고 온도를 증가시키면서 버퍼층을 성장시키는 경우에도 본 발명에 따른 효과가 나타날 수 있다.This effect of the present invention is most preferably a method of forming a buffer layer while increasing the temperature and pressure at the same time, it is possible to improve the crystalline properties of the nitride even when the temperature and pressure are applied independently. That is, even when the buffer layer is grown while the temperature is constant and the pressure is increased, or when the buffer layer is grown while the pressure is constant and the temperature is increased, the effect according to the present invention may be exhibited.

본 발명의 바람직한 다른 실시형태를 제작과정에 따라 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. Another preferred embodiment of the present invention will be described in more detail according to the manufacturing process as follows.

먼저, 본 발명의 바람직한 다른 하나의 실시형태로써 기판 위에 질화물계 버퍼층을 성장시키기 전에 상기 기판을 고온에서 열처리한다. 열처리는 기판 위에 버퍼층을 성장시키기 위한 준비 과정으로, MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), HVPE(hydride or halide vapor phase epitaxy), SVPE(sublimition vapor phase epitaxy)와 같은 기상 성장법 등을 이용해 질화물층이 성장되는 모재인 기판 상부에 다결정(poly-crystal)의 버퍼층(buffer layer)을 형성하기 위한 것이다.First, in another preferred embodiment of the present invention, the substrate is heat treated at high temperature before the nitride-based buffer layer is grown on the substrate. Heat treatment is a preparatory process for growing a buffer layer on a substrate, which can be used for vapor phase growth such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), hydride or halide vapor phase epitaxy (HVPE), and sublimition vapor phase epitaxy (SVPE). It is to form a poly-crystal buffer layer on the substrate, which is a substrate on which a nitride layer is grown, using a method or the like.

상기 열처리 과정 이후에는 질소화(Nitrication) 과정을 거쳐서 버퍼층을 성장시킨다. 상기 질소화 과정은 기판을 고온에서 열처리한 후 열처리 온도와 버퍼 성장 온도 사이의 온도에서 암모니아를 일정 시간 흘려 기판의 표면을 질화(Nitrde) 시키는 것이다. 이때, 기판으로 사파이어(Sapphire)(Al2O3) 기판을 사용하는 경우, 기판 표면의 산소(Oxygen)가 일부 질소(Nitrogen)와 치환되어 AlN이 국부적으로 형성됨으로써 버퍼층을 성장시킬 때 질화물로의 전환을 용이하게 해 주는 것이다. After the heat treatment process, a buffer layer is grown by nitrification. The nitrogenization process is to nitrate the surface of the substrate by flowing ammonia for a predetermined time at a temperature between the heat treatment temperature and the buffer growth temperature after heat treatment of the substrate at a high temperature. In this case, when a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate is used as the substrate, oxygen on the surface of the substrate is replaced with some nitrogen, and AlN is locally formed to form nitrides when growing the buffer layer. To facilitate the transition.

여기서, 질화물 막이 성장될 기판으로는 사파이어 기판, 실리콘(Si) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, GaAs 기판 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직한데, 특히 모재로 사용되는 기판을 수인치 이상의 크기로 할 수 있는 실리콘(Si) 기판을 사용하는 것이 가장 바람직하다. In this case, it is preferable to use any one selected from among a sapphire substrate, a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, and a GaAs substrate as the substrate on which the nitride film is to be grown. It is most preferable to use a silicon (Si) substrate which can.

또한, 버퍼층은 AlGaInN(AlxGayInzN, 0<X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 및 SiN 중에서 적어도 하나 이상이 선택된 것으로 사용하고, 상기 AlGaInN 및 SiN는 적층 된 구조도 가능하며, 버퍼층의 Ga 재료는 TMGa(trimethylgallium), TEGa(triethylgallium) 중 어느 하나이고, In 재료는 TMIn(trimethylindium), EDMIn(ethyl-dimethylindium), TEIn(triethylindium) 중 어느 하나이고, As 재료는 AsH3, TBAs(tertiarybutylarsin e), TDMAAs(trisdimethylaminoarsine), TMAs(trimethylarsine) 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, N 재료로는 NH3 또는 히드라진(H2N4)이 쓰일 수 있다.In addition, at least one of AlGaInN (Al x Ga y In z N, 0 <X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) and SiN is selected as the buffer layer, and the AlGaInN and SiN are stacked. The Ga material of the buffer layer may be any one of TMGa (trimethylgallium) and TEGa (triethylgallium), and the In material is any one of TMIn (trimethylindium), EDMIn (ethyl-dimethylindium) and TEIn (triethylindium). The material may be any one of AsH 3 , tertiarybutylarsine (TBAs), trisdimethylaminoarsine (TDMAAs), and trimethylarsine (TMAs), and NH 3 or hydrazine (H 2 N 4 ) may be used as the N material.

이와 같은 재료로 성장되는 본 발명에 따른 상기 질화물계 버퍼층의 두께는 10nm 내지 100nm 범위 내인 것이 바람직하다. 버퍼층을 상기의 두께로 성장시키는 이유는 버퍼층의 두께가 약 10nm 이하이면 기판의 전 표면을 균일하게 덮기가 어려우며, 버퍼층의 두께가 약 100nm 이상이면 GaN의 결정성에 나쁜 영향을 주게 되므로, 약 10∼100nm의 두께를 사용하였을 때, 가장 좋은 특성의 GaN 막을 얻을 수 있게 된다. 이는 버퍼층을 수십Å 정도로 얇게 증착하여 기판 예컨대 실리콘 기판과 그 상부에 성장될 질화물층의 스트레스를 흡수하는 층으로 사용될 수 있도록 한 것이다. The thickness of the nitride buffer layer according to the present invention grown from such a material is preferably in the range of 10nm to 100nm. The reason for growing the buffer layer to the above thickness is that when the thickness of the buffer layer is about 10 nm or less, it is difficult to uniformly cover the entire surface of the substrate. When the thickness of the buffer layer is about 100 nm or more, the crystallinity of GaN is adversely affected. When the thickness of 100 nm is used, the GaN film having the best characteristics can be obtained. This allows the buffer layer to be deposited thinly on the order of tens of microseconds so as to be used as a layer for absorbing stress of a substrate such as a silicon substrate and a nitride layer to be grown thereon.

이와 같이 모재의 기판 상부에 다결정의 버퍼층을 성장시키고 난 다음에는, 증착된 버퍼층 상부에 HVPE(hydride or halide vapor phase epitaxy) 등을 이용해 질화물 박막을 증착하여 성장시킨다. 그리고 나서, 마지막으로 상기 질화물 박막층을 식각용액 또는 기계적 래핑 중에서 선택된 어느 하나를 이용해 상기 기판으로부터 분 리하고, 상기 질화물 박막층 하부의 다결정 버퍼층을 식각시켜 제거하여 프리 스탠딩된 질화물 기판을 형성할 수 있는 것이다. After the polycrystalline buffer layer is grown on the substrate of the base material as described above, the nitride thin film is deposited by using a hydride or halide vapor phase epitaxy (HVPE) on the deposited buffer layer. Then, finally, the nitride thin film layer may be separated from the substrate using any one selected from an etching solution or mechanical lapping, and the polycrystalline buffer layer under the nitride thin film layer may be etched and removed to form a free standing nitride substrate. .

상술한 바와 같이, 본 발명은 압력 및 온도를 증가시키면서 버퍼층을 성장시키는 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판에 관한 것으로, 특히 기판 위에 질화물계 버퍼층을 압력과 온도를 증가시키면서 성장시키는 제1단계; 상기 질화물계 버퍼층 위에 질화물계 박막층을 성장시키는 제2단계를 거치는 것으로, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 질화물계 기판 제조 방법과 이러한 방법으로 제조된 질화물계 기판을 제공할 수 있었다. As described above, the present invention relates to a nitride-based substrate manufacturing method for growing a buffer layer while increasing the pressure and temperature, and a nitride-based substrate according to the above, in particular, a first growth of the nitride-based buffer layer on the substrate while increasing the pressure and temperature step; The second step of growing a nitride-based thin film layer on the nitride-based buffer layer, the method of manufacturing a nitride-based substrate having a grain size of the nitride-based buffer layer larger than the size deposited initially and the nitride-based substrate manufactured by such a method Could provide.

이러한 본 발명에 의하는 경우 종래의 버퍼층 성장 방법과 달리 버퍼층을 저압, 저온으로부터 압력과 온도를 높이면서 지속적으로 버퍼를 성장시키어 버퍼의 그레인 크기를 압력, 온도 증가에 따라 커지게 할 수 있었다. 이에 따라, 그 위에 성장되는 질화물층의 결함을 최소한 적게 하였고, 이를 통해 질화물 박막의 결정학적, 전기적 특성을 향상시키는 효과를 가질 수 있었으며, 결함이나 계면의 감소로 인해 전자나 정공의 이동을 원활히 하여 전기적 특성도 개선 시킬 수 있는 것이다.According to the present invention, unlike the conventional buffer layer growth method, the buffer layer was continuously grown while increasing the pressure and temperature from low pressure and low temperature, so that the grain size of the buffer could be increased with increasing pressure and temperature. Accordingly, at least the defects of the nitride layer grown thereon can be minimized, thereby improving the crystallographic and electrical properties of the nitride thin film, and smoothing the movement of electrons or holes due to the reduction of defects or interfaces. The electrical characteristics can also be improved.

즉, 본 발명에 질화물계 기판 제조 방법 및 이에 따른 질화물계 기판을 사용할 경 우 결정 결함(Point Defects, Dislocations)을 줄일 수 있어 전류의 누설(leakage), 정전기에 의한 소자 파괴를 줄일 수 있으며, 캐리어(Carrier)(전자, 정공)의 이동을 원활히 할 수 있어 휘도(또는 출력) 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.That is, when the nitride substrate manufacturing method and the nitride substrate according to the present invention are used, crystal defects (point defects, dislocations) can be reduced, so that leakage of current and device destruction due to static electricity can be reduced. Carrier (electrons, holes) can be smoothly moved, which contributes to improvement of luminance (or output).

Claims (13)

기판 위에 질화물계 버퍼층을 압력과 온도를 증가시키면서 성장시키는 제1단계; 상기 질화물계 버퍼층 위에 질화물계 박막층을 성장시키는 제2단계를 거치는 것으로, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 질화물계 기판 제조 방법.A first step of growing a nitride buffer layer on the substrate while increasing pressure and temperature; And a second step of growing a nitride based thin film layer on the nitride based buffer layer, wherein a grain size of the nitride based buffer layer is larger than an initial deposited size. 제1항에 있어서, 상기 제1단계의 압력은 10 토르(torr) 내지 750 토르 범위 내의 초기 성장 압력으로부터 증가 되는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 1, wherein the pressure of the first step is increased from an initial growth pressure in the range of 10 torr to 750 torr. 제1항에 있어서, 상기 제1단계의 온도는 400 ℃ 내지 800 ℃ 범위 내의 초기 성장 온도로부터 증가 되는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 1, wherein the temperature of the first step is increased from the initial growth temperature in the range of 400 ℃ to 800 ℃. 제2항에 있어서, 상기 제1단계의 압력은 상기 초기 성장 압력보다 높은 압력 내지 800 토르 범위 내까지 증가 되는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 2, wherein the pressure of the first step is increased to a pressure range higher than the initial growth pressure to 800 torr. 제3항에 있어서, 상기 제1단계의 온도는 상기 초기 성장 온도보다 높은 온도 내지 1100 ℃ 범위 내까지 증가 되는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 3, wherein the temperature of the first step is increased to a temperature higher than the initial growth temperature to a range of 1100 ° C. 5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 사파이어(Sapphire), SiC, ZnO, Si 또는 GaAs으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is made of sapphire, SiC, ZnO, Si, or GaAs. 제1항에 있어서, 상기 제1단계의 질화물계 버퍼층을 성장시키기 전에 상기 기판을 열처리하는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is heat-treated before the nitride-based buffer layer is grown. 제1항에 있어서, 상기 제1단계의 질화물계 버퍼층을 성장시키기 전에 상기 기판을 열처리한 후, 온도를 내리면서 암모니아를 흘려주어 기판의 표면을 질화시키는 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 1, wherein after the heat treatment of the substrate is performed before the nitride buffer layer is grown, the surface of the substrate is nitrided by flowing ammonia while lowering the temperature. 제1항에 있어서, 상기 질화물계 버퍼층의 두께는 10nm 내지 100nm 범위 내인 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 1, wherein the nitride buffer layer has a thickness in a range of 10 nm to 100 nm. 제1항에 있어서, 상기 질화물계 버퍼층은 AlxGayInzN(0<X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) 및 SiN 중에서 적어도 하나 이상이 선택된 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The nitride-based buffer layer of claim 1, wherein at least one of Al x Ga y In z N (0 <X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) and SiN is selected. A nitride substrate manufacturing method. 제10항에 있어서, 상기 AlxGayInzN 및 SiN는 적층 된 구조인 것을 특징으로 하는 질화물계 기판 제조 방법.The method of claim 10, wherein the Al x Ga y In z N and SiN have a stacked structure. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조되는 기판으로써, 상기 질화물계 버퍼층의 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커진 것을 특징으로 하는 질화물계 기판.A substrate manufactured by the method according to any one of claims 1 to 11, wherein a grain size of the nitride buffer layer is larger than an initially deposited size. 제12항에 있어서, 상기 그레인(Grain) 크기가 초기에 증착된 크기보다 커져 서 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛ 범위 내로 형성된 것을 특징으로 하는 질화물계 기판.The nitride-based substrate as claimed in claim 12, wherein the grain size is larger than the initially deposited size and is formed within a range of 0.2 μm to 2 μm.
KR1020050069576A 2005-07-29 2005-07-29 Manufacturing Process of Nitride Substrate And Nitride Substrate by the Process KR100682272B1 (en)

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