KR100519326B1

KR100519326B1 - method for fabricating substate of GaN semiconductor laser diode

Info

Publication number: KR100519326B1
Application number: KR10-1999-0014080A
Authority: KR
Inventors: 김진교; 최윤호; 김선태
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2005-10-07
Also published as: KR20000066759A

Abstract

본 발명은 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드를 제조하기 위한 사파이어 기판위에 형성되는 질화갈륨 기판의 크랙을 줄여 소자의 동작특성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 사파이어 기판의 후면에 소정결정 방향으로 복수개의 홈을 형성한 후 상기 사파이어 기판 전면에 질화갈륨층을 형성하고 이어 상기 사파이어 기판을 완전 제거하여 질화갈륨 기판을 제조함을 특징으로 하며, 이와같은 제조방법에 의해 얻어지는 질화갈륨 기판은 사파이어 기판을 제거할 때 발생되는 응력을 크게 경감시킬 수 있어 벌크질화 갈륨 기판의 미세크랙을 크게 줄일 수 있다.The present invention is to improve the operation characteristics of the device by reducing the crack of the gallium nitride substrate formed on the sapphire substrate for manufacturing a gallium nitride semiconductor laser diode, a plurality of grooves formed in a predetermined crystal direction on the rear surface of the sapphire substrate Thereafter, a gallium nitride layer is formed on the entire surface of the sapphire substrate, and then the gallium nitride substrate is manufactured by completely removing the sapphire substrate. The gallium nitride substrate obtained by the manufacturing method is generated when the sapphire substrate is removed. The stress can be greatly reduced, and the microcracks of the bulk gallium nitride substrate can be greatly reduced.

Description

A method for fabricating a substrate of a gallium nitride semiconductor laser diode {method for fabricating substate of GaN semiconductor laser diode}

본 발명은 청색파장을 내는 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 기판 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a substrate of a gallium nitride semiconductor laser diode having a blue wavelength.

질화갈륨계 화합물 반도체를 이용한 청색 발광소자의 연구 개발에 있어서, 질화갈륨 박막을 성장시키기 위해 사파이어를 기판으로 사용하게 됨으로써 야기되는 박막과 기판간의 열팽창 불일치와 격자 부정합등으로 인해 생성되는 결정성 결함을 극소화하기 위한 시도가 많이 이루어지고 있다.In the research and development of a blue light emitting device using a gallium nitride compound semiconductor, crystalline defects caused by thermal expansion mismatch and lattice mismatch between the thin film and the substrate caused by using sapphire as a substrate to grow the gallium nitride thin film Many attempts have been made to minimize this.

그 한 예로는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등을 이용하여 얻은 벌크질화갈륨을 사파이어 대신 기판으로 사용하려는 노력이 진행되고 있다.For example, efforts have been made to use bulk gallium nitride obtained by using a HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method as a substrate instead of sapphire.

그러나 벌크질화갈륨은 HVPE법을 이용하여 고속 박막 성장으로 제조되기 때문에 많은 양의 결정성 결함이 발생되고 이에 따라 미세크랙(Microcrack)이 발생되는 문제점이 있었다.However, since the bulk gallium nitride is manufactured by high-speed thin film growth using the HVPE method, a large amount of crystalline defects are generated, and thus, microcracks are generated.

또한 HVPE를 이용한 벌크 질화갈륨을 제조하기 위해 질화갈륨을 초기성장시키는데 사용하는 사파이어 기판을 제거하기 위해 1000℃ 이상의 결정성장 온도에서 기판의 온도를 급속히 떨어뜨려서 질화갈륨과 사파이어의 열팽창계수의 차이로 인해 계면상에 발생하는 미세크랙을 이용하고 있으나 이때 계면상에 발생하는 미세크랙들이 그 후에 성장되는 벌크 질화갈륨에도 계속하여 존재하게 되어 고품질의 벌크질화 갈륨을 성장시키는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.In addition, due to the difference in thermal expansion coefficient of gallium nitride and sapphire due to the rapid drop in the temperature of the substrate at a crystal growth temperature of more than 1000 ℃ to remove the sapphire substrate used for the initial growth of gallium nitride to produce bulk gallium nitride using HVPE The microcracks generated in the interfacial phase are used, but at this time, the microcracks generated in the interfacial phase are continuously present in the bulk gallium nitride grown thereafter, which makes it difficult to grow high-quality bulk gallium nitride.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드를 제조하기 위한 사파이어 기판위에 형성되는 질화갈륨 기판의 크랙을 줄여 소자의 동작특성을 향상시키는데 있다.Therefore, the present invention has been invented in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to reduce the crack of the gallium nitride substrate formed on the sapphire substrate for manufacturing a gallium nitride semiconductor laser diode to improve the operation characteristics of the device have.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 질화갈륨 기판의 제조방법은, 사파이어 기판 후면에 소정 결정방향으로 복수개의 홈을 형성한 후 사파이어 기판 전면에 질화갈륨층을 형성하도록 하는데 특징이 있다.The method of manufacturing a gallium nitride substrate for achieving the object of the present invention is characterized in that the gallium nitride layer is formed on the entire surface of the sapphire substrate after forming a plurality of grooves in the predetermined crystal direction on the rear surface of the sapphire substrate.

이와 같은 본 발명의 제조방법에 의하면 상기 복수개의 홈이 사파이어 기판 후면에 형성되어 있기 때문에 벌크 질화갈륨을 사파이어 기판 전면에 성장시킨 후 사파이어 기판을 제거할 때 필요한 최소한의 응력을 경감시킬 수 있고 이로인해 벌크질화 갈륨에 생성되는 미세크랙을 줄일 수 있으며 벌크 질화갈륨의 결정성을 향상시킬 수 있다.According to the manufacturing method of the present invention, since the plurality of grooves are formed on the back of the sapphire substrate, it is possible to reduce the minimum stress required to remove the sapphire substrate after growing the bulk gallium nitride on the front of the sapphire substrate. It is possible to reduce the microcracks generated in the bulk gallium nitride and to improve the crystallinity of the bulk gallium nitride.

이하 첨부 도면에 근거하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described in detail based on an accompanying drawing.

본 발명에 따른 질화갈륨 기판의 제조방법은 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 이면에 복수개의 소윙머신(sawing machine)을 이용하여 홈(11)을 형성한다.In the method of manufacturing a gallium nitride substrate according to the present invention, as shown in FIGS. 1A and 1B, the groove 11 is formed on the rear surface of the sapphire substrate 10 by using a plurality of sawing machines.

이때 사파이어기판(10)은 두께(ts)가 대략 350㎛ 정도의 것을 사용하고 홈(11)의 방향은 (0001) 사파이어 기판인 경우에 (1-1.0),(10.0),(01.0) 방향으로 하여 사파이어 기판(10)에 작용하는 응력을 적게 하면서, 사파이어 기판(10)이 결정방향(Crystallographic direction)을 따라 깨지도록 할 수 있다.In this case, when the sapphire substrate 10 has a thickness ts of about 350 μm and the groove 11 is a (0001) sapphire substrate, the sapphire substrate 10 is in the (1-1.0), (10.0), and (01.0) directions. By reducing the stress applied to the sapphire substrate 10, the sapphire substrate 10 can be broken along the crystallographic direction.

그리고 홈사이의 간격 d는 1 mm < d < 10 mm 정도가 바람직하며, 홈의 깊이 t는 도 4에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(10)의 뒷면에서부터 0 < t < 0.8 ts 정도의 깊이까지 만든다.The distance d between the grooves is preferably about 1 mm <d <10 mm, and the depth t of the grooves is made from the back surface of the sapphire substrate 10 to a depth of about 0 <t <0.8 ts as shown in FIG. .

이때 홈의 깊이가 0.8 ts 이상이면 충분한 두께의 질화 갈륨을 성장시키기 전에 사파이어 기판(10)이 깨지는 경우가 발생하게 된다.In this case, if the depth of the groove is 0.8 ts or more, the sapphire substrate 10 may be broken before the gallium nitride having a sufficient thickness is grown.

이어 도 1(c)에 도시한 바와 같이 사파이어 기판(10)의 전면에 예를 들어 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법으로 질화 갈륨(12)을 소정 두께로 성장시킨 후, 사파이어 기판(10) 및 질화칼륨(12)의 가부분까지 탄화 실리콘 또는 다이아몬드연마로 제거하여 벌크 질화 갈륨 기판을 제조한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, the gallium nitride 12 is grown to a predetermined thickness on the entire surface of the sapphire substrate 10 by, for example, a HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method, and then the sapphire substrate 10 and A bulk gallium nitride substrate is produced by removing the portion of potassium nitride 12 with silicon carbide or diamond polishing.

이와 같은 본 발명에 따른 제조방법에 의하면 사파이어 기판에 형성된 홈으로 인하여 사파이어 기판 전면에 성장되는 질화 갈륨층에 작용하는 응력이 경감되어 이 질화갈륨층에 미세크랙 발생을 억제할 수 있고 이 질화갈륨층을 기판으로 하여 질화갈륨층을 성장시켜 제조되는 질화갈륨 반도체 레이저 다이오드의 품질을 크게 향상시킨다는 효과가 있다.According to the manufacturing method according to the present invention, due to the grooves formed in the sapphire substrate, the stress acting on the gallium nitride layer grown on the entire surface of the sapphire substrate is reduced to suppress the occurrence of microcracks in the gallium nitride layer and the gallium nitride layer As a substrate, there is an effect of greatly improving the quality of a gallium nitride semiconductor laser diode produced by growing a gallium nitride layer.

도 1a 및 1b는 본 발명의 제조공정에서 사파이어 기판의 후면에 형성된 홈의 형상을 개략적으로 나타낸 도면,1a and 1b schematically show the shape of the groove formed on the rear surface of the sapphire substrate in the manufacturing process of the present invention,

도 1c는 본 발명의 제조공정에서 사파이어 기판의 전면에 형성된 질화갈륨층을 도시한 도면이다.Figure 1c is a view showing a gallium nitride layer formed on the front surface of the sapphire substrate in the manufacturing process of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 사파이어 기판 11 : 홈10: sapphire substrate 11: groove

12 : 질화갈륨층12 gallium nitride layer

Claims

Preparing a sapphire substrate;

Forming a plurality of grooves on a rear surface of the sapphire substrate in a predetermined crystal direction;

Forming a gallium nitride layer over the sapphire substrate;

And completely removing the sapphire substrate to produce a gallium nitride substrate.

The method of claim 1,

And said predetermined crystal direction is any one of (1-1.0), (10.0) or (010) in the case of a (0001) sapphire substrate.

The method of claim 1,

The grooves are formed such that the distance d between the grooves is 1mm <d <10mm, and the depth t of the grooves is 0 <t <0.8ts (ts is the thickness of the sapphire substrate) from the back side of the sapphire substrate. A substrate manufacturing method of a gallium nitride semiconductor laser diode, characterized in that.