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KR20090096759A - Growth substrate for group 3 nitride-based semiconductor thin films and optoelectronics, and their fabrication methods - Google Patents

Growth substrate for group 3 nitride-based semiconductor thin films and optoelectronics, and their fabrication methods Download PDF

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KR20090096759A
KR20090096759A KR1020080021768A KR20080021768A KR20090096759A KR 20090096759 A KR20090096759 A KR 20090096759A KR 1020080021768 A KR1020080021768 A KR 1020080021768A KR 20080021768 A KR20080021768 A KR 20080021768A KR 20090096759 A KR20090096759 A KR 20090096759A
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growth substrate
thin film
single crystal
wafer bonding
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장수만
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장수만
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Abstract

A substrate for iii nitride semiconductor thin films and a method of manufacturing the same are provided to make a group 3 element and a dopant distributed uniformly by growing a structure thin film of a photoelectric element with a group 3 nitride semiconductor thin film. In a substrate for iii nitride semiconductor thin films and a method of manufacturing the same, a sacrificial layer(502) and a wafer bonding layer(303) are formed on the supporting substrate(301) in order. A wafer bonding layer is formed on an epitaxial growth substrate, and wafer bonding layer is formed on the epitaxial growth substrate(401). A support substrate and the epitaxial growth substrate are combined with each other under a certain pressure and temperature.

Description

그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판, 그의 제조 방법 및 이를 이용한 광전자 소자 제조 방법{growth substrate for group 3 nitride-based semiconductor thin films and optoelectronics, and their fabrication methods}Growth substrate for group 3 nitride-based semiconductor thin films and optoelectronics, and their fabrication methods

본 발명은 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 및 그의 제조 방법, 그리고 이를 이용한 광전자 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 결정학적 결함 밀도가 낮고 광전자 소자 구조의 활성층(active layer) 내에서 균일한 그룹 3족 원소 및 도판트(dopant) 분포를 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 개발하고, 고안된 박막 성장용 기판을 이용하여 최종적으로 그룹 3족 질화물계 반도체 광전자 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing the optoelectronic device using the same. A method for developing a group III nitride semiconductor thin film growth substrate having a group III element and a dopant distribution, and finally manufacturing a group III nitride semiconductor optoelectronic device using the designed thin film growth substrate. will be.

그룹 3족 질화물계 반도체인 GaN은 열역학적으로 안정한 울짜이트(Wurzite) 구조를 가지며, 상온에서 가시광선의 청색 파장대에 해당하는 3.42 eV의 직접천이형 밴드갭을 가질 뿐만 아니라 InN 및 AlN와 전율고용체를 이루어 금지대폭의 조정이 가능하며 전율고용체의 전 조성 범위 내에서 직접천이형 반도체의 특성을 나타내기 때문에 자외선을 비롯한 청녹색 광전자 소자 재료로서 가장 각광 받고 있다.GaN, a group III-nitride semiconductor, has a thermodynamically stable Wurzite structure and has a direct transition bandgap of 3.42 eV corresponding to the blue wavelength band of visible light at room temperature. It is possible to adjust the ban band width and show the characteristics of the direct transition semiconductor within the entire composition range of the electroluminescent solid, so it is the most popular as a blue-green optoelectronic device material including ultraviolet.

GaN을 비롯한 그룹 3족 질화물계 반도체 박막은 통상 사파이어(Al2O3)와 실리콘 카바이드(SiC) 등의 박막 성장용 기판 상부에 MOCVD나 HVPE 방법 등으로 형성한다. 그런데, 이 경우 이들 박막 성장용 기판과 그룹 3족 질화물계 반도체 박막은 서로 다른 격자상수 때문에 격자부정합(lattice mismatch)으로 인해 이들 박막 성장용 기판 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 박막을 단결정으로 성장시키는 것이 매우 어렵다. 또한 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 박막은 1000도 이상의 고온에서 성장한다. 이때 박막 성장용 기판과 그룹 3족 질화물계 반도체 박막은 서로 다른 열팽창계수 때문에 기판 웨이퍼 휨(wafer warpage) 현상이 발생되며, 이로 인해 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장 후, 동일한 박막 성장용 기판 상부에서 그룹 3족 원소 및 도판트(dopant)의 불균일한 분포를 갖는 반도체 박막이 형성되어 최종적인 광전자 소자의 신뢰성에 여러 문제점을 야기한다. 특히 박막 성장용 기판 웨이퍼 사이즈(즉, 직경)가 증가할수록 상기 박막 성장용 기판 웨이퍼 휨(wafer warpage) 현상이 심하게 대두된다. 상기 그룹 3족 질화물계 반도체 박막은 GaN 뿐만 아니라 AlN, InN, GaInN, AlGaN, 및 GaAlInN 등을 포함한다.Group III-nitride-based semiconductor thin films including GaN are usually formed on the substrate for thin film growth such as sapphire (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) by MOCVD or HVPE. However, in this case, the thin film growth substrate and the group III-nitride-based semiconductor thin film are grown to form a single crystal on the group III-nitride semiconductor thin film on top of the thin film growth substrate due to lattice mismatch due to different lattice constants. It is very difficult. In addition, the group III-nitride semiconductor thin film for an optoelectronic device is grown at a high temperature of 1000 degrees or more. In this case, a wafer warpage phenomenon occurs in the thin film growth substrate and the group III-nitride-based semiconductor thin film due to different thermal expansion coefficients. A semiconductor thin film having a non-uniform distribution of group III elements and dopants is formed, causing various problems in the reliability of the final optoelectronic device. In particular, as the substrate wafer size (ie, diameter) of the thin film growth increases, the wafer warpage phenomenon of the thin film growth increases. The group III-nitride semiconductor thin film includes AlN, InN, GaInN, AlGaN, GaAlInN, and the like, as well as GaN.

상기한 바와 같이, 박막 성장용 기판과 그룹 3족 질화물계 반도체 간의 격자부정합으로 발생되는 기술적 문제점을 극복하기 위한 방법으로서 격자변형(lattice strain)을 완화시키기 위한 완충층(buffer layer)을 700도 이하의 낮은 온도에서 박막 성장용 기판 상부에 우선적으로 형성시킨 다음, 박막 성장용 기판 위의 완충층 상부에 그룹 3족 질화물계 반도체 박막을 성장시키는 방법 등이 제안된 바 있 다. 이와 더불어서, 박막 성장용 기판과 그룹 3족 질화물계 반도체 간의 열팽창계수로 발생되는 기판 웨이퍼 휨 현상을 억제하기 위한 방법으로서 최초 박막 성장용 기판 웨이퍼의 두께를 박막 성장용 기판 웨이퍼의 사이즈(즉, 직경)에 따라 최적화시키고 있다. 일예로, 2인치 사파이어 박막 성장용 기판 웨이퍼의 경우 330 마이크론미터 이상, 4인치의 경우는 600 마이크론미터 이상의 사파이어 박막 성장용 기판이 준비되어야 한다.As described above, a buffer layer for alleviating lattice strain as a method for overcoming the technical problem caused by lattice mismatch between the thin film growth substrate and the group III-nitride semiconductor is less than 700 degrees. A method of preferentially forming the upper portion of the thin film growth substrate at a low temperature and then growing the group III nitride semiconductor thin film on the buffer layer on the thin film growth substrate has been proposed. In addition, as a method for suppressing the warp of the substrate wafer caused by the thermal expansion coefficient between the thin film growth substrate and the group III-nitride-based semiconductor, the thickness of the first thin film growth substrate wafer is determined by the size of the thin film growth substrate wafer. ) To optimize. For example, a substrate wafer for growing 2 inch sapphire thin film should be prepared with a substrate for growing sapphire thin film of at least 330 micrometers and at least 600 microns for 4 inches.

그러나 상기 언급한 바와 같이, 최초 박막 성장용 기판 웨이퍼 사이즈 증가에 따른 더욱 심한 기판 웨이퍼 휨 현상을 억제하기 위한 최초 박막 성장용 기판 두께 증가는 경제 및 기술적으로 해결해야 할 과제를 앉고 있다. 경제적인 관점에서는 최초 박막 성장용 기판 두께를 증가하는 것은 발광다이오드(LED)를 비롯한 광전자 소자를 제조하는 총비용(cost)이 증가하게 되다. 이와 더불어, 더욱 심각한 문제인 기술적인 관점은 그룹 3족 질화물계 반도체 광전자 소자를 제조하는 종래의 일반적인 공정 흐름도인 도 8을 참조하여 설명하면, 하기와 같다. 도 8(a)은 단결정(epitaxy)인 최초 박막 성장용 기판(901)을 보인 것으로서, 2인치 직경인 경우는 330 마이크론미터 이상, 4인치의 경우는 600 마이크론미터 이상의 두께로 준비한다. 상기 최초 박막 성장용 기판(901)으로서 공지된 물질로는 사파이어(Al2O3)와 실리콘 카바이드(SiC) 단결정(epitaxy)이다. 도 8(b)은 상기한 최초 박막 성장용 기판(901) 상부에 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 박막(902)이 형성된 단면도이다. 상기 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 박막(902)은 발광다이오 드(LED), 레이저다이오드(LD), 광감지기(photo-detector), 또는 각종 트랜지스터(transistor) 등의 소자를 위한 단층 또는 다층 형태로 구성된다. 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 박막(902)이 성장된 최초 박막 성장용 기판(901)에 광전자 소자 칩을 완성하기 위한 단계(도 8(c))로서, 외부에서 전류를 주입하기 위한 식각(etching), 전극 및 패드(903, 904) 형성과 외부로부터 완성된 소자 칩을 보호하기 위한 전기절연체(insulator)로 커버링(이하, “패시베이션” 이라 지칭) 공정을 해야 한다. 광전자 소자 칩을 완성한 후, 상기 완성된 소자 칩 구동시 발생된 열을 외부로 원활하게 방출하기 위해선 최초 박막 성장용 기판을 완전 제거 또는 최대한 얇게(평균, 80 마이크론미터) 만드는 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 그리고 물리 화학적 표면 처리 등의 단계(도 8(d))를 거쳐야 한다. 이런 단계에서 박막 성장용 기판과 반도체 박막의 크랙(crack) 또는 기계적 파손 등이 발생하여 제조된 광전자 소자의 성능에 악영향을 줄 수 있을 뿐만이 아니라, 제품 수율 저하를 초래하는 경우가 종종 있다. 특히, 박막 성장용 기판을 기계적 가공을 통한 박형화(thinning) 하는데 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. 마지막 단계(도 8(e))인 기계적 가공인 소잉(sawing) 또는 레이저 절단(laser scribing)을 이용해서 수직방향으로 가공하여 단일 칩으로 완성한다.However, as mentioned above, increasing the thickness of the first thin film growth substrate to suppress more severe substrate wafer warpage caused by the increase of the size of the first thin film growth substrate wafer poses a problem to be solved economically and technically. From an economic point of view, increasing the substrate thickness for the first thin film growth will increase the total cost of manufacturing optoelectronic devices, including light emitting diodes (LEDs). In addition, the technical aspect, which is a more serious problem, will be described with reference to FIG. 8, which is a conventional general process flowchart for manufacturing a group III nitride semiconductor optoelectronic device. FIG. 8 (a) shows the first thin film growth substrate 901 which is a single crystal, which is prepared to have a thickness of 330 micrometers or more for a 2-inch diameter and 600 microns or more for a 4-inch diameter. Materials known as the first thin film growth substrate 901 are sapphire (Al 2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) single crystal (epitaxy). FIG. 8B is a cross-sectional view of the group III-nitride semiconductor thin film 902 for an optoelectronic device formed on the first thin film growth substrate 901. The group III-nitride semiconductor thin film 902 for an optoelectronic device is a single layer or a multilayer for devices such as a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a photo-detector, or various transistors. Form. As a step (FIG. 8 (c)) for completing the optoelectronic device chip on the first thin film growth substrate 901 on which the group III-nitride-based semiconductor thin film 902 for optoelectronic devices is grown, an etching is performed to inject a current from the outside. (etching), forming the electrodes and pads 903 and 904, and covering with an electrical insulator to protect the finished device chip from the outside (hereinafter referred to as "passivation") process. After completing the optoelectronic device chip, in order to smoothly dissipate heat generated when driving the finished device chip to the outside, polishing is a mechanical process that completely removes the first thin film growth substrate or makes it as thin as possible (average, 80 microns). ) And surface leveling process, and physicochemical surface treatment (FIG. 8 (d)). In this step, cracks or mechanical breakage of the substrate for thin film growth and the semiconductor thin film may occur, which may not only adversely affect the performance of the manufactured optoelectronic device, but also sometimes cause a decrease in product yield. In particular, there is a problem that takes a long time to thin the thin film growth substrate through mechanical processing (thinning). The final step (Fig. 8 (e)) is the vertical machining using sawing or laser scribing, which is mechanical machining, to complete a single chip.

따라서 상기한 문제점을 해결함과 동시에 향후 대량 생산을 통한 제조 단가 감소를 위해서는 박막 성장용 기판 웨이퍼 사이즈 증가에 따른 박막 성장용 기판 웨이퍼 휨(warpage) 현상을 최소화하여 양질의 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성 장용 기판 및 그의 제조 방법을 개발해야 하고, 동시에 이를 이용한 양질의 광전자 소자 제조 방법이 요구되는 것이다.Therefore, in order to solve the above problems and reduce the manufacturing cost through mass production in the future, the wafer wafer warpage phenomenon of the thin film growth substrate is minimized due to the increase of the wafer size of the thin film growth substrate. It is necessary to develop a growth substrate and a method of manufacturing the same, and at the same time, a method of manufacturing a high quality optoelectronic device using the same is required.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 및 그의 제조 방법, 그리고 이를 이용한 광전자 소자 제조 방법에 관한 것이다. 보다 더 상세하게는 결정학적 결함 밀도가 낮고 광전자 소자 구조의 활성층(active layer) 내에서 균일한 그룹 3족 원소 및 도판트(dopant) 분포를 갖는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 개발하고, 본 발명에 의해 고안된 박막 성장용 기판을 이용하여 최종적으로 그룹 3족 질화물계 반도체 광전자 소자를 제조하는 방법을 제안하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and relates to a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing an optoelectronic device using the same. More specifically, to develop a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate having low crystallographic defect density and uniform group III element and dopant distribution in the active layer of the optoelectronic device structure. And to propose a method of finally manufacturing a group III nitride semiconductor optoelectronic device using the thin film growth substrate devised by the present invention.

본 발명의 상기 목적을 성공적으로 수행하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법은,In order to successfully perform the above object of the present invention, a method of manufacturing a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate according to an embodiment of the present invention,

지지기판(supporting substrate) 상부에 희생층(sacrificial layer)과 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer)을 순차적으로 형성하는 단계; 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate) 상부에 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer)을 형성하는 단계; 상기 지지기판과 단결정 성장기판 상부에 형성된 두 웨이퍼 결합층을 접촉시킨 후, 지지기판과 단결정 성장기판을 일정 압력 및 온도 하에서 결합시키는 단계; 및 대기(air) 중으로 노출된 단결정 성장기판을 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 또는 물리 화학적 표면 처리 공정의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Sequentially forming a sacrificial layer and a wafer bonding layer on a supporting substrate; Forming a wafer bonding layer on the epitaxial growth substrate; Contacting the support substrate and the two wafer bonding layers formed on the single crystal growth substrate, and then bonding the support substrate and the single crystal growth substrate under a predetermined pressure and temperature; And a polishing and surface leveling process, or a physicochemical surface treatment process, which is a mechanical processing of the single crystal growth substrate exposed to the air.

상기 지지기판 상부의 희생층과 웨이퍼 결합층 사이에 확산 방지막(diffusion barrier)을 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우 확산 방지막은 웨이퍼 결합층과 희생층 간의 열-화학 반응을 억제하는 물질을 우선적으로 선택한다.It is preferable to insert a diffusion barrier between the sacrificial layer and the wafer bonding layer on the support substrate. In this case, the diffusion barrier first selects a material that suppresses the thermo-chemical reaction between the wafer bonding layer and the sacrificial layer.

상기 지지기판과 단결정 성장기판을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 열처리 공정 온도는 두 기판을 결합시키는 단계의 온도보다 더 높은 온도에서 수행한다.After bonding the support substrate and the single crystal growth substrate, it is preferable to include a heat treatment process for further improving the bonding force between the two substrates. In this case, the heat treatment process temperature is performed at a temperature higher than the temperature of the step of bonding the two substrates.

상기 지지기판과 단결정 성장기판은 동일물질로 구성되며, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 지지기판과 단결정 성장기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 스피넬(spinel), 리튬니오베이트(lithium niobate), 네오듐갈라이트(neodymium gallate), 갈륨산화물(Ga2O3) 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The support substrate and the single crystal growth substrate are made of the same material, and preferably have a transparency of more than 50 percent (%) optically in the wavelength range of 600 nanometers (nm) or less. In this case, the supporting substrate and the single crystal growth substrate are sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), spinel (spinel), lithium niobate (lithium niobate), neodymium gallate (neodymium gallate), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and other materials are preferentially selected.

상기 지지기판 상부의 희생층은 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 흡수하고, 이러한 결과로 열-화학 분해 반응이 일어나, 상기 희생층 상하를 분리(separation)시키는 역할을 한다. 이 경우 희생층은 ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn3N2, Mg3N2, ZnInN, ITO, SiO2, SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The sacrificial layer on the support substrate absorbs a photon beam having a wavelength range of 600 nm or less, and as a result, a thermal-chemical decomposition reaction occurs to separate the sacrificial layer. ) Role. In this case, the sacrificial layer preferentially selects materials such as ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn 3 N 2 , Mg 3 N 2 , ZnInN, ITO, SiO 2 , SiNx, PZT, AlGaN, SU-8, and the like.

상기 웨이퍼 결합층은 기계적 가공, 물리 화학적 표면 처리 공정, 또는 1000도 이상의 고온 및 수소, 암모니아 개스 분위기에서 안정하며 강한 결합을 유지할 수 있는 물질이 바람직하다. 이 경우 웨이퍼 결합층은 각종 실리사이드(silicide), Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO2, SiNx, SOG, Al2O3, SiC 등의 물질을 우선적으로 선택한다. The wafer bonding layer is preferably a mechanical processing, a physicochemical surface treatment process, or a material capable of maintaining a strong bond and stable in a high temperature of at least 1000 degrees and hydrogen, ammonia gas atmosphere. In this case, the wafer bonding layer includes various silicides, Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO 2 , SiN x , Substances such as SOG, Al 2 O 3 , and SiC are preferentially selected.

상기 기계적 가공 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 거친 후, 단결정 성장기판 표면에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture)을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 각종 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 사용할 수 있다.After the mechanical processing or the physicochemical surface treatment process, the surface of a single crystal growth substrate surface, such as via-holes, patterned surfaces, corrugated surfaces of various shapes, etc. It is preferable to include the step of forming a surface texture (surface texture). In this case, various wet or dry etching methods may be used.

상기 표면 평탄화 공정은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 방법을 사용하여 수행할 수 있다.The surface planarization process can be performed using a chemical mechanical polishing (CMP) method.

본 발명의 상기 목적을 성공적으로 수행하기 위해서, 본 발명의 일 In order to successfully accomplish the above object of the present invention, one of the present invention 실시예에Example 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법은, According to the method of manufacturing a group 3 nitride-based semiconductor thin film growth substrate,

제1 지지기판(1st supporting substrate) 상부에 제1 희생층(1st sacrificial layer)과 웨이퍼 결합층(1st wafer bonding layer)을 순차적으로 형성하는 단계; 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate) 상부에 제1 웨이퍼 결합층(1st wafer bonding layer)을 형성하는 단계; 상기 제1 지지기판과 단결정 성장기판 상부에 형성된 두 제1 웨이퍼 결합층을 접촉시킨 후, 제1 지지기판과 단결정 성장기판을 일정 압력 및 온도 하에서 결합시키는 단계; 대기(air) 중으로 노출된 단결정 성장기판을 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 또는 물리 화학적 표면 처리하는 단계; 상기 기계적 가공 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 거친 단결정 성장기판 표면에 제2 웨이퍼 결합층(2nd wafer bonding layer)을 형성하는 단계; 제2 지지기판(2nd supporting substrate) 상부에 제2 희생층(1st sacrificial layer)과 웨이퍼 결합층(2nd wafer bonding layer)을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제2 지지기판과 단결정 성장기판 상부에 형성된 두 제2 웨이퍼 결합층을 접촉시킨 후, 제2 지지기판과 단결정 성장기판을 일정 압력 및 온도 하에서 결합시키는 단계; 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 제1 지지기판 후면(back-side)에 조사시켜 제1 희생층 물질의 열-화학 분해 반응을 통한 제1 지지기판과 제1 희생층을 완전히 제거하는 단계; 및 상기 대기 중으로 노출된 제1 웨이퍼 결합층을 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 통해서 완전히 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Sequentially forming a first sacrificial layer and a first wafer bonding layer on the first supporting substrate; Forming a first wafer bonding layer on an epitaxial growth substrate; Contacting the first support substrate with the two first wafer bonding layers formed on the single crystal growth substrate, and then bonding the first support substrate and the single crystal growth substrate under a predetermined pressure and temperature; Polishing and surface leveling processes, or physicochemical surface treatments, which are mechanical processing, of a single crystal growth substrate exposed to air; Forming a second wafer bonding layer on the surface of the single crystal growth substrate which has been subjected to the mechanical processing or the physicochemical surface treatment process; Sequentially forming a second sacrificial layer and a second wafer bonding layer on the second supporting substrate; Contacting the second support substrate and two second wafer bonding layers formed on the single crystal growth substrate, and then bonding the second support substrate and the single crystal growth substrate under a predetermined pressure and temperature; A photon beam having a wavelength range of 600 nm or less is irradiated to the back-side of the first support substrate to thermally chemically decompose the first sacrificial layer material. Completely removing the first sacrificial layer; And completely removing the first wafer bonding layer exposed to the atmosphere through a wet or dry etching method.

상기 제1 지지기판 상부의 제1 희생층과 제1 웨이퍼 결합층 사이에 확산 방지막(diffusion barrier)을 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우 확산 방지막은 제1 웨이퍼 결합층과 제1 희생층 간의 열-화학 반응을 억제하는 물질을 우선적으로 선택한다.It is preferable to insert a diffusion barrier between the first sacrificial layer and the first wafer bonding layer on the first support substrate. In this case, the diffusion barrier layer preferentially selects a material that suppresses a thermo-chemical reaction between the first wafer bonding layer and the first sacrificial layer.

상기 제1 지지기판과 단결정 성장기판을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 열처리 온도는 두 기판을 결합시키는 온도보다 더 높은 온도에서 수행한다.After bonding the first support substrate and the single crystal growth substrate, it is preferable to include a heat treatment step for further improving the bonding force between the two substrates. In this case, the heat treatment temperature is performed at a temperature higher than the temperature for bonding the two substrates.

상기 제2 지지기판 상부의 제2 희생층과 제2 웨이퍼 결합층 사이에 확산 방 지막(diffusion barrier)을 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우 확산 방지막은 제2 웨이퍼 결합층과 제2 희생층 간의 열-화학 반응을 억제하는 물질을 우선적으로 선택한다.It is preferable to insert a diffusion barrier between the second sacrificial layer and the second wafer bonding layer on the second support substrate. In this case, the diffusion barrier first selects a material that suppresses the thermo-chemical reaction between the second wafer bonding layer and the second sacrificial layer.

상기 제2 지지기판과 단결정 성장기판을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 열처리 온도는 두 기판을 결합시키는 온도보다 더 높은 온도에서 수행한다.After bonding the second support substrate and the single crystal growth substrate, it is preferable to include a heat treatment step for further improving the bonding force between the two substrates. In this case, the heat treatment temperature is performed at a temperature higher than the temperature for bonding the two substrates.

상기 제1, 제2 지지기판과 단결정 성장기판은 동일물질로 구성되며, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 지지기판과 단결정 성장기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 스피넬(spinel), 리튬니오베이트(lithium niobate), 네오듐갈라이트(neodymium gallate), 갈륨산화물(Ga2O3) 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The first and second support substrates and the single crystal growth substrate may be made of the same material, and have optical transparency of 50% or more in the wavelength range of 600 nm or less. In this case, the supporting substrate and the single crystal growth substrate are sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), spinel (spinel), lithium niobate (lithium niobate), neodymium gallate (neodymium gallate), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and other materials are preferentially selected.

상기 제1, 제2 지지기판 상부의 제1, 제2 희생층은 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 흡수하고, 이러한 결과로 열-화학 분해 반응이 일어나, 상기 희생층 상하를 분리(separation)시키는 역할을 한다. 이 경우 희생층은 ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn3N2, Mg3N2, ZnInN, ITO, SiO2, SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The first and second sacrificial layers on the first and second support substrates absorb photon beams having a wavelength range of 600 nm or less, and as a result, the thermal-chemical decomposition reaction Rise, and serves to separate the upper and lower sacrificial layers. In this case, the sacrificial layer preferentially selects materials such as ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn 3 N 2 , Mg 3 N 2 , ZnInN, ITO, SiO 2 , SiNx, PZT, AlGaN, SU-8, and the like.

상기 웨이퍼 결합층은 기계적 가공, 물리 화학적 표면 처리 공정, 또는 1000도 이상의 고온 및 수소, 암모니아 개스 분위기에서 안정하며 강한 결합을 유지할 수 있는 물질이 바람직하다, 이 경우 웨이퍼 결합층은 각종 실리사이드(silicide), Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO2, SiNx, SOG, Al2O3, SiC 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The wafer bonding layer is preferably a mechanical processing, a physicochemical surface treatment process, or a material that is stable at a high temperature of 1000 degrees or higher, and hydrogen, ammonia gas atmosphere, and can maintain strong bonding. In this case, the wafer bonding layer may be formed of various silicides. , Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO 2 , SiN x , SOG, Al 2 O 3 , SiC Is selected first.

상기 대기 중으로 노출된 제1 웨이퍼 결합층을 완전히 제거시킨 후, 단결정 성장기판 표면에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture)을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 각종 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 사용할 수 있다.After completely removing the first wafer bonding layer exposed to the atmosphere, the via-hole having a certain periodicity on the surface of the single crystal growth substrate, the patterned surface of various forms, and the corrugated surface It is preferable to include the step of forming a surface texture (such as surface texture). In this case, various wet or dry etching methods may be used.

상기 표면 평탄화 공정은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 방법을 사용하여 수행할 수 있다.The surface planarization process can be performed using a chemical mechanical polishing (CMP) method.

본 발명에 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제1 First of the Group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate prepared according to the present invention 실시예는Example ,,

600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 지지기판(supporting substrate)과, 상기 지지기판 상부에 형성된 희생층(sacrificial layer)과, 상기 희생층 상부에 형성된 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer)과, 상기 웨이퍼 결합층 상부에 형성되며 표면 요철을 갖지 않는 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate)을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 제공한다. 여기서, 상기 단결정 성장기판의 두께는 상기 지지기판의 두께에 비해서 얇다.A supporting substrate having an optical transparency of at least 50 percent (%) in a wavelength range of 600 nm or less, a sacrificial layer formed on the support substrate, and formed on the sacrificial layer. Provided is a group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate including a wafer bonding layer and an epitaxial growth substrate formed on the wafer bonding layer and having no surface irregularities. Here, the thickness of the single crystal growth substrate is thinner than the thickness of the support substrate.

또한 상기 단결정 성장기판은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 지지기판은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)이다.In addition, the single crystal growth substrate is necessarily monocrystalline, while the support substrate is monocrystalline or polycrystalline.

본 발명에 따라 제조된 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제2 Second of the Group 3 nitride-based semiconductor thin film growth substrate prepared according to the present invention 실시예는Example ,,

600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 지지기판(supporting substrate)과, 상기 지지기판 상부에 형성된 희생층(sacrificial layer)과, 상기 희생층 상부에 형성된 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer)과, 상기 웨이퍼 결합층 상부에 형성되며 표면 요철을 갖는 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate)을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 제공한다. 여기서, 상기 단결정 성장기판의 두께는 상기 지지기판의 두께에 비해서 얇다.A supporting substrate having an optical transparency of at least 50 percent (%) in a wavelength range of 600 nm or less, a sacrificial layer formed on the support substrate, and formed on the sacrificial layer. Provided is a group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate including a wafer bonding layer and an epitaxial growth substrate formed on the wafer bonding layer and having surface irregularities. Here, the thickness of the single crystal growth substrate is thinner than the thickness of the support substrate.

또한 상기 단결정 성장기판은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 지지기판은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)이다.In addition, the single crystal growth substrate is necessarily monocrystalline, while the support substrate is monocrystalline or polycrystalline.

본 발명의 일 Work of the present invention 실시예에Example 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 이용한 광전자 소자 제조 방법은,  Optoelectronic device manufacturing method using a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate,

지지기판, 희생층, 웨이퍼 결합층, 단결정 성장기판이 순차적으로 적층 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 준비하는 단계; 상기 준비된 박막 성장용 기판 상부에 광전자 소자 구조체 박막을 성장하는 단계; 상기 박막 성장용 기판의 단결정 성장기판 상부에 형성된 광전자 소자 구조체 박막을 일정한 면적(예를 들어 칩의 크기)과 형상으로 식각(etching), 전극 및 패드(electrode and pad), 패시베이션(passivation) 등을 거쳐 다수의 광전자 소자 칩을 완성하는 단계; 상기 완성된 다수의 광전자 소자 칩을 갖는 박막 성장용 기판에서 지지기판, 희생층, 및 웨이퍼 결합층을 분리하는 단계; 상기 단결정 성장기판의 식각과 절단 공정을 통한 광전자 소자 단일 칩을 완성하는 단계;를 포함하여 이루어진 광전자 소자의 제조 방법을 제공한다.Preparing a group III nitride semiconductor thin film growth substrate in which a support substrate, a sacrificial layer, a wafer bonding layer, and a single crystal growth substrate are sequentially stacked; Growing an optoelectronic device structure thin film on the prepared thin film growth substrate; The optoelectronic device structure thin film formed on the single crystal growth substrate of the thin film growth substrate may be etched, electrode and pad, passivation, etc. into a predetermined area (for example, chip size) and shape. Completing a plurality of optoelectronic device chips; Separating the support substrate, the sacrificial layer, and the wafer bonding layer from the thin film growth substrate having the plurality of optoelectronic device chips; Comprising a step of completing the optoelectronic device single chip through the etching and cutting process of the single crystal growth substrate provides a method for manufacturing an optoelectronic device comprising a.

이상에서 살펴본 바와 같이, 종래의 박막 성장용 기판에 비해서 본 발명에서 제안된 두꺼운 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 이용하여 광전자 소자 구조체 박막을 성장하면 기판 웨이퍼 휨(warpage) 현상을 억제할 수 있어 그룹 3족 원소 성분 및 도판트를 균일하게 분포시킬 수 있을 뿐만이 아니라 결정학적 결함을 최소화 시킬 수 있다. 그 결과, 저비용의 고성능 광전자 소자를 제조 할 수 있다.As described above, when the optoelectronic device structure thin film is grown by using the thick group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate proposed in the present invention as compared to the conventional thin film growth substrate, warpage phenomenon of the substrate wafer can be suppressed. In addition, the group III element components and dopants can be uniformly distributed, and crystallographic defects can be minimized. As a result, a high performance optoelectronic device can be manufactured at low cost.

그리고 종래의 박막 성장용 기판 제조 방법에 비해서 본 발명에서 제안된 두꺼운 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 제조 방법은 재활용(reuse) 가능한 값싼 지지기판과 상대적으로 얇은 성장기판을 이용하기 때문에 저비용으로 제조할 수 있다.Compared with the conventional method for manufacturing a thin film growth substrate, the method for manufacturing a thick group III-nitride semiconductor thin film growth substrate proposed by the present invention uses a cheap support substrate and a relatively thin growth substrate that can be reused at low cost. It can manufacture.

그리고 종래의 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 이용한 광전자 소자 제조 공정에 비해서 본 발명에 의해 제안된 박막 성장용 기판을 이용하면 기계적 손상없이 비교적 용이하게 박형화(thinning) 공정을 할 수 있어 최종적인 제품을 제조하는데 시간 및 비용이 월등히 절감된다.Compared to the conventional optoelectronic device manufacturing process using the group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate, the thin film growth substrate proposed by the present invention can be used to thin the process relatively easily without mechanical damage. Significantly saves time and money in manufacturing products.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 1은 본 발명의 제1실시예 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a substrate for growing a group III nitride semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 우선 지지기판(101) 상부에 희생층(102) 및 웨이퍼 결합층(103)을 순차적으로 적층 형성한다. 동시에 단결정 성장기판(201) 상부에 웨이퍼 결합층(202)을 적층 형성한다. 그런 후, 다음 단계(10)로 지지기판(101) 상부의 웨이퍼 결합층(103)과 단결정 성장기판(201) 상부의 웨이퍼 결합층(202)을 맞대어 접촉시켜 일정한 압력 및 온도에서 결합시킨다. 그런 후, 다음 단계(20)로 대기(air) 중으로 노출된 단결정 성장기판(201) 표면을 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 행한 후 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 완성한다.Referring to FIG. 1, first, a sacrificial layer 102 and a wafer bonding layer 103 are sequentially stacked on a support substrate 101. At the same time, a wafer bonding layer 202 is laminated on the single crystal growth substrate 201. Then, in a next step 10, the wafer bonding layer 103 on the support substrate 101 and the wafer bonding layer 202 on the single crystal growth substrate 201 are brought into contact with each other to be bonded at a constant pressure and temperature. Then, in the next step 20, the surface of the single crystal growth substrate 201 exposed to the air is subjected to mechanical polishing, polishing and surface leveling, or physicochemical surface treatment. A substrate for growing a group III nitride semiconductor thin film is completed.

상기 지지기판(101) 상부의 희생층(102)과 웨이퍼 결합층(103) 사이에 확산 방지막(미도시)을 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우 확산 방지막(diffusion barrier)은 웨이퍼 결합층(103)과 희생층(102) 간의 열-화학 반응(thermo-chemical reaction)을 억제하는 물질을 우선적으로 선택한다.It is preferable to insert a diffusion barrier (not shown) between the sacrificial layer 102 and the wafer bonding layer 103 on the support substrate 101. In this case, the diffusion barrier preferentially selects a material that suppresses a thermo-chemical reaction between the wafer bonding layer 103 and the sacrificial layer 102.

상기 지지기판(101)과 단결정 성장기판(201)을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 열처리 공정 온도는 두 기판을 결합시키는 단계(10)의 온도보다 더 높은 온도에서 수행한다.After the support substrate 101 and the single crystal growth substrate 201 are combined, it is preferable to include a heat treatment process for further improving the bonding force between the two substrates. In this case, the heat treatment process temperature is performed at a temperature higher than the temperature of the step 10 of bonding the two substrates.

상기 지지기판(101)과 단결정 성장기판(201)은 동일한 물질로 구성되며, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 지지기판과 단결정 성장기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 스피넬(spinel), 리튬니오베이트(lithium niobate), 네오듐갈라이트(neodymium gallate), 갈륨산화물(Ga2O3) 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The support substrate 101 and the single crystal growth substrate 201 are made of the same material, and preferably have a transparency of more than 50 percent (%) optically in a wavelength range of 600 nanometers (nm) or less. In this case, the supporting substrate and the single crystal growth substrate are sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), spinel (spinel), lithium niobate (lithium niobate), neodymium gallate (neodymium gallate), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and other materials are preferentially selected.

상기 지지기판(101) 상부의 희생층(102)은 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 흡수하고, 이러한 결과로 열-화학 분해 반응이 일어나, 상기 희생층 상하를 분리(separation)시키는 역할을 한다. 이 경우 희생층은 ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn3N2, Mg3N2, ZnInN, ITO, SiO2, SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The sacrificial layer 102 on the support substrate 101 absorbs a photon beam having a wavelength range of 600 nanometers or less, and as a result, a thermal-chemical decomposition reaction occurs, thereby sacrificing the sacrificial layer 102. It serves to separate the upper and lower layers. In this case, the sacrificial layer preferentially selects materials such as ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn 3 N 2 , Mg 3 N 2 , ZnInN, ITO, SiO 2 , SiNx, PZT, AlGaN, SU-8, and the like.

상기 웨이퍼 결합층(103, 202)은 기계적 가공, 물리 화학적 표면 처리 공정, 또는 1000도 이상의 고온 및 수소, 암모니아 개스 분위기에서 안정하며 강한 결합을 유지할 수 있는 물질이 바람직하다, 이 경우 웨이퍼 결합층은 각종 실리사이드(silicide), Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO2, SiNx, SOG, Al2O3, SiC 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The wafer bonding layers 103 and 202 are preferably mechanically processed, a physicochemical surface treatment process, or a material that is stable in a high temperature of 1000 ° C. or higher and hydrogen or ammonia gas and can maintain strong bonding. Various silicides, Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO 2 , SiN x , SOG, Al 2 O 3 And materials such as SiC are preferentially selected.

상기 기계적 가공 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 거친 후, 단결정 성장기판(201) 표면에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture) 공정을 행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 각종 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 사용할 수 있다.After the mechanical processing or physicochemical surface treatment, via-holes, patterned surfaces, and corrugated surfaces having a certain periodicity on the surface of the single crystal growth substrate 201 are formed. It is preferable to include the step of performing a surface texture process such as. In this case, various wet or dry etching methods may be used.

상기 표면 평탄화 공정은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 방법을 사용하여 수행할 수 있다.The surface planarization process can be performed using a chemical mechanical polishing (CMP) method.

상기 단결정 성장기판(201)의 두께는 상기 지지기판(101)의 두께에 비해서 얇다.The single crystal growth substrate 201 is thinner than the thickness of the support substrate 101.

또한, 상기 단결정 성장기판(201)은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 지지기판(101)은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)이다.In addition, the single crystal growth substrate 201 is necessarily monocrystalline, while the support substrate 101 is monocrystalline or polycrystalline.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제2실시예 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a substrate for growing a group III nitride semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 지지기판(301) 상부에 제1 희생층(302) 및 제1 웨이퍼 결합층(303)을 순차적으로 적층 형성한다. 동시에 단결정 성장기판(401) 상부에 제1 웨이퍼 결합층(402)을 적층 형성한다. 그런 후, 다음 단계(10)로 제1 지지기판(301) 상부의 제1 웨이퍼 결합층(303)과 단결정 성장기판(401) 상부의 제1 웨이퍼 결합층(402)을 맞대어 접촉시켜 일정한 압력 및 온도에서 결합시킨다. 그런 후, 다음 단계(20)로 대기(air) 중으로 노출된 단결정 성장기판(401) 표면을 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 행한다. 그런 후, 다음 공정으로 기계적 가공 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 거친 단결정 성장기판(401) 상부에 제2 웨이퍼 결합층(403)을 적층 형성하다. 동시에 제2 지지기판(501) 상부에 제2 희생층(502) 및 제2 웨이퍼 결합층(503)을 순차적으로 적층 형성한다. 그런 후, 다음 단계(30)로 제2 지지기판(501) 상부의 제2 웨이퍼 결합층(503)과 단결정 성장기판(401) 상부의 제2 웨이퍼 결합층(403)을 맞대어 접촉시켜 일정한 압력 및 온도에서 결합시킨다. 그런 후, 다음 단계(40)로 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 제1 지지기판(301) 후면(back-side)에 조사시켜 제1 희생층(302) 물질의 열-화학 분해 반응을 통한 제1 지지기판(301)과 제1 희생층(302)을 완전히 제거한다. 그런 후, 다음 단계(50)로 대기 중으로 노출된 제1 웨이퍼 결합층(303)을 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 통해서 완전히 제거하는 공정을 행한 후 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 완성한다.2 to 4, the first sacrificial layer 302 and the first wafer bonding layer 303 are sequentially stacked on the first support substrate 301. At the same time, a first wafer bonding layer 402 is laminated on the single crystal growth substrate 401. Thereafter, in the next step 10, the first wafer bonding layer 303 on the first support substrate 301 and the first wafer bonding layer 402 on the single crystal growth substrate 401 are brought into contact with each other to provide a constant pressure and Combine at temperature. Then, in the next step 20, the surface of the single crystal growth substrate 401 exposed in the air is subjected to mechanical polishing and surface leveling, or physicochemical surface treatment. Thereafter, the second wafer bonding layer 403 is laminated on the single crystal growth substrate 401 which has undergone mechanical processing or physicochemical surface treatment in the following process. At the same time, the second sacrificial layer 502 and the second wafer bonding layer 503 are sequentially stacked on the second support substrate 501. Thereafter, in the next step 30, the second wafer bonding layer 503 on the second support substrate 501 and the second wafer bonding layer 403 on the single crystal growth substrate 401 are brought into contact with each other to provide a constant pressure and Combine at temperature. Thereafter, in a next step 40, a photon beam having a wavelength range of 600 nm or less is irradiated to the back-side of the first support substrate 301 so that the first sacrificial layer ( 302) The first support substrate 301 and the first sacrificial layer 302 are completely removed through the thermo-chemical decomposition reaction of the material. Subsequently, in the next step 50, the first wafer bonding layer 303 exposed to the atmosphere is completely removed by a wet or dry etching method, followed by group III nitride-based semiconductor thin film growth. Complete the substrate for.

상기 제1 지지기판(301) 상부의 제1 희생층(302)과 제1 웨이퍼 결합층(303) 사이에 확산 방지막(미도시)을 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우 확산 방지막(diffusion barrier)은 제1 웨이퍼 결합층(303)과 제1 희생층(302) 간의 열-화학 반응을 억제하는 물질을 우선적으로 선택한다.A diffusion barrier layer (not shown) is preferably inserted between the first sacrificial layer 302 and the first wafer bonding layer 303 on the first support substrate 301. In this case, the diffusion barrier preferentially selects a material that suppresses the thermo-chemical reaction between the first wafer bonding layer 303 and the first sacrificial layer 302.

상기 제1 지지기판(301)과 단결정 성장기판(401)을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 열처리 공정 온도는 두 기판을 결합시키는 단계(10) 온도보다 더 높은 온도에서 수행한다.After combining the first support substrate 301 and the single crystal growth substrate 401, it is preferable to include a heat treatment process for further improving the bonding force between the two substrates. In this case, the heat treatment process temperature is performed at a temperature higher than the temperature of the step 10 of bonding the two substrates.

상기 제2 지지기판(501) 상부의 제2 희생층(502)과 제2 웨이퍼 결합층(503) 사이에 확산 방지막(미도시)을 삽입하는 것이 바람직하다. 이 경우 확산 방지막(diffusion barrier)은 제2 웨이퍼 결합층(503)과 제2 희생층(502) 간의 열-화학 반응을 억제하는 물질을 우선적으로 선택한다.The diffusion barrier layer (not shown) may be inserted between the second sacrificial layer 502 and the second wafer bonding layer 503 on the second support substrate 501. In this case, the diffusion barrier preferentially selects a material that suppresses the thermo-chemical reaction between the second wafer bonding layer 503 and the second sacrificial layer 502.

상기 제2 지지기판(501)과 단결정 성장기판(401)을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 열처리 공정 온도는 두 기판을 결합시키는 단계(30)의 온도보다 더 높은 온도에서 수행한다.After combining the second support substrate 501 and the single crystal growth substrate 401, it is preferable to include a heat treatment process for further improving the bonding force between the two substrates. In this case, the heat treatment process temperature is performed at a temperature higher than the temperature of the step 30 for bonding the two substrates.

상기 제1, 제2 지지기판(301, 501)과 단결정 성장기판(401)은 동일한 물질로 구성되며, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 지지기판과 단결정 성장기판은 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 스피넬(spinel), 리튬니오베이트(lithium niobate), 네오듐갈라이트(neodymium gallate), 갈륨산화물(Ga2O3) 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The first and second support substrates 301 and 501 and the single crystal growth substrate 401 are made of the same material, and have optical transparency of 50% or more in a wavelength range of 600 nm or less. desirable. In this case, the supporting substrate and the single crystal growth substrate are sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN), aluminum nitride (AlN), spinel (spinel), lithium niobate (lithium niobate), neodymium gallate (neodymium gallate), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and other materials are preferentially selected.

상기 제1, 제2 지지기판(301, 501) 상부의 제1, 제2 희생층(302, 502)은 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 흡수하고, 이러한 결과로 열-화학 분해 반응이 일어나, 상기 희생층 상하를 분리(separation)시키는 역할을 한다. 이 경우 희생층은 ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn3N2, Mg3N2, ZnInN, ITO, SiO2, SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The first and second sacrificial layers 302 and 502 on the first and second support substrates 301 and 501 absorb photon beams having a wavelength range of 600 nm or less. As a result, a thermal-chemical decomposition reaction occurs, and serves to separate the upper and lower sacrificial layers. In this case, the sacrificial layer preferentially selects materials such as ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn 3 N 2 , Mg 3 N 2 , ZnInN, ITO, SiO 2 , SiNx, PZT, AlGaN, SU-8, and the like.

상기 웨이퍼 결합층(303, 402, 403, 503)은 기계적 가공, 물리 화학적 표면 처리 공정, 또는 1000도 이상의 고온 및 수소, 암모니아 개스 분위기에서 안정하며 강한 결합을 유지할 수 있는 물질이 바람직하다, 이 경우 웨이퍼 결합층은 각종 실리사이드(silicide), Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO2, SiNx, SOG, Al2O3, SiC 등의 물질을 우선적으로 선택한다.The wafer bonding layer 303, 402, 403, 503 is preferably a material capable of maintaining a strong bond, stable in mechanical processing, physicochemical surface treatment process, or a high temperature of more than 1000 degrees and hydrogen, ammonia gas atmosphere, in this case Wafer bonding layers include various silicides, Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO 2 , SiN x , SOG, Materials such as Al 2 O 3 and SiC are preferentially selected.

상기 대기 중으로 노출된 제1 웨이퍼 결합층(303)을 완전히 제거시킨 후, 단결정 성장기판(401) 표면에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture)을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 각종 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 사용할 수 있다.After completely removing the first wafer bonding layer 303 exposed to the atmosphere, via-holes having a certain periodicity on the surface of the single crystal growth substrate 401, patterned surfaces of various shapes, and sawtooth shapes It is preferable to include the step of forming a surface texture (corrugated surface), such as. In this case, various wet or dry etching methods may be used.

상기 표면 평탄화 공정은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 방법을 사용하여 수행할 수 있다.The surface planarization process can be performed using a chemical mechanical polishing (CMP) method.

상기 단결정 성장기판(401)의 두께는 상기 제1, 제2 지지기판(301, 501)의 두께에 비해서 얇다.The single crystal growth substrate 401 is thinner than the thicknesses of the first and second support substrates 301 and 501.

또한, 상기 단결정 성장기판(401)은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 제1, 제2 지지기판(301, 501)은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)이다.In addition, the single crystal growth substrate 401 is necessarily monocrystalline, whereas the first and second support substrates 301 and 501 are monocrystalline or polycrystalline.

도 5는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 나타내 보인 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a substrate for growing a group 3 nitride-based semiconductor thin film made by a manufacturing method according to the present invention.

도 5를 참조하면, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 지지기판(601)과, 상기 지지기판(601) 상부에 형성된 희생층(602)과, 상기 희생층(602) 상부에 형성된 웨이퍼 결합층(603)과, 상기 웨이퍼 결합층(603) 상부에 형성되며 표면 요철(surface texture)을 갖지 않는 단결정 성장기판 (604)을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판(A)을 제공한다. 여기서, 상기 단결정 성장기판(604)의 두께는 상기 지지기판(601)의 두께에 비해서 얇다. 또한 상기 단결정 성장기판(604)은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 지지기판(601)은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)이다.Referring to FIG. 5, a support substrate 601 having optical transparency greater than 50 percent (%) in a wavelength range of 600 nm or less, a sacrificial layer 602 formed on the support substrate 601, and And a group III group including a wafer bonding layer 603 formed on the sacrificial layer 602 and a single crystal growth substrate 604 formed on the wafer bonding layer 603 and having no surface texture. A substrate A for growing a nitride based semiconductor thin film is provided. Here, the thickness of the single crystal growth substrate 604 is thinner than the thickness of the support substrate 601. In addition, the single crystal growth substrate 604 is necessarily monocrystalline, while the support substrate 601 is monocrystalline or polycrystalline.

본 발명에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판(A)인 지지기판(601)/희생층(602)/웨이퍼 결합층(603)/표면 요철을 갖는 않는 단결정 성장기판(604) 구조로 형성된 대표적인 실시예;로 Al2O3/GaN/Cr(N)/Al2O3, Al2O3/ZnO/Cr(N)/Al2O3, SiC/GaN/Cr(N)/SiC, SiC/ZnO/Cr(N)/SiC, Al2O3/GaN/Cr-SiO2/Al2O3, Al2O3/ZnO/Cr-SiO2/Al2O3, SiC/GaN/Cr-SiO2/SiC, SiC/ZnO/Cr-SiO2/SiC, Al2O3/GaN/SiO2/Al2O3, Al2O3/ZnO/SiO2/Al2O3, SiC/GaN/SiO2/SiC, SiC/ZnO/SiO2/SiC, Al2O3/GaN/SOG/Al2O3, Al2O3/ZnO/SOG/Al2O3, SiC/GaN/SOG/SiC, SiC/ZnO/SOG/SiC, Al2O3/GaN/SiNx/Al2O3, Al2O3/ZnO/SiNx/Al2O3, SiC/GaN/SiNx/SiC, SiC/ZnO/SiNx/SiC, Al2O3/GaN/Ti(N)/Al2O3, Al2O3/ZnO/Ti(N)/Al2O3, SiC/GaN/Ti(N)/SiC, SiC/ZnO/Ti(N)/SiC, Al2O3/GaN/Si/Al2O3, Al2O3/ZnO/Si/Al2O3, SiC/GaN/Si/SiC, SiC/ZnO/Si/SiC, Al2O3/GaN/Ge/Al2O3, Al2O3/ZnO/Ge/Al2O3, SiC/GaN/Ge/SiC, SiC/ZnO/Ge/SiC, Al2O3/GaN/SiPt/Al2O3, Al2O3/ZnO/SiPt/Al2O3, SiC/GaN/SiPt/SiC, SiC/ZnO/SiPt/SiC, Al2O3/GaN/SixCry/Al2O3, Al2O3/ZnO/SixCry/Al2O3, SiC/GaN/SixCry/SiC, SiC/ZnO/SixCry/SiC 등이 있다. A single crystal growth substrate having no support substrate 601 / sacrificial layer 602 / wafer bonding layer 603 / surface irregularities, which is a group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate A made by the manufacturing method according to the present invention. (604) a representative embodiment formed of a structure; Al 2 O 3 / GaN / Cr (N) / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Cr (N) / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Cr (N) / SiC, SiC / ZnO / Cr (N) / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Cr-SiO 2 / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Cr-SiO 2 / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Cr-SiO2 / SiC, SiC / ZnO / Cr-SiO2 / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SiO 2 / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SiO 2 / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SiO 2 / SiC, SiC / ZnO / SiO 2 / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SOG / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SOG / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SOG / SiC, SiC / ZnO / SOG / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SiN x / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SiN x / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SiN x / SiC, SiC / ZnO / SiN x / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Ti (N) / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Ti (N) / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Ti (N ) / SiC, SiC / ZnO / Ti (N) / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Si / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Si / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Si / SiC , SiC / ZnO / Si / SiC, Al 2 O 3 / GaN / G e / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Ge / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Ge / SiC, SiC / ZnO / Ge / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SiPt / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SiPt / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SiPt / SiC, SiC / ZnO / SiPt / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Si x Cr y / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Si x Cr y / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Si x Cr y / SiC, SiC / ZnO / Si x Cr y / SiC, and the like.

도 6은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 나타내 보인 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a group 3 nitride semiconductor thin film growth substrate made by the manufacturing method according to the present invention.

도 6을 참조하면, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 지지기판(701)과, 상기 지지기판(701) 상부에 형성된 희생층(702)과, 상기 희생층(702) 상부에 형성된 웨이퍼 결합층(703)과, 상기 웨이퍼 결합층(703) 상부에 형성되며 표면 요철(surface texture)을 갖는 단결정 성장기판 (704)을 포함하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판(B)을 제공한다. 여기서, 상기 단결정 성장기판(704)의 두께는 상기 지지기판(701)의 두께에 비해서 얇다. 또한 상기 단결정 성장기판(704)은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 지지기판(701)은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)이다.Referring to FIG. 6, a support substrate 701 having optical transparency greater than 50 percent (%) in a wavelength range of 600 nm or less, a sacrificial layer 702 formed on the support substrate 701, and And a group III nitride comprising a wafer bonding layer 703 formed on the sacrificial layer 702 and a single crystal growth substrate 704 formed on the wafer bonding layer 703 and having a surface texture. A substrate B for growing a semiconductor thin film is provided. Here, the thickness of the single crystal growth substrate 704 is thinner than the thickness of the support substrate 701. In addition, the single crystal growth substrate 704 is necessarily monocrystalline, while the support substrate 701 is monocrystalline or polycrystalline.

본 발명에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판(B)인 지지기판(701)/희생층(702)/웨이퍼 결합층(703)/표면 요철을 갖는 단결정 성장기판(704) 구조로 형성된 대표적인 실시예;로 Al2O3/GaN/Cr(N)/Al2O3, Al2O3/ZnO/Cr(N)/Al2O3, SiC/GaN/Cr(N)/SiC, SiC/ZnO/Cr(N)/SiC, Al2O3/GaN/Cr- SiO2/Al2O3, Al2O3/ZnO/Cr-SiO2/Al2O3, SiC/GaN/Cr-SiO2/SiC, SiC/ZnO/Cr-SiO2/SiC, Al2O3/GaN/SiO2/Al2O3, Al2O3/ZnO/SiO2/Al2O3, SiC/GaN/SiO2/SiC, SiC/ZnO/SiO2/SiC, Al2O3/GaN/SOG/Al2O3, Al2O3/ZnO/SOG/Al2O3, SiC/GaN/SOG/SiC, SiC/ZnO/SOG/SiC, Al2O3/GaN/SiNx/Al2O3, Al2O3/ZnO/SiNx/Al2O3, SiC/GaN/SiNx/SiC, SiC/ZnO/SiNx/SiC, Al2O3/GaN/Ti(N)/Al2O3, Al2O3/ZnO/Ti(N)/Al2O3, SiC/GaN/Ti(N)/SiC, SiC/ZnO/Ti(N)/SiC, Al2O3/GaN/Si/Al2O3, Al2O3/ZnO/Si/Al2O3, SiC/GaN/Si/SiC, SiC/ZnO/Si/SiC, Al2O3/GaN/Ge/Al2O3, Al2O3/ZnO/Ge/Al2O3, SiC/GaN/Ge/SiC, SiC/ZnO/Ge/SiC, Al2O3/GaN/SiPt/Al2O3, Al2O3/ZnO/SiPt/Al2O3, SiC/GaN/SiPt/SiC, SiC/ZnO/SiPt/SiC, Al2O3/GaN/SixCry/Al2O3, Al2O3/ZnO/SixCry/Al2O3, SiC/GaN/SixCry/SiC, SiC/ZnO/SixCry/SiC 등이 있다.A single crystal growth substrate having a supporting substrate 701 / sacrificial layer 702 / wafer bonding layer 703 / surface irregularities, which is a group B -nitride-based semiconductor thin film growth substrate B made by the manufacturing method according to the present invention ( 704) a representative embodiment formed of a structure; Al 2 O 3 / GaN / Cr (N) / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Cr (N) / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Cr ( N) / SiC, SiC / ZnO / Cr (N) / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Cr- SiO 2 / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Cr-SiO 2 / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Cr-SiO2 / SiC, SiC / ZnO / Cr-SiO2 / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SiO 2 / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SiO 2 / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SiO 2 / SiC, SiC / ZnO / SiO 2 / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SOG / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SOG / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SOG / SiC, SiC / ZnO / SOG / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SiN x / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SiN x / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SiN x / SiC, SiC / ZnO / SiN x / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Ti (N) / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Ti (N) / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Ti (N) / SiC, SiC / ZnO / Ti (N) / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Si / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Si / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Si / SiC, SiC / ZnO / Si / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Ge / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Ge / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Ge / SiC, SiC / ZnO / Ge / SiC, Al 2 O 3 / GaN / SiPt / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / SiPt / Al 2 O 3 , SiC / GaN / SiPt / SiC, SiC / ZnO / SiPt / SiC, Al 2 O 3 / GaN / Si x Cr y / Al 2 O 3 , Al 2 O 3 / ZnO / Si x Cr y / Al 2 O 3 , SiC / GaN / Si x Cr y / SiC, SiC / ZnO / Si x Cr y / SiC, and the like.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 이용한 광전자 소자 제조 방법을 보인 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an optoelectronic device using a group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 지지기판(801), 희생층(802), 웨이퍼 결합층(803), 단결정 성장기판(804)이 순차적으로 적층 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판(C)을 준비하고(7(a)), GaN을 비롯한 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 박막(805)을 단결정 성장기판(804) 상부에 MOCVD나 HVPE 방법 등으로 형성한다(7(b)). 상기 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 구조체 박막(805)은 발광 다이오드(LED), 레이저다이오드(LD), 광감지기(photo-detector), 또는 각종 트랜지스터(transistor) 등의 소자를 위한 단층 또는 다층 형태로 구성된다. 그런 후, 광전자 소자용 그룹 3족 질화물계 반도체 구조체 박막(805)이 성장된 박막 성장용 기판(C)에 광전자 소자 칩을 완성하기 위한 단계(도면 7(c))로서, 외부에서 전류를 주입하기 위한 식각(etching), 전극 및 패드(806, 807) 형성과 외부로부터 완성된 소자 칩을 보호하기 위한 전기절연체(insulator)로 패시베이션 공정을 해야 한다. 본 발명에 의해 준비된 박막 성장용 기판(C) 상부에 다수의 광전자 소자 칩을 완성한 후, 상기 완성된 소자 칩 구동시 발생된 열(heat)의 원활한 외부 방출 및 높은 성능의 단일 소자 칩을 완성하기 위해서 박막 성장용 기판(C)을 완전 제거 또는 박형화(thinning) 공정 단계(도면 7(d))를 거쳐야 한다. 상기 박막 성장용 기판(C)의 완전 제거 또는 박형화 공정은 종래의 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정을 이용하는 것이 아니라, 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 지지기판(801)의 후면에 조사시키면 지지기판(801)을 투과한 포톤 빔이 희생층(802)에서 강한 흡수가 발생되고, 이러한 결과로 희생층(802) 내에서 열-화학 분해 반응이 일어나 상기 지지기판(801)을 완전히 분리(separation)시킨다. 이 경우 상기 희생층은 ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn3N2, Mg3N2, ZnInN, ITO, SiO2, SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 등의 물질을 우선적으로 선택한다. 마지막 단계(도면 7(e))인 기계적 가공인 소잉(sawing) 또는 레이저 절단(laser scribing)을 이용해서 수직방향으로 가공하여 다수의 광전자 소자 단일 칩으로 완성한다.Referring to FIG. 7, a group C nitride semiconductor thin film growth substrate C in which a supporting substrate 801, a sacrificial layer 802, a wafer bonding layer 803, and a single crystal growth substrate 804 are sequentially stacked is formed. (7 (a)), a group III-nitride semiconductor thin film 805 for an optoelectronic device including GaN is formed on the single crystal growth substrate 804 by MOCVD or HVPE (7 (b)). The group III-nitride semiconductor structure thin film 805 for an optoelectronic device is a single layer or a multilayer for devices such as a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), a photo-detector, or various transistors. Form. Thereafter, as a step (FIG. 7 (c)) for completing the optoelectronic device chip on the thin film growth substrate C on which the group III-nitride semiconductor structure thin film 805 for optoelectronic devices is grown, an external current is injected. The passivation process must be performed with an insulator for etching, forming electrodes and pads 806 and 807 and protecting the finished device chip from the outside. After completing a plurality of optoelectronic device chip on the thin film growth substrate ( C ) prepared by the present invention, to complete a smooth external emission of heat generated during the driving of the completed device chip and a high performance single device chip In order to do this, the thin film growth substrate C must be completely removed or thinned (Step 7d). The complete removal or thinning of the thin film growth substrate C is not performed using a conventional mechanical process such as polishing and surface leveling, but has a wavelength range of 600 nm or less. When the photon beam is irradiated on the back surface of the support substrate 801, the photon beam transmitted through the support substrate 801 generates strong absorption in the sacrificial layer 802, and as a result, in the sacrificial layer 802. A thermo-chemical decomposition reaction occurs to completely separate the support substrate 801. In this case, the sacrificial layer preferentially selects materials such as ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn 3 N 2 , Mg 3 N 2 , ZnInN, ITO, SiO 2 , SiNx, PZT, AlGaN, SU-8, and the like. The last step (Fig. 7 (e)) is a vertical machining process using sawing or laser scribing, which is a mechanical process, to complete a single optoelectronic device chip.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that it can be used.

도 1은 본 발명의 제1실시예 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이고,1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a substrate for growing a group III nitride semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제2실시예 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이고,2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a substrate for growing a group III nitride semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 나타내 보인 단면도이고,5 is a cross-sectional view showing a substrate for growing a group 3 nitride-based semiconductor thin film made by a manufacturing method according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 만들어진 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 나타내 보인 단면도이고,6 is a cross-sectional view showing a substrate for growing a group 3 nitride-based semiconductor thin film made by a manufacturing method according to the present invention,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 이용한 광전자 소자 제조 방법을 보인 단면도이고,7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an optoelectronic device using a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate according to an embodiment of the present invention.

도 8은 종래의 기술에 따른 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 이용한 광전자 소자 제조 방법을 보인 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an optoelectronic device using a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate according to the related art.

Claims (19)

지지기판(supporting substrate) 상부에 희생층(sacrificial layer)과 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer)을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a sacrificial layer and a wafer bonding layer on a supporting substrate; 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate) 상부에 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer)을 형성하는 단계;Forming a wafer bonding layer on the epitaxial growth substrate; 상기 지지기판과 단결정 성장기판 상부에 형성된 두 웨이퍼 결합층을 접촉시킨 후, 지지기판과 단결정 성장기판을 일정 압력 및 온도 하에서 결합시키는 단계; 및Contacting the support substrate and the two wafer bonding layers formed on the single crystal growth substrate, and then bonding the support substrate and the single crystal growth substrate under a predetermined pressure and temperature; And 대기(air) 중으로 노출된 단결정 성장기판을 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 또는 물리 화학적 표면 처리 공정의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.Group III-nitride-based semiconductor thin film growth comprising the steps of polishing and surface leveling, or a physicochemical surface treatment process, which is a mechanical processing of a single crystal growth substrate exposed to air. Method for producing a substrate for use. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지기판 상부의 희생층과 웨이퍼 결합층 사이에 확산 방지막(diffusion barrier)을 삽입하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.And a diffusion barrier is inserted between the sacrificial layer and the wafer bonding layer on the support substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지기판과 단결정 성장기판을 결합시킨 후, 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.And a heat treatment process for further improving the bonding force between the two substrates after the supporting substrate and the single crystal growth substrate are combined. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 열처리 공정 온도는 두 기판을 결합시키는 단계의 온도보다 더 높은 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.Wherein the heat treatment process temperature is performed at a temperature higher than the temperature of the step of bonding the two substrates. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기계적 가공 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 거친 후, 단결정 성장기판 표면에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.After the mechanical processing or the physicochemical surface treatment process, the surface of a single crystal growth substrate surface, such as via-holes, patterned surfaces, corrugated surfaces of various shapes, etc. A method of manufacturing a group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate comprising the step of forming a surface texture. 제1 지지기판(1st supporting substrate) 상부에 제1 희생층(1st sacrificial layer)과 웨이퍼 결합층(1st wafer bonding layer)을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a first sacrificial layer and a first wafer bonding layer on the first supporting substrate; 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate) 상부에 제1 웨이퍼 결합 층(1st wafer bonding layer)을 형성하는 단계;Forming a first wafer bonding layer on an epitaxial growth substrate; 상기 제1 지지기판과 단결정 성장기판 상부에 형성된 두 제1 웨이퍼 결합층을 접촉시킨 후, 제1 지지기판과 단결정 성장기판을 일정 압력 및 온도 하에서 결합시키는 단계;Contacting the first support substrate with the two first wafer bonding layers formed on the single crystal growth substrate, and then bonding the first support substrate and the single crystal growth substrate under a predetermined pressure and temperature; 대기(air) 중으로 노출된 단결정 성장기판을 기계적 가공인 연마(polishing) 및 표면 평탄화(surface leveling) 공정, 또는 물리 화학적 표면 처리하는 단계;Polishing and surface leveling processes, or physicochemical surface treatments, which are mechanical processing, of a single crystal growth substrate exposed to air; 상기 기계적 가공 또는 물리 화학적 표면 처리 공정을 거친 단결정 성장기판 표면에 제2 웨이퍼 결합층(2nd wafer bonding layer)을 형성하는 단계;Forming a second wafer bonding layer on the surface of the single crystal growth substrate which has been subjected to the mechanical processing or the physicochemical surface treatment process; 제2 지지기판(2nd supporting substrate) 상부에 제2 희생층(1st sacrificial layer)과 웨이퍼 결합층(2nd wafer bonding layer)을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a second sacrificial layer and a second wafer bonding layer on the second supporting substrate; 상기 제2 지지기판과 단결정 성장기판 상부에 형성된 두 제2 웨이퍼 결합층을 접촉시킨 후, 제2 지지기판과 단결정 성장기판을 일정 압력 및 온도 하에서 결합시키는 단계;Contacting the second support substrate and two second wafer bonding layers formed on the single crystal growth substrate, and then bonding the second support substrate and the single crystal growth substrate under a predetermined pressure and temperature; 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 제1 지지기판 후면(back-side)에 조사시켜 제1 희생층 물질의 열-화학 분해 반응을 통한 제1 지지기판과 제1 희생층을 완전히 제거하는 단계; 및A photon beam having a wavelength range of 600 nm or less is irradiated to the back-side of the first support substrate to thermally chemically decompose the first sacrificial layer material. Completely removing the first sacrificial layer; And 상기 대기 중으로 노출된 제1 웨이퍼 결합층을 습식 또는 건식 식각(wet or dry etching) 방법을 통해서 완전히 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.And completely removing the first wafer bonding layer exposed to the atmosphere by a wet or dry etching method. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1 지지기판 상부의 제1 희생층과 제1 웨이퍼 결합층 사이 및 상기 제2 지지기판 상부의 제2 희생층과 제2 웨이퍼 결합층 사이에 각각 확산 방지막(diffusion barrier)을 삽입하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.Inserting a diffusion barrier between the first sacrificial layer and the first wafer bonding layer on the first support substrate and between the second sacrificial layer and the second wafer bonding layer on the second support substrate, respectively. A method for producing a substrate for growing a group III nitride semiconductor thin film. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1 지지기판과 단결정 성장기판을 결합시킨 후 및 상기 제2 지지기판과 단결정 성장기판을 결합시킨 후, 각각 두 기판 간의 결합력을 한층 더 향상시키기 위한 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.After the first support substrate and the single crystal growth substrate are combined and the second support substrate and the single crystal growth substrate are combined, a heat treatment step for further improving the bonding force between the two substrates is further included. A method of manufacturing a substrate for growing a group nitride-based semiconductor thin film. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 열처리 공정 온도는 두 기판을 결합시키는 단계의 온도보다 더 높은 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.Wherein the heat treatment process temperature is performed at a temperature higher than the temperature of the step of bonding the two substrates. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 대기 중으로 노출된 제1 웨이퍼 결합층을 완전히 제거시킨 후, 단결정 성장기판 표면에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판의 제조 방법.After completely removing the first wafer bonding layer exposed to the atmosphere, the via-hole having a certain periodicity on the surface of the single crystal growth substrate, the patterned surface of various forms, and the corrugated surface A method for manufacturing a group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate, comprising the step of forming a surface texture of the back and the like. 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 지지기판(supporting substrate);A supporting substrate optically having a transparency of at least 50 percent (%) in the wavelength range of 600 nanometers (nm) or less; 상기 지지기판 상부에 형성된 희생층(sacrificial layer);A sacrificial layer formed on the support substrate; 상기 희생층 상부에 형성된 웨이퍼 결합층(wafer bonding layer); 및A wafer bonding layer formed on the sacrificial layer; And 상기 웨이퍼 결합층 상부에 형성되며 표면 요철을 갖지 않는 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate)이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판.The group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate of claim 1, wherein the epitaxial growth substrate is formed on the wafer bonding layer and has no surface irregularities. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 웨이퍼 결합층 상부에 형성된 단결정 성장기판(epitaxial growth substrate) 상부에 일정한 주기성을 갖는 비아홀(via-hole), 다양한 형태의 패터닝 표면(patterned surface), 톱니 모양의 표면(corrugated surface) 등의 표면 요철(surface texture)을 형성된 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판.Surface irregularities such as via-holes, patterned surfaces of various types, and corrugated surfaces having a certain periodicity on an epitaxial growth substrate formed on the wafer bonding layer. A substrate for growing a group III nitride-based semiconductor thin film, characterized in that it is formed (surface texture). 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 단결정 성장기판의 두께는 상기 지지기판의 두께에 비해서 얇고, 상기 단결정 성장기판은 반드시 단결정(epitaxy)인 반면에, 지지기판은 단결정 또는 다결정(polycrystalline)인 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판. The group III-nitride semiconductor is characterized in that the thickness of the single crystal growth substrate is thinner than the thickness of the support substrate, and the single crystal growth substrate is necessarily monocrystalline, whereas the support substrate is monocrystalline or polycrystalline. Thin film growth substrate. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 지지기판과 단결정 성장기판은 동일물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판.The group III nitride-based semiconductor thin film growth substrate of claim 1, wherein the support substrate and the single crystal growth substrate are made of the same material. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 600 나노미터(nm) 이하 파장 영역대에서 광학적으로 50 퍼센트(%) 이상의 투명도를 갖는 사파이어(Al2O3), 실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인듐갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 스피넬(spinel), 리튬니오베이트(lithium niobate), 네오듐갈라이트(neodymium gallate), 갈륨산화물(Ga2O3) 등의 물질을 상기 지지기판 및 단결정 성장기판으로 선택하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판.Sapphire (Al 2 O 3 ), Silicon Carbide (SiC), Gallium Nitride (GaN), Indium Gallium Nitride (InGaN), Nitride, which has optical transparency over 50 percent (%) in the wavelength range below 600 nanometers (nm) Materials such as aluminum gallium (AlGaN), aluminum nitride (AlN), spinel, lithium niobate, neodymium gallate, gallium oxide (Ga 2 O 3 ), and the like are supported on the substrate and single crystal. A group III-nitride-based semiconductor thin film growth substrate, characterized in that selected as a growth substrate. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 지지기판 상부의 희생층은 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 흡수하고, 이러한 결과로 열-화학 분해 반응이 일어나, 상기 희생층 상하를 분리(separation)시키는 역할을 할 수 있는 ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn3N2, Mg3N2, ZnInN, ITO, SiO2, SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 등의 물질을 우선적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판.The sacrificial layer on the support substrate absorbs a photon beam having a wavelength range of 600 nm or less, and as a result, a thermal-chemical decomposition reaction occurs to separate the sacrificial layer. Preferentially selecting materials such as ZnO, GaN, InGaN, InN, Zn 3 N 2 , Mg 3 N 2 , ZnInN, ITO, SiO 2 , SiNx, PZT, AlGaN, SU-8 A substrate for growing a group III nitride-based semiconductor thin film, characterized by the above-mentioned. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 웨이퍼 결합층은 기계적 가공, 물리 화학적 표면 처리 공정, 또는 1000도 이상의 고온 및 수소, 암모니아 개스 분위기에서 안정하며 강한 결합을 유지할 수 있는 각종 실리사이드(silicide), Cr, Ti, Au, Ag, Ni, Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO2, SiNx, SOG, Al2O3, SiC 등의 물질을 우선적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판.The wafer bonding layer may be a variety of silicides, Cr, Ti, Au, Ag, Ni, which are stable in mechanical processing, physicochemical surface treatment processes, or at a high temperature of 1000 degrees or higher, and hydrogen, ammonia gas, and can maintain strong bonding. Group 3 characterized by preferentially selecting materials such as Rh, Si, Ge, W, Ru, Ir, Re, Pt, Zr, Hf, Pd, SiO 2 , SiN x , SOG, Al 2 O 3 , SiC A substrate for growing a group nitride semiconductor thin film. 지지기판, 희생층, 웨이퍼 결합층, 단결정 성장기판이 순차적으로 적층 형성된 그룹 3족 질화물계 반도체 박막 성장용 기판을 준비하는 단계;Preparing a group III nitride semiconductor thin film growth substrate in which a support substrate, a sacrificial layer, a wafer bonding layer, and a single crystal growth substrate are sequentially stacked; 상기 준비된 박막 성장용 기판 상부에 광전자 소자 구조체 박막을 성장하는 단계;Growing an optoelectronic device structure thin film on the prepared thin film growth substrate; 상기 박막 성장용 기판의 단결정 성장기판 상부에 형성된 광전자 소자 구조체 박막을 일정한 면적(예를 들어 칩의 크기)과 형상으로 식각(etching), 전극 및 패드(electrode and pad), 패시베이션(passivation) 등을 거쳐 다수의 광전자 소자 칩을 완성하는 단계; The optoelectronic device structure thin film formed on the single crystal growth substrate of the thin film growth substrate may be etched, electrode and pad, passivation, etc. into a predetermined area (for example, chip size) and shape. Completing a plurality of optoelectronic device chips; 상기 완성된 다수의 광전자 소자 칩을 갖는 박막 성장용 기판에서 지지기판, 희생층, 및 웨이퍼 결합층을 분리(separation)하는 단계; 및 Separating the support substrate, the sacrificial layer, and the wafer bonding layer from the thin film growth substrate having the plurality of optoelectronic device chips; And 상기 단결정 성장기판의 식각과 절단 공정을 통한 광전자 소자 단일 칩을 완성하는 단계;를 포함하여 것을 특징으로 하는 광전자 소자의 제조 방법.Comprising a step of completing the optoelectronic device single chip through the etching and cutting process of the single crystal growth substrate. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 지지기판, 희생층, 및 웨이퍼 결합층을 분리(separation)하는 단계는 600 나노미터(nm) 이하의 파장 영역대를 갖는 포톤 빔(photon beam)을 지지기판의 후면에 조사시켜 지지기판을 투과한 포톤 빔이 희생층에서 강한 흡수가 일어나고, 이러한 결과로 희생층 내에서 열-화학 분해 반응이 발생되고 상기 지지기판, 희생층, 및 웨이퍼 결합층을 분리하는 것을 특징으로 하는 광전자 소자의 제조 방법.Separating the supporting substrate, the sacrificial layer, and the wafer bonding layer may transmit a photon beam having a wavelength range of 600 nm or less to the back side of the supporting substrate to transmit the supporting substrate. A photon beam is strongly absorbed in the sacrificial layer, and as a result, a thermo-chemical decomposition reaction occurs in the sacrificial layer, and the support substrate, the sacrificial layer, and the wafer bonding layer are separated. .
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CN113921380A (en) * 2016-02-29 2022-01-11 三星显示有限公司 Method of manufacturing nanorod and nanorod manufactured by the same

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