[发明专利]制造氮化镓基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求分别于2012年6月29日和2012年12月18日提交的韩国专利申请第10-2012-0070389号和10-2012-0147987号的优先权，上述申请的全部内容就各方面而言通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及制造氮化镓（GaN）基板的方法和由该方法制造的氮化镓基板，更具体地，涉及制造GaN基板的方法和由该方法制造的GaN基板，其中，GaN基板可具有在层转移（LT）工艺过程中可用来操控基板的预定厚度，并且GaN基板的翘曲可达最小化，从而防止由于翘曲引起的裂纹。

背景技术

氮化镓（GaN）是具有3.39eV带隙能量的直接跃迁型半导体材料，并可用于制造在短波长范围内发光的发光装置（LED）。然而，由于晶体熔点处高的氮蒸气压使得生长液晶需要1,500℃或更高的高温和20,000atm的氮气气氛，因此难以批量生产GaN单晶。此外，由于目前可行的薄板型晶体（thin panel type crystal）具有约100mm²的尺寸，因此难以通过液相外延（LPE）制造GaN。

氮化镓（GaN）是具有3.39eV带隙能量的直接跃迁型半导体材料，并可用于制造发射具有短波长的光的发光装置（LED）。然而，由于晶体熔点处高的氮蒸气压使得生长液晶需要1,500℃或更高的高温和20,000atm的氮气气氛，因此难以批量生产GaN单晶。此外，由于具有约100mm²的尺寸的薄板型晶体是目前可行的，因此难以通过LPE制造GaN。

因此，使用气相生长方法，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）或氢化物气相外延（HVPE），在异质基板上生长GaN膜或基板。这里，即使MOCVD可生产高质量的膜，但MOCVD因其非常缓慢的生长速率而不适于制造具有数十至数百微米厚度的GaN基板。基于这个原因，由于高速生长在HVPE中是可能的，因此HVPE主要用于GaN薄膜的制造。

此外，蓝宝石基板由于具有如同GaN的六方晶系，廉价，并且在高温下稳定，因此最普遍地用作基底基板而用于制造GaN基板。然而，蓝宝石与GaN之间晶格常数差（约16%）和热膨胀系数差（约35%）引起蓝宝石与GaN之间的界面应变，转而在晶体中产生晶格缺陷、翘曲和裂纹。因此这使生长高质量的GaN基板困难。这里，GaN的晶格常数a_[1100]为而蓝宝石的晶格常数为由于GaN的晶格常数大于蓝宝石的晶格常数，因此GaN膜受到压应力，蓝宝石基板受到张应力，以致GaN膜和蓝宝石基板往往引起向上凸的翘曲结构。

如图19所示，当GaN膜1在蓝宝石基板2生长时，GaN膜1因GaN与蓝宝石之间晶格常数与表面能的差而在蓝宝石基板2上以GaN岛2的形状生长。（a）当GaN膜以该状态持续生长时，GaN岛3单独生长。（b）GaN岛3最终合并在一起，从而转变成膜的形状。（c）由于通过岛合并降低的表面能的量超过由GaN岛3生长产生的应变能的量，因此GaN岛3合并在一起。在这种情况下，由于通过GaN岛3的生长施加的张应力，GaN膜1和蓝宝石基板2往往引起向下凹（相对于纸的表面）的翘曲结构。

在该方法中，GaN和蓝宝石受到在相对方向上作用的两种力，即由于晶格常数差使基板翘曲成凸形的力和由于GaN的生长使基板翘曲成凹形的力。施加到GaN和蓝宝石的最终的力由上述两种力的和确定。通常，由于GaN的生长使基板翘曲成凹形的力较大，因此蓝宝石基板和生长于其上的GaN膜最终具有凹-翘曲的结构。

这里，为了制造独立式GaN基板，蓝宝石基板从GaN膜分离后，在以上述方法生长GaN膜的过程中产生的翘曲直接反映在独立式GaN基板上。因此，翘曲劣化了在GaN基板上制造的装置的特性和产率。当GaN基板用于层转移（LT）等时，翘曲使得从GaN基板分离的GaN薄膜与加强GaN薄膜强度的支撑基板之间难以均匀结合，从而使获得结合区域困难。

为了克服这个问题，在现有技术中，低质量的GaN膜作为压力减小层在蓝宝石基板上形成，然后，高质量的GaN厚膜在低质量的GaN膜上形成。在这种情况下，在现有技术中，由于裂纹出现在GaN基板的总厚度为300μm或更大时，因此GaN基板生长使其厚度小于300μm。