(57)【要約】      （修正有）【課題】成長工程を単純化させ、窒化ガリウム層の成長時間が減少した窒化ガリウム基板の製造方法の提供。【解決手段】仮基板１１０上にコア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子１２０をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成するステップと；仮基板上にピット窒化ガリウム層（Ｐｉｔ  ＧａＮ）１３１を成長させるステップと；ピット窒化ガリウム層１３１上にミラー窒化ガリウム層（Ｍｉｒｒｏｒ  ＧａＮ）１３２を成長させるステップと；仮基板１１０を分離させるステップとを含み、コア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子１２０は、コア１２１、及びコア１２１の表面にコーティングされるイオン性高分子物質のシェル１２２を含むことを特徴とする窒化ガリウム基板の製造方法。【選択図】図１Ｅ
2019206468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮基板上にコア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成するステップと、
前記仮基板上にピット窒化ガリウム層（Ｐｉｔ  ＧａＮ）を成長させるステップと、
前記ピット窒化ガリウム層上にミラー窒化ガリウム層（Ｍｉｒｒｏｒ  ＧａＮ）を成長させるステップと、
前記仮基板を分離させるステップとを含み、
前記コア−シェル構造のナノ粒子は、
コアと、前記コアの表面にコーティングされるイオン性高分子物質のシェルとを含むことを特徴とする、窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項２】
前記コア−シェル構造のナノ粒子は、前記シェルによってゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が制御されることを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項３】
前記コア−シェル構造のナノ粒子は、前記仮基板と反対のゼータ電位を有することを特徴とする、請求項２に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項４】
前記イオン性高分子物質はカチオン性高分子物質であり、
前記カチオン性高分子物質は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（Ｐｏｌｙｄｉａｌｌｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＤＤＡ）、ポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ；ＰＥＩ）、ポリアニリン（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ；ＰＡＮＩ）、ポリアリルアミンヒドロクロリド（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＡＨ）、ポリアクリルアミド（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＰＡＡ）、ポリビニルイミダゾール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、ポリアミドアミン（ｐｏｌｙａｍｉｄｏａｍｉｎｅ；ＰＡＭＡＭ）、ポリメタクリロキシエチルトリアルキルアンモニウムハライド（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｘｙｅｔｈｙｌｔｒｉａｌｋｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈａｌｉｄｅ）、ポリアリルアミンクロリド（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、アミノエチル化ポリアクリルアミド（ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｔｅｄ  ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）、ポリビニルアミン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｍｉｎｅ）、ホフマン減成ポリアクリルアミド（Ｈｏｆｍａｎ−ｄｅｇｒａｄａｔｅｄ  ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）、及びポリエチレンアミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅａｍｉｎｅ）のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項５】
前記イオン性高分子物質はアニオン性高分子物質であり、
前記アニオン性高分子物質は、ポリアクリル酸（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリメタクリル酸（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ；ＰＳ）、ポリスルホン酸（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリアクリルアミド／アクリル酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ／ａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアクリル酸／スルホン酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ／ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリスルホン酸／アクリルアミド共重合体（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ／ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアクリル酸／マロン酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ／ｍａｌｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、及びポリスチレン／アクリル酸共重合体のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項６】
前記コアは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｒＯ２、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄ、ＢＮ、及び、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ及びＦｅの窒化物のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項７】
前記仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成する前記ステップは、
スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）を用いることを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項８】
前記仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成する前記ステップは、
前記仮基板上にバッファ層を成長させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項９】
前記バッファ層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及びアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項８に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１０】
前記バッファ層はＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）により形成されることを特徴とする、請求項８に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１１】
前記仮基板は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、ＧａＡｓ（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ）、スピネル（ｓｐｉｎｅｌ）、Ｓｉ（ｓｉｌｉｃｏｎ）、ＩｎＰ（ｉｎｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、及びＳｉＣ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）のうち少なくともいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１２】
前記仮基板を分離させる前記ステップは、
レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ；ＬＬＯ）を用いて仮基板を除去することを特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１８年０５月２９日付の米国特許出願第１５／９９１，４６４号に基づく優先権の利益を主張し、当該米国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、コア−シェル構造のナノ粒子を用いた窒化ガリウム基板の製造方法に関し、より詳細には、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を均一にコーティングして高品位の低い欠陥密度を有する窒化ガリウム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザーダイオードや発光ダイオードのような半導体素子の性能及び寿命は、当該素子を構成する種々の要素によって決定され、特に、素子が積層されるベース基板によって多くの影響を受ける。良質の半導体基板の製造のための様々な方法が提示されている。
【０００４】
代表的なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板としてＧａＮ基板が挙げられ、ＧａＮ基板は、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板などと共に、半導体素子に好適に用いられているが、ＧａＡｓ基板及びＩｎＰ基板に比べて製造コストが非常に高い。
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の需要が益々増加しており、発光素子の効率を増加させるために様々な方法が用いられている。その中でも、内部量子効率を決定する高品質の窒化物半導体薄膜を製造するために、最近はＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）方法が多く用いられている。
【０００６】
ＥＬＯ方法は、基板とＧａＮ結晶との間に存在する格子定数の差及び熱膨張係数の差によるストレスの発生を、ストライプ状のＳｉＯ２マスクを使用して減少させる方法である。
【０００７】
ＥＬＯ方法は、基板上にＧａＮ薄膜を成長させた後、ＧａＮ薄膜が成長した基板を反応器から取り出した後、蒸着装備に装入してＧａＮ薄膜上にＳｉＯ２薄膜を形成させ、ＳｉＯ２薄膜が蒸着された基板を蒸着装備から取り出した後、フォトエッチング技法を用いてＳｉＯ２マスクパターンを形成し、再び反応器に装入してＧａＮ薄膜を形成する方法である。しかし、ＥＬＯ方法は、上述したような複雑な工程を経ることになり、工程時間もまた長くかかるという欠点がある。
【０００８】
これを解決するために、特許文献１に開示されたような、基板上に球状のボールをコーティングした後、球状のボールがコーティングされた基板に選択的にＧａＮ薄膜を成長させることで、工程を単純化させる技術が提案された。
【０００９】
また、特許文献２に開示されたような自立ＧａＮ基板の製造方法は、基板上に無機粒子を形成した後、選択的にＧａＮ薄膜を成長させることで、高品質の自立ＧａＮ基板を製造する技術が提案された。
【００１０】
また、Ｓ．Ｊ．Ａｎによって行われた従来のＧａＮ成長方法は、シリコン基板上にマイクロサイズのシリカボールを形成した後、ＧａＮを成長させることで、成長工程を単純化させる技術が提案された（非特許文献２参照）。
【００１１】
しかし、従来の方法は、基板上に無機粒子をコーティングするとき、無機粒子が基板上に均一にコーティングされず、基板の両サイドに密集するため、ＧａＮ薄膜の成長時に、ＧａＮ薄膜の欠陥が増加し、不均一なＧａＮ薄膜が形成される。
【００１２】
また、Ｙｏｕｎｇ  Ｊａｅ  Ｐａｒｋによって行われた従来のＧａＮを成長させる技術は、基板上にＧａＮを成長させた後、エッチピット（ｅｔｃｈｅｄ  ｐｉｔ）を形成し、形成されたエッチピットにシリカをコーティングした後、ＧａＮを成長させる技術が提案された（非特許文献１参照）。
【００１３】
ところが、従来の方法は、ＧａＮを成長させた後、エッチング工程を行うため、過度なエッチング工程によってＧａＮが損傷することがあり、工程の回数及び難易度が増加してＧａＮ収率が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０７１２７５３号公報
【特許文献２】特開２００７−００１８５５号公報
【特許文献３】韓国登録特許第１０−１５０９３０９号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Young Jae Park外10, 2010, Selective Defect Blocking by Self-Assembled Silica Nanospheres for High Quality GaN Template
【非特許文献２】S.?J. An外4, 2006, Heteroepitaxial Growth of High-Quality GaN Thin Films on Si Substrates Coated with Self-Assembled Sub-micrometer-sized Silica Balls
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の実施例は、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を用いて選択的に窒化ガリウム層を成長させることによって、成長工程を単純化させ、窒化ガリウム層の成長時間が減少した窒化ガリウム基板の製造方法を提供しようとする。
【００１７】
本発明の実施例は、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を用いて選択的に窒化ガリウム層を成長させることによって、成長した窒化ガリウム層の欠陥密度が減少した窒化ガリウム基板の製造方法を提供しようとする。
【００１８】
本発明の実施例は、コア−シェル構造のナノ粒子を使用して、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子が均一にコーティングされた窒化ガリウム基板の製造方法を提供しようとする。
【００１９】
さらに、本発明の実施例は、イオン性高分子物質のシェルを用いてコア−シェル構造のナノ粒子のゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を制御して、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子が均一にコーティングされた窒化ガリウム基板の製造方法を提供しようとする。
【００２０】
本発明の実施例は、スピンコーティングを用いて仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングして、工程の単純化を通じて工程コスト及び工程時間が減少した窒化ガリウム基板の製造方法を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、仮基板上にコア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成するステップと；前記仮基板上にピット窒化ガリウム層（Ｐｉｔ  ＧａＮ）を成長させるステップと；前記ピット窒化ガリウム層上にミラー窒化ガリウム層（Ｍｉｒｒｏｒ  ＧａＮ）を成長させるステップと；前記仮基板を分離させるステップとを含み、前記コア−シェル構造のナノ粒子は、コア、及び前記コアの表面にコーティングされるイオン性高分子物質のシェルを含む。
【００２２】
前記コア−シェル構造のナノ粒子は、シェルによってゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が制御されてもよい。
【００２３】
前記コア−シェル構造のナノ粒子は、前記仮基板と反対のゼータ電位を有することができる。
【００２４】
前記イオン性高分子物質はカチオン性高分子物質であってもよく、前記カチオン性高分子物質は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（Ｐｏｌｙｄｉａｌｌｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＤＤＡ）、ポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ；ＰＥＩ）、ポリアニリン（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ；ＰＡＮＩ）、ポリアリルアミンヒドロクロリド（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＡＨ）、ポリアクリルアミド（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＰＡＡ）、ポリビニルイミダゾール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、ポリアミドアミン（ｐｏｌｙａｍｉｄｏａｍｉｎｅ；ＰＡＭＡＭ）、ポリメタクリロキシエチルトリアルキルアンモニウムハライド（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｘｙｅｔｈｙｌｔｒｉａｌｋｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈａｌｉｄｅ）、ポリアリルアミンクロリド（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、アミノエチル化ポリアクリルアミド（ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｔｅｄ  ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）、ポリビニルアミン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｍｉｎｅ）、ホフマン減成ポリアクリルアミド（Ｈｏｆｍａｎ−ｄｅｇｒａｄａｔｅｄ  ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）、及びポリエチレンアミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅａｍｉｎｅ）のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００２５】
前記イオン性高分子物質はアニオン性高分子物質であってもよく、前記アニオン性高分子物質は、ポリアクリル酸（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリメタクリル酸（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ；ＰＳ）、ポリスルホン酸（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリアクリルアミド／アクリル酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ／ａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアクリル酸／スルホン酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ／ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリスルホン酸／アクリルアミド共重合体（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ／ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアクリル酸／マロン酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ／ｍａｌｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、及びポリスチレン／アクリル酸共重合体のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００２６】
前記コアは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｒＯ２、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄ、ＢＮ、及び、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ及びＦｅの窒化物のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００２７】
前記仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成する前記ステップは、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）を用いることができる。
【００２８】
前記仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成する前記ステップは、前記仮基板上にバッファ層を成長させるステップをさらに含むことができる。
【００２９】
前記バッファ層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及びアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００３０】
前記バッファ層はＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）により形成されてもよい。
【００３１】
前記仮基板は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、ＧａＡｓ（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ）、スピネル（ｓｐｉｎｅｌ）、Ｓｉ（ｓｉｌｉｃｏｎ）、ＩｎＰ（ｉｎｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、及びＳｉＣ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）のうち少なくともいずれか１つであってもよい。
【００３２】
前記仮基板を分離させる前記ステップは、レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ；ＬＬＯ）を用いて仮基板を除去することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の実施例によれば、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を用いて選択的に窒化ガリウム層を成長させることによって、成長工程を単純化させ、窒化ガリウム層の成長時間を減少させることができる。
【００３４】
本発明の実施例によれば、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を用いて選択的に窒化ガリウム層を成長させることによって、成長した窒化ガリウム層の欠陥密度を減少させることができる。
【００３５】
本発明の実施例によれば、コア−シェル構造のナノ粒子を使用して、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を均一にコーティングすることができる。
【００３６】
さらに、本発明の実施例によれば、イオン性高分子物質のシェルを用いてコア−シェル構造のナノ粒子のゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を制御して、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子を均一にコーティングすることができる。
【００３７】
本発明の実施例によれば、スピンコーティングを用いて仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングして、工程の単純化を通じて工程コスト及び工程時間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ−１Ｆ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造されたコア−シェル構造のナノ粒子のｐＨによるゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の変化を示すグラフである。
【図３Ａ−３Ｃ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって仮基板上にコーティングされたコア−シェル構造のナノ粒子を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
【図４Ａ】図１Ｆのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を用いて成長させた窒化ガリウム基板の中心部分を示す走査電子顕微鏡−陰極線発光（ＳＥＭ−Ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）イメージである。
【図４Ｂ】図１Ｆのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を用いて成長させた窒化ガリウム基板のエッジ（右側）部分を示す走査電子顕微鏡−陰極線発光イメージである。
【図５Ａ−５Ｄ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
【図６Ａ】図１Ｂのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングしたときの表面の走査電子顕微鏡イメージである。
【図６Ｂ】図１Ｂのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後、熱処理を行ったときの走査電子顕微鏡イメージである。
【図６Ｃ】図１Ｄのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後、ガス（ＮＨ３＋ＨＣｌ）を注入して窒化アルミニウム層を成長させた後の表面の走査電子顕微鏡イメージである。
【図７Ａ−７Ｂ】コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長させた窒化ガリウム基板、及び本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長させた窒化ガリウム基板のそれぞれのＮ−面を拡大した光学顕微鏡イメージである。
【図７Ｃ−７Ｄ】コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長させた窒化ガリウム基板、及び本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長させた窒化ガリウム基板のそれぞれのＮ−面の光学顕微鏡イメージである。
【図８Ａ】コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長させた窒化ガリウム基板のエッジ面を示すイメージである。
【図８Ｂ】コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長させた窒化ガリウム基板の割れた部分の断面を示すイメージである。
【図８Ｃ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長させた窒化ガリウム基板のエッジ面を示すイメージである。
【図８Ｄ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長させた窒化ガリウム基板の割れた部分の断面を示すイメージである。
【図９Ａ】コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）を行った後のサファイア基板の表面の光学顕微鏡イメージである。
【図９Ｂ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行った後のサファイア基板の表面の光学顕微鏡イメージである。
【図１０Ａ】コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行ってサファイア基板が除去された窒化ガリウム基板の界面の走査電子顕微鏡イメージである。
【図１０Ｂ】図１Ｅのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行ってサファイア基板が除去された窒化ガリウム基板の界面の走査電子顕微鏡イメージである。
【図１１Ａ−１１Ｂ】図１Ｂのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を１回コーティングして単層のナノ粒子層が形成された仮基板の中心部分及びエッジ部分の走査電子顕微鏡イメージである。
【図１１Ｃ−１１Ｄ】本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を２回コーティングして多層のナノ粒子層が形成された仮基板の中心部分及びエッジ部分の走査電子顕微鏡イメージである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付の図面及び添付の図面に記載された内容を参照して、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明が実施例によって制限又は限定されるものではない。
【００４０】
本明細書で使用された用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文句で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作及び／又は素子以外に一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しない。
【００４１】
本明細書で使用される「実施例」、「例」、「側面」、「例示」などは、記述された任意の態様（ａｓｐｅｃｔ）又は設計が他の態様又は設計よりも良好であるか、または利点があるものと解釈すべきものではない。
【００４２】
また、「又は」という用語は、排他的論理和「ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ｏｒ」よりは、包含的な論理和「ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ  ｏｒ」を意味する。すなわち、特に言及しない限り、または文脈から明らかでない限り、「ｘがａ又はｂを用いる」という表現は、包含的な自然順列（ｎａｔｕｒａｌ  ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ  ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｓ）のいずれか一つを意味する。
【００４３】
また、本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数表現（「ａ」又は「ａｎ」）は、特に言及しない限り、または単数形態に関するものであることが文脈から明らかでない限り、一般的に「一つ以上」を意味するものと解釈しなければならない。
【００４４】
以下の説明で使用される用語は、関連する技術分野で一般的かつ普遍的なものが選択されたが、技術の発達及び／又は変化、慣例、技術者の選好などに応じて他の用語があり得る。したがって、以下の説明で使用される用語は、技術的思想を限定するものと理解されてはならず、実施例を説明するための例示的な用語として理解されなければならない。
【００４５】
また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、該当する説明部分で詳細にその意味を記載する。したがって、以下の説明で使用される用語は、単純な用語の名称ではなく、その用語が有する意味、及び明細書全般にわたる内容に基づいて理解されなければならない。
【００４６】
一方、「第１」、「第２」などの用語は、様々な構成要素を説明するのに使用できるが、構成要素がこのような用語によって限定されるものではない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
【００４７】
また、膜、層、領域、構成要素などの部分が他の部分の「上に」又は「上部に」あるとするとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、それらの間に他の膜、層、領域、構成要素などが介在している場合も含む。
【００４８】
他の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解される意味として使用され得る。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義されていない限り、理想的又は過度に解釈されない。
【００４９】
一方、本発明を説明するにおいて、関連する公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、本明細書で使用される用語（ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ）は、本発明の実施例を適切に表現するために使用された用語であって、これは、使用者、運用者の意図、または本発明の属する分野の慣例などによって変わり得る。したがって、本用語に対する定義は、本明細書全般にわたる内容に基づいて行われるべきである。
【００５０】
以下では、図１Ａ乃至図１Ｆを参照して、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法について説明する。
【００５１】
図１Ａ乃至図１Ｆは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法を示した断面図である。
【００５２】
本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、仮基板１１０上にコア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子１２０をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成する。
【００５３】
コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、コア１２１と、コア１２１の表面にコーティングされるイオン性高分子物質のシェル１２２とを含む。
【００５４】
また、コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、イオン性高分子物質のシェル１２２を用いてコア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を制御して、仮基板１１０上にコア−シェル構造のナノ粒子１２０を均一にコーティングすることができる。
【００５５】
その後、仮基板１１０上にピット窒化ガリウム層（Ｐｉｔ  ＧａＮ）１３１を成長させ、ピット窒化ガリウム層上にミラー窒化ガリウム層（Ｍｉｒｒｏｒ  ＧａＮ）１３２を成長させた後、仮基板１１０を分離させる。
【００５６】
以下、図１Ａ乃至図１Ｆを参照して、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法を詳細に説明する。
【００５７】
図１Ａは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法による仮基板を示した断面図である。
【００５８】
仮基板１１０は、物質の種類又は表面処理（液滴処理、酸素プラズマ処理、またはＵＶ−オゾン処理）によって、仮基板１１０の表面のゼータ電位が制御され得る。
【００５９】
一般的にゼータ電位は、粒子が溶媒中に分散している程度を電気的に定量化した尺度を意味し、本発明の場合、粒子だけでなく仮基板１１０に対しても適用され、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位と仮基板１１０のゼータ電位とを区分して説明した。
【００６０】
例えば、仮基板１１０上に酸性溶液（例えば；二酸化炭素が添加された純水）で液滴処理を行うと、仮基板１１０の表面のゼータ電位は正のゼータ電位（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を有することができ、反対に、仮基板１１０上にアルカリ性溶液（例えば；ＳＣ−１）で液滴処理を行うと、仮基板１１０の表面のゼータ電位は負のゼータ電位（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を有することができる。
【００６１】
仮基板１１０は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、ＧａＡｓ（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ）、スピネル（ｓｐｉｎｅｌ）、Ｓｉ（ｓｉｌｉｃｏｎ）、ＩｎＰ（ｉｎｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、及びＳｉＣ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００６２】
好ましくは、サファイアを使用することができ、サファイアは負のゼータ電位を有することができる。
【００６３】
本発明の実施例では、負のゼータ電位を有する仮基板１１０について説明したが、これに制限されず、仮基板１１０は正のゼータ電位を有してもよい。
【００６４】
図１Ｂは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をコーティングしてナノ粒子層が形成された断面図である。
【００６５】
図１Ｂでは、仮基板１１０上にコア−シェル構造のナノ粒子１２０を１回コーティングして単層のナノ粒子層を形成する技術について説明したが、これに制限されず、少なくとも１つ以上の多層構造のナノ粒子層が形成されてもよい。
【００６６】
本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、図１Ｂに示されたように、仮基板１１０上にコア−シェル構造のナノ粒子１２０をコーティングしてナノ粒子層を形成することができる。好ましくは、負のゼータ電位を有する仮基板１１０上に、正のゼータ電位を有するコア−シェル構造のナノ粒子１２０をコーティングして、ナノ粒子層を形成することができる。
【００６７】
したがって、コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、仮基板１１０と反対のゼータ電位を有することができる。例えば、仮基板１１０が負のゼータ電位を有すれば、正のゼータ電位を有するコア−シェル構造のナノ粒子１２０を使用し、仮基板１１０が正のゼータ電位を有すれば、負のゼータ電位を有するコア−シェル構造のナノ粒子１２０を使用することができる。
【００６８】
また、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位を制御することによって、仮基板１１０上にコーティングされるコア−シェル構造のナノ粒子１２０の結合率を制御することができる。また、反対に、仮基板１１０のゼータ電位を制御することによって、仮基板１１０上にコーティングされるコア−シェル構造のナノ粒子１２０の結合率を制御することができる。
【００６９】
例えば、負のゼータ電位を有する仮基板１１０又は仮基板１１０に表面処理を通じてゼータ電位を負の方向に増加させ、溶液中に分散したコア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位を一定レベルの正のゼータ電位を有するように調節することによって、仮基板１１０にコーティングされるコア−シェル構造のナノ粒子１２０の結合力を向上させることができる。したがって、仮基板１１０の表面にコア−シェル構造のナノ粒子１２０が均一にコーティングされ得る。
【００７０】
また、仮基板１１０のゼータ電位とコア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位との値の差が大きくなるほど、仮基板１１０上にコーティングされるナノ粒子１２０の結合力及び結合率は向上することができる。
【００７１】
コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、コア１２１、及びコア１２１の表面にコーティングされるイオン性高分子物質のシェル１２２を含み、イオン性高分子物質は、カチオン性高分子物質又はアニオン性高分子物質であってもよい。
【００７２】
また、コア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子１２０は、シェル１２２によってゼータ電位が制御され得る。
【００７３】
したがって、コア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子１２０を形成するために、コア１２１が含まれた溶液中にカチオン性高分子物質又はアニオン性高分子物質を添加すると、コア１２１の表面にカチオン性高分子物質又はアニオン性高分子物質のシェル１２２が形成され、カチオン性高分子物質又はアニオン性高分子物質は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位を微細に制御することができる。
【００７４】
例えば、コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、コア１２１の表面のカチオン性高分子物質の結合によって、ＩＥＰ（Ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｉｎｔ）を酸性領域から中性領域の方向に移動させて、コア−シェル構造のナノ粒子１２０の表面の電荷（ｃｈａｒｇｅ）を変化させることができる。
【００７５】
カチオン性高分子物質は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位を正の方向に移動させることができ、アニオン性高分子物質は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位を負の方向に移動させることができる。
【００７６】
また、コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、ｐＨによってゼータ電位が制御され得、低いｐＨでは、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位は正の方向に移動することができ、高いｐＨでは、コア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位は負の方向に移動することができる。
【００７７】
カチオン性高分子物質は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（Ｐｏｌｙｄｉａｌｌｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＤＤＡ）、ポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ；ＰＥＩ）、ポリアニリン（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ；ＰＡＮＩ）、ポリアリルアミンヒドロクロリド（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＡＨ）、ポリアクリルアミド（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ＰＡＡ）、ポリビニルイミダゾール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、ポリアミドアミン（ｐｏｌｙａｍｉｄｏａｍｉｎｅ；ＰＡＭＡＭ）、ポリメタクリロキシエチルトリアルキルアンモニウムハライド（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｘｙｅｔｈｙｌｔｒｉａｌｋｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈａｌｉｄｅ）、ポリアリルアミンクロリド（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、アミノエチル化ポリアクリルアミド（ａｍｉｎｏｅｔｈｙｌａｔｅｄ  ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）、ポリビニルアミン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｍｉｎｅ）、ホフマン減成ポリアクリルアミド（Ｈｏｆｍａｎ−ｄｅｇｒａｄａｔｅｄ  ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）、及びポリエチレンアミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅａｍｉｎｅ）のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００７８】
アニオン性高分子物質は、ポリアクリル酸（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリメタクリル酸（ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ；ＰＳ）、ポリスルホン酸（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリアクリルアミド／アクリル酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ／ａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアクリル酸／スルホン酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ／ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリスルホン酸／アクリルアミド共重合体（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ／ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアクリル酸／マロン酸共重合体（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ／ｍａｌｏｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、及びポリスチレン／アクリル酸共重合体のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００７９】
コア１２１は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｒＯ２、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｖ、Ｈｆ、Ｐｄ、ＢＮ、及び、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ及びＦｅの窒化物のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。好ましくは、コア１２１は、シリカ（ＳｉＯ２）が使用されてもよい。
【００８０】
コア−シェル構造のナノ粒子１２０は、仮基板１１０上に溶液を一定量滴下し、仮基板を高速で回転させて溶液に加わる遠心力でコーティングするスピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）により形成することができ、スピンコーティングを用いると、蒸着工程に比べて生産コストを低減させることができ、工程技術の単純化を通じて、工程コスト及び工程時間を減少させることができる。
【００８１】
また、仮基板１１０上にコア−シェル構造のナノ粒子１２０をコーティングして少なくとも１つのナノ粒子層を形成した後、仮基板１１０上にバッファ層（図示せず）を成長させることができる。したがって、バッファ層は、仮基板１１０とコア−シェル構造のナノ粒子１２０との間に形成され得、バッファ層は、実施例に応じて、形成されてもよく、形成されなくてもよい。
【００８２】
バッファ層は、仮基板１１０と、後続工程で成長する窒化ガリウム層との結晶学的差を減少させることで、結晶欠陥密度を最小化することができる。
【００８３】
したがって、バッファ層は、後続工程で成長する窒化ガリウム層との結晶特性が類似して化学的に安定した物質を使用することが好ましい。後続工程で成長する窒化ガリウム層と結晶構造が同一又は類似している、または格子定数が同一又は類似している、または熱膨張係数が同一又は類似している物質で形成することが好ましい。好ましくは、バッファ層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及びアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００８４】
また、バッファ層は、ＨＶＰＥ（ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）により形成することができ、ＨＶＰＥは、従来に用いられるフラックス法やアンモノサーマル法に比べて、望まない不純物の濃度が減少したバッファ層を成長させることができる。また、ＨＶＰＥは、金属ガリウム（Ｇａ）とアンモニアガスを、それぞれガリウム（Ｇａ）ソース、窒素（Ｎ）ソースとして使用するので、有機金属化学蒸着法に比べて経済的である。また、ＨＶＰＥは、１００μｍ／ｈｒ以上の速度でバッファ層を成長させることができるので、短い時間内にバッファ層を形成することができる。
【００８５】
図１Ｃは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって仮基板上にピット窒化ガリウム層が成長した断面図であり、図１Ｄは、本発明の実施例によって窒化ガリウム基板の製造方法によるピット窒化ガリウム層上にミラー窒化ガリウム層が成長した断面図である。
【００８６】
図１Ｃ及び図１Ｄは、ピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２がそれぞれ別途の工程で形成されるものとして示したが、図１Ｃ及び図１Ｄは、ピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２の特性を区分するためのもので、ピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２は、同一のチャンバー内で同一の物質で形成される。
【００８７】
仮基板１１０上に初期に成長するピット窒化ガリウム層１３１は、ミラー窒化ガリウム層１３２に比べて比較的欠陥の多い層であり、ミラー窒化ガリウム層１３２は、高品質のミラー表面を有する層である。
【００８８】
ピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２は、ＨＶＰＥにより成長させることができ、ＨＶＰＥは、従来に用いられるフラックス法やアンモノサーマル法に比べて、望まない不純物の濃度が減少したピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２を成長させることができる。また、金属ガリウム（Ｇａ）とアンモニアガスを、それぞれガリウム（Ｇａ）ソース、窒素（Ｎ）ソースとして使用するので、有機金属化学蒸着法に比べて経済的である。また、ＨＶＰＥは、１００μｍ／ｈｒ以上の速度でピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２を成長させることができるので、短い時間内にピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２を成長させることができる。
【００８９】
図１Ｅは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって窒化ガリウム基板から仮基板を分離させる断面図である。
【００９０】
仮基板１１０は、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）方法、レーザーリフトオフ（ｌａｓｅｒ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ；ＬＬＯ）方法、及び機械的方法のうちの少なくとも１つの方法で窒化ガリウム基板１００から分離することができ、好ましくは、レーザーリフトオフ方法を用いることができ、より好ましくは、３５５ｎｍの紫外線を使用するレーザーリフトオフ方法で分離することができる。
【００９１】
例えば、仮基板１１０に高電力の紫外線レーザーを照射して窒化ガリウム基板１００と仮基板１１０とを分離させることができ、使用される紫外線レーザーは、仮基板１１０のバンドギャップよりはエネルギーが低く、窒化ガリウム基板１００のバンドギャップよりはエネルギーが高いため、紫外線レーザーを照射する場合、仮基板１１０を通過し、窒化ガリウム基板１００の界面でレーザーエネルギーが印加される。
【００９２】
したがって、仮基板１１０と窒化ガリウム基板１００との界面を瞬間的に溶かすようになり、仮基板１１０と窒化ガリウム基板１００とが分離される。しかし、仮基板１１０を分離させる工程は、仮基板１１０と窒化ガリウム基板１００との界面に残留物質を残すことがあるが、残留物質は、例えば、エッチング方法によって除去することができる。
【００９３】
図１Ｆは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造された窒化ガリウム基板を示した断面図である。
【００９４】
本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造された窒化ガリウム基板１００は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０と、ピット窒化ガリウム層１３１及びミラー窒化ガリウム層１３２を含む窒化ガリウム層１３０とを含むことができる。
【００９５】
本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造された窒化ガリウム基板１００は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０を用いて仮基板１１０上に選択的に窒化ガリウム層１３０を成長させることによって、成長工程を単純化させ、窒化ガリウム層１３０の成長時間を減少させることができる。
【００９６】
また、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造された窒化ガリウム基板１００は、コア−シェル構造のナノ粒子１２０を用いて仮基板１１０上に選択的に窒化ガリウム層１３０を成長させることによって、窒化ガリウム層１３０の欠陥密度を減少させることができる。
【００９７】
また、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造された窒化ガリウム基板１００は、イオン性高分子物質のシェル１２２を用いてコア−シェル構造のナノ粒子１２０のゼータ電位を制御して、仮基板１１０上にコア−シェル構造のナノ粒子１２０を均一にコーティングすることができる。
【００９８】
以下では、図２乃至図１１Ｄを参照して、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造された窒化ガリウム基板の特性について説明する。
【００９９】
図２は、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造されたコア−シェル構造のナノ粒子のｐＨによるゼータ電位（ｚｅｔａ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の変化を示したグラフである。
【０１００】
図２を参照すると、サファイア基板（ｓａｐｐｈｉｒｅ；仮基板）のゼータ電位は、負のゼータ電位を有し、シリカ（ｓｉｌｉｃａ（ＰＬ−７））ナノ粒子のゼータ電位は、正のゼータ電位を有する。しかし、シリカナノ粒子のゼータ電位は、サファイア基板上に均一に分布するための十分な値を有していないため、サファイア基板上に不均一にコーティングされる。
【０１０１】
しかし、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって製造されたコア−シェル構造のナノ粒子（ｓｉｌｉｃａ＋ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｃｈａｒｇｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ）は、カチオン性高分子物質によってコア−シェル構造のナノ粒子のゼータ電位が正の方向に移動するようになるため、サファイア基板上にコア−シェル構造のナノ粒子が均一にコーティングされ得る。
【０１０２】
図３Ａ乃至図３Ｃは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって仮基板上にコーティングされたコア−シェル構造のナノ粒子を示した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
【０１０３】
図３Ａは、図１Ｂのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後のイメージである。
【０１０４】
図３Ｂは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子と仮基板との間にバッファ層を成長させた後のイメージである。
【０１０５】
図３Ｃは、図１Ｅのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によって紫外線レーザーリフトオフを用いて仮基板を除去した後の窒化ガリウム基板の界面を示したイメージである。
【０１０６】
図３Ａ乃至図３Ｃを参照すると、コア−シェル構造のナノ粒子が仮基板上に均一に形成されることが分かる。
【０１０７】
図４Ａは、図１Ｆのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を用いて成長させた窒化ガリウム基板の中心部分を示した走査電子顕微鏡−陰極線発光（ＳＥＭ−Ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）イメージである。
【０１０８】
図４Ｂは、図１Ｆのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を用いて成長させた窒化ガリウム基板のエッジ（右側）部分を示した走査電子顕微鏡−陰極線発光イメージである。
【０１０９】
本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を用いて成長された窒化ガリウム基板の中心部分の貫通転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｎｓｉｔｙ；ＴＤＤ）は、４．８８×１０６ｃｍ−２であり、エッジ（右側）部分の貫通転位は、４．２２×１０６ｃｍ−２であった。
【０１１０】
したがって、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を用いて窒化ガリウム基板を成長させることによって、窒化ガリウム基板の中心部分及びエッジ部分に貫通転位の差が減少することから、コア−シェル構造のナノ粒子が均一にコーティングされ、窒化ガリウムが正常に成長するということが分かる。
【０１１１】
図５Ａ乃至図５Ｄは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
【０１１２】
図５Ａは、１５００ｒｐｍの回転速度でコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後の走査電子顕微鏡イメージであり、図５Ｂは、１５００ｒｐｍの回転速度でコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後の走査電子顕微鏡イメージを拡大したものであり、図５Ｃは、２５００ｒｐｍの回転速度でコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後の走査電子顕微鏡イメージであり、図５Ｄは、２５００ｒｐｍの回転速度でコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後の走査電子顕微鏡イメージを拡大したものである。
【０１１３】
図５Ａ乃至図５Ｄを参照すると、仮基板上にコア−シェル構造のナノ粒子が均一にコーティングされることが分かる。
【０１１４】
図６Ａは、図１Ｂのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングしたときの表面の走査電子顕微鏡イメージを示したものである。
【０１１５】
図６Ａは、窒化ガリウムを成長させた後、分離されたサファイア基板をリサイクルして、コア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした。
【０１１６】
図６Ｂは、図１Ｂのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後、熱処理を行ったときの走査電子顕微鏡イメージを示したものである。
【０１１７】
図６Ｂは、リサイクルされたサファイア基板の表面にコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後、温度安定性に対してテストを行うために、コア−シェル構造のナノ粒子をコーティングした後、窒化ガリウム成長の直前に９９０℃の温度で熱処理を行った。
【０１１８】
図６Ｃは、図１Ｄのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後、ガス（ＮＨ３＋ＨＣｌ）を注入して窒化アルミニウム層を成長させた後の表面の走査電子顕微鏡イメージを示したものである。
【０１１９】
図６Ｃにおいて、アンモニア（ＮＨ３）ガスを１分、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを５分、アンモニア（ＮＨ３）ガスを２分注入して窒化アルミニウム層を成長させた。
【０１２０】
図６Ｃは、リサイクルされたサファイア基板の表面にコア−シェル構造のナノ粒子をスピンコーティングした後、ガス安定性に対してテストを行うために、コア−シェル構造のナノ粒子をコーティングした後、窒化アルミニウム層を成長させた。
【０１２１】
図６Ａ乃至図６Ｃを参照すると、熱処理を行った後、及びガスを注入した後にコア−シェル構造のナノ粒子が変形又は除去されなかったことから、コア−シェル構造のナノ粒子は、温度及び反応ガスに対して安定性を有するということが分かる。
【０１２２】
図７Ａ及び図７Ｂは、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長された窒化ガリウム基板、及び本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長された窒化ガリウム基板のそれぞれのＮ−面を拡大した光学顕微鏡イメージである。
【０１２３】
図７Ｃ及び図７Ｄは、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長された窒化ガリウム基板、及び本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長された窒化ガリウム基板のそれぞれのＮ−面の光学顕微鏡イメージである。
【０１２４】
図７Ａ乃至図７ＤにおいてＮ−面は、窒化ガリウムにおいて、ガリウム（Ｇａ）原子から３個の最も近い隣接する窒素（Ｎ）原子までの３個の強い結合が、成長方向に向かって上方に向かうことを意味する。
【０１２５】
図７Ａ乃至図７Ｄを参照すると、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長された窒化ガリウム基板のＮ−面が、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長された窒化ガリウム基板のＮ−面よりも均一な表面を有し、レーザー分離によるクラック現象が減少することが分かる。
【０１２６】
図８Ａは、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長された窒化ガリウム基板のエッジ面を示したイメージであり、図８Ｂは、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長された窒化ガリウム基板の割れた部分の断面を示したイメージである。
【０１２７】
図８Ｃは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長された窒化ガリウム基板のエッジ面を示したイメージであり、図８Ｄは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長された窒化ガリウム基板の割れた部分の断面を示したイメージである。
【０１２８】
図８Ａ乃至図８Ｄを参照すると、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して成長された窒化ガリウム基板のエッジ面及び割れた部分の断面が、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに成長された窒化ガリウム基板よりも滑らかな表面を有することが分かる。
【０１２９】
図９Ａは、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフ（ＬＬＯ）を行った後のサファイア基板の表面の光学顕微鏡イメージであり、図９Ｂは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行った後のサファイア基板の表面の光学顕微鏡イメージである。
【０１３０】
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して窒化ガリウム基板を成長させたときのサファイア基板の表面が、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに窒化ガリウム基板を成長させたときのサファイア基板の表面との差がないものと見られる。
【０１３１】
図１０Ａは、コア−シェル構造のナノ粒子を使用せずに窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行ってサファイア基板が除去された窒化ガリウム基板の界面の走査電子顕微鏡イメージである。
【０１３２】
図１０Ｂは、図１Ｅでのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行ってサファイア基板が除去された窒化ガリウム基板の界面の走査電子顕微鏡イメージである。
【０１３３】
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を使用して窒化ガリウム基板を成長させた後、レーザーリフトオフを行ってサファイア基板が除去された窒化ガリウム基板の界面に、コア−シェル構造のナノ粒子がコーティングされていることがわかる。
【０１３４】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、図１Ｂでのように、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を１回コーティングして単層のナノ粒子層が形成された仮基板の中心部分及びエッジ部分の走査電子顕微鏡イメージである。
【０１３５】
図１１Ｃ及び図１１Ｄは、本発明の実施例に係る窒化ガリウム基板の製造方法によってコア−シェル構造のナノ粒子を２回コーティングして多層のナノ粒子層が形成された仮基板の中心部分及びエッジ部分の走査電子顕微鏡イメージである。
【０１３６】
図１１Ａ乃至図１１Ｄを参照すると、単層のナノ粒子層を形成した場合よりも、多層のナノ粒子層を形成した場合に、コア−シェル構造のナノ粒子が仮基板の中心部分及びエッジ部分に均一に密集していることがわかる。
【０１３７】
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者なら、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。
【０１３８】
したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【符号の説明】
【０１３９】
１００    窒化ガリウム基板
１１０    仮基板
１２０    コア−シェル（ｃｏｒｅ−ｓｈｅｌｌ）構造のナノ粒子
１２１    コア
１２２    シェル
１３０    窒化ガリウム層
１３１    ピット窒化ガリウム層
１３２    ミラー窒化ガリウム層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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