(57)【要約】【課題】本発明の実施例は、窒化ガリウム基板の製造方法に関する。【解決手段】実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板上にエッチング防止層を形成するステップと、前記エッチング防止層上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、シラン（ｓｉｌａｎｅ）ガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップと、前記第２窒化ガリウム層上に第３窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にエッチング防止層を形成するステップと、
前記エッチング防止層上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、
シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップと、
前記第２窒化ガリウム層上に第３窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング防止層は、
非晶質層（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）を含む請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング防止層は、
ＬＴ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）のＡｌＮまたはＳｉＮのうち少なくとも一つを含む請求項２に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項４】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、前記シランエッチングによって前記エッチング防止層が一部露出され、
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、エッチングマスクなしでエッチング工程が進行される請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項５】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層にトレンチが形成される請求項４に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項６】
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップは、
ボイドを含めて第２窒化ガリウム層を形成する請求項５に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項７】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
前記シランはＳｉｎＨ２ｎ＋２の化学式を有し、キャリアガスとしてＨ２、Ｎ２を使用する請求項６に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項８】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
ＮＨ３はシランガスを利用したエッチング工程の際に排出される請求項７に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項９】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
シリコン窒化膜ランダムマスク(ＳｉｘＮｙ  Ｒａｎｄｏｍ  ｍａｓｋ)を利用してエッチング工程が進行される請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１０】
前記第１窒化ガリウム層の形成工程と前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップは、ｉｎ−ｓｉｔｕで進行する請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１１】
基板上にエッチング防止層を形成するステップと、
前記エッチング防止層上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、
所定の角度を有する溝が形成されるようにシランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１２】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
エッチングマスクなしでエッチング工程が進行される請求項１１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１３】
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層にピラミッド状のダメージ領域が形成される請求項１１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１４】
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップは、
前記第１窒化ガリウム層と前記第２窒化ガリウム層との間にピラミッド状のプロファイルを含めて第２窒化ガリウム層を形成する請求項１３に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１５】
基板上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、
シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上にボイドを含めて第２窒化ガリウム層を形成するステップと、
前記第２窒化ガリウム層上に第３窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１６】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
キャリアガスとしてＨ２、Ｎ２を使用し、ＮＨ３はシランガスを利用したエッチング工程の際に排出される請求項１５に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１７】
前記基板上にエッチング防止層を形成するステップをさらに含む請求項１５に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１８】
基板上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、
シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上にピラミッド状のプロファイルを含めて第２窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項１９】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップにおいて、
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層に所定の角度を有する溝が形成される請求項１８に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項２０】
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層にピラミッド状のダメージ領域が形成される請求項１９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】
実施例は、窒化ガリウム基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光素子（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）は、電気エネルギーが光エネルギーに変換される特性のｐ−ｎ接合ダイオードを周期律表上でＩＩＩ族とＶ族の元素が和合することによって生成できる。ＬＥＤは、化合物半導体の組成比を調節することによって、多様な色相の具現が可能である。
【０００３】
窒化物半導体は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップエネルギーにより、光素子及び高出力電子素子の開発分野において非常に注目を浴びている。特に、窒化物半導体を利用した青色（Ｂｌｕｅ）発光素子、緑色（Ｇｒｅｅｎ）発光素子、紫外線（ＵＶ）発光素子などは、商用化されて広く用いられている。
【０００４】
従来技術によれば高品質の窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅ）半導体の成長のためにパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）を通じるｅｘ−ｓｉｔｕ法とＨＣｌガスを利用するｉｎ−ｓｉｔｕ法がある。
【０００５】
先ず、パターニングを通じたｅｘ−ｓｉｔｕ法としては、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法とＰＥ（Ｐｅｎｄｅｏ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などがある。
【０００６】
例えば、ＥＬＯ法は、基板上でＧａＮ薄膜を成長させた後、ＧａＮ薄膜が成長され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薄膜を形成させる。以後、ＳｉＯ２薄膜が蒸着された基板を蒸着装備から取り出した後、フォトエッチング法を利用してＳｉＯ２マスクパターンを形成し、これをさらに反応器に装入してＧａＮ薄膜を形成する方法である。
【０００７】
また、ＰＥ法は、マスクなし（ｍａｓｋｌｅｓｓ）のＥＬＯとも呼ばれ、ＧａＮを成長した後、基板まで乾式エッジングして基板をパターニングしてその上にさらにＧａＮを成長させると、露出された基板上にはＧａＮが成長されなくＧａＮ上のＧａＮの成長が優勢するようになって高品質のＧａＮ薄膜を得ることができる。
【０００８】
ところが、ＥＬＯ法の場合はＴＤ（Ｔｒｅａｄｉｎｇ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）がマスクパターン（ｍａｓｋ  ｐａｔｔｅｒｎ）がない箇所の上部まで伝播されて相変わらず品質悪化を起こす問題がある。また、従来技術によるＥＬＯ、ＰＥの製造方法は上述したような複雑な工程を経ることによって工程時間も長くかかるという短所がある。
【０００９】
一方、窒化ガリウム基板の結晶性を向上させる方法としてＨＣｌガスを利用したエッチング方法は、転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）領域をエッチングすることによって逆ピラミッド状（ｐｙｒａｍｉｄａｌ  ｓｈａｐｅ）エッチピット（ｅｔｃｈ  ｐｉｔ）を形成させてその上に窒化膜を再成長する方法でｉｎ−ｓｉｔｕに進行する。しかしＨＣｌは特定面、例えば｛０００１｝面に対するエッチング効果が少なく、転位が分布されている領域が主にエッチングされることによってエッチング状（ｅｔｃｈ  ｓａｈｐｅ）及びエッチング密度の調節に困ると言う短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
実施例は、エッチング状及びエッチング密度などの調整が容易な窒化ガリウム基板の製造方法を提供する。
【００１１】
また、実施例は、結晶性を向上させることができる窒化ガリウム基板の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板上にエッチング防止層を形成するステップと、前記エッチング防止層上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、シラン（ｓｉｌａｎｅ）ガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップと、前記第２窒化ガリウム層上に第３窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。
【００１３】
また、実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板上にエッチング防止層を形成するステップと、前記エッチング防止層上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、所定の角度を有する溝が形成されるようにシランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上に第２窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。
【００１４】
実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上にボイド（ｖｏｉｄ）を含めて第２窒化ガリウム層を形成するステップと、前記第２窒化ガリウム層上に第３窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。
【００１５】
また、実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板上に第１窒化ガリウム層を形成するステップと、シランガスで前記第１窒化ガリウム層を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層上にピラミッド状のプロファイルを含めて第２窒化ガリウム層を形成するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１６】
実施例による窒化ガリウム基板の製造方法によると、シランを利用してｉｎ−ｓｉｔｕエッチングを可能にすることと同時にエッチング時間及び混入されるガス、例えば、水素（Ｈ２）の流量、シランの流量などを調節することによってエッチング形状及びエッチング密度などの調整が容易である。
【００１７】
また、実施例によるとシランを利用したエッチングを通じてダメージ層（Ｄａｍａｇｅ  ｌａｙｅｒ）を形成し、ダメージ層上にボイドを含めて窒化ガリウム層を形成することによって結晶性を向上させることができる。
【００１８】
また、実施例によるとシランガスを利用した窒化ガリウム層の垂直エッチング方法で窒化ガリウム層の内部に均一で密度が高いボイドを形成することができ、このようなボイドは発光素子具現の際、輝度向上の効果がある。
【００１９】
また、実施例によると窒化ガリウム層内に均一に全領域にボイドを形成し得るので、ボイドを利用して自己分離（Ｓｅｌｆ  Ｓｐｌｉｔ）を容易に進行することができて容易に厚膜窒化ガリウム基板を製造することができる。
【００２０】
また、実施例によるとシランを利用して表面にピラミッド状を形成させて再成長を通じて結晶性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示す。
【図２】第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示す
【図３】第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示す。
【図４】第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示す。
【図５】第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示す。
【図６】第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施例の説明に当たって、各層（膜）、領域、パターン又は構造物が基板、各層（膜）、領域、パッド又はパターンの「上／の上（ｏｎ／ｏｖｅｒ）」に又は「の下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合、「上／の上（ｏｎ／ｏｖｅｒ）」と「の下（ｕｎｄｅｒ）」は、「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」又は「他の層を介在して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）」形成されることをすべて含む。また、各層の「上／の上」又は「の下」に対する基準は、図面を基準として説明する。
【００２３】
図面において各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、又は概略的に示された。また、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するのではない。
【００２４】
（実施例）
図１ないし図３は、第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真の例示である。
【００２５】
第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板１１０上にエッチング防止層１３０を形成するステップと、前記エッチング防止層１３０上に第１窒化ガリウム層１４０を形成するステップと、シラン（ｓｉｌａｎｅ）ガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層１４０上にボイドＶを含めて第２窒化ガリウム層１５０を形成するステップと、前記第２窒化ガリウム層１５０上に第３窒化ガリウム層１６０を形成するステップと、を含むことができる。
【００２６】
第１実施例は、エッチング状及びエッチング密度などの調整が容易な窒化ガリウム基板の製造方法を提供することと、また、結晶性を向上させ得る窒化ガリウム基板の製造方法を提供することにその目的がある。
【００２７】
そのため、第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法によると、シランを利用してｉｎ−ｓｉｔｕエッチングを可能にすることと同時にエッチング時間（ｅｔｃｈ  ｔｉｍｅ）及び混入されるガス、例えば、水素（Ｈ２）の流量、シランの流量などを調節することによってエッチング状及びエッチング密度などの調整が容易であり、また、シランを利用したエッチングを通じてダメージ層（Ｄａｍｅａｇｅ  ｌａｙｅｒ）を形成し、ダメージ層上にボイドを含む窒化ガリウム層を形成することによって結晶性を向上させることができる。
【００２８】
以下、図１ないし図３を参照して第１実施例による窒化ガリウム基板の製造方法を説明する。
【００２９】
先ず、基板１１０上にエッチング防止層１３０を形成する。前記基板１１０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板などが採用され得るが、これに限定されるものではない。
【００３０】
実施例は前記基板１１０上にバッファ層１２０を形成してよく、これに限定されるものではない。
【００３１】
以後、前記基板１１０またはバッファ層１２０上にエッチング防止層１３０を形成する。
【００３２】
前記エッチング防止層１３０は、非晶質層（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）を含めてもよく、前記エッチング防止層１３０は後に形成される第１窒化ガリウム層１４０を選択的にエッチングすることに対するエッチング防止層の役割を果たし得る。例えば、前記エッチング防止層１３０はＬＴ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）のＡｌＮまたはＳｉＮのうち少なくとも一つを含めてもよい。
【００３３】
前記ＬＴ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）のＡｌＮは９００℃以下で形成されることができる。例えば、約５００℃〜約６００℃でＬＴのＡｌＮが非晶質層で形成され得るが、温度がこれに限定されるものではない。
【００３４】
前記ＳｉＮは、約６００℃〜約１２００℃で非晶質層で形成されてもよく、これに限定されるものではない。
【００３５】
以後、前記エッチング防止層１３０上に第１窒化ガリウム層１４０を形成する。
【００３６】
例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）もしくは分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）もしくはスパッタリングもしくは水酸化物気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などを使用して第１窒化ガリウム層１４０を形成してもよい。
【００３７】
例えば、チャンバーにトリメチルガリウムガス（ＴＭＧａ）、アンモニアガス（ＮＨ３）などを使用して第１窒化ガリウム層１４０を形成し得るが、これに限定されるものではない。
【００３８】
続いて、図２に示すようにシランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングする。このようなエッチング工程は、前記第１窒化ガリウム層１４０形成工程とｉｎ−ｓｉｔｕで進行し得る。
【００３９】
前記シランガスは、ＳｉｎＨ２ｎ＋２の化学式を有し、モノシラン、ジシラン、トリシラン、テトラシランなどであってもよく、これに限定されるものではない。
【００４０】
実施例は、前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングすることによって前記エッチング防止層１３０が一部露出され得るし、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層１４０にトレンチＴが形成されることがある。
【００４１】
例えば、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層１４０に垂直したプロファイルまたは垂直したプルファイルに近接したトレンチが形成されてもよい。
【００４２】
実施例において、トレンチＴは図２に示すように溝状が上部幅と下部幅とが同じであることの他に上部幅と下部幅とが異なる溝も含め得る。
【００４３】
実施例において、前記第１窒化ガリウム層１４０の一部を選択的にエッチングする場合、エッチングマスクなしでエッチング工程が進行されることができる。例えば、実施例でシランガスで第１窒化ガリウム層１４０をエッチングする際にＳｉＮなどのようなエッチングマスクなしでもトレンチ状が形成され得る。これは、ＧａＮ構造は、ウルツ鉱（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶構造であってエッチングを進行する際、ａ‐軸（ａｘｉｓ）とｃ−軸との間に異方性が存在し、これによってエッチング時間を長くする場合、ｃ−軸方向に深く掘れることになってエッチング防止層１３０まで到達する場合、エッチングマスクなしでもトレンチを形成することができる。
【００４４】
従来技術でＨＣｌを利用したエッチングの場合には、結晶方向に対する依存度が高くて、欠陥部位、例えば、転位が存在する領域に対するエッチングが主に行われるので均一な溝の形成が困難であり、さらに垂直したプロファイルのトレンチ状の溝を形成することができなかった。
【００４５】
例えば、従来技術でＨＣｌを利用したエッチングの場合には、主に｛１１−２１｝面または｛１−１０２｝面に対するエッチングが主に行われ、｛０００１｝面に対してはエッチングが殆ど行われなかった。また、従来技術でＨＣｌを利用したエッチングの場合には、転位などが存在する領域に対するエッチングが主に行われて不均一な分布を有するピラミッド状の溝を形成し得たが、均一な分布を有するピラミッド状の溝を形成することはできなかった。
【００４６】
また、従来技術でＨＣｌを利用したエッチングの場合、エッチング停止ポイントを時間で調節することが多くて基板などにダメージを与える一方、実施例でシランガスで窒化ガリウム層を一部エッチングする場合窒化ガリウム層に対してエッチングが行われ、エッチング防止層により基板などにはエッチングが行われないので安定的な工程が可能である。
【００４７】
実施例で前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングするステップにおいて、キャリアガスとしてはＨ２、Ｎ２を使用してもよく、従来技術とは異なってＮＨ３はシランガスを利用したエッチング工程の際に排出され得る。
【００４８】
実施例でシランガスと水素（Ｈ２）ガスの相対的な比率において、水素ガスの比率を上げる場合、垂直なプロファイルよりは不規則なプロファイルのエッチングが進行されてもよい。
【００４９】
また、実施例で前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングするステップにおいて、エッチング時間は約５分乃至約３０分であってもよく、約１０分程度のエッチング工程を行う際に垂直なトレンチプロファイルが形成されてもよく、これに限定されるものではない。
【００５０】
また、前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングするステップにおいて、シランガスがジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である場合、約０．０１μｍｏｌ以上乃至約１μｍｏｌ以下であってもよく、ジシランが０．０１μｍｏｌ未満の場合、垂直なプロファイルのエッチングが進行されなくてもよく、ジシランが１μｍｏｌ超えの場合過度なエッチングが進行される恐れがある。
【００５１】
また、実施例でシランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングするステップにおいて、エッチング温度は約８００℃乃至約１２００℃で進行されてもよく、これに限定されるものではない。
【００５２】
一方、実施例は前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層１４０を一部エッチングするステップにおいて、シリコン窒化膜ランダムマスク（ＳｉｘＮｙ  Ｒａｎｄｏｍ  ｍａｓｋ）（図示せず）を利用してエッチング工程が進行されることもある。
【００５３】
例えば、シランガスでエッチングする前にジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とアンモニア（ＮＨ３）ガスを混合してシリコン窒化膜ランダムマスク(ＳｉｘＮｙ  Ｒａｎｄｏｍ  ｍａｓｋ)を約３０秒ないし５分程度の工程を経て形成した後、エッチング工程を進行するとランダムマスクがない部分がエッチングされてトレンチが形成され得る。
【００５４】
続いて、図３に示すように、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層１４０上に第２窒化ガリウム層１５０を形成してボイドＶを含めた第２窒化ガリウム層１５０を形成する。以後、第２窒化ガリウム層１５０上に第３窒化ガリウム層１６０、第４窒化ガリウム層１７０などを形成することができる。
【００５５】
実施例によると、トレンチの深さ（ｄｅｐｔｈ）が深い下部では、ボイドが形成されて窒化ガリウム層の表面では側面成長が行われてエッチングされたトレンチの入口が塞がれるようになってボイドの形成がｉｎ−ｓｉｔｕ状態で容易に形成されてボイドの生成密度も高くて均一度も高いボイドを含む窒化ガリウム基板を得ることができる。
【００５６】
実施例によるとシランガスを利用した窒化ガリウム層の垂直エッチング法で窒化ガリウム層の内部に均一で密度が高いボイドを容易に形成することができ、ボイドの位置調整が可能で及びに多重にボイドを形成することができて発光素子の具現の際に輝度向上効果がある。
【００５７】
また、実施例によると窒化ガリウム層内に均一に全領域にボイドを形成し得るので、ボイドを利用して自己分離を容易に進行することができる。即ち、実施例によるとシランガスでエッチングを利用してダメージ層を適用すると後続工程の化学的エッチング及びＬＬＯ（Ｌａｓｅｒ  ｌｉｆｔ  ｏｆｆ）工程なしで厚膜を製造することができる。これを利用して厚膜窒化ガリウム基板を製造する収率向上及び大口径化まで可能であり、またシランガスのエッチングはｉｎ−ｓｉｔｕ工程が可能で追加的な費用が発生しなくて短い時間内に高品質の厚膜窒化ガリウム基板を構成できるという長所がある。
【００５８】
例えば、高い３／５族の比率（Ｈｉｇｈ  Ｖ／ＩＩＩ  ｒａｔｉｏ）で１次成長して第２窒化ガリウム層１５０を形成することができる。例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３ガスを使用して約１０００℃以上の温度と約２００ｍｂａｒ以下の圧力でボイドＶを含めた第２窒化ガリウム層１５０を形成し得るが、これに限定するものではなく、圧力は２００ｍｂａｒ以上であってもよい。
【００５９】
以後、低い３／５族の比率（Ｌｏｗ  Ｖ／ＩＩＩ  ｒａｔｉｏ）で２次成長して第３窒化ガリウム層１６０を形成することができる。例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３ガスを使用して約１０００℃以上の温度と約２００ｍｂａｒ以下の圧力で第３窒化ガリウム層１６０を形成し得るが、これに限定するものではなく、圧力は２００ｍｂａｒ以上であってもよい。
【００６０】
続いて、一般並みの３／５族の比率（Ｎｏｒｍａｌ  Ｖ／ＩＩＩ  ｒａｔｉｏ）で３次成長して高品質の第４窒化ガリウム層１７０を形成することができる。
【００６１】
例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３ガスを使用して約１０００℃以上の温度で高品質の第４窒化ガリウム層１７０を形成してもよい。
【００６２】
以後、レーザ・リフトオフ(Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ)工程または機械的研磨を行い基板１１０を除去することによって高品質の窒化ガリウム基板を完成することができる。
【００６３】
実施例による窒化ガリウム基板の製造方法によると、シランを利用してｉｎ−ｓｉｔｕエッチングを可能にすることと同時にエッチング時間及び混入されるガス、例えば、水素（Ｈ２）の流量、シランの流量などを調節することによってエッチング状及びエッチング密度などの調整が容易である。
【００６４】
また、実施例によるとシランを利用したエッチングを通じてダメージ層を形成し、ダメージ層上にボイドを含めて窒化ガリウム層を形成することによって結晶性を向上させることができる。
【００６５】
図４ないし図６は、第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法の工程断面図及び写真を示している。
【００６６】
第２実施例は、前記第１実施例の技術的な特徴を採用することができる。
【００６７】
第２実施例は、第１窒化ガリウム層２４０と第２窒化ガリウム層２５０との間にピラミッド状のプロファイルを含めて窒化ガリウム基板を製造することができる。
【００６８】
第２実施例による窒化ガリウム基板の製造方法は、基板２１０上に第１窒化ガリウム層２４０を形成するステップと、シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップと、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層２４０上に第２窒化ガリウム層２５０を形成するステップと、を含むことができる。
【００６９】
先ず、図４に示すように基板２１０上にバッファ層２２０とエッチング防止層２３０を形成し得るが、これに限定されるものではない。
【００７０】
前記基板２１０は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、シリコン（Ｓｉ）などが採用され得るが、これに限定されるものではない。
【００７１】
前記エッチング防止層２３０は、非晶質層（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）を含めてもよく、前記エッチング防止層２３０は以後に形成される第１窒化ガリウム層２４０を選択的にエッチングすることに対するエッチング防止層の役割を果たすことができる。例えば、前記エッチング防止層２３０はＬＴ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）のＡｌＮまたはＳｉＮのうち少なくとも一つを含めてもよい。
【００７２】
続いて、基板２１０またはエッチング防止層２３０上に第１窒化ガリウム層２４０を形成する。
【００７３】
例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）もしくは分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）もしくはスパッタリングもしくは水酸化物気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などを使用して第１窒化ガリウム層２４０を形成してもよい。
【００７４】
続いて、図５に示すようにシランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングする。このようなエッチング工程は、前記第１窒化ガリウム層２４０の形成工程とｉｎ−ｓｉｔｕに進行することができる。
【００７５】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、エッチングマスクなしでエッチング工程が進行されることがある。
【００７６】
また、前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層２４０に所定の角度を有する溝が形成されることができる。
【００７７】
例えば、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層２４０にピラミッド状のダメージ領域が形成され得る。
【００７８】
従来技術によるＥＬＯ工程は、ＳｉＮまたはＳｉＯ２を形成させた後、パターニングを通じてオープンされた領域で再成長（ｒｅｇｒｏｗｔｈ）を行って転位を遮断（ｂｅｎｄｉｎｇ）させる方法であって、ＥＬＯ工程は再成長条件に応じてピラミッド状が形成され、実施例はエッチング条件に応じてピラミッド状を均一であると同時に容易に結晶することができる。
【００７９】
また、従来技術でＨＣｌを使用して窒化ガリウムをエッチングする技術の場合、上述のように{０００１}面に対するエッチング効果が少なくて、{１１−２１}または{１−１０２}面に対するエッチングが行われるため、正常的に成長された面ではエッチングが行われることなく転位位置で主にエッチングが行なわれる限界がある。
【００８０】
また、従来技術でＨＣｌを使用して窒化ガリウムをエッチングする場合、反応面によるエッチングされる角が４０°〜６０°範囲で形成される限界があるが、実施例によるとシランガスを利用する場合、結晶面によらず幅広い範囲でエッチングが行われ、シランガス及び混入ガスの流量を利用してエッチング比率及びピラミッド状を容易に制御することができる。
【００８１】
第２実施例によるとシランガスで第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングした場合、第１窒化ガリウム層２４０上にピラミッド状のダメージ領域が形成されることがわかる。
【００８２】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、前記しランはＳｉｎＨ２ｎ＋２の化学式を有し、シランガスはモノシラン、ジシラン、トリシラン、テトラシランなどであってもよく、これに限定されるものではない。
【００８３】
実施例で、前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、キャリアガスとしてＨ２、Ｎ２を使用してもよく、ＮＨ３はシランガスを利用したエッチング工程の際に排出され得る。
【００８４】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、エッチング時間は約３分乃至約１０分で進行し得るし、例えば、約５分程度のエッチング工程が進行される場合、約６０°近くの角度でピラミッド状が観察されたがエッチング時間がこれに限定されるものではない。
【００８５】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、シランガスがジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）である場合、０．０１μｍｏｌ以上１μｍｏｌ以下であってもよく、ジシランが０．０１μｍｏｌ未満の場合、ピラミッド状のエッチングが進行されなくてもよく、ジシランが１μｍｏｌ超えの場合過度なエッチングが進行される恐れがある。
【００８６】
前記シランガスで前記第１窒化ガリウム層２４０を一部エッチングするステップにおいて、エッチング温度は８００℃乃至１２００℃で進行され得るが、これに限定されるものではない。
【００８７】
続いて、図６に示すように、前記エッチングされた第１窒化ガリウム層２４０上に第２窒化ガリウム層２５０を形成することができる。
【００８８】
前記エッチングされた第１窒化ガリウム層２４０上に第２窒化ガリウム層２５０を形成するステップは、前記第１窒化ガリウム層２４０と前記第２窒化ガリウム層２５０との間にピラミッド状のプロファイルを含めて第２窒化ガリウム層２５０を形成することができる。
【００８９】
以後、第２窒化ガリウム層２５０上に第３窒化ガリウム層２６０、第４窒化ガリウム層２７０などを形成することができる。
【００９０】
例えば、高い３／５族の比率（５，０００〜１１０，０００）で１次成長して、第２窒化ガリウム層２５０を形成することができる。
【００９１】
例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３ガスを使用して約１０００℃以上の温度と約２００ｍｂａｒ以下の圧力で第１窒化ガリウム層２４０と前記第２窒化ガリウム層２５０との間にピラミッド状のプロファイルを含めて第２窒化ガリウム層２５０を形成することができる。
【００９２】
以後、低い３／５族の比率（３００〜１３００）で２次成長して、第３窒化ガリウム層２６０を形成することができる。例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３ガスを使用して約１０００℃以上の温度と約２００ｍｂａｒ以下の圧力で第３窒化ガリウム層２６０を形成し得るが、これに限定するものではなく、圧力は２００ｍｂａｒ以上であってもよい。
【００９３】
続いて、一般並みの３／５族の比率（１，３００〜２，５００）で３次成長して、高品質の第４窒化ガリウム層２７０を形成することができる。
【００９４】
例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３ガスを使用して約１０００℃以上の温度で高品質の第４窒化ガリウム層２７０を形成してもよい。
【００９５】
一方、第２実施例は、第２窒化ガリウム層２５０、第３窒化ガリウム層２６０の工程を略し、第４窒化ガリウム層２７０を形成することによって第１窒化ガリウム層２４０と前記第４窒化ガリウム層２７０との間にピラミッド状のプロファイルを含めて窒化ガリウム層を形成することができる。
【００９６】
また、第２実施例は第２窒化ガリウム層２５０、第３窒化ガリウム層２６０の工程を含めて進行する場合、第１実施例よりは工程時間を短縮して進行することができる。
【００９７】
以後、レーザ・リフトオフ(Ｌａｓｅｒ  Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ)工程または機械的研磨を行い基板２１０を除去することによって高品質の窒化ガリウム基板を完成することができる。
【００９８】
実施例による窒化ガリウム基板の製造方法によると、シランを利用してｉｎ−ｓｉｔｕエッチングを可能にすると同時にエッチング時間及び混入されるガス、例えば、水素の流量、シランの流量などを調節することによってエッチング状及びエッチング密度などの調整が容易である。
【００９９】
また、実施例によるとシランを利用して表面に全体的に均一なピラミッド状を形成させて再成長を通じて結晶性を向上させることができる。
【０１００】
以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは、少なくとも一つの実施例に含まれ、必ず一つの実施例にのみ限定されることではない。なお、各実施例にて例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者により、他の実施例に対しても組合又は変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関係された内容は、実施例の範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
【０１０１】
また、上述の実施例を中心として説明したがこれは単に例示に過ぎなく実施例を限定するものでなく、実施例が属する分野の通常の知識を有する者であれば本実施例の本質的な特性を外さない範囲で以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であることがわかる。例えば、実施例に具体的に示した各の構成要素は変形して実施することができる。そしてこのような変形と応用にかかる差異点は添付の請求範囲で規定する実施例の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
実施例は、窒化ガリウム、例えば、ＧａＮ基板の製造方法に適用され得るが、これに限定するものではない。
【０１０３】
実施例による窒化ガリウム基板の製造方法によると、シランを利用してｉｎ−ｓｉｔｕエッチングを可能にすると同時にエッチング時間及び混入されるガス、例えば、水素（Ｈ２）の流量、シランの流量などを調節することによってエッチング状及びエッチング密度などの調整が容易である。
【０１０４】
また、実施例によるとシランを利用したエッチングを通じてダメージ層を形成し、ダメージ層上にボイドを含めて窒化ガリウム層を形成することによって結晶性を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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