초록 ▼

가. 개발목표
(1) MOCVD에 의한 비극성 GaN 에피성장용 R면 사파이어 기판
(2) HVPE에 의한 비극성 GaN Bulk 성장용 R면 사파이어 기판
나. 개발내용 및 범위(시스템 구성도, 구조 등을 그림으로 구체적 표현)
Ο GaN 에피층의 품질을 최대한 높일 수 있는 R면 기판의 off-angle을 최적화하기 위해, -1° ~ +1° 도 범위의 off-angle에 대하여 MOCVD와 HVPE로 성장된 GaN 에피층의 결정성을 평가하여 가장 결정성이 우수한 off-angle을 규격화 한다.

가. 개발목표
(1) MOCVD에 의한 비극성 GaN 에피성장용 R면 사파이어 기판
(2) HVPE에 의한 비극성 GaN Bulk 성장용 R면 사파이어 기판
나. 개발내용 및 범위(시스템 구성도, 구조 등을 그림으로 구체적 표현)
Ο GaN 에피층의 품질을 최대한 높일 수 있는 R면 기판의 off-angle을 최적화하기 위해, -1° ~ +1° 도 범위의 off-angle에 대하여 MOCVD와 HVPE로 성장된 GaN 에피층의 결정성을 평가하여 가장 결정성이 우수한 off-angle을 규격화 한다.
Ο 0.4 ~ 1.0mm의 두께를 갖는 R면 기판에 대해서 MOCVD와 HVPE로 성장된 GaN 에피층의 BOW를 평가하여 R면 기판의 두께를 규격화한다.
Ο 기판의 표면 거칠기가 GaN 성장의 결정성에 미치는 영향을 평가함으로서, 고품질의 비극성 GaN의 성장을 위한 기판의 경면 거칠기를 도출한다.
Ο HVPE와 MOCVD에 의해 초고휘도의 비극성 GaN을 상용화 가능한 최적의 R-면 사파이어 기판의 규격을 표준화하고, 이를 위한 웨이퍼 가공의 다음 2가지 핵심기술을 중점 개발한다.
(1) 웨이퍼 절단 가공기술 : R-면 사파이어 기판의 방위각 편차를 최소화하는 가공기술 확립한다.
(2) 웨이퍼 연마가공기술 : GaN 에피층의 품질을 극대화하는 경면 거칠기의 제어기술을 확립한다.

Abstract ▼

For the production of non-polar R-plane sapphire substrate, developments were focused on the key technics of (1) wafer cutting and (2) wafer polishing process. Through the experimental studies on the (1)non-polar GaN epi growth by MOCVD and (2)non-polar GaN epi growth by HVPE, the standard dimension

For the production of non-polar R-plane sapphire substrate, developments were focused on the key technics of (1) wafer cutting and (2) wafer polishing process. Through the experimental studies on the (1)non-polar GaN epi growth by MOCVD and (2)non-polar GaN epi growth by HVPE, the standard dimensions and specs of the R-plane sapphire substrates were determined and the related technical results were appled for a patent. The prototype R-plane substrates have been delivered to a number of customers.
1) Slicing of r-plane sapphire wafer
Ο R-plane ingot is more difficult to slicing than C-plane ingot and shows an anisotropic rate of cutting rate and consumption of slicing wire. The optimum slicing direction was 45° inclined to the reference flat and the resulting tolerance of orientation of the wafer was ±0.03. The conditions of slicing process and he spec and dimension of the sliced wafer was listed in Table 1 and Table 2.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...10
• CONTENTS...13
• 목차...18
• 표목차...25
• 그림목차...27
• 제1장 서론...37
• 제1절 LED 시장 동향...37
• 1. 사파이어 웨이퍼 LED 응용분야 시장 동향...37
• 2. 세계 시장 및 기술 동향...41
• 가. 세계 시장 동향...41
• 나. 세계 기술 동향...43
• 다. 세계 비극성 GaN 성장에 관한 기술 동향...44
• 3. 국내 시장 및 기술 동향...47
• 가. 국내 시장 동향...47
• 나. 국내 기술 동향...50
• 다. 국내 비극성 GaN 성장에 관한 기술 동향...52
• 제2절 기술개발 대상 제품...53
• 1. 비극성 GaN의 개념...53
• 2. 비극성 GaN 성장용 R면 사파이어 기판 개발 필요성...55
• 3. 비극성 GaN 성장용 R면 사파이어 기판개발의 기대 효과...56
• 4. 개발 목표 및 개발 내용...58
• 가. 개발 목표...58
• 나. 개발 내용 및 범위...59
• 제2장 이론적 배경...61
• 제1절 사파이어 단결정의 특성...61
• 제2절 단결정 성장...64
• 1. 성장개요...64
• 2. 결정 성장법...66
• 가. Czochralski (회전인상법)...66
• 나. Kyropoulos (키로플러스)법...66
• 다. EFG(Edge-defined Film-fed Growth)...67
• 라. HEM(Heat Exchange Method)와 VHGF(vertical horizontal gradient freezing)...68
• 마. ingot 원통 가공...68
• 3. 결정의 X-선 회절...69
• 제3절 절단...73
• 1. 절단 개요...73
• 2. 와이어 공급량과 절단 속도...74
• 3. 절단 품질 시험법...76
• 4. 가공면과 결정면의 각도 차이 측정법...78
• 제4절 Lapping...80
• 1. Lapping 개요...80
• 2. 양면 래핑의 정반 평탄도 및 회전수 관리...83
• 3. 양면 래핑에 의한 절단 bow 감소...87
• 4. Lapping powder의 개요...88
• 제5절 Dia polishing...90
• 1. Dia polishing 개요...90
• 2. Dia polishing 정반의 평탄도 관리...92
• 제6절 CMP...94
• 1. CMP 개요...94
• 2. CMP 메카니즘...98
• 3. 표면 거칠기의 특성...103
• 제7절 빛의 간섭과 웨이퍼의 평탄도...107
• 1. 빛의 간섭과 그 응용...107
• 가. 보강 간섭...109
• 나. 상쇄 간섭...109
• 2. Nidek(평탄도 측정 장비)의 원리...110
• 3. Nidek 측정 평탄도의 정의...114
• 제8절 GaN 박막 성장...116
• 1. GaN 박막 개요...116
• 2. 극성과 비극성 GaN...119
• 3. GaN 박막 성장 방법...121
• 가. GaN동종 에피성장기술...124
• 나. ELOG(Epitaxially Lateral Overgrowth) 성장기술...124
• 다. MD-SLS(Modulation Doped-Strain Layer Superlattice)성장기술...125
• 라. Pendeo-Epitaxy 기술...125
• 마. Heteroepitaxy 성장방법...125
• 바. Patterned Sapphire - Lateral Epitaxy 성장방법...126
• 사. Bulk GaN 제작...127
• 제3장 공정 진행 및 시험 결과, 결과 분석...128
• 제1절 절단...129
• 1. 절단 개요...129
• 2. 가공방법 및 결과...130
• 가. ingot 접착 및 장비 장착...130
• 나. 절단 장비 선정...136
• 다. 다이아몬드 와이어 선정...146
• 라. 절단 방향 선정...148
• 마. 절단 두께 선정...151
• 3. 결 론...152
• 제2절 Lapping...153
• 1. Lapping의 개요...153
• 2. 가공 방법 및 결과...154
• 가. Lapping powder의 선정...154
• 나. BC 연마재의 제작사별 연마량 증가에 따른 거칠기 변화...161
• 다. Lapping 연마량에 따른 Bow 변화...162
• 라. 공정압력에 따른 Bow 변화...163
• 마. Dia pad를 사용한 양면 lapping...164
• 바. R면과 C면 웨이퍼의 Lapping 연마 속도 비교...166
• 사. Lapping 후 웨이퍼의 뒷면 거칠기(Ra) 결과...168
• 3. 결론...169
• 제3절 Edge grinding과 Annealing...170
• 1. 개요...170
• 가. Edge grinding...170
• 나. Annealing...171
• 2. 가공방법 및 결과...171
• 가. Edge grinding...171
• 나. Annealing...173
• 3. 결론...174
• 제4절 Mounting...175
• 1. 개요...175
• 2. 가공 방법 및 결과...177
• 가. Wax의 선정...177
• 나. Ceramic block 선정...178
• 다. 가압 마운터...178
• 라. 진공 마운터 vs 가압 마운터...179
• 3. 결론...181
• 제5절 Dia polishing...182
• 1. 개요...182
• 2. 가공방법 및 결과...184
• 가. Diamond powder 입도 선정...184
• 나. 정반 재질의 선정...189
• 다. Dia polishing 가공...190
• 라. C-plane과 R-plane의 Dia-polishing 연마속도 비교...192
• 3. 결론...194
• 제6절 CMP(Chemical-Mechanical Polishing)...195
• 1. 개요...195
• 2. 가공 방법 및 결과...197
• 가. CMP 슬러리와 Pad의 선정...197
• 나. 압력 변화에 따른 wafer 정밀도와 연마 속도...202
• 다. R-plane과 C-plane의 CMP 연마속도 비교...202
• 3. 결론...204
• 제7절 R-면 사파이어 기판의 특성평가...205
• 1. Cleaning...205
• 2. 표면 검사...205
• 3. 평탄도 측정...206
• 가. R-plane 과 C-plane wafer의 Flatness 비교...206
• 나. R-plane wafer의 CMP 연마량에 따른 Flatness data 비교...211
• 4. 경면 거칠기 측정...214
• 5. 결론...218
• 제8절 PSS(Patterned Sapphire Substrate) 방법...219
• 제9절 MOCVD를 이용한 비극성 GaN 에피 성장용 R면 사파이어 기판 (서울대학교 위탁 연구)...224
• 1. R-plane 사파이어 기판에 A-plane GaN 성장...224
• 가. 질화 처리 (Nitridation)...224
• 나. 고온 GaN 버퍼층 성장...225
• 다. 고온 GaN 버퍼층 성장 두께에 따른 A-plane GaN 의 성장 및 특성평가...226
• 라. 성장 압력에 따른 A-plane GaN층 성장 및 특성평가...227
• 2. R-plane sapphire 기판의 경면 거칠기에 따른 A-plane GaN층 성장 및 특성분석...230
• 3. R-plane sapphire 기판의 off 각도에 따른 A-plane GaN 의 성장 및 특성평가...231
• 가. m-axis 방향의 off-angle 에 따른 A-plane GaN 의 성장 및 특성평가...231
• 나. A-axis 방향으로 off-angle 에 따른 A-plane GaN 의 성장 및 특성평가...234
• 4. R-plane sapphire 기판 두께에 따른 기판 휨 특성평가...236
• 제10절 HVPE에 의한 비극성 GaN 에피 성장용 R면 사파이어 기판 (한국광기술원 위탁 연구)...238
• 1. HVPE 성장...238
• 가. HVPE...238
• 나. 에피 성장 조건...239
• 다. Normalski Microscope 분석...240
• 라. 표면 형상 분석...242
• 마. Spectral Mapping...244
• 바. Thickness Mapping...245
• 2. HVPE GaN 에피성장을 위한 R면 사파이어의 최적 off 각도 도출...247
• 가. HVPE 성장 조건...247
• 나. off 각도가 다른 R-면 사파이어 기판을 이용한 HVPE GaN 성장...247
• 다. Normalski microscope 분석...248
• 라. 표면 거칠기와 bowing 분석...248
• 마. XRD 분석...250
• 3. HVPE GaN 에피성장을 위한 R면 사파이어의 최적 거칠기 도출...252
• 가. Normalski microscope 분석...252
• 나. 표면 거칠기와 bowing 분석...252
• 다. XRD 분석...254
• 4. HVPE GaN 에피성장을 위한 R면 사파이어의 최적 두께 도출...254
• 가. Normalski microscope 분석...255
• 나. 표면 거칠기와 bowing 분석...255
• 다. XRD 분석...257
• 5. 결 론...258
• 제11절 시제품 제작...258
• 1. Off 각도의 공정 제어 능력 평가...258
• 2. 경면 거칠기의 공정 제어 능력 평가...261
• 3. 기판 Bow와 두께의 공정 제어 능력 평가...264
• 제4장 종합결론...267
• 1. R-면 사파이어 기판 절단 가공기술...267
• 2. R-면 사파이어 기판 연마 가공기술...268
• 3. 사파이어 기판의 경면 연마 가공기술...269
• 4. A-plane GaN/R-plane sapphire 에피용 기판 규격화...270
• 가. MOCVD에 의한 R면 사파이어 기판 규격화...270
• 나. HVPE에 의한 R면 사파이어 기판 규격화...271
• 5. R면 사파이어 기판 시제품...271
• 참고문헌...273