반도체 발광 소자의 변형 제어를 위한 연구 = Research for Deformation Control of Semiconductor Light Emitting Device

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The nitride semiconductor light emitting device has a light emitting region covering ultraviolet, blue, and green regions. In addition, such a GaN-based semiconductor light emitting device does not have a lattice matched substrate, and it is difficult to grow a high-quality nitride semiconductor thin film due to a large difference in lattice constant and thermal expansion coefficient. For this reason, a sapphire substrate is generally used to grow a GaN semiconductor thin film. In this study, I devised a method for controlling deformation of a substrate by deposition other materials on the back side of a GaN layer when the GaN based semiconductor layer is grown on the sapphire substrate. The deformation of the substrate caused by the process temperature, thickness and thermal expansion coefficient was calculated using finite element method. Based on these analysis results, the relationship between process temperature and material variables and displacement is derived. The range of the thermal expansion coefficient according to the process temperature and the thickness of the control layer for defining the displacement of the sapphire substrate within an allowable displacement range is estimated using the derived relational equation. The results of the derived relational equation were compared with those obtained by finite element analysis. Compared with the maximum displacement, the error result was 8.72%. Through this, it is possible to define the physical properties and thickness of the displacement control layer using the proposed relational expression without complex analysis and calculation in molding a semiconductor light emitting device using a 6-inch substrate.

국문 초록 (Abstract)

질화물 반도체 발광소자는 자외선, 청색, 및 녹색 영역을 포괄하는 발광 영역을 가진다. 그리고 이러한 GaN계 반도체 발광소자는 격자 정합이 되는 기판이 존재하지 않고, 격자 상수 및 열팽창 계수의 차이가 커서 양질의 질화물 반도체 박막 성장이 어렵기 때문에, 일반적으로 GaN 반도체 박막을 성장시키기 위해 사파이어 기판을 주로 사용하고 있다. 본 연구에서는 사파이어 기판 위에 GaN계 반도체층을 성장시킬 때 GaN층 이면에 다른 물질을 증착하여 기판의 변형을 제어하는 방법을 고안하였다. 유한요소법을 이용하여 기판 두께와 열팽창계수에 따른 기판의 변형을 계산하였다. 이러한 해석 결과를 바탕으로 공정온도와 재료 변수 및 변위 간의 관계를 도출하였다. 도출된 관계식을 이용하여 사파이어 기판의 변위를 허용 범위 안에 위치시키도록 하기 위한 제어 층의 공정온도와 두께에 따른 열팽창계수의 범위를 정의하였다. 유도된 관계식의 결과를 유한요소해석으로 얻은 결과와 비교하였다. 최대 변위와 비교하여 오차 결과는 8.72%였다. 이를 통해, 6인치 기판을 적용한 반도체 발광 소자의 성형에서 복잡한 해석과 제안된 관계식으로 변위 제어 층의 물성과 두께를 정의할 수 있게 된다.