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GaN결정 내부의 결함으로 인한 발광성질

전문가 제언: ○ 이 리뷰는 방대한 참고문헌을 인용하여 현재까지 알려져 있는 GaN결정에 함유되어 있는 것으로 보이는 각종 결함의 내용을 열거하고 이 결함들로 인하여 방출하는 발광 스펙트럼의 양상을 제조조건과 관련하여 설명하고 있다. 결함의 내용이 너무 다양하기 때문에 저자마다의 추론을 언급한 내용을 담고 있다. 리뷰 내용은 분량이 너무 많아서인지 원저자의 연구논문을 상당한 부분 전재한 느낌이 든다. 전자소재연구는 우리나라를 비롯하여 선진국이 다투어 연구하는 분야이다. 이 글에도 언급하였지만 한국 삼성기술연구소에서 레이저로 시편을 분리하여 만든 GaN소재가 가장 우수한 것으로 기록하고 있다.

○ III-V반도체로 GaN이 각광을 받기 시작한 것은 1980년대 경이다. 대부분의 반도체는 단결정으로 성장하여 용도에 맞게 시편을 만들어서 이용하는데 이 결정은 큰 크기의 단결정 잉곳을 만들기가 현재까지는 불가능하다. α-사파이어(α-Al2O3: Corundum 구조)의 c-면(0001)이 GaN의 성장에 이용한다. α-사파이어의 격자정수는 a=4.758Å, c=12.99Å이다. 그런데 GaN는 Wurtz 광 구조로 격자정수는 a=3.180Å, c=5.166Å이다. 그래서 격자정합이 이루어질 수 없다. α-사파이어를 기판으로 사용하는 것은 GaN에 맞는 기판이 없기 때문이다.

○ 격자부정합이 너무 크기 때문에 열팽창으로 인한 계수 차이도 크게 된다. 이로 인해 α-사파이어에 GaN를 성장하면 성장층에 결함밀도가 높은 구조물이 끼어들어간다. 또 성장온도가 높아서 냉각할 때에 크랙이 발생하는 문제가 생긴다. 이것에 대비하는 하나의 방법이 수백도의 저온에서 같은 Wurtz 구조인 AlN(격자정수; a=3.11Å, c=4.98Å)를 엷게 잎인 저온 완충층을 작성한 다음에 그 위에 1,100℃의 고온에서 GaN를 성장한다. 이렇게 성장한 GaN의 결정성은 평탄하고 전기적, 광학적 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있게 되었다. 고품질의 청색 다이오드, 자색 레이저, 또 고온동작 트랜지스터의 실현을 가능하게 하였다. GaN에 관한 연구는 우리나라에서도 활발하게 연구가 이루어지고 있다.

저자: Reshchikov, MA; Morkoc, H
자료유형: 학술정보