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질화갈륨의 벌크성장

전문가 제언: ○ 개량한 고압용액(HPS; High Pressure Solution)법, 할로겐화물 증기 상 에피택시(HVPE; Hydride(or halides) Vapor Phase Epitaxy)법, 그리고 금속유기 화학증착(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법으로 GaN의 벌크성장에 성공하였다. 또 압착한(hp-GaN)종자를 사용하여 결정성장의 가능성을 소개하고 있다.

○ 청색발광 다이오드의 개발로 GaN에 관련된 각종합금이 발광소재로 사용되고 있다. GaN은 실온에서 3.39eV의 직접전이형 에너지 갭을 가지고 있는 반도체이다. 사파이어 기판에 에피택시 방법으로 만든 소재가 시판되고 있다. 기판 Al2O3에 GaN을 균일하게 성장하기는 어려워 소재가 가지고 있는 소기의 효율을 발휘하지 못한다.

○ GaN의 용융온도가 높고 또 고온에서 높은 N2의 평형압 때문에 벌크 GaN의 박막을 종자로 사용하여 직접 성장하는 것은 매우 어렵다. 용융 Ga을 이용하는 성장기술이 있으나 벌크 GaN 잉곳생산에는 실패하였다. SiC 또는 Al2O3 기판에 성장한 발광 다이오드의 시중 값이 하락하고 있다. 새로운 양산체제의 제조방법이 강구 되어야한다.

○ 연구의 성과는 종종 문헌에 발표되고 있으나 양산체제로 이어지기는 아직 이르다. 상업적인 수요를 충족하는 데는 단결정의 크기와 품질이다. 결정을 구성하고 있는 분자 또는 원자를 완전히 해체하여 다시 복원하는 것이 단결정제조기술이다. 재결정이 일어나도록 성장용기 내의 분위기를 결정하는 작업은 쉬운 일이 아니다.

○ 암모니아를 이용하는 용매(암모니아)열(ammonothermal) 방법이 좋은 대안으로 최근 제안되고 있다. 수열방법에 의하여 α-수정이 결정으로 성장한다. AlN의 단결정이 암모니아 열 방법에 의하여 성장된다. 산이나 염기 등의 광화제를 사용하면 AlN와 유사한 GaN의 합성 및 결정성장이 충분히 가능하다고 본다.

저자: M. Bockowski
자료유형: 학술정보