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2-3차원 질화물 박막층 성장방법

전문가 제언: ○ 각종 반도체 디바이스 제작에 에피택시(epitaxy)법으로 성장한 결정을 사용하고 있다. 무기재료에서 유기재료에 걸쳐 폭 넓은 분야에서 활용되고 있는 중요 기술이다. 에피택시 성장은 기판결정 위에 같은 방위를 가지는 결정층을 성장시키는 것을 의미한다. 에피택시 성장은 기판과의 격자정수에 크게 영향을 받는다.

○ 에피택시 결정성장은 결정재료, 기판, 성장방법 등에 관계하는 많은 인자에 의하여 민감하게 영향을 받는다. 결정재료에 관계하는 자료에는 상도, 화학반응식이 있다. 기판에 관계하는 것은 기판의 면 방위, 격자상수, 면의 경사도가 문제가 된다. 성장을 지배하는 환경인자로는 과포화, 과냉각, 원소수송, 성장구동력 및 핵형성 등을 들 수 있다.

○ 사파이어 기판에 MOVPE법을 이용하여 GaN를 성장하는 데는 저온퇴적 완충층을 이용하는 것이 필수의 방법으로 알려져 있다. 최근 결함밀도를 줄이기 위하여 마이크로 차낼 에피택시법이 개발되어 있다. 이 방법은 가로방향 성장에 주로 이용하고 있다. 결정 디바이스용으로 기판의 저온 퇴적층을 이용하는 경우가 많다.

○ 종래의 방법은 1기압 부근의 기상에서 GaN의 에피택시 성장온도는 900~1100℃로 알려져 있다. AlN의 성장은 GaN보다 100℃ 정도 높다. 에피택시 온도가 낮음에 따라 적층 결함구조, 육각 주상구조, 미세결정 입계구조를 형성하는 경향이 있다. 저온퇴적 완충층에는 미세결정 입계구조를 형성하고 있다.

○ 저온퇴적 완충층을 이용하여 결정성장을 하는 경우에는 기판온도를 저온(500~600℃)으로 하여 미세결정입계구조를 먼저 형성한다. 미세구조가 형성되면 AlN(혹은 GaN)을 20~100nm 정도 퇴적한다. 다음에 에피택시 성장온도로 높인다. 이 과정에서 원자의 재배열이 일어나서 3차원 III-V 반도체가 형성된다.

저자: K. Pakula, J. M. Baranowski, J. Borysiuk
자료유형: 학술정보