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암모나아와 질소의 용매화반응에 의한 III-족 질화물의 결정성장

전문가 제언: ○ III-V족 화합물에는 반도체를 비롯하여 유용한 광학재료가 많이 존재한다. GaN는 섬유아연석(wurtzite)형 구조이며 청색에서 자외선영역에 이르는 밴드 갭을 가지고 있어 발광재료 개발에 대한 물성연구가 집중적으로 이루어지고 있다. III-족 원소를 포함하는 3~4원 화합물인 AlGaN, InGaN, AlInGaN도 유망한 발광소재로 알려져 있다.

○ GaN 계열의 III-족질화물은 VPE, MOVPE, GSMBE의 방법으로 이종기판 α-Al2O3, 스피넬, SiC 등을 사용하여 에피택시방법으로 박막을 성장하고 있다. VPE(Vapor Phase Epitaxy), MOVPE(Metal Organic VPE)에서는 양질의 단결정 박막이 얻어지고 있다. Ga의 공급원은 금속 Ga, 유기금속화합물이다. N의 공급원은 N2, NH3, 유기 질소화합물이다.

○ Ga과 NH3, N2를 이용하여 GaN의 박막을 제조하는 합성은 현재도 용도에 구애받지 않고 수행되고 있다. 특허가 제시하는 내용은 기존의 제조방법을 탈피하여 NH3의 물리화학적인 물성을 활용하여 Ga에 NH3을 직접 반응하여 900~1,100℃에서 얻어지는 조잡한 재래식 GaN 제조법을 개량한 방법이다.

○ NH3은 기체, 액체, 고체로 변한다. 각종 용매에 용해도 잘 일어난다. NH3에서 해리되어 나오는 N2와 H2를 이용하여 반응원료 물질과 반응 압력으로 활용해서 GaN 박막을 성장해온 재래의 VPE 방법을 모방한 기술이라고 볼 수 있다. 해리온도를 550℃로 고정하고 NH3의 해리를 불활성기체를 주입해서 외부에서 조절한다.

○ GaN 결정성장에 GaN 결정을 기판으로, GaN를 공급물질(nutrient)로 사용하는 것이 가장 이상적이나, GaN는 성장온도에서 분해압이 높아서 벌크 단결정을 성장하는데 불편이 있었다. 이 특허는 기판과 공급물질을 공히 GaN를 사용해서 결정성장에 성공한 경우로 본다. 최종제품의 물성을 비교한 데이터가 없어 아쉽다.

저자: Hashimoto
자료유형: 특허정보