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에피택시질화물 단결정성장에서 기판 가장자리 성장제어기술

전문가 제언: ○ III-V질화물가운데서 GaN, AlxGayInzN계열 결정은 광학소재로 그 용도가 넓어가고 있는 추세에 있다. 특히 2~3원 원소의 금속질화물에 대한 기초연구도 활발하게 진행되고 있다. 이들 화합물의 결정성장은 용융상태에서는 N의 분압이 높기 때문에 용융 재결정에 의한 벌크성장은 어렵다.

○ 결정에는 화합물의 구성성분 원자들이 기하학적으로 규칙적인 배열을 가져야 한다. 기판에 결정성분을 증착하면 기판의 격자와 결정성분의 격자 간에 부정합(mismatch)이 정도의 차이는 있지만 반드시 일어나게 된다. 기판결정의 면 구조와 성장결정의 면 구조가 유사할 때 에피택시성장으로 결정박막을 작성한다.

○ 질화물 결정박막의 거의 대부분은 CVD(VPE), MOVPE법에 의하여 만들어지고 있다. CVD(Chemical Vapor Deposition)법에서는 GaN박막제조에 Ga-HCl-NH3계열의 반응이 주로 이용되고 있다. 기판에는 사파이어, 스피넬, 실리콘카바이드가 사용된다. 캐리어가스로는 질소가 사용되고 1000~1100℃에서 기판에 단결정박막이 성장한다.

○ 기판에 결정성장물질의 박막형태를 두께와 크기에 있어 용도에 맞게 결정체의 윤곽을 증착시키는 것이 특허의 아이디어이다. 마치 주형에 성장물질을 부어넣는 것과 같은 방식이다. 주형에는 수지와 성장물질과 유사한 결정체가 이용되고 있다. 성장조건(온도, 압력, 성장물질의 농도)이 좁은 성장영역에 고루 전달되어야 한다.

○ MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)법은 가장 성행하고 있는 박막제조 방법이다. GaN의 원료물질로는 트리메틸갈륨(TMG)-NH3, 트리에틸갈륨(TEG)-NH3의 선구물질을 사용한다. 기판의 온도를 500~600℃로 유지하여 10nm정도의 AlN, GaN의 저온 완충 층을 형성한 다음 들어간다. 성장속도는 유기 Ga가스의 수송량에 비례한다.

저자: Aujol, Eric
자료유형: 특허정보