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질화물 반도체의 유기금속 기상성장

전문가 제언: ○ 질화물반도체는 청색신호기 등의 LED, DVD나 LD 등의 반도체 소자에 널리 응용되고 있다. 가시광선 LED는 GaAs, GaP, GaN계 화합물 및 혼합반도체를 이용하여 제조한 고효율 적색, 녹색, 청색 등의 LED가 시판되고 있다.

○ GaN의 결정성장법은 하이드라이드기상성장법(HVPE)과 유기금속기상성장법(MOVPE)이 있다. 결정 성장속도가 HVPE법이 MOVPE법보다 2자리 정도 높기 때문에 HVPE법으로 자립형 GaN기판을 제조한다. 제조방법은 반응장치 내에 용융된 Ga과 HCl을 반응시켜서 생성되는 GaCl 증기와 NH3가스가 반응하여 생성된 GaN을 사파이어 기판에 증착되게 하여 결정을 성장시킨 후 박리하여 자립형 GaN기판으로 사용한다.

○ GaN의 결정품질은 실제로 소자로 사용하기에는 불충분하므로 AlN저온성장 격자 층을 이용한 MOVPE법에 의해 처음 고품질의 GaN계 질화물을 얻는 특징이 있다. InGaN이나 InGaAlN는 MOVPE법으로 제조하는데, 사용하는 원료는 (CH3)3Al, (C2H5)3Ga, (CH3)3In과 암모니아이고 캐리어가스는 수소와 질소, 기판은 사파이어를 사용하여 MOVPE장치에서 반응시켜서 질화물결정을 성장시킨다.

○ 제조방법은 질화물원료를 캐리어가스를 이용하여 반응기에 공급시키면서 1,050℃로 가열하여 기판표면을 수소로 클리닝하고 질화한 후 550℃로 내려서 격자 층을 성장시키고 다시 1,050℃로 상승시켜서 단결정화 어닐링 후에 1,000℃에서 질화물 고품질 층을 성장시키는 2단계 성장 법을 사용하였다.

○ 질화물성장법에 사용하는 기판은 여러 가지가 있는 중에서 (0001)면 사파이어를 사용하는 이유는 격자정수가 크고 열팽창계수가 제일 작고 가격도 저렴하기 때문이라고 생각된다. MOVPE 방법에서 고려할 점은 반응시간과 각 화합물의 농도 조절 및 반응에 의해 분해된 가스 중의 탄소가 기판에 증착되거나 탄화물이 증착되어 고품질 질화물에 미치는 영향에 관한 검토가 있어야 된다고 생각된다.

저자: Matsu
자료유형: 학술정보