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Cz법에 의한 사파이어 결정성장

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○ 본고에서는 Cz(Czokralski)법은 실리콘반도체 단결정제조에 활용하던 방법으로써 실리콘단결정 제조 시에는 시드를 실리콘 용액에 디핑(Dipping)하고 10㎛/s로 풀잉(Pulling)하여 2~6인치 직경에 길이가 약 1m의 실리콘 단결정을 제조한 방법과 유사한 원리를 사파이어 단결정제조에 적용하여 고주파 가열법으로 사파이어 단결정을 제조한 기술의 개요이다.

○ InGaN계, GaN계 박막단결정성장은 사파이어 기판위에서 헤테로에피택셜(Hetero Epitaxial)성장한다. 결정박막성장은 호모에피택셜(Homo Epitaxial)성장이 이상적이지만 개발당시는 벌크단결정을 성장시키기가 곤란하여 사파이어 기판을 사용하여 개발하기 때문에 사파이어기판이 보이드나 개재물이 없어야 MOCVD(Metal Organic CVD)법 등으로 InGaN계 결정을 우수하게 성장시키리라고 생각된다.

○ InGaN계 박막을 사파이어 기판에서 분리할 때에도 기판위에 돌출부나 피트가 있었다면 피트 안에 결정입자가 끼어 들어가서 분리하기가 곤란하므로 완성된 사파이어 기판 표면 연마에 세심한 기술이 필요하다고 생각된다.

○ Cz법은 고주파로 Ir도가니를 가열하여 순수한 알루미나를 용해시켜서 용융알루미나에 시드알루미나를 디핑하고 c축방향으로 풀잉하며 a축 방향으로 성장시켜서 직경이 9인치의 사파이어결정을 제조할 수 있었던 것은 Ir도가니 바닥 쪽에 간접 저항 가열방식을 도입하였기 때문이고 이는 매우 효과적인 방법이라고 생각된다.

○ 사파이어 단결정을 제조하는 방법으로써, 현재 일본에서는 EFG법이 주류를 이루고 있으나 세계적으로는 Cz법이 널리 사용되고 있다. 최근에는 러시아가 중심으로 하는 카이로포러스법이 큰 주목을 받고 있다. 우리나라도 와이드갭 반도체 성장기술에 기여하도록 사파이어 단결정 원료인 순수 알루미나 제조기술과 단결정 제조기술이 더욱 발전하기를 기대하는 바이다.

저자: IINO Takayuki, et al
자료유형: 학술정보