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결함이 적은 GaN 기판의 제조

전문가 제언: ○ 결정성장에는 여러 방법이 있으나 특허에서는 에피택시(epitaxy)법에 의한 고품질 GaN제조기술을 소개하고 있다. 에피택시는 어떤 기판위에 성장물질(GaN)을 규칙적으로 정렬시킨다는 뜻이다. 기판의 격자상수와 성장물질의 격자상수가 일치하지 않으면 성장결정에 결함이 생겨 결정체의 고유물성을 상실하게 된다.

○ GaN의 단결정 잉곳을 성장하는 것은 대단히 어렵다. 홀란드에서 암모니아 법으로 2인치정도의 획기적인 성과를 거두었다는 보고가 있고, 일본에서도 1.5cm정도의 잉곳을 만드는데 성공한 것으로 알고 있다. 선진국에서는 GaN 단결정을 비중 있는 첨단소재로 취급하고 있다. 우리나라도 수년전부터 한국화학연구원에서 시제품개발을 추진하고 있다.

○ HCl와 금속 Ga을 반응하여 생성한 GaCl(혹은 GaCl3)을 원료로 한 HVPE(hydride vapor phase epitaxy)방법이 Al2O3기판에 GaN를 성장하는 유일한 방법이다. 여기서 만든 시료를 사용해서 GaN의 물성을 해명하는데 도움을 주었으나, 발광소자의 응용에는 진전이 없었다. 에피택시에 의하여 소자의 물성을 크게 바꾼 것이 ELO기술이다.

○ III-V족 화합물반도체의 에피택시성장에 있어 결정기판에 SiO2와 같은 마스크 끝부분의 열린 부분에서 수~수십 μm에 이르는 가로방향 결정성장, 즉 ELO(epitaxial lateral overgrowth)로 불리고 있는 기술은 오래전부터 알려져 왔다. 기판결정에서 유래되는 전위밀도(관통밀도)를 대폭 감소시키는 방법이다.

○ MCE(micro-channel epitaxy)개념이 학계에서 제창되고 있다. 근년에 ELO를 기본으로 하는 기술이 III-V반도체의 에피택시성장에 적용되어 전위밀도감소에 효과를 올리고 있다. GaN는 밴드 갭이 넓어, 자외선에서 녹색 발광, 및 레이저다이오드용 재료, 고출력, 고주파영역의 전자소자응용에 ELO기술은 크게 기여할 것으로 보고 있다.
키워드; 1. GaN 2. ELO 3. LED 4. TD 5. HVPE

저자: Beaumont, et al.
자료유형: 특허정보