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III-V족 반도체 박막의 고속성장 방법

전문가 제언: ○ 다 원계 원소로 구성된 III-V족반도체가 오래전부터 전자재료로 각광을 받고 있다. IIIA족 원소에는 Al, Ga, In이, VA족 원소에는 N, P, As를 주로 이용한다. 2원계반도체 GaAs, 3원계 AlGaP, 4원계 GaInPAs, 그리고 4원계혼정 GaxIn1-xPyAs1-y 등 다양한 조성을 가지는 반도체가 만들어진다. 반도체의 형태도 잉곳, 웨이퍼 그리고 박막 등이 존재한다.

○ III-V족반도체가 전자소재로 선호를 받는 이유는 III족 원소의 외각전자배열에서 Al은 3s2 3p1, Ga은 4s2 4p1, In은 5s2 5p1이다. V족의 전자배열에서 N은 2s2 2p3, P는 3s2 3p3, As는 4s2 4p3로 되어있다. III족 원소의 3개의 전자와 V족 원소의 5개의 전자는 외부의 자극에 의하여 III-V족 원자의 빈 궤도로 이동이 쉽다. 전자이동이 곧 신호전달이 된다.

○ 다원 계열 반도체박막을 성장하는 방법은 기상에피택시(vapor phase epitaxy; VPE)법이나 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD)법이 주로 사용된다. 기체상태의 원료를 적당한 유속으로 반응로에 흘러 보내서 기판에 박막을 퇴적시켜 성장한다. 성장박막의 성분과 같은 기판을 사용하는 것이 좋다.

○ 박막을 고속으로 성장하여 생산단가를 줄인다는 것을 소개하고 있으나 고속성장은 반도체를 포함하는 유기금속화합물의 유속(농도), 반응온도, 반응로의 압력에 의하여 결정된다. 결정 성장속도를 빠르게 하면 결정결함이 생겨 결정의 품질이 떨어지는 것은 결정성장에서 반드시 일어나는 현상이다. 특허에서 말하는 것은 원리적인 것만을 소개하고 있다.

○ 소재산업에서 결정성장에 대한 기술은 일본이 세계의 선두를 달리고 있다. 우리나라도 III-V반도체제조에 대한 관심이 10년 전부터 고조되고 있다. 출연연구소, 대학 등에서 단결정잉곳에서 점차로 박막결정성장으로 옮겨가고 있는 추세에 있다. 한국화학연구소에서는 오래전부터 III-V반도체를 시험생산하고 있다.

저자: Washington, Lori, D. et al.
자료유형: 특허정보