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백색 LED 기판용 투명전도성 β-Ga2O3 단결정

전문가 제언: ○ 산화 갈륨(β-Ga2O3)의 특징은 투명성과 전도성을 가지고 있다는 것이다. β-Ga2O3은 ITO(Sn 첨가 In2O3) 등으로 알려진 투명전도성 산화물(TCO)의 일종이며, 그 중에서 가장 큰 밴드-캡(Eg=4.8eV)을 가지고 있다. 따라서 250~260㎚의 자외선 영역까지 투명하다.

○ TCO는 대부분 고온에서 분해나 증발하기 용이해서 벌크 단결정을 육성하기 곤란하나, β-Ga2O3은 융액에서 비교적 용이하게 대형 벌크 단결정 제조에 대한 가능성을 가지고 있다. 그러나 β-Ga2O3은 2개의 벽개성을 가지고 있기 때문에 단결정 육성 또는 절단·연마가 곤란하다고 알려져 크게 주목을 받지 못하였다.

○ β-Ga2O3의 결정성장 방법으로는 Flux법, Verneuils법과 FZ(Floating Zone)법 등이 보고되어 있다. 이 문헌에서는 β-Ga2O3의 단결정 육성은 FZ법으로 실시하였다. 또한 도펀트로 Si를 첨가하고, 농도를 변화시켜 전도성 제어를 시도하였다. 현재까지 여러 가지 육성조건을 최적화하여 2인치 크기의 웨이퍼가 제조되고 있다. 이러한 기판을 이용하여 β-Ga2O3 단결정 상에 GaN계 박막성장 조건의 개량과 LED로서 패키징도 검토하고 있다.

○ 국내에서도 갈륨을 이용한 제조기술이나 트랜지스터 활용기술에 대한 보고가 학회 등을 통해 가끔 보고되고 있다. 아직은 연구나 개발단계에 지나지 않고 상용화된 것은 거의 발표되지 않고 있다. 그러나 GaN 단결정은 연구에 관심이 많고, 일부 벤처기업에서 생산을 하고 있다.

○ Ga2O3은 SiC, GaN에 비해 더 큰 밴드-갭(band gap)의 물성을 가지고 있어 파워디바이스에 응용하면 더욱 뛰어난 디바이스 특성을 기대할 수 있다. 또한 간편한 융액성장방법으로 단결정 기판을 만들 수 있어 산업적 측면에서도 우수한 장점이 있다. 최근에 연구는 Ga2O3 기판에 GaN, InGaN의 막을 형성하여 수직방향의 LED용 개발을 시도하고 있다. 국내에서도 Ga2O3은 단결정 육성에 많은 관심이 있기를 기대한다.

저자: Kiyoshi Shimamura
자료유형: 학술정보