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p형 ZnO의 성장 개발동향

전문가 제언: ○ 1930년대부터 ZnO 연구가 시작되어 1990년대 중반에는 큰 직경(2인치)의 고품질 ZnO 단결정 기판의 성장기술도 개발되기에 이르렀다. 이 연구를 기초로 자외선 발광다이오드, 자외선 검출소자, 박막트랜지스터, 전장효과 트랜지스터, 투명전극, 여러 가지 센서 등의 연구가 전개되었다. ZnO는 n형 전도의 제어가 용이하며 III족 원소 혹은 IV족 원소의 도핑으로 1020cm-3의 높은 농도가 가능하다. 그러나 p형 ZnO 성장은 자기보상효과로 운반자보상이 일어나서 기술적인 장벽이 높다. 본 논문은 p형 ZnO 성장에 관한 연구의 리뷰이다.

○ p형 ZnO는 크게 두 가지의 문제점을 갖고 있다. 첫째, 격자 부정합이 큰 기판상의 이형에피택시는 대부분 계면결함, 결정립계, 결정결함, 국소적 불균일성을 갖고 있다. 둘째, p형 전도의 안정성 및 재현성이 부족하다. 향후 신뢰성과 도핑농도가 높은(1020 cm-3 이상) p형 ZnO 제조가 요청된다.

○ 해외에서의 p형 ZnO에 대한 연구는 매우 활발하다. North Carolin대학에서 사파이어의 상부에 성장시킨 N 도핑 ZnO는 실온에서 p형(~1018cm-3)특성을 보였으며 N, H 및 VZn의 얕은 받개 결함복합체의 p-n접합으로 실온에서 UV광 발생함이 확인되었다(APL, 102, 152114, 2013). 일본의 Stanley Electric는 N2+O2로 높은 N 도핑농도(3.2x1020)를 얻어 UV영역에서 우수한 성능의 ZnO기반의 LED를 얻었다(Appl Phys. Express 4, 091105, 2011). Nichia도 p형 산화물 등에서의 괄목할만한 성과를 바탕으로 차세대 조명으로 유망한 LED 시장에서 세계 1위를 차지하고 있다.

○ p형 ZnO의 국내연구는 매우 빈약하여 성균관대학에서 p형 산화물반도체의 리뷰논문(세라미스트 17, 47, 2014)을 발표한 정도이다. 효율적인 자외선 LED 제작을 위해서는 박막 내 결함이 적은 안정적 특성의 p형 ZnO 에피택시 박막형성 기술이 필요하다. 서울반도체가 세계 LED시장의 4위를 점하고 있지만, 세계 제일의 수준으로 올라서기 위해서는 국내 IT산업 인프라(특히 반도체공정)의 활용 및 긴밀한 산학협력을 통한 p형 산화물(ZnO 포함)에 대한 체계적인 연구개발이 필요하다.

저자: Takafumi YAO
자료유형: 학술정보