일반기술

레이저 다이오드와 LED 제조에 있어서의 실리콘 카바이드 기판표면의 저결함 제조법

레이저 다이오드(LD)와 GaN박막 기반 LED 같은 광소자의 생산공정에 있어서 GaN 막의 결함을 최소화하는 것이 가장 중요하다. GaN 기반 LD가 수천시간의 지속적인 작동수명을 가지기 위해서는 결함 밀도가 평방 센티미터당 천만을 넘지 않아야 하는 것이 필수적이다. 이러한 낮은 결함 밀도를 만들기 위해서 사파이어 기판에 방향성 있게(epitaxially) GaN막을 성장하는 복잡한 방법이 개발되었다. 그러나 이 성장방법은 시간이 많이 소요되고 GaN 기반 LD의 경제성이 없다. 실례로 전반적인 GaN막의 저결함 생산방법은 먼저 SiC(silicon carbide)기판위에 AIN(aluminum nitride)를 성장시키고 AIN 필름위에 GaN막을 착상시킨다. 이런 AIN 필름은 일반적으로 buffer layer로 알려져 있다. 이런 GaN/AIN/SiC 구조는 격자정합이 적당하게 맞아떨어진다. 그러나 단지 격자정합만으로는 결함없는 막생산에는 부족하다. SiC 기판위에 buffer layer인 AIN를 놓고 GaN의 막을 입히는 방법은 여전히 사파이어 기판위에 막성장법과 비슷한 평방센티미터당 1010개의 dislocation의 결함밀도가 나타난다. 이런 높은 결함밀도는 AIN/SiC 즉 subscrate와 buffer layer 사이의 경계면(interface)에 dislocation 주요원인이 있고 원래 시료 자체에 있었던 결함, SiC 기판 표면에 있던 결함순으로 영향을 끼친다. 개발된 이형적층(heteroepitaxial) GaN 필름의 상당한 저결함 밀도의 방법은 실제로 SiC 기판과 AIN buffer layer 사이를 고해상도 전자 투과 현미경을 사용하여 관찰한 결과를 보면 매우 깨끗한 표면이 나온다. AIN buffer layer와 SiC 기판사이 경계면의 결함은 거의 완벽한 적층관계(epitaxial relationship)를 가진다. SEE 적층법에서도 거의 무결함(defect-free) 경계면을 얻을 수 있지만 MOCVD(metalloganic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase deposition), MBE(molecular beam epitaxy)와 같은 표준적인 방법으로도 낮은 결함밀도의 경계면을 얻을 수 있다.이 제조법을 사용하면 SiC 기판과 AIN buffer layer 사이의 결함밀도를 굉장히 낮출수 있어 레이저 다이오드와 GaN 박막 기반 LED 의 작동수명을 늘릴 수 있다. 이는 다른 소자의 결함밀도를 낮추는데도 응용될수 있다.