일반기술

질소플라즈마로 전처리된 사파이어 기판위의 질화갈륨(GaN) 성장

GaN을 중심으로한 III-V 질화물 반도체는 자외선에서 가시광선 영역에 이르는 발광영역을 가지고 있어 발광다이오드, 레이저 다이오드 등의 응용가능성이 높은 물질이다. III-V 질화물 반도체는 적합한 기판이 없어서 격자상수의 차이가 큰 사파이어 기판을 사용하게 되는데, 저온 완충막을 이용한 2단계 성장법으로 소자제조가 가능한 박막을 성장시키고 있다. 최근에 사파이어 기판을 암모니아나 질소플라즈마로 전처리하는 공정이 후속 성장되는 GaN 박막의 물성에 큰 영향이 있음이 보고되고 있다. 본 연구에서는 700℃에서 120W의 질소플라즈마로 사파이어 기판을 전처리할 때, 사파이어 기판 표면에 얇은 AlN 층이 형성되었다. 질소 플라즈마로 전처리하지 않은 기판에서는 저온 GaN완충막이 3차원적인 성장양상을 보였으며, 거친 표면을 가졌다. 그러나 AlN층이 형성된 기판위에서는 저온 완충막이 2차원적으로 성장하면서 고온성장에서 나타나는 안정형상인 truncated hexagonal pyramid 형태를 나타내었다. AlN 층이 표면에 존재하여 격자상수를 줄여주고 계면에너지를 낮추어 안정적인 2차원적인 성장을 증진시키므로 평활한 표면 및 우수한 결정성을 지닌 저온 GaN 완충막을 얻을 수 있었다.