일반기술

ZnO 박막의 후열처리 공정에서의 분위기 제어방법

본 발명은 원자층 증착법을 이용하여 증착된 ZnO 박막의 후열처리 공정에서의 분위기를 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 원자층 증착법에 의해 증착된 ZnO 박막을 후열처리하는 공정에 있어서, 열처리 분위기 기체 및 열처리 온도를 조절함으로써 ZnO 박막의 결정성, 광학적 특성, 전기적 특성 등이 향상된 ZnO 박막의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 종래의 GaN 박막을 대체할 수 있는 원자층 증착법에 의해 증착된 ZnO 박막의 후열처리 공정을 제어함으로써, 우수한 ZnO 박막을 제조할 수 있다. 그리하여, ZnO의 다양한 응용분야 중에서도 발광소자(LED)로서의 응용분야에서 기술우위의 고지를 확보함으로써, 현재 LED 분야를 지배하고 있는 GaN계 LED를 대체하여 거액의 기술료 지불의 부담을 해결하고, 나아가 수출 증대 효과도 기대할 수 있다.광소자로서의 응용을 위해서는 ZnO의 결정성이 우수해야 하며, 박막 내의 결점이 없는 양질의 박막을 제조하여야 한다. 따라서, 효율적인 소자 제작을 위해서 주로 결정의 격자가 잘 맞는 기판에 적층막을 성장시켜야 하는데, 배향성을 갖는 알루미나 또는 cMgAlO4기판을 이용하여 분자선 적층법에 의해 성장시키는 방법이 주로 연구되어 왔다. 그러나, 종래 ZnO 박막을 제조하는 경우, 주로 산소 결핍에 의하여 Zn-과잉 형태로 형성되어 n형 반도체의 성질을 띠는 비화학양론적 박막으로 성장된다는 보고가 있고, 또한 다른 불순물의 영향으로 PL(photoluminescence)을 이용한 광특성 실험에서 2.4~2.6 eV 근처의 에너지를 갖는 깊은 준위 발광에 의한 그린-옐로우 피크가 3.37 eV 근처의 에너지를 갖는 자외선 영역에서의 발광에 의한 자외선 피크와 항상 함께 발견되는 결과가 보고되어 있다. 이러한 성분 결함 등에서 오는 깊은 준위 발광 피크는 고순도의 자외선 발광 소자 및 청색 발광 소자의 효율 및 특성에 좋지 않은 영향을 주는 요인으로서 반드시 제거되어야 할 필요가 있다. 한편, 박막 내 결정들의 배향성을 포함하여 ZnO 박막의 상기 특성들은 일반적으로 성장법, 온도, 혹은 산소의 유입량 등에 의해 크게 영향을 받는다고 알려져 왔다. ZnO 박막을 성장시키는 방법 중에서, 원자층 증착법은 막 형성에 필요한 원소를 한 번에 한 가지씩 증발시켜 ZnS 박막을 형성하는 원자층 적층법 기술로부터 발전되어 왔다. 원자층 증착법에 의해 증착된 ZnO 박막은 후열처리를 통해 그 결정성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 즉, 종래의 문헌에는 후열처리가 ZnO 박막의 결정성, 광학적 특성 등에 미치는 영향이 보고되어 있다. 그러나, 열처리 분위기에 따른 ZnO 박막의 특성에 관한 연구 결과는 찾아보기 어려운 실정이다. 이에, 본 발명은 GaN계 LED 소자를 대체할 ZnO계 LED 소자의 제조의 기초가 되는 ZnO 박막을 제조함에 있어서, 기존의 증착 방법의 문제점을 보완할 수 있는 ALD법을 이용하여 증착함으로써 결정 품위를 개선하고, 분위기 기체 및 열처리 온도를 제어함으로써 상온에서 깊은 준위 발광을 제거하는 등 ZnO 박막의 결정성, 전기적 및 광학적 특성을 향상시킬 수 있는 공정 제어 방법을 발견하고 본 발명을 완성하였다.