일반기술

저 전위밀도를 가지는 질화갈륨(GaN)막 및 그 형성방법

질화갈륨(GaN)막 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 그 목적은 전위밀도가 낮은 저결함 GaN막을 간단한 방법으로 성장시키는 것이다. 이를 위해 본 기술에서는 반응기 내에 기판을 장입한 후, 반응기 내로 세정 기체를 흘려 상기 기판의 표면을 세정하고, 반응기 내에 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려 상기 기판을 Ga 소스기체와 N소스기체로 번갈아 처리하고, 기판 상에 GaN막을 성장시키는 단계를 순차 수행하는 GaN막 형성 방법으로, 전위 밀도가 107 개/㎠ 보다 작은 GaN막을 형성한다.1. 종래기술의 문제점GaN은 우르자이트(Wurzite) 구조를 가지는 질화물 반도체로서 상온에서 가시광선의 청색 파장대에 해당하는 3.4 eV의 직접천이형 밴드갭을 가질 뿐만 아니라 InN 및 AlN와 전율고용체를 이루어 금지대폭의 조정이 가능하며 전율고용체의 전조성 범위 내에서 직접천이형 반도체의 특성을 나타내기 때문에 청색표시 및 발광소자재료로서 가장 각광 받고 있다.GaN막은 통상 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC), 또는 실리콘(Si) 기판 등에 MOCVD나 HVPE 방법 등으로 형성한다. 그런데, 이 경우 기판과 GaN막은 서로 격자상수 및 열팽창계수가 다르기 때문에 격자부정합(lattice mismatch) 등으로 인해 기판 상에 GaN막을 에피택셜 성장시키는 것이 매우 어렵다. GaN 뿐만 아니라 AlN, InN, GaInN, AlGaN, 및 GaAlInN 등의 GaN계가 모두 이러하다.이를 극복하기 위한 방법으로서 격자변형(lattice strain)을 완화시키기 위한 완충층(buffer layer)을 비교적 낮은 온도에서 기판 상에 먼저 형성시킨 다음에 완충층 상에 GaN막을 성장시키는 방법 등이 제안된 바 있다.그러나, 이러한 방법은 완충층 형성 단계를 추가해야 한다는 번거로움이 있을 뿐만 아니라, GaN막의 에피택셜 성장을 가능하게는 하지만 GaN막 내의 전위(dislocation) 밀도가 여전히 높아 레이저 다이오드나 발광다이오드 등으로의 응용에 제한을 받는다.2. 본 기술의 특징- 전위밀도가 낮은 저결함 GaN막을 HVPE법으로 성장시키는 것- 전위밀도가 낮은 GaN막을 형성하는 보다 간단한 방법을 제공- 완충층을 형성하지 않고 기판 표면처리를 통해 Ga 소스기체와 N 소스기체를 번갈아 흘려 기판 상에 결정의 핵을 성장시킨 다음, GaN막을 성장시키는 것이 특징