일반기술

마그네트론 스퍼터링법에 의한 ZnO 박막의 제조방법

본 기술은 사파이어 기판 상에 마그네트론 스퍼터링법에 의해 ZnO 박막을 형성시키는 단계(단계 1), 및 ZnO 박막이 형성된 사파이어 기판을 산소분위기 하에서 열처리를 수행하는 단계(단계 2)로 이루어져 있다.단계 1에서는 마그네트론 스퍼터링법에 의해 ZnO 박막을 형성시키며, ZnO 타겟을 이용한 마그네트론 스퍼터링법으로 단결정 사파이어 기판에 증착시킨다. 이때, 초기 진공도는 로터리와 터보 분자 펌프를 통하여 충분히 낮추며, ZnO 박막 증착은 약 0.05 Torr에서 수행하는 것이 바람직하며, 공정온도는 상온에서 수행한다. 단계 1에서 ZnO 박막에 질소를 도핑하는 P 형 도펀트로서, N2O 가스를 사용한다. 이를 이용하여 ZnO 박막을 형성시키기 위해 N2O/Ar 가스로 이루어진 혼합가스 형태로 사용한다. 혼합가스의 유량은 mass flow controller로 조정하며, 이때 N2O/Ar 가스의 유량비는 0.17～0.5인 것이 바람직하다. 유량비가 범위 미만인 경우, 고농도의 질소 도핑 효과를 얻기 어려우며, 범위를 초과한 경우, 과잉 불순물(질소)에 의해서 단결정 ZnO 박막의 결정성을 확보하지 못하는 문제점이 발생한다(과잉 불순물(질소)이 ZnO의 단결정 성장을 방해함).단계 2에서는 산소분위기 하에서 열처리를 수행한다. 열처리를 통하여 ZnO 박막이 c 축 성장한 다결정질 박막으로 형성시킬 수 있으며, 결정질을 더욱 향상시킨다. 또한, ZnO 박막에서 전위, 침입원자 및 공공 등의 결정학적 결함 밀도를 낮추는 효과를 나타낸다. 열처리 온도는 800～1,000℃가 바람직한데, 이때 열처리 온도가 범위 미만인 경우(600℃에서 보듯이) ZnO 박막의 반측폭(FWHM)이 증가하여, 결정성에 문제를 야기시킨다.본 기술은 사파이어 기판 상에 마그네트론 스퍼터링법에 의해 ZnO 박막을 형성시키는 단계(단계 1) 및 상기 ZnO 박막이 형성된 사파이어 기판을 산소분위기 하에서 열처리를 수행하는 것을 단계(단계 2)를 포함하는 특징이 있는 ZnO 박막의 제조방법이다.본 기술에 의한 ZnO 박막 제조방법은 ZnO 결정의 품위를 두드러지게 향상시킬 수 있으며, 또한 고농도의 질소를 도핑한 ZnO 박막에서의 전자의 농도와 이동도를 급격히 감소시킬 수 있다. 이러한 현상으로 인해 산소공공과 침입형 Zn와 같은 진성의(intrinsic) N 형 결함을 상쇄시킴으로써 N 형 ZnO를 P 형 ZnO 박막으로 제조할 수 있어 단파장 발광소자의 제조에 유용하게 이용할 수 있다.