일반기술

플라즈마 처리를 이용한 질화갈륨계열 박막의 제조방법

질화갈륨 계열의 전자소자나 청색 또는 백색 빛을 내는 단파장 발광다이오드, 레이저 같은 발광소자를 제작하기 위해 전극의 우수한 오믹접촉 특성을 얻기 위해 기본적인 고농도로 도핑된 고품질의 질화갈륨 박막이 요구된다. 고온 열처리를 통해 질화갈륨 표면으로부터 질소원자가 떨어져 나가게 하여 질소공공(nitrogen vacancy) 농도를 증가시키는 방법과 Ar 플라즈마 처리를 통해 질화갈륨 표면에 물리적인 충격을 가해 질소 원자를 제거하는 방법이 시도되었고, Si를 이온주입 후 활성화 열처리방법, 질화갈륨 박막내 질소자리 치환(substitution)한 산소도 또한 n-형 도너로 작용한다고 보고되었으나 모두 질화갈륨 박막 표면에 물리적인 피해를 유발하는 한계를 드러내고 있다. 이에 N2O플라즈마 처리를 통하여 산소를 질화갈륨 표면에 침투시켜 고농도로 도핑(dopping)된 층을 형성하는 플라즈마 처리를 이용한 질화갈륨 계열 박막을 제조하여 후처리로 인한 박막 피해를 없애고 고전자농도 및 낮은 비저항을 가지는 n-형 질화갈륨박막을 구성하게 되었다.질화갈륨 박막의 표면에 물리적 피해를 야기하지 않도록 낮은 파워(power)에서 실시하는 N2O플라즈마로 인해 분해된(crack) 산소가 질화갈륨의 박막의 표면에서 반응하여 질소를 치환(substitution)하여 고전자 농도를 가지는 n-형 질화칼륨 계열의 박막을 제조할수 있게 한다. 질화갈륨 박막 성장시 트리메틸갈륨(trimethylgallium:TMGa)과 암모니아(NH3)를 갈륨원과 질소원으로 사용하고 도핑용 실리콘원으로 실란(SiH4) 가스를 사용하며 운반가스로 수소가스를 사용한다. 사파이어 기판위에 박막 성장을 위해 560℃에서 300Å의 질화갈륨 핵생성층(nucleation layer)를 형성시킨 후, 박막층을 일정 온도 압력으로 유지시켜 시간이 경과하면 실리콘이 도핑된 n-형 질화갈륨 박막을 구현하게 된다. 상기 질화갈륨 박막을 표면 세척 후 질소가스로 건조시키고 N2O플라즈마 처리를 수행하여 박막 피해를 없애고 고전자농도 및 낮은 비저항을 가지는 n-형 질화갈륨박막을 얻는다.