현재 실리콘 위주의 반도체 산업이 그 지속적인 발전에도 불구하고 실리콘이 가지고 있는 물리적 한계에 다다르고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위해서 최근에는 광대역 에너지 금지대를(Wide-Bandgap) 갖는 반도체 대체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 중이며, 이미 일부에서는 실리콘 공정기술을 이용하여 제조한 전자소자의 물성보다 우수한 결과들이 보고되었다. 특히 광대역 반도체 재료중에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되며 현재 많은 연구가 진행되고 있는 재료가 GaN와 SiC이다. 이들은 Si, ...
현재 실리콘 위주의 반도체 산업이 그 지속적인 발전에도 불구하고 실리콘이 가지고 있는 물리적 한계에 다다르고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위해서 최근에는 광대역 에너지 금지대를(Wide-Bandgap) 갖는 반도체 대체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 중이며, 이미 일부에서는 실리콘 공정기술을 이용하여 제조한 전자소자의 물성보다 우수한 결과들이 보고되었다. 특히 광대역 반도체 재료중에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되며 현재 많은 연구가 진행되고 있는 재료가 GaN와 SiC이다. 이들은 Si, GaAs 등 다른 반도체 재료들에 비해 화학적으로 안정하고, 고온 공정이 가능하며, 고출력을 낼 수 있기 때문에 detector, power device, LED, transistor, switching device 등으로 응용이 가능하여 차세대 반도체 재료로서 각광 받고 있다. 이와 같은 우수한 성질과 응용성을 가짐에도 불구하고 불충분한 소재의 생산성으로 인해 많은 연구자들이 노력하고 있으며 다양한 방법으로 단결정을 성장시키고 박막화를 꾀하고 있다. 본 연구에서는 SiC 소자용 두꺼운 에피텍셜 성장층을 제조하기 위하여 CST(Closed Space Technique) 승화법이 사용되었다. 이 CST방법으로 100 ㎛ 이상의 SiC 에피텍셜층을 성장시켰고 다양한 조건하에서 성장시켰으며 이를 광학현미경의 노말스키(nomarski) 모드와 AFM(atomic force microscope) 그리고 FE-SEM으로 표면 상태를 관찰하였다. 또한 XRD를 이용하여 에피텍셜 성장막의 SiC의 다형과 결정성을 확인하였다. CST방법으로 SiC 에피텍셜층 성장 시 작업 압력에 따른 표면형상(morphology)과 성장률을 조사하였고, 에피텍셜층을 KOH를 이용한 화학적 에칭을 했을 때, 높은 성장률을 보이는 에피텍셜층에서 결함의 척도들인 EPD(etch pit density)와 MPD(micropipe density)가 늘어남을 알 수 있었다. 또한 n 형 SiC 에피텍셜 성장층을 얻은 후, 쇼트키(schottky) 다이오드를 만들어 전기적 특성을 파악하고, p 형 SiC 에피텍셜 성장층을 얻어 pn 접합을 이용하여 Blue LED(Light Emission Diode)를 만들고, 형광스펙트럼 분석기를 이용하여 Blue 영역의 빛을 확인하였다. 또한 리소그라피 공정을 이용하여 마이크로 패턴에서 SiC 에피텍셜층을 선택적으로 성장시켜 MESFET 구현하였다.
현재 실리콘 위주의 반도체 산업이 그 지속적인 발전에도 불구하고 실리콘이 가지고 있는 물리적 한계에 다다르고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위해서 최근에는 광대역 에너지 금지대를(Wide-Bandgap) 갖는 반도체 대체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 중이며, 이미 일부에서는 실리콘 공정기술을 이용하여 제조한 전자소자의 물성보다 우수한 결과들이 보고되었다. 특히 광대역 반도체 재료중에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되며 현재 많은 연구가 진행되고 있는 재료가 GaN와 SiC이다. 이들은 Si, GaAs 등 다른 반도체 재료들에 비해 화학적으로 안정하고, 고온 공정이 가능하며, 고출력을 낼 수 있기 때문에 detector, power device, LED, transistor, switching device 등으로 응용이 가능하여 차세대 반도체 재료로서 각광 받고 있다. 이와 같은 우수한 성질과 응용성을 가짐에도 불구하고 불충분한 소재의 생산성으로 인해 많은 연구자들이 노력하고 있으며 다양한 방법으로 단결정을 성장시키고 박막화를 꾀하고 있다. 본 연구에서는 SiC 소자용 두꺼운 에피텍셜 성장층을 제조하기 위하여 CST(Closed Space Technique) 승화법이 사용되었다. 이 CST방법으로 100 ㎛ 이상의 SiC 에피텍셜층을 성장시켰고 다양한 조건하에서 성장시켰으며 이를 광학현미경의 노말스키(nomarski) 모드와 AFM(atomic force microscope) 그리고 FE-SEM으로 표면 상태를 관찰하였다. 또한 XRD를 이용하여 에피텍셜 성장막의 SiC의 다형과 결정성을 확인하였다. CST방법으로 SiC 에피텍셜층 성장 시 작업 압력에 따른 표면형상(morphology)과 성장률을 조사하였고, 에피텍셜층을 KOH를 이용한 화학적 에칭을 했을 때, 높은 성장률을 보이는 에피텍셜층에서 결함의 척도들인 EPD(etch pit density)와 MPD(micropipe density)가 늘어남을 알 수 있었다. 또한 n 형 SiC 에피텍셜 성장층을 얻은 후, 쇼트키(schottky) 다이오드를 만들어 전기적 특성을 파악하고, p 형 SiC 에피텍셜 성장층을 얻어 pn 접합을 이용하여 Blue LED(Light Emission Diode)를 만들고, 형광스펙트럼 분석기를 이용하여 Blue 영역의 빛을 확인하였다. 또한 리소그라피 공정을 이용하여 마이크로 패턴에서 SiC 에피텍셜층을 선택적으로 성장시켜 MESFET 구현하였다.
Even though the continuous development in the silicon semiconductor industry, the physical properties of Si have arrived at their limits. In order to overcome these limits, the researches on wide-bandgap materials are actively being carried out. Researches on wide-bandgap materials have recently bee...
Even though the continuous development in the silicon semiconductor industry, the physical properties of Si have arrived at their limits. In order to overcome these limits, the researches on wide-bandgap materials are actively being carried out. Researches on wide-bandgap materials have recently been in rapid progress. Especially, it is reported that SiC devices fabricated with using Si technology have more excellent properties than those of Si devices. It is believed that GaN and SiC among wide-bandgap materials are expected to play the core role in future semiconductor industry. Comparing with other semiconductor material such as Si and GaAs etc, the SiC can be applied for application such as detectors, power devices, LEDs, transistors and switching devices because SiC is chemically stable and can to be used in the high temperature and the high power field. In spite of the high crystal quality and various application availability, however it is still not enough for mass production of SiC crystal. Hence, many researchers have studied SiC using variety methods for the growing single crystal and thin film. A sublimation epitaxial method, named the Closed Space Technique (CST), was adopted to produce thick SiC epitaxial layers for power-device applications. We aimed to systematically investigate the process parameter dependence (such as the growth temperature and working pressure) on SiC epilayer quality and growth rate during the sublimation growth using the CST method. And the structure, surface morphology and polytype of the SiC epilayers were investigated by XRD, AFM, FE-SEM and microscope in OM-nomarski mode. It is found that the etched surface of the SiC epitaxial layer grown with a high growth rate (above 100㎛/h) contained a high EPD (etch pit density) of ～3500/㎠ and a high MPD (micro-pipe density) of～500 /㎠. This indicates that high growth rate aids the formation of dislocations and micropipes in the epitaxial layer. The schottky barrier diode was manufactured and the electric properties were investigated and discussed. After having got both the n-type and p-type epitaxial layer, the light emitting diode (LED) was confirmed to emit blue light by Photonic Multi-Channel Spectral Analyzer. The metal semiconductor field effect transistor (MESFET) was fabricated by selective growth of SiC epitaxial layer using micro pattern and the processes of lithography and lift-off. And the electrical properties of the MESFET was checked by a semiconductor parameter analyzer (current-voltage). It is found that the increase of the negative voltage applied on the gate reduced the drain current, showing a normal operation of FET device.
Even though the continuous development in the silicon semiconductor industry, the physical properties of Si have arrived at their limits. In order to overcome these limits, the researches on wide-bandgap materials are actively being carried out. Researches on wide-bandgap materials have recently been in rapid progress. Especially, it is reported that SiC devices fabricated with using Si technology have more excellent properties than those of Si devices. It is believed that GaN and SiC among wide-bandgap materials are expected to play the core role in future semiconductor industry. Comparing with other semiconductor material such as Si and GaAs etc, the SiC can be applied for application such as detectors, power devices, LEDs, transistors and switching devices because SiC is chemically stable and can to be used in the high temperature and the high power field. In spite of the high crystal quality and various application availability, however it is still not enough for mass production of SiC crystal. Hence, many researchers have studied SiC using variety methods for the growing single crystal and thin film. A sublimation epitaxial method, named the Closed Space Technique (CST), was adopted to produce thick SiC epitaxial layers for power-device applications. We aimed to systematically investigate the process parameter dependence (such as the growth temperature and working pressure) on SiC epilayer quality and growth rate during the sublimation growth using the CST method. And the structure, surface morphology and polytype of the SiC epilayers were investigated by XRD, AFM, FE-SEM and microscope in OM-nomarski mode. It is found that the etched surface of the SiC epitaxial layer grown with a high growth rate (above 100㎛/h) contained a high EPD (etch pit density) of ～3500/㎠ and a high MPD (micro-pipe density) of～500 /㎠. This indicates that high growth rate aids the formation of dislocations and micropipes in the epitaxial layer. The schottky barrier diode was manufactured and the electric properties were investigated and discussed. After having got both the n-type and p-type epitaxial layer, the light emitting diode (LED) was confirmed to emit blue light by Photonic Multi-Channel Spectral Analyzer. The metal semiconductor field effect transistor (MESFET) was fabricated by selective growth of SiC epitaxial layer using micro pattern and the processes of lithography and lift-off. And the electrical properties of the MESFET was checked by a semiconductor parameter analyzer (current-voltage). It is found that the increase of the negative voltage applied on the gate reduced the drain current, showing a normal operation of FET device.
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