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Ga2O3는 매우 넓은 밴드갭(Eg=5.3eV)을 가지고 있으며, 투명한 반도체 물질로서 deep UV photodetectors, gas sensors, field-effect transistors 등 다양한 device application으로 잠재력이 높은 물질이다. Ga2O3는 다섯 가지의 상이 존재한다:α-,β-,γ-,ε-,δ-. 이 중 α-Ga2O3는 ...

Ga2O3는 매우 넓은 밴드갭(Eg=5.3eV)을 가지고 있으며, 투명한 반도체 물질로서 deep UV photodetectors, gas sensors, field-effect transistors 등 다양한 device application으로 잠재력이 높은 물질이다. Ga2O3는 다섯 가지의 상이 존재한다:α-,β-,γ-,ε-,δ-. 이 중 α-Ga2O3는 준안정 상태로 존재하며, 액상 성장이 불가능하지만, HVPE 등의 기상 성장법을 이용하여 성장이 가능하다. HVPE 장비는 CVD 종류의 증착장비로서 빠른 증착율과 고순도의 결정 성장이 가능한 특징이 있어 현재 Ⅲ-Ⅴ 반도체 산업에서 널리 사용되고 있다. α-Ga2O3는 저가의 사파이어 기판을 통해 성장이 가능하며, α-Ga2O3와 사파이어는 동일한 corundum structure를 가지고 있다. α-Ga2O3 와 사파이어의 격자 불일치는 a-와 c-축에서 각각 ~4.5% 그리고 ~3.3% 이다.
따라서 본 연구에서는 우수한 증착율을 가진 HVPE 장비를 이용하여, α-Ga2O3의 기상성장에 관한 연구를 진행하였으며, 기판으로는 c-plane 사파이어 기판이 사용되었다.
Heteroepitaxial 성장의 경우 발생하게 되는 기판과 성장된 박막의 격자 불일치를 해결하기 위해 Mist-CVD를 이용한 완충층에 관한 연구가 진행되었으며, 완충층을 이용한 경우와 사용하지 않은 경우의 두 조건에 대한 비교 실험이 진행되었다. 또한, α-Ga2O3의 온도에 따른 상변이 억제 구간과 고결정 α-Ga2O3 박막을 얻기 위한 적정 온도 구간, 최적 Ⅲ/Ⅵ ratio 설정에 관한 연구가 진행되었다. 성장된 박막은 XRD를 활용하여 결정성을 확인하였으며, SEM을 통해 박막의 성장 속도와 박막의 표면 상태를 확인하였다. 또한 광투과율 측정을 통해 흡수 파장과 투과율을 확인하였으며, SIMS 분석을 통해 불순물 농도를 측정하였다.

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