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논문 상세정보

AlN 단결정 성장에 관한 연구

A study on the growth of AlN single crystals

초록

최근 관심이 높아지고 있는 GaN, SiC 단결정과 함께 자외선 LED 및 전력 반도체 용 기판 소재로서 응용성이 높은 질화갈륨(AlN, Aluminum Nitride) 단결정을 성장하였다. 아직 상용화된 AlN 기판은 없지만, 단결정 성장에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 최초로 AlN 단결정의 성장 결과 직경 약 8 mm의 결정을 성장하였다. 성장된 단결정은 광학현미경으로 관찰하였으며, DCXRD를 통하여 결정성을 평가한 결과를 보고하고자 한다.

Abstract

Recently, it has been interested much that AlN (Aluminum Nitride) crystals can be applied to UV LEDs and high power devices as like GaN and SiC crystals. The reports about commercial grade of AlN wafers in the world have been absent, however several results for growth of large size of AlN single crystals have been reported from abroad. In this report, the result of AlN single crystals of a diameter of about 8 mm grown are reported. Optical microscopic characterization was applied to observe the form of the crystals and the crystal quality was evaluated by FWHM measurement by DCXRD rocking curve analysis.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
AlN 소재
AlN 소재가 가지고 있는 6.2 eV의 밴드갭 에너지 특성 덕분에 어떤 연구가 진행되고 있는가?
고전력 반도체 및 기존의 자외선 램프를 대체할 수 있는 자외선 LED로서의 응용도 및 시장성이 증가되면서 연구가 많이 진행되고 있다

이와 함께, AlN 소재 또한 6.2 eV의 밴드갭 에너지 특성 때문에 고전력 반도체 및 기존의 자외선 램프를 대체할 수 있는 자외선 LED로서의 응용도 및 시장성이 증가되면서 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나, AlN 단결정은 증발온도가 대기압하에서 2450o C정도로 높아서 PVT(Physical Vapor Transport) 법을 이용하고 SiC 결정을 종자결정으로 한 이종종자 성장법을 적용하여 2인치 크기의 결정을 얻어내기는 하였으나, 품질은 아직 만족할만한 정도에 미치지 못하고 있다[1].

AlN 단결정을 성장하기 위한 원료
본 논문에서 AlN 단결정을 성장하기 위한 원료로 무엇을 사용했는가?
Tokuyama 사(일본)의 AlN 분말(순도: 99.95 %, D50: < 1.0 µm) 원료를 사용

압력 제어를 위하여 질소(N2)가스를 20~100 sccm 유량으로 조절하여 주입하였으며, 편차 범위 약 10 torr 이내의 범위에서 제어될 수 있도록 하였다. AlN 단결정을 성장하기 위한 원료로는 Tokuyama 사(일본)의 AlN 분말(순도: 99.95 %, D50: < 1.0 µm) 원료를 사용하였으며 성장온도에 도달하기 전 단계에서 하소와 소결을 진행할 수 있는 성장 프로그램을 개발하여 적용하였다. 결정의 성장시간은 120시간 행하였다.

AlN 단결정
AlN 단결정을 성장하기 위하여 사용한 도가니는 어떤 단열재를 사용했는가?
그라파이트 단열재를 사용하여 보온되고 단열될 수 있도록 하였으며

AlN 단결정을 성장하기 위하여 사용한 도가니는 그라파이트 소재로 용기부와 뚜껑부로 나누어 제작 조립하였고, 총 외경 90 mm, 총 높이는 125 mm로 하였다. 도가니는 그라파이트 단열재를 사용하여 보온되고 단열될 수 있도록 하였으며, 석영으로 제작된 반응관 내에 장착하고, 반응관 외부에 설치된 고주파 가열 코일(Radio Freqquency heating coil)의 내에 위치시켜, 고주파유도가열 장치를 이용하여 가열하였다. 고주파유도가열 장치의 주파수는 20 kHz로 저주파수 대역의 가열 방식을 택하였다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (6)

  1. E.N. Mokhov, O.V. Avdeev, I.S. Barash, T. Yu. Chemekova, A.D. Roenkov, A.S. Segal, A.A. Wolfson, Yu. N. Makarov, M.G. Ramm and H. Helava, "Sublimation growth of AlN bulk crystals in Ta crucibles", J. of Crystal Growth 281 (2005) 93. 
  2. S.M. Kang, "Step growth and defects formation on growth interface for SiC sublimation growth", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 9 (1999) 558. 
  3. S.M. Kang, "The study on the formation of growth steps in the sublimation growth of SiC single crystals", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 11 (2001) 1. 
  4. S.M. Kang, "Growth of AlN crystals by the sublimation process", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 18 (2008) 68. 
  5. P. Lua, J.H. Edgar, C. Cao, K. Hohn, R. Dalmau, R. Schlesser and Z. Sitar, "Seeded growth of AlN on SiC substrates and defect characterization", J. of Crystal Growth 310 (2008) 2464. 
  6. S.M. Kang, "Morphological study on non-seeded grown AlN single crystals", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 22 (2012) 265. 

이 논문을 인용한 문헌 (1)

  1. 강승민 2014. "PVT 법으로 성장된 AlN 단결정의 결정상에 관한 연구" 한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, 24(2): 54~58 

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