플라즈마 조성, ICP source power, rf chuck power 등의 공정변수가 GaN epitaxy층의 식각특성에 미치는 영향을 조사하였다. $GaF_x$ 화합물 보다 더 높은 휘발성을 가지는 $GaCl_x$ 식각 생성물 형성이 가능한 $Cl_2/Ar$ 플라즈마가 $SF_6/Ar$ 플라즈마보다 더 높은 식각속도를 나타내었다. 또한, $Cl_2/Ar$ 플라즈마에서 Ar 비중이 증가함에 따라 물리적 식각 기구 활성화로 인해 식각 이방성이 향상됨을 확인하였다. 두 가지 플라즈마 조성 모두에서 ICP source power와 rf chuck power가 증가함에 따라 식각속도가 지속적으로 증가함을 확인하였고, $13Cl_2/2Ar$, 750W ICP power, 400 W rf chuck power, 10 mTorr 조건에서 최고 251.9 nm/min의 식각속도를 확보하였다.
플라즈마 조성, ICP source power, rf chuck power 등의 공정변수가 GaN epitaxy층의 식각특성에 미치는 영향을 조사하였다. $GaF_x$ 화합물 보다 더 높은 휘발성을 가지는 $GaCl_x$ 식각 생성물 형성이 가능한 $Cl_2/Ar$ 플라즈마가 $SF_6/Ar$ 플라즈마보다 더 높은 식각속도를 나타내었다. 또한, $Cl_2/Ar$ 플라즈마에서 Ar 비중이 증가함에 따라 물리적 식각 기구 활성화로 인해 식각 이방성이 향상됨을 확인하였다. 두 가지 플라즈마 조성 모두에서 ICP source power와 rf chuck power가 증가함에 따라 식각속도가 지속적으로 증가함을 확인하였고, $13Cl_2/2Ar$, 750W ICP power, 400 W rf chuck power, 10 mTorr 조건에서 최고 251.9 nm/min의 식각속도를 확보하였다.
The effect of process parameters such as plasma composition, ICP (Inductively Coupled Plasma) source power and rf chuck power on the etch characteristics of GaN epitaxy layer was studied. $Cl_2/Ar$ ICP discharges showed higher etch rates than $SF_6/Ar$ discharges because of the...
The effect of process parameters such as plasma composition, ICP (Inductively Coupled Plasma) source power and rf chuck power on the etch characteristics of GaN epitaxy layer was studied. $Cl_2/Ar$ ICP discharges showed higher etch rates than $SF_6/Ar$ discharges because of the higher volatility of $GaCl_x$ etch products than $GaF_x$ compounds. As the Ar ratio increases in the $Cl_2/Ar$ ICP discharges, the etch anisotropy was enhanced due to the improved physical component of the etching. For both plasma chemistries, the GaN etch rate increased continuously as both the ICP source power and rf chuck power increased, and a maximum etch rate of 251.9 nm/min was obtained at $13Cl_2/2Ar$, 750W ICP power, 400W rf chuck power and 10 mTorr condition.
The effect of process parameters such as plasma composition, ICP (Inductively Coupled Plasma) source power and rf chuck power on the etch characteristics of GaN epitaxy layer was studied. $Cl_2/Ar$ ICP discharges showed higher etch rates than $SF_6/Ar$ discharges because of the higher volatility of $GaCl_x$ etch products than $GaF_x$ compounds. As the Ar ratio increases in the $Cl_2/Ar$ ICP discharges, the etch anisotropy was enhanced due to the improved physical component of the etching. For both plasma chemistries, the GaN etch rate increased continuously as both the ICP source power and rf chuck power increased, and a maximum etch rate of 251.9 nm/min was obtained at $13Cl_2/2Ar$, 750W ICP power, 400W rf chuck power and 10 mTorr condition.
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문제 정의
본 연구에서는 대표적인 고밀도 플라즈마 식각기술인 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 식각기술을 GaN epitaxy층 식각에 적용하였고, 플라즈마 조성, ICP source power, rf chuck power 등의 공정변수가 GaN 식각속도, 표면조도 및 이방성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다.
제안 방법
Cl2/Ar, SF6/Ar 유도결합 플라즈마를 적용하여 GaN epitaxy 층을 식각하였고, 공정변수가 식각특성에 미치는 영향을 조사하였다. 두 가지 플라즈마 조성계 중 더 높은 휘발성을 가지는 식각 반응물을 형성하는 Cl2/Ar 플라즈마가 더 높은 식각속도를 나타내었고, 최고 251.
시편은 AZ 5214 photoresist를 mask로 사용하여 패터닝하였다. 식각 후 stylus profilometery, AFM, FE-SEM 등의 분석 장비를 이용하여 식각속도, 표면조도, 식각 이방성 등을 분석하였다.
본 연구의 시편으로는 metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD)법으로 sapphire 기판 위에 성장된 c-축 방향, 두께 ~500 nm의 GaN epitaxy 박막을 사용하였다. 플라즈마 식각은 planar type 유도결합 플라즈마 식각장치를 이용하여 진행하였다. ICP source의 주파수는 13.
대상 데이터
식각 중 온도 증가로 인한 시편의 변형 또는 손상 방지를 위하여 He 가스로 chuck을 냉각하였다. 두 가지의 혼합가스(Cl2/Ar 및 SF6/Ar)를 플라즈마 식각 공정가스로 사용하였고, 총 유량은 15 sccm, 압력은 10 mTorr로 유지하였다. 시편은 AZ 5214 photoresist를 mask로 사용하여 패터닝하였다.
본 연구의 시편으로는 metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD)법으로 sapphire 기판 위에 성장된 c-축 방향, 두께 ~500 nm의 GaN epitaxy 박막을 사용하였다. 플라즈마 식각은 planar type 유도결합 플라즈마 식각장치를 이용하여 진행하였다.
두 가지의 혼합가스(Cl2/Ar 및 SF6/Ar)를 플라즈마 식각 공정가스로 사용하였고, 총 유량은 15 sccm, 압력은 10 mTorr로 유지하였다. 시편은 AZ 5214 photoresist를 mask로 사용하여 패터닝하였다. 식각 후 stylus profilometery, AFM, FE-SEM 등의 분석 장비를 이용하여 식각속도, 표면조도, 식각 이방성 등을 분석하였다.
성능/효과
9nm/min의 식각속도가 측정되었다. Cl2/Ar 플라즈마에서 Ar 가스 비중이 증가함에 따라 물리적 식각기구 활성화를 통해 식각 구조물의 이방성이 향상되었다. ICP power 또는 rf chuck power가 증가함에 따라 GaClx, GaFx 식각 반응물 생성에 참여하는 Cl 및 F radical 밀도 증가 또는 이온포격효과 증진에 의해 식각속도가 증가함을 확인하였다.
Cl2/Ar 플라즈마에서 Ar 가스 비중이 증가함에 따라 물리적 식각기구 활성화를 통해 식각 구조물의 이방성이 향상되었다. ICP power 또는 rf chuck power가 증가함에 따라 GaClx, GaFx 식각 반응물 생성에 참여하는 Cl 및 F radical 밀도 증가 또는 이온포격효과 증진에 의해 식각속도가 증가함을 확인하였다. Rf chuck power가 증가함에 따라 식각속도는 향상된 반면에 식각된 표면의 조도는 증가하였다.
식각 이전 GaN control 시편의 rms(root-mean-square) 표면 조도는 ~7nm이었다. Rf chuck power 증가에 비례하며 증진된 이온포격효과에 의해 식각속도는 향상된 반면에 식각된 GaN 표면은 점진적으로 거칠어지는 trade-off가 존재함을 확인하였다.
ICP power 또는 rf chuck power가 증가함에 따라 GaClx, GaFx 식각 반응물 생성에 참여하는 Cl 및 F radical 밀도 증가 또는 이온포격효과 증진에 의해 식각속도가 증가함을 확인하였다. Rf chuck power가 증가함에 따라 식각속도는 향상된 반면에 식각된 표면의 조도는 증가하였다.
즉, 화학적 식각 요소에 비해 물리적 식각 요소가 더 활성화됨에 따라 식각속도의 종방향 성분은 증진되는 반면에 횡방향 성분은 억제되게 된다. 그 결과 식각 이방성이 향상되었음을 확인할 수 있었다.
/Ar 유도결합 플라즈마를 적용하여 GaN epitaxy 층을 식각하였고, 공정변수가 식각특성에 미치는 영향을 조사하였다. 두 가지 플라즈마 조성계 중 더 높은 휘발성을 가지는 식각 반응물을 형성하는 Cl2/Ar 플라즈마가 더 높은 식각속도를 나타내었고, 최고 251.9nm/min의 식각속도가 측정되었다. Cl2/Ar 플라즈마에서 Ar 가스 비중이 증가함에 따라 물리적 식각기구 활성화를 통해 식각 구조물의 이방성이 향상되었다.
~1000˚C)에 비해 더 높은 휘발성을 가짐으로 인해 표면으로부터 더 용이하게 제거되기 때문이다. 또한, Ar 가스의 비중이 증가함에 따라 식각속도가 지속적으로 증가하였다. Ar 가스 비중이 증가 하게 되면 플라즈마 내에 존재하는 Ar+ 이온의 밀도가 증가하게 되고, 증가된 Ar+ 이온들은 시편 표면에 생성된 식각반응물 제거 효율에 직접적인 영향을 미치는 이온포격효과(ion bombardment effect) 증진을 수반함으로써 식각속도가 증가하게 된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GaN의 밴드갭 에너지는 무엇이며 어떤 구조를 가지고 있는가?
III-족 질화물 반도체는 대표적인 wide bandgap 화합물 반도체로서 직접 천이형의 밴드갭 구조를 가져 자외선으로부터 적외선 영역에 걸친 폭넓은 발광대역의 조절이 가능하고, Si, GaAs 등의 기존 반도체 재료보다 구조적 및 열적 안정성이 더 우수한 특성을 나타낸다. III족 질화물 반도체의 대표적 물질인 GaN는 3.2~3.4 eV 의 밴드갭 에너지와 육방정 wurtzite 구조를 가진다. Full coldor display 구현에 필수적인 청색 영역의 발광 특성을 나타내므로 발광다이오드(light emitting diodes, LEDs), 레이저 다이오드(laser diodes, LDs) 등의 발광 및 수광소자로 응용이 가능하여 LED TV, 스마트폰, 스마트 패드 등 다양한 디스플레이 기기의 후면발광소자 (back light unit, BLU)의 여기 광원으로 널리 활용되고 있다[1-5].
III-족 질화물 반도체는 무엇이며 어떤 특성을 가지는가?
III-족 질화물 반도체는 대표적인 wide bandgap 화합물 반도체로서 직접 천이형의 밴드갭 구조를 가져 자외선으로부터 적외선 영역에 걸친 폭넓은 발광대역의 조절이 가능하고, Si, GaAs 등의 기존 반도체 재료보다 구조적 및 열적 안정성이 더 우수한 특성을 나타낸다. III족 질화물 반도체의 대표적 물질인 GaN는 3.
GaN의 발광 특성은 무엇이며 어디에 활용되고 있는가?
4 eV 의 밴드갭 에너지와 육방정 wurtzite 구조를 가진다. Full coldor display 구현에 필수적인 청색 영역의 발광 특성을 나타내므로 발광다이오드(light emitting diodes, LEDs), 레이저 다이오드(laser diodes, LDs) 등의 발광 및 수광소자로 응용이 가능하여 LED TV, 스마트폰, 스마트 패드 등 다양한 디스플레이 기기의 후면발광소자 (back light unit, BLU)의 여기 광원으로 널리 활용되고 있다[1-5].
참고문헌 (11)
Y.C. Chiang, C.C. Lin and H.C. Kuo, "Novel thin-GaN LED structure adopted micro abraded surface to compare with conventional vertical LEDs in ultraviolet light", Nanoscale Res. Lett. 10 (2015) 182.
D. Steigerwald, S. Rudaz, H. Liu, R.S. Kern, W. Gotz and R. Fletcher, "III-V nitride semiconductors for highperformance blue and green light-emitting device", JOM 49 (1997) 18.
D. Zhu and C.J. Humphreys, "Low-cost high-efficiency GaN LED on large-area Si substrate", CS MANTECH Conference, May, New Orleans, USA (2013).
E.J. Kang, C. Huh, S.H. Lee, J.J. Jung, S.J. Lee and S.J. Park, "Improvement in light-output power of InGaN/GaN LED by formation of nanosize cavities on p-GaN surface", Electrochem. Solid-State Lett. 8 (2005) G327.
J.B. Shim and Y.K. Lee, "Growth and characterization of bulk GaN single crystals by basic ammonothermal method", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 26 (2016) 58.
T. Uesugi and T. Kachi, "GaN power switching devices for automotive applications", CS MANTECH Conference, May, Tempa, USA (2009).
M.A. Briere, "The status of GaN-on-Si based power device development at international rectifier", Applied Power Electronics Conference Exhibitor Presentation, March, Long Beach, USA (2013).
M. Cho and Y.D. Koo, "Commercialization and research trends of next generation power devices SiC/GaN", J. Energy Eng. 22 (2013) 58.
H. Cho, K.H. Auh, J. Han, R.J. Shul, S.M. Donovan, C.R. Abernathy, E.S. Lambers, F. Ren and S.J. Pearton, "UV-photoassisted etching of GaN in KOH", J. Electronic Mater. 28 (1999) 290.
Y.P. Hong, J.H. Park, C.W. Park, H.M. Kim, D.K. Oh, B.G. Choi, S.K. Lee and K.B. Shim, "Investigation of defects and surface polarity in AlN and GaN using wet chemcal etching technique", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 24 (2014) 196.
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