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논문 상세정보

SiC 기판상에 성장된 AlN 박막을 이용한 AlN 결정 성장에 관한 연구

A study on the AlN crystal growth using its thin films grown on SiC substrate

초록

AlN 결정은 직경 1인치 크기의 기판이 개발되었고 계속 품질의 향상을 위해 연구되고 있다. 한편 2인치급 기판은 UV LED 칩 제조와 원가 감소를 위해 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 PVT 법으로 2인치의 AlN 결정을 SiC 기판상에 성장된 AlN 박막을 종자로 사용하여 성장의 가능성을 보고자 하였다. $10{\mu}m$ 두께의 AlN 박막 결정을 종자결정으로 사용하여 두께 7 mm의 AlN 결정을 성장하였다. 성장된 결정은 금속현미경과 실체현미경, DCXRD를 사용하여 분석하였다.

Abstract

AlN crystal is been developing in global site for many years and 1 inch diameter wafer was already developed but it is demanding the efforts for the better quality. On the other hand, also the 2-inch size is developing recently to reduce the unit cost for manufacturing and to use to fabrication of the UV LED chips. In this study, we tried to evaluate the possibility of bulk AlN crystals on his thin films by PVT method. The AlN thin film was grown on SiC single crystal 2" wafer by HVPE method. We successfully grew AlN bulk crystal of a thickness of 7 mm using its thin film of a thickness of $10{\mu}m$ as a seed crystal. The resultants of AlN crystals were identified by metallurgical microscope, optical stereographic microscope and DCXRD measurement.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FWHM
2 μm 두께와 20 μm 두께의 AlN 박막에 성장된 결정의 FWHM 측정 결과, 박막의 두께가 얇은 결정에성장된 결정의 결정성이 더 좋은 결과를 나타낸 이유는?
SiC 기판과 AlN 박막층과의 격자부정합율[8]에 의한 응력의 분포가 적기 때문에 20 μm의 박막보다 결정성이 좋은 박막이 성장된 것으로 사료된다.

6와 Fig. 7은 각각 2 μm 두께와 20 μm 두께의 AlN 박막에 성장된 결정의 FWHM(Full Width of Half Maxximum) 측정 결과를 보인 것으로, 박막의 두께가 얇은 결정에성장된 결정의 결정성이 더 좋은 결과를 나타내고 있는데, 이는 SiC 기판과 AlN 박막층과의 격자부정합율[8]에 의한 응력의 분포가 적기 때문에 20 μm의 박막보다 결정성이 좋은 박막이 성장된 것으로 사료된다. 또한 성장온도는 1750℃에서 성장되었는데, 이는 AlN 종자결정을 사용하였을 때보다 200~300℃ 정도 낮은 온도의 성장온도였다.

AlN 단결정
AlN 단결정의 밴드갭은 얼마인가?
6.2 eV

AlN 단결정은 밴드갭이 6.2 eV로서 200 nm 근방의 단파장 자외선을 방출할 수 있는 LED(Light Emitting Diode)를 제조하여, 살균, 정화 시스템에 적용할 수 있는 응용성이 있는 화합물 반도체 소재로 관심이 많다. 이러한 응용 분야에서 밴드갭이 넓은 재료가 요구되어져 왔으며, GaN, SiC, ZnO, AlN, Ga2O3 등이 적합한 재료로서 개발되어져 왔고, AlN은 그중에서도 가장 우수한 특성을 나타낸다.

DCXRD
DCXRD를 이용해 결정성을 분석한 결과, 20μm 두께의 박막을 사용하여 성장한 경우 박막상에 성장된 결정 성장층에 균열이 발생한 원인은?
잔류응력의 원인으로 해석된다

성장온도를 낮게 유지한 이유는 박막의 재증발되기 때문으로 확인하였다. 20 μm 두께의 박막을 사용하여 성장한 경우에는 박막상에 성장된 결정 성장층에 균열이 발생하였으며, 이는 앞에서 언급한 잔류응력의 원인으로 해석된다[9].

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