[논문]HVPE 방법으로 성장한 Alpha-Ga2O3의 특성 분석

손호기; 라용호; 이영진; 이미재; 김진호; 황종희; 김선욱; 임태영; 전대우

doi:10.4313/jkem.2018.31.6.357

HVPE 방법으로 성장한 Alpha-Ga2O3의 특성 분석
Characterization of Alpha-Ga2O3 Template Grown by Halide Vapor Phase Epitaxy 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.31 no.6, 2018년, pp.357 - 361

손호기 (한국세라믹기술원) , 라용호 (한국세라믹기술원) , 이영진 (한국세라믹기술원) , 이미재 (한국세라믹기술원) , 김진호 (한국세라믹기술원) , 황종희 (한국세라믹기술원) , 김선욱 (한국세라믹기술원) , 임태영 (한국세라믹기술원) , 전대우 (한국세라믹기술원)

Abstract ▼ AI-Helper

We demonstrated a crack-free ${\alpha}-Ga_2O_3$ on sapphire substrate by horizontal halide vapor phase epitaxy (HVPE). Oxygen-and gallium chloride-synthesized Ga metal and HCl were used as the precursors, and $N_2$ was used as the carrier gas. The HCl flow and growth temperature were controlled in the ranges of 10~30 sccm and $450{\sim}490^{\circ}C$, respectively. The surface of ${\alpha}-Ga_2O_3$ template grown at $470^{\circ}C$ was flat and the root-mean-square (RMS) roughness was ~2 nm. The full width at half maximum (FWHM) values for the symmetric-plane diffractions, were as small as 50 arcsec and those for the asymmetric-plane diffractions were as high as 1,800 arcsec. The crystal quality of ${\alpha}-Ga_2O_3$ on sapphire can be controlled by varying the HCl flow rate and growth temperature.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 HVPE 장비를 이용하여 c-plane 사파이어 기판 위에 고품위의 α-Ga₂O₃를 성장하였으며 고품위 에피 성장에 기여하는 HCl 유량과 성장온도의 변화에 따른 α-Ga₂O₃의 특성을 분석하였다.

제안 방법

template을 성장하였다. HCl 유량과 성장온도를 조절하여 α-Ga₂O₃ template은성장되었고 그 특성을 분석하였다. 성장된 α-Ga₂O₃ template의 표면은 hillock이 관찰되었지만 RMS roughness가 약 2 nm로 빠른 성장속도에도 매끄러운 표면 상태를 나타냈다.
본 연구에서는 HVPE 성장법을 이용하여 사파이어 기판 위에 고품질의 α-Ga₂O₃ template을 성장하였다. HCl 유량과 성장온도를 조절하여 α-Ga₂O₃ template은성장되었고 그 특성을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 α-Ga₂O₃는 수평형 HVPE 방법으로 성장되었다. HVPE 장비의 챔버는 소스 영역과 성장 영역으로 구분되어 있고 heating 방법은 저항가열방식으로 가동된다.

성능/효과

성장된 α-Ga₂O₃ template의 표면은 hillock이 관찰되었지만 RMS roughness가 약 2 nm로 빠른 성장속도에도 매끄러운 표면 상태를 나타냈다. 본 연구를 통해서는 450℃에서 성장한 α-Ga₂O₃ template에서 (0006) 반치폭은17 arcsec, (10-14) 반치폭은 1,853 arcsec로 매우 우수한 특성을 보였으며 이 때의 나선형 전위밀도는 8.7×104 cm-2 칼날 전위 및 혼합전위 밀도는 7.5×109cm-2로 계산되었다. 아직까지는 결함밀도가 다소 높아 전력반도체 응용을 위해서는 결함밀도 감소를 위한 다양한 성장 기술 개발이 필요하며 전기적 특성 변화를 위한 doping 기술이 동시에 개발되어야 한다.
HCl 유량과 성장온도를 조절하여 α-Ga₂O₃ template은성장되었고 그 특성을 분석하였다. 성장된 α-Ga₂O₃ template의 표면은 hillock이 관찰되었지만 RMS roughness가 약 2 nm로 빠른 성장속도에도 매끄러운 표면 상태를 나타냈다. 본 연구를 통해서는 450℃에서 성장한 α-Ga₂O₃ template에서 (0006) 반치폭은17 arcsec, (10-14) 반치폭은 1,853 arcsec로 매우 우수한 특성을 보였으며 이 때의 나선형 전위밀도는 8.

후속연구

5×109cm-2로 계산되었다. 아직까지는 결함밀도가 다소 높아 전력반도체 응용을 위해서는 결함밀도 감소를 위한 다양한 성장 기술 개발이 필요하며 전기적 특성 변화를 위한 doping 기술이 동시에 개발되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Ga2O3의 다섯 가지 상 중에서 가장 넓은 밴드갭을 가지는 상과 그 특징은?	Ga2O3의 다섯 가지 상 중에서 α-Ga2O3는 가장 넓은밴드갭을 가지고 있으며 비교적 고온(~500℃)에서도 안정한 상태를 보인다. 또한 In2O3 (3.
	ɑ-Ga2O3의 성장방법에는 어떠한 것들이 있는가?	현재까지 알려진 바에 의하면 ɑ-Ga2O3는 벌크로 제작될 수 없고 반드시 hetero-epitaxy만으로 성장이 가능하다. 가장 대표적인 성장 방법으로는 mist-chemical vapor deposition (MistCVD) [9], molecular beam epitaxy (MBE) [2], hydride vapor phase epitaxy (HVPE) [8]가 있다. Mist-CVD는 초음파에 의해 전구체가 포함된 수용액이 mist 상태로 바뀌어 캐리어 가스와 함께 챔버로 주입되어 기판 상에서 화학반응을 일으켜 성장하는 장비이다.
	Ga2O3의 특징은 무엇인가?	갈륨 옥사이드(gallium oxide, Ga2O3) 소재는 높은 특성의 전력반도체가 요구되면서 기존에 사용하였던 GaN, SiC의 대체 물질로 각광받고 있어 최근 일본과 미국에서 활발히 연구되는 반도체 물질 중에 하나이다. 특히 Ga2O3는 ultra wide bandgap (UWB) 반도체 물질로써 4.8~5.3 eV의 직접 천이 밴드갭 특성을 보이며, ɑ, β, γ, δ, ε의 다섯 가지 상(phase)으로 존재한다 [1]. 또한 전력반도체용 소재로의 상대적인 우수성을 나타내는 Baliga’s figure of merit (FOM) 특성 값은 3,000 이상으로 매우 높은 값을 보여 주고 있다 [2].

참고문헌 (13)

K. Kaneko, H. Kawanowa, H. Ito, and S. Fujita, Jpn. J. Appl. Phys., 51, 020201 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1143/JJAP.51.020201]
D. Y. Guo, X. L. Zhao, Y. S. Zhi, W. Cui, Y. Q. Huang, Y. H. An, P. G. Li, Z. P. Wu, and W. H. Tang, Mater. Lett., 164, 364 (2016). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.11.001]

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S. C. Vanithakumari and K. K. Nanda, Adv. Mater., 21, 3581 (2009). [DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200900072]

상세보기
D. Guo, Z. Wu, P. Li, Y. An, H. Liu, X. Guo, H. Yan, G. Wang, C. Sun, L. Li, and W. Tang, Opt. Mater. Express, 4, 1067 (2014). [DOI: https://doi.org/10.1364/OME.4.001067]

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C. Jin, S. Park, H. Kim, and C. Lee, Sens. Actuators, B, 161, 223 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.10.023]

상세보기
K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, E. G. Villora, K. Shimamura, and S. Yamakoshi. Appl. Phys. Express, 5, 035502 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1143/APEX.5.035502]

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M. Higashiwaki, K. Sasaki, T. Kamimura, M. H. Wong, D. Krishnamurthy, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi, Appl. Phys. Lett., 103, 123511 (2013). [DOI: https://doi.org/10.1063/1.4821858]

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M. Imura, K. Nakano, N. Fujimoto, N. Okada, K. Balakrishnan, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, I. Akasaki, T. Noro, T. Takagi, and A. Bandoh, Jpn. J. Appl. Phys., 45, 8639 (2006). [DOI: https://doi.org/10.1143/JJAP.45.8639]

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K. Akaiwa, K. Kaneko, K. Ichino, and S. Fujita, Jpn. J. Appl. Phys., 55, 1202BA (2016). [DOI: https://doi.org/10.7567/jjap.55.1202ba]

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D. Shinohara and S. Fujita, Jpn. J. Appl. Phys., 47, 7311 (2008). [DOI: https://doi.org/10.1143/JJAP.47.7311]

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A. L. Patterson, Phys. Rev., 56, 978 (1939). [DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.56.978]

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J. Bai, T. Wang, P. J. Parbrook, K. B. Lee, and A. G. Cullis, J. Cryst. Growth, 282, 290 (2005). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.05.023]

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Y. Chen, H. Song, D. Li, X. Sun, H. Jiang, Z. Li, G. Miao, Z. Zhang, and Y. Zhou, Mater. Lett., 114, 26 (2014). [DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2013.09.096]

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