HVPE 방법으로 갈륨나이트라이드 웨이퍼 성장시 NH3와 HCl 가스 조성비가 휨에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

최근 High Brightness-LED, Laser diode, Power devices(HEMT)와 같은 폭넓은 분야에 걸쳐 밴드갭이 넓은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 여러 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 중 GaN질화물계 반도체에 웨이퍼 성장과 관련된 연구를 진행하였다. HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)공법을 이용해사파이어 기판위에 성장되는 GaN on sapphire 웨이퍼는 이종성장의 이유로 높은 전위결함밀도를 갖게 되고, 웨이퍼의 휨이 발생해 소자를 제작하기 위한 후공정의 문제를 초래하게 된다.따라서 고정된 가스비를 사용하던 two-step 성장 공정을 총 15단계의 가스비로 변경하여 buffer layer 성장을 진행하였고, LLO 공정 후 웨이퍼의 휨이 완화되는 결과를 얻을 수 있었다. Graded buffer 성장방법은에피 성장을 포함하고있는 buffer layer을 좀더 rough하고, porous하게 성장되도록 유도함으로써 LLO후 GaN와 사파이어 계면사이 존재하던 stress의 방향을 바꿀수 있는 방법이다. Graded buffer 성장방식으로 성장된 GaN의 표면 특성을 SEM_CL 분석방법과 optical microscope를 이용해 분석한 결과 DD(dislocation density)는 약~106[ea/cm2]으로써 기존 two-step 성장방식의 결과와 크게 다르지 않았다.성장된 GaN의 휨 결과는 Raman scattering분석을 통하여 shift(∆ω)된 정량적인 수치를 통해 검증였고,실제 성장된 GaN웨이퍼의 휨을 측정하여 실험적인 결론을 도출하였다.