KR100319389B1 - 유기갈륨 화합물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질화갈륨 박막의 제조 방법 - Google Patents

유기갈륨 화합물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질화갈륨 박막의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 갈륨에 히드라진 계열의 리간드가 결합된 하기 화학식 1로 표현되는 유기갈륨 화합물에 관한 것으로, 본 발명에 따르는 유기갈륨 화합물을 이용하여 간단한 방법으로 경제적으로 육방형 질화갈륨 박막을 제조할 수 있다:
R2(N3)Ga(R'HNNR'H)
상기 식에서, R, R' 및 R'은 각각 수소 또는 탄소 원자 1 내지 5 개를 포함하는 알킬 기이다.

Description

유기갈륨 화합물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 질화갈륨 박막의 제조 방법{Organogallium compound, process for the preparation thereof and preparation of gallium nitride film using same}
본 발명은 금속 갈륨에 히드라진 계열의 리간드가 결합된 유기갈륨 화합물, 이의 제조 방법 및 이 화합물을 선구 물질로 사용하여 금속 유기물 화학 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 방법으로 질화갈륨 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN)은 오래 전부터 연구되어 온 물질이지만 화학량론적으로 제조하기가 용이하지 않아 단결정 형태보다는 대부분 막의 형태로 제조되고 있으며, 최근 들어 거의 모든 반도체 소자가 막의 형태로 제조되고 질화갈륨이 청색 발광 다이오드와 청색 레이저 물질로 유용하다는 사실이 밝혀져 질화갈륨 박막의 제조에 관한 연구가 더욱 활발하게 진행되고 있다.
질화갈륨의 합성은 존슨(Johnson) 등에 의해 처음으로 보고된 바 있으며(W. C. Johnson, J. B. Parsons, and M. C. Crew,J. Phys. Chem., 36, 2651(1932)), 스퍼터링법, 기상 이동 화학 증착법, 분자살 적층 성장법, 금속 유기물 화학 증착법 등의 여러 방법으로 제조될 수 있다. 그러나, 양질의 질화갈륨 박막을 얻는 데는 다음과 같은 두 가지의 어려움이 있다(S. Strite and H. MorkocJ. Vac. Sci. Technol. B, 10, 1237(1992)). 첫째는 질화갈륨과 격자 상수가 맞는 기질을 찾기가 어렵다는 점이고, 둘째는 질소의 빈자리에 의한n형 운반체의 농도가 높다는 점이다. 또한, 질화갈륨 박막을 소자로 응용하기 위해서는, 대면적의 박막을 제조하기에 용이한 방법인 화학 증착법을 사용하고, 저온에서 박막을 성장시키는 것이 매우 중요하다.
이에 당 분야에서는 보다 활성이 높은 질소 원으로 반응성이 큰 히드라진 또는 플라즈마로 활성화시킨 질소를 사용하여 질화갈륨 박막에서 질소의 빈자리 농도를 줄이며, 갈륨과 질소의 직접 결합을 갖는 유기금속 선구 물질을 사용하여 저온에서 질화갈륨을 성장시키는 금속 유기물 화학 증착법을 개발하고자 노력하고 있다.
그러나 금속 유기물 화학 증착법으로 질화갈륨을 저온에서 성장시키기 위해서는 해결하여야 할 문제점들이 있다. 즉, 금속 유기물 화학 증착법에 쓰일 선구 물질이 휘발성이 높아야 하며, 선구 물질이 기질 위에서 분해될 때에 탄소의 오염이 없어야 하고, 갈륨과 질소의 비가 정량적으로 맞아야 하며, 또한 박막의 결정화가 비교적 저온에서 이루어져야 한다는 것이다.
이러한 기술의 예로서, 질화갈륨의 화학 증착에 사용되는 유기갈륨 화합물로서 발화성이 큰 트리에틸갈륨과 부식성이 큰 암모니아의 첨가 생성물(adduct)인 트리에틸모노아민이 사용된 바 있고(J. E. Andrews and M. A. Littlejohn,J. Electrochem. Soc., 122, 1273(1975)), 미국 특허 제 4,975,299 호 및 유럽 특허 제 EP 0 295 467 A2 호에는 비스(디알킬-??-아미도-갈륨) 화합물의 합성과 이를 사용하여 질화갈륨의 막을 화학 증착하는 방법이 기재되어 있다. 또 다른 유기갈륨 화합물로서 비스[디메틸(1,1-디메틸히드라지도)갈륨]이 질화갈륨의 화학 증착에 사용된 바 있다(V. Lakhotia, D. A. Neumayer, A. H. Cowley, R. A. Jones, and J.G. Ekerdt,Chem. Mater., 7, 546(1995)). 그러나 이들의 연구에서는 갈륨과 질소가 이합체 또는 삼합체 형태로 한 분자 내에 포함되어 있어 분자량이 크고 증기압이 낮게 되어 실온에서 대부분 고체로 존재하는 단점이 있고, 박막을 제조할 때에 질소가 부족하게 된다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 상기 문제점을 개선하기 위해 계속 연구를 진행하던 중, 아지도(N3 -) 기와 히드라진 계열의 리간드를 갖는 유기갈륨 화합물을 합성하고 이를 질화갈륨 박막을 제조하기 위한 선구 물질로 사용함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 휘발성이 높으면서, 질화갈륨의 박막을 형성할 때에 질소가 부족해지는 현상을 보완할 수 있는 유기갈륨 화합물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 화합물을 원료로 사용하여 질화갈륨 박막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 실시예 9에서 제조된 질화갈륨 박막의 X선 광전자 스펙트럼 및 X선 회절 스페트럼이고,
도 3은 본 발명의 실시예 10에서 제조된 질화갈륨 박막의 X선 회절 스펙트럼이고,
도 4는 본 발명의 실시예 11에서 제조된 질화갈륨 박막의 X선 회절 스펙트럼이고,
도 5 및 6은 각각 본 발명의 실시예 12에서 제조된 질화갈륨 박막의 X선 광전자 스펙트럼 및 X선 회절 스펙트럼이고,
도 7은 본 발명의 실시예 13에서 제조된 질화갈륨 박막의 X선 회절 스펙트럼이고,
도 8은 본 발명의 실시예 14에서 제조된 질화갈륨 박막의 X선 회절 스펙트럼이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 화학식 1로 표현되는 유기갈륨 화합물을 제공한다.
화학식 1
R2(N3)Ga(R'HNNR'H)
상기 식에서, R, R' 및 R'은 각각 수소 또는 탄소 원자 1 내지 5 개를 포함하는 알킬 기이다.
또한, 본 발명에서는, (1) 하기 화학식 2의 알킬히드라진 할로겐화 수소산염과 하기 화학식 3의 트리알킬갈륨을 반응시켜 하기 화학식 4의 화합물을 제조하고, (2) 화학식 4의 화합물과 아지도나트륨을 반응시키는 것을 포함하는 화학식 1의 유기갈륨 화합물의 제조 방법을 제공한다:
(R'HNNHR')·HX
R3Ga
R2(X)Ga(R'HNNR'H)
상기식에서 R, R' 및 R'은 수소 또는 탄소 원자 1 내지 5 개를 포함하는 알킬 기이고, X는 할로겐 원소이다.
상기 화학식에서, 할로겐으로는 특히 염소, 브롬 및 요오드가 바람직하다.
구체적으로, 상기 단계 (1)에서는, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 알킬히드라진 염산염을 포함하는 현탁 용액에 트리알킬갈륨을 저온, 예를 들어 -70 내지 10 ℃에서 천천히 반응시켜 화학식 4의 화합물을 얻는다. 이 반응에 사용할 수 있는 용매로는 테트라하이드로퓨란(THF), 아세토니트릴, 디에틸에테르 등이 있고, 모두 공지된 방법에 따라 물과 산소를 제거한 후 사용한다:
R3Ga + (R'HNNHR')·HX → R2(X)Ga(R'HNNR'H) + RH
이어서, 상기 단계 (2)에서는, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 화학식 4의 화합물을 아지도나트륨과 반응시켜 본 발명에 따른 화학식 1의 유기갈륨 화합물을 얻는다. 이 반응에 사용할 수 있는 용매로는 테트라하이드로퓨란, 아세토니트릴, 톨루엔 등이 있고, 모두 공지된 방법에 따라 물과 산소를 제거한 후 사용하며, 70 내지 100 ℃의 온도에서 수행한다:
R2(X)Ga(R'HNNR'H) + NaN3→ R2(N3)Ga(R'HNNR'H) + NaX
상기 모든 반응은 모두 장갑 상자나 슐렌크 라인(Schlenk line) 기법을 사용하여 비활성 기체 분위기에서 수행한다.
또한 본 발명에서는 상기 화학식 1의 화합물을 증기 상태로 운반하여 기질과 접촉시킴으로써 기질 표면에 질화갈륨 막을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 기질로는 규소 단결정, 또는 기타 반도체 기질 등이 사용될 수 있으며, 본원 발명의 화학식 1 화합물의 기화 온도는 40 내지 100 ℃이다. 상기 증착 공정은 400 내지 800 ℃에서, 10-6내지 10-2Torr의 압력 하에서 수행할 수 있다.
이하 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
클로로디알킬갈륨 히드라진 유도체(화학식 4의 화합물)의 제조
제조예 1
히드라진 염산염 1.0 g을 포함하는 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 트리메틸갈륨((CH3)3Ga) 1.7 g을 주사기를 사용하여 0oC에서 15 분 동안 넣어 주면서 교반하고, 반응 온도를 천천히 실온까지 올린 다음 5 시간 동안 교반하였다. 반응 중에 기포함을 통해 메탄이 발생함을 확인하였다. 진공 하에서 과량의 용매를 제거하고 흰색 고체 2.1 g을 수득하였다. 질산은(AgNO3) 시험을 통하여 수득된 고체가 염소를 포함하고 있음을 확인하고,1H-NMR 스펙트럼을 통하여 클로로디메틸갈륨 히드라진(녹는점: 약 66 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): -0.16(s, 6H, Ga-CH 3); 4.29(br, 4H, N-H).
제조예 2
메틸히드라진 염산염 1.0 g을 포함하는 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 트리메틸갈륨 1.4 g을 0 ℃에서 주사기를 사용하여 천천히 넣어 주면서 교반하고 반응 온도를 천천히 실온까지 올린 다음 5 시간 동안 교반하였다. 반응 중에 기포함을 통해 메탄이 발생함을 확인하였다. 진공 하에서 과량의 용매를 제거하고 흰색 고체 1.8 g을 수득하였다. 질산은 시험으로 수득된 고체가 염소를 포함하고 있음을 확인하고,1H-NMR 스펙트럼을 통하여 클로로디메틸갈륨 메틸히드라진이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): -0.30(s, 6H, Ga-CH 3); 2.55(s, 3H, NCH 3); 4.27(br, 3H, N-H).
제조예 3
3차 부틸히드라진 염산염 2.0 g을 포함하는 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 트리메틸갈륨을 0 ℃에서 주사기를 통해 천천히 넣어 주면서 교반하고 반응 온도를 천천히 실온까지 올린 다음 5 시간 동안 교반하였다. 반응 중에 기포함을 통해 메탄이 발생함을 확인하였다. 진공 하에서 과량의 용매를 제거하고 흰색 고체 2.7 g을 수득하였다. 질산은 시험을 통하여 수득된 고체가 염소를 포함하고 있음을 확인하고,1H-NMR 스펙트럼을 통하여 클로로디메틸갈륨 3차 부틸히드라진(녹는점: 약 94 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): -0.32(s, 6H,Ga-CH 3); 1.09(s, 9H, NC(CH 3)3); 4.32 (br, 3H, N-H).
제조예 4
히드라진 염산염 1.0 g을 포함하는 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 트리에틸갈륨((CH2CH3)3Ga) 2.3 g을 0 ℃에서 주사기를 사용하여 천천히 넣어 주면서 교반하고 반응 온도를 천천히 실온까지 올린 다음 5 시간 동안 교반하였다. 반응 중에 기포함을 통해 에탄이 발생함을 확인하였다. 진공 하에서 과량의 용매를 제거하고 흰색 고체 2.5 g을 수득하였다. 질산은 시험을 통하여 수득된 고체가 염소를 포함하고 있음을 확인하고,1H-NMR 스펙트럼을 통하여 클로로디에틸갈륨 히드라진(녹는점: 약 50 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): 0.38 (quartet, 4H, Ga-CH 2CH3); 1.06 (t, 6H, Ga-CH2CH 3); 4.17 (br, 4H, N-H).
제조예 5
메틸히드라진 염산염 1.0 g을 포함하는 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 트리에틸갈륨 1.9 g을 0oC에서 주사기를 통해 천천히 넣어 주면서 교반하고 반응 온도를 천천히 실온까지 올린 다음 5 시간 동안 교반하였다. 반응 중에 기포함을 통해 에탄이 발생함을 확인하였다. 진공 하에서 과량의 용매를 제거하고 흰색 고체 2.2 g을 수득하였다. 질산은 시험을 통하여 수득된 고체가 염소를 포함하고 있음을 확인하고,1H-NMR 스펙트럼을 통하여 클로로디에틸갈륨 메틸히드라진이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): 0.38 (quartet, 4H, Ga-CH 2CH3); 1.06 (t, 6H, Ga-CH2CH 3); 2.56 (s, 3H, N-CH 3); 4.20 (br, 3H, N-H).
제조예 6
3차 부틸히드라진 염산염 2.0 g을 포함하는 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 트리에틸갈륨 2.5 g을 0oC에서 주사기를 사용하여 천천히 넣어 주면서 교반하고 반응 온도를 천천히 실온까지 올린 다음 5 시간 동안 교반하였다. 반응 중에 기포함을 통해 에탄이 발생함을 확인하였다. 진공 하에서 과량의 용매를 제거하고 흰색 고체 3.3 g을 수득하였다. 질산은 시험을 통하여 수득된 고체가 염소를 포함하고 있음을 확인하고,1H-NMR 스펙트럼을 통하여 클로로디에틸갈륨 3차 부틸히드라진 (녹는점: 약 90 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): 0.41 (quartet, 4H, Ga-CH 2CH3); 1.07 (t, 6H, Ga-CH2CH 3); 1.08 (s, 9H, N-C(CH 3)3); 4.25 (br, 3H, N-H).
아지도디알킬갈륨 히드라진 유도체(화학식 1의 화합물)의 제조
실시예 1
아지도나트륨 1.0 g을 포함하는 10 mL 테트라하이드로퓨란 현탁 용액에 제조예 1에서 합성된 클로로디메틸갈륨 히드라진 첨가 생성물 1.0 g을 녹인 테트라하이드로퓨란 10 mL 용액을 실온에서 가하면서 교반한 다음, 반응 온도를 환류 온도까지 올려 12 시간 동안 교반하였다. 반응하지 않은 아지도나트륨과 부산물인 염화나트륨을 유리 거르개로 제거한 후, 거른 액으로부터 과량의 용매를 진공 하에서 제거하고 흰색 고체 0.8 g을 수득하였다. 이 고체의1H-NMR 스펙트럼으로부터 아지도디메틸갈륨 히드라진(녹는점: 약 70 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): -0.20 (s, 6H, Ga-CH 3); 4.27 (br, 4H, N-H); FT-IR(ν(cm-1), KBr 펠렛): 2076.
실시예 2
상기 제조예 2에서 합성된 클로로디메틸갈륨 메틸히드라진 첨가 생성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 무색 액체 0.8 g을 수득하였다. 이 액체의1H-NMR 스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼으로부터 아지도디메틸갈륨 메틸히드라진이 합성되었음을 확인하였다:1H-NMR(아세토니르릴-d 3 , ppm): -0.39 (s, 6H, Ga-CH 3); 2.54 (s, 3H, N-CH 3); 4.34 (br, 4H, N-H); FT-IR(ν(cm-1), KBr 펠렛): 2080.
실시예 3
상기 제조예 3에서 합성된 클로로디메틸갈륨 3차 부틸히드라진 첨가 생성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 흰색 고체 0.8 g을 수득하였다. 이 고체의1H-NMR 스펙트럼으로부터 아지도디메틸갈륨 3차 부틸히드라진(녹는점: 약 95 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR (아세토니르릴-d 3 , ppm): -0.32 (s, 6H, Ga-CH 3); 1.09 (s, 9H, N-C(CH 3)3); 4.32 (br, 3H, N-H); FT-IR(ν(cm-1), KBr 펠렛): 2084.
실시예 4
상기 제조예 4에서 합성된 클로로디에틸갈륨 히드라진 첨가 생성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 흰색 고체 0.9 g을 얻었다. 이 고체의1H-NMR 스펙트럼으로부터 아지도디에틸갈륨 히드라진(녹는점:약 97 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm: 0.32 (quartet, 4H, Ga-CH 2CH3); 1.06 (t, 6H, Ga-CH2CH 3); 4.01 (br, 4H, N-H); FT-IR(ν(cm-1), KBr 펠렛): 2094.
실시예 5
상기 제조예 5에서 합성된 클로로디에틸갈륨 메틸히드라진 첨가 생성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 무색 액체 0.8 g을 수득하였다. 이 액체의1H-NMR 스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼으로부터 아지도디에틸갈륨 메틸히드라진이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR(아세토니트릴-d 3 , ppm): 0.38 (quartet, 4H, Ga-CH 2CH3); 1.08 (t, 6H, Ga-CH2CH 3); 2.55 (s, 3H, N-CH 3); 4.32 (br, 3H, N-H); FT-IR(ν(cm-1), KBr 펠렛): 2085.
실시예 6
상기 제조예 6에서 합성된 클로로디에틸갈륨 3차 부틸히드라진 첨가 생성물을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 흰색 고체 0.8 g을 얻었다. 이 고체의1H-NMR 스펙트럼과 FT-IR 스펙트럼으로부터 아지도디에틸갈륨 3차 부틸히드라진(녹는점: 약 46 ℃)이 합성되었음을 확인하였다;1H-NMR (아세토니트릴-d 3 , ppm): 0.38 (quartet, 4H, Ga-CH 2CH3); 1.08 (t, 6H, Ga-CH2CH 3); 1.08 (s, 9H, N-C(CH 3)3); 4.16 (br, 3H, N-H); FT-IR(ν(cm-1), KBr 펠렛): 2079.
질화갈륨 박막의 제조
실시예 7
상기 실시예 1에서 합성한 아지도디메틸갈륨 히드라진 0.5 g을 80 ℃에서 기화시켜, 1.0 x 10-2Torr의 초기 압력에서 600oC로 가열한 Si(111) 기질 위에 전체 압력을 1.5 x 10-4Torr로 조절하여 5 시간 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법을 이용하여 증착된 막이 질화갈륨 막임을 확인하였다.
실시예 8
상기 실시예 2에서 합성한 아지도디메틸갈륨 메틸히드라진 0.5 g을 80 ℃에서 기화시켜, 6.0 x 10-7Torr의 초기 압력에서 600 ℃로 가열한 Si(111) 기질 위에전체 압력을 5.0 x 10-5Torr로 조절하여 5 시간 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법을 이용하여 증착된 막이 (002) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다.
실시예 9
상기 실시예 3에서 합성한 아지도디메틸갈륨 3차 부틸히드라진 0.5 g을 75 ℃에서 기화시켜, 6.0 x 10-8Torr의 초기 압력에서 600 ℃로 가열한 Si(100) 기질 위에 전체 압력을 1.0 x 10-4Torr로 조절하여 5 시간 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법을 이용하여 형성된 막이 (002) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다. 이를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.
실시예 10
상기 실시예 4에서 합성한 아지도디에틸갈륨 히드라진 0.5 g을 80 ℃에서 기화시켜, 1.0 x 10-2Torr의 초기 압력에서 550 ℃로 가열된 Si(111) 기질 위에 전체 압력을 1.5 x 10-2Torr로 조절하여 9 시간 30 분 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법(도 3)을 이용하여 형성된 막이 (110) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다.
실시예 11
상기 실시예 5에서 합성한 아지도디에틸갈륨 메틸히드라진 0.5 g을 75 ℃에서 기화시켜, 2.0 x 10-8Torr의 초기 압력에서 600 ℃로 가열된 Si(100) 기질 위에 전체 압력을 400 Torr로 조절하여 3 시간 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법(도 4)을 이용하여 형성된 막이 (002) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다.
실시예 12
상기 실시예 5에서 합성한 아지도디에틸갈륨 메틸히드라진 0.5 g을 75 ℃에서 기화시켜, 2.0 x 10-7Torr의 초기 압력에서 600 ℃로 가열된 Si(111) 기질 위에 전 압력을 4 x 10-4Torr로 조절하여 3 시간 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법을 이용하여 형성된 막이 (002) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다. 이를 각각 도 5 및 도 6에 나타내었다.
실시예 13
상기 실시예 6에서 합성한 아지도디에틸갈륨 3차 부틸히드라진 0.5 g을 75 ℃에서 기화시켜, 1.0 x 10-2Torr의 초기 압력에서 500 ℃로 가열한 Si(111) 기질 위에 전체 압력을 1.5 x 10-2Torr로 조절하여 4 시간 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법(도 7)을 이용하여 형성된 막이 (002) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다.
실시예 14
상기 실시예 12에서 합성한 아지도디에틸갈륨 3차 부틸히드라진 0.5 g을 75 ℃에서 기화시켜, 1.0 x 10-2Torr의 초기 압력에서 500 ℃로 가열한 Si(111) 기질 위에 전체 압력을 1.5 x 10-2Torr로 조절하여 4 시간 30 분 동안 화학 증착을 실시하였다.
X선 광전자 분광법과 X선 회절법(도 8)을 이용하여 형성된 막이 (002) 방향으로 우선 배향된 질화갈륨 막임을 확인하였다.
본 발명에 따른, 갈륨에 히드라진 계열의 리간드가 결합된 유기갈륨 화합물을 선구 물질로 사용하면 화학 증착법으로 낮은 온도로도 질화갈륨 박막을 제조할 수 있으며, 이를 청색 발광 다이오드, 청색 레이저, 각종 화합물 반도체 소자 제조에 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 유기갈륨 화합물:
    R2(N3)Ga(R'HNNR'H)
    상기 식에서, R, R' 및 R'은 각각 수소 또는 탄소 원자 1 개 내지 5 개를 포함하는 알킬 기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물이 아지도디메틸갈륨 히드라진, 아지도디메틸갈륨 메틸히드라진, 아지도디메틸갈륨 3차 부틸히드라진, 아지도디에틸갈륨 히드라진, 아지도디에틸갈륨 메틸히드라진 및 아지도디에틸갈륨 3차 부틸히드라진으로 이루어진 군에서 선택된 화합물임을 특징으로 하는 화합물.
  3. (1) 하기 화학식 2의 알킬히드라진 염산염과 하기 화학식 3의 알킬갈륨을 반응시켜 하기 화학식 4의 화합물을 제조하고, (2) 화학식 4의 화합물과 아지도나트륨을 반응시키는 것을 포함하는 하기 화학식 1의 유기갈륨 화합물의 제조 방법:
    화학식 2
    (R'HNNHR')·HX
    화학식 3
    R3Ga
    화학식 4
    R2(X)Ga(R'HNNR'H)
    화학식 1
    R2(N3)Ga(R'HNNR'H)
    상기 식에서, R, R' 및 R'은 각각 수소 또는 탄소 원자 1 개 내지 5 개를 포함하는 알킬 기이고, X는 할로겐 원소다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계 (1)을 테트라하이드로퓨란, 아세토니트릴 또는 디에틸에테르의 용매를 사용하여 -79 내지 10 ℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 단계 (2)를 테트라하이드로퓨란, 아세토니트릴 또는 톨루엔의 용매를 사용하여 70 내지 100 ℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 하기 화학식 1의 화합물을 증기 상태로 기질과 접촉시켜 기질 표면에 질화갈륨 박막을 제조하는 방법:
    화학식 1
    R2(N3)Ga(R'HNNR'H)
  7. 제 6 항에 있어서,
    화학식 1의 화합물을 40 내지 100 ℃의 온도에서 기화시켜 400 내지 800 ℃의 온도에서 증착하는 것을 특징으로 하는 방법.
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