KR100346015B1 - 질소 공급원으로서 질소 원자-활성종을 사용하는 유기금속화학증착에 의한 ｉｉｉ족 금속 질화물 박막의 성장 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기금속 화학증착법에 의한 단결정, 비정질 또는 다결정의 III족 금속 질화물 박막의 성장 방법에 있어서 질소의 공급원으로서 활성 상태의 질소 원자 (N*, 질소 원자-활성종)를 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 종래의 III족 금속 질화물의 유기금속 화학증착법에서 질소 공급원으로 사용되는 암모니아 기체 (NH3) 대신, 질소 원자-활성종, 특히 유전체 장벽 방전에 의한 질소 원자-활성종을 사용함으로써, 약 700 ℃ 내지 1000 ℃의 저온에서 단결정 사파이어 (α-Al2O3) 뿐만 아니라, 실리콘 (Si), 갈륨비소 (GaAs) 또는 석영 웨이퍼, 또는 다결정의 실리카 유리 (SiO2-유리) 기판 위에도 단결정, 비정질 또는 다결정의 III족 금속 질화물 박막을 성장시킬 수 있다. 또한, 암모니아를 사용하는 경우처럼 질소 원자-활성종을 불필요하게 많은 양으로 공급하지 않아도 될 뿐 아니라, 필요에 따라 충분한 양의 질소 원자-활성종을 공급할 수 있기 때문에 III족 금속 질화물 박막의 성장 속도가 빨라진다.
Description
본 발명은 질소 공급원으로서 활성 상태의 질소 원자 (N*, 이하 "질소 원자-활성종"이라 칭함)를 사용하여 기판 위에 III족 금속 질화물의 에피택셜 박막 (기판과 특정 방위 관계를 갖는 단결정 박막), 또는 비정질 또는 다결정 박막을 성장시키는 유기금속 화학증착법 (Organometallic Compound Chemical Vapor Deposition Method: MOCVD로 약칭함)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판 위에 III족 원소의 공급원으로서 유기금속 화합물 전구체 또는 그의 혼합물을 사용하고, V족 원소인 질소의 공급원으로서 질소 원자-활성종을 사용하여 화학 증착 반응시킴으로써, 700 ℃ 내지 1000 ℃의 비교적 낮은 기판 온도에서 단결정, 비정질 또는 다결정의 III족 금속 질화물 박막을 성장시키는 유기금속 화학증착법에 관한 것이다.
통상적으로, 기판 위에 양질의 III족 금속 질화물 박막을 성장시키기 위해서는 유기금속 화학증착방법이 이용되고 있는 데, 이 때 III족 원소 공급원으로는, 예를 들면 메틸기 또는 에틸기를 갖는 유기금속 화합물 전구체가, V족 원소인 질소의 공급원으로서는 암모니아 (NH3) 기체가 사용되고 있다.
그러나, 기판 위에 III족 금속 질화물 박막을 성장시키는 유기금속 화학증착법에서 질소 공급원으로 암모니아를 사용하는 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 암모니아에서 질소와 수소의 결합력 (즉, N-H 결합)이 매우 강해서 1000℃에서 암모니아의 평형 분압은 1 X 10-3기압 이하로 매우 낮다. 따라서, 유기금속 전구체의 해리 온도는 최대 500 ℃ 정도로 낮음에도 불구하고, 암모니아를열분해시켜서 질소 원자를 충분히 공급하기 위해서는 질화물 박막 제조 온도 (즉, 기판의 온도)를 1000℃ 이상으로 높게 가열시켜야 한다.
둘째, 암모니아로부터 열분해된 질소 원자 (N)와 수소 원자 (H)는 수명이 짧아서 분해 즉시 재결합하여 다시 암모니아를 만든다. 따라서, III족 원소의 전구체로 쓰이는 유기금속 화합물과 질소 공급원으로서의 암모니아의 분해 불균형을 극복하기 위하여 유기금속 전구체의 500 내지 1000 배 정도에 해당하는 필요보다 훨씬 많은 양의 암모니아를 공급해야 하며, 이러한 과량의 암모니아를 사용함에도 불구하고 III족 금속 질화물 박막 성장에서 질소 결핍은 여전히 문제가 되고 있다.
셋째, 다량의 암모니아가 분해되지 않거나 또는 일시적으로 분해된 것이 다시 암모니아 기체로 재결합된 채 배기되므로 화학증착 반응 후 암모니아를 회수 또는 재처리하기 위한 특별한 장치가 추가적으로 필요하며, 진공 펌프를 정기적으로 청소해 주어야 한다.
한편, 종래의 유기금속 화학증착법으로 III족 금속 질화물 박막을 성장시키기 위해서는 화학 증착 반응 온도가 1000℃ 이상의 고온이어야 하기 때문에, 기판으로서 1000℃ 이상의 높은 온도에서도 안정한 재료, 예를 들면 사파이어를 사용해야만 한다.
또한, 기판 재료와 증착되는 질화물은 서로 격자 상수와 열팽창 계수가 다르기 때문에, 기판 상에 그 기판과 특정 방위 관계를 갖는 단결정 박막 인 에피택셜 박막을 성장시키는 것이 어렵고, 다결정 형태의 질화물 박막이 형성되는 것이 일반적이다. 에피택셜 박막이 성장되는 경우에도, 질화물 박막은 상당한 전위 밀도를갖고, 적층 결함과 같은 격자 결함이 많이 생기고, 잔류 응력이 높으며, 심한 경우에는 실온으로 냉각시킨 박막층에 크랙이 발생할 수 있다. 예를 들면, 종래의 유기금속 화학증착법으로 성장시킨 GaN 박막은 108내지 109/㎠의 전위 밀도를 갖고, 격자 결함이 많이 생기고, 전기적 및 광학적 성질이 불량하다.
따라서, GaN과 같은 질화물의 에피택셜 박막에서 격자 결함의 농도를 낮추기 위하여, 유기금속 화학증착법을 개선하기 위한 여러 가지 시도가 있었다.
예를 들면, 완충층의 성장이나 질화 처리법과 같은 기판의 전처리 방법 등이 개발되었으며, LOG법 (Lateral Over Growth) 또는 다단계 성장법과 같은 새로운 공정에 대한 연구가 계속되고 있다.
이에, 본 발명자들은 종래의 유기금속 화학증착법에 따른 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 질소의 공급원으로서 질소 원자-활성종을 사용하면, 약 700℃ 내지 1000℃ 정도의 비교적 낮은 기판 온도에서도 기판 위에 단결정, 비정질 또는 다결정의 III족 금속 질화물 박막을 화학 증착시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 질소의 공급원으로서 암모니아 대신에 질소 원자-활성종을 사용하여 기판 위에 III족 금속 질화물 박막을 성장시키는 유기금속 화학증착법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 유전체 장벽 방전을 이용한 질소 원자-활성종 공급 장치의 개략도.
도 2는 도 1의 A 영역의 부분 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1: 동조 회로
2: 중,저주파 교류전원 공급장치
3: 텅스텐 전극
4: 유전체 석영
5: 알루미늄 전극
6: 질소 원자-활성종 공급 장치
상기 본 발명의 목적은 기판 위에 III족 금속 질화물 박막을 성장시키는 유기금속 화학증착법에 있어서 질소의 공급원으로서 질소 원자-활성종, 특히 유전체 장벽 방전에 의해 생성된 활성화된 질소 원자를 사용함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, III족 금속 원소의 공급원으로서 그의 유기금속 화합물 전구체 또는 그 혼합물을 사용하고, 질소의 공급원으로서 질소 원자-활성종을 사용하여 화학 증착 반응기 내 기판의 온도 약 700 ℃ 내지 1000 ℃에서 화학 증착 반응시키는 것을 포함하는, 기판 위에 III족 금속 질화물 박막을 성장시키는 방법이 제공된다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 III족 원소로서는 Al, Ga 또는 In 등이 있으며, 이들은 메틸기 또는 에틸기 등의 알킬기를 갖는 유기금속 화합물 전구체, 예를 들면 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨 또는 트리에틸인듐 등이나 그 혼합물로서 화학증착 반응기에 공급된다.
V족 원소인 질소의 공급원으로는 질소 원자-활성종이 사용된다. 질소 원자-활성종은 활성화된 상태의 질소 원자를 의미하는 것으로서, 이는 질소 원자-활성종 공급 장치에 의해 발생된다. 질소 원자-활성종 공급 장치는 질소 원자-활성종을 발생시킬 수 있는 장치이면 어떤 것이라도 무방하지만, 바람직하기로는 소위 유전체 장벽 방전 반응(Dielectric Barrier Discharge: DBD)이 일어날 수 있는 장치에서 발생시킬 수 있다. 유전체 장벽 방전은 수 ㎜의 간격으로 이격된 금속 전극과 고유전율 물질 사이의 유전체 장벽에 약 500 kHz 이하의 중,저주파수의 교류 전원을 인가하여 유전체에 도전된 전하가 순간적으로 방전되는 전자 충격 (마이크로 방전 반응)이 연속적으로 일어나는 것을 의미한다.
유전체 장벽 반응에 의해 질소 원자-활성종을 발생시키는 경우, 질소 기체를 수 ㎜의 간격으로 이격된 금속 전극과 고유전율 물질 사이의 유전체 장벽에 약 500 kHz 이하의 중,저주파수의 교류 전원을 인가하면서 통과시킨다. 이 때, 유전체 장벽 방전이 일어나게 되고, 질소 기체는 다음의 반응식에 따라 원자 (N), 활성 상태의 원자 (N*), 원자 및 분자 이온 (N+, N2 +) 또는 활성 상태의 분자 (N2 *) 등으로 분해된다.
N2+ e- → N, N*, N+, N2 +, N2 *
이처럼 유전체 장벽 방전으로 분해된 원자 (N과 N*), 활성 상태의 분자 (N2 *), 및 이온 (N2 +와 N+)은 각각 다음의 반응 경로를 통하여 재결합하면서 최종적으로 분자 상태의 질소로 환원된다.
N + N → N2
N*+ N*→ N2+ hν (황색)
N2 *+ e- → N+ 2+ 2e-
N2 ++ e- → N++ N + 2e-
N++ 2e- → N2+ hν
유전체 장벽 방전 영역을 통과한 기체는 활성 상태의 원자와 질소 분자로 구성되며, 시간이 흐름에 따라 모두 분자 상태로 회귀한다. 활성 상태의 원자의 수명은 약 9 ㎳로 이온의 수명 (약 10 ns)에 비하여 약 1000 배 정도 길어서, 질소 이온의 재결합 반응은 질소 원자의 재결합 반응에 비하여 훨씬 빠르게 진행된다. 특히, 질소 원자-활성종 (N*)의 재결합 반응 과정은 노란색 발광 반응으로 관찰되며 NO-적정법으로 분석하면 질소 원자-활성종의 존재와 양이 정확하게 분석된다.
유전체 장벽 방전에 의해 제조된 질소 원자-활성종의 양은 유전체 장벽의 간격, 질소 기체의 유입량과 유전체 장벽에 인가되는 전력과 주파수 및 반응기의 압력에 의하여 변한다. 예를 들면, 질소 유입량이 1000 ㏄/분이고 유전체 장벽 인가 전력이 100 W인 조건에서 질소 원자-활성종의 양은 4 X 10+18개/초로 검출된다. 이 검출량은 2.4 μmol/분에 해당한다.
본 발명에 따라, 질소 원자-활성종은 질소 원자-활성종 공급장치로부터 화학증착 반응기로 공급되며, 이 때, 화학증착 반응기의 내부 압력은 질소원자-활성종 생성 영역의 압력 (100 내지 400 torr) 보다 낮은 약 10 내지 100 torr이며, 생성된 질소 원자-활성종은 압력이 낮은 화학증착 반응기로 자연스럽게 공급된다.
질소 원자-활성종 공급 장치는 수평식의 석영관 반응 장치와 수직식의 스텐레스 챔버에 모두 유효하다. 두 장치의 차이점은 기판 재료에 질소 원자-활성종을공급하는 방법과 기하학적인 배열을 들 수 있다.
본 발명에 따르면, III족 금속 질화물 박막을 형성시키기 위한 질소 원자-활성종을 열분해 방식으로 공급하지 않으므로 종래의 암모니아를 사용하는 경우처럼 높은 온도로 가열할 필요가 없기 때문에, 즉, 화학 증착 반응이 약 700℃ 내지 1,000℃의 비교적 낮은 온도에서 수행되기 때문에, 기판 재료로 1,000℃ 이상의 온도에서도 안정한 단결정 형태의 사파이어 (α-Al2O3) 뿐 아니라, 실리콘 (Si), 갈륨비소 (GaAs) 또는 석영 웨이퍼, 또는 실리카 유리 (SiO2-유리) 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 화학증착 반응기 내 기판의 온도는 목적하는 질화물 박막의 품질과 다른 공정 조건에 따라서 정해지지만, 일반적으로 약 700℃ 내지 1,000℃이다.
또한, 유기금속 화학증착 반응기의 압력은 약 10 내지 100 ㎜Hg (1333 내지 13330 N/㎡)로 유지하고, 기판의 표면은 어떠한 불순물도 없는 상태로 유지한다.
본 발명에 따르면, III족 금속 원소의 공급원인 유기금속 화합물 전구체는 운반기체인 질소(또는 수소) 기체로 버블링시킨 다음, 수십 μmol/분 정도의 유량으로 화학 증착 반응기에 공급되며, 이 공급량은 질소 원자-활성종 공급 장치로부터 화학증착 반응기에 공급되는 질소 원자-활성종의 양과 대등한 수준이다.
운반 기체는 종래의 유기금속 화학증착법에서와 마찬가지로 질화물 박막의 형성 반응을 제어하기 위하여 유기금속 화합물 전구체와 함께 화학증착 반응기에흘려주는 기체로서, 질소 또는 수소 기체가 적당량 사용된다. III족 원소의 유기금속 화합물 전구체가 충분히 해리될 정도로 가열된 용기로 운반 기체를 흘려주어서 기판에 공급되는 유기금속 전구체의 유량을 조절한다. 운반 기체의 양은 기판 온도, 반응기 압력, 반응 기체들의 공급 방법 등에 의하여 조절된다.
반응기 내의 가열된 기판에 도달한 유기금속 전구체는 열분해되어 질소 원자-활성종과 표면 반응 또는 기상 반응함으로써, 기판과 특정한 결정 방위 관계로 기판 위에 순수한 단결정, 비정질 또는 다결정의 III족 금속 질화물 박막을 형성한다. 또한, 미반응 유기금속 전구체와 운반 기체, 분해 생성물 (예를 들면, III족 원소인 Al, Ga 또는 In과 CH4)과 재결합된 질소 (N2) 등은 배출기를 통하여 배기된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시양태를 설명한다.
도 1은 유전체 장벽 방전을 이용한 질소 원자-활성종 공급 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 A 영역의 부분 확대도이다.
질소 원자-활성종 공급 장치 (6)은 석영관 (4)와 같은 고유전율 물질 관의 중앙에 텅스텐 전극 (3)과 같은 금속 전극이 위치하고, 이 텅스텐 전극 (3)과 석영관 (4) 사이에 약 500 kHz 이하의 중,저주파수 교류 전원이 인가되어 유전체 석영관 (4)에 도전된 전하가 순간적으로 방전되는 전자 충격 (즉, 마이크로 방전 반응)이 연속적으로 일어나는 환경 하에 고순도 질소 (N2) 또는 질소와 아르곤의 혼합 기체 (N2+ Ar)를 통과시킴으로써 활성화 상태의 질소를 생성하며, 이렇게 생성된 질소 원자-활성종은 유기금속 화학증착 반응기로 공급된다.
유전체 장벽 방전이 일어나는 질소-원자 활성종 공급 장치 (6)에는 질소 (N2) 또는 질소와 아르곤의 혼합 기체 (N2+ Ar)를 공급하면서 유전체와 전극 사이에 중,저주파수의 교류 전원을 인가한다. 질소 기체와 함께 아르곤 기체를 공급할 경우 마이크로 방전이 극대화된다. 이는 마이크로 방전에 의한 Ar의 해리가 N2의 해리 효율 보다 우세하고, 그에 따른 Ar의 2차 충돌에 의하여 N2의 해리가 촉진되기 때문이다. 실제로, Ar이 80% 이상일 때에는 그 영향이 현저하게 나타나는 데, 80% Ar에서 N2의 해리 효율은 약 0.47%이나, Ar의 혼합비가 증가하여 95% Ar에서는 N2의 해리 효율이 약 2.26%에 달하게 된다.
인가 전력은 유전체 장벽의 크기에 따라 정해지는데, 석영을 유전체 물질로 사용하는 경우에는 대체로 500 W 이하의 전력이면 충분하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 질소 공급원으로서 유전체 장벽 방전에 의해 제조된 질소 원자-활성종을 질소 원자-활성종 공급 장치 (6)으로부터 화학증착 반응기로 공급하고, 이 때 III족 금속 원소, 예를 들면 Al, Ga 또는 In의 공급원으로서 이들의 유기금속 화합물 전구체를 질소 기체 등의 운반 기체와 함께 유기금속 화학 증착 반응기에 공급하여 기판 온도 약 700 ℃ 내지 1,000 ℃에서 화학 증착 반응시킴으로써, 기판 위에 III족 금속 질화물 박막을 성장시킨다. 이를 특히 유전체 장벽 방전에 의한 유기금속 화학증착법 (DBD-MOCVD 공정)이라 한다.
본 발명에 따른 MOCVD 방법 및 그로부터 얻어지는 효과는 하기의 실시예로부터 보다 명확하게 이해될 것이다. 물론, 이 실시예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
GaN 박막의 제조
원자-활성종 공급 장치 (6)에서 텅스텐 전극 (3)과 석영관 (4) 사이에 약 220 ∼ 260 kHz의 교류 전원을 300 W의 전력으로 인가하여 유전체 석영관 (4)에 도전된 전하가 순간적 방전되는 전자 충격이 연속적으로 일어나는 환경 하에 600 sccm의 고순도 질소 (N2)를 통과시켜서 유전체 장벽 방전에 의해 활성화 상태의 질소 (질소원자-활성종)를 제조하였다.
진공으로 배기된 수평 유기금속 화학증착 반응기 내의 압력을 10 ∼ 100 torr로 유지하고, 700 ℃의 온도로 가열된 깨끗한 (0001) 방위의 사파이어 (α-Al2O3) 기판 위에 트리메틸갈륨 (TMG)을 4 ∼ 10 μmol/분의 유속으로 상기의 유전체 장벽 방전으로 만들어진 질소 원자-활성종과 대응한 양으로 상기 반응기에 공급하였다. 질화물 형성 반응을 제어하기 위하여 반응 기체로서 질소 (또는 수소 중 택일) 기체를 800 sccm 흘려주었다.
증착된 GaN 박막을 X-선 2중 회절법 (DCXRD) 및 오제이분광법 (AES)으로 분석한 결과, 탄소 또는 산소 등 불순물을 포함하지 않는 순수한 것으로 분석되었다.
주사전자현미경 (SEM)과 단면투과 전자현미경 (X-TEM)으로 분석한 결과, 균일하고 특정한 결정 방위로 배열된 박막으로 성장되었음을 확인하였다.
본 실시예에서 사용된 적절한 반응 온도인 700 ℃에서는 (0001) 방위의 사파이어 (α-Al2O3) 위에, 육방정 구조 (즉, Wurtzite)의 GaN (0001) 결정면이 기판과 평행하게 성장한 에피택셜 박막이 형성되었다. (0001) 방위의 사파이어 (α-Al2O3) 기판에 성장된 (0001) GaN 에피택셜 박막의 전기적 성질과 광학적 성질을 각각 4점 프로브와 포토루미네센스 (PL)로 측정한 결과는, 종래의 MOCVD 방법으로 제조된 GaN 에피택셜 박막의 값들과 유사하였다. 에피택셜 박막에 형성된 전위와 적층 결함의 종류, 분포와 밀도도 서로 유사하였다.
<실시예 2>
GaN 박막의 제조
DBD-MOCVD 공정에 사용된 조건이 하기 표 1과 같은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 GaN 박막을 제조하였다. GaN 박막의 결정 유형 및 배위를 표 1에 함께 나타내었다.
<실시예 3>
GaN 박막의 제조
DBD-MOCVD 공정에 사용된 조건이 하기 표 1과 같은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 GaN 박막을 제조하였다. GaN 박막의 결정 유형 및 배위를 표 1에 함께 나타내었다.
<실시예 4>
GaN 박막의 제조
DBD-MOCVD 공정에 사용된 조건이 하기 표 1과 같은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 GaN 박막을 제조하였다. GaN 박막의 결정 유형 및 배위를 표 1에 함께 나타내었다.
<실시예 5>
AlN 박막의 제조
유기금속 화합물이 트리메틸알루미늄 (TMA)이고, DBD-MOCVD 공정에 사용된 조건이 하기 표 1과 같은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 AlN 박막을 제조하였다. AIN 박막의 결정 유형 및 배위를 표 1에 함께 나타내었다.
| 실시예 번호 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 |
| 질화물 | GaN | GaN | GaN | GaN | AlN |
| 기판 | Al2O3(0001) | Si (111) | SiO2-유리 | Si (001) | Si (001) |
| 반응기 | 수평 | 수평 | 수평 | 수직 | 수직 |
| III-공급원 μmol/분 | TMG 4 내지 10 | TMG 4 내지 15 | TMG 4 내지 15 | TMG 4 내지 15 | TMA 3 내지 50 |
| N2μmol/분 | 20 내지 50 (500 내지 1,000 sccm) | < 100 | |||
| RF 전력 | 200 내지 300 W (220 내지 260 kHz) | 50 내지 100 W | |||
| 압력 | 10 내지 100 torr | 10 torr | 3 내지 50 torr | ||
| 온도 (℃) | 700 내지 1,000 | 700 내지 900 | 600 내지 800 | 600 내지 900 | 800 내지 900 |
| 결정 유형 | Wurtzite에피 | Wurtzite에피 | Wurtzite폴리 | Wurtzite폴리/에피 | Wurtzite폴리 |
| 배위 | (0001)GaN//(0001)Sap | (0001)GaN//(111)Si | - | (0001)GaN//(001)Si | (0001)AlN//(001)Si |
| G.R. (μm/분) | 0.03 내지 0.1 | 0.03 내지 0.1 | 0.03 내지 0.15 | 0.1 내지 0.7 | 0.1 내지 1.5 |
본 발명에 따라 질소 공급원으로서 질소 원자-활성종을 사용하는 MOCVD 방법은, 종래의 MOCVD에서 질소 공급원으로 사용되는 암모니아 기체 대신, 충분한 양의 질소 원자-활성종을 화학 증착 반응기에 공급할 수 있어서 기판을 암모니아가 충분히 분해되는 온도인 1000℃ 이상으로 높게 가열할 필요가 없기 때문에, 700℃ 내지1,000℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서, 즉 III족 원소와 V족 원소인 질소가 효과적으로 반응하여 목적하는 III족 금속 원소의 질화물 박막이 형성되는 온도에서 화학증착 반응을 수행할 수 있다. 따라서, 1,000℃ 이상의 온도에서 안정한 사파이어 (α-Al2O3) 뿐 아니라 고온에서는 불안정해지는 실리콘 (Si) 및 갈륨비소 (GaAs) 웨이퍼, 석영 웨이퍼 또는 실리카 유리 기판 위에 III족 금속 질화물 박막을 제조할 수 있다.
또한, 유전체 장벽 방전 장치의 작동 변수를 조절하여 질소 원자-활성종의 공급양을 유기금속과 동일한 양으로 쉽게 조절할 수 있기 때문에 암모니아를 사용하는 경우처럼 질소 공급원을 불필요하게 다량 공급하지 않아도 될 뿐 아니라, 필요에 따라 충분한 양의 질소 원자-활성종을 공급할 수 있기 때문에 III-V 족 질화물 박막의 성장 속도가 종래의 유기금속 화학증착방법 보다 훨씬 빨라진다.
Claims (5)
- III족 원소의 공급원으로서 유기금속 화합물 전구체 또는 그의 혼합물을 사용하고, 질소의 공급원으로서 유전체 장벽 방전에 의해 생성된 활성 상태의 질소 원자 (질소 원자-활성종)를 사용하여, 화학 증착 반응기 내 기판의 온도 700 ℃ 내지 1000 ℃에서 화학 증착 반응시키는 것을 포함하는, 기판 위에 단결정의 III족 금속의 질화물 박막을 성장시키는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판이 단결정 형태의 사파이어 (α-Al2O3), 실리콘 (Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 석영 웨이퍼, 또는 실리카 유리인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체 장벽 방전은 수 ㎜의 간격으로 이격된 금속 전극과 고유전율 물질 사이의 유전체 장벽에 약 500 kHz 이하의 중,저주파수의 교류 전원을 인가하여 유전체에 도전된 전하가 순간적으로 방전되는 전자 충격 (마이크로 방전 반응)이 연속적으로 일어나는 환경 하에 질소 기체 (N2)를 통과시킴으로써 수행되는 것인 방법.
- 제3항에 있어서, 유전체 장벽 방전시 질소 기체와 함께 아르곤 기체를 통과시키는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 III족 원소가 Al, Ga 또는 In이고, 이들의 유기금속 화합물이 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 또는 트리에틸인듐인 방법.
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