수소화물 기상 에피탁시법을 이용한 자립형 GaN 박막 성장에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 III-V족 화합물 반도체인 GaN 물질을 ZnO를 template 층을 이용하여 Sapphire 기판 위에 성장하였고 구조적, 광학적 조사를 통하여 고품질의 Freestanding(FS)-GaN 기판의 제작에 대한 가능성을 고찰하였다. 이 논문의 목적은 종래에 사용해 오던 기판 제거 방법의 문제점들에 의해 고품질의 성장이 제한이 되어온 것에 대하여 GaN 기판을 ZnO를 sacrificial 층으로 사용, 성장 조건의 최적화에 따른 FS-GaN 기판의 새로운 성장 가능성을 보여줌에 있다. 본 논문은 총 6 장으로 구성되어 있으며 각 장의 내용은 다음과 같다.

제 1장에서는 기본적인 GaN 물성과 종래의 FS-GaN 기판제작이 가지고 있는 문제점, 그리고 다양한 응용분야에 대하여 설명을 하였다. 제 2장에서는 제작된 자립형 GaN 기판을 성장, 평가하기 위해 본 연구에서 사용한 방법인 HVPE, SEM, HRXRD 그리고 PL 측정에 대하여 정리를 하였다. 제 3장은 GaN의 성장을 위한 ZnO template 층의 적합한 polarity의 확인에 있다. 다른 polarity를 가지는 ZnO 위에 성장된 GaN의 구조적 및 광학적 특성에 대해 고찰 하였다. 제 4장에서는 성장온도 및 가스 flow (V/III)의 변화를 통하여 GaN 성장에 적합한 성장조건을 구조적 및 광학적 특성 평가를 통하여 확인하였다. 그리고 제 5장에서 3장과 4장에서 확인 된 ZnO의 polarity와 GaN의 성장조건을 통하여 자립형 GaN 기판을 화학적 etching 방법을 통하여 제작 하였으며 마지막으로 제 6장에서는 본 논문에서 얻은 결과를 정리하여 결론 및 향후 과제에 대해 기술하였다.

In this thesis, the growth structural and optical properties of FS-GaN with ZnO template buffer layer have been investigated. The objective of this thesis is to fabricate the high quality FS-GaN substrate by using ZnO sacrificial layer.

In the chapter 1, the fundamental GaN properties, problems in the fabrication of FS-GaN substrate, and many application of the GaN are introduced. In the chapter 2, the principles of hydride vapor phase Epitaxy (HVPE), scanning electron microscopy (SEM), high resolution X-ray diffraction (HR-XRD), and photoluminescence (PL) are explained. In the chapter 3, ZnO polarity was determined for the growth of GaN on ZnO. In the chapter 4, the high quality GaN film growth was achieved by using ZnO sacrificial layer and optimization of growth condition. And in the chapter 5, a new self-separation method by using chemical etching of ZnO template was developed. And the quality of GaN was characterized in terms of structural and luminescence properties. Finally, the results found from this thesis are summarized and concluded in the chapter 6.