▶ 화합물 반도체(Compound Semi-Con) 제조
▷ 화합물 반도체 단결정 기판 제조
수평 브릿지만(Horizontal Bridgman)법, 수평 구배 냉각(Horizontal Gradient Freeze)법
초크랄스키(Czochralski)법
▷ 소자용 화합물 반도체 박막 형성
유기금속 화학 기상 증착법(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
분자빔 에피택시(MBE, Molecular Beam Epitaxy)
액상 에피택시(LPE, Liquid Phase Epitaxy)
수소화물 기상 에피택시(HVPE, Hydride Vapor Phase Epitaxy)
원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)
▷ 화합물 반도체는 밴드갭(Band Gap) 조절이 가능하다.
서로 다른 밴드 갭을 가지는 화합물 반도체는 이중 접합 형태로 만들며
새로운 물리적 특성과 기능을 가지는 소자 제작이 가능하다.
▶ 화합물 반도체(Compound Semi-Con)의 종류
▷ Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 (3-5족)
GaN, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb 등으로 만들고
대부분 인공적으로 제조한다.
▷ Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 (2-6족)
ZnS, CdS, ZnSe, CdSe, ZnTe, CdTe 등으로 만들고
대부분 자연계에 존재한다.
▷ 주요 화합물 반도체 밴드갭과 발광색
▶ Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 종류
▷ GaAs, InP 화합물 반도체
Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 대부분 인공적으로 제조가 가능하다, 휴대전화용 고주파 디바이스
광 기록용 픽업(Pick up) 등의 시장을 확대시키고 있다.
MOCVD를 이용해 GaAs를 증착한다, Ⅲ족 원료에 유기금속 소스(MO)를 사용해 성장한다.
MBE 법에 비하여 성장 속도의 확보나 장치의 대형화가 쉽고 양산성이 우수하다.
Ga(CH3) + AsH3 → GaAs + CH4 + H2 ( 350 'C < Tsub < 500 ' C )
▷ GaN 화합물 반도체
GaN계 질화물 반도체는 우수한 물리적, 화학적 성질로 인해 중요한 반도체 재료로 쓰인다.
3.4 [eV] 나 되는 밴드갭을 가지고 있고, InN, AIN 과 조합해 4원소 결정체인 InAIGaN 을 만들어
자외선 영역으로부터 발광 소자를 만들 수 있는 가능성을 갖고 있다.
전자의 포화속도가 크고 AIGaN, GaN 의 헤테로(Hetero) 구조로
HEMT(High Electron Mobility Transistor) 까지 만들 수 있다.
▶ Ⅲ-Ⅴ 족, 화합물 반도체(Compound Semi-Con) 에피택셜 성장 기술의 종류
수소화물 기상 성장법 ; HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법
분자선 결정 성장법 ; HBE(Molecular Beam Epitaxy)법
유기금속 기상 성장법 ; MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법
▷ 수소화물 기상 성장법(HVPE법)
MOCVD법과 같이 기상 성장법으로 Ⅲ족 금속염화물 가스를 원료로 한다.
성장속도가 빠르고 GaAs 기판이나 사파이어 기판 상에 100[um] 이상의 두꺼운 막을 성장시킨다.
고온에서 AI의 염화물이 석영반응관과 반응하기 때문에 AI을 포함한 혼합된
결정의 성장이 대단히 어렵다.
▷ 분자선 결정 성장법(MBE법)
초고진공 중에서 분자선을 공급하는 것으로 에피택시(Epitaxy)를 성장시키는 방법
Ⅲ족 원료는 고체 금속을 사용하고, 질소원은 N2(질소가스) 혹은 암모니아(NH3) 를 사용한다.
질소분자는 분리 에너지가 크고 안정되어 있다, 기판 표면에 공급해도 GaN의 에피택셜 성장은
거의 생기지 않는다 전자 싸이클론트론 공명(ECR)에 의한 마이크로파 플라스마나 고주파
질소 플라스마에 의해 활성질소를 발생시키고 기판 표면에 공급한다.
1[um/hr] 이상으로 GaAs 계와 같은 성장 속도를 얻게 된다.
MBE법 으로 성장한 막은 광학적, 전기적 특성이 우수하여 AIGaN, GaN, HEMT에서는
MOCVD 성장된 MEMT 소자와 동등하다.
▷ 유기금속 기상 성장법(MOCVD법)
Ⅲ족 원료에 유기금속 소스(MO)를 사용하는 기상 성장법이다.
분자선 결정 성장법(MBE법) 에 비해 성장 속도의 확보가 쉽고 장치의 대형화도 쉽다.
양산성이 우수하며 사파이어 기판 위에 쉽게 Ga 극성의 평탄한 막을 얻을 수 있다.
현재 생산되고 있는 질화물 반도체 발광 디바이스의 대부분을 성장시키는 방법이고
광이나 전자 디바이스를 가릴 거 없이 현재 반도체 디바이스에서 가장 중요한 공정이다.
질화물 반도체의 MOCVD 장치는 기본적으로 GaAs계 등 Ⅲ-Ⅴ족 반도체의 주 공정 장치이다.
Ⅴ족 가스에 암모니아(NH3)를 사용 하고, 성장 온도는 700~1200'C 로 광범위하다.
캐리어 가스에 질소(N), 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스와 수소의 혼합가스를 사용한다.
장치 구성은 실린더 캐비닛, 가스 정제 장치, MOCVD 본체, 이송 장치로 구성된다.
▶ Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체 특징
ZnS, CdS, ZnSe, CdSe, ZnTe, CdTe 등이 대부분 자연계에 존재한다.
게르마늄, 실리콘 등 단체의 반도체와는 캐리어의 이동도, 에너지 띠 구조 등이 다르다.
전기적 광학적 성질이 크게 다르다.
발광다이오드(LED), 반도체 레이저, 고주파 발진 소자와 같이 실리콘 저마늄 등으로
실현할 수 없는 소자를 제작할 수 있다.
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