• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.326-329
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• 2019

차세대 전력반도체 소재인 질화갈륨(GaN)이 증착된 GaN-on-Si 기판의 기술성숙도가 높아지면서 Si CMOS 소자와의 단일기판 집적화에 대한 관심이 고조되고 있다. CMOS 특성이 상대적으로 저하되는 (111)Si 보다 (110)Si의 CMOS소자가 집적화 관점에서 유리할 것으로 판단되며, 따라서 향후 전개될 GaN-on-(110)Si 플랫폼을 활용한 GaN 전력반도체 스위치소자와 Si CMOS소자의 단일기판 집적화에 적용될 수 있도록 국내 Si CMOS 파운드리 공정을 (110)Si 기판에 진행하였다. 제작된 CMOS소자의 기본특성 및 인버터체인 회로특성, 그리고 게이트 산화막의 신뢰성 분석을 통해 향후 국내 파운드리공정을 활용한 (110)Si CMOS기술과 GaN의 집적화의 가능성을 검증하였다.

• 한국진공학회지
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• 제11권1호
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• pp.50-58
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• 2002

Si 기판 위에 GaN의 성장은 Si이 사파이어보다 값이 저렴하고, 기존의 Si의 직접회로 공정에 GaN를 쉽게 접목시킬 수 있는 측면에서 다양한 장점이 있다. 그러나, Si은 GaN와의 격자상수와 열팽창계수의 차이가 사파이어보다 크며, 이로 인해 격자부정합에 의한 여러 결함을 발생시킨다. 따라서, Si 기판 위에 고품질의 GaN를 얻기 위해서는 AlN과 같은 완충층을 사용하여 격자부정합에 의한 결함을 줄여야 한다. 본 연구에서는 Si (111) 기판 위에 MOCVD, 스퍼터링과 MOMBE의 3가지 방법으로 결정성이 다른 3가지 유형의 AlN 완충층을 얻은 후, MOCVD법으로 GaN를 증착시켜 각각의 성장특성을 비교하였다. AlN 완충층과 GaN의 격자결합, 완충층의 표면 거칠기가 격자결함에 미치는 영향, 결정성, 성장방향, 결함(공공, 적층결함, 전위) 등을 TEM, XRD를 이용해 비교 분석하였다. AlN완충층의 결정성은 GaN의 성장에 있어 매우 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 초기 성장과정에서 MOCVD과 MOMBE 법으로 성장시킨 AlN 완충층은 GaN 초기 성장에서 out-of-plane의 성장방향이 틀어지는 것을 감소시켜 주었다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권2호
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• pp.91-97
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• 2013

높은 전류밀도를 갖는 AlGaN/GaN 전력소자는 소자 동작 시에 발생하는 자체발열 현상으로 인해 소자의 전류-전압특성이 저하된다. 특히 열전도도가 낮은 Si 기판을 사용할 경우 더욱 심각한 문제를 발생시킨다. 본 논문에서는 Si기판에 성장한 AlGaN/GaN-on-Si 웨이퍼를 사용하여 전력소자를 제작하였으며, 채널 폭과 Si기판의 두께에 따른 자체 발열 현상을 측정과 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 그리고 이를 기반으로 다채널을 갖는 대면적 전력소자 설계에서 최대전류를 얻기 위하여 열방출을 효과적으로 할 수 있는 구조를 제안하였다. 비아홀과 공통전극을 사용하고 Si 기판을 100 ${\mu}m$로 얇게 하였을 때 래핑을 하지 않은 소자 대비 약 75%의 온 상태 전류증가와 68% 이상의 채널온도 감소가 기대된다.

• 한국표면공학회지
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• 제36권2호
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• pp.135-140
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• 2003

The difference in lattice parameter and thermal expansion coefficient between GaN and Si which results in many defects into the grown GaN is larger than that between GaN and sapphire. In order to obtain high quality GaN films on Si substrate, it is essential to understand growth characteristics of GaN. In this study, GaN layers were grown on Si(111) substrates by MOCVD at three different GaN growth temperatures ($900^{\circ}C$, $1,000^{\circ}C$ and $1,100^{\circ}C$), using AlN and LT-GaN buffer layers. Using TEM, we carried out the comparative investigation of growth characteristics of GaN by characterizing lattice coherency, crystallinity, orientation relationship and defects formed (transition region, stacking fault, dislocation, etc). The localized region with high defect density was formed due to the lattice mismatch between AlN buffer layer and GaN. As the growth temperature of GaN increases, the defect density and surface roughness of GaN are decreased. In the case of GaN grown at $1,100^{\circ}$, growth thickness is decreased, and columns with out-plane misorientation are formed.

• 한국진공학회지
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• 제14권4호
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• pp.201-206
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• 2005

본 연구에서는 HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법으로 Si 위에 GaN/AIN/Al/Si 구조를 제작하고, AlN 버퍼층의 두께에 따른 광학적 특성을 조사함으로써 효과적인 eaN 성장을 위한HVPE에서의 공정 방법을 개선하고자 하였다. 이를 위해 Al을 증착한 Si 기판과 그렇지 않은 경우를 PL측정을 통해 그 효과를 관찰하였고, $5{\AA}$ 두께의 Al 대해 AlN 버퍼층의 두께를 변화시켜가면서 GaN를 성장시켜 그 특성을 조사하였다. Al을 증착한 경우가 증착하지 않은 경우에 비해 광학적 특성이 우수한 것으로 나타났으며, AlN의 두께 변화에 대해서는 양질의 GaN를 얻기 위한 최적의 두께는 약 $260{\AA}$ 인 것으로 나타났다. 이 경우 SEM을 이용한 표면사진에서 GaN의 초기성장이 hexagonal형태로 성장되고 있음을 관찰할 수 있었다. 또한 XRD의 회절 패턴은 GaN가 {0001} 방향으로 우선 배향성을 가지고 성장되고 있음을 보여주고 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권3호
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• pp.67-71
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• 2014

본 연구에서는 Si(111) 기판을 이용하여 고품질의 GaN 박막을 성장하기 위하여 다양한 패턴을 갖는 Si 기판을 제작하였다. Si(111) 기판위에 이온 스퍼터(ion-sputter)를 이용하여 Pt 박막을 증착한 후 열처리(thermal annealing)하여 Pt 금속 마스크를 형성하고 유도 결합 플라즈마 이온 식각(inductively coupled plasma-reactive ion etching, ICP-RIE) 공정을 통하여 기둥(pillar)형태의 나노 패턴된 Si(111) 기판을 제작하였고 리소그래피 공정을 통하여 마이크로 패턴된 Si(111) 기판을 제작하였다. 일반적인 Si(111) 기판, 마이크로 패턴된 Si(111) 기판 및 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 방법으로 GaN 박막을 성장하여 표면 특성과 결정성 및 광학적 특성을 분석하였다. 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN 박막은 일반적인Si(111) 기판과 마이크로 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN 박막보다 표면의 균열과 거칠기가 개선되었다. 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN (002)면과 (102)면에 x-선 회절(x-ray diffraction, XRD) 피크의 반폭치(full width at half maximum, FWHM)는 576 arcsec, 828 arcsec으로 다른 두 기판위에 성장한 GaN 박막 보다 가장 낮은 값을 보여 결정성이 향상되었음을 확인하였다. Photoluminescence(PL)의 반폭치는 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN 박막이 46.5 meV으로 다른 기판위에 성장한 GaN 박막과 비교하여 광학적 특성이 향상되었음을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.165-165
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• 2003

The growth of GaN on Si is of great interest due to the several advantages low cost, large size and high-quality wafer availability as well as its matured technology. The crystal quality of GaN is known to be much influenced by the surface pretreatment of Si substrate [1]. In this work, the properties of GaN overlayer grown on ion implanted Si(111)and bare Si(111) have been investigated. Si(111) surface was treated ion implantation with 60KeV and dose 1${\times}$10$\^$16//$\textrm{cm}^2$ prior to film growth. GaN epilayers were grown at 1100$^{\circ}C$ for 1 hour after growing AlN buffer layers for 15-30 minutes at 1100$^{\circ}C$ with metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The properties of GaN epilayers were evaluated by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM) Photoluminescence (PL) at room temperature and Hall measurement The results showed that the GaN on ion implanted Si(111) markedly affected to the structural, optical and electrical characteristic of GaN layers.

• 한국재료학회지
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• 제9권6호
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• pp.599-603
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• 1999

AIN과 저온 GaN 완충충율 이용하여 Si 기판 위의 후막 GaN의 성장특성을 조샤하였다. Si과 GaN의 격자부정합도와 열팽창계수의 차이를 줄이기 위해 AIN과 저온 GaN를 완충충으로 사용하였다. AIN은 RF sputter를 이용하여 중착온도와 증착시간 및 RF power에 따른 표면 거칠기를 AFM으로 조사하여 최척조건을 확립하여 사용하였다. 또한 저온에서 GaN를 성장시켜 이를 완충충으로 이용하여 후막 GaN의 성장시 미치는 영향을 살펴보았다. 성장온도와 V/III 비율이 후막 성장시 표면특성과 결정성 및 성장속도에 미치는 영향을 조사하였다. 후막 GaN의 표연특성 및 막의 두께는 SEM과 $\alpha-step$을 이용하여 측정하였으며 결정성은 X-ray Diffractometer를 이용하여 조사하였다.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.1117-1121
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• 2020

본 연구에서는, 원자막증착법(ALD) 공정으로 증착된 SnO2 촉매를 AlGaN/GaN 이종접합 FET에 적용하여 NO2 가스 검출이 가능한 것을 확인하였다. AlGaN/GaN-on-si 플랫폼에서 제작 된 HFET 센서로 NO2 100 ppm에 대하여 In-situ SiN이 있는 소자와 없는 소자가 각각 100 ℃, 200 ℃에서 10.1% 및 17.7%, 5.5% 및 38%의 감지성능을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.105-105
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• 2003

InGaN/GaN MQW 구조는 청색 및 녹색 범위의 밴드 갭을 가지는 반도체로 최근 LED 및 LD 제조 등에 이용되고 있다. InGaN/GaN MQW은 InGaN와 GaN의 최적 성장온도의 중간온도에서 실행된다. InGaN와 GaN는 최적 성장온도의 차이가 크므로 중간온도에서 성장 시에 많은 결함이 생긴다. 성장온도가 높으면 InN가 분해되고 낮을 경우에는 질소의 결핍이 일어난다. 최적성장온도의 선택이 매우 중요한 문제로 주목되었다. Si 도핑으로 중간온도 성장 시에 형성되는 결함을 감소시키고 광학적 특성을 향상시킨다고 보고되었다. 그러나, Si 도핑효과에 대한 구체적이고 체계적인 연구는 부족한 실정이다. MQWs 구조의 GaN 장벽층에 미치는 성장온도와 Si 도핑 효과를 이해하기 위해서는 고온에서 성잠시킨 GaN박막(HT-GaN) 위에 중간온도에서 성장된 GaN 에피층(IT-GaN)의 구조에 관한 연구가 선행되어야한다. 본 연구에서는 HT-GaN 위에 성장된 GaN 에피층에 미치는 성장 온도와 Si 도핑 효과에 관해 연구하였다.