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EFG 법으로 성장한 β-Ga₂O₃ 단결정의 Sn 도핑 특성 연구
제태완,박수빈,장희연,최수민,박미선,장연숙,이원재,문윤곤,강진기,신윤지,배시영 한국결정성장학회 2023 한국결정성장학회지 Vol.33 No.2
The β-Ga2O3 has the most thermodynamically stable phase, a wide band gap of 4.8~4.9 eV and a high dielectric breakdown voltage of 8MV/cm. Due to such excellent electrical characteristics, this material as a power device material has been attracted much attention. Furthermore, the β-Ga2O3 has easy liquid phase growth method unlike materials such as SiC and GaN. However, since the grown pure β-Ga2O3 single crystal requires the intentionally controlled doping due to a low conductivity to be applied to a power device, the research on doping in β-Ga2O3 single crystal is definitely important. In this study, various source powders of un-doped, Sn 0.05 mol%, Sn 0.1 mol%, Sn 1.5 mol%, Sn 2 mol%, Sn 3 mol%-doped Ga2O3 were prepared by adding different mole ratios of SnO2 powder to Ga2O3 powder, and β-Ga2O3 single crystals were grown by using an edge-defined Film-fed Growth (EFG) method. The crystal direction, crystal quality, optical, and electrical properties of the grown β-Ga2O3 single crystal were analyzed according to the Sn dopant content, and the property variation of β-Ga2O3 single crystal according to the Sn doping were extensively investigated. 최근 전력반도체 소재로 관심을 가지는 Ga2O3의 β-상은 열역학적으로 가장 안정한 상을 가지며 4.8~4.9 eV의 넓은 밴드갭과 8MV/cm의 높은 절연파괴전압을 갖는다. 이러한 우수한 물리적 특성으로 인해 전력반도체 소재로 많은 주목을 받고 있다. β-Ga2O3는 SiC 및 GaN의 소재와는 다르게 액상이 존재하기 때문에 액상 성장법으로 단결정 성장이 가능하다. 하지만 성장한 순수 β-Ga2O3 단결정은 전력 소자에 적용하기에는 낮은 전도성으로 인해 의도적으로 제어된 도핑 기술이 필요하며 도핑 특성에 관한 연구가 매우 중요하다. 이 연구에서는 Ga2O3 분말과 SnO2 분말의 몰 비율을 다르게 첨가하여 Un-doped, Sn 0.05 mol%, Sn 0.1m ol%, Sn 1.5 mol%, Sn 2 mol%, Sn 3 mol%의 혼합분말을 제조하여 EFG(Edge-defined Film-fed Growth) 방법으로 β-Ga2O3 단결정을 성장시켰다. 성장된 β-Ga2O3 단결정의 Sn dopant 함량에 따른 결정 품질 및 광학적, 전기적 특성 변화를 분석하였으며 Sn 도핑에 따른 특성 변화를 광범위하게 연구하였다.
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김우연,제태완,나준혁,최수민,이하린,장희연,박미선,장연숙,정은진,강진기,이원재 한국결정성장학회 2022 한국결정성장학회지 Vol.32 No.1
본 연구에서는 PVT(Physical Vapor Transport) 방법을 이용하여 반도체 식각 공정용 소재로 사용되는 링 모양의SiC(Silicon carbide) 단결정을 제조하였다. 흑연 도가니 내부에 원기둥 형태의 흑연 구조물을 배치하여 PVT법에 의한 링 모양의 SiC 단결정을 성장시켰다. 단결정 기판을 시드로 사용하여 성장한 경우 크랙이 없는 우수한 특성의 포커스링을 얻을수 있었다. 단결정 포커스링과 CVD 포커스링의 에칭 특성을 살펴본 결과 단결정 포커스링의 에칭속도가 줄어들었고, 단결정 포커스링이 우수한 내플라즈마성을 보여준다고 할 수 있다. In this research, a ring-shaped silicon carbide (SiC) single crystal manufactured using the PVT (Physical VaporTransport) method was proposed to be applied to a SiC focus ring in semiconductor etching equipment. A cylindricalgraphite structure was placed inside the graphite crucible to grow a ring-shaped SiC single crystal by the PVT method. SiCsingle crystal ring without crack was successfully obtained in case of using SiC single crystal wafer as a seed. A plasmaetching process was performed to compare plasma resistance between the CVD-SiC focus ring and the PVT-SiC focus ring. The etch rate of ring materials in PVT-single crystal SiC focus ring was definitely lower than that of CVD-SiC focus ring,indicating better plasma resistance of PVT-SiC focus ring.
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EFG 방법으로 성장한 β-Ga2O3 단결정의 영역별 품질 분석
박수빈,제태완,장희연,최수민,박미선,장연숙,문윤곤,강진기,이원재 한국결정성장학회 2022 한국결정성장학회지 Vol.32 No.4
초광역대 반도체인 β-Ga₂O₃은 고전력 반도체 소재에 대한 유망한 응용으로 인해 큰 주목을 받고 있다. 5가지 다른 다형 중 가장 안정적인 상인 β-Ga₂O₃는 4.9eV의 넓은 밴드갭과 8MV/cm의 높은 항복 전계를 갖는다. 또한, 이는 용융 소스로부터 성장될 수 있어 전력반도체용 SiC, GaN 및 다이아몬드와 같은 다른 와이드 밴드갭 반도체보다 더 높은 성장률과 더 낮은 제조 비용으로 성장이 가능하다. 이 연구에서 β-Ga₂O₃ 단결정 성장은 EFG(edge-defined film-fed growth) 방법에 의해 성장되었다. 성장 방향과 주면을 각각 β-Ga₂O₃ 결정의 [010] 방향과 (100)면으로 성장하였다. Raman 분석의 스펙트럼으로 β-Ga₂O₃ 잉곳의 결정상과 불순물을 확인하였고, 고해상도 X선 회절(HRXRD)을 이용하여 결정 품질과 결정 방향을 분석하였다. 또한 EFG 방법으로 성장한 β-Ga₂O₃ 리본형태의 잉곳을 각 위치별로 결정 품질과 다양한 특성을 체계적으로 분석하였다.
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