[한국기술뉴스] 한국공학대학교 나노반도체공학과 남옥현교수 연구팀은 반도체 소자의 신뢰성 및 휘도의 성능을 향상시키는 고품질 반극성 소자를 개발했다. 개발된 기술은 한국공학대학교 산학협력단을 통해 2009년 10월 16일 특허를 출원(출원번호 제1020090098521호)했다. 특허 명칭은 '다공성 질화물 반도체 상의 고품질 비극성／반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

질화물 반도체는 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 발광 다이오드와 레이저 다이오드, 태양 전지 등의 반도체 광소자의 핵심 소재로 각광 받고 있습니다. 통상적으로 질화물 반도체는 사파이어의 기판에 질화갈륨을 성장시켜 제조합니다. 이때 분극장 형성으로 인해 압전 현상이 발생하고, 내부 양자효율이 저하되는 문제점이 있습니다. 이를 개선하기 위해 비극성 질화물 반도체의 형성이 요구되고 있습니다. 그러나 이 과정에서 결정 결함과 전류 누출 등으로 인해 광소자의 성능 저하 문제가 발생합니다.

한국공학대학교 남옥현 교수 연구팀은 사파이어 기판을 활용해 광소자의 휘도와 신뢰성을 높일 수 있는 질화물 반도체 제조 방법을 발명하였습니다.

연구팀은 질화물 반도체에서 발생하는 압전현상을 제거하기 위해 비극성 질화물 반도체층을 성장시킬 수 있는 사파이어 결정면 위에 질화물 반도체 결정을 형성하여 질화칼륨 층의 결함을 감소시켰습니다.

사파이어 기판 위에 MOCVD 방식으로 질화물 반도체층을 형성합니다. 질화갈륨층에는 선결함과 면결함 등 많은 결정 결함이 발생합니다. 질화갈륨층을 다공성으로 표면을 개질합니다. 다공성으로 표면이 개질되어 불규칙한 작은 구멍들이 생깁니다. 이곳에 MOCVD 등의 진공 증착 방식으로 다시 질화갈륨을 재성장시킵니다. 마지막으로 그 위에 질화물 광소자를 형성함으로써 질화갈륨층에 낮은 결정 결함 밀도를 갖도록 할 수 있습니다.

본 발명의 소자 위에는 발광 다이오드뿐만 아니라 레이저 다이오드, 광검출 소자, 태양 전지 등 다양한 반도체 광소자 구조나 트랜지스터 등 반도체 전자 소자를 형성할 수 있습니다.

압전 효과를 억제하여 전자 정공의 재결합률을 향상시키고 양자 효율을 개선하여 해당 소자의 휘도 등의 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.