야스다 테츠지(리더), 마에다 타츠로(선임 연구원), 이타타니 타로(선임 연구원) 및 산업기술종합연구소(AIST, 회장: 노마쿠치 타모츠) 나노전자공학 연구소(원장: 가네마루 세이고) 신재료 및 장치 통합 그룹의 다른 사람들이 개발한 스미토모 화학 주식회사(스미토모 화학, 사장: 도쿠라 마사카즈)와 협력하여 게르마늄(바카라 주소) 플랫폼 기판 제조 기술을 개발했습니다
이 연구는 AIST의 기판 접합 및 장치 제조 기술과 스미토모 화학의 결정 성장 기술의 장점을 활용합니다 바카라 주소 Ge 플랫폼 기판의 실용화를 달성하기 위해 다음과 같은 세 가지 기술이 개발되었습니다 (1) 갈륨비소(GaAs) 기판에 바카라 주소 Ge 및 알루미늄비소(AlAs) 층을 에피택셜 성장시키는 기술; (2) 에피택셜 리프트오프 방식을 이용한 박막 Ge층의 박리 기술 (3) 바카라 주소의 박막 Ge층을 임의의 기판에 접합하는 기술
개발된 기술은 전자공학과 포토닉스를 결합하여 바카라 주소 기반의 새로운 소자 개발 및 기능 통합에 기여할 것으로 기대됩니다
이 기술에 대한 자세한 내용은 2011년 9월 28일부터 30일까지 일본 나고야에서 개최되는 2011 고체 장치 및 재료에 관한 국제 컨퍼런스(SSDM 2011)에서 발표될 예정입니다
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| 유리 기판(18 x 18 mm) 위에 바카라 주소 단결정 게르마늄(10 x 10 mm)의 얇은 필름 |
Ge는 광소자 및 고효율 태양전지의 소재로 사용됩니다 또한, 최근 Ge를 포스트실리콘 고성능 트랜지스터의 유망 채널 소재로 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, Ge는 전자공학과 포토닉스 융합을 위한 새로운 플랫폼 기판 소재로도 주목받고 있다 단결정 Ge 기판은 가격이 비싸고 깨지기 쉬우므로 실리콘, 유리, 플라스틱 등 저렴하고 취급이 쉬운 재료로 만들어진 기판에 바카라 주소 단결정 Ge 층이 강하게 요구되어 왔습니다
AIST와 스미토모 화학은 2008년부터 하이브리드 반도체 기술 개발을 위한 공동 연구를 추진해 왔으며, 실리콘 기반 고성능 반도체 칩과 광자 재료로서 다양한 기능을 갖는 Ge 및 III-V 반도체 소자를 융합하기 위한 기초 연구를 수행해 왔습니다 본 연구는 AIST의 세계적 수준의 Ge 소자 제조 기술과 Sumitomo Chemical의 Ge 및 III-V 반도체에 대한 상용 품질의 에피택시 성장 기술을 활용하여 다양한 소자 기능의 통합에 적합한 바카라 주소 Ge 플랫폼 기판을 제조하는 데 성공했습니다
그림 1은 새로 개발된 Ge 플랫폼 기판 제조 방법을 보여줍니다 먼저, GaAs나 Ge 기판 위에 바카라 주소 Ge층(Epi-Ge)을 에피택셜 성장시키고, Ge층과 기판 사이에 AlAs층을 배치합니다 Ge, GaAs 및 AlAs의 우수한 격자 정합으로 인해 바카라 주소의 단결정 Ge 층을 쉽게 얻을 수 있습니다(그림 1(a)) 다음으로, 바카라 주소 Ge층이 형성된 기판을 실리콘, 투명 유리, 플라스틱 등 임의의 기판과 접착한다(그림 1(b)) 그런 다음 AlAs 층을 불산(HF) 기반 용매로 선택적으로 용해시켜 GaAs 또는 Ge 기판을 벗겨냅니다(그림 1(c)) 결국, 바카라 주소의 박막 Ge 층이 임의의 기판으로 전사됩니다(그림 1(d)) 이 방법을 ELO(Epitaxis Lift Off) 방법이라고 하며, 고가의 GeAs(Ge) 기판을 벗겨낸 후 재사용할 수 있다는 장점이 있다(그림 1(a)')
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| 그림 1 : 바카라 주소 Ge 층의 전사 방법 |
그림 2는 투명 유리 기판과 유연한 플라스틱 기판에 전사된 바카라 주소 Ge 층의 예를 보여줍니다 Ge층 면적은 10mm x 10mm로 다양한 칩과 디바이스를 제조하고 집적하는데 사용할 수 있을 만큼 넓다 또한 100μm 이상의 패턴을 가진 바카라 주소 Ge 층도 전사되었습니다(그림 3) 이러한 결과는 Ge ELO 기술을 통해 모든 기판과 패턴이 있는 모든 장소에서 바카라 주소 Ge 레이어를 얻을 수 있음을 나타냅니다
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그림 2 : 플라스틱 기판의 바카라 주소 단결정 Ge 층(왼쪽)
그리고 투명한 유리 바카라 주소(오른쪽) |
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| 그림 3 : 미세 가공된 바카라 주소 단결정 Ge Hall 패턴의 전사 |
바카라 주소 Ge 층을 전송하는 것 외에도 개발된 기술은 Ge 기반 장치를 전송하는 데에도 사용할 수 있습니다 그림 4는 유리 기판에 전사된 게이트 길이 4μm의 Ge 트랜지스터의 특성과 사진을 보여줍니다 성장된 Ge층은 양호한 소자 동작을 위한 충분한 품질을 나타내며, 유리 기판에 전사한 후에도 전기적 특성이 변하지 않아 소자 전사 기술로서의 효율성을 드러낸다 이 기술은 성장 기판 위에 Ge 트랜지스터, Ge 기반 태양전지 등 다양한 소자를 제작하는 데 적용할 수 있으며, 필요에 따라 임의의 기판에 여러 층의 소자를 배열하여 기존 소자와의 통합 및 혼합이 가능합니다
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| 그림 4 : 유리 기판에 전사된 게이트 길이 4μm의 바카라 주소 트랜지스터의 전기적 특성 및 사진 |
다양한 Ge 기반 장치가 현재 다양한 분야에서 사용되고 있습니다 개발된 Ge ELO 기술은 바카라 주소 단결정 Ge 층과 전사 가능한 Ge 소자를 갖춘 다양한 기판을 공급함으로써 Ge 기반 소자의 새로운 응용 분야를 창출할 것입니다 이 기술은 전자소자와 광소자를 하나의 칩으로 융합하고, 태양전지의 경량화 등 전례 없는 집적화에도 기여할 것이다 향후에는 이러한 애플리케이션을 위한 Ge 플랫폼 기판이 공급될 예정입니다