| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 봄 (05/14 ~ 05/14, 강릉대학교) |
| 권호 | 10권 1호 |
| 발표분야 | 반도체 II (화합물) |
| 제목 | In-rich InGaN 에피층의 성장온도에 따른 광학적, 구조적 특성 변화 |
| 초록 | III족 질화물 반도체는 높은 온도와 고전력 하에서도 작동할 수 있는 전자소자로 각광받고 있으며, 가시광선과 자외선 영역에서의 광전자 소자용 소재로서 널리 쓰이고 있다. 그 중에서도 InGaN 는 청녹색 발광다이오드와 레이저 다이오드의 활성층용 소재로서 주목 받아 왔다. 최근 InN의 band gap이 1.0 eV 이하라는 주장이 제기되면서 [1-3] InGaN는 기존의 가시광선 및 자외선 영역 뿐만 아니라 적외선 영역까지 포괄하는 발광특성을 보일 수 있을 것이라 예측된다. 특히 In-rich InGaN 는 monolithic한 단일 소자 구조에서 적외선에서 가시광선에 이르는 영역의 발광을 가능하게 할 것이며, 기판으로 사용되는 GaN와의 큰 격자불일치로 인해 양자점과 같은 나노 소자로의 응용에 적합할 것으로 보인다. 그러나 높은 평형증기압 등 InN성장시의 어려움 때문에 현재까지 이루어진 InGaN의 연구는 대부분 낮은 In 조성 영역에 국한되어 있었고, In-rich InGaN에 대한 연구는 충분히 이루어지지 않았다 [2]. 이에 본 연구에서는 In-rich InGaN를 성장하고, 그 특성을 분석함으로써 In-rich InGaN의 기초적 물성에 대해 보고하고자 한다. 본 연구에서는 수평식 MOCVD 장비 (Hanvac, HR-21SC) 를 이용해서 InGaN 에피층을 성장하였다. 기판으로는 (0001) 사파이어 기판을 사용하였다. III족 원과 V족 원으로는 각각 TMGa, TMIn, NH3를 채택하였다. InGaN의 성장 압력과 TMGa, NH3의 유량은 각각 300 torr, 2 sccm, 4 slm으로 고정시켰다. 성장온도, TMIn유량은 640~700oC, 30~305 sccm의 범위에서 변화시켰으며, InGaN 박막의 두께는 300~500 nm로 성장되었다. 온도에 따른 InGaN 의 조성변화를 electron probe x-ray microanalysis (EPMA)로 측정한 결과, 640~700 oC 의 온도 구간에서 40~80%의 In-rich InGaN가 형성되었음이 확인되었다. 700 oC에서 640 oC 로 성장 온도가 낮아짐에 따라 In의 인입 효율이 향상되어 상대적으로 낮은 TMIn의 기상분율에서도 높은 In 조성의 InGaN 박막이 성장되었다. 이러한 결과를 토대로 각기 다른 성장 온도에서 TMIn의 기상분율을 조절하여 같은 조성의 InGaN 박막을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 640 oC와 700 oC 에서 성장한 약 70 % 평균조성의 InGaN의 x-ray diffraction (XRD) 분석 결과, 높은 In 조성 영역의 동일한 위치에서 피크가 나타남이 관찰되었다. 성장 온도가 낮은 경우 (640 oC), In-rich InGaN의 피크가 두 개로 분리되는 것이 확인되었으며, 이러한 피크 분리 현상은 성장된 In-rich InGaN 내에서 조성불균일 현상이 발생하였기 때문이라 여겨진다. 이를 통해 같은 평균 조성을 가지는 두 박막의 조성불균일 정도가 다른 것으로 추정할 수 있다. 동일 시편들의 scanning electron microscopy 결과, island의 밀도와 크기 등 표면형상 역시 다르게 나타남을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 성장 온도에 따라 In-rich InGaN의 성장 거동이 다르게 나타남을 예측할 수 있다. 같은 조성에 해당하는 In-rich InGaN의 구조적, 광학적 특성 차이는 transmission electron microscopy, photoluminescence 로 확인하였으며, 이에 대한 자세한 실험결과는 후에 논의하도록 하겠다. References [1] J. Wu, W. Walukiewicz, K. M. Yu, J. W. Ager III, E. E. Haller, H. Lu, W. J. Schaff, Y. Saito, and Y. Nanishi, Appl. Phys. Lett. 80, 3967 (2002). [2] V. Yu. Davydov, A. A. Klochikhin, R. P. Seisyan, V. V. Emtsev, S. V. Ivanov, F. Bechstedt, J. Furthmuller, H. Harima, A. V. Mudryi, J. Aderhold et al., phys. stat. sol. (b), 229(2002), R1. [3] T. Matsuoka, H. Okamoto, M. Nakao, H. Harima, E. Kurimoto, Appl. Phys. Lett. 81, 1246 (2002). |
| 저자 | 신유리1, 김희진1, 나현석1, 권순용1, 김동혁1, 이건훈1, 윤정원2, 정현식2, 윤의준1 |
| 소속 | 1서울대, 2서강대 |
| 키워드 | InGaN; In-rich; MOCVD |
