Growth and Characterization of $ZnGa_2Se_4$ Single Crystal Thin Films by Hot Wall Epitaxy

Hot Wall Epitaxy(HWE)에 의한 $ZnGa_2Se_4$단결정 박막 성장과 특성에 관한 연구

A stoichiometric mixture of evaporating materials for ZnGa₂Se₄single crystal thin films was prepared from horizontal furnace. To obtain the single crystal thin films, ZnGa₂Se₄mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the Hot Wall Epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were 610℃ and 450℃, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of ZnGa₂Se₄single crystal thin films measured from Hall effect by von der Pauw method are 9.63×10/sup 17/㎤ and 296 ㎠/V·s at 293 K, respectively. From the photocurrent spectrum by illumination of perpendicular light on the c-axis of the ZnGa₂Se₄single crystal thin film, we have found that the values of spin orbit splitting △so and the crystal field splitting Δcr were 251.9meV and 183.2 meV at 10 K, respectively. From the photoluminescence measurement on th ZnGa₂Se₄single crystal thin film, we observed free excition (Ex) existing only high quality crystal and neutral bound exiciton (A°, X) having very strong peak intensity. Then, the full-width-at-half-maximum (FWHM) and binding energy of neutral acceptor bound excition were 11 meV and 24.4 meV, respectivity. By Haynes rule, an activation energy of impurity was 122 meV.

ZnGa₂Se₄단결정 박막은 수평 전기로에서 함성한 ZnGa₂Se₄다결정을 증발원으로하여, hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 증발원과 기판(반절연성-GaAs(100))의 온도를 각각 610℃, 450℃로 고정하여 단결정 박막을 성장하였다. 10 K에서 측정한 광발광 exciton 스펙트럼과 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)의 반치폭(FWHM)을 분석하여 단결정 박막의 최적 성장 조건을 얻었다. Hall효과는 van der Pauw방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 293 K에서 각각 9.63×10/sup 17/㎤, 296 ㎠/V·s였다. 광전류 봉우리의 10 K에서 단파장대의 가전자대 갈라짐(splitting)에의해서 측정된 Δcr (crystal field splitting)은 183.2meV, △so (spin orbit splitting)는 251.9meV였다. 10K의 광발광 측정으로부터 고품질의 결정에서 볼 수 있는 free exciton 과 매우 강한 세기의 중성 받개 bound exciton등의 피크가 관찰되었다. 이때 중성 받개 bound exciton등의 피크가 관찰되었다. 이때 중성 반개 bound excition의 반치폭과 결합에너지는 각각 11meV와 24.4meV였다. 또한 Hanes rule에 의해 구한 불순물의 활성화 에너지는 122meV였다.