Abstract
In this study, the InGaP epilayers were grown on the exact and the $2^{\circ}$, $6^{\circ}$, $10^{\circ}$ of cut GaAs substrates by metal-organic vapor phase epitaxy, and the effects of interfacial elastic strains determined by the substrate offcut angle upon the resulting dislocation density of epilayer were investigated for the first time. The elastic strains were obtained from lattice mismatch and lattice misfit by TXRD, and the dislocation densities from epilayer x-ray FWHM. For the offcut angle range used in this study, the elastic strain was maximum and x-ray FWHM minimum at offcut angle $6^{\circ}$. From 11K PL measurements, PL wavelength was found to decrease with an increase of offcut angle. PL intensity was maximum at offcut angle $6^{\circ}$. TEM results showed that the electron diffraction pattern was of typical zincblende structure, and that the dislocation density was minimum for substrate offcut angle $6^{\circ}$. The results obtained in this study, along with the device fabrication process and beam characteristics, clearly demonstrated that the optimum substrate offcut angle for the InGaP/GaAs heterostructures is $6^{\circ}$.
본 연구에서는 평탄형 (exact) GaAs 기판과 $2^{\circ}$, $6^{\circ}$, $10^{\circ}$ 경사형 (offcut) GaAs 기판 등 네 종류의 기판에 유기금속 기상성장장치를 이용하여 InGaP 에피막을 성장시켰고, 기판경사도에 따른 계면의 탄성특성이 InGaP 에피막의 전위밀도에 미치는 영향에 대하여 최초로 연구하였다. 탄성변형은 TXRD의 격자부정합과 격자 misfit등을 고려하여 산출되었고, 전위밀도는 에피막의 x-선 반치폭을 이용하여 계산되었다. 기판경사도가 $6^{\circ}$일 때 계면의 탄성특성이 가장 양호하였고, x-선 반치폭은 가장 낮았다. 11 K PL측정 결과, 기판경사도 증가에 따라 PL 발진파장은 감소하였고, 기판경사도가 $6^{\circ}$에서 PL 강도 역시 가장 높았다. 에피막의 TEM 관측 결과, 회절패턴은 전형적인 zincblende 구조를 보였고, 기판경사도 $6^{\circ}$에서 전위밀도가 가장 낮게 관측되어 TXRD 및 저온 PL측정 결과와 부합되었다. 본 연구의 결과와 소자제작 특성 및 빔특성을 종합적으로 고려해 볼 대, 광전소자용 InGaP/GaAs 이종접합구조에서 최적의 기판경사도는 $6^{\circ}$임을 밝혔다.
