한국결정성장학회 1997년도 Proceedings of the 13th KACG Technical Meeting `97 Industrial Crystallization Symposium(ICS)-Doosan Resort, Chunchon, October 30-31, 1997
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pp.141-144
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1997
High quality 3C-SiC epilayer was grown on Si(111) at 125$0^{\circ}C$ using chemical vapor deposition(CVD) technique by pyrolyzing tetramethylsilane(TMS). 3C-SiC epilayer was doped by tetramethylgallium(TMGa) during the CVD growth. The crystallinity of 3C-SiC was significantly enhanced by doping the gallium impurity.
기존보다 낮은 온도에서 buffer layer를 도입하지 않고 직접 사파이어{1120} 기판위에 GaN 박막을 OMVPE방식으로 증착시킨 결과 양호한 계면상태를 가지는 양질의 GaN epilayer를 얻을 수 있었다. GaN epilayer의 주된 성장 방향은 <0002>로 밝혀졌고, 적어도 4개 종류 이상의 epilayer들이 서로 경쟁적으로 성장하는 것으로 판단되어진다. Buffer layer의 부재에도 불구하고 계면의 adhesion이 우수하였고 다만 계면으로부터 2~3nm이내의 lattice들에서 기판과의 lattice mismatch에 의한 distortion이 발견되어졌다. 따라서 일반적으로 GaN 박막 증착시에 가장 많이 사용되는 사파이어 basal plane 외에 {1120} plane 위에도 양질의 GaN epilayer가 buffer layer 없이 증착된다는 사실을 TEM 관찰을 통하여 알 수 있었다.
We have grown a high quality ZnSe(100) epilayer on the GaAs(100) substrate by hot-wall epitaxy method. The FWHM value from double-crystal x-ray diffraction rocking curve and growth rate of the ZnSe epilayer grown under the optimal growth conditions were 195 arcsec and 0.03 $\mu \textrm m$/min, respectively. The $I_2^U$ and $I_2^L$ peaks, which split by strain due to lattice mismatch between substrate and epilayer, were measured from the photoluminescence experiment. And we found that the residual impurities in ZnSe epilayer were concerned with Al or CI elements from the calculated binding energy of donor impurity.
The relationship of crystallinity between defects distribution with (100) ZnTe/GaAs using HWE growth was investigated by four crystal rocking curve (FCRC) and transmission electron microscopy (TEM). The thickness dependence of crystal quality in ZnTe epilayer was evaluated. The FWHM value shows a strong dependence on ZnTe epilayer thickness. For the films thinner than 6 ${\mu}{\textrm}{m}$, the FWHM value decreases very steeply as the thickness increases. For the films thicker than 6 ${\mu}{\textrm}{m}$, it becomes an almost constant value. At the thickness of 12 $\mu\textrm{m}$ with the smallest value of 66 arcsec. which is the best value so far reported on ZnTe epilayers was obtained. Investigation into the nature and behavior of dislocations with film thickness in (100) ZnTe/(100)GaAs heterostructures grown by Hot Wall Epitaxy (HWE). This film defects range from interface to 0.7 ${\mu}{\textrm}{m}$ thickness was high density, due to the large lattice mismatch and thermal expansion coefficients. The thickness of 0.7~1.8 ${\mu}{\textrm}{m}$ was exists low defect density. In the thicker range than 1.8 ${\mu}{\textrm}{m}$ thickness was measured hardly defects.
본 연구에서는 두께가 0.7 $\mu \textrm{m}$인 $Zn_{0.86}Mn_{0.14}$Te 에피막을 GaAs(100) 기판 위에 열벽 적층 성장하였다. 선택에칭용액에 의하여 GaAs 기판이 제거된 X-선 회절 패턴으로부터 $Zn_{0.86}Mn_{0.14}$Te에피막의 결정구조는 zincblende 이었으며 격자상수는 6.140 $\AA$으로 계산되었다. 이러한 격자상수 값과 Vegard 법칙으로부터 Mn의 조성비 x=0.14임을 알았다. 성장된 에피막의 결정성은 이중결정요동 곡선의 반폭치 값이 256 arcsec인 것으로부터 양호하다는 것이 확인되었다 상온에서 10K 까지 $Zn_{0.86}Mn_{0.14}$Te에피막의 온도에 따른 띠 간격 에너지를 측정하기 위하여 투과 스펙트럼으로부터 흡수 스펙트럼이 얻어졌다 온도가 감소할수록 흡수 스펙트럼에서 강하게 흡수가 일어나는 영역은 에너지가 큰 쪽을 향하여 이동하였고 흡쑤단 근처에서 자유 엑시톤 형성을 의미하는 흡수 피크가 생겨났다. $Zn_{0.86}Mn_{0.14}$Te에피막의 온도에 따른 자유 엑시톤 피크 에너지로부터 OK와 300 K일 때 띠 간격 에너지는 각각 2.4947 eV와 2.330 eV로 구하여졌다. 10 K에서 기판이 제거된 $Zn_{0.86}Mn_{0.14}$Te 에피막의 흡수 스펙트럼의 자유 엑시톤 피크 에너지는 광발광 피크 에너지보다 15.4 meV 정도 크다. 이 에너지 차이는 흡수 스펙트럼과 발광 피크 사이의 에너지 차이를 의미하는 Stokes shift를 나타낸다.
IV-VI족 화합물인 PbSnSe는 흥미 있는 물리적 특성을 가지고 있는 화합물 반도체로써 본 실험에서는 HWE 방법으로 성장시킨 PbSnSe 박막에 대한 특성을 조사하였다. 원료부와 열벽부 그리고 기판의 온도를 변화시키며 단결정 박막을 성장시켰다. Rutherford back scattering (RBS)을 측정하여 Pb:Sn:Se의 조성비를 확인하였다. 특히 좁은 에너지 대역을 측정하기에 매우 용이한 Fourier transform infra red (FT-IR)측정 장치를 이용하여 에너지 갭을 측정하였다. 박막의 표면 상태는 atomic force microscopy (AFM) 사진과 주사 전자 현미경 (SEM) 사진으로 관찰하여 결정구조와 성장 용도와의 연관성을 조사하였다. 광학 상수는 Spectroscopic ellipsometry (SE) 방법을 이용하여 박막의 광학 상수를 측정했다. PbSnSe 화합물 에피층 시료의 굴절률(n), 유전상수(${\varepsilon}$), 반사율(R) 그리고 흡수 계수(${\alpha}$)등 광학상수를 측정하였다.
A silver indium sulfide ($AgInS_2$) epilayer was grown by the hot wall epitaxy method, which has not been reported in the liteniture. The grown $AgInS_2$ epilayer has found to be a chalcopyrite structure and evaluated to be high quality crystal. From the photocurrent measurement in the temperature range from 30 K to 300 K, the two peaks of A and B were only observed, whereas the three peaks of A, B, and C were seen in the PC spectrum of 10 K. These peaks are ascribed to the band-to-band transition. The valence band splitting of $AgInS_2$ was investigated by means of the photocurrent measurement. The temperature dependence of the energy band gap of the $AgInS_2$ obtained from the photocurrent spectrum was well described by the Varshni's relation, $E_g(T)=\;E_g(0)\;eV-(7.78\;{\times}\;10^{-4}\;eV/K)T^2/(T\;+\;116\;K\;K)$. Also, Eg(0) is the energy band gap at 0 K, which is estimated to be 2.036 eV at the valence band state A and 2.186 eV at the valence band state B.
본 논문에서는 평탄형 GaAs 기판과 $2^{\circ}$, $6^{\circ}$, $10^{\circ}$경사형 GaAs 기판 등 네 종류의 기판에 유기금속 기강성장장치를 이용하여 InGaP 에피막을 성장시켰고, 기판-에피막간의 격자부정합, 탄성변형, 격자굴곡, 부정합응력 등을 측정하여 기판 경사도, 즉 misorientation이 InGaP 에피막의 탄성특성에 미치는 영향에 대해 최초로 연구하였다. 또한 에피막의 x-선 반치폭과 PL강도 및 PL 반치폭, 발진파장 등을 측정하여 기판의 경사도가 에피막의 결정질에 미치는 영향에 대하여도 연구하였다. 시료 분석은 TXRD(tripple-axis x-ray diffractometer)와 저온 (11K) PL(photoluminescence)를 이용하여 수행했다. 기판 경사도 증가에 따라 Ga 원자의 흡착율이 평탄기판의 경우에 비해 상대적으로 증가하였으며, x-선 반치폭이 감소하였다. 또한 선형 탄성이론에 입각하면 격자 misfit 감소에 따라 부정합응력도 감소해야 하나, 반대로 미세하게 증가하는 현상이 관측되었으며 이는 경사기판을 사용할 때 접계면의 에피막 원자의 탄성효율이 향상되는 것에 기인함을 밝혔다. 그리고 기판의 경사도가 증가함에 따라 PL발진파장이 감소하였고, PL 강도는 증가하였으며, PL 반치폭은 감소하였다. 따라서 본 연구에서는 경사기판을 사용할 때 접계면의 탄성효율이 향상되고, InGaP 에피막의 결정질이 향상됨을 밝혔다.
두 개의 증발료가 설치된 hot wall epitaxy 장치를 제작하고 GaAs 기판위에 undoped ZnSe 박막을 성장하였다. 기판온도 $350^{\circ}C$, 원료부의 온도 $660^{\circ}C$ 근방에서 성장된 경 연박막의 XRD 측정값은 175 $sec^{-1}$의 반치폭을 냐타내 였다. Photoluminescence 측정 결과 neu t tral acceptor bound exciton emission line이 강하게 얻어지는 양질의 박막을 성장하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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