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Hot wall epitaxy법에 의한 MgGa<sub>2</sub>Se<sub>4</sub> 단결정 박막 성장과 광학적 특성
문종대,홍광준,Moon, Jong-Dae,Hong, Kwang-Joon 한국결정성장학회 2011 韓國結晶成長學會誌 Vol.21 No.3
단결정 성장을 위한 $MgGa_2Se_4$ 다결정은 수평 전기로에서 합성하였으며, 결정구조는 rhombohedral이고 격자상수 $a_0$는 3.953 ${\AA}$, $c_0$는 38.890 ${\AA}$였다. $MgGa_2Se_4$ 단결정박막은 HWE(Hot Wall Epitaxy) 방법으로 반절연성 GaAs(100)기판에 성장시켰다. 단결정박막의 성장 조건은 증발원의 온도 $610^{\circ}C$, 기판의 온도 $400^{\circ}C$에서 진행되었으며 성장 속도는 0.5 ${\mu}m/h$였다. 단결정박막의 결정성은 이중 결정 x-선 회절곡선의 반폭치와 X-선 회절무늬의 ${\omega}-2{\theta}$로부터 구하여 최적 성장 조건을 알 수 있었다. Hall 효과는 van der Pauw 방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 293 K에서 각각 $6.21{\times}10^{18}/cm^3$, 248 $cm^2/v{\cdot}s$였다. $MgGa_2Se_4$/SI(Semi-Insulated) GaAs(100) 단결정 박막의 광흡수 스펙트럼을 10 K에서 293 K까지 측정하였다. 광흡수 스펙트럼으로부터 구한 에너지 갭 $E_g(T)$는 varshni 공식 $E_g(T)=E_g(0)=({\alpha}T^2/T+{\beta})$을 잘 만족함을 알 수 있었다. 여기서 $E_g(0)=2.34\;eV$, ${\alpha}=8.81{\times}10^{-4}\;eV/K$, ${\beta}=251\;K$였다. A stoichiometric mixture of evaporating materials for $MgGa_2Se_4$ single crystal thin films was prepared from horizontal electric furnace. The crystal structure of these compounds has a rhombohedral structure with lattice constants $a_0=3.953\;{\AA}$, $c_0=38.890\;{\AA}$. To obtain the single crystal thin films, $MgGa_2Se_4$ mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the Hot Wall Epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were $610^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the double crystal X-ray rocking curve and X-ray diffraction ${\omega}-2{\theta}$ scans. The carrier density and mobility of $MgGa_2Se_4$ single crystal thin films measured from Hall effect by van der Pauw method were $6.21{\times}10^{18}\;cm^{-3}$ and 248 $cm^2/v{\cdot}s$ at 293 K, respectively. The optical absorption of $MgGa_2Se_4$ single crystal thin films was investigated in the temperature range from 10 K to 293 K. The temperature dependence of the optical energy gap of the $MgGa_2Se_4$ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's equation, $E_g(T)=E_g(0)-({\alpha}T^2/T+{\beta})$. The constants of Varshni's equation had the values of $E_g(0)=2.34\;eV$, ${\alpha}=8.81{\times}10^{-4}\;eV/K$ and ${\beta}=251\;K$, respectively.
Hot wall epitaxy(HWE)법에 의한 $AgGaS_2$ 단결정 박막 성장과 열처리 효과
문종대,Moon Jongdae 한국결정성장학회 2005 韓國結晶成長學會誌 Vol.15 No.1
AgGaS₂ 단결정 박막을 수평 전기로에서 합성한 AgGaS₂ 다결정을 증발원으로하여, hot wall epitaxy(HWE) 방법으로 증발원과 기판(반절연성-GaAs(100))의 온도를 각각 590℃, 440℃로 고정하여 성장하였다. 이때 단결정 박막의 결정성은 광발광 스펙트럼과 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)으로 부터 구하였다. AgGaS₂의 광흡수 스펙트럼으로부터 구한 온도에 의존하는 에너지 밴드갭 E/sub g/(T)는 Varshni 공식에 fitting한 결과 E/sub g/(T) = 2.7284 eV - (8.695×10/sup -4/ eV/K)T²/(T + 332 K)를 잘 만족하였다. 성장된 AgGaS₂ 단결정 박막을 Ag, Ga, S 분위기에서 각각 열처리하여 10K에서 photoluminescience(PL) spectrum을 측정하여 점 결함의 기원을 알아보았다. PL 측정으로 부터 얻어진 V/sub Ag/, V/sub s/, Ag/sub int/, 그리고 S/sub int/는 주개와 받개로 분류되어졌다. AgGaS₂ 단결정 박막을 Ag 분위기에서 열처리하면 n형으로 변환됨을 알 수 있었다. 또한, Ga 분위기에서 열처리하면 열처리 이전의 PL 스펙트럼을 보이고 있어서. AgGaS₂ 단결정 박막에서 Ga은 안정된 결합의 형태로 있기 때문에 자연 결함의 형성에는 관련이 없음을 알았다. A stoichiometric mixture of evaporating materials for AgGaS₂ single crystal thin films was prepared from horizontal electric furnace. To obtain the single crystal thin films, AgGaS₂ mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the hot wall epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were 590℃ and 440℃, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the AgGaS₂ obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, E/sub g/(T) = 2.7284 eV - (8.695×10/sup -4/ eV/K)T²/(T + 332 K). After the as-grown AgGaS₂ single crystal thin films was annealed in Ag-, S-, and Ga-atmospheres, the origin of point defects of AgGaS₂ single crystal thin films has been investigated by the photoluminescence (PL) at 10 K. The native defects of V/sub Ag/, V/sub s/, Ag/sub int/, and S/sub int/ obtained by PL measurements were classified as a donors or accepters type. And we concluded that the heat-treatment in the Ag-atmosphere converted AgGaS₂ single crystal thin films to an optical n-type. Also, we confirmed that Ga in AgGaS₂/GaAs crystal thin films did not form the native defects because Ga in AgGaS₂ single crystal thin films existed in the form of stable bonds.