ZnO 박막내 산소관련결함과 녹색 발광의 상관관계 = Effects of Oxygen-related Defects on Green Luminescence from ZnO Thin Films

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Zinc-oxide (ZnO) films were deposited by using an RF magnetron sputtering method. By controlling the ratio of Ar to O₂ gases, we synthesized two types of films. Then, we performed furnace annealing at 900℃ under ambient O₂ or N₂ gases. X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and photoluminescence (PL) techniques were applied to characterize the structural and the optical properties of the ZnO films. When a ZnO film with low oxygen content is initially deposited, the crystal structure is well formed in the transversal, as well as the longitudinal, direction. Also, a sufficient supply of oxygen molecules by O₂ annealing promoted the formations of antisite oxygen and oxygen interstitial defects. From the analyses of the PL and the XPS data for all samples, we ascribe the main origin of green emis-sion from the ZnO film to oxygen-related defects. The type of oxygen-related defect caused by O₂ post-annealing was determined by the initial conditions of the fabrication and affected luminescent property in the ZnO film. The results of this work should be important for the development of green-light-emitting diodes with ZnO thin films.

국문 초록 (Abstract)

RF magnetron 스퍼터링방법을 이용하여 ZnO 박막을 제작하였다. Ar 및 O₂ 스퍼터링 가스의 비율을 조절하여 두 종류의 ZnO 박막을 만들었고, 산소 및 질소 분위기에서 900℃ 조건으로 각각 열처리를 실시하였다. 구조 및 광학적 특성을 분석하기 위해서 X-ray Diffraction, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Photoluminescence (PL) 측정을 하였다. 산소주입량이 적은 시료의 경우, 증착 직후 종단면 결정뿐만 아니라 횡단면 결정까지도 비교적 잘 성장되었으며, 산소 분위기에서의 후열처리후에도 시료 내 결정구조가 잘 유지됨과 동시에 ZnO 박막 안으로 산소 공급이 원활하게 이루어짐으로써 Antisite 산소 및 Oxygen Interstitial 결함 생성이 활발하게 일어남을 확인하였다. XPS 및 PL 측정결과를 분석하여 열처리 과정 중 생성된 산소 관련 결함들이 ZnO 박막 내 녹색발광의 주요한 원인이라고 판단하였다. 증착방법 및 조건에 따라 증착 완료 후 산소분위기 후열처리에 의한 산소관련 결함의 종류 및 형성 규모가 결정되며 이는 박막의 발광 강도에 직접적인 영향을 주었다. 이러한 결과는 ZnO 박막을 이용한 녹색발광소자 제작시 중요하게 고려되어야 할 요소라고 판단된다.

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