분자선 박막 성장 장치로 성장된 GaSb 박막의 성장 온도에 따른 특성 평가 = Properties of a GaSb Epilayer Grown by Using Molecular Beam Epitaxy with Various Growth Temperatures

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this work, the structural and the optical properties of GaSb epilayers were investigated by using X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), and photoreflectance (PR) measurements. All sample were grown by using molecular beam epitaxy, but at various growth temperatures ($T_s$) from 485 to 540 $^\circ$C. The XRD results showed that the full width at half maximum (FWHM) of the XRD curves increased with increasing growth temperature due to the formation of defects in the epilayer. The PL results indicated that V$_{Ga}$, Ga$_{Sb}$ and related defects were formed in the epilayer due to the effects of the growth temperature. The PR spectra of the GaSb epilayers clearly exhibited Franz-Keldysh oscillations (FKOs) caused by the interface electric fields. The inter face electric field between the p-GaSb epilayer and the n$^+$-substrate decreased from 78.4 to 65.6 kV/cm with increasing $T_s$. We confirmed that the change in the interface electric field was due to the change in the p-type carrier concentration caused by the formation of defect states with increasing $T_s$ from 485 to 540 $^\circ$C.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 분자선 박막 성장 장치(molecular beam epitaxy)를 이용하여 성장된 GaSb 박막의 성장 온도($T_s$ 485 $\sim$540 $^\circ$C)에 따른 특성을 X-선 회절 (X-ray diffraction, XRD), 광발광 (photoluminescence, PL) 및 광변조반사 (photoreflectance, PR) 방법으로 조사하였다. XRD 결과에서는 성장 온도가 증가할수록 반치폭(full width at half maximum, FWHM)의 증가는 성장 중 결함 발생에 기인한 것으로 판단하였다. PL 결과에서는 성장 온도에 따라 박막에 V$_{Ga}$와 Ga$_{Sb}$에 관련된 결함 준위의 발생과 거동을 확인하였다. PR 신호에서 시료 계면 전기장 효과에 의한 Franz-Keldysh oscillation (FKO)이 관측되었다. 각 시료의 PR 신호에서 관측된 FKO신호로부터 성장 온도에 따른 시료의 계면 전기장 세기($F$) 변화를 확인 하였다. 상온에서 GaSb 박막의 계면 전기장 세기는 성장 온도가 증가할수록 78.4에서 65.6 kV/cm로 변함을 관측하였다. 성장 온도 485 $\sim$ 540 $^\circ$C 범위에서 박막의 계면 전기장 세기의 변화는 성장 온도에 따른 결함의 발생으로 p-형 운반자 농도의 변화에 기인한 것으로 확인되었다.

참고문헌 (Reference)

1 A. Y. Polyakov, 72 : 1316-, 1992

2 E. Kuramochi, 63 : 2664-, 1993

3 H. Shen, 78 : 2151-, 1995

4 D. E. Aspnes, 7 : 4605-, 1973

5 L. Tirado-Mejia, 403 : 4027-, 2008

6 R. Kudrawiec, 112 : 123513-, 2012

7 P. S. Dutta, 81 : 5821-, 1997

8 H. Kroemer, 20 : 196-, 2004

9 D. Z. Garbuzov, 11 : 794-, 1999

10 C. Lin, 84 : 5088-, 2004

11 F. Fuchs, 71 : 3251-, 1997

12 E. J. Koerperick, 92 : 121106-, 2008

13 E. J. Koerperick, 45 : 849-, 2009

14 J. P. Prineas, 89 : 211108-, 2006

15 H. Shao, 311 : 1893-, 2009

16 H. Shao, 18 : 1756-, 2006

17 M. Lee, 59 : 2895-, 1986

18 P. S. Dutta, 80 : 1112-, 1996

19 S. Mathews, 35 : 02B114-, 2017

20 김종수, "Temperature behavior of Franz-Keldysh oscillation and evaluation of interface electric fields attributed to strain effect of InAs/GaAs quantum dot" 한국물리학회 17 (17): 31-36, 2017

21 edited by S. D. Gunapala, "Semiconductors and Semimetals, Advances in Infrared Photodetectors;Semiconductors and Semimetals, Vol. 84" Elsevier 1-57, 2011

22 Hyun-Jun Jo, "Optical Properties of GaSb Measured Using Photoluminescence and Photoreflectance Spectroscopy" 한국물리학회 69 (69): 826-831, 2016

23 한임식, "InAs/GaAs 양자점 태양전지의 접합 전기장의 감소에 대한 원인 규명" 한국물리학회 67 (67): 425-431, 2017

24 손창원, "Evaluation of the Junction’s Electric Field and the Ideality Factor of GaAs p-n junction Solar Cells by Using Photoreflectance Spectroscopy" 한국물리학회 64 (64): 1031-1035, 2014