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MOCVD 성장조건이 InN/GaN 다층박막의 발광세기에 미치는 영향
The Effect of MOCVD Growth Parameters on the Photolumenescence Intensity of InN/GaN Multi-layers 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.12 no.3, 2002년, pp.190 - 194  

Kim, Hyeon-Su (Department of Physics, Gyeongsang National University) ,  Lee, Jeong-Ju (Department of Physics, Gyeongsang National University) ,  Jeong, Sun-Yeong (Department of Physics, Gyeongsang National University) ,  Lee, Jeong-Yong (Dept. of Materials Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology) ,  Lin, J.Y. (Department of Physics, Kansas State University) ,  Jiang, H.X. (Department of Physics, Kansas State University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

InN/GaN multi-layers were grown by metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD) in order to get the appropriate structure for an high power blue-green light emitting diode(LED), and effects of growth conditions (growth temperature, pressure, and $trimethylindium(TMIn)-NH_3-N_2\; flow\; rare)$<...

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제안 방법

  • InN/GaN 다층박막에서 성장조건이 발광세기에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 먼저 결정구조에 가장 큰 영향을 줄 것으로 예상되는 성장온도를 변화시켰다. Fig.
  • 따라서 InN/GaN 다층박막의 최적 성장온도는 위 두온도 사이일 것이며, 본 연구에서는 성장온도를 750℃에서 790℃까지 10℃ 간격으로 변화시켰다. 그리고 성장압력은 GaN 성장조건인 325 Torr를 기준으로 25 Torr씩 증감시키면서 275 Torr에서 375 Torr 까지 변화시켰다. 그 외 TMIn, Nz, NH3의 유량은 각각 100~200 ml/min, 1.
  • 시료로부터의 발광 세기는 여기광원의 세기나 광학적 정열 상태에 따라 달라질 수 있기 때문에, 발광세기를 비교하기 위해서는 항상 같은 조건에서 측정되어져야 하며, 시료 외적인 측정오차를 줄이기 위해 측정 때마다 기준시료도 같이 측정되어 졌다. 그리고 투과전자현미경 (transmission electron microscope : TEM) 을 이용하여 InN/GaN 다층박막의 미세구조를 관측하였다.
  • 일반적으로 MOCVD 법으로 성장되는박막들의 특성이 성장압력에 따라 크게 변하지는 않지만 본연구에 사용된 저압 MOCVD 장치 에서는 GaN 에피층 성장에 주로 적용되는 성장조건인 325 Torr에서 성장한 InN /GaN 다층박막이 가장 높은 발광 세기를 보인다. 다음으로 성장온도 및 압력 외에 다른 성장조건들의 영향을 조사하기 위해 성장온도 및 압력을 각각 780℃, 325 Torr로 고정하고 trim ethylindium (TMIn), NH3, 그리고 N? 의 유량을 변화시키면서 InN/GaN 다층박막들을 성장하여 상온 PL 측정을 하였다.
  • InN/GaN 다층박막은 연속적으로 성장되어져야 하기 때문에 각 층의 성장온도가 같아야 하는데, InN 및 GaN의 에피층 (epitaxial layer) 을 성장할 때 최적 성장온도는 각각 500℃ 및 1028℃ 이다. 따라서 InN/GaN 다층박막의 최적 성장온도는 위 두온도 사이일 것이며, 본 연구에서는 성장온도를 750℃에서 790℃까지 10℃ 간격으로 변화시켰다. 그리고 성장압력은 GaN 성장조건인 325 Torr를 기준으로 25 Torr씩 증감시키면서 275 Torr에서 375 Torr 까지 변화시켰다.
  • 마지막으로 MOCVD법으로 InN/GaN 다층박막을 때성장할 때 운반 가스 (carrier gas) 가 InN/GaN 다층박막의 발광 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 일반적으로 InGaN박막을 MOCVD법으로 성장할 때 운반가스로 Hz 및 Nz 혹은 두 가스의 혼합물이 사용되어지고 있는데, 운반가스의 성질이 결정성장시 In의 혼입 (incorporation)에 중요한 역할을 하며, 특히 Nz를 운반가스로 사용할 때 In의 혼입을 증진시킨다는 보고가 있다.
  • 먼저 550℃에서 사파이어 기판 위에 두께 250A 정도의 GaN 핵생성 층 (nucleation layer) 을 성장한 후, 1028 ℃에서 두께 W 정도의 GaN 충을 성장하고 성장조건들을 변화시키면서 InN/GaN 다층박막을 성장하였으며 맨 윗층은 보호막으로 두께 120A 정도의 GaN층을 성장하였다.
  • 먼저 결정성장에 가장 큰 영향을 미치는 성장온도 (780℃) 및 압력 (325 Torr) 을 결정하고, trimethylindium (TMIn), NH3, 그리고 Nz들의 유량이 발광 세기 및 발광 피크 에너지에 미치는 영향을 조사하였는데 유량이 각각 150 ml/min, 3.2 Z/min, 2 Z/min일 때 성장된 InN/GaN 다층박막의 발광세 기가 가장 높았다.
  • 먼저 결정성장에 가장 큰 영향을 미치는 성장온도 (780℃) 및 압력 (325 Torr) 을 결정하고, trimethylindium (TMIn), NHa, 그리고 N2 들의 유량이 발광 세기 및 발광피크 에너지에 미치는 영향을 조사하였는데 유량이 각각 150 mZ/min, 3.2 l/min, 2 Z/min일 때 성장된 InN/GaN 다층박막의 발광 세기가 가장 높았다.
  • 본 연구에서는, 상온에서의 발광 세기 측정으로부터 발광 세기가 가장 큰 InN/GaN 다층박막의 MOCVD 성장조건을 구하였다. 먼저 결정성장에 가장 큰 영향을 미치는 성장온도 (780℃) 및 압력 (325 Torr) 을 결정하고, trimethylindium (TMIn), NH3, 그리고 Nz들의 유량이 발광 세기 및 발광 피크 에너지에 미치는 영향을 조사하였는데 유량이 각각 150 ml/min, 3.
  • 상온에서의 발광 세기 측정으로부터 발광 세기가 가장 큰 InN/GaN 다충박막의 MOCVD 성장조건을 구하였다. 먼저 결정성장에 가장 큰 영향을 미치는 성장온도 (780℃) 및 압력 (325 Torr) 을 결정하고, trimethylindium (TMIn), NHa, 그리고 N2 들의 유량이 발광 세기 및 발광피크 에너지에 미치는 영향을 조사하였는데 유량이 각각 150 mZ/min, 3.
  • 일반적으로 MOCVD 법으로 성장되는박막들의 특성이 성장압력에 따라 크게 변하지는 않지만 본연구에 사용된 저압 MOCVD 장치 에서는 GaN 에피층 성장에 주로 적용되는 성장조건인 325 Torr에서 성장한 InN /GaN 다층박막이 가장 높은 발광 세기를 보인다. 다음으로 성장온도 및 압력 외에 다른 성장조건들의 영향을 조사하기 위해 성장온도 및 압력을 각각 780℃, 325 Torr로 고정하고 trim ethylindium (TMIn), NH3, 그리고 N? 의 유량을 변화시키면서 InN/GaN 다층박막들을 성장하여 상온 PL 측정을 하였다.

대상 데이터

  • 시료들은 저압 금속 유기화학 기상 증착법 (MOCVD) 으로 (0001) 사파이어 (AhO) 기판 위에 성장하였으며, 원 물질들로 (source materials) trimethylgallium (TMGa), trime- thylindium (TMIn), NHa, 운반가스로 질소 (N)를 사용하였다. 먼저 550℃에서 사파이어 기판 위에 두께 250A 정도의 GaN 핵생성 층 (nucleation layer) 을 성장한 후, 1028 ℃에서 두께 W 정도의 GaN 충을 성장하고 성장조건들을 변화시키면서 InN/GaN 다층박막을 성장하였으며 맨 윗층은 보호막으로 두께 120A 정도의 GaN층을 성장하였다.
  • 여기광원 (excitation light source) 으로는 주파수 증배기 (frequency doubler) 를 가지는 yttrium- aluminium- garnet (YAG) 레이저에 의해 펌핑되어지는 색소(dye) 레이저를 이용하였다. 색소레이저로부터 나온 레이저는 두 번째 주파수 증배기를 거쳐 자외선 영역인 4.
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참고문헌 (26)

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