[논문]HVPE 방법으로 성장된 alpha-Ga2O3의 특성에 대한 VI/III ratio 변화 효과

손호기; 최예지; 이영진; 이미재; 김진호; 김선욱; 라용호; 임태영; 황종희; 전대우

doi:10.6111/jkcgct.2018.28.3.135

HVPE 방법으로 성장된 alpha-Ga2O3의 특성에 대한 VI/III ratio 변화 효과
Effect of VI/III ratio on properties of alpha-Ga2O3 epilayers grown by halide vapor phase epitaxy 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.28 no.3, 2018년, pp.135 - 139

손호기 (한국세라믹기술원) , 최예지 (한국세라믹기술원) , 이영진 (한국세라믹기술원) , 이미재 (한국세라믹기술원) , 김진호 (한국세라믹기술원) , 김선욱 (한국세라믹기술원) , 라용호 (한국세라믹기술원) , 임태영 (한국세라믹기술원) , 황종희 (한국세라믹기술원) , 전대우 (한국세라믹기술원)

초록
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본 연구에서는 HVPE 성장법을 이용하여 사파이어 기판 위에 알파 갈륨옥사이드를 성장시키며 VI/III 비의 변화에 따른 효과를 확인하였다. 성장된 알파 갈륨옥사이드의 표면은 평평하고 crack 없이 성장되었다. 성장된 갈륨옥사이드의 광학적 특성을 분석하기 위해 투과율을 측정하고 광학 밴드갭을 얻었다. 광학 밴드갭은 약 5.0 eV로 나타났고 VI/III 비가 증가함에 따라 비례하여 증가하는 결과를 보여주었다. 이론적 광학 밴드갭에 가장 근접한 VI/III 비가 23인 조건에서 성장된 알파 갈륨옥사이드의 결정성을 확인하기 위해 HR-XRD를 이용하여 FWHM을 측정하였고 이를 바탕으로 전위밀도를 계산하였을 때 나선형 전위밀도는 $1.5{\times}10^7cm^{-2}$, 칼날 전위 밀도는 $5.4{\times}10^9cm^{-2}$로 계산되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we report the effect of VI/III ratio on ${\alpha}-Ga_2O_3$ epilayer on sapphire substrate by halide vapor phase epitaxy. The surface of ${\alpha}-Ga_2O_3$ epilayer grown with various VI/III ratios was flat and crack-free. To analyze the optical properties of the ${\alpha}-Ga_2O_3$ epilayers, the transmittance and an optical band gap were measured. The optical band gap was shown to be around 5 eV and showed a proportional increase in VI/III ratios. To determine the crystal quality of alpha gallium oxide grown with a ratio of 23, closed to the theoretical optical band gap, the FWHM was measured by HR-XRD. The calculated dislocation density of screw and edge were $1.5{\times}10^7cm^{-2}$ and $5.4{\times}10^9cm^{-2}$, respectively.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

에피층의 표면 특성을 관찰하기 위해서 광학현미경(OM)으로 측정하였다. 광학적 특성은 UVVis를 사용하여 투과율을 측정하였고 이를 이용하여 광학 밴드갭을 구하였다. 또한 high-resolution X-ray 회절 분석법(HR-XRD)을 이용해 α-Ga₂O₃ 에피층의 결정성을 측정하였다.
또한 high-resolution X-ray 회절 분석법(HR-XRD)을 이용해 α-Ga2O3 에피층의 결정성을 측정하였다.
본 연구에서는 HVPE 성장법을 이용하여 VI/III 비를 변경하여 α-Ga2O3 에피층을 성장하고 그 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 HVPE 장비를 이용하여 c-plane 사파이어 기판 위에 α-Ga2O3 에피층을 성장하였으며 에피 성장 시에 VI/III 비의 변화에 따른 α-Ga2O3 의 특성을 분석하였다.
성장된 α-Ga2O3 에피층의 표면 특성을 관찰하기 위해서 광학현미경(OM)으로 측정하였다.

성능/효과

성장된 α-Ga₂O₃ 에피층은 crack 없이 성장되었고 VI/III 비가 증가할수록 표면 특성이 안정화되는 경향을 보였다. 광특성 분석에서는 투과율은 가시광선 영역에서는 75 % 이상으로 나타났고 UV 영역에서는 VI/III 비 에 비례하여 증가하는 경향을 보였다. 이는 산소 분압 증가에 따른 Moss-Burstein 효과로 판단된다.
UV 영역에서는 VI/ III 비가 증가하면서 투과율이 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한 투과율의 흡수단을 통해서 밴드갭을 구할 수 있는데 성장된 각 샘플의 광학 밴드갭은 4.9~5.0 eV 사이에서 나타났고 VI/III 비가 증가하면 밴드갭이 증가한 것을 확인할 수 있었다. VI/III 비와 밴드갭은 MossBurstein 효과로 설명된다[17].
성장된 α-Ga2O3 에피층은 crack 없이 성장되었고 VI/III 비가 증가할수록 표면 특성이 안정화되는 경향을 보였다.
반면에 VI/III 비가 증가되면 표면에서 다수의 hillock과 pit이 감소하는 경향을 보여주었다. 일반적으로 성장률이 증가하면 빠른 성장속도로 표면이 거칠어지는 경향을 보이지만 이번 결과에서는 VI/III 비가 증가함에 따라 성장률이 증가하여도 표면 거칠기가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 낮은 VI/III 비에서는 산소 부족에 의해 표면 거칠기가 증가하지만 VI/III 비가 16 이상으로 유지될 경우에는 충분한 산소 공급으로 안정적인 표면 형성이 가능한 것으로 판단된다.
측정된 결과에서 보듯이 성장된 각각의 α-Ga2O3 에피층은 잔류응력이 거의 없는 상태를 보여주고 있다.

후속연구

또한 전력반도체 분야에서 특성을 수치화하여 나타낸 Baliga’s figure of merit은 3000 이상으로 높은 값을 나타내고 있어 향후 폭넓은 응용분야에 적용 이 가능할 것으로 예상된다[2, 3].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무엇을 이용하여 사파이어 기판 위에 알파 갈륨옥사이드를 성장시키며 VI/III 비의 변화에 따른 효과를 확인하였는가?	본 연구에서는 HVPE 성장법을 이용하여 사파이어 기판 위에 알파 갈륨옥사이드를 성장시키며 VI/III 비의 변화에 따른 효과를 확인하였다. 성장된 알파 갈륨옥사이드의 표면은 평평하고 crack 없이 성장되었다.
	성장된 알파 갈륨옥사이드의 표면은 어떻게 성장했나	본 연구에서는 HVPE 성장법을 이용하여 사파이어 기판 위에 알파 갈륨옥사이드를 성장시키며 VI/III 비의 변화에 따른 효과를 확인하였다. 성장된 알파 갈륨옥사이드의 표면은 평평하고 crack 없이 성장되었다. 성장된 갈륨옥사이드의 광학적 특성을 분석하기 위해 투과율을 측정하고 광학 밴드갭을 얻었다.
	성장된 갈륨옥사이드의 광학적 특성을 분석하기 위해 투과율을 측정하고 광학 밴드갭을 얻었는데, 이 때 광학 밴드갭은 약 몇 eV로 나타났는가	성장된 갈륨옥사이드의 광학적 특성을 분석하기 위해 투과율을 측정하고 광학 밴드갭을 얻었다. 광학 밴드갭은 약 5.0 eV로 나타났고 VI/III 비가 증가함에 따라 비례하여 증가하는 결과를 보여주었다. 이론적 광학 밴드갭에 가장 근접한 VI/III 비가 23인 조건에서 성장된 알파 갈륨옥사이드의 결정성을 확인하기 위해 HR-XRD를 이용하여 FWHM을 측정하였고 이를 바탕으로 전위밀도를 계산하였을 때 나선형 전위밀도는 $1.

참고문헌 (19)

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