[논문]MOCVD 성장법을 이용한 Beta-Ga2O3 박막의 헤테로에피택시 성장 특성

정정수; 차안나; 이기업; 조세아; 문영부; 김명식; 이무성; 하준석

doi:10.6117/kmeps.2024.31.2.085

[국내논문] MOCVD 성장법을 이용한 Beta-Ga2O3 박막의 헤테로에피택시 성장 특성
MOCVD Growth and Characterization of Heteroepitaxial Beta-Ga2O3

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.31 no.2, 2024년, pp.85 - 91

정정수 (전남대학교 화학공학과) , 차안나 (전남대학교 에너지융복합전문핵심연구지원센터) , 이기업 (전남대학교 화학공학과) , 조세아 (전남대학교 화학공학과) , 문영부 ((주)유제이엘) , 김명식 ((주)유제이엘) , 이무성 (전남대학교 화학공학과) , 하준석 (전남대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 MOCVD 장비를 사용하여 c-plane sapphire 기판 위에 𝛽-Ga₂O₃ 박막을 성장시키는 방법을 조사하였다. 우리는 𝛽-Ga₂O₃ 박막의 결정성을 높이기 위한 최적의 성장 조건을 확인하였으며, 박막의 결정성에 있어 O₂와 Ga 전구체 간의 비율이 결정 성장에 미치는 영향을 확인하였다. 성장 온도의 범위는 600~1100℃ 였으며 O₂/TMGa의 비율이 800 ~ 6000일 때 결정성을 분석하였다. 결과적으로 1100℃에서 전구체 간의 몰비가 2400일 때 가장 높은 결정성의 박막을 얻을 수 있었다. 박막의 표면을 주사 전자 현미경으로 관찰하였으며, 박막의 XRD ω-스캔 시 FWHM은 (${\bar{2}}01$), (${\bar{4}}02$) 회절 피크에서 각각 1.17°, 1.43°로 나타났다. 이렇게 얻어낸 박막의 경우, 가시광선 영역에서 80% 이상의 높은 투과율을 보였으며, 박막의 밴드갭 에너지는 4.78 ~ 4.88 eV였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we investigated a method of growing single crystal 𝛽-Ga2O3 thin films on a c-plane sapphire substrate using MOCVD. We confirmed the optimal growth conditions to increase the crystallinity of the 𝛽-Ga2O3 thin film and confirmed the effect of the ratio between O2 and Ga precursors on crystal growth on the crystallinity of the thin film. The growth temperature range was 600~1100℃, and crystallinity was analyzed when the O2/TMGa ratio was 800~6000. As a result, the highest crystallinity thin film was obtained when the molar ratio between precursors was 2400 at 1100℃. The surface of the thin film was observed with a FE-SEM and XRD ω-scan of the thin film, the FWHM was found to be 1.17° and 1.43° at the and (${\bar{2}}01$) and (${\bar{4}}02$) diffraction peaks. The optical band gap energy obtained was 4.78 ~ 4.88 eV, and the films showed a transmittance of over 80% in the near-ultraviolet and visible light regions.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. (a) Schematic drawing of the MOCVD system. (b) Schematic diagram of the thin film deposition process in the MOCVD equipment.
그림 Fig. 2. XRD scan spectra of samples grown at different temperatures: (a) 2Theta-Omega scan, (b) Phi scan, (c) Omega scan, (d) Thickness as a function of growth temperature.
그림 Fig. 3. XRD scan spectra of samples with different O₂/TMGa molar ratio: (a) 2Theta-Omega scan, (b) Phi scan, (c) Omega scan, (d) Thickness according to O₂/TMGa molar ratio.
그림 Fig. 4. Surface SEM image of a β-Ga₂O₃ layer on a sapphire(001) substrate at different O₂/TMGa molar ratios: (a) 800, (b) 2400, (c) 4000, (d) 6000.
그림 Fig. 5. (a) Transmittance spectrum of β-Ga₂O₃ thin film at different temperatures. (c) Transmittance spectrum of β-Ga₂O₃ thin film at different O₂/TMGa molar ratios. (b) The energy band gap of β-Ga₂O₃ thin film at different temperatures. (d) The energy band gap of β-Ga₂O₃ thin film at different O₂/TMGa molar ratios.
그림 Fig. 6. (a) Photograph of the sample grown on a 2-inch sapphire substrate. (b) AFM images of the β-Ga₂O₃ thin film over a scan area of 5μm×5μm, with RMS roughness in nm displayed in the image. (c) The growth rate of β-Ga₂O₃ thin films over time.

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