초록 ▼

MOCVD 방법에 의하여 sapphire 기판 위에 수평형, 저압 반응기에서 GaN, InGaN 층을 성장하였다. 최적의 조건에서 성장된 도우핑 되지 않은 GaN 에피층의 잔류 전자밀도는 질소 vacancy에 의해 나타나서 ∼5x1017 cm-3, 전자 이동도 120㎠/Vsec 값을 보였다. 표면은 현미경적 조직이 전혀 관찰되지 않는 거울 면의 평평하였다. 이러한 조건으로 성장된 GaN 에피층 위에 In의 양이 x = 0.08 - 0.20 인In(x)Ga(1-x)N 에피층을 GaN 위에 성장하여

MOCVD 방법에 의하여 sapphire 기판 위에 수평형, 저압 반응기에서 GaN, InGaN 층을 성장하였다. 최적의 조건에서 성장된 도우핑 되지 않은 GaN 에피층의 잔류 전자밀도는 질소 vacancy에 의해 나타나서 ∼5x1017 cm-3, 전자 이동도 120㎠/Vsec 값을 보였다. 표면은 현미경적 조직이 전혀 관찰되지 않는 거울 면의 평평하였다. 이러한 조건으로 성장된 GaN 에피층 위에 In의 양이 x = 0.08 - 0.20 인In(x)Ga(1-x)N 에피층을 GaN 위에 성장하여 이종접합 구조를 형성하였다.성장된 GaN, InGaN 에피층을 photoluminescence (PL) 방법으로 광특성을 측정하였다.여기광원으로는 HeCd 레이저와 excimer 레이저를 사용하였다. 도우핑이 되지 않은 GaN에피층으로부터 355.2 nm 에서 매우 sharp한 peak이 관찰되었는데 이는 free exciton 에 의한 것이며 355.8 nm에서는 질소 vacancy에 의한 bound exciton이 검출되었다. 이로써, 성장된 에피층은 고순도인 것을 알 수 있다. In 의 양이 작은 InGaN 에피층으로부터는bound exciton에 의한 peak이 우세하게 검출되었다. GaN, InGaN 시료 모두에서donor-acceptor (DA) 쌍에 의한 transition 과 그 LO phonon relica들이 확인되었으나 560nm 부근의 밴드갭 내의 깊은 에너지 준위로부터 발생되는 broad한 형광은 검출되지 않았다. 여기광원의 세기를 변화시켰을 때 bound exciton에 의한 형광과 DA 쌍에 의한 형광의 세기변화를 측정한 결과 각각 선형적, 비선형적인 비례관계를 보임을 측정하였다. 또한, 시료의 온도를 또는 형광 측정시 delay를 변화시키면서 PL을 측정하였다. 이 결과를carrier의 이동현상에 의하여 설명할 모형을 도출하려고 한다.펄스레이저를 광펌핑 소오스로하여 표면발광 레이저 발진 특성을 GaN 에피층에 대하여 측정하였다. 375 nm의 파장에서 표면 발진하는 모드를 검출하였으며 여기 광 세기가증가할수록 장파장 쪽으로 이동하였다. 표면발진 임계 광세기를 구한 결과 1.7 MW/㎠ 을얻었으며 이 값은 문헌에 보고된 타 연구와 비교하여볼 때 비슷한 값이었다. 또한, InGaN에피층을 측면발진 모드로 광펌핑하여 발진특성을 측정하였다. 발진 길이를 300-500 μm으로 변화시켰을 때 길이가 길어지면서 발진 파장 (374 nm) 의 광세기가 증가하였으며사용된 여기광세기는 0.9 MW/㎠ 로써 표면발진의 임계 광세기보다 작은 값에서도 발진하는 것을 관찰하였다.펨토초의 초고속 펄스를 이용하여 에피층의 PL과 형광의 decay 시간을 구하였다.InGaN 에피층으로부터 DA 쌍, DA 쌍 + LO phonon relica 등이 검출되었으며 이제까지 측정되지 않았던 373 nm 의 새로운 peak를 관찰하였다. 이 peak와 DA 쌍에 의한 형광은시간에 따라 non-exponential 한 특성을 보였으며 약 100 psec의 decay 시간을 나타내었고DA쌍의 phonon replica는 exponential 한 decay 특성과 70 psec의 decay time을 보였다.시도된 GaN/InGaN 양자우물 구조는 In의 양이 작아 양자우물 구조가 형성되지 않아양자우물에 관련된 연구는 진행되지 않았으며 이 연구는 계속 진행중이다.

Abstract ▼

We have successfully grown high quality GaN, InGaN epitaxiallayers on sapphire substrate utilizing a horizontal, low pressure MOCVD system.Under the optimal growth conditions, the undoped GaN layers have shown the background carrier concentrations of 5x1017/㎤ and the electron mobility

We have successfully grown high quality GaN, InGaN epitaxiallayers on sapphire substrate utilizing a horizontal, low pressure MOCVD system.Under the optimal growth conditions, the undoped GaN layers have shown the background carrier concentrations of 5x1017/㎤ and the electron mobility of 120 ㎠/Vsec.High quality In(x)Ga(1-x)N layers with x = 0.08 - 0.2 have also been obtained on GaN.The surface morphology of the films is mirror-like smooth.We have characterized the epitaxial layers using photoluminescence technique withHeCd and excimer laser as pumping sources. From undoped GaN, the recombinationsof free exciton and bound exciton to donor are observed, indicatives of high quality film.The bound exciton recombination is the dominant luminescence in InGaN. From bothof GaN and InGaN, donor-acceptor pair transition and its LO phonon replica have alsobeen detected. Though, a broad yellow luminescence at 560 nm has not beenmeasured supporting the layers are high quality. The luminescence intensity of thebound exciton transition shows a linear dependence with excitation power, while that ofthe DA pair has a sub-linear dependence.Lasing in the surface emission mode is observed from GaN layer by opticalpumping. The measured emission wavelength is 375 nm which shifts to longerwavelength by increasing the pumping power density. The threshold optical powerdensity is estimated to be 1.7 MW/㎠. Lasing in the edge emission mode is alsoobtained from InGaN under the power density of 0.9 MW/㎠ lower than that of thesurface emission, with the illumination length of 300-500 μm.Ultra fast femto-second laser is utilized to measure the decay times ofluminescence. A new line at 373 nm has appeared from InGaN which has a non-lineardecay characteristics in time. The deduced decay time is about 100 psec. The DApair recombination decays non-linearly in time. Such a spectra is one of its hallmarks.The DA-phonon replica, however, decays linearly with about 70 psec decay time.The attempted GaN. InGaN multiple quantum well struture has not indicated anycarrier confinement effects in PL spectra. Thus, we are currently under progress tofabricate the double hetero and quantum strutures and will report their results in nearfuture.

목차 Contents

• 목 차...6
• I. 서 론...7
• II. 연구방법 및 이론...8
• 1. 박막의 성장...8
• 2. 광학 측정의 실험 방법...10
• 3. 이론적 배경...13
• III. 실험 결과 및 분석...18
• 1. GaN, InGaN, InGaN/GaN 다중양자 우물 구조를 갖는 에피충의 PL 측정...18
• 2. 광펌핑에 의한 에피충의 발진...30
• 3. 초고속 레이저를 이용한 PL 및 형광의 decay time 측정...36
• IV. 결 론...42
• V. 참고문헌...43
• VI. 기 타...44