초록 ▼

광섬유를 통하여 전송되어온 광신호를 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호를 증폭하는 기능을 갖고있는 애벌렌치 포토다이오드는 2.5Gbps이상의 초고속광통신시스템의 수광소자로서 크게 각광을 받고 있는 중요한 소자이다. 애벌렌치 포토다이오드(APD)의 성능은 증폭층을 구성하는 물질의 특성에 크게 영향을 받는데, 최근에는InP에 격자정합된 InGaAs/InAlAs 초격자구조를 증폭층으로 사용할 경우 소자의 잡음특성이 개선되었다고 보고되고있다. 본 연구에서는 InGaAs/InAlAs 물질계가 갖는 장점을 극대화하며, 응

광섬유를 통하여 전송되어온 광신호를 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호를 증폭하는 기능을 갖고있는 애벌렌치 포토다이오드는 2.5Gbps이상의 초고속광통신시스템의 수광소자로서 크게 각광을 받고 있는 중요한 소자이다. 애벌렌치 포토다이오드(APD)의 성능은 증폭층을 구성하는 물질의 특성에 크게 영향을 받는데, 최근에는InP에 격자정합된 InGaAs/InAlAs 초격자구조를 증폭층으로 사용할 경우 소자의 잡음특성이 개선되었다고 보고되고있다. 본 연구에서는 InGaAs/InAlAs 물질계가 갖는 장점을 극대화하며, 응력에 의한 부수적 효과를 얻을 수 있는 InP에 부정합된 InGaAs/InAlAs 초격자구조를 APD의 증폭층으로 사용할 수 잇도록, InP에 격자정합 및 부정합된 InGaAs/InAlAs초격자구조의 MOCVD 박막성장 기술의 개발과 응력이 인가된 이종접합계면의 안전성을 조사 분석하였다. 성장된 박막과 계면의 전기적/광학적 특성은 광학현미경, 주사전자현미경,투과전자현미경(HRTEM), X-선 쌍결정분석법, Photoluminescence, Hall 측정법,capacitance-voltage 측정법 등을 이용하여 분석하고, MOCVD 성장조건의 확립은 성장압력, 성장온도, V/III 비율, 유량, 성장전처리 등과 같은 성장변수의 영향을 조사 분석하여 도출하였다.InP에 격자정합된 InGaAs, InAlAs 및 InGaAsP의 MOCVD 성장조건을 확립하고, 이를 이용하여 20주기의 우물층과 장벽층을 갖는 InGaAs/InAlAs 초격자구조를 성장하였다.성장조건과 압력은 730℃와 0.1기압으로 최적화하였으며, 성장된 초격자구조의 결정성을DCXRD와 HRTEM을 이용하여 분석하였다. 성장된 초격자구조는 DCXRD에서 초격자구조가 갖는 주기성을 잘 나타내었으며, HRTEM으로는 전체적으로 매우 급준한 이종접합계면을 갖고있음을 확인 할 수 있었다. 초격자구조에 인가되는 응력의 상태에 따른 밴드구조를 계산하고 이로부터 전도대와 가전대의 불연속값을 계산한 결과, 1%의 인장응력을 받는 In0.53Ga0.47As/In0.372Al0.628As의 조성에서 전도대와 가전대의 불연속값 차이가0.504eV로 가장 크게 나타남을 알 수 있었다. 응력이 인가된 InGaAs/InGaAsP 이종접합구조를 성장하여, 그 특성을 PL을 통하여 분석하였다. 응력이 인가된 다중양자우물구조의열적안정성을 800℃~1100℃까지의 온도 범위에서 열처리한 후, 특성의 변화를 저온 PL을 통하여 분석하였다. InGaAs에 2%의 압축응력이 인가된 경우, 이종접합계면에서 구성원소가압축응력을 완화할 수 있는 방향으로 우선적으로 발생하고, V족 원소의 이동이 우선적으로발생하여 InGaAs의 밴드갭이 단파장 쪽으로 변화하고, 이후에 압축응력이 인가되는 방향으로, III족원소의 이동이 일어나서 InGaAs의 밴드갭이 장파장으로 이동하게 됨을 관찰 할 수있었다.본 연구에서 얻어진 InP계 화합물반도체의 MOCVD 성장기술은 향후 광통신용 광소자의 개발에 기반이 될 것이며, 응력이 인가된 에피층의 성장 기술과 응력이 인가된 이종접합계면의 특성은 다양한 소자의 성능 향상에 크게 활용될 것이다.

Abstract ▼

Performance of avalanche photodiode (APD) strongly relies onproperties of the multiplication layer. It was reported that APD with multiplicationlayer of InGaAs/InAlAs superlattice lattice-matched to InP showed a improvedperformance in terms of reduced excess noise factor, compared to

Performance of avalanche photodiode (APD) strongly relies onproperties of the multiplication layer. It was reported that APD with multiplicationlayer of InGaAs/InAlAs superlattice lattice-matched to InP showed a improvedperformance in terms of reduced excess noise factor, compared to that of APD with InPmultiplication layer. However, advantages of InGaAs/InAlAs superlattice cannot befully utilized because of the restriction of lattice matching condition. The advantagesof InGaAs/InAlAs material system can be fully utilized using strained superlattice andan additional advantage of the strained superlattice will be also expected. Epitaxialgrowth of strained InGaAs/InAlAs superlattice using MOCVD and investigation on theinterfacial properties of strained superlattice are carried out in this study.Effects of MOCVD growth parameters such as pressure, temperature, V/III ratio,flow rate on the properties of InGaAs, InAlAs and InGaAsP layer were investigated andoptimum conditions for these compounds semiconductors were established.InGaAs/InAlAs superlattice lattice-matched to InP were grown at 730℃ and 76 Torr.Results from the double crystal X-ray diffraction and high resolution transmissionelectron microscope analysis showed the InGaAs/InAlAs superlattice had a gooduniformity and sharp heterointerface. The optimum composition of strained superlatticefrom the band calculation was In0.53Ga0.47As/In0.372Al0.628As. The strainedmultiquantum well of InGaAs/InGaAsP were grown and analyzed usingphotoluminescence. Thermal stability of strained layer was tested by annealing at thetemperature ranging from 800℃ to 1100℃ for 30 min.. It was found that As-Pintermixing and stress relaxation took place at the first stage of annealing, resulting inthe blue shift in InGaAs. Ga-In intermixing and tensile stress were followed. But,heterointerface between InGaAs and InGaAsP was stable under 800℃.Epitaxial growth of InP related compound semiconductor and strainedheterointerface using MOCVD and study on the thermal stability will play an importantrole in developing the optoelectronic device for optical fiber communication system.

목차 Contents

• 목차...7
• 1) 서론...8
• 1.1) 연구배경...8
• 1.2) 연구목적...13
• 1.3) 연구범위...13
• 2) 연구방법 및 이론...14
• 2.1) 연구방법...14
• 3) 결과 및 고찰...15
• 3.1) InP에 격자정합된 InGaAs/InAIAs 초격자구조의 성장...15
• 3.2) 응력이 가해진 초격자구조의 band-offset 계산...19
• 3.3) 응력이 작용하는 이종접합구조의 성장...23
• 3.4) 응력이 인가된 이종접합계면의 열적안정성...28
• 4) 결론...35
• 5) 인용문헌...36
• 6) 연구수행관련 논문발표 목록서...38
• 7) 자체평가서...39