초록 ▼

연구목표
MOCVD 방법을 사용하여 대면적의 값싼 비정질 기판 위에 양질의 GaN 계열 다결정 박막의 최적 성장 조건을 확립하고 SEM, AFM, XRD, PL 및 Hall효과를 측정하여 박막의 구조적, 광학적 및 전기적 특성을 규명하고 광발광 소자로 응용시 기본이 되는 물성 자료를 제공한다.
연구내용
MOCVD 방법으로 fused silica 유리 기판 위에 GaN 계열 박막을 성장할 때 성장 방법, 완충층의 성장 온도, 시간 및 박막의 성장 조건을 변화시켜보아 최적 박막 성장 조건을 확립하였다. 이렇게 양질의

연구목표
MOCVD 방법을 사용하여 대면적의 값싼 비정질 기판 위에 양질의 GaN 계열 다결정 박막의 최적 성장 조건을 확립하고 SEM, AFM, XRD, PL 및 Hall효과를 측정하여 박막의 구조적, 광학적 및 전기적 특성을 규명하고 광발광 소자로 응용시 기본이 되는 물성 자료를 제공한다.
연구내용
MOCVD 방법으로 fused silica 유리 기판 위에 GaN 계열 박막을 성장할 때 성장 방법, 완충층의 성장 온도, 시간 및 박막의 성장 조건을 변화시켜보아 최적 박막 성장 조건을 확립하였다. 이렇게 양질의 다결정 박막을 성장하여 SEM 및 AFM으로 표면을 살펴 보아 결정입자의 크기 및 표면 거칠기등을 연구하고 XRD로 그 결정 구조 및 결정입자의 크기 등을 연구하였다. 측정 온도에 따른 PL실험 결과로부터 광발광 특성을 분석하였다. 광발광 피크 위치, 적분 세기 및 반치폭의 온도 의존성을 살펴보았으며 Raman 산란 실험으로 phonon의 특성을 규명하였다. 온도를 변화시켜 가며 Hall 효과를 측정하여 전기 전도도, 운반자 밀도 등의 전기적 특성을 살펴보고 온도에 따른 활성화 에너지도 조사하였다. 박막의 전기적 광학적 특성에 영향을 주는 불순물을 살펴보기 위하여 AES 및 SIMS를 이용하여 불순물의 종류 및 그 분포상태를 연구하여 그 근원을 제시하였다. 또 laser를 사용하여 표면 열처리를 하여 그에 따른 박막의 특성 변화도 살펴보았다.
연구성과
fused silica 위에 다결정 GaN를 성장할 경우 이단계 성장법이 유리하며 다결정 박막의 특성이 완충층 성장 조건에 민감하였다. 완충층의 최적 성장 온도는 650$\degC$, 3분, ramping 시간은 약 20분이었다. InGaN 박막의 경우에는 성장온도에 따라 박막의 특성 및 품질이 크게 다르게 나타났다.
박막의 성장 온도가 높을 수록 결정입자가 크고 전자 이동도도 크며 전자 밀도도 높았다. hexagonal구조로 성장한 박막의 XRD (0002) 피크가 강할 때 그 특성이 우수하였고 결정입자의 크기는 약 500nm로 매우 균일하였다. BE 발광 피크는 폭은 약간 넓지만 발광세기는 결정성 박막의 약 3배에 달하였다. 또 이 피크의 위치, 세기 및 반치폭의 온도 의존성, 전기전도도 및 전자 밀도 등을 규명하였고 Raman산란 실험으로 LO phonon 에너지가 약 91 meV임을 알 수 있었다. silica기관 위의 GaN 박막에서는 기관에서 확산된 Si원자가 박막 내에서 donor 역할을 하였다.
레이저를 이용한 박막의 열처리 결과 박막의 표면이 평탄해지고 결정 입자가 커지며 광학적 전기적 특성이 개선되는 것을 관측하였다. 박막을 저온에서 빠른 속도로 성장 열처리 과정을 통하여 특성을 개선하는 방법으로 활용할 수 있을 것이다.
본 연구를 통하여 값싸고 대면적인 비정질 기관 위에 결정성 박막 못지 않은 특성의 양질의 GaN계열 다결정 박막을 성장하고 그 제반 물리적 특성을 규명함으로써 다결정 박막의 물성 이해뿐만 아니라 향후 소자 제작의 기반을 제공하였다.

Abstract ▼

Purpose of Research
The optimum growth condition were found to grow high quality GaN-related polycrystalline thin films on large area and cheap amorphous substrates by MOCVD. The structural, optical and electrical characteristics of the films investigated by SEM, AFM, XRD, PL and Hall effect meas

Purpose of Research
The optimum growth condition were found to grow high quality GaN-related polycrystalline thin films on large area and cheap amorphous substrates by MOCVD. The structural, optical and electrical characteristics of the films investigated by SEM, AFM, XRD, PL and Hall effect measurement will be the basic information for the applications as light emitting devices
Contents of Research
The optimum growth condition for GaN-related polycrystalline thin film by MOCVD was set-up by controlling the growth method, growth temperature and time for buffer layer, and the condition for the upper layer. SEM and AFM were used to reveal the grain size and surface roughness. XRD showed the crystalline srructure and the grain size.
The temperature dependence of PL peak position, integrated intensity and FWHM was studied and Raman scattering shift was carried to find the LO phonon energy. The Hall effect measurement as a function of temperature was performed to find electrical conductivity, carrier concentration and its activation energy. AES and SIMS profile were studied to get information on the kind of impurities and the its origin which affects elecrtical and optical properties of the thin film. And the film properties were studied after the surface annealing by laser.
Effectiveness of Research
The rwo-step method was found to be adapted to grow high-quality GaN films on fused silica sucstrates and the film charateristics were found to strongly depend on the buffer layer. The optimum growth condition was 650$\degC$, 3min, and about 20 min of ramping time. InGaN films were found to be very sensitive to the growth temperature.
The higher the growth temperature, the larger the grain size and the higher the mobility and the carrier concentration. The hexagonal films were of good quality when XRD(0002) peak was strong and dominant. BE luminescent peak was a little broad but the intensity was as strong and dominast. BE luminescent peak was a little broad but the intensity was as strong as three times of that in GaN epilayers. The temperature dependence of the peak energy, intensity, FWHM with the electrical conductinity and carrier concentration was extensively studied. And the Si atoms difused from silica substrate was attributed to the donors in the GAN films.
The surface annealing was found to attribute the improvement of optical and electrical properties of the films. It can be used to improve the quality of the films grown at lower temperature at higher growth rate.
This study gives a lot of information for the application as light emitting devices as well as the material physis by growing GaN polycrystalline films on amorphous substrates and investing the film characteristics.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...5
• 1. 국문요약문 ...5
• 2. 영문요약문 ...6
• Ⅲ. 연구내용 ...7
• 1. 서론 ...7
• 2. 연구방법 및 이론 ...8
• 3. 결과 및 고찰 ...10
• 4. 결론 ...19
• 5. 인용문헌 ...20