유기금속화학증착법에 의한 GaAs 와 $Al_xGa_{1-x}$As 의다층에피 성장

Abstract

5-6 Undoped GaAs epi층 성장 실험으로부터 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) Diffusion controlled region 에서도 성장 온도가 높을 수록 surface morphology가 향상되고, 700℃의 성장 온도에서도 epi 층의 성장속도에 의해 surface morphology가 영향을 받고 있음을 확인하였다. 즉 반응 기체의 gas phase에서의 diffusion 속도가 surface에 흡착된 반응물의 diffusion 속도보다 큰 경우에는 3-dimensional growth에 의해 defect가 형성된다고 생각되며, 본 실험의 경우 defect가 생기기 시작되는 critical growth rate는 $0.075 \mu m/\min$이었다. 2) High temp region(750℃ 이상)에서는 Ga vapor의 desorption$^{25)}$ 이라기 보다는 gas phase에서의 homogeneous reaction에 의해 성장속도가 감소하며, surface morphology 가저하한다고 생각된다. 3) GaAs epi층의 electron concentration과 mobility는 주로성장 온도에 의해 영향받으며, 성장속도나 surface morphology에 의해서는 거의 영향을 받지 않는 것을 확인하였다. 4) GaAs epi층의 성장속도는 최저 250Å/min 까지 조절할 수있었다. 5) 가장 전기적 특성이 좋은 것은 600℃에서 성장시킨 경우로서 최대 mobility는 상온에서 $7,700cm^2/V\cdot \sec$ 이고 77℃K에서 $59,000cm^2/V\cdot \sec$의 값을 얻었다. 6) PL 및 DLTS 측정 결과 carbon 양이 매우 작고, deep level의 농도도 매우 작으므로 본 연구에서 성장시킨 GaAs epi 층의 quality는 상당히 우수하다고 생각된다. 6-7. AlGaAs epi 성장시 $AsH_3+H_2$ 혼합 gas 에 불순물로 포함되어 있는 $H_2O$와 $O_2$ 를 Ga-In-Al ternary melt bubbler 를 이용하여 효과적으로 제거하였을 때 다음과 같은 결론을 추론하였다. 1) AlGaAs epi 층의 surface morphology 는 현저하게 향상되었고, 성장속도와 Al의 incorporation 정도가 크게 증가하였고 PL 특성도 크게 개선되었다. 2) TMA가 $H_2O$ 또는 $O_2$와 gas phase에서 반응하였을때 생길 수 있는 물질은 $(R_2Al)_2O,\; R_2AlOR,\; (RO)_3Al$ 등이라고 추정된다. 3) $AsH_3$ source의 종류에 의한 영향과, ternary melt bubbler로 $H_2O$와 $O_2$를 제거했을 때의 영향을 비교해 볼때, 지금까지 보고된 AlGaAs의 성장속도, $x^v-x^s$의 관계, k 값 등이 모두 다른 것은 성장조건이 다르기 때문일 수도 있겠으나 각 system에서 사용하는 $AsH_3+H_2$ 혼합 gas 내의 $H_2O$와 $O_2$ 양이 다르기 때문이라고 추정된다. 4) PL 측정 결과 bound exciton peak가 잘 나오지 않는 것은 GaAs의 PL특성과 비교해 볼때, TMA에 더 많은 불순물이 포함되어 있을 것으로 생각된다. 5) Ternary melt를 사용하였을때 $AsH_3$ source의 종류에 관계없이 일정한 성장속도와 조성을 얻었으므로 앞으로 MOCVD에 의한 AlGaAs 결정 성장의 공업적 활용에 크게 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 7-4. $H_2Se$와 DEZ를 각각 doping하여 그 특성을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) Se-doping시 성장온도가 750℃ 이상일때 doping efficiency는 다시 증가하며 그 이유는 effective As/Ga 비가 작아지기 때문이라고 생각된다. 2) x 값이 0.32인 경우 doping efficiency가 감소한 것은 donor ionization energy가 0.3 근처에서 커지기 때문이라고 생각되며, DX center의