MOCVD로 성장한 Ga2O3 박막의 특성과 불순물 주입 효과에 관한 연구

Abstract

β-Ga2O3는 4.9 eV의 넓은 밴드갭을 가지는 산화물 반도체 물질로 우수한 물리적 특성을 이용한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히, 광소자 제작을 위해서 필수적인 p-type 특성을 얻기 위한 연구가 많이 진행되고 있으나 아직 완전한 p-type 전환에 대한 결과는 보고된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 Mg 혹은 Zn 원소가 포함된 전구체를 제작하여 유기금속 화학 증착법(MOCVD)을 이용한 Ga2O3 박막 성장 중 불순물을 주입하는 새로운 도핑 방법을 소개한다. 불순물 주입 효과 분석에 앞서, 600, 700, 800 그리고 900 ℃의 성장 온도에 따른 undoped Ga2O3 박막은 성장 온도 상승에 따라 표면 거칠기가 증가하고 다결정화가 심화되는 것을 확인하였다. 이에 두 가지 농도의 Mg(Zn) 아세테이트 수용액 전구체를 주입하여 600 ℃와 900 ℃의 두 성장 온도에서 불순물 주입 조건에 따른 박막의 특성 변화를 확인하였다. 600 ℃ 성장 시료에서는 특정 조건의 불순물 주입에 의해 β-상이 아닌 다른 상의 Ga2O3 가 함께 성장하며 900 ℃에서는 undoped에서는 성장하지 않은 β-Ga2O3 결정면이 성장함을 확인하였다. 또한 600 ℃의 경우 불순물 주입 시료의 누설전류가 전체적으로 감소하고 900 ℃의 경우 광전류 형성량과 UV 발광 효율이 크게 증가하는 효과를 얻을 수 있었다.|β-Ga2O3, which is one of the oxide semiconductor having wide band gap of 4.9 eV, has much potential for various applications because of its outstanding physical properties. Since p-type conversion is essential for optoelectronic device fabrication, a number of researches were reported on p-type doping but none was completely succeeded. In this study, we demonstrated a new doping method using Mg and Zn acetate solutions and revealed their effects on Ga2O3 thin films. To optimizing growth conditions of Ga2O3 thin films having proper qualities, undoped Ga2O3 thin films were grown at various growth temperatures from 600 to 900 ℃ by means of a customized MOCVD method. It is observed that rougher and polycrystalline surface, but larger photocurrent were measured with thin film grown at 900 ℃ than those of thin film grown at 600 ℃. With the optimized growth temperatures, the intentional doping of Mg and Zn into the Ga2O3 thin films was carried out using metal acetate solutions as dopant precursors at 600 and 900 ℃. Enhancements of the leakage current from samples grown at 600 ℃ and photo-current, UV emission efficiency from samples grown at 900 ℃ by impurities were revealed.