MOCVD로 성장한 산화갈륨 박막의 상 제어와 광-전기적 특성에 관한 연구

Abstract

ε-Ga2O3는 4.6 eV 밴드갭을 가진 준안정상 산화물 반도체로 β-Ga2O3와 비교하여 독특한 물성과 뛰어난 결정 대칭성을 지녔다. 최근에 높은 전도도와 광응답 특성을 이용하여 UV photodetector에 관련된 연구 결과들이 발표되었다. 그럼에도 불구하고 현재까지 ε-Ga2O3에 대한 연구가 매우 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 유기 금속 화학 증착법 (MOCVD)을 이용하여 Ga2O3 박막 성장 시 성장 온도와 oxygen 원료의 유량을 변화시켜 결정상 제어를 확인하였고, ε-Ga2O3의 최적의 성장 조건을 제시하였다. 성장 온도와 oxygen 원료 유량은 결정상 제어에 매우 효과적인 요인으로, Ga2O3 결정을 이루기 위해서 oxygen 원료의 최소 유량을 필요로 하며 온도와 유량 상승으로 인해 β-상 분율이 증가하였다. 이후, 제시한 조건을 바탕으로 성장시킨 ε-Ga2O3의 결정 구조와 결정 성장에 대한 매커니즘에 대해 논의하였다. ε-Ga2O3는 orthorhombic 구조가 자체적으로 three rotational domain을 형성하여 hexagonal 형태를 이루게 된다. 또한, ε-Ga2O3의 광-전기적 특성을 확인하기 위해 MSM photodetector를 제작하였다. Ti / Au 금속을 사용하여 제작한 photodetector는 ohmic 접합을 형성하였고, 가시광보다 266 nm UV 파장 영역에서 훨씬 뛰어난 광전류 특성을 보이는 것을 확인하였다.