MBE 법으로 Si(110) 기판 위 Fe 도핑 농도 변화에 따라 성장된 GaN 박막의 변형 및 전기적 특성 변화 조사 (Study of the Strain and Electric Properties of Fe-doped GaN Grown on Si(110) by Using Molecular Beam Epitaxy)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 67권 / 11호 / 1302 ~ 1307페이지
· 저자명 : 이상태, 박병권, 김문덕, 김송강

초록

본 연구는 분자선결정성장시스템 (molecular beam epitaxy, MBE)법으로 Fe 도핑 농도 변화에 따라 성장 된 GaN 박막의 구조 및 전기적 특성 변화에 대하여 조사하였다. 반사 고에너지 전자 회절 (refraction high energy electron diffraction, RHEED), 주사 전자 현미경 (scanning electron microscopy, SEM), 고분해능 X-선 회절기(high resolution X-ray diffraction, HR-XRD) 측정으로 부터 Fe 도핑 농도가 증가함에 따라 박막의 표면 거칠기 및 나선형 어긋나기(screw dislocation)와 끝머리 어긋나기(edge dislocation) 결함 밀도가 증가하는 것을 확인 하였다. 이러한 GaN 박막의 변화는 Fe 원자에 의해 발생하는 장력(tensile strain)이 원인임을 라만 (Raman) 신호의 변이로부터 알 수 있었다. Fe 도핑 박막의 누설 전류의 주요 원인은 어긋나기 결함들 때문이지만 Fe 농도가 1 $\times$ 10$^{17}$ cm$^{-3}$으로 낮은 경우, 누설 전류가 오히려 줄고 면 저항이 1 $\times$ 10$^9$ $\Omega$/□으로 커지는 것을 확인 하였다. 이러한 저항 증가는 에너지 밴드갭 내 Fe가 생성한 깊은 준위에 의한 잔류 전하들의 상쇄 효과(compensation effect)에 의한 것으로 설명 할 수 있다.

영어초록

We have investigated the effect of Fe doping on the structural and the electrical properties of a GaN buffer grown on a Si(110) substrate by using molecular beam epitaxy (MBE). The doping concentrations were controlled by using the temperature of the Fe diffusion cell (800, 1000 and 1200 $^\circ$C, respectively). The surface roughness of Fe-doped GaN was observed by using scanning electron microscopy and refraction high electron energy diffraction. The stresses and the threading dislocation density of Fe-doped GaN were investigated by using the Raman shift and high-resolution X-ray diffraction. The increase in the number of threading dislocations was found to be due to the tensile stress caused by the Fe atoms. The leakage current paths were generated by the high density of dislocations in the GaN buffer with a high Fe-doping concentration(1 $\times$ 10$^{18}$~10$^{19}$ cm$^{-3}$). Moreover, a semi-insulating characteristic(1 $\times$ 10$^9$ $\Omega/$□) was observed in the GaN buffer with low doping concentration (1 $\times$ 10$^{17}$ cm$^{-3}$) due to the Fe-related deep levels compensating for the residual donors.

참고자료

· 없음