RF 마그네트론 스퍼터를 이용한 As 도핑된 p-타입 ZnO 박막성장 및 특성평가 = Growth of As doped p-type ZnO thin films using r.f. magnetron sputtering

국문 초록 (Abstract)

비소 (Arsenic; As)을 도핑한 ZnO 박막을 RF Magnetron sputter 를 이용하여 사파이어 (Al₂O₃) 기판 위에 증착하였다. 제작된 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), Hall measurement를 이용하였다. 산소 (O₂) 분위기, RF 파워 75 W에서 성장온도에 따른 박막의 특성을 분석한 결과 300~600℃ 의 성장온도 범위에서 저항 ~1*10^(6)Ω·cm, 캐리어 농도 ~2.1*10^(14) /cm³, 이동도 ~25cm²/V·s을 갖는 p-type 박막을 얻을 수 있었다. 대부분의 박막은 dual conduction type을 나타내었으며 XRD 분석결과 300℃에서 성장된 박막이 가장 우수한 결정성을 보였다. 1 wt% As 이 첨가된 타겟을 사용했을 경우, 700℃ 이상의 고온에서는 As 함량이 감소하여 결정성은 좋아지지만 n-형 특성으로 바뀌게 되었다. 박막의 As 함량을 늘이기 위해 Zn₃As₂ 칩(chip)을 1wt% 타겟에 추가로 이용하여 co-sputtering 하였을 경우, 600℃ 이하의 성장온도에서 As 함량이 2.5 wt% 이상으로 증가시킬 수 있었으나 그 이상의 온도영역에서는 박막의 구조적, 전기적 특성이 급격히 감소하였다. 성장된 시편의 열처리 (RTA) 이후 600℃~800℃ 영역에서는 저항 값의 경우 ~6*10³Ω·cm로의 감소와 Hall 농도 3*10^(16)/cm³ 로의 증가를 확인 할 수 있었고, RT PL의 370 nm의 근 자외선 peak의 상대적인 증가를 보였다. 그러나 1000℃ 에서는 모두 n-타입 특성을 보였다. 또한 n-GaN/Al₂O₃, u-GaN/Al₂O₃ template 상에 As 도핑 ZnO 박막을 성장하여 p-n 접합구조의 소자를 제작하고, 전형적인 소자특성의 I-V 곡선과 발괄 특성을 관찰하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Arsenic doped p-type ZnO (ZnO:As) thin films were deposited on sapphire (Al2O3) substrates using r. f. magnetron sputtering technique. The structural, optical and electrical properties of the films were characterized by field emission scanning electron microscope (FESEM), x-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL) and Hall measurement.
As grown ZnO:As film revealed p-type conduction, as confirmed by Hall effect, with a hole concentration of ~ 2.19*10^(15) /cm³ and mobility of ~11.3 cm²/V.s when grown at substrate temperature of 500℃ in pure oxygen ambient. Structural properties were improved at the growth temperatures higher than 700℃, but n-type conduction was observed. The p-n junction which are some of the p-ZnO/u-GaN/Al₂O₃ showed diodes like I-V characteristic.

목차 (Table of Contents)

• 제 Ⅰ 장. 서론 = 1
• 제 Ⅱ 장. 이론적 배경 = 3
• 제 1절. LED = 3
• 제 2절. ZnO와 GaN = 4
• 제 3절. p-type ZnO = 7
• 제 4절. Sputter = 8
• 제 5절. Etching = 13
• 제 Ⅲ 장. 실험 방법 = 19
• 제 1절. 기판 준비 = 19
• 제 2절. 박막 성장 = 20
• 제 3절. Patterning = 20
• 제 4절. Etching = 21
• 제 5절. 전극 형성 및 열처리 = 22
• 제 6절. 분석 = 22
• 제 Ⅳ 장. 결과 및 고찰 = 27
• 제 1절. p-type ZnO;As 박막의 제조 및 특성분석 = 27
• 가. 구조적 특성 분석 = 27
• 나. 전기적 특성 분석 = 30
• 다. 광학적 특성 분석 = 31
• 제 2절. p-ZnO;As/n(u)-GaN p-n접합 소자의 전기적, 광학적 특성분석 = 34
• 제 Ⅴ 장. 결론 = 36
• References = 37
• Abstract = 40