분자선 적층법(MBE)으로 성장된 AlAs/GaAs 초격자와 GaAs의 광학적 성질에 대한 연구

Abstract

AlAs/GaAs superlattices(SL) grown by the molecular beam epitaxy (MBE) have been investigated by using μ-Raman and photoluminescence(PL) spectroscopy. The PL spectra of AlA_(s10)/GaA_(s10) SL show E (γ-γ) and E(γ-x) transition and μ -Raman spectra show confined phonons, LO_(1), LO_(3), and LO_(5). These indicate that the AlAs/GaAs SL samples have good properties of SL. The PL data of AlAs/GaAs SL reveal a shift of the PL peak to higher energy, indicating that the shape of the well is modified from square to parabolic due to the interdiffusion at the interface. Compared with AlAs/GaAs/GaAs SL, AlAs/GaAs/Si SL shows a broad peak located at lower energy region in PL spectrum and a shift of LO_(1) to lower energy region in Raman spectrum. AlAs/GaAs/Si SL shows different RTA effects compared with those of AlAs/GaAs/GaAs SL. To understand the growth mechanism of the defects of GaAs grown by MBE, especially, Oval defects, which are the most common macroscopic defects in MBE GaAS, were studied. In Raman spectroscopy for Oval defect on the (100) GaAS surface. TO phonon mode of 269cm^(-1) peak was observed. This indicates that Oval defects can include the (111) growth direction or the amorpholized surface. The TO/LO ratios for the defects are in the range of 0.3 to 1.0. With increasing the thickness of the epilayer, the density and the size of α-type Oval defect increased, while the TO/LO ratio decreased. From the spatial measurements of Raman spectroscopy for α-type Oval defect, it is supposed that α-type Oval defect remains in a rather good crystalline state and its orientation along the (100) growth direction is much closer to the (111) direction, but the growth direction of the defect might tend toward the (100) direction with thicker layer.; 본 논문에서는 적충(epitaxial) 성장 방법 중 분자선 적충법(molecular beam epitaxy: MBE)에 의해 성장된 AlAs/GaAs 초격자의 광학적 성질과 (100) GaAs 표면에서 발견되는 결함(defect)의 광학적 성질을 조사하였다. 우선 AIAs/GaAs 초격자에 대한 연구는 크게 두 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 첫번째로는 초격자의 일반적인 광학적 성질로써 구속된 포논의 영역 겹침 효과와 전자의 E_(γ-γ) 전이, E_(γ-x) 전이를 관측하였고, 이를 각각 LC모형, K-P모형으로 계산된 이론값과 비교하였다. 또한 급속 열처리(rapid thermal annealing: RTA) 효과로써 계면의 내부확산(interdiffusion) 현상을 광 루미네센스(PL)스펙트럼을 통해 알 수 있었다. 두번째 내용으로는 Si 기판 위에 성장된 AlAs/GaAs 초격자에 대한 광학적 성질과 RTA 효과를 연구하였다. Si 기판 위에 성장된 AlAs/GaAs 초격자는 GaAs 기판 위에 성장된 AlAs/GaAs 초격자에 비해 변형력(strain) 효과가 가장 크게 나타나며, RTA 효과에 의한 격자의 이완(release) 작용으로 RTA 온도 800℃에서 가장 좋은 결정 상태를 가진 것으로 여겨진다. 다음으로는 적층 (100) GaAs 표면에서 조사된 결함에 대한 내용으로, α-, β-형 Oval 결함 , Whisker 결함, Peacock 결함이 있으며, 이 모든 결함들은 268㎝^(-1)에서 TO 포논 피크(peak)가 관측되었는데, 이는 결함들이 (111)표면을 포함하거나, 혹은 결정성이 나쁨을 의미한다. 특히 α-형 Oval 결함에 대한 연구로부터 α-형 Oval 결함은 그리 나쁘지 않은 결정 상태이며, 결함의 성장방향은 (111)방향에 더 가깝고, 성장층의 두께가 증가함에 따라 결함의 성장 방향은 (100)방향으로 바뀌는 것으로 나타났다. 그리고 결함 형성 원인으로는 외부 불순물에 의한 것이 아니라, Ga 도가니(cell)에서의 Ga 튐(spitting)에 의한 것으로 여겨진다.