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Ge/III-V 이종접합 구조 기반 1820nm 상온 전계발광

Room temperature 1820nm EL from Ge/III-V heterostructures

  • 서민성 (아주대학교 일반대학원)

초록/요약

Ge은 간접 밴드갭 물질이지만 직접천이 에너지와 간접천이 에너지의 차이가 작아 특성 개질을 통해 직접 밴드갭 물질로 동작할 가능성이 있어 Ge을 효과적인 광반도체로 활용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. GaAs와 거의 일치하는 Ge의 격자상수로 인해 Ge/III-V 화합물반도체 이종접합 구조 형성이 가능하고, 이를 활용한 적외선 광원은 경제성 측면에서 기존 InP 기반 소자의 좋은 대안일 것이다. 또한 (Al)GaAs 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg reflector: DBR)과 호환성이 높아 적외선 수직 공동 표면 방출 레이저(Vertical cavity surface emitting laser: VCSEL) 구현의 기반이 될 것으로 예상된다. 본 연구에서는 이소부틸저메인(Isobutylgermane: IBuGe) 전구체를 사용하여 Ge과 III-V 화합물반도체 모두 하나의 유기금속화학기상증착(Metal organic chemical vapor deposition: MOCVD) 장비에서 성장한 에피웨이퍼를 Ge 기판에 구현하고, 이를 공정하여 소자를 제작한다. 에피웨이퍼를 투과전자현미경(Transmission electron microscope: TEM), 에너지 분산형 X선 분광법(Energy-dispersive X-ray spectroscopy: EDS), 원자 힘 현미경(Atomic force microscopy: AFM)으로 분석하여 성장 품질을 확인하였고, 광발광(Photoluminescence: PL) 스펙트럼 측정으로 1790 nm에서 피크 파장을 가짐을 알아내었다. 소자의 L-I-V (Light-current-voltage) 특성 중 L-I 특성을 통해 초발광 다이오드(Superluminescent diode: SLD)가 만들어졌음을 추측할 수 있었으며, 소자의 전계발광(Electroluminescence: EL) 스펙트럼의 피크 파장은 1820 nm로 측정되었다. 발광 파장이 현재 주목받고 있는 단파적외선(Short wavelength infrared: SWIR) 영역에 해당하기 때문에, 연구 결과는 SWIR LED (Light emitting diode), EEL (Edge-emitting diode), VCSEL에 응용되어 차세대 광센서, 광통신 분야의 고도화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

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목차

제 1 장. 서론 1
제 2 장. 에피택셜 Ge 박막 특성과 직접천이 개질 4
제 3 장. Ge/III-V 화합물반도체 에피웨이퍼 구조 8
3.1. 에피웨이퍼의 MOCVD 성장 방법 8
3.2. 성장 구조 특성 확인 14
제 4 장. Ge/III-V 화합물반도체 발광소자 제작 19
4.1. 단면 발광형 소자 공정 과정 19
4.2. 소자 특성 확인 25
제 5 장. 결론 30
참고문헌 32
Abstract 36

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