Thin Films by Using Metal-Organic Chemical Vapor Deposition and Their Photocurrent Characteristics

http://dx.doi.org/10.3938/NPSM.67.1162

Growth of β-Ga

O

Thin Films by Using Metal-Organic Chemical Vapor Deposition and Their Photocurrent Characteristics

Seo Young Lee · Hyung Soo Ahn · Min Yang

Department of Electronic Material Engineering, Korea Maritime and Ocean University, Busan 49112, Korea

Young Moon Yu

LED-Marine Convergence Technology R&BD Center, Pukyong National University, Busan 48547, Korea

(Received 14 July 2017 : revised 28 August 2017 : accepted 28 August 2017)

The characteristics of Schottky diodes fabricated with β-Ga2O3 thin films grown by using metal- organic chemical vapor deposition (MOCVD) at different growth temperatures were studied. Thin films grown at 600^◦C and 900^◦C had quite different surface roughnesses. The surface morphology of the film grown at 600^◦C was very smooth while that of the film grown at 900^◦C showed a rough surface with large polycrystalline grains. The current-voltage characteristics of the Schottky diodes fabricated with those thin films and Ti/Au metal electrodes were evaluated. The film grown at 600

◦C, which had a smooth surface, had a lower cut-in voltage and dark current compared to the film grown at 900^◦C. Accordingly, the electrical properties of the Schottky diodes were highly affected by the surface roughness and the oxidization during growth. Also, photocurrent generation and carrier diffusion were analyzed using metal patterns that allowed various areas of the thin films to be exposed to light.

PACS numbers: 68.35.bg, 81.15.Gh, 85.60.Bt

Keywords: β-Ga2O3, MOCVD, Crystal growth, Photocurrent

MOCVD를 이용한 β-Ga

O

박막의 성장과 광전류 특성 조사

이서영 · 안형수 · 양민

한국해양대학교 전자소재공학과, 부산 49112, 대한민국

유영문

부경대학교 LED-해양융합기술센터, 부산 48547, 대한민국

(2017년 7월 14일 받음, 2017년 8월 28일 수정본 받음, 2017년 8월 28일 게재 확정)

본 연구에서는 유기금속 화학 증착법 (metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD) 을 이용 하여 서로 다른 온도에서 β-Ga2O3 성장 후 박막 표면 형상 차이로부터 야기된 다이오드의 특성 변화에 대해 연구하였다. 주사 전자 현미경과 원자간력 현미경 분석 결과 MOCVD를 이용하여 각각 600^◦C와 900^◦C에서 성장된 시료는 표면 형상 및 거칠기에서 큰 차이를 보였으며 X-선 회절 분석 결과 900^◦C 성장 시료가 더 큰 다결정 특성을 가지는 것을 확인하였다. 각각의 박막에 Ti/Au 금속을 이용하여 제작한

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쇼트키 다이오드로부터 분석된 전기적 특성 분석 결과, 표면이 평탄한 600 ^◦C 성장 시료에서 더 낮은 문턱 전압 및 암전류를 확인하여 표면 평탄도가 다이오드의 전기적 특성에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 금속 패턴 형성을 통해 박막 노출 면적을 다양화하여 광 노출 면적에 따른 광전류 생성과 캐리어 확산에 대한 관계를 규명하였다.

PACS numbers: 68.35.bg, 81.15.Gh, 85.60.Bt

Keywords: β-Ga2O3, 유기금속 화학 증착법, 결정성장, 광전류

I. 서 론

금속 산화물 반도체는 금속 원소와 산소 원소의 결합으 로 이루어져 있는 물질로 대표적으로 Ga2O3, In2O3, ZnO 등이 있으며 광 투과율, 전기적 특성이 우수하고 유연성 (bendability) 이나 스트레인에 대한 내구성 (insensitivity to strain) 과 같은 기계적 특성이 우수한 물질로 평가된다 [1,2]. 그 중에서 β-Ga2O3(Gallium oxide) 는 상온에서 4.9 eV의 넓은 밴드갭 에너지를 가지는 산화물 반도체 물질로 서 C2/m 공간 군에 속하는 단사정계 (monoclinic) 구조를 가지는 것으로 알려져 있다. 또한 β-Ga2O3는 α-, β-, γ-, δ- 그리고 ε-의 다양한 Ga2O3 고체 상 중에서 가장 안정적인 상이며 750 ^◦C 이상의 고온에서는 다른 모든 상의 Ga2O3

가 β-상으로의 상 변화가 일어나기 때문에 가장 열적 안정 성이 높다고 평가된다 [3]. 그리고 직접천이형 밴드 구조를 가지기 때문에 자외선 영역 발광 특성과 자연 산소 공공 (native oxygen vacancy) 에 의한 높은 전도성 특징 등을 응 용하여 최근 광전자 소자 및 투명전극, 차세대 전력 반도체 물질로서 주목 받고 있다 [4,5].

산화물 반도체의 경우 저온 성장을 통해 표면이 매우 평탄 하고 넓은 면적의 기판에 대해서도 균일하게 박막의 전기적 특성 구현이 가능한 비정질 박막으로의 응용이 주로 이루어 지는 추세이다 [6]. 하지만 광전자 소자나 트랜지스터 등과 같은 소자의 제작에 있어서 박막의 결정질이 중대한 영향 을 미치기 때문에 고온에서의 에피택셜 (epitaxial) 단결정 성장을 위한 연구 역시 계속되고 있으나 β-Ga2O3의 결정 구조 특성상 기판과의 격자 부정합 등의 이유로 에피택셜 성장이 매우 어렵기 때문에 아직까지 완전한 단결정 박막을 성장한 예는 아직 보고되지 않았다 [7]. 입방정계 (cubic) 구조의 Si 기판 위에 Ga2O3 박막을 성장하여 소자 구조를 형성 할 경우 여전히 격자 부정합이라는 단점이 존재하지만 대면적 성장이 가능하고 가격 경쟁력이 높으며 무엇보다 다기능 및 고기능 집적회로 제작에 용이한 장점이 있다.

따라서 본 연구에서는 이종 구조 (hetero structure) 를 형 성하기때문에 완벽한 단결정 성장은 어려우나 Si 기판의 응 용 가능성을 높이 평가하여 Si 기판 위에 유기금속 화학 증착

∗E-mail: [email protected]

법 (metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD) 을 이용하여 저온과 고온에서 성장된 박막의 구조적 및 광전류 (photocurrent) 특성을 알아보았다. MOCVD 를 이용해 β-Ga2O3박막을 성장한 후 X-선 회절 분석 (X-ray diffraction, XRD) 을 통해 결정 특성을 조사하였고 주사 전자 현미경 (scanning electron microscopy, SEM) 과 원자 간력 현미경 (atomic force microscopy, AFM) 을 통해 표면 형상 및 거칠기를 분석하였다. 마지막으로 쇼트키 다이오드 (Schottky diode) 를 제작하여 광원 유무에 따른 전류-전압 (I-V) 특성 곡선을 통해 전기적 특성 평가를 진행하였다.

II. 실 험

Ga2O3 박막 성장에 앞서 기판으로 사용될 Si (111) 웨 이퍼의 자연 산화막 제거를 위해 산화막 식각액 (buffered oxide etchant, BOE) 을 이용하여 1분간 세척하였고 세척 직후에 수평형 MOCVD 장비의 석영관 반응로 내의 흑연 서셉터 (susceptor) 에 장착하였다. Ga 전구체로는 트리메 틸갈륨 {(CH3)3Ga,TMGa}을, O 전구체로는 초순수물 (DI water, H2O) 을 bubbling하여 사용하였으며 분위기 가스 및 캐리어 가스로는 N2 가스를 사용하였다. 박막 성장 전 Si 기판과 Ga₂O₃ 박막 간의 격자 부정합에 의한 박막 질 저하를 최소화 하기 위해 500 ^◦C 저온 Ga2O3 버퍼 층을 3분간 성장하였고 (두께 : 30 nm) 버퍼 층 성장 종료 후 H2O 소스 공급은 유지한 채 TMGa 소스 공급만 중단하여 성장온도까지 가열한 후 성장 온도에서 다시 TMGa 소스를 공급하여 30 분간 박막 성장을 진행하였다. 성장 온도는 600

◦C와 900^◦C로 변화를 주었으며 저온 버퍼 층과 박막 성장 시 TMGa 유량은 7 sccm 그리고 H2O 유량은 350 sccm 으로 고정하였다. 600 ^◦C와 900 ^◦C에서 성장된 박막의 두께는 각각 600 nm와 850 nm로 측정되었다.

성장이 완료된 시료에는 전자 빔 증착기 (e-beam evap- orator) 를 이용하여 Si 기판의 뒷면에 Al을 이용하여 옴성 (ohmic) 접합을 형성하였고 성장된 박막의 표면에는 Ti/Au (10/100 nm) 금속 증착을 통해 전극을 형성하여 최종적으로 쇼트키 다이오드를 제작하였다.

Fig. 1. (Color online) SEM images of β-Ga2O3thin films grown at (a) 600 ^◦C, (b) 900^◦C and AFM images with Rrms (route-mean-square roughness) values of β-Ga2O3

thin films grown at (c) 600^◦C and (d) 900^◦C.

III. 실험 결과 및 논의

Fig. 1에는 각 온도 별로 성장된 β-Ga2O3 박막 표면의 SEM 이미지를 나타내었다. 성장온도가 600 ^◦C인 경우, Fig. 1(a) 에 보인 바와 같이 비교적 매끈한 표면 형상을 확인할 수 있는 반면, 성장온도가 900^◦C의 고온일 경우에 는 Fig. 1(b) 에서 나타낸 바와 같이 β-Ga2O3 박막 표면이 수백 nm 크기의 결정립 (grain) 으로 뭉쳐지면서 표면이 거칠어진 형상을 보여 주고 있다. SEM으로 관찰된 표면 거칠기의 정도 차이를 직접 확인하기 위하여 AFM 측정을 실시하였다. Fig. 1(c) 와 (d) 의 AFM 표면 이미지와 제곱- 평균-제곱근 거칠기 (route-mean-square roughness, Rrms) 값을 비교하여 보면 SEM 측정 결과와 유사하게 600^◦C는 약 1.4 nm의 작은 Rrms 값을 가지는 반면, 900^◦C 성장온 도에서는 Rrms 값이 62 nm 까지 급격하게 증가하였음을 알 수 있다. 600 ^◦C에서 성장된 박막에 비해 900 ^◦C에서 성장된 박막의 표면 거칠기가 크게 증가한 원인을 유추하기 위하여 추가적으로 XRD 측정을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 위에서 언급하였던 SEM과 AFM 에 의한 표면 형상 분석 시에는 600^◦C에서 성장한 시료의 표면이 매우 평탄하였기 때문에 성장된 박막이 비정질에 가까운 특성을 가질 것으로 예상하였으나, XRD 분석 결과 이미 결정화가 시작되어 (311), (601) 그리고 (712) 방향의 결정면들이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 900

◦C로 성장온도가 올라가면서 600^◦C에서 성장한 박막을 구 성하는 결정면들 이외에도 (201), (111), (111) 그리고 (603) 등의 새로운 결정면들이 나타나는 것을 관찰하였다. 결과

Fig. 2. (Color online) XRD spectra of β-Ga2O3 thin films.

적으로 600^◦C의 낮은 성장 온도의 경우, 표면에너지 및 분 자들의 활성화 에너지가 낮아서 다결정립 (polycrystalline grain) 들의 크기가 매우 작고, 각 결정면들의 성장 속도가 큰 차이를 보이지 않기 때문에 상대적으로 매끄러운 표면을 가지는 것으로 추측된다. 반면 900 ^◦C에서 성장 할 경우, 온도 증가에 의해 표면 에너지가 상승하고 특정 결정면들 에 대한 활성화 에너지가 충분한 상태에 도달하게 되어서 새로운 결정면들이 형성이 되는 것으로 보인다. 또한 특정 결정면의 성장 속도가 다른 결정면들의 성장 속도보다 우 세하여 다결정립들이 특정 방향으로 우선적으로 성장하기 때문에 표면이 전체적으로 거칠어지는 것으로 유추된다.

위의 측정 결과들로부터 성장 온도에 따라 표면 형상과 결정성에 차이가 있음을 확인하였고 이를 바탕으로 소자에 미치는 영향을 평가하기 위해 600^◦C와 900 ^◦C에서 성장 된 시료로 쇼트키 다이오드를 제작하여 측정한 세미로그 (semi-logarithmic) I-V 특성 곡선을 Fig. 3(a), (b) 에 각각 나타내었다. 측정은 암실과 외부 광원으로 백색 LED를 이용한 경우로 두 번 측정되었고 이를 한 그래프에 함께 나타내었다. 이때 빛에 의해 노출된 면적은 두 시료 모두 7.0 × 10⁻⁴ cm²이었으며, 쇼트키 전극의 모양과 빛의 노 출 면적을 제한하기 위한 전극의 모양은 Fig. 4(a) 와 같다.

Fig. 3(a) 600^◦C 시료의 경우 -5 V의 역방향 바이어스에서 약 39 nA의 암전류가 흘렀으나 백색 LED 광원을 이용한 빛 조사 후 같은 전압 값에서 광전류 값은 약 2.9 µA로 75 배가량 증가했으며 완만한 기울기를 보이던 암전류와는 달 리 광전류는 거의 일정한 값으로 수렴되는 것을 확인할 수

Fig. 3. (Color online) Semi-logarithmic I-V curves of Schottky diodes made with β-Ga2O3thin films grown at (a) 600 ^◦C, (b) 900^◦C (Compliance current = 2 mA).

있다. 순방향 바이어스에서는 빛 조사와는 관계없이 약 2.7 eV의 문턱전압을 가지는 거의 일정한 양상을 보인다. 반면 900^◦C로 고온 성장된 박막의 쇼트키 다이오드 특성 곡선을 나타낸 Fig. 4(b) 에서는 역방향 바이어스에서 암전류가 600

◦C 성장 시료에 비해 확연하게 증가한 것을 확인할 수 있다.

같은 조건인 -5 V의 역방향 바이어스에서 암전류의 경우 82 nA, 광전류는 6.7 µA로 600^◦C 시료로 제작된 다이오드에 비해 각각 약 2배 증가하였으며 암전류 대비 광전류는 82 배 가량 증가하였다. 순방향 바이어스에서는 문턱전압에 있어서 빛 조사에 따른 차이가 크지 않았으나 600^◦C 시료와 비교해 보았을 때 약 9.2 eV로 크게 증가하였다.

쇼트키 다이오드를 역방향 바이어스에서 구동 시 터널 링에 의한 항복전압에 도달하기 전까지 누설전류를 유발 하는 원인에는 여러가지가 있다. Shockley-Read-Hall의 생성-재결합 (generation-recombination, G-R) 전류는 금 속-반도체 접합에 존재하는 공핍층에서의 캐리어 생성 및 재결합에 의한 전류이며 박막 결함에 의해 생성된 에너지 준위에 의한 결함-보조 터널링 (trap-assisted tunneling, TAT) 전류 그리고 반도체-금속 접촉면에 의해 발생하는 엣지 누설 (edge-leakage) 전류 등이 그 예이다 [8]. 또한 본 연구에서는 n-Si 기판 위에 Ga2O3박막을 성장하여 수직형

Fig. 4. (Color online) (a) Schematic view of measured metal pattern of Schottky diode having various photo- exposed areas. (b) I-V curves for Schottky diode of β- Ga2O3thin films grown at 600^◦C measured with various exposed areas. (c) Variation of generated photocurrent with exposed area of β- Ga2O3 thin film.

다이오드를 제작했기 때문에 기판과 성장된 박막 사이의 캐리어 농도 차이로 인해 형성된 공핍층에서의 확산 전류도 누설전류에 기여하였을 것으로 추측된다. 하지만 일반적인 쇼트키 다이오드의 누설전류 요소는 주로 쇼트키 금속 전 극의 엣지에서 생성되는 엣지 누설 전류로 알려져 있다 [9].

이로부터 오프 (off) 상태에서의 누설전류인 암전류가 900

◦C 시료로 제작된 쇼트키 다이오드에서 크게 증가한 이유를 표면 거칠기와 누설전류 간의 관계로부터 이해할 수 있다.

900^◦C 시료의 박막 표면에는 수백 nm 크기의 결정립들이 형성되어 있으며 600 ^◦C 시료와 비교해 보았을 때 표면 거칠기를 나타내는 수치인 Rrms 역시 크게 증가한 것을 앞에서 언급한 바 있다. 평탄한 표면을 가지는 박막과는 달리 표면 거칠기가 큰 박막의 표면의 경우 각각의 결정립이 전도성 입자로서 I-V 특성 곡선의 누설전류 공급원 (leakage source) 으로 작용하여 평탄한 박막에 비해 누설전류가 증 가하는 결과를 낳는다 [10]. 이러한 누설전류와 표면 거칠기 간의 관계는 Y. P. Zhao et al.의 연구에서도 이미 알려진 바 있다 [11]. 물론, 성장 온도에 따른 불순물 유입의 정도 차이도 누설전류의 요인일 수 있지만 본 실험에서는 900

◦C 성장의 경우, 비교적 큰 결정립들에 의해 증가된 표면 거칠기와 다결정립들 사이의 경계면들 (grain boundaries) 에서의 결정 결함들에 의해서 주로 누설 전류가 발생하고 있는 것으로 추측한다.

순방향 바이어스에서 측정한 문턱전압의 경우, 이론적으 로는 3.5∼4.0 eV의 전자 친화력을 가지는 β-Ga2O3가 자 연 산소 공공에 의해 주로 n형 반도체 특성을 보이는 것을

Fig. 5. (Color online) Cross sectional schematic of the Schottky diode under illumination.

감안하면 4.33 eV의 일함수를 가지는 Ti 금속을 접합했을 때 접합면에 최대 0.33 eV의 쇼트키 장벽이 형성될 수 있다 [12,13]. 하지만 600 ^◦C와 900 ^◦C 시료로 제작된 쇼트키 다이오드의 문턱전압은 각각 2.7과 9.2 eV로 매우 큰 값을 가지기 때문에 쇼트키 장벽 이외의 전자 장벽이 존재한다고 판단된다. 이러한 현상이 나타난 이유는 수직형 다이오드 를 제작할 때 발생한 반도체 간 혹은 반도체와 금속 간의 계면 상태가 주요한 원인일 것으로 예상된다. 반도체 간 계면은 Si 기판과 β-Ga2O3박막 사이의 계면을 의미하는데 일반적인 쇼트키 다이오드와는 달리 본 연구에서는 박막을 통과하여 Si 기판을 통해 전류가 흐르기 때문에 필히 고 려되어야 할 사항이다. BOE를 이용하여 Si 기판의 자연 산화막을 최대한 제거하였으나 β-Ga2O3 버퍼 층 성장 시 H2O 전구체가 열 분해되어 산소 분위기가 형성되기 때문에 박막이 완전히 기판을 덮기 전까지 기판 표면에 산화막이 생성되었을 것으로 생각된다. 또한 900 ^◦C에서 성장 할 때는 600 ^◦C에서 성장 할 때에 비해 기판에 흡착된 원자의 운동 에너지가 현저히 증가하기 때문에 기판과 박막 계면에 존재하는 산소 원자가 기판으로 확산, 침투하여 추가적으로 산화막을 생성하여 600 ^◦C 시료 보다 더 큰 문턱전압을 가졌을 것으로 추측할 수 있다. 한편, H. Masataka et al.의 연구 결과에 따르면 박막의 표면 상태에 따라서도 β-Ga2O3

박막과 금속 전극 간의 저항이 크게 변할 수 있기 때문에 [5], 본 연구에서 실시한 두 가지 온도에서 성장된 박막들의 경우에도 표면 상태의 차이에 의해서 문턱전압의 차이가 생기는 것으로도 추측할 수 있다.

Fig. 3에 보였던 I-V 특성 곡선에서 900^◦C 성장 시료로 제작된 다이오드의 경우 앞서 언급했던 것과 비슷한 이유로 다결정립과 그 경계에 의한 누설전류로 인해 광전류가 전

압에 따라 변화하는 양상을 보였다. 때문에 비교적 일정한 암전류 포화 값을 보이는 600^◦C 시료와는 달리 광전류 특성 평가에 적합하지 않다고 판단하였으며 600^◦C에서 성장된 시료의 암전류 및 문턱전압 특성이 900 ^◦C 성장 시료에 비해 더 우수한 것을 확인하였기 때문에 외부 빛의 노출 면적에 따른 전류-전압 특성을 600^◦C 성장 시료만 이용해 언급하고자 한다. Fig. 4(a) 에 나타낸 것처럼 박막 표면의 노출 면적을 달리하여 Ti/Au 전극 패턴을 형성하였다. 원 형 전극은 I-V 측정을 위한 쇼트키 금속으로 이용하였고 그 외의 부분은 광 차폐를 위한 것이다. 이렇게 측정된 각 쇼 트키 다이오드의 I-V 특성 곡선을 Fig. 4(b) 에 나타내었다.

백색 LED 광원에 대한 노출 면적이 넓어짐에 따라 역방향 바이어스에서의 광전류의 크기도 증가하는 것을 확인할 수 있었으며 이를 토대로 노출 면적에 따른 광전류의 증가량을 Fig. 4(c) 에 나타내어 비교하였다. 노출 면적이 약 0.0005 cm²까지 넓어지면서 광전류도 선형적으로 증가하다가 노 출면적이 0.0007 cm²에 다다르자 광전류의 증가량이 감소 하는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 박막 표면에서 생성된 광전류의 평균수명 및 확산 거리의 한계에 따른 캐리어 재 결합에 의한 것으로 Fig. 5의 모식도로부터 이해할 수 있다.

모식도에서 박막 표면을 광원으로부터 차폐 시키는 전극 사이의 간격 L 이 증가함에 따라 빛 조사에 의해 생성되는 박막 표면의 광 캐리어 역시 증가하며 이때 대부분의 광 캐 리어가 확산과정을 거쳐 광전류를 생성한다. 하지만 쇼트키 접촉을 형성하고 있는 전극의 크기는 일정하므로 쇼트키 다이오드의 단면에 생성되는 전기장 영역도 제한되어 있기 때문에 전기장 영역으로부터 먼 곳에서 생성된 광 캐리어는 캐리어의 평균 수명동안 박막 내에서 확산되다가 재결합을 통해 소멸한다.

위의 결과로부터 단위 면적 당 광전류 생성 효율을 계 산하기 위해 아래와 같은 반응도 (responsivity) R 에 대한 수식을 이용하였다 [9].

R = I_p Popt· A

= 2.26 µA

(1.4 mW)· (4.9 × 10⁻⁴cm²)

= 3.29 [A/W· cm²] (1)

이때 Ip는 출력 전류 값이며 Popt는 빛 조사에 사용된 광 원의 광 출력, A 는 광에 의해 노출된 박막의 면적을 나타 내며 결과적으로 3.32 [A/W·cm²] 의 단위 면적당 반응도의 값을 얻을 수 있었다. 실제 190∼1000 nm 범위에서 사용 되는 Si 수광소자 (S1226-44BQ) 의 단위 면적당 반응도는 2.8 [A/W·cm²] 로 본 연구의 결과가 약간 크게 나온 것을 확인할 수 있다. 비교를 위해 사용된 Si 수광소자의 최대

민감도 파장이 700 nm 인 것을 고려할 때, 이러한 절대적 비교 평가는 크게 의미가 없을 수도 있지만, 외부 광원으로 사용한 백색 LED 광원의 자외선부터 청색까지의 파장대 출력이 상대적으로 크다는 점과 본 연구에서 제작한 쇼트키 다이오드의 박막 특성 및 접촉 전극 등의 소자 제작 조건이 아직 최적화가 되지 않은 상태임을 감안하면 향후 단파장 영역 수광 소자로의 응용 가능성이 매우 크다고 할 수 있다.

IV. 결 론

MOCVD 장비를 이용하여 다양한 온도에서 성장한 β- Ga2O3 박막의 표면형상 및 결정성 평가 그리고 쇼트키 다이오드 제작을 통한 전기적 특성 평가를 진행하였다. 600

◦C 성장 시료가 다른 성장시료에 비해 현저히 낮은 거칠기 를 가지는 것을 SEM과 AFM 분석으로부터 확인하였으며 XRD 분석을 통해 모든 시료가 다결정 박막이지만 900^◦C 시료의 경우 결정 성장 시 높은 활성화 에너지에 의해 600

◦C 시료를 구성하는 결정면 외에 추가적인 결정화가 일어 났음을 알 수 있었다. 또한 성장된 박막과 Ti/Au 금속을 이용하여 제작한 쇼트키 다이오드의 I-V 특성 그래프로부 터 600 ^◦C 성장 시료에 비해 큰 거칠기와 다결정성 특성을 가지는 900 ^◦C 성장 시료의 암전류와 문턱 전압이 현저히 큰 값을 가졌으며 이는 각각 표면 거칠기와 누설전류 간의 관계와 다이오드 내부의 계면에 생성된 전자 장벽에 대한 이해로부터 원인을 유추할 수 있었다. 마지막으로 백색 LED 광원에 의한 빛 조사 면적에 따라 600 ^◦C 성장 시료 에서 생성된 광전류의 증가량이 캐리어의 평균수명 및 확산 거리의 한계로 인해 제한됨을 그래프와 모식도를 통해서 알 수 있었으며 측정된 실제 값으로부터 본 연구에서 제작한 다이오드의 반응도를 계산하였다. 결과적으로 β-Ga2O3

성장 시 성장 온도가 박막 표면 특성 및 그로 인한 소자 특 성에 크게 영향을 주는 것을 확인할 수 있었으며 추후 박막 성장과 금속 전극 형성 조건 최적화 및 적합한 구조의 소자 제작을 통해 넓은 밴드갭을 가지는 β-Ga2O3 박막 특성을 이용한 UV 파장에 특화된 광소자로의 응용이 가능할 것으 로 기대된다.

감사의 글

본 연구는 산업통상자원부 수송기기 특화조명 핵심기술 개발 전문인력양성사업 (과제번호 : N0001363, 조선· 해양 플랜트·해양환경 LED융합조명 핵심기술개발 전문인력양 성) 으로 지원된 연구입니다.

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