반도체 재료의 발전과정과 전망

소개글

반도체 재료의 발전과정과 전망에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.반도체의 재료의 발전과정

2.반도체의 물리학적 정의와 그 활용원리

3.반도체 재료의 종류

4.반도체 발전과정의 구체적인 내용

본문내용

해당한다. 이러한 큰 밴드갭을 갖는 ZnSe계의 반도체를 이용하여 청색발광 LD(레이저 다이오드)와 LED의 제작 가능성은 1960년대부터 기대되어 왔다.
ZnSe박막이 pn접합이나 발광소자나 레이저에 응용되기 위해서는 전도도가 좋은 n,p형 박막층의 성장이 전제되어야 한다. 그러나 통상적인 MOCVD, MBE법으로 전도도가 좋은 n형의 ZnSe박막은 얻을 수 있었으나 고전도도의 p형 ZnSe 박막은 얻지 못하였다. 1990년도에 플로리다 대학의 park등과 이듬해 Matusida의 Ohkawa등은 플라즈마를 사용하여 질소를 도핑하는 방법으로 운반자 농도가높고 전도도고 좋은 p형 ZnSe을 얻을 수 있었다. 이들의 결과는 ZnSe를 소재로 한 pn접합레이져 및 발광 다이오드 제작에 새로운 돌파구를 열어주었다.
1991년 미국의 3M사에서는 p형 플라즈마법에 의해 질소 도핑을 이용하고 n,p형 ZnSe박막사이에 이보다 밴드갭이 낮은 3원계 합금인 CdZnSe를 성장시킨 단층 양자우물을 형성하여 pn접합 다이오드 레이저를 처음으로 제작하였다.
1991년에 3M사에서 처음으로 ZnCdSe/ZnSe 양자우물구조의 청색 반도체 LD가 개발된 이후 상온 CW 작동 청색 LD를 개발하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 옆의 그림은 Brown/Purdue대학에서 개발한 LD 소자의 단면구조의 변화 과정을 보여주고 있다. 초기에는 양자우물 구조의 pn 다이오드의 optical wave guiding 층 내부에는 소자 성능에 나쁜 영향을 미치는 놓은 밀도의 부정합 전위가 존재하였다. 1992년에 일본의 Sony에서는 지금까지 개발된 파장이 짧은 청색 LD의 개발을 보고하였다. 이들은 Eg를 증가시키지 위해서 활성층으로 ZnSSe를, cladding 층으로는 Mg이 첨가된 사원계의 ZnMgSSe를 사용하였다. 특히 ZnMgSSe는 wlrmaRK지 문제된 기판과의 격자부정합을 크게 줄일 수 있고 Eg를 증가시킬 수 있는 장점이 있어 cladding층으로 아주 적합하다. Brown/Purdue대학과 Philips, 3M 사등도 현재 이러한 구조를 이용하여 청색 LD를 개발하고 있다. 이들이 제작한 LD는 상온에서 청생을 발광하는데는 성공하고 있느나 dkwlrRK지는 수명이 짧은 것이 문제이다. 여러 연구 그룹들이 이에 대한 원인이 ohm 접합부에서 일어나는 발열이 소자를 열화시키기 때문이라고 생각하고 이으며 이를 해결하기 위해 3M사나 일본에서는 ohm 접합부를 고농도 질소로 도핑하여 해결하려고 하고 있고 Brown/Purdue대학에서는 질소가 도핑된 ZnSe/ZnSeTe/ZnTe의 graded junction을 이용하여 해결하려고자 노력하고 있어 상당한 효과를 얻었다.
국내에서도 MBE 장치에 대한 개발 연구가 이루어지고 있다. KIST에서 주도적으로 설계하였는데 성장실은 액체질소로 냉각하는 Chevron형의 확산 펌프를 이용하여 배기하였고 성장실 내부에도 액체질소로 냉각하는 shroud를 장착하였다. 준비실은 Turbo 펌프로 배기하였다. 성장전의 진공도는 torr 정도를 가졌다.
기판으로는 2off된 (100)GaAs를 사용하였으며 의 용액으로 기판을 에칭하였다. 성장실에 기판을 장입하고 590C까지 온자를 올려 10분간 기판 표면을 heat cleaning 한 후 성장온도인 270C내외로 온도를 내리고 Zn과 Se source의 shutter를 열어 약 2시간동안 성장하였다.
성장된 ZnSe의 표면형상은 기판의 에칭상태, 성장온도, Se/Zn의 fluxql등에 따라서 많은 차이를 보인다. 기판의 온도가 260C로 낮으면 독립적으로 성장된 부위가 서로 합체되지 않응 형상을 보이고 280C보다 높으면 표면은 전체적으로 평탄하고 거울과 같은 형상을 나타내었다.
ZnSe의 박막의 결정성을 Double Crystal rocking Curve 방법으로 측정하면 박막의 반치폭은 두께가 0.8um에서 3.3um까지 두꺼워질수록 560arcsec에서 200arcsec로 감소하였다. 이것은 박막이 두꺼울수록 GaAs와의 계면에서 부정합전위와 같은 결함들이 측정에 덜 영향을 미치기 때문으로 판단된다.
성장된 ZnSe 단결정 박막내에서 전기적으로 활성인 결함과 결정성을 알아보기 위해서 PL(photo Luminescence)측정을 하였다. 위 그림은 PL 스펙트럼을 보여주고 있다. 박막에서는 free excition 피이크가 우세하게 나타났다. 그러나 아직까지는 불순물 피이크가 완전히 없어진 상태는 아니므로 이에 대한 연구가 좀 더 필요하다.
-참고문헌
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http://kr.ks.yahoo.com/service/ques_reply/ques_view.html?dnum=AAH&qnum=3971761

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