뜨거운 곁쌓기법에 의한 BaAl2S4 단결정 박막 성장과 광전기적 특성

Abstract

BaAl2S4는 Ⅰ-Ⅲ2-Ⅵ4족 화합물 반도체로서 상온에서 에너지 띠간격이 3.98 eV 인 직접 천이형 반도체이어서 광전소자[1], LED(light emitting diode)[2,5,7], 태양전지[3], 광전 메모리 소자[4], 등에 응용성이 기대되어 본 연구에서는 수평 전기로를 제작하여 6N의 Ba, Al, S 시료를 mole비로 칭량하여 수평로에서 용융 성장법으로 BaAl2S4 다결정을 합성하였다. 합성된 다결정은 XRD(X-ray diffraction)로부터 결정 구조 및 격자 상수를 확인하였으며, EDX(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)를 이용하여 성분 및 조성비를 확인하였다. BaAl2S4 단결정 박막은 HWE 방법으로 합성된 BaAl2S4 다결정을 증발원으로 하여 반절연성(semi-insulate:SI) GaAs(100) 기판 위에 성장시켰다. BaAl2S4 단결정 박막의 결정성은 X-선 요동 곡선(double crystal X-ray rocking curve, DCRC)의 반폭치(FWHM)를 측정하여 알아보았다. 또한 BaAl2S4 단결정 박막의 광전기적 특성은 온도 변화에 따른 광전류(photocurrent)스펙트럼과 Hamilton matrix를 이용하여 가전자대의 결정장 상호작용(crystal field interaction)과 스핀-궤도 상호작용(spin-orbit coupling)에 의한 갈라짐(splitting) ΔCr과 ΔSo를 구하고, 광전류 봉우리들의 exciton 양자수 n 값을 알아보았다. 그리고 성장된 BaAl2S4 단결정 박막을 Ba, Al 및 S 증기 분위기에서 각각 열처리한 후 광발광 스펙트럼을 측정하고 분석하여 이러한 열처리 결과가 중성 주개에 구속된 exciton(D0, X)과 중성 받개에 구속된 exciton(A0, X)에 의한 복사 발광 봉우리 I2와 I1 및 SA emission에 어떤 영향을 미치는가를 연구하였다. 또한 BaAl2S4 단결정 박막을 광센서로 이용하기 위해 시료를 공기, Ba, Al, S 분위기에서 열처리하여 sensitivity(), photocurrent(pc)와 darkcurrnet(dc) 비, maximum allowable power dissipation(MAPD), response time(rise time, decay time)을 측정하여 광전소자 개발 가능성을 알아보았다.