Hot Wall Epitaxy(HWE)법에 의한 BaIn2Se4 단결정 박막 성장과 광전도 특성

Abstract

수평 전기로에서 BaIn2Se4 다결정을 합성하여 HWE(Hot Wall Epitaxy)방법으로 BaIn2Se4 단결정 박막을 반절연성 GaAs(100)기판에 성장시켰다. BaIn2Se4 단결정 박막의 성장 조건은 증발원의 온도 620 ℃, 기판의 온도 400 ℃였고 성장 속도는 0.5㎛/hr였다. BaIn2Se4 단결정 박막의 결정성의 조사에서 이중결정 X-선 요동곡선(DCRC)의 반폭치(FWHM)도 212 arcsec로 가장 작아 최적 성장 조건임을 알 수 있었다. Hall 효과는 van der Pauw 방법에 의해 측정되었으며, 온도에 의존하는 운반자 농도와 이동도는 293K에서 각각 8.51×1017 /cm3, 273 cm2/V․s였다. BaIn2Se4/SI(Semi-Insulated) GaAs(100) 단결정 박막의 광흡수와 광전류 spectra를 293 K에서 10 K까지 측정하였다. 광흡수 스펙트럼으로부터 band gap Eg(T)는 varshni공식에 따라 계산한 결과Eg(T) = 2.6261 eV - (4.9825 × 10-3 eV/K)T2/(T + 558 K) 이었다. BaIn2Se4단결정 박막의 응용소자인 photocell로 사용할 수 있는 pc/dc 값이 가장 큰 광전도셀은 Se 증기분위기에서 열처리한 셀로 1.15×107 이었으며, 광전도셀의 감도(sensitivity)도 Se 증기분위기에서 열처리한 셀이 0.95로 가장 좋았다. 또한 최대 허용소비전력(MAPD)값도 Se 증기분위기에서 열처리한 셀이 328 mW로 가장 좋았으며, Se 증기분위기에서 열처리한 셀의 응답시간은 오름시간 12.4 ms, 내림시간 10.7 ms로 가장 빠르게 나타나, BaIn2Se4 단결정 박막을 Se 분위기에서 480 ℃로 30분 열처리한 photocell이 상용화가 가능할 것으로 여겨진다.|A stoichiometric mixture of evaporating materials for BaIn2Se4 single crystal thin films was prepared from horizontal electric furnace. To obtain the single crystal thin films, BaIn2Se4 mixed crystal was deposited on thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by the Hot Wall Epitaxy (HWE) system. The source and substrate temperatures were 620℃ and 400℃, respectively. The crystalline structure of the single crystal thin films was investigated by the photoluminescence and double crystal X-ray diffraction (DCXD). The carrier density and mobility of BaIn2Se4 single crystal thin films measured from Hall effect by van der Pauw method are 8.94×1017 cm-3 and 343 cm2/v․s at 293K, respectively. The temperature dependence of the energy band gap of the BaIn2Se4 obtained from the absorption spectra was well described by the Varshni's relation, Eg(T) = 2.6261 eV - (4.9825 × 10-3 eV/K)T2/(T + 558 K). In order to explore the applicability as a photoconductive cell, we measured the sensitivity(), the ratio of photocurrent to darkcurrent(pc/dc), maximum allowable power dissipation (MAPD) and response time. The results indicated that the photoconductive characteristic were the best for the samples annealed in Se vapour compare with in Ba, In, air and vacuum vapour. Then we obtained the sensitivity of 0.95, the value of pc/dc of 1.15×107, the MAPD of 328 mW, and the rise and decay time of 12.4 ms and 10.7 ms, respectively.