적외선검출소자를 위한 GaSb 결정 및 MBE로 성장한 Gasb/SI-GaAs 박막의 진성결함에 관한 연구

Abstract

Sb에 기초한 응력 초격자 적외선검출소자의 구성 물질인 도핑하지 않은 기판 GaSb 결정과 GaSb/SI-GaAs 박막에 잔존하고 있는 진성결함 (intrinsic defect)을 비교 조사하였다. 상온 근처 (250 K)까지 광여기 발광 (PL)을 보이는 GaSb 결정에서의 발광 에너지의 온도의존성으로부터, 밴드갭 에너지에 관한 경험식인 Varshni 함수의 파라미터 (<TEX>$E_o$</TEX>, <TEX>$\alpha$</TEX>, <TEX>$\beta$</TEX>)를 결정하였다. GaAs 기판 위에 성장된 이종 GaSb 박막에서는 GaSb 주요 진성결함으로 알려져 있는 29 meV의 이온화 에너지를 가지는 위치반전 (antisite) Ga ([<TEX>$Ga_{Sb}$</TEX>]) 결함과 함께 위치반전 Sb ([<TEX>$Sb_{Ga}$</TEX>])와의 복합결함 ([<TEX>$Ga_{Sb}-Sb_{Ga}$</TEX>])과 관련된 것으로 분석된 732/711 meV의 한 쌍의 깊은준위 (deep level)가 관측되었다. PL의 온도 및 여기출력 의존성을 분석하여, Sb-rich상태에서 성장된 GaSb 박막에서는 잉여 Sb의 자발확산 (self-diffusion)에 의하여 치환된 위치전도 [<TEX>$Ga_{Sb}$</TEX>] 및 [<TEX>$Sb_{Ga}$</TEX>]가 결합하여 [<TEX>$Ga_{Sb}-Sb_{Ga}$</TEX>]의 깊은준위를 형성하는 것으로 해석되었다. We have investigated the intrinsic defects remaining in epitaxial GaSb layers grown on SI-GaAs substrates compared to those in bulk GaSb crystal substrate, which is a basic material of Sb-based strained-layer superlattice infrared photodetectors. From the functional dependence of the band-to-band transition energy of the photomuminescence (PL) spectra observing up to near room-temperature (250 K), the temperature parameters of [<TEX>$E_o$</TEX>, <TEX>$\alpha$</TEX>, <TEX>$\beta$</TEX>] of undoped GaSb crystal are determined by using the Varshni empirical equation describing the temperature variation of the bandgap energy. Additionally to the antisite-Ga ([<TEX>$Ga_{Sb}$</TEX>]) with an ionization energy of 29 meV that is well known to a major intrinsic defect in GaSb, epitaxial GaSb layers show a pair of deep states at the emission energy of 732/711 meV that may be related with a complex of two antisite-Ga and antisite-Sb ([<TEX>$Ga_{Sb}-Sb_{Ga}$</TEX>]). Based on the analysis of the temperature and the excitation-power dependences of PL, it suggests that excess-Sb substitutes Ga-site by self-diffusion and two anti sites of [<TEX>$Ga_{Sb}$</TEX>] and [<TEX>$Sb_{Ga}$</TEX>] could form as a complex of [<TEX>$Ga_{Sb}-Sb_{Ga}$</TEX>] in GaSb epilayers grown under Sb-rich condition.