Abstract
We investigated the growth of ZnO thin films with prominent emission characteristics through minimizing the formation of defects by using pulsed laser deposition (PLD). To do so, the ZnO films were deposited on sapphire(0001) substrates at the substrate temperature of $400-850^{\circ}C$ and then the variation of their structural and optical properties were analyzed by x-ray diffraction, atomic force microscope and photoluminescence. As a result, all ZnO films were grown with c-axis preferential orientation irrespective of the substrate temperature. However, the crystallinity and stress state were dependent on the substrate temperature and the ZnO film deposited at $600^{\circ}C$ showed the best surface morphology and crystallinity with nearly no strain. And also this film exhibited outstanding emission characteristics from the viewpoint of full width half maximum of UV emission peak as well as visible emission due to defects. These results indicate that the emission characteristics of the ZnO films are strongly related to their structural characteristics influenced by substrate temperature. Consequently, ZnO films with strong UV emission and nearly no visible emission, which are applicable to UV emission devices, could be grown at the substrate temperature of $600^{\circ}C$ by PLD.
펄스레이저 증착법으로 박막의 결함 생성을 최소화하여 우수한 발광 특성을 가지는 ZnO 박막 성장에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 기판 온도를 $400^{\circ}C$에서 $850^{\circ}C$까지 변화시켜 박막을 증착한 후 엑스선 회절법, 원자힘 현미경, photoluminescence (PL) 등을 사용하여 박막의 특성 변화를 분석하였다. 그 결과 ZnO 박막은 기판 온도에 관계없이 (0001) 사파이어 기판에 c-축 배향성을 가지며 성장하였음을 확인하였고 기판온도 $600^{\circ}C$에서 가장 조밀한 박막이 형성되면서 박막에 응력이 거의 걸리지 않고 결정성도 우수함을 확인하였다. PL 분석 결과 역시 $600^{\circ}C$에서 증착된 ZnO 박막이 UV 발광 피크의 반치폭 및 결함에 의한 가시영역에서의 발광 등을 고려했을 때 가장 뛰어난 특성을 보여주었다. 이와 같은 결과는 ZnO 박막의 발광 특성이 박막의 구조적 특성과 매우 밀접한 관계가 있음을 나타내며 또한 기판 온도가 매우 중요한 역할을 함을 나타낸다. 결론적으로 기판 온도 $600^{\circ}C$에서 우수한 UV 발광 특성을 가지면서 결함에 의한 가시영역 발광이 거의 나타나지 않는 ZnO 박막을 성장시킬 수 있었고 이러한 박막은 UV 광소자에 응용될 수 있을 것으로 생각된다.
