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Roughness Analysis of GaN Surfaces at Different Annealing Temperatures for an AlN Buffer Layer
배민건,이삼녕,D.H. Shin,J. H. Na,K. H. Lee,R.A.Taylor,박승환,S.H. Doh 한국물리학회 2007 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.51 No.I
The surface morphologies of AlN and GaN on Si(111) and Si(100) were studied using atomic force microscopy. The AlN buffer layer was deposited using RF sputtering for 30 minutes on Si(111) and Si(100) substrates, and then the specimens were annealed at 850 $^\circ$C, 950 $^\circ$C and 1050 $^\circ$C for 60 minutes in an NH$_3$ atmosphere. It was found that the grains of AlN became larger by increasing the annealing temperature. GaN was grown on AlN/Si(111) and AlN/Si(100) substrates by using a hydride vapor phase epitaxy technique. The surface of GaN grown on the AlN/Si substrate showed thick- thread and fine-thread patterns. The microstructure of GaN grown on the buffer-GaN/Al$_2$O$_3$ had a step-flow pattern. These phenomena could be explained by a lattice mismatch and the growth temperature. A power spectral density analysis was performed on the GaN surfaces and the results were compared with the experimental data.
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HVPE방법에 의해 Si(111) 기판위에 성장된 SAG/ELO GaN의 시간에 따른 성장형태 변화
신대현,이삼녕,권해용,문진영,배민건,신민정,최윤정 한국물리학회 2008 새물리 Vol.56 No.3
본 연구에서는 HVPE (hydride vapor phase epitaxy)방법을 사용하여 GaN 버퍼층 위에 선택성장 (SAG, selective area growth)과 에피측면성장 (ELO, epitaxial lateral overgrowh)방법으로 GaN를 성장시켰고 이때 시간에 따른 성장형태의 변화를 살펴 보고자 하였다. 기판은 Si(111)을 사용하였고 GaN 버퍼층을 MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)방법으로 성장시킨 후 그위에 SiO$_2$를 증착시키고 포토리소그라피 과정을 통해 선형 마스크 패턴을 형성시켰다. 그 다음 HVPE장치를 이용하여 GaN를 성장시켰다. SEM (scanning electron microscopy) 측정 결과 초기 성장 형태는 사다리꼴 모양으로서 그 후 점차 평탄화 과정을 거침을 볼 수 있었고 SiO$_2$ 마스크 윗 부분에 평평한 면 위에 볼록한 형태를 가진 공간 (void)이 관찰되었으며 표면에서는 육방정계 형태의 섬 (island)이 관찰 되었다. 또한 GaN의 평탄화 과정을 사다리꼴 경사면의 기울기, $<1\overline{1}00>$방향/$<$0001$>$방향의 길이의 비 등을 통해 분석해 보았다. Selective area growth (SAG) and epitaxial lateral overgrowth (ELO) of GaN grown on a Si(111) substrate by using a HVPE (hydride vapor phase epitaxy) facility have been studied, and the variation in growth pattern has been determined at each step. A GaN buffer layer was prepared by using MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition); then, a SiO$_2$ film was deposited by RF sputtering. SAG/ELO GaN was the grown on the prepared stripe-mask-pattern substrate. Cross-sectional SEM (scanning electron microscopy) images of the SAG/ELO GaN showed planar convex type voids between the SiO$_2$ and the overgrown GaN films and hexagonal-type islands on the surface. Also, the flatness of the GaN was analyzed by using a trapezoidal cross-sectional shape, the inclination of the side surface, and the length ratio of $<1 \overline{1} 00>/<0001>$.
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Si(111) 기판위에 성장한 AlN의 두께 및 열처리 온도에 따른 표면 거칠기 변화
문진영,권해용,신민정,최윤정,이삼녕,배민건 한국물리학회 2009 새물리 Vol.58 No.4
We studied the roughness of Aluminum nitride(AlN) films for various of thicknesses and annealing temperatures. The AlN films were deposited on Si(111) substrates by RF sputtering, followed by RTA (rapid thermal annealing). The AlN films were deposited for 13, 25, and 35 min; then, the samples were annealed at 300, 500, 700, and 900℃, respectively. The roughness was measured by using AFM (atomic force microscopy). The measurements were carried out in air at room temperature. The roughness increased with the thickness, and the result was compared with the PSDF (power spectral density function). The grains present in the AlN films were square shaped, independent of the annealing temperatures. We present a model to explain the cubic AlN bonding configuration. 본 연구에서는 Si(111)기판 위에 증착된 Aluminum nitride(AlN) 버퍼층의 증착 두께와 열처리 온도 변화에 따른 거칠기의 변화를 알아보았다. RF Sputter를 이용하여 AlN 버퍼층을 Si(111) 기판 위에 증착시켰고, RTA(rapid thermal annealing)을 이용하여 열처리하였다. Sputtering 시간은 각각 13분, 25분, 35분이었으며 열처리 온도는 300 ℃~900℃까지 변화시켰다 AFM(atomic force microscopy)를 이용하여 거칠기를 관찰하였고 그 결과 박막의 두께가 증가할수록 거칠기가 증가하였고 온도는 300℃까지는 표면 거칠기가 감소하다가 그 후로는 증가함을 확인할 수 있었다 cubic AlN에 대한 모델을 제시하였고 PSDF(power spectral density function)을 도입하여 실험값과 이론 값을 비교하여 보았다.
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