사파이어 기판 위에 증착된 GaN 박막의 열처리에 따른 결정성의 비교

목차

Ⅰ. Introduction

Ⅱ. 이론적 배경
1. 화학 증착법 (chmical vapor deposition, CVD)
2. GaN
2.1. GaN의 특성
2.2. GaN 기질
2.3. GaN 성장에서 문제점
2.4. 단일 선구 물질을 사용한 MOCVD

Ⅲ. 실험 장치 및 방법
1. Undoped-GaN 에피층의 성장
2. Undoped-GaN 의 열처리
3. 분석 및 장비

Ⅳ. 예상 결과 및 토의

Ⅴ. Reference

본문내용

ata를 통해 회절각 를 판독하여 면간거리 d를 구할 수 있다.
또한, 값을 사용한 Bragg`s law에서 hexagonal 구조의 a, c를 계산할 수 있는 다음의 식을 유도하고, 그림6의 GaN JCPDS data를 참조하여 격자상수의 오차가 비교적 적은 고각의 회절각과 그 면지수를 선택해 격자상수 a와 c를 구할 것이다.
(, )
여기서 값은 관측한 XRD data를 통해 얻을 수 있고, 해당 면지수를 GaN PDF Card 의 data와 대조하여 찾을 수 있다.
열처리 전의 Undoped-GaN epilayer가 포함하고 있던 결정내의 결함과 결정구조의 변형이 열처리로 인해 상당한 변화를 보일 것으로 예상되므로, 위와 같은 과정을 거쳐 산출한 면간거리 d, 격자상수 a 및 c 역시 열처리를 전후하여 변화가 있을 것으로 예상된다. 열처리 전의 값에 비하여 열처리 후의 값은 ideal한 PDF card상의 격자상수 값에 더 가까워질 것이며 이러한 변화로 GaN이 애초에 내포하고 있던 결정 내 defect가 열처리를 통하여 감소하고 그로 인해 결정성이 높아져서 발광소자로서 활용가치 증대에 크게 기여할 것이라고 생각된다.
또, XRD pattern 상에서도 열처리 후 결정성이 높아지는 것을 확인할 수 있을 것이라고 생각할 수 있다. 그림 7은 결정의 변형에 의한 XRD pattern 상의 변화를 나타낸 것이다. 그림에서, 결정에 변형이 생기면 각각의 peak가 세분화되고, 이는 결과적으로 XRD pattern 상에서 intensity 감소와 인접 peak와의 결합으로 반치폭이 넓어지는 효과를 가지게 된다. 이렇게 열처리 전 결정구조의 변형으로 감소된 intensity 와 넓은 반치폭은 열처리 후 결정성이 향상되면서 ideal한 GaN의 XRD pattern에 보다 더 가까워질 것으로 예상된다.
그림 7. 단위포의 변형이 미치는 영향
이상적인 GaN wurtzite 구조의 는 다음과 같은 구조인자 계산을 통해 구할 수 있다.
GaN wurtzite,
Ga : (0,0,0) , (,,)
N : (,,) , (0,0,)
식에서, 소멸칙이 작용하는 조건은 다음과 같다.
① h+2k = 3의 배수 , l = 홀수
② h=k = 0 인 경우, l = 홀수
위 식을 사용하여 회절이 일어나는 면지수 hkl을 구할 수 있고, 앞서 예상한 것처럼 Undoped-GaN epilayer에 열처리를 함으로써 격자상수가 ideal한 a와 c에 가까워져 XRD pattern 상의 회절각 역시 보고된 GaN의 값에 근접할 것으로 생각된다.
표2는 구조인자식을 통해 산출한 면지수로 예측해본 값이다.
( , , )
hkl
계산한 값
GaN 값 (JCPDS)
100
32.425°
32.443°
002
34.627°
34.637°
101
36.893°
36.998°
102
48.171°
48.314°
110
57.851°
57.973°
103
63.849°
63.703°
200
67.904°
67.820°
112
69.208°
69.245°
201
70.620°
70.675°
004
73.054°
73.078°
202
78.514°
78.468°
104
82.219°
82.272°
203
91.286°
91.321°
210
95.259°
95.209°
211
97.817°
97.947°
114
100.171°
100.33°
105
105.254°
105.43°
212
105.604°
204
109.412°
109.34°
300
113.796°
113.86°
213
119.356°
표 2. 구조인자식을 통해 계산된
표와 같이, 계산을 통해 예측한 값은 보고된 JCPDS Card 상의 GaN data와 근사한 값을 가진다. 하지만 열처리를 통해 GaN epilayer의 결정성의 향상으로 XRD pattern이 GaN PDF data에 가까워지더라도, 기판으로 쓰인 sapphire 와의 격자상수 차이 때문에 여전히 적지 않은 결함을 가지고 있어 열처리 후의 XRD pattern은 열처리 전의 그것과 비교하여 반치폭은 줄고 Intensity는 증가하며 순수한 GaN의 XRD pattern 쪽으로 shift하지만 잔존하는 결함으로 인해 약간의 오차가 존재할것으로 예상된다.
GaN이 내포하고 있던 결정 내 defect는 열처리를 통하여 감소하고 더불어 결정성을 높여서 발광소자로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 현상은 발광성에서 중요한 전자기적 물성인 conduction band 와 valance band 간의 band gap의 direct정도가 defect의 감소로 인하여 더욱 더 직선적으로 변하기 때문에 일어나는 것으로 생각된다.
Ⅴ. Reference
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Kiel Myung Doh, Kyungnam Univ., Method pf MOCVD and MBE to grow single crystal pellicle with GaN
Chi Sun Kim, Young Kue Hong, Ki Soo Kim, Chang Hee Hong, Gye Mo Yang, Ki Young Lim, Hyung Jae Lee and Min Hong Kim, THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY (SUPPLEMENT), 2001
T. S. Kim, J. Y. Park, T. V. Cuong, H. G. Kim, H. J. Lee, E. K. Suh and C. H. Hong, Effect of Annealing on InGaN/GaN Multiple Quantum Wells, THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY, 2005

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