GaN ÄT c l8 ý ºX ì Ä + s Ç] K ¤T ¹ ÅM X ì Ä ¤V R Ë; c Q V À W ¥ W _ Ë] §
û BZ 9
∗ · + ä Q · T + ä * × < · è ¡ * > · » ý ¡ û B · ç ¡U Ú
ô
Dz D G K ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^ Ó ü t o / B N,  Òí ß 606-791
¡ ò 6 B x · »+ ä . >
Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan 980-8577 (2006¸ 1 Z 4 16{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
Al
2O
3(0001) l ó ø Í 0 A\ AlN ! Q( 8 £ x` ¦ metal organic hydride vapor phase epitaxy (MO-HVPE) Z O
Ü ¼ Ð $ í © r v ¦, GaN Ê ê} ` ¦ hydride vapor phase epitaxy (HVPE)Z O ` ¦ 6 x K " f $ í © r ( .
$ í
© ) a GaN Ê ê} _ l & h : £ ¤$ í õ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î l 0 AK " f, : r ¸ o\ É r Hall ´ òõ 8
£ ¤& ñ õ high resolution X-ray diffractometer (HRXRD) 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r % i . HRXRD\ " f 8 £ ¤& ñ ) a Z
} É r 0 A x 9 ¸ü < : r ¸ o\ É r Hall ´ òõ 8 £ ¤& ñ \ " f % 3 # Q Z } É r 0 l x ¸ x 9 ± ú É r s 1 l x ¸ РÒ'
< Ê x 9 0 A 1 p x _ ½ ¨ ¸& h Ô ¦ç H{ 9 $ í s _ s 1 l x \ ´ ú § É r ] jô Ç` ¦ ï r H z ´` ¦ S X % i . ¢ ¸ô Ç GaN ? /_ < Ê ½ ¨ ¸ l & h : £ ¤$ í \ p u H % ò ¾ Ó` ¦ íJ $ [ > © # 4 ¸4 S q (potential barrier model)
`
¦ s 6 x K [ O " î % i .
PACS numbers: 71.23.-k
Keywords: GaN, HRXRD, Hall ´ òõ 8 £ ¤& ñ , íJ $ [ > © # 4 ¸4 S q
I. " e  ] Ø
Gallium nitride (GaN)\ ¦ × æd Ü ¼ Ð H III-V7 á ¤ | 9 o Ó
ü
t ì ø Í ¸^ H \ P & h , o < Æ& h Ü ¼ Ð î ß & ñ ½ + É ÷ r ë ß m Õ ª 6
£
x6 x # 3 0 A F g# 3 0 A # : £ ¤$ í ½ ¨ x 9 è > hµ 1 Ïs Ö ¸ µ
1 Ïy s À Ò# Qt ¦ e [1]. ¦¾ ¡ §| 9 GaN $ í © ` ¦ 0 AK " f
H 1 l x7 á x & ñ $ í © (Homoepitaxy)s 9 כ ¹ t ë ß Z O ß ¼
&
ñ $ í © s # Q§ > l M :ë H \ HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) 1 p x _ ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Al
2O
3, SiC 1 p x _ s 7 á x l ó ø Í` ¦ s 6
x # Ê ê} Ü ¼ Ð $ í © ) a Ä » l ó ø Í (Pseudo substrate)` ¦ ]
j # 6 x ¦ e [2,3]. t ë ß $ í © õ & ñ × æ \ Ê
ê} GaN ü < l ó ø Íõ _ \ P Ø ½ Ó> Ã º_ s Ð K " f $ í
© 8 £ x \ ½ ` ç (bending), ß ¼A ( ç (cracking) Õ ªo ¦ ï ß À Ó 6
£ x§ 4 (residual stress) 1 p x õ ° ú É r ´ ú § É r ë H ] j µ 1 ÏÒ q tô Ç .
s
Qô Ç ½ ¨ ¸& h < Ê` ¦ GaN Ä » l ó ø Í (Ê ê} ) É r Õ ª 0
A\ $ í © ÷ & H ì ø Í ¸^ è _ $ í 0 p x \ l & h , F g < Æ& h Ü ¼
Ð & ê ø Í % ò ¾ Ó` ¦ p u > ÷ &l M :ë H \ [4], GaN _ : £ ¤$ í
\
@ /ô Ç & ñ S X ô Ç s K ü < ´ ú § É r ½ ¨ 9 כ ¹ . Õ ª × æ \
¸ : £ ¤ y Ê ê} GaN_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í õ ' aº ) a F g < Æ& h , l
& h : £ ¤$ í _ o\ @ /K " f H " f Ð ´ ú § É r ' a$ í ` ¦ t
∗
E-mail: sh˙[email protected]
¦ e 6 £ § \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ Õ ª ' a$ í \ @ /ô Ç © [ jô Ç ½ ¨
Â
Ò7 á ¤ ô Ç z ´& ñ s .
: r 7 Hë H \ " f H Al
2O
3l ó ø Í 0 A\ metal organic hydride vapor epitaxy (MO-HVPE) ~ ½ ÓZ O ` ¦ : x ô Ç AlN ! Q( 8 £ x õ hydride vapor phase epitaxy (HVPE) ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x #
$ í
© ô Ç GaN Ê ê} _ ½ ¨ ¸& h < Ês l & h : £ ¤$ í _
o\ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ¦¹ 1 Ï % i . GaN_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤
$ í
` ¦ ¸ l 0 AK " f high resolution X-ray diffraction (HRXRD) ` ¦ s 6 x % i ¦, l & h : £ ¤$ í ` ¦ ¸ l 0 A K
" f 10 ∼ 300 K_ # 3 0 A\ " f Hall ´ òõ \ ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
¿
º t 8 £ ¤& ñ õ \ ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð Õ ª ' a$ í \ @ /K " f 0 A
©
# 4 ¸4 S q` ¦ s 6 x # 7 H _ % i .
II. ÷ m Ç ] M ö
Al
2O
3(0001) l ó ø Í É r Ä »l [ j' Ê ê l ó ø Í ³ ð _ í ß o }
` ¦ ] j l 0 AK " f HF` ¦ s 6 x # \ g A ÷ &% 3 . l ó
ø Í 0 A\ AlN ! Q( 8 £ x` ¦ MO-HVPE Z O Ü ¼ Ð · û ª> $ í © r v
¦, Õ ª 0 A\ GaN Ê ê} ` ¦ HVPE Z O ` ¦ 6 x # $ í © r (
.
GaN > \ P & ñ $ í © ~ ½ ÓZ O × æ HVPE H & ñ $ í © Ò ¦ s B
Ä º À 1 Ï Ê ê} & ñ ` ¦ ~ 1 > % 3 ` ¦ Ã º e l \ ´ ú §s s 6 x
-278-
÷
& ¦ e . Õ ª Q : r z ´+ « >\ " f H HVPE \ © Ã Ìô Ç TMA (trimethylaluminum) ü < NH
3\ ¦ " é ¶ « Ñ Û ¼ Ð 6 x # · û ª
É
r ~ Ã Ì} ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e H MOCVD $ í © ~ ½ ÓZ O ` ¦ HVPE © u
\ ¸{ 9 ô Ç MO-HVPE Z O ` ¦ s 6 x % i . · û ª É r ! Q( 8 £ x
É r MOCVD $ í © ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © r v ¦, Ê ê} GaN 8 £ x
É r HVPE Z O Ü ¼ Ð ô Ç ì ø Í6 £ x ' a \ " f $ í © r ( Ü ¼ Ð+ ª | 9 _
GaN & ñ ` ¦ $ í © ½ + É Ã º e .
AlN ! Q( 8 £ x $ í © r TMA (trimethylaluminum) " é ¶ « Ñ _
î r ì ø ÍÛ ¼ü < ì ø Í6 £ x ' a _ ì r 0 Al Û ¼ Ð N
2\ ¦ 6 x
%
i . s M : ì ø Í6 £ x ' a ? /Â Ò Ð / B N/ å L K ï r ì ø Í6 £ x Û ¼_ ª É r NH
3 H 500 sccm, TMA H 100 sccm s ¦, 900
◦C _ $ í ©
: r ¸\ " f 80 ¿ ºa _ AlN ! Q( 8 £ x` ¦ $ í © r ( . Õ ª o
¦ HVPE_ à º¨ î + þ A multi-zone furnace` ¦ s 6 x # Ga
% ò
% i ` ¦ 850
◦C, $ í © % ò % i ` ¦ 1050
◦C Ð y % ò % i _ : r ¸
\
¦ Ä »t 9 F K5 Å q Ga \ HCl` ¦ f Ë 9 GaCl` ¦ + þ A$ í r v ¦ NH
3ü < ì ø Í6 £ x r & 250 µm ¿ ºa _ GaN\ ¦ $ í © r ( [5].
$ í
© ) a GaN Ê ê} r « Ñ_ ³ ð ' a ¹ 1 Ï É r atomic force microscopy (AFM) \ ¦ s 6 x % i . 8 £ ¤& ñ r 10 µm × 10 µm # 3 0 A\ " f 8 £ ¤& ñ % i . Õ ªo ¦ r « Ñ_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤
$ í
` ¦ ¨ î l 0 AK " f HRXRD 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r % i . { 9 ì
ø Í& h Ü ¼ Ð GaN $ í © × æ Al
2O
3l ó ø Íõ ~ Ã Ì} ç ß _ Ó ü t o
&
h © Ã º \ _ ô Ç 0 A µ 1 ÏÒ q t > ) a . s 0 A[ þ t É r (0001) ~ ½ Ó ¾ Ó\ É r ~ Ã Ì} _ threading 0 A\ ¦ ¦ 9½ + É M : (0002) \ @ /ô Ç rocking curve_ ì ø Íu ; ¤ É r + þ A 0 A (screw dislocation) \ _ K > ÷ & ¦, (10-11) \ " f _
ì ø Íu ; ¤ É r + þ A 0 A÷ r ë ß m = å Q Qo 0 A (edge dislocation), D ¥ ½ + Ë 0 A (mixed dislocation)\ _ K
>
) a . # l " f + þ A 0 A, = å Q Qo 0 A H & ñ w n _ l Ö
¦ # Qf (tilt) ü < q d ¦a Ë > (twist) ` ¦ y y Ä »µ 1 Ï > ÷ & 9, s
Ð ô Ç ï ß À Ó 6 £ x§ 4 õ ~ Ã Ì} _ ¸ s ß ¼ o\ ¦ · ú
Ðl 0 AK (0002), (10-11) y \ @ /K ω, 2θ − ω scan` ¦ z
´r % i . ¢ ¸ô Ç, $ í © ) a r « Ñ_ l & h : £ ¤$ í ` ¦ ¸
l 0 AK " f, : r ¸\ ¦ or v " f Hall 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i .
Hall 8 £ ¤& ñ É r Van der Pauw Z O Ü ¼ Ð z ´r % i ¦, Hall 8 £ ¤
&
ñ \ 6 x ÷ & H & ñ À Ó$ í ] X ½ + Ë\ 9 כ ¹ô Ç F G Ü ¼ Ð H Al s
6 x ÷ &% 3 . Hall 8 £ ¤& ñ \ 6 x ) a l © _ [ jl H 3500 gauss s % 3 ¦, : r ¸\ ¦ 10 K \ " f 300 K t or v " f Hall 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r # H o # Q 0 l x ¸, s 1 l x ¸_ o\ ¦ ' a
¹ 1 Ï % i .
III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o
$ í
© ) a GaN Ê ê} _ ³ ð ` ¦ atomic force microscopy (AFM)\ ¦ s 6 x # ' a ¹ 1 Ï % i . ³ ð } 9 l (RMS, root
Fig. 1. (0002) 2θ − ω scan. The inset shows same result in logarithmic scale. (b) (0002) and (10-11) ω scans. The solid line is for (10-11) reflection and dotted line is for (0002) reflection.
mean square) H 2.3 Ð q §& h ¨ î ò ø Í < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 t
ë ß , ³ ð \ H ß ¼Ï þ s > r F < Ês S X ÷ &% 3 . s Qô Ç ß ¼ Ï þ
[ þ t É r e > ¿ ºa s © \ " f \ P Ø ½ Ó > à º \ _ ô Ç Û ¼à Ô Y
UÛ ¼ ¢ - a o÷ & H õ & ñ \ " f µ 1 ÏÒ q tô Ç ¦ · ú 94 R e . Hi- ramatsu 1 p x É r 20 µm s © _ ¿ ºa \ ¦ GaN É r \ P & h Û
¼à ÔY UÛ ¼_ ¢ - a o õ & ñ \ " f r & h ß ¼Ï þ (macrocrack)s µ
1 ÏÒ q tô Ç ¦ Ð ¦ ¦ e [4]. r « Ñ_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦ Ð
f ] X & h Ü ¼ Ð ¨ î l 0 AK " f HRXRD 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r
%
i . Fig. 1(a) H (0002) \ @ /K " f 2¸-É scan õ
\
¦ ? / ¦ e . s M : ' a ¹ 1 Ï ) a 34.56
◦_ x ß ¼ H ¹ ¢ ¤ ~ ½ Ó& ñ (hexagonal) GaN & ñ ½ ¨ ¸_ (0002) \ _ ô Ç x ß ¼ü <
{ 9
u ô Ç . Fig. 1(a)_ (0002) \ @ /ô Ç 2θ − ω scan õ
\ " f $ r] X y ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ç ß _ q @ /g A$ í (asymme-
try) _ ¸ ª ` ¦ Ðs ¦ e . s כ É r AlN ! Q( 8 £ x s e 6 £ §
\
¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ Al
2O
3l ó ø Í Ð GaN _ \ P Ø ½ Ó > Ã º
l M :ë H \ µ 1 ÏÒ q tô Ç · ú » ¡ ¤$ í 6 £ x§ 4 (compressive strain)s GaN Ê ê} \ > r F ¦ e 6 £ §` ¦ ´ ú K Å Ò ¦ e ¦, s Qô Ç 6 £ x
§
4 s > r F ½ + É M : GaN ³ ð É r ^ ¦2 ¤ ô Ç ½ ¨ ¸ (convex struc- ture)\ ¦ + þ A$ í 9 & ñ ½ ¨ ¸_ ¸ s ß ¼ o ' ÷ & H
כ
Ü ¼ Ð · ú 94 R e [6]. ¢ ¸ô Ç · ú ¡" f [ O " î ô Ç ³ ð _ ß ¼Ï þ
¸ s Qô Ç \ P Ø ½ Ó > Ã º_ \ _ K " f µ 1 ÏÒ q t H כ Ü ¼ Ð
· ú
94 R e [4]. s Qô Ç ½ ¨ ¸& h < Ê É r Ä » l ó ø Í 6 £ x6 x
`
¦ $ K H : £ ¤$ í Ü ¼ Ð $ í © ¸| _ þ j& h o x 9 D h Ðî r $ í
© l Õ ü t _ > hµ 1 Ï 1 p x` ¦ : x K " f > h ÷ &# Q ½ + É & h Ü ¼ Ð ó ø Íé ß
) a .
Fig. 1(b) H (0002), (10-11) \ @ /K " f y y _ ω scan _ rocking curve\ ¦ ? / ¦ e . (0002) \ @ / ô
Ç ω scan_ ì ø Íu ; ¤ É r 1209 arcsec _ ° ú כs 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 ¦, (10-11) \ @ /ô Ç ω scan_ ì ø Íu ; ¤ É r 2299 arcsec _ ° ú כ s
8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 .
XRD _ ì ø Íu ; ¤ É r & ñ $ í \ y > % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã ÎÜ ¼ 9 :
£
¤ y 2θ − ω ° ú כ_ ì ø Íu ; ¤ É r ~ Ã Ì} ? / ï ß À Ó 6 £ x§ 4 _ % ò ¾ ÓÜ ¼
Ð V , # Qt ¦, ω ° ú כ_ ì ø Íu ; ¤ É r & ñ _ ¸ s ß ¼ o_ & ñ
¸\ ¦ ì ø Í% ò ô Ç [7]. ¢ ¸ô Ç 0 Aü < ' aº K " f ¸ (0002)
\
@ /ô Ç ì ø Íu ; ¤ É r = å Q Qo 0 A\ _ K " f V , # Qt H ì ø Í , (10-11) \ @ /ô Ç ì ø Íu ; ¤ É r = å Q Qo 0 A, + þ A 0 A 1 p x
¸ H 0 A % ò ¾ Ó` ¦ p u H כ Ü ¼ Ð K $ 3 ½ + É Ã º e .
" f (0002) Ð (10-11) _ X r] X õ _ ì ø Íu
;
¤ s V , É r כ É r Å Ò Ð + þ A 0 A_ % ò ¾ Ó\ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð
Ð [8]. (0002) õ (10-11) \ @ /ô Ç ω scan_ ì ø Íu
;
¤ s y y & ñ $ í © ~ ½ Ó ¾ Óõ & ñ $ í © ? / (in-plane) ~ ½ Ó
¾ Ó_ Á º| 9 " f ¸ (lattice disordering)\ ¦ ì ø Í% ò H & h Ü ¼ Ð Â
Ò' , & ñ ? / 0 A x 9 ¸\ ¦ s : r& h Ü ¼ Ð & ñ ½ + É Ã º e .
βS ü < βE y y (0002), (10-11) \ @ / # + þ A
0 Aü < = å Q Qo 0 A\ _ ô Ç XRD _ ω scan ì ø Íu ; ¤` ¦
? / H â Ä º 6 £ § d (1), (2)\ ¦ s 6 x # GaN Ê ê}
&
ñ ? /_ 0 A x 9 ¸ (dislocation density) H 6 £ § d Ü ¼ Ð Å
Ò# Q [9].
N
S= β
S24.35b
2S(1) (N
S: Screw dislocation density
b
S: Screw dislocation burgers vector)
N
E= β
E24.35b
2E(2) (N
E: Edge dislocation density
b
E: Edge dislocation burgers vector)
Fig. 2. Temperature dependence of carrier mobility.
: r z ´+ « >\ " f 6 x ô Ç Ê ê} GaN Ð Â Ò' > í ß ` ¦ : x K
"
f 2.9 × 10
9cm
−2_ + þ A 0 A x 9 ¸ü < 2.7 × 10
10cm
−2_ = å Q Qo 0 A x 9 ¸ > r F < Ê` ¦ · ú Ã º e . s Q ô
Ç 0 A H GaN & ñ ` ¦ ¸ s ß ¼ o r . 7 £ ¤ 0 A_
@
/Â Òì r s GaN Ê ê} ? / & ñ w n (grain)õ & ñ w n _ > (grain boundary) \ 0 Au 9 & ñ ? / ¸ & ³ © \ ¸ ´ ú §
É
r % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [10,11]. " f s Q ô
Ç 0 A_ % ò ¾ Ó` ¦ ì r$ 3 l 0 AK " f H ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ÷ r m
l & h : £ ¤$ í _ ì r$ 3 ¸ 9 כ ¹ < Ê` ¦ · ú Ã º e . $ í © ) a r
« Ñ\ @ /ô Ç l & h : £ ¤$ í ` ¦ ¸ l 0 AK " f : r ¸ o
\
É r Hall ´ òõ 8 £ ¤& ñ ` ¦ z ´r % i . z ´ : r \ " f Hall ´ ò õ 8 £ ¤& ñ ` ¦ ô Ç õ , n + þ A ¸$ í ` ¦ t 9, 0 l x ¸ H 4.4 × 10
18/cm
3, s 1 l x ¸ H 18 cm
3/Vs, Õ ªo ¦ q $ ½ Ó
É r 0.1 Ω·cm Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . Fig. 2 H : r ¸\ ¦ or v 9 Hall ´ òõ 8 £ ¤& ñ ` ¦ # % 3 É r GaN _ s 1 l x ¸_ o\ ¦
? / ¦ e . s 1 l x ¸ H 206 K \ " f 18 cm
3/Vs _ þ
j@ / ° ú כ` ¦ Ð% i . 300 KÂ Ò' 10 K t : r ¸ o < Ê
\
s 1 l x ¸ H 206 K\ ¦ þ j@ /° ú כÜ ¼ Ð Õ ª Ð ± ú É r : r
¸ü < Z } É r : r ¸\ " f H y y y è H â ¾ Ó` ¦ Ð% i .
{ 9
ì ø Í& h Ü ¼ Ð H o # Q s 1 l x ¸_ : r ¸ _ > r$ í É r : £ ¤& ñ : r
¸\ " f í ß ê ø Íõ Ô ¦í HÓ ü t í ß ê ø Í_ % ò ¾ Ós þ j è° ú כ` ¦ s À
Òl M :ë H Ü ¼ Ð [ O " î ) a [12]. s Qô Ç â Ä º ^ & h s 1
l
x ¸ H 6 £ § d õ ° ú s ¿ º t í ß ê ø Í 6 x _ % ò ¾ Ó` ¦
½
+ Ër ( Ü ¼ Ð+ % 3 # Qè q à º e [12,13].
1 µ = 1
ν
ion+ 1
µ
lat(3) (µ
ion: Ionized impurity scattering
µ
lat: Lattico scattering) ë
ß { 9 : r z ´+ « >\ " f % 3 # Q õ \ ¦ é ß í H y Ô ¦í HÓ ü t í ß ê ø Í õ
í ß ê ø ÍÜ ¼ Ð [ O " î ½ + É Ã º e $ : r \ " f H T
3/2, ¦
Fig. 3. Variation of the carrier concentration in GaN thick film.
: r \ " f H T
−3/2\ q Y VK t ë ß , 206 K s \ " f H T
1/20, 206 K s © \ " f H T
−1/20\ q Y V ¦ e . s כ Ü
¼ Ð Ð s : r o Ô ¦í HÓ ü t õ 1 l x \ _ ô Ç í ß ê ø Í s ü @
\
s 1 l x ¸\ % ò ¾ Ó` ¦ p u H É r כ ¹ è e H כ ` ¦ · ú Ã
º e . s Qô Ç Å Òכ ¹ כ ¹ Ü ¼ Ð H · ú ¡" f XRD õ \ " f
¸ [ O " î ô Ç@ / Ð & ñ w n > _ 0 A\ _ ô Ç % ò ¾ Ós \ V ©
) a [14].
Fig. 3 É r : r ¸ o\ É r 0 l x ¸_ o\ ¦
?
/ ¦ e . $ í © ) a GaN Ê ê} É r n + þ A ¸$ í ` ¦ ? / ¦ e
Ü ¼ 9, z ´ : r \ " f : r ¸ ± ú f \ 182 K t 0
l
x ¸ y è r É r 7 £ x \ ¦ Ðs t ë ß , 66 K s
\ " f H _ o \ O % 3 . : r ¸ o\ É r H o # Q 0
l
x ¸_ o H 6 £ § õ ° ú É r d Ü ¼ Ð è q à º e [11].
n(T ) = n
0exp(− E
nkT ) (4) 0
A d \ " f E
n H H o # Q_ Ö ¸$ í o \ -t ,k H ^ ¦ Þ Ôë ß
© Ã ºs ¦, n
0 H : r ¸\ 1 l qw n & h 0 l x ¸\ ¦ · p .
200 K \ " f 300 K t _ : r ¸ # 3 0 A\ " f d (2)\ ¦ s 6 x
#
K $ 3 % i ` ¦ M : 8 £ ¤& ñ ) a H o # Q 0 l x ¸_ o ÐÂ Ò' Ö ¸
$ í
o \ -t H 30.8 meV Ð Æ Ò& ñ ÷ &% 3 . s õ H Si Ô ¦ í
HÓ ü t s GaN î ß \ 28 meV_ Ö ¸$ í o \ -t \ ¦ H
Ð ¦ õ ü < © { © ô Ç { 9 u \ ¦ Ð [11]. " f 8 £ ¤& ñ ) a
Ö
¸$ í o \ -t _ ° ú כ É r HVPE $ í © r D ¥{ 9 ÷ & H כ Ü ¼ Ð
Ðs H Ô ¦í HÓ ü t ï r 0 A\ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a [15].
ì
ø Í $ : r \ " f_ 0 l x ¸\ @ /K " f H & ñ $ í & h Ü ¼ Ð 6
£
§ õ ° ú É r [ O " î s 0 p x . 66 K s _ $ : r \ " f H
¸@ /_ H 1 l x (Freeze out)÷ & 9, s M : ` Ø Ôp \ - t
H < Ê ï r 0 A\ ¦& ñ ÷ &# Q < Ê ï r 0 A\ ¦ : x ô Ç ¸ t
Fig. 4. Schematic drawing of band diagram for carrier transportation with mosaic structure. Φ
Brepresents the potential barrier.
C
& h Ü ¼ Ð { 9 # Q > ) a . " f : r ¸ü < ' a > \ O s { 9 & ñ ô
Ç 0 l x ¸_ ° ú כ` ¦ Ðs > ) a . Õ ª Q : r ¸ 7 £ x
[ þ t s Ö ¸$ í o ÷ &# Q ¸@ /_ s 1 l x s ^
& ñ ? /_ _ s 1 l x` ¦ t C > ÷ & ¦, s Ð K : r ¸
7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ H o # Q 0 l x ¸ 7 £ x H ¸_ þ v` ¦ Ðs >
)
a [16]. " f : r 7 Hë H _ : r ¸ o\ É r 0 l x ¸ _
o õ ÐÂ Ò' & ñ w n > \ > r F H 0 A\ _
# l & h : £ ¤$ í s H % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .
s
Qô Ç & ñ w n > ` ¦ t H â Ä º_ l ¸ & ³ © ` ¦ 7
á
§ 8 ½ ¨^ & h Ü ¼ Ð l Õ ü t l 0 AK Fig. 4\ " f & ñ w n >
\ " f µ 1 ÏÒ q t H íJ $ [ > © # 4 õ ' aº ) a \ -t ½ × ¼\ ¦
? /% 3 . s Qô Ç ¸d ¸ H 0 Ax 9 ¸ l & h $ í | 9 _
o\ p u H % ò ¾ Ó` ¦ s K H X < Ä »´ ò . Shalish 1
p
x É r & ñ w n > É r f ] X & h Ü ¼ Ð \ ¦ 5 Å q ~ Ã Ì í S \
½ + É Ã º e Ü ¼ 9, ¢ ¸ô Ç ½ × ¼ Ï ã L6 £ § (band bending)` ¦ : x K
s 1 l x` ¦ ~ ½ ÓK H íJ $ [ > © # 4 (potential barrier)` ¦ ë
ß [ þ t # Q · p ¦ % i [10,17]. s Qô Ç 0 A © # 4 É r _
s 1 l x` ¦ ~ ½ ÓK 9 : £ ¤ y 0 A x 9 ¸ Z }` ¦ Ã º2 ¤ l & h :
£ ¤$ í \ H % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H ) a ¦ ½ + É Ã º e . s Qô Ç íJ $ [ >
© # 4 ¸4 S q` ¦ 6 x # : r z ´+ « >_ â Ä ºü < ° ú s ¸ s ß
¼ o ' ) a r « Ñ_ â Ä º\ H Z } É r 0 l x ¸ü < ± ú É r q
$ ½ Ó\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ ± ú É r s 1 l x ¸\ ¦ ° ú > ) a H כ ` ¦ [ O
" î % i .
IV. + s Ç Â ] Ø
Al
2O
3(0001) l ó ø Í 0 A\ $ í © ô Ç Ê ê} GaN ~ Ã Ì} _ ½ ¨
¸& h : £ ¤$ í õ l & h : £ ¤$ í \ @ /K ¸ % i . Ê ê} GaN
_
¸ s ß ¼ o\ _ K µ 1 ÏÒ q t H & ñ w n > _ 0 A ©
#
4 s l & h : £ ¤$ í \ ´ ú § É r % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3
. 7 £ ¤, : r z ´+ « >õ ° ú s Z } É r 0 l x ¸ü < ± ú É r q $ ½ Ó\
¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ ± ú É r l s 1 l x ¸\ ¦ ° ú H â Ä º, & ñ w n s
_ 0 A © # 4 \ _ K " f _ s 1 l x s ] jô Ç| ¨ c à º e
H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 .
Y
c p w à U Ø ô
[1] F. Yun, M. A. Reshchikov, K. Jones, P. Visconti, H.
Morkoc, S. S. Park and K. Y. Lee, Solid State Elec.
44, 2225 (2000).
[2] W. S. Wong, T. Sands and N. W. Cheung, Appl.
Phys. Lett. 72, 599 (1998).
[3] W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano and N. M. John- son, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[4] K. Hiramatus, T. Detchprohm and I. Akasaki, Jpn.
J. Appl. Phys. 32, 1528 (1993).
[5] J. Y. Yi, K. H. Kim, H. J. Lee, M. Yang, H. S. Ahn, J. H. Chang, H. S. Kim and S. N. Yi, SAEMULLI 48, 555 (2004).
[6] T. Kozawa, T. Kaci, H. Kano, H. Nagase, N. Koide and K. Manabe, J. Appl. Phys. 75, 1098 (1994).
[7] Q. Zhu and A. Botchkarev, Appl. Phys. Lett. 68, 1141 (1996).
[8] B. Heying, X. H. Wu, S. Keller, Y. Li, D. Kapolnek, B. P. Keller, S. P. DenBaars, and J. S. Speck, Appl.
Phys. Lett. 68, 643 (1996).
[9] J. C. Zhang, D. G. Zhao, J. F. Wang, Y. T. Wang, J. Chen, J. P. Liu and H. Yang, J. Crystal Growth 268, 24 (2004).
[10] I. Shalish, L. Kronik, G. Segal and Y. Shapira, Phys.
Rev. B 61, 23 (2003).
[11] M. Fehrer, S. Einfeldt, U. Birkle, T. Gollnik and D.
Hommel, J. Crystal Growth 189, 763 (1998).
[12] S. l. Kim, C. S. Son, M. S. Lee, Y. Kim, M. S. Kim and S. K. Min, Solid State Comunications 93, 939 (1995).
[13] M. Sakai, H. Ishikawa, T. Egawa, T. Jimbo, M.
Umeno, T. Shibata, K. Asai, S. Sumiya, Y. Kuraoka, M. Tanaka and O. Oda, J. Crystal Growth 244, 6 (2002).
[14] David C. Look, Electrical Charcterazation of GaAs Materials and Devices (John Wiley & Sons, USA, 1989), p. 74.
[15] W. Gotz, L. T. Romano, J. Walker and N. M. John- son, Appl. Phys. Lett. 72, 1214 (1996).
[16] R. J. Molnar, T. Lei and T. D. Moustakas, Appl.
Phys. Lett. 62, 72 (1993).
[17] S. D. Herzee, J. C. Ramer and K. J. Malloy, Mater.
Res. Bull. 22, 45 (1997).
Effect of Structural Defect on the Electrical Properties of Thick GaN Films
S. H. Park,
∗M. N. Jung, J. Y. Yi, M. Yang, H. S. Kim and J. H. Chang Major of Semiconductor Physics, Korea Maritime University, Busan 606-791
D. C. Oh and J. J. Kim
Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan 980-8577 (Received 16 January 2006)
GaN thick films ( ∼ 250 m) were grown on (0001) sapphire substrates with a thin AlN buffer layer ( ∼ 80 nm). The thick films were deposited by using metalorganic hydride vapor phase epitaxy (MO-HVPE). The structural and the electrical properties were investigated using high-resolution X-ray diffractometer (HRXRD) and temperature-dependent Hall effect measurements. The high- density dislocations concentrated on the grain boundaries were found to have a strong influence on the carrier transport mechanism in the layer.
PACS numbers: 71.23.-k
Keywords: GaN, HRXRD, Hall effect measurement, Potential barrier model
∗
