½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4, pp. 333∼336

(1)

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4, pp. 333∼336

½

ÊX ê sc Ü R + s Ç] K ¤; c 8 ý X ¢ GaN U c lT c l8 ý ¹ Å Ä Z Ø º ì Å

L

|g ` @. > · z q M Î 3 · Ð ÷ 7 B * > · * × <' å £ Ó ^∗

ô

Ç² D G l íõ < Æt " é ¶ ½ ¨" é ¶, " fÖ ¦ì r è, " fÖ ¦ 136-701

.

>

+ ä £ Ó · _ @ò 6 B . >

¦ 9@ / < Æ § l / B N < Æõ , " fÖ ¦ 136-701 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

"

é

¶ ç ß § 4 & ³p â (AFM: Atomic Force Microscope)õ Å Ò 0 A & ³p â (SSPM: Scanning Surface Potential Microscope)` ¦ s 6 x K F K5 Å q Ä »l - o < Æ7 £ x l 7 £ x Ã Ì~ ½ ÓZ O (MOCVD)Ü ¼ Ð $ í © ô Ç GaN ~ Ã Ì} \ " f S X

© ) a < Ê(Extended defect)s ì r í\ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ½ ¨ % i . GaN ? /\ > r F H S X © ) a

< Ê É r 6 £ § Ð @ / ÷ &# Q e Ü ¼ 9, < Ês \ O H % ò % i \ q K © @ /& h Ü ¼ Ð Õ ª × æ © õ Å Ò \ " f 8 Z }

É

r 0 A\ ¦ f s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . SSPM õ ÐÂ Ò' < Ê_ ß ¼l ü < @ / ÷ & H 6 £ § _ ª (¢ ¸ H 0 A)s

"

f Ð q Y V < Ê` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

PACS numbers: 75.20.-g, 75.75.+a, 75.50.Ss Keywords: AFM, SSPM, GaN, # QF M l

I. " e Â ] Ø

þ

j H \ ¹ ¢ ¤~ ½ Ó Ä ºØ Ô s à Ô(hexagonal wurtzite) ½ ¨ ¸_ GaN\ ¦ s 6 x K " f 0 l qÒ oÂ Ò' ê ø ÍÒ o © @ /\ 5 g 1 l x

H µ 1 ÏF g s ¸× ¼ü < Y Us $ s ¸× ¼_ > hµ 1 Ïs s À Ò# Q 4

R © 6 x o÷ & H 1 p x, | 9 oÓ ü tì ø Í ¸^ è [ þ t É r ª ô Ç F g

è Ð+ _ 6 £ x6 x 0 p x$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e [1,2]. t ë

ß GaN $ í © É r { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð s # Q(sapphire) l ó ø Í` ¦ Å

Ò Ð 6 x ¦ e H X <, ¿ º Ó ü t| 9 ç ß _ © Ã º_ s Ð

K ´ ú § É r ª _ < Ês Ò q t$ í ÷ & ¦, s H GaN_ l , F g

<

Æ, ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í \ ª ô Ç % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R ¦

¾

¡ §| 9 _ è > hµ 1 Ï` ¦ 0 AK " f H s Qô Ç ë H ] j& h ` ¦ þ j è o

H כ s | Ã Ðf [3]. ¢ ¸ô Ç # Q " â Ä º\ H, GaN\ ¦ l í

Ð ô Ç è [ þ t s Z } É r < Êx 9 ¸\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ ´ òÖ ¦& h Ü ¼ Ð

1 l xô Ç H & h É r Å Òכ ¹ô Ç ½ ¨ õ ] j × æ s . s Qô Ç

"

é

¶ \ @ /ô Ç ² ú ` ¦ % 3 l 0 AK ' ÷ &# Q ½ + É õ ] j H GaN

8 £ x ? /\ " f < Êõ ' aº ) a î rì ø Í _ 0 l x ¸ o

¢

¸ H ² D G è _ > r F 0 p x$ í ` ¦ µ 1 ßy H כ s 9 s \ ¦ : x K

GaN_ l & h : £ ¤$ í ` ¦ s K ½ + É Ã º e . s ü < ° ú É r

½

¨\ ¦ l 0 Aô Ç ~ ½ ÓZ O × æ © < H/ 'î r ] X H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H Å Ò

È Òõ & ³p â (STM: scanning tunneling microscopy), & ñ

l § 4 & ³p â (EFM: electrostatic force microscopy), Å Ò

∗

E-mail: [email protected];

Tel: +82-2-920-0719; Fax: +82-2-920-0729

³ ð 0 A & ³p â (SSPM: scanning surface potential mi- croscopy), ¢ ¸ H l 6 x| ¾ Ó & ³p â (SCM: scanning capac- itance microscope) õ ° ú É r Å Ò Ã Ðg Ë > & ³p â (SPM: scan- ning probe microscope)` ¦ 6 x H כ s . s [ þ t É r ³ ð _

+ þ AI ÷ rë ß m Õ ª\ @ /6 £ x H l & h : £ ¤$ í \ @ /ô Ç

&

ñ Ð t ¸ ] j/ B N K º ¡ § Ü ¼ Ð+ r « Ñ_ ½ ¨ ¸ü < © ' a ) a

, 0 A, l 6 x| ¾ Ó_ ì r í\ ¦ · ú è q Ã º e .

þ

j H \ µ 1 Ï³ ð ) a ½ ¨ 7 Hë H \ _ ¸ < Ê(ND:

nano-sized defect) õ q 4 ¤ F ½ + Ë(nonradiative recom- bination) s \ © ñ ' aº $ í s e Ü ¼ 9 Õ ª Ð K ND\

@

/ ´ òõ e 6 £ § s STMÜ ¼ Ð Ä » ¸ ) a µ 1 ÏF g` ¦ s 6 x K " f 7

£

x" î ÷ &% 3 [4]. ô Ç8 £ x 8 Hansen 1 p x É r SCM 8 £ ¤& ñ

`

¦ : x K GaN_ ND 6 £ § Ð @ / ÷ &# Q e 6 £ §` ¦ Ð% i [5]. t ë ß s Qô Ç GaN ~ Ã Ì} ? /_ NDü < ' aº ) a @ / ´ ò õ \ ' aô Ç ½ ¨ Ð ¦\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ # y ´ ú § É r 7 HÔ q t& h [

þ

t s í ß & h K e . \ V\ ¦ [ þ t # Q, Shiojima 1 p x \ _ ô Ç I − V :

£

¤$ í ¸ H ND ü < l & h : £ ¤$ í s \ # Q* ô Ç © ' a ' a

>

¸ > r F t · ú §6 £ §` ¦ Ð% i [6]. s X O > GaN & ñ ? / _ NDü < ' aº ) a _ ì r í\ ' aô Ç ½ ¨ H Ö ¸µ 1 Ïy '

÷ &# Q : r ì ø Í , S X © ) a < Ê(ED: extended defect)õ ' a º

) a _ ì r í H ND_ Õ ª כ õ Ä » ½ + É כ Ü ¼ Ð \ V © s

÷ &# Q © @ /& h Ü ¼ Ð W = ' a d ` ¦ ~ Ã Î M ® o . Õ ª Q , EDü <

'

aº ) a ì r í\ @ /ô Ç ½ ¨ H, Ó ü t o & h : £ ¤$ í \ e # Q" f

ND ü < ED s _ Ä » & h x 9 s & h ` ¦ " î Ñ þ y · ú 9× ¦ Ã º

-333-

(2)

-334- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4

e

H & h \ " f B Ä º × æ כ ¹ ½ + É Ã º e . : r 7 Hë H \ " f

H ED ü < ' aº ) a ì r í\ @ /ô Ç SSPM z ´+ « > õ x 9

0 p xô Ç Ó ü t o & h H" é ¶[ þ t` ¦ < Êa Ð ¦ô Ç .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

GaN ~ Ã Ì} É r MOCVD ì ø Í6 £ x © u (Hanvac: HVR-1010S)

\

" f 300 Torr_ · ú § 4 \ $ í © % i . $ Ã º è ì r 0 Al _ 1100

^◦

C : r ¸\ " f 10ì r 1 l xî ß { F K| 9 ô Ç Ê ê, $ : r GaN ! Q( 8 £ x` ¦ 30 nm ¿ ºa t (550

^◦

C : r ¸\ " f 120 í 1

l

xî ß ) $ í © % i ¦, ! Q( 8 £ x 0 A\ r 3.5 µm_ ¿ º î r GaN \ x 8 £ x s 7 £ x Ã Ì÷ &% 3 . Gaõ N_ Ò r(source)Ü ¼ Ð H y

y ¦í H ¸_ trimethylgallium (TMGa) õ ammonia (NH

3

) Û ¼ 6 x ÷ &% 3 . # l " fTMGa_ B$ 3 x 9 î rì ø Í

^

Ð Ã º è Û ¼ 6 x ÷ &% 3 . 7 £ x Ã Ì ¸| Ü ¼ Ð H s

½

¨ ÐÂ Ò' % 3 # Q þ j& h ¸| ` ¦ 6 x # s # Q (0001) l

ó ø Í 0 A\ | 9 è % o \ O s $ í © % i [7]. SSPM 8 £ ¤& ñ É r 20 nm s _ / B Nç ß ì r K 0 p x` ¦ ] j/ B N H ½ © è Ã Ðg Ë >(mode:

MESP) s © Ã Ì ) a Digital Instruments _ Nanoscope IV\ ¦ s 6 x % i . SSPM É r Å Ò# Q r « Ñ_ ³ ð 0 A\ ¦ 8

£

¤& ñ H EFM_ { 9 7 á x Ü ¼ Ð §À Óü < f À Ó · ú ` ¦ 1 l x r \

Ã Ðg Ë >\ K ÷ &" 3 e ] j# Q(feedback control)\ ¦ 6 x

#

³ ð 0 A_ z ´r ç ß t ¸\ ¦ ] j/ B Nô Ç . s p t \ ¦ % 3 H

~

½ ÓZ O É r $ tapping mode\ ¦ 6 x # ³ ð _ t + þ A ¸\ ¦ 8

£

¤& ñ ¦, Õ ª 6 £ § Ã Ðg Ë >õ ³ ð _ o \ ¦ { 9 & ñ > (10

∼ 100 nm) Ä »t H lift mode\ ¦ 6 x # SSPM ñ

\

¦ % 3 H .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Fig. 1(a) ü < 1(b) H y y tapping mode AFMõ SSPM

\

_ K 1 l x r \ % 3 # Q GaN r « Ñ\ @ /ô Ç ³ ð t + þ A ¸ü <

³

ð 0 A_ s p t (7.5 × 7.5 µm

²

) s . Fig. 1(a)_ ³ ð

t + þ A ¸ s p t \ " f É rÒ o Â Òì r É r t + þ A& h Ü ¼ Ð ± ú É r Â

Òì r` ¦ ? / 9 s Â Òì r \ " é ¶ ¸ ª _ ED e 6 £ §` ¦ · ú Ã

º e . Fig. 1(b) H Fig. 1(a) õ 1 l x r \ n É r SSPM s p

t Ð+ t + þ A& h Ü ¼ Ð ± ú É r < Ê\ K { © H Â Òì r s 0

A H Z } É r כ Ü ¼ Ð 9 s p t © Ü ¼ Ð H µ 1 ß É r % ò % i Ü

¼ Ð Ð# Å Ò ¦ e . Fig. 1(c) H ED\ ¦ Ðt Ø Ô H Fig.

1(a) ( ³ ð _ t + þ A ¸, ô ÇÒ o)_ & h ü < Fig. 1(b) (³ ð _

0 A , \ P É r Ò o)_ & h ` ¦ % 3 # Q line profile` ¦

Ð# Å Ò ¦ e . t + þ A ¸ © < Ê_ f â É r ∼3 µms ¦ U · s

H ∼100 nm_ g Ë >] t ) a + þ AI (DT: depression-type)_

Fig. 1. (a) AFM and (b) SSPM images (7.5 × 7.5 µm

²

) taken simultaneously by tapping mode AFM and SSPM on GaN grown on c-plane sapphire. (c) line profile along the dashed line in (a) and (b).

<

Êe ` ¦ · ú Ã º e . ³ ð t + þ A ¸ü < H Ø Ô> SSPM_ line profile É r < Ês \ O H t % i õ q § # ^ ¦ M : < Ê × æd

\

" f © @ /& h Ü ¼ Ð ∼0.15 Vë ß p u 0 A Z } ¦ < Ê Å Ò0 A Ð

H ∼0.04 Vë ß p u Z } É r ì r o½ ¨ ¸ ª _ 0 A& h s > r F 9, ¿ º % ò % i ¸¿ º 6 £ § Ð @ / ÷ &# Q e 6 £ §` ¦ Ð# Å Ò ¦ e

. AFM õ SSPM_ s p t \ ¦ q §K Ð ³ ð _ 0

A o < Ê` ¦ × æd Ü ¼ Ð © { © y @ /g A& h e ` ¦ Ð# º ¡ §

`

¦ · ú Ã º e Ü ¼ 9 s Qô Ç < Ê É r s ½ ¨[ þ t \ " f µ 1 ß)

@ / Ð [8], @ /g A& h x 9 ¸(charge density) ì r í\ ¦ ° ú

H + þ A < Ê(screw-type defect)Ü ¼ Ð ç ß Å Ò ) a . ô Ç

t

: £ ¤f ç & h כ É r 0 A < Ê_ × æd ÷ rë ß m < Ê _ Å Ò (ì r o½ ¨ + þ AI )\ " f ¸ { 9 # Qè ß H & h s . s Qô Ç

&

³ © É r ND ü < ' aº ) a ½ ¨\ " f H f Ð ¦ ) a & h s \ O

%

3 H X < Õ ª s Ä » H s Qô Ç NDÅ Ò _ 0 A o\ ¦ y t ½ + É ë

ß p u SSPM_ K © ¸ a % ~ t · ú §l M :ë H Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .

Fig. 2(a) ü < 2(b) H y y GaN r « Ñ_ AFMõ SSPM s p

t (2.5 × 2.5 µm

²

) Ð, ß ¼l É r DT- < Ê` ¦ Ð# Å Ò

¦ e Ü ¼ 9 Fig. 2(c) H Fig. 2(a), (b) \ " f & h ` ¦

%

3 # Q AFMõ SSPM_ line profile ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e .

g Ë

>] t ) a Â Òì r_ U ·s 8 nms ¦ ; ¤ s 0.45 µm DT- < Ê_ â Ä º, 0 A Å Ò õ q §K " f 0.07 V

Z

} ¤Ü ¼ 9 g Ë >] t ) a Â Òì r_ U ·s 4 nms ¦ ; ¤ s 0.32 µm DT- < Ê_ â Ä º 0 A_ þ j ¦& h s 0.04 V

Z }6 £ §` ¦ Ð# º ¡ § Ü ¼ Ð+ Fig. 1_ õ ü < 7 á x½ + Ë& h Ü ¼ Ð q

§K ^ ¦ M : < Ê_ ß ¼l ü < < Ê_ 0 A(¢ ¸ H < Ê\ » ¡ ¤& h

)

a | ¾ Ó) H " f Ð q Y V < Ê` ¦ Ð# Å Ò ¦ e . Fig. 3(a)ü <

3(b) H y y GaN r « Ñ_ AFMõ SSPM s p t (3.2 ×

(3)

½ ¨ 7 Hë H S X © ) a < Ê\ _ ô Ç GaN ~ Ã Ì} _ ì r í ½ ¨ – þ j & ³ 1 p x -335-

Fig. 2. (a) AFM and (b) SSPM images (2.5 × 2.5 µm

²

) taken simultaneously by tapping mode AFM and SSPM on GaN grown on c-plane sapphire. (c) line profile along the dashed line in (a) and (b).

3.2 µm

²

) Ð, ß ¼l É r [ tØ ¦ ) a + þ AI (PT: protrusion- type)_ < Ê( o¶ ú ³ ð C, D, E, F Ã Ð ¸)` ¦ Ð# ï r . Fig.

4(a) ü < 4(b) H Fig. 3(a) \ " f & h A` ¦ % 3 # Q AFM _ line profileõ Fig. 3(b)\ " f & h A

⁰

` ¦ % 3 # Q SSPM_ line profile` ¦ Ð# Å Ò ¦ e . Fig. 4(a)ü < 4(b)\ ¦ :

x # DT- < Êõ ð ø Ít Ð PT- < Ê_ ß ¼l ü < 0 A

s " f Ð Á º ' a t · ú §6 £ §` ¦ · ú Ã º e . [ tØ ¦ ) a Â Òì r _

Z } s 35 nms ¦ ; ¤ s 0.6 µm PT- < Ê( o

¶

ú ³ ð C)_ â Ä º, 0 A Å Ò õ q §K " f 0.12V Z }

¤Ü ¼ 9 [ tØ ¦ ) a Â Òì r_ Z } s 6 nms ¦ ; ¤ s 0.2 µm PT- < Ê( o¶ ú ³ ð D)_ â Ä º 0 A_ þ j ¦& h s 0.03 V Z }6 £ §` ¦ Ð# º ¡ § Ü ¼ Ð+ < Ê_ ß ¼l ü < < Ê_ 0 A(¢ ¸ H < Ê\ » ¡ ¤& h ) a | ¾ Ó) q Y V < Ê` ¦ Ð# Å Ò ¦ e

. s Qô Ç < Ê_ ß ¼l ü < 0 A_ q Y V ' a > H É r ß ¼ l

_ < Ê[ þ t( o¶ ú ³ ð E, F )\ @ /ô Ç line profile(Fig. 3(a), (b)_ B, B

⁰

Ã Ð ¸)\ " f ¸ > á ¤° ú s µ 1 Ï| ÷ &# Qf ` ¦ Fig. 4(c) õ

4(d)\ " f · ú Ã º e . s Qô Ç z ´+ « > õ [ þ t É r _

»

¡

¤& h s DT- < Ê\ " f ÷ rë ß m PT- < Ê\ " f ¸ > r F

<

Ê` ¦ Ð# Å Ò ¦ e .

< Ê × æd x 9 Å Ò0 A\ " f { 9 # Q H 0 A_ o\ @ /ô Ç Ó

ü

t o & h " é ¶ Ü ¼ Ð H # Q t > r F ½ + É Ã º e ` ¦ כ s

. ' Í P : Ð, < Ê × æd \ " f_ 0 A þ j ¦& h É r õ e ç Ù ü t2 x 6

£

§ (excess negative coulomb charge) × æd \ > r F

<

Ê` ¦ o v 9, @ / H % \ Õ ª < Êõ ' aº ) a trap state_ > r F \ l ½ + É Ã º e . Ñ ü t P : Ð, Elsner 1 p x \ _ K

Ð ¦ ) a @ / Ð, & h < Ê(point defects) < Ê É r @ / ) a Ô ¦ í

HÓ ü t(charged impurities) s < Ê × æd x 9 Å Ò0 A\ » ¡ ¤& h | ¨ c Ã

º e H כ s [9]. ! Ó P : Ð, + þ A(strain)\ l H

Fig. 3. (a) AFM and (b) SSPM images (3.2 × 3.2 µm

²

) taken simultaneously by tapping mode AFM and SSPM on GaN with various protrusion-type defects. The arrows indicate the protrusion type of defects (arrows C, D, E, F ).

Fig. 4. (a) Line profile of dashed line A in Fig. 3(a). (b) line profile of dashed line A

⁰

in Fig. 3(b). (c) line profile of dashed line B in Fig. 3(a). (d) line profile of dashed line B

⁰

in Fig. 3(b).

· ú

(piezoelectric) ´ òõ < Ê Å Ò0 A\ " f_ » ¡ ¤& h \

% ò

Ç Ó ü t o & h " é ¶ ` ¦ ¶ ú ( R Ð ¤t ë ß , 7 á § 8 ½ ¨^ & h Ü ¼ Ð

<

Êõ ' aº ) a l & h : £ ¤$ í ` ¦ s K l 0 AK " f H ¸

&

ñ §ô Ç z ´+ « >s 9 כ ¹½ + É כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a .

IV. + s Ç Â ] Ø

: r ½ ¨\ " f, Ä ºo H AFM õ SSPM` ¦ 6 x K GaN \ x

8 £ x \ " f ì r í\ @ /ô Ç < Ê_ % ò ¾ Ó` ¦ 7 £ x" î % i .

GaN ? /\ > r F H < Ê É r 6 £ § Ð @ / ÷ &# Q e Ü ¼ 9,

< Ê f â s ∼3 µms ¦ U ·s ∼100 nm g Ë >] t ) a DT-

} É r 0 A\ ¦ f s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . ¢ ¸ô Ç, : r ½ ¨\ ¦ : x K

< Ê\ » ¡ ¤& h ÷ & H _ ª s < Ê_ ß ¼l \ _ > r H

כ

` ¦ S X % i .

(4)

-336- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] Y. F. Wu, S. Keller, P. Kozodoy, B. P. Keller, P.

Parikh, D. Kapolnek, S. P. Den Baars and U. K.

Mishra, IEEE Electron Device Lett. 18, 290 (1997).

[2] S. Nakamura, Y. Mukai and M. Senoh, J. Appl. Phys.

76, 8189 (1994).

[3] K. Kusakabe, K. Kishino, A. Kikuchi, T. Yamada, D. Sugihara and S. Nakamura, J. Crys. Growth 230, 387 (2001).

[4] S. Evoy, H. G. Craighead, S. Keller, U. K. Mishra and S. P. DenBaars, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 29 (1999).

[5] P. J. Hansen, Y. E. Strausser, A. N. Erickson, E. J.

Tarsa, P. Kozodoy, E. G. Brazel, J. P. Ibbetson, U.

Mishra, V. Narayanamurti, S. P. DenBaars and J. S.

Speck, Appl. Phys. Lett. 72, 2247 (1998).

[6] K. Shiojima and T. Suemitsu, M. Ogura, Appl. Phys.

Lett. 78, 3636 (2001).

[7] Y. S. Cho, J. Jhin, E. K. Koh, Y. J. Park, E. K. Kim, G. Kim, S. Min and D. Byun, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 4299 (2002).

[8] C. Shi, P. M. Asbec and E. T. Yu, Appl. Phys. Lett.

74, 573 (1999).

[9] J. Elsner, R. Jones, P. K. Sitch, V. D. Porezag, M.

Elstner, T. Frauenheim, M. I. Heggie, S. Oberg and P. R. Briddon, Phys. Rev. Lett. 79, 3672 (1997).

Study of the Extended Defect Related Charge Distribution in GaN

H. Choi, Eui Kwan Koh, Yong Min Cho and M. Yoon

^∗

Korea Basic Science Institute, Seoul 136-701

Junggeun Jin and Dongjin Byun

Department of Electrical Engineering, Korea University, Seoul 136-701 (Received 27 August 2004)

We used atomic force microscopy (AFM) and scanning surface potential microscopy (SSPM) to investigate the effect of extended defects (0.5 ∼ 3 µm) on the charge distribution in a GaN epilayer grown by on (0001) sapphire by using metalorganic chemical-vapor deposition. The surface at an extended defect present in the undoped GaN film was observed to be negatively charged and to have a showing higher potential at the defect region than at the defect-free region. The SSPM results showed that defect was negatively charged and that its potential was proportional to the size of the defect.

PACS numbers: 75.20.-g, 75.75.+a, 75.50.Ss Keywords: AFM, SSPM, GaN, Dislocation

∗

E-mail: [email protected]

 ½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4, pp. 333∼336

   ½ ¨ 7 Hë  H  Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 49, Number 4, 2004¸  10 Z 4, pp. 333∼336

½

 ÊX ê sc Ü R + s Ç] K ¤; c 8 ý X ¢ GaN U c lT c l8 ý  ¹ Å  Ä Z Ø º  ì Å 

L

|g ` @. > · z q  M Î 3 ·  Ð ÷ 7 B * > · * × <' å £ Ó ∗

ô 

Ç² D G l  íõ  < Æt " é ¶  ½ ¨" é ¶, " fÖ  ¦ì  r  è, " fÖ  ¦ 136-701

.

>

+ ä £ Ó · _  @ò 6 B . >



¦ 9@ / < Æ §   l / B N < Æõ , " fÖ  ¦ 136-701 (2004¸  8 Z 4 27{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

"

é

¶  ç ß § 4  & ³p  â (AFM: Atomic Force Microscope)õ  Å Ò   0 A  & ³p  â (SSPM: Scanning Surface Potential Microscope)`  ¦ s 6 x K  F K5 Å q Ä »l - o < Æ7 £ x l 7 £ x Ã Ì~ ½ ÓZ O (MOCVD)Ü ¼ Ð $ í  © ô  Ç GaN ~ Ã Ì}  \ " f S X

 ©  ) a    < Ê(Extended defect)s    ì  r  í\  p u   H % ò  ¾ Ó`  ¦   ½ ¨ % i  . GaN ? /\   > r F    H S X  ©  ) a

 

 < Ê É r 6 £ §   Ð @ /  ÷ &# Q e  Ü ¼ 9,    < Ês  \ O   H % ò % i \  q K   © @ /& h Ü ¼ Ð Õ ª ×  æ © õ  Å Ò  \ " f  8 Z  }

 É

r   0 A\  ¦ f  s   ' a8 £ ¤ ÷ &% 3  . SSPM   õ  ÐÂ Ò'     < Ê_  ß ¼l ü < @ /  ÷ &  H 6 £ §  _   ª (¢ ¸  H   0 A)s 

"

f Ð q Y V < Ê`  ¦ S X    ½ + É Ã º e  % 3  .

PACS numbers: 75.20.-g, 75.75.+a, 75.50.Ss Keywords: AFM, SSPM, GaN, # QF M l 

I. " e Â ] Ø

þ

j  H \  ¹ ¢ ¤~ ½ Ó Ä ºØ Ô s à Ô(hexagonal wurtzite) ½ ¨ ¸_  GaN\  ¦ s 6 x K " f 0 l qÒ  oÂ Ò'  ê ø ÍÒ  o  ©  @ /\    5 g   1 l x

  H µ 1 ÏF g s  ¸× ¼ü < Y Us $  s  ¸× ¼_  > hµ 1 Ïs  s À Ò# Q 4

R  © 6 x o÷ &  H 1 p x, | 9  oÓ ü tì ø Í ¸^   è [ þ t É r  ª ô  Ç F g 



 è  Ð+ _  6 £ x6 x 0 p x$ í `  ¦  Ð# Å Ò ¦ e    [1,2]. t  ë

ß  GaN $ í  ©  É r { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð   s # Q(sapphire) l ó ø Í`  ¦ Å

Ò Ð  6 x  ¦ e    H X <, ¿ º Ó ü t| 9 ç ß _      © Ã º_  s  Ð



 K  ´ ú § É r  ª _     < Ês  Ò q t$ í ÷ & ¦, s   H GaN_    l , F g

 <

Æ, ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í \   ª ô  Ç % ò  ¾ Ó`  ¦ Å Ò  H  כ Ü ¼ Ð · ú  94 R  ¦

¾

¡ §| 9 _   è > hµ 1 Ï`  ¦ 0 AK " f  H s  Qô  Ç ë  H ] j& h `  ¦ þ j è o 



 H  כ s   | Ã Ðf    [3]. ¢ ¸ô  Ç # Q "  â Ä º\   H, GaN\  ¦ l  í



Ð ô  Ç  è [ þ t s  Z  } É r    < Êx 9  ¸\  ¸ Ô  ¦ ½ ¨  ¦ ´ òÖ  ¦& h Ü ¼ Ð





1 l xô  Ç   H & h  É r Å Òכ ¹ô  Ç   ½ ¨ õ ] j ×  æ  s  . s  Qô  Ç

"

é

¶   \  @ /ô  Ç ² ú `  ¦ % 3 l  0 AK    '  ÷ &# Q  ½ + É õ ] j  H GaN

 

 8 £ x ? /\ " f    < Êõ   ' aº   ) a    î  rì ø Í _  0 l x  ¸   o

¢

¸  H ² D G  è   _   > r F  0 p x$ í `  ¦ µ 1 ßy   H  כ s  9 s \  ¦ :  x K

 GaN_    l & h   : £ ¤$ í `  ¦ s K ½ + É Ã º e   . s ü < ° ú  É r  

½

¨\  ¦ l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O  ×  æ  ©   < H/ 'î  r ] X   H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð  H Å Ò



È Òõ  & ³p  â (STM: scanning tunneling microscopy), & ñ

 

l § 4  & ³p  â (EFM: electrostatic force microscopy), Å Ò

E-mail: [email protected];

Tel: +82-2-920-0719; Fax: +82-2-920-0729



 + þ AI  ÷  rë ß   m   Õ ª\  @ /6 £ x   H   l & h : £ ¤$ í \  @ /ô  Ç

&

ñ  Ð t  ¸ ] j/ B N K  º ¡ § Ü ¼ Ð+  r « Ñ_  ½ ¨ ¸ü <  ©  ' a ) a  

,   0 A,   l 6 x| ¾ Ó_  ì  r  í\  ¦ · ú  è ­ q Ã º e   .

þ

j  H \  µ 1 Ï³ ð  ) a   ½ ¨ 7 Hë  H \  _     ¸   < Ê(ND:

nano-sized defect) õ  q 4  ¤   F   ½ + Ë(nonradiative recom- bination)  s \   ©  ñ  ' aº  $ í s  e  Ü ¼ 9 Õ ª Ð   K  ND\ 

@

/  ´ òõ  e  6 £ § s  STMÜ ¼ Ð Ä » ¸  ) a µ 1 ÏF g`  ¦ s 6 x K " f 7

£

x" î ÷ &% 3   [4]. ô  Ç8 £ x  8   Hansen 1 p x É r SCM 8 £ ¤& ñ

`

þ

t s  í ß & h K  e   . \ V\  ¦ [ þ t # Q, Shiojima 1 p x \  _ ô  Ç I − V :

£

¤$ í  ¸   H ND ü <   l & h   : £ ¤$ í  s \  # Q* ô  Ç  ©  ' a  ' a

>

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4, pp. 333∼336

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4, pp. 333∼336

ÊX ê sc Ü R + s Ç] K ¤; c 8 ý X ¢ GaN U c lT c l8 ý ¹ Å Ä Z Ø º ì Å

|g ` @. > · z q M Î 3 · Ð ÷ 7 B * > · * × <' å £ Ó ^∗

ô

Ç² D G l íõ < Æt " é ¶ ½ ¨" é ¶, " fÖ ¦ì r è, " fÖ ¦ 136-701

+ ä £ Ó · _ @ò 6 B . >

¦ 9@ / < Æ § l / B N < Æõ , " fÖ ¦ 136-701 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

¶ ç ß § 4 & ³p â (AFM: Atomic Force Microscope)õ Å Ò 0 A & ³p â (SSPM: Scanning Surface Potential Microscope)` ¦ s 6 x K F K5 Å q Ä »l - o < Æ7 £ x l 7 £ x Ã Ì~ ½ ÓZ O (MOCVD)Ü ¼ Ð $ í © ô Ç GaN ~ Ã Ì} \ " f S X

© ) a < Ê(Extended defect)s ì r í\ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ½ ¨ % i . GaN ? /\ > r F H S X © ) a

< Ê É r 6 £ § Ð @ / ÷ &# Q e Ü ¼ 9, < Ês \ O H % ò % i \ q K © @ /& h Ü ¼ Ð Õ ª × æ © õ Å Ò \ " f 8 Z }

É

r 0 A\ ¦ f s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . SSPM õ ÐÂ Ò' < Ê_ ß ¼l ü < @ / ÷ & H 6 £ § _ ª (¢ ¸ H 0 A)s

f Ð q Y V < Ê` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

PACS numbers: 75.20.-g, 75.75.+a, 75.50.Ss Keywords: AFM, SSPM, GaN, # QF M l

j H \ ¹ ¢ ¤~ ½ Ó Ä ºØ Ô s à Ô(hexagonal wurtzite) ½ ¨ ¸_ GaN\ ¦ s 6 x K " f 0 l qÒ oÂ Ò' ê ø ÍÒ o © @ /\ 5 g 1 l x

H µ 1 ÏF g s ¸× ¼ü < Y Us $ s ¸× ¼_ > hµ 1 Ïs s À Ò# Q 4

R © 6 x o÷ & H 1 p x, | 9 oÓ ü tì ø Í ¸^ è [ þ t É r ª ô Ç F g

è Ð+ _ 6 £ x6 x 0 p x$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e [1,2]. t ë

ß GaN $ í © É r { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð s # Q(sapphire) l ó ø Í` ¦ Å

Ò Ð 6 x ¦ e H X <, ¿ º Ó ü t| 9 ç ß _ © Ã º_ s Ð

K ´ ú § É r ª _ < Ês Ò q t$ í ÷ & ¦, s H GaN_ l , F g

<

Æ, ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í \ ª ô Ç % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R ¦

¡ §| 9 _ è > hµ 1 Ï` ¦ 0 AK " f H s Qô Ç ë H ] j& h ` ¦ þ j è o

H כ s | Ã Ðf [3]. ¢ ¸ô Ç # Q " â Ä º\ H, GaN\ ¦ l í

Ð ô Ç è [ þ t s Z } É r < Êx 9 ¸\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ ´ òÖ ¦& h Ü ¼ Ð

1 l xô Ç H & h É r Å Òכ ¹ô Ç ½ ¨ õ ] j × æ s . s Qô Ç

¶ \ @ /ô Ç ² ú ` ¦ % 3 l 0 AK ' ÷ &# Q ½ + É õ ] j H GaN

8 £ x ? /\ " f < Êõ ' aº ) a î rì ø Í _ 0 l x ¸ o

¸ H ² D G è _ > r F 0 p x$ í ` ¦ µ 1 ßy H כ s 9 s \ ¦ : x K

GaN_ l & h : £ ¤$ í ` ¦ s K ½ + É Ã º e . s ü < ° ú É r

¨\ ¦ l 0 Aô Ç ~ ½ ÓZ O × æ © < H/ 'î r ] X H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H Å Ò

È Òõ & ³p â (STM: scanning tunneling microscopy), & ñ

l § 4 & ³p â (EFM: electrostatic force microscopy), Å Ò

+ þ AI ÷ rë ß m Õ ª\ @ /6 £ x H l & h : £ ¤$ í \ @ /ô Ç

ñ Ð t ¸ ] j/ B N K º ¡ § Ü ¼ Ð+ r « Ñ_ ½ ¨ ¸ü < © ' a ) a

, 0 A, l 6 x| ¾ Ó_ ì r í\ ¦ · ú è q Ã º e .

j H \ µ 1 Ï³ ð ) a ½ ¨ 7 Hë H \ _ ¸ < Ê(ND:

nano-sized defect) õ q 4 ¤ F ½ + Ë(nonradiative recom- bination) s \ © ñ ' aº $ í s e Ü ¼ 9 Õ ª Ð K ND\

/ ´ òõ e 6 £ § s STMÜ ¼ Ð Ä » ¸ ) a µ 1 ÏF g` ¦ s 6 x K " f 7

x" î ÷ &% 3 [4]. ô Ç8 £ x 8 Hansen 1 p x É r SCM 8 £ ¤& ñ

t s í ß & h K e . \ V\ ¦ [ þ t # Q, Shiojima 1 p x \ _ ô Ç I − V :

¤$ í ¸ H ND ü < l & h : £ ¤$ í s \ # Q* ô Ç © ' a ' a

¸ > r F t · ú §6 £ §` ¦ Ð% i [6]. s X O > GaN & ñ ? / _ NDü < ' aº ) a _ ì r í\ ' aô Ç ½ ¨ H Ö ¸µ 1 Ïy '

÷ &# Q : r ì ø Í , S X © ) a < Ê(ED: extended defect)õ ' a º

) a _ ì r í H ND_ Õ ª כ õ Ä » ½ + É כ Ü ¼ Ð \ V © s

÷ &# Q © @ /& h Ü ¼ Ð W = ' a d ` ¦ ~ Ã Î M ® o . Õ ª Q , EDü <

'

aº ) a ì r í\ @ /ô Ç ½ ¨ H, Ó ü t o & h : £ ¤$ í \ e # Q" f

ND ü < ED s _ Ä » & h x 9 s & h ` ¦ " î Ñ þ y · ú 9× ¦ Ã º

-334- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 49, Number 4, 2004¸ 10 Z 4

e

H & h \ " f B Ä º × æ כ ¹ ½ + É Ã º e . : r 7 Hë H \ " f

H ED ü < ' aº ) a ì r í\ @ /ô Ç SSPM z ´+ « > õ x 9

0 p xô Ç Ó ü t o & h H" é ¶[ þ t` ¦ < Êa Ð ¦ô Ç .

GaN ~ Ã Ì} É r MOCVD ì ø Í6 £ x © u (Hanvac: HVR-1010S)

" f 300 Torr_ · ú § 4 \ $ í © % i . $ Ã º è ì r 0 Al _ 1100

C : r ¸\ " f 10ì r 1 l xî ß { F K| 9 ô Ç Ê ê, $ : r GaN ! Q( 8 £ x` ¦ 30 nm ¿ ºa t (550

C : r ¸\ " f 120 í 1

xî ß ) $ í © % i ¦, ! Q( 8 £ x 0 A\ r 3.5 µm_ ¿ º î r GaN \ x 8 £ x s 7 £ x Ã Ì÷ &% 3 . Gaõ N_ Ò r(source)Ü ¼ Ð H y

y ¦í H ¸_ trimethylgallium (TMGa) õ ammonia (NH

) Û ¼ 6 x ÷ &% 3 . # l " fTMGa_ B$ 3 x 9 î rì ø Í

Ð Ã º è Û ¼ 6 x ÷ &% 3 . 7 £ x Ã Ì ¸| Ü ¼ Ð H s

¨ ÐÂ Ò' % 3 # Q þ j& h ¸| ` ¦ 6 x # s # Q (0001) l

ó ø Í 0 A\ | 9 è % o \ O s $ í © % i [7]. SSPM 8 £ ¤& ñ É r 20 nm s _ / B Nç ß ì r K 0 p x` ¦ ] j/ B N H ½ © è Ã Ðg Ë >(mode:

MESP) s © Ã Ì ) a Digital Instruments _ Nanoscope IV\ ¦ s 6 x % i . SSPM É r Å Ò# Q r « Ñ_ ³ ð 0 A\ ¦ 8

¤& ñ H EFM_ { 9 7 á x Ü ¼ Ð §À Óü < f À Ó · ú ` ¦ 1 l x r \

Ã Ðg Ë >\ K ÷ &" 3 e ] j# Q(feedback control)\ ¦ 6 x

³ ð 0 A_ z ´r ç ß t ¸\ ¦ ] j/ B Nô Ç . s p t \ ¦ % 3 H

½ ÓZ O É r $ tapping mode\ ¦ 6 x # ³ ð _ t + þ A ¸\ ¦ 8

¤& ñ ¦, Õ ª 6 £ § Ã Ðg Ë >õ ³ ð _ o \ ¦ { 9 & ñ > (10

∼ 100 nm) Ä »t H lift mode\ ¦ 6 x # SSPM ñ

¦ % 3 H .

Fig. 1(a) ü < 1(b) H y y tapping mode AFMõ SSPM

_ K 1 l x r \ % 3 # Q GaN r « Ñ\ @ /ô Ç ³ ð t + þ A ¸ü <

ð 0 A_ s p t (7.5 × 7.5 µm

) s . Fig. 1(a)_ ³ ð

t + þ A ¸ s p t \ " f É rÒ o Â Òì r É r t + þ A& h Ü ¼ Ð ± ú É r Â

Òì r` ¦ ? / 9 s Â Òì r \ " é ¶ ¸ ª _ ED e 6 £ §` ¦ · ú Ã