AlN/Si(111) M m ü V R ËX ê s Æ X Øy ¢ õ m Í In Ä Z Ø Ò Å Ò × ì Å× D; c Â \ ¥ InN W ë s X ì È V R ËX ê s

(1)

5 Z 4, pp. 542∼547

AlN/Si(111) M m ü V R ËX ê s Æ X Øy ¢ õ m Í In Ä Z Ø Ò Å Ò × ì Å× D; c Â \ ¥ InN W ë s X ì È V R ËX ê s

T

ç ¡? · ( å - ! H · »' Ö <%

Ø

æ z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , @ / 305-764

¡< û B

ô

Ç ª @ / < Æ § l ] j# Q> 8 £ ¤/ B N < Æõ , î ß í ß 426-791

» ö ¶ B~ ç ¡

×

æ Â Ò@ / < Æ § & ñ Ð: x < Æõ , F K í ß 312-702

(2011¸ 2 Z 4 14{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2011¸ 3 Z 4 2{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2011¸ 5 Z 4 6{ 9 > F S X & ñ )

:

r ½ ¨\ " f H $ í © : r ¸ x 9 In ª o\ @ / # AlN/Si(111) l ó ø Í 0 A InN ª & h $ í © ¸× ¼ o

\

@ / # reflection high-energy electron diffraction x 9 scanning electron microscopy 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x #

¸ % i . © Ã º o ÐÂ Ò' 350

^◦

C \ " f H 2 " é ¶ \ î r Stranski-Krastanov (S-K) $ í © ¸

×

¼, 400

^◦

C ü < 450

^◦

C \ " f H 2 " é ¶ _ ] X É r8 £ x $ í © Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð o÷ & H Volmer-Weber (V-W)

$ í

© ¸× ¼, t } Ü ¼ Ð 550

^◦

C \ " f H ] X É r8 £ x $ í © \ O s 3 " é ¶ ½ ¨ ¸_ V-W ¸× ¼ Ð $ í © s { 9 # Qz ¤6 £ §

`

¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç InN ª & h \ e # Q ß ¼l H $ í © : r ¸ü < In < Ê É r N ì r 5 Å q _ o Ð ] j# Q\ ¦

½

+ É Ã º e t ë ß x 9 ¸ H $ í © : r ¸\ 8 y < Ê` ¦ · ú Ã º e . : r ½ ¨\ ¦ : x # InN ª & h $ í © ¸| õ :

£ ¤$ í s K H ª | 9 _ ¸ è \ ¦ % 3 H X < ´ ú § É r ¸¹ ¡ § s | ¨ c כ s .

Ù þ

d # Q: InN ª & h , Si(111), AlN, MBE, RHEED

Growth of InN Quantum Dots on AlN/Si(111) Substrates at Various Growth Temperatures and In Molecular Fluxes

Sang-Tae Lee · Byung-Guon Park · Moon-Deock Kim ^∗

Department of Physics, Chungnam National University, Daejeon 305-764

Jae-Eung Oh

Division of Electrical and Computer Engineering, Hanyang University, Ansan 426-791

Song-Gang Kim

Department of Information and Communications, Joongbu University, Kumsan, 132-940 (Received 14 February 2011 : revised 2 March 2011 : accepted 6 May 2011)

In this work, we used reflection high-energy electron diffraction and scanning electron microscopy to investigate the growth mode variation of InN quantum dots (QDs) grown on AlN/Si(111) sub- strates at various growth temperatures and indium molecular fluxes. From the lattice constant variation, we know that the growth mode of the InN quantum dots is the Stranski-Krastanov (S-K) mode until a growth temperature of 350

^◦

C, and transfers to the Volmer-Weber (V-W) mode at

-542-

(2)

ü

@ (ultraviolet) x 9 ' õ AÒ o (blue) µ 1 Ï F g s ¸× ¼ (light- emitting diode, LED) \ 6 x ÷ &l M :ë H \ ´ ú § É r ½ ¨

' ÷ &% 3 t ë ß InN Ó ü t| 9 > H s [ þ t Ó ü t| 9 \ q K © @ /& h Ü

¼ Ð ´ ú § É r ½ ¨\ ¦ 9 כ ¹ Ð H Ó ü t| 9 s . InN H ± ú É r K o

(dissociation) : r ¸ü < | 9 è (nitrogen)_ Z } É r ì r 5

Å

q M :ë H \ ª | 9 _ ~ Ã Ì} $ í © \ # Q 9¹ ¡ § s ´ ú § . t ë ß 0.7 eV _ ± ú É r ½ × ¼Ì s (band gap)` ¦ ° ú l M :ë H \ ª Ä º Ó

ü t (quantum well) < Ê É r ª & h (quantum dot) + þ AI Ð V ,

É r ½ × ¼Ì s` ¦ ° ú H GaN < Ê É r AlGaN Ó ü t| 9 ? /\ > r F

>

÷ & V , É r % ò % i _ © ` ¦ 0 Aô Ç F g è 6 £ x6 x s 0 p x 9, s \ É r Ó ü t o & h & ³ © \ @ / # ´ ú § É r ½ ¨\ ¦ 9 כ ¹ Ð ô

Ç . ¢ ¸ô Ç InN ª & h + þ A$ í õ & ñ õ F g < Æ& h ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í s

K H ¸½ ¨ ¸ è 6 £ x6 x` ¦ 0 AK B Ä º × æ כ ¹ .

"

f þ j H GaN l ó ø Í\ InN ª & h $ í © \ @ /ô Ç ½ ¨ Ð

¦ ÷ &% 3 t ë ß [1–5], s כ \ @ /ô Ç $ í © ½ ¨ ¸ x 9 F g < Æ& h Ó ü t o

& h : £ ¤$ í \ @ /ô Ç : r$ í _ s K H 9 כ ¹ô Ç © I s .

InN/AlN Ó ü t| 9 > \ " f ª & h $ í © É r 14 % _ H

$ í

Ã º \ _ ô Ç + þ A§ 4 M :ë H \ ë ß [ þ t # Q [6]. ª & h É r Volmer-Weber (V-W) $ í © ¸× ¼\ ¦ : x K íl \ AlN ~ Ã Ì }

0 A\ $ í © ÷ & 9 < Ê É r 2 " é ¶ ] X É r8 £ x (wetting layer) $ í

© Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð 7 H + þ AI _ Stranski-Krastanov (S-K) $ í © ¸× ¼ Ð ¸ $ í © ) a . S-K ¸× ¼ $ í © É r Si 0 A

\

SiGe [7], GaAs 0 A\ InAs [8], AlN 0 A\ GaN [9,10]

1 p

x # Q ì ø Í ¸^ Ó ü t| 9 > \ " f ' a8 £ ¤ s ) a . InN ª & h _

S-K ü < V-W $ í © ¸× ¼ H $ í © : r ¸, V/III ì r 5 Å q q

(molecular flux ratio) 1 p x $ í © ¸| [ þ t \ @ / # B Ä º

y > % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [1].

: r ½ ¨\ " f H molecular beam epitaxy (MBE) Z O Ü ¼

Ð AlN/Si(111) ~ Ã Ì} 0 A\ InN ª & h ` ¦ $ í © H X < e

#

Q $ í © : r ¸ü < ´ o u (indium) ì r 5 Å q o\ @ / #

ª & h $ í © ¸× ¼ o x 9 : £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . InN ª

& h íl $ í © © I \ ¦ ¸ l 0 A # reflection high

∗

E-mail: [email protected]

`

¦ ¸ % i .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

: r ½ ¨\ 6 x ) a InN ª & h r « Ñ H p+ þ A Si(111) l ó

ø Í0 A\ MBE Z O Ü ¼ Ð 200 nm_ AlN ¢ - aØ æ8 £ x (buffer)` ¦

$ í

© ô Ç Ê ê Õ ª 0 A\ ï r q % i . Ä »l [ j' ô Ç Si l ó ø Í` ¦ Ô

¦ í ß (HF)` ¦ s 6 x # í ß o} ` ¦ ] j ô Ç Ê ê ï r q z ´ (treatment chamber) Ð ` 300

^◦

C \ " f 1r ç ß 1 l x î ß

\ P # J ?s ( \ z e H Ó ü t` ¦ ] j % i . Õ ª Ê ê $ í

© z ´ (growth chamber) Ð ` Si l ó ø Í` ¦ 820

^◦

C \ " f

1r ç ß 1 l x î ß \ P % o # Si l ó ø Í\ z e H í ß o} ` ¦ ]

j % i Ü ¼ 9 s M : < 112 > ~ ½ Ó ¾ Ó\ " f (7 × 7) ³ ð ½ ¨

¸\ ¦ RHEED ' a8 £ ¤ Ü ¼ ÐÂ Ò' S X % i . s H Si ³ ð

\

z e H í ß o} s ¸¿ º ] j ÷ &% 3 6 £ §` ¦ _ p ô Ç

[11]. $ í © \ 9 כ ¹ô Ç aluminium (Al) x 9 indium (In)

É

r í H ¸ 99.9999 (6N) % _ ¦^ " é ¶ « Ñ\ ¦ 6 x % i Ü ¼ 9 7 £ x µ

1 Ï" é ¶ É r \ P \ -t \ ¦ s 6 x ô Ç S X í ß 6 x l (effusion cell)\ ¦ 6

x % i . Nitrogen (N) É r 13.56 MHz _ radio frequency (rf)\ ¦ s 6 x # N

²

ì r \ ¦ " é ¶ + þ AI Ð ë ß × ¼ H rf-plasma cell` ¦ 6 x % i .

AlN ¢ - aØ æ8 £ x $ í © r Si l ó ø Íõ N" é ¶ _ ½ + Ë\ _ ô Ç

| 9

o½ © è (Si

3

N

x

) + þ A$ í É r é ß & ñ ~ Ã Ì} $ í © ` ¦ ~ ½ ÓK ô Ç

H ´ ú § É r ½ ¨ õ Ð ¦÷ &% 3 [11,12]. s \ ¦ } l 0 AK Al` ¦ $ 7 £ x Ã Ìô Ç Ê ê N " é ¶ \ ¦ ¸ # | 9 o ~ ½ Ót 8 £ x` ¦ ë

ß [ þ t ¦ 830

^◦

C \ " f Al õ N` ¦ 1 l x r \ ¸ # AlN ~ Ã Ì }

` ¦ $ í © % i . $ í © ) a AlN ~ Ã Ì} _ ³ ð É r RHEED

½

¨ ¸ ' a8 £ ¤ r µ 1 ß ¦ " î ô Ç Kiguchi ` ¦ Ð% i Ü ¼ 9 s

H } 9 l & h ¦ ¨ î ò ø Íô Ç ³ ð ` ¦ & 6 £ §` ¦ _ p ô Ç .

ï

r q ) a 200 nm ¿ ºa _ AlN ¢ - aØ æ8 £ x ~ Ã Ì} 0 A\ InN ª

& h $ í © r In ì r 5 Å q` ¦ 2 × 10

⁻⁷

Torr Ð ¦ $ í ©

: r ¸\ ¦ 350

^◦

C, 400

^◦

C, 450

^◦

C, 550

^◦

C Ð y y ² ú o

#

$ í © : r ¸ o\ É r InN ª & h $ í © ¸× ¼ o x 9

(3)

Fig. 1. (Color online) The variation of lattice constant during the growth of 2.5 ML InN quantum dots at (a) 350

^◦

C, (b) 400

^◦

C, (c) 450

^◦

C, and (d) 550

^◦

C, for In flux of 2.0 × 10

⁻⁷

Torr, respectively.

:

£ ¤$ í ` ¦ ' a8 £ ¤ % i . ¢ ¸ô Ç $ í © : r ¸\ ¦ 400

^◦

C Ð ¦& ñ

¦ In ì r 5 Å q` ¦ 5.0 × 10

⁻⁸

Torr, 1.0 × 10

⁻⁷

Torr, 2 × 10

⁻⁷

Torr Ð ² ú o # ª & h $ í © ¸× ¼ o x 9 : £ ¤$ í ` ¦

'

a8 £ ¤ % i . $ í © r InN r « Ñ_ ³ ð © I x 9 © Ã º

o\ ¦ RHEED ½ ¨ ¸_ Å Òכ ¹& h (specular beam) [ jl

o x 9 ½ ¨ ¸ç ß o ÐÂ Ò' $ í © r ç ß \ @ / # ¸

%

i Ü ¼ 9 $ í © ) a r « Ñ[ þ t _ ³ ð É r SEM õ AFM` ¦ s 6 x

#

ì r$ 3 % i .

III. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í Ä Z ØV Ä

InN ~ Ã Ì} É r AlN ü < 14 %_ Â Ò& ñ ½ + Ë` ¦ ° ú l M :ë H

\

ª | 9 _ 2 " é ¶ ~ Ã Ì} ` ¦ % 3 l ê ø Í ~ 1 t · ú § . : r ½ ¨\ " f

H s Â Ò& ñ ½ + Ë` ¦ s 6 x InN ª & h ` ¦ $ í © H X < e

#

Q $ í © : r ¸ü < In ì r 5 Å q o ª & h _ $ í © ¸× ¼ x 9

x 9 ¸ o\ Å Ò H % ò ¾ Ó` ¦ ¸ % i . $ s [ þ t Ã

º × æ $ í © : r ¸ o\ É r % ò ¾ Ó` ¦ ¸ % i . AlN/Si (111) l ó ø Í0 A\ In_ ì r 5 Å q` ¦ 2 × 10

⁻⁷

Torr, s M : | 9

èÛ ¼ ª É r 4.0 sccm Ü ¼ Ð ¦& ñ ô Ç Ê ê | 9 è " é ¶ Ò q t$ í ` ¦ 0

Aô Ç e ¦ Ý ¼ [ jl H 300 W Ð % i . s M : $ í © 5 Å q ¸

Fig. 2. The RHEED patterns after grown of 2.5 ML InN quantum dots at (a) 350

^◦

C, (b) 400

^◦

C, (c) 450

^◦

C, and (d) 550

^◦

C, respectively.

H 1 í{ © 0.05 monolayer (ML) Ð $ í © : r ¸ o\ @ /

#

1 l x{ 9 > & h 6 x % i .

Figure 1 É r $ í © : r ¸\ ¦ y y (a) 350

^◦

C, (b) 400

^◦

C, (c) 450

^◦

C, (d) 550

^◦

C Ð ² ú o " f $ í © ô Ç InN ª & h _

© Ã º o Ð $ í © r ç ß o\ @ / # ¸ % i .

500

^◦

C \ @ / # z ´+ « >` ¦ ' t · ú § É r כ É r : r ½ ¨z ´

\

" f µ 1 Ï³ ð ) a 7 Hë H \ " f s p 7 H _ Ø æì r y ÷ &% 3 l M :ë H

\

Ò q t| Ä Ì % i [13]. © Ã º o H $ í © r RHEED

½

¨ ¸_ (01)õ (01) integer-rod s ç ß o ÐÂ Ò' % 3

É

r õ s . Õ ªa Ë >\ " f a

^AlN

ü < a

^InN

H AlN ü < InN_

© Ã º° ú כ` ¦ · p כ Ü ¼ Ð y y 3.11 ˚ A ü < 3.54 ˚ A s .

t

₀

, t

₁

x 9 t

₂

H InN ~ Ã Ì} $ í © r & h õ InN © Ã º ° ú כ s

l r H t & h x 9 ª & h s + þ A$ í s = å Q H & h

`

¦ y y · p כ s . InN $ í © r RHEED ½ ¨ ¸_ Å Ò כ

¹& h Ü ¼ ÐÂ Ò' % 3 H [ jl H ¸ H $ í © : r ¸\ @ / # y

è H õ (Fig. 1\ ? /t · ú § ¤6 £ §)\ ¦ Ð% i H X < s

H íl InN Ù þ + þ A$ í Ü ¼ Ð ³ ð _ } 9 l 7 £ x l M :ë H

\

{ 9 _ í ß ê ø ÍÜ ¼ Ð # H & ³ © s . Fig.

1(a) H 350

^◦

C \ " f $ í © ) a InN8 £ x _ © Ã º o\ ¦ $ í

© r ç ß (¿ ºa )\ @ / # · p כ Ü ¼ Ð 2 ML t AlN

© Ã º ° ú כ` ¦ Ðs Õ ª s © \ " fÂ Ò' H InN ~ Ã Ì} _

© Ã º ° ú כÜ ¼ Ð ç ß m 7 £ x H & ³ © ` ¦ Ðs ¦ e . s

H ± ú É r : r ¸\ " f $ í © ÷ & H InN H AlN \ @ / # { 9 Â Ò

H © Ã º \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ íl \ pseudomorphic

>

~ Ã Ì} + þ AI Ð $ í © H d` ¦ Ð# ï r . Õ ª Q $ í © : r ¸

± ú

l M :ë H \ $ í © r ç ß s U ´# Qt 2 " é ¶ } | 9 s 3 " é ¶ _

2 ; ³ ð $ í © Ü ¼ Ð ¨ 8 ÷ & H כ ` ¦ \ V © ½ + É Ã º e .

400

^◦

C (Fig. 2(b)) ü < 450

^◦

C (Fig. 2(c)) \ " f $ í © ) a InN

~ Ã

Ì} 8 £ x _ t

1

° ú כ É r 1.2 ML ü < 1.5 ML Ð $ í © : r ¸ Z }

(4)

l

ß ¼ ¦ Ô ¦ç H{ 9 ô Ç InN 3 " é ¶ $ 3 (island)s + þ A$ í ÷ &% 3 l

M :ë H s . s Ð K AlN ³ ð s ¸Ø ¦ ÷ &# Q RHEED 8

ú x(gun) \ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ &# Q { 9 ÷ & H c s InN ³ ð s

AlN ³ ð \ { 9 Ê ê r] X ÷ &# Q H & ñ Ðs .

s

[ þ t $ í © : r ¸\ @ / # 2.5 ML InN ª & h $ í © ` ¦

=

å Q · p Ê ê ³ ð © I \ ¦ ' a8 £ ¤ ô Ç RHHED ½ ¨ ¸\ ¦ Fig. 2 \

? /% 3 . $ : r $ í © 350

^◦

C \ " f H AlN ü < ° ú É r ½ ¨

¸\ ¦ Ðs t ë ß _ U ´s Â ú ª ¦ Ï ã T Ü ¼ " f â ì 2 ; & ³ © Ü ¼

Ð p À Ò# Q ³ ð © I p [ j > 2 ; © I e ` ¦ · ú Ã º e

. 400

^◦

C ü < 450

^◦

C \ " f $ í © ) a Fig. 2(b) ü < Fig. 2(c) H ì

r" î ô Ç & h + þ AI Ð H כ Ü ¼ Ð Ð ³ ð s 3 " é ¶ + þ

AI e ` ¦ · ú Ã º e . 550

^◦

C \ " f $ í © ) a Fig. 2(d)

\

" f H # QÑ ü v ¦ AlN î ß A á ¤ Ü ¼ Ð ô Ç & h s e H כ Ü ¼

Ð Ð 2 " é ¶ $ í © Ð H r] X ` ¦ or v H 3 " é ¶ ½ ¨

¸e ` ¦ f ½ + É Ã º e .

s

[ þ t © Ã º oü < RHEED ½ ¨ ¸ o\ ¦ S X ô Ç Ê ê

$ í

© ) a InN ª & h ¸ ª õ © ' a ' a > \ ¦ S X l 0 A #

¦K © ¸ SEM 8 £ ¤& ñ Ê ê Õ ª õ \ ¦ Fig. 3 \ ? /% 3 .

\ " f · ú Ã º e 1 p w s $ í © ) a ³ ð É r 350

^◦

C ³ ð

ë ß ] jü @ ¦ ¸¿ º AlN 0 A\ Ô ¦ç H{ 9 ô Ç ª & h + þ AI Ð

> r F < Ê` ¦ S X % i . $ í © : r ¸ Z }` ¦ Ã º2 ¤ ß ¼l H & t

" f x 9 ¸ H ± ú t H כ ` ¦ · ú Ã º e . : £ ¤ y 350

^◦

C ü

< 550

^◦

C $ í © ) a ³ ð ` ¦ Ð Fig. 1_ RHEED ½ ¨ ¸

o ÐÂ Ò' % 3 É r © Ã º o\ ¦ [ O " î ½ + É Ã º e . $ : r

\

" f $ í © ô Ç InN~ Ã Ì} _ 8 & ñ S X ô Ç ³ ð ` ¦ S X l 0 A

# AFM ` ¦ Fig. 3(a) \ ' Â Ò % i . 2 " é ¶$ í ©

`

¦ " f p [ jô Ç 2 ; ³ ð ` ¦ ° ú H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e Ü

¼ 9, ¦ : r \ " f H InN ª & h s Zhou 1 p x [6] _ Å Ò © % ! 3 pin-hole 1 p x \ o ¸ ú ¦ e H כ ` ¦ · ú Ã º e . s H : r ¸

Z } InN $ 3 + þ AI Ð Ó ü æ 2 ; 6 £ § s 1 l x H כ Ü ¼ Ð K

$ 3

) a . s [ þ t _ } 9 l ü < © Ã º o ÐÂ Ò' 350

^◦

C

\

" f H 2 " é ¶ \ î r S-K $ í © ¸× ¼, 400

^◦

C ü < 450

^◦

C

\

" f H 2 " é ¶ _ ] X É r8 £ x $ í © Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð o÷ & H V-W $ í © ¸× ¼, t } Ü ¼ Ð 550

^◦

C \ " f H ] X É r8 £ x $ í ©

Fig. 3. (Color online) SEM images after grown of 2.5 ML InN quantum dots at (a) 350

^◦

C, (b) 400

^◦

C, (c) 450

◦

C, and (d) 550

^◦

C, respectively. The inset image of (a) indicates AFM picture.

\ O

×

É r8 £ x + þ A$ í Ê ê 3 " é ¶ ª & h ` ¦ + þ A$ í H V-W ¸× ¼ $ í

^◦

C ü < 450

^◦

C _ : r ¸ & h ½ + Ë 9, 9 כ

¹ô Ç ß ¼l ü < x 9 ¸\ × þ & h Ü ¼ Ð : r ¸\ ¦ ¸] X ½ + É Ã º e

.

¦ Ý ¼ µ 1 ÏÒ q t[ jl H 400

^◦

C, 4.0 sccm, 300 W Ð y y

¦& ñ ¦ In_ ì r 5 Å q` ¦ 5.0 × 10

⁻⁸

Torr, 1.0 × 10

⁻⁷

Torr, 2.0 × 10

⁻⁷

\

r 5 Å q o\ ] X É r8 £ x ¿ ºa o (t

1

)\ ¦ Ð ± ú

É

r ì r 5 Å q Fig. 4(a) H 1.32 ML, Fig. 4(b) ü < (c)_ y

y 1.25 MLü < 1.15 MLs . s H ì r 5 Å q s Z }` ¦ Ã º 2

Å

q s Z }` ¦ Ã º2 ¤ ª & h ß ¼l 7 £ x ô Ç H > p w s . ô Ç¼ #

R e H t

2

t ¿ ºa \ ¦ ¸ # ª & h + þ A$ í & ñ ¸\ ¦ q

§ K Ð ¤ . In ì r 5 Å q _ s \ É r t

1

° ú כ_ s ü

< ² ú o t

2

° ú כ É r 1.55 ML, 1.75 Ml, 1.75 ML Ð ì r 5 Å q

(5)

Fig. 4. (Color online) The variation of lattice constant during the growth of 2.5 ML InN quantum dots at 400

◦

C for In flux of (a) 5.0 × 10

⁻⁸

Torr, (b) 1.0 × 10

⁻⁷

Torr, and (c) 2.0 × 10

⁻⁷

torr, respectively. The inset images indicate SEM picture after grown of 2.5 ML InN quantum dots.

o\ Z > s \ O % 3 . s H InN ª & h + þ A$ í r { 9

&

¼ Ð InN Ó ü t| 9 s t ¦ e H : £ ¤f ç Ü ¼ Ð K $ 3 ) a . s [ þ t ì

r 5 Å q o\ É r ª & h ³ ð _ SEM ` ¦ Fig.

Å

q s Z }` ¦ Ã º2 ¤ ª & h s & f ` ¦ · ú Ã º e .

$ í

¸ o\ @ / # Fig. 5\ 7 á x ½ + Ë # ? /% 3 . 350

◦

ª ß ¼l -Á º Á ºr % i . ¸ H r « Ñ_ InN ª

&

h _ ß ¼l { 9 & ñ t · ú §Ü ¼Ù ¼ Ð ¸ # 3 0 A\ ¦ í < Ê #

? /% 3 . : r z ´+ « >_ õ 400

^◦

C ü < 450

^◦

C $ í © ) a

ª & h _ x 9 ¸ H 4 ∼ 5 × 10

¹⁰

cm

⁻²

, 550

^◦

C \ " f H 3 × 10

⁹

cm

⁻²

Ð ± ú É r : r ¸\ " f Z } É r ° ú כ` ¦ Ð% i Ü ¼ 9 t 2

£ § (diameter) É r ¨ î ç H 30 ∼ 50 nm s Ð Z } É r : r ¸\ " f 7

£

x H â ¾ Ó` ¦ Ð% i . Fig. 5(b) H In ª ` ¦ ² ú o #

Fig. 5. (Color online) Density and size of 2.5 ML InN quantum dots taken from SEM and AFM images accord- ing to variation of (a) growth temperature and (b) In flux.

$ í

ª o\ @ / # InN ª & h x 9 ¸ o H 4 ∼ 5 × 10

¹⁰

cm

⁻²

ß t 2 £ § É r 30 \ " f 50 nm Ð 7 £ x H â ¾ Ó` ¦ Ð% i . { 9 ì

ø Í& h Ü ¼ Ð V7 á ¤ | 9 è Ø æ ë ß ¸| s ÷ & In_ ³ ð s 1 l x

`

: r ½ ¨_ : r ¸\ " f H H s \ ¦ µ 1 Ï| ½ + É Ã º \ O % 3 . s

y ô Ç כ ` ¦ _ p ô Ç . õ \ " f · ú Ã º e 1 p w s InN ª

&

\

8 y < Ê` ¦ · ú Ã º e .

IV. + s Ç Â ] Ø

(6)

: r ½ ¨ 7 Hë H É r 2008¸ & ñ Â Ò( §¹ ¢ ¤ õ < Æl Õ ü t Â Ò)_ F

"

é

¶ Ü ¼ Ð ô Ç² D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º' ) a ½ ¨ (KRF-2008-313-D00604) s 9, ¢ ¸ô Ç 2010¸ & ñ Â Ò( §¹ ¢ ¤ õ

< Æl Õ ü t Â Ò)_ F " é ¶ Ü ¼ Ð ô Ç² D G ½ ¨F é ß _ t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º '

) a ½ ¨e (ô Ç² D G ½ ¨F é ß -2010-0026292).

Y

c p w Ã U Ø ô

[1] C. N¨ orenberg, R. A. Oliver, M. G. Martin, L. Allers, M. R. Castel and G. A. D. Briggs, Phys.Status Solidi (A), 194, 536 (2002).

[2] Y. G. Cao, M. H. Xie, Y. Liu, Y. F. Ng, H. S. Wu and S. Y. Tong, Appl. Phys. Lett. 83, 5157 (2003).

[3] S. Ruffenach, B. Maleyre, O. Briot and B. Gill, Phys. Status Solidi (C) 2, 826 (2005).

[4] W. C. Ke, C. P. Fu, C. Y. Chen, L. Lee, C. S. Ku, W. C. Chou, W.-H. Chang, M. C. Lee, W. K. Chen, W. J. Lin and Y. C. Cheng, Appl. Phys. Lett. 88, 191913 (2006).

[5] L. Zhou, T. Xu, D. J. Smith and T. D. Moustakas, Appl. Phys. Lett. 88, 231906 (2006).

[6] Y. F. Ng, Y. G. Cao, M. H. Xie, X. L. Wang and S.

Y. Tong, Appl. Phys. Lett. 81, 3960 (2002).

[11] E. Calleja, M. A. Sanchez-Garcia, F. J. Sanchez, F.

Calle, F. B. Naranjo, E. Mu˜ noz, S. I. Molina, A. M.

Sanchez, F. J. Pacheco and R. Garcia, J. Crystal Growth 201/202, 296 (1999).

[12] X. Y. Liu, H. F. Lib, A. Uddinb and T. G. Ander- ssona, J. Crystal Growth 300, 114 (2007).

[13] M. D. Kim, S. R. Park, J. E. Oh, S. G. Kim, W.

C. Yang and Bun-Hei Koo, J. Crystal Growth 311, 2016 (2009).

[14] S. R. Park, J. W. Lee, M. D. Kim, J. E. Oh, S. G.

Kim and K. S. Chung, J. Kor. Phys. Society 53, 1456 (2008).

[15] F. C. Frank and J. H. van der Merwe, Proc. Roy.

Soc, london A 198, 14 (1949).

[16] I. N. Stranski and Von L. Krastanow, Akad. Woss.

Lit. Mainz Math. Natur. Kl. IIb 146, 797 (1939).

[17] M. Volmer and A. Weber, Z. Phys. Chem. 119, 277 (1926).

[18] Q. Wang, T. Wang, J. Bai, A. G. Cullis, P. J. Par-

brook and F. Ranalli, J. Appl. Phys. 103, 123522

(2008).

AlN/Si(111) M   m ü V R ËX ê s Æ X Øy ¢ õ m Í In Ä Z Ø  Ò Å  Ò × ì Å× D; c Â \ ¥ InN W ë s X ì È V R ËX ê s

5 Z 4, pp. 542∼547

AlN/Si(111) M   m  ü V R ËX ê s Æ X Øy ¢ õ m Í In Ä Z Ø  Ò Å  Ò × ì Å× D; c  Â \ ¥ InN W ë s X ì È V R ËX ê s

T

 ç ¡?  ·   ( å  - ! H ·  »' Ö <% 

Ø 

æ z  @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , @ /  305-764



¡<  û B

ô

 Ç ª @ / < Æ §   l    ] j# Q> 8 £ ¤/ B N  < Æõ , î ß í ß  426-791

 » ö ¶ B~ ç ¡

×

 æ Â Ò@ / < Æ § & ñ  Ð:  x   < Æõ , F K í ß  312-702

(2011¸  2 Z 4 14{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2011¸  3 Z 4 2{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2011¸  5 Z 4 6{ 9  > F  S X & ñ )

 :

r   ½ ¨\ " f  H $ í  ©  : r  ¸ x 9 In  ª    o\  @ / #  AlN/Si(111) l ó ø Í 0 A InN  ª  & h  $ í  ©   ¸× ¼   o

\

 @ / #  reflection high-energy electron diffraction x 9 scanning electron microscopy 8 £ ¤& ñ `  ¦ :  x # 



¸  % i  .     © Ã º   o ÐÂ Ò'  350

C \ " f  H 2 " é ¶ \   î  r Stranski-Krastanov (S-K) $ í  ©   ¸

×

¼, 400

C ü < 450

C \ " f  H 2 " é ¶ _  ] X  É r8 £ x $ í  ©  Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð   o÷ &  H Volmer-Weber (V-W)

$ í

 ©   ¸× ¼, t }  Ü ¼ Ð 550

C \ " f  H ] X  É r8 £ x $ í  ©  \ O s  3 " é ¶ ½ ¨ ¸_  V-W  ¸× ¼ Ð $ í  © s  { 9 # Qz  ¤6 £ §

`

 ¦ · ú  Ã º e  % 3  . ¢ ¸ô  Ç InN  ª  & h \  e  # Q ß ¼l   H $ í  ©  : r  ¸ü < In < Ê É r N ì  r    5 Å q _    o Ð ] j# Q\  ¦

½

+ É Ã º e  t ë ß  x 9  ¸  H $ í  ©  : r  ¸\   8   y   < Ê`  ¦ · ú  Ã º e   .  : r   ½ ¨\  ¦ :  x #  InN  ª  & h  $ í  ©   ¸| õ  :

£ ¤$ í s K   H  ª | 9 _   ¸ è \  ¦ % 3   H X < ´ ú § É r  ¸¹ ¡ § s  | ¨ c  כ s  .

Ù þ

d  # Q: InN  ª  & h , Si(111), AlN, MBE, RHEED

Growth of InN Quantum Dots on AlN/Si(111) Substrates at Various Growth Temperatures and In Molecular Fluxes

Sang-Tae Lee · Byung-Guon Park · Moon-Deock Kim ∗

Department of Physics, Chungnam National University, Daejeon 305-764

Jae-Eung Oh

Division of Electrical and Computer Engineering, Hanyang University, Ansan 426-791

Song-Gang Kim

Department of Information and Communications, Joongbu University, Kumsan, 132-940 (Received 14 February 2011 : revised 2 March 2011 : accepted 6 May 2011)

C, and transfers to the Volmer-Weber (V-W) mode at

-542-

ü

@  (ultraviolet) x 9 ' õ AÒ  o (blue) µ 1 Ï F g s  ¸× ¼ (light- emitting diode, LED) \   6 x ÷ &l  M :ë  H \  ´ ú § É r   ½ ¨



 '   ÷ &% 3 t ë ß  InN Ó ü t| 9 >   H s [ þ t Ó ü t| 9 \  q K   © @ /& h Ü

¼ Ð ´ ú § É r   ½ ¨\  ¦  9 כ ¹ Ð   H Ó ü t| 9 s  . InN  H ± ú  É r K  o

 (dissociation)  : r  ¸ü < | 9  è (nitrogen)_  Z  } É r ì  r    5

Å

q M :ë  H \   ª | 9 _  ~ Ã Ì}   $ í  © \  # Q 9¹ ¡ § s  ´ ú § . t ë ß  0.7 eV _  ± ú  É r  ½ × ¼Ì  s (band gap)`  ¦ ° ú l  M :ë  H \   ª  Ä º Ó

ü t (quantum well) < Ê É r  ª  & h  (quantum dot) + þ AI  Ð V ,

 É r  ½ × ¼Ì  s`  ¦ ° ú   H GaN < Ê É r AlGaN Ó ü t| 9  ? /\   > r F  

>

 ÷ &  V ,  É r % ò % i _   © `  ¦ 0 Aô  Ç F g  è  6 £ x6 x s  0 p x  9, s \    É r Ó ü t o & h  & ³ © \  @ / #  ´ ú § É r   ½ ¨\  ¦  9 כ ¹ Ð ô

 Ç . ¢ ¸ô  Ç InN  ª  & h  + þ A$ í õ & ñ õ  F g  < Æ& h ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í s

K   H  ¸½ ¨ ¸  è  6 £ x6 x`  ¦ 0 AK  B Ä º ×  æ כ ¹  .   

"

f þ j   H GaN l ó ø Í\  InN  ª  & h  $ í  © \  @ /ô  Ç   ½ ¨  Ð



¦ ÷ &% 3 t ë ß  [1–5], s  כ \  @ /ô  Ç $ í  © ½ ¨ ¸ x 9 F g  < Æ& h Ó ü t o

& h : £ ¤$ í \  @ /ô  Ç  : r$ í _  s K   H  9 כ ¹ô  Ç  © I s  .

InN/AlN Ó ü t| 9 > \ " f  ª  & h  $ í  ©  É r 14 % _   H    

$ í

Ã º \  _ ô  Ç   + þ A§ 4 M :ë  H \  ë ß [ þ t # Q    [6].  ª  & h  É r Volmer-Weber (V-W) $ í  ©   ¸× ¼\  ¦ :  x K   íl \  AlN ~ Ã Ì }



0 A\  $ í  © ÷ & 9 < Ê É r 2 " é ¶ ] X  É r8 £ x (wetting layer) $ í



©  Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð  7   H + þ AI _  Stranski-Krastanov (S-K) $ í  ©   ¸× ¼ Ð ¸ $ í  ©   ) a . S-K  ¸× ¼ $ í  ©  É r Si 0 A

\

 SiGe [7], GaAs 0 A\  InAs [8], AlN 0 A\  GaN [9,10]

1 p

x #  Q ì ø Í ¸^  Ó ü t| 9 > \ " f  ' a8 £ ¤ s   ) a . InN  ª  & h  _

 S-K ü < V-W $ í  ©  ¸× ¼  H $ í  ©  : r  ¸, V/III ì  r    5 Å q q

(molecular flux ratio) 1 p x $ í  ©  ¸| [ þ t \  @ / #  B Ä º



 y   >  % ò  ¾ Ó`  ¦ ~ Ã Î  H  כ Ü ¼ Ð · ú  94 R e    [1].



AlN/Si(111) M m ü V R ËX ê s Æ X Øy ¢ õ m Í In Ä Z Ø Ò Å Ò × ì Å× D; c Â \ ¥ InN W ë s X ì È V R ËX ê s

AlN/Si(111) M m ü V R ËX ê s Æ X Øy ¢ õ m Í In Ä Z Ø Ò Å Ò × ì Å× D; c Â \ ¥ InN W ë s X ì È V R ËX ê s

ç ¡? · ( å - ! H · »' Ö <%

Ø

æ z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , @ / 305-764

¡< û B

Ç ª @ / < Æ § l ] j# Q> 8 £ ¤/ B N < Æõ , î ß í ß 426-791

» ö ¶ B~ ç ¡

æ Â Ò@ / < Æ § & ñ Ð: x < Æõ , F K í ß 312-702

(2011¸ 2 Z 4 14{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2011¸ 3 Z 4 2{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2011¸ 5 Z 4 6{ 9 > F S X & ñ )

:

r ½ ¨\ " f H $ í © : r ¸ x 9 In ª o\ @ / # AlN/Si(111) l ó ø Í 0 A InN ª & h $ í © ¸× ¼ o

@ / # reflection high-energy electron diffraction x 9 scanning electron microscopy 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x #

¸ % i . © Ã º o ÐÂ Ò' 350

C \ " f H 2 " é ¶ \ î r Stranski-Krastanov (S-K) $ í © ¸

C \ " f H 2 " é ¶ _ ] X É r8 £ x $ í © Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð o÷ & H Volmer-Weber (V-W)

© ¸× ¼, t } Ü ¼ Ð 550

C \ " f H ] X É r8 £ x $ í © \ O s 3 " é ¶ ½ ¨ ¸_ V-W ¸× ¼ Ð $ í © s { 9 # Qz ¤6 £ §

¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç InN ª & h \ e # Q ß ¼l H $ í © : r ¸ü < In < Ê É r N ì r 5 Å q _ o Ð ] j# Q\ ¦

+ É Ã º e t ë ß x 9 ¸ H $ í © : r ¸\ 8 y < Ê` ¦ · ú Ã º e . : r ½ ¨\ ¦ : x # InN ª & h $ í © ¸| õ :

£ ¤$ í s K H ª | 9 _ ¸ è \ ¦ % 3 H X < ´ ú § É r ¸¹ ¡ § s | ¨ c כ s .

d # Q: InN ª & h , Si(111), AlN, MBE, RHEED

Sang-Tae Lee · Byung-Guon Park · Moon-Deock Kim ^∗

@ (ultraviolet) x 9 ' õ AÒ o (blue) µ 1 Ï F g s ¸× ¼ (light- emitting diode, LED) \ 6 x ÷ &l M :ë H \ ´ ú § É r ½ ¨

' ÷ &% 3 t ë ß InN Ó ü t| 9 > H s [ þ t Ó ü t| 9 \ q K © @ /& h Ü

¼ Ð ´ ú § É r ½ ¨\ ¦ 9 כ ¹ Ð H Ó ü t| 9 s . InN H ± ú É r K o

(dissociation) : r ¸ü < | 9 è (nitrogen)_ Z } É r ì r 5

q M :ë H \ ª | 9 _ ~ Ã Ì} $ í © \ # Q 9¹ ¡ § s ´ ú § . t ë ß 0.7 eV _ ± ú É r ½ × ¼Ì s (band gap)` ¦ ° ú l M :ë H \ ª Ä º Ó

ü t (quantum well) < Ê É r ª & h (quantum dot) + þ AI Ð V ,

É r ½ × ¼Ì s` ¦ ° ú H GaN < Ê É r AlGaN Ó ü t| 9 ? /\ > r F

÷ & V , É r % ò % i _ © ` ¦ 0 Aô Ç F g è 6 £ x6 x s 0 p x 9, s \ É r Ó ü t o & h & ³ © \ @ / # ´ ú § É r ½ ¨\ ¦ 9 כ ¹ Ð ô

Ç . ¢ ¸ô Ç InN ª & h + þ A$ í õ & ñ õ F g < Æ& h ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í s

K H ¸½ ¨ ¸ è 6 £ x6 x` ¦ 0 AK B Ä º × æ כ ¹ .

f þ j H GaN l ó ø Í\ InN ª & h $ í © \ @ /ô Ç ½ ¨ Ð

¦ ÷ &% 3 t ë ß [1–5], s כ \ @ /ô Ç $ í © ½ ¨ ¸ x 9 F g < Æ& h Ó ü t o

& h : £ ¤$ í \ @ /ô Ç : r$ í _ s K H 9 כ ¹ô Ç © I s .

InN/AlN Ó ü t| 9 > \ " f ª & h $ í © É r 14 % _ H

Ã º \ _ ô Ç + þ A§ 4 M :ë H \ ë ß [ þ t # Q [6]. ª & h É r Volmer-Weber (V-W) $ í © ¸× ¼\ ¦ : x K íl \ AlN ~ Ã Ì }

0 A\ $ í © ÷ & 9 < Ê É r 2 " é ¶ ] X É r8 £ x (wetting layer) $ í

© Ê ê 3 " é ¶ ½ ¨ ¸ Ð 7 H + þ AI _ Stranski-Krastanov (S-K) $ í © ¸× ¼ Ð ¸ $ í © ) a . S-K ¸× ¼ $ í © É r Si 0 A

SiGe [7], GaAs 0 A\ InAs [8], AlN 0 A\ GaN [9,10]

x # Q ì ø Í ¸^ Ó ü t| 9 > \ " f ' a8 £ ¤ s ) a . InN ª & h _

S-K ü < V-W $ í © ¸× ¼ H $ í © : r ¸, V/III ì r 5 Å q q

(molecular flux ratio) 1 p x $ í © ¸| [ þ t \ @ / # B Ä º

y > % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e [1].

: r ½ ¨\ " f H molecular beam epitaxy (MBE) Z O Ü ¼

Ð AlN/Si(111) ~ Ã Ì} 0 A\ InN ª & h ` ¦ $ í © H X < e

Q $ í © : r ¸ü < ´ o u (indium) ì r 5 Å q o\ @ / #

ª & h $ í © ¸× ¼ o x 9 : £ ¤$ í ` ¦ ¸ % i . InN ª

& h íl $ í © © I \ ¦ ¸ l 0 A # reflection high

¦ ¸ % i .

: r ½ ¨\ 6 x ) a InN ª & h r « Ñ H p+ þ A Si(111) l ó

ø Í0 A\ MBE Z O Ü ¼ Ð 200 nm_ AlN ¢ - aØ æ8 £ x (buffer)` ¦

© ô Ç Ê ê Õ ª 0 A\ ï r q % i . Ä »l [ j' ô Ç Si l ó ø Í` ¦ Ô

¦ í ß (HF)` ¦ s 6 x # í ß o} ` ¦ ] j ô Ç Ê ê ï r q z ´ (treatment chamber) Ð ` 300

C \ " f 1r ç ß 1 l x î ß

\ P # J ?s ( \ z e H Ó ü t` ¦ ] j % i . Õ ª Ê ê $ í

© z ´ (growth chamber) Ð ` Si l ó ø Í` ¦ 820

C \ " f

1r ç ß 1 l x î ß \ P % o # Si l ó ø Í\ z e H í ß o} ` ¦ ]

j % i Ü ¼ 9 s M : < 112 > ~ ½ Ó ¾ Ó\ " f (7 × 7) ³ ð ½ ¨

¸\ ¦ RHEED ' a8 £ ¤ Ü ¼ ÐÂ Ò' S X % i . s H Si ³ ð

z e H í ß o} s ¸¿ º ] j ÷ &% 3 6 £ §` ¦ _ p ô Ç

[11]. $ í © \ 9 כ ¹ô Ç aluminium (Al) x 9 indium (In)

É

r í H ¸ 99.9999 (6N) % _ ¦^ " é ¶ « Ñ\ ¦ 6 x % i Ü ¼ 9 7 £ x µ

1 Ï" é ¶ É r \ P \ -t \ ¦ s 6 x ô Ç S X í ß 6 x l (effusion cell)\ ¦ 6

x % i . Nitrogen (N) É r 13.56 MHz _ radio frequency (rf)\ ¦ s 6 x # N

ì r \ ¦ " é ¶ + þ AI Ð ë ß × ¼ H rf-plasma cell` ¦ 6 x % i .

AlN ¢ - aØ æ8 £ x $ í © r Si l ó ø Íõ N" é ¶ _ ½ + Ë\ _ ô Ç

o½ © è (Si

) + þ A$ í É r é ß & ñ ~ Ã Ì} $ í © ` ¦ ~ ½ ÓK ô Ç

H ´ ú § É r ½ ¨ õ Ð ¦÷ &% 3 [11,12]. s \ ¦ } l 0 AK Al` ¦ $ 7 £ x Ã Ìô Ç Ê ê N " é ¶ \ ¦ ¸ # | 9 o ~ ½ Ót 8 £ x` ¦ ë

ß [ þ t ¦ 830

C \ " f Al õ N` ¦ 1 l x r \ ¸ # AlN ~ Ã Ì }

` ¦ $ í © % i . $ í © ) a AlN ~ Ã Ì} _ ³ ð É r RHEED

¨ ¸ ' a8 £ ¤ r µ 1 ß ¦ " î ô Ç Kiguchi ` ¦ Ð% i Ü ¼ 9 s

H } 9 l & h ¦ ¨ î ò ø Íô Ç ³ ð ` ¦ & 6 £ §` ¦ _ p ô Ç .

r q ) a 200 nm ¿ ºa _ AlN ¢ - aØ æ8 £ x ~ Ã Ì} 0 A\ InN ª

& h $ í © r In ì r 5 Å q` ¦ 2 × 10