Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ 6 £ x6 x õ < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

(1)

Si (111) M m; c" e W ë sù m Ç8 ý ÄT c l GaN «8 ý V R ËX ê s ù p § ü X ¢ ZnO ! a( a «8 ý ºX ì Ä ¤V R Ë; c 6 X ¢ ì Å

T

® £* å · »ý ¡ û B ^∗ · T + ä * × < · ç ¡U Ú · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · è ¡ * > · T $ ß

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ 6 £ x6 x õ < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Si (111) l ó ø Í 0 A\ ª | 9 _ GaN Ê ê} ` ¦ 7 £ x Ã Ì l 0 Aô Ç ZnO ! Q( 8 £ x_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ¸| \ @ / #

½ ¨ % i . Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ZnO ~ Ã Ì} ` ¦ © : r \ " f Si (111) l ó ø Í 0 A\ 7 £ x Ã Ì ¦ H

²

O ì r0 Al \

"

f y y 700 ∼ 900

^◦

C_ : r ¸ Ð \ P % o ô Ç Ê ê HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð GaN 8

£

x` ¦ $ í © % i . ZnO ! Q( 8 £ x õ GaN 8 £ x_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í [ þ t` ¦ AFM (atomic force microscope), XRD (X-ray diffraction), Õ ªo ¦ PL (photoluminescence)\ ¦ s 6 x # ' a¹ 1 Ï % i . : r ½ ¨ õ \ " f H \ P

%

o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN Ê ê} s ZnO ! Q( 8 £ x_ & ñ $ í Ð H { 9 ½ × ¼ ß ¼l ³ ð

} 9 l 1 p x \ 8 ´ ú § É r % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î H כ Ü ¼ Ð z ¤ .

PACS numbers: 81.14, 81.68

Keywords: GaN, ZnO, \ P % o , AFM, PL

I. " e Â ] Ø

þ

j H o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ ì r \ " f © Å Ò3 l q ~ Ã Î H ' é ß l Õ

ü

t× æ_ | 9 oÓ ü t > ì ø Í ¸^ \ ' aô Ç ½ ¨ H ' õ AÒ o µ 1 Ï F

g s ¸× ¼ü < ' õ AÒ o Y Us $ s ¸× ¼_ > hµ 1 Ï $ í / B N s Ê ê /

å

L5 Å qô Ç ` ¦ Ðs ¦ e [1,2]. & ³F GaN, ZnSe, SiC

>

: x_ Ó ü t| 9 [ þ t s ' õ AÒ o µ 1 ÏF g è \ s 6 x ÷ & ¦ e Ü ¼ 9, : £ ¤ y

GaN H 3.4 eV_ V , É r { ç ß ` ¦ t ¦ e ¦ 8 A# Qè ß µ

1 ÏF g : £ ¤$ í , Ä ºÃ ºô Ç \ P ¸ ¸, o < Æì ø Í6 £ x õ ~ ½ Ó ¸Ø ¦

\

@ /ô Ç | ¦$ í ` ¦ ° ú ¦ e l M :ë H \ F g è ÷ rë ß m

¦5 Å q, ¦ : r x 9 ¦Ø ¦§ 4 ` ¦ 9 כ ¹ Ð H è \ s Ø

Ôl t ª > 6 £ x6 x½ + É Ã º e # Q" f GaN\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð

H III-V7 á ¤ | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ' aô Ç ½ ¨ > 5 Å q Ã º' ÷ &

¦ e . & ³F GaN_ $ í © ` ¦ 0 AK Å Ò Ð s # Q\ ¦ l ó

ø ÍÜ ¼ Ð 6 x ¦ e H X <, s # Q H GaN ü <_ H

© Ã º s ü < \ P Ø ½ Ó > Ã º s M :ë H \ & ñ < Ê_ x 9 ¸

Z } ¦ $ í © Ê ê Í ty r \ ç H\ P s µ 1 ÏÒ q t # ª | 9 _ ~ Ã Ì }

` ¦ % 3 # Q? /l # Q§ > . s Qô Ç ë H ] j& h ` ¦ K l 0 AK Si, GaAs, SiC, ZnO, MgAl

2

O

3

1 p x` ¦ s 6 x # ª | 9 _ ~ Ã Ì }

` ¦ % 3 # Q? / 9 H ½ ¨ Ö ¸µ 1 Ïy Ã º' ÷ & ¦ e [3,4]. s

×

æ Si l ó ø Í É r GaN ü <_ H © Ã º s ü < \ P Ø ½ Ó > Ã

º s M :ë H \ & ñ $ í s Ä ºÃ ºô Ç | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ $ í © s

∗

E-mail: [email protected];

Tel: +82-51-410-4378; Fax: +82-51-410-4784

#

Q§ > t ë ß @ / & h o 0 p x ¦ s â ] j& h s 9, a % ~

É

r \ P x 9 l ¸ ¸\ ¦ t ¦ e # Q" f [5, 6] Si l ó ø Íõ GaN s _ © Ã º \ P Ø ½ Ó > Ã º_ s \ ¦ × ¦ # × ¦ Ã

º e H & h ] X ô Ç ! Q( 8 £ x` ¦ × þ ô Ç ª | 9 _ GaN ~ Ã Ì}

`

¦ $ í © ½ + É Ã º e . Õ ª × æ ZnO H GaN ü < q 5 p wô Ç Ó ü t o & h :

£

¤$ í ` ¦ t ¦ e Ü ¼ 9, ZnO ~ Ã Ì} õ Si l ó ø Í` ¦ o < Æ& h Ü ¼

Ð ] j ½ + É Ã º e # Q freestanding GaN J ?s ( \ ¦ ~ 1 > % 3

`

¦ Ã º e H © & h ` ¦ t ¦ e . Ä ºo H s ½ ¨\

"

f [7] ZnO ~ Ã Ì} _ \ P % o ´ òõ \ @ /ô Ç ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h :

£

¤$ í \ @ /K ½ ¨ % i ¦ Õ ª õ \ ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð : r ½ ¨\

"

f H Si (111) l ó ø Í 0 A\ \ P % o ô Ç ZnO } ` ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼

Ð 6 x # HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O

`

¦ s 6 x # Ê ê} GaN & ñ ` ¦ $ í © % i . $ í © ) a GaN _ ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ' a¹ 1 Ï # ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð+ 6 x

)

a ZnO ~ Ã Ì} [ þ t_ GaN Ê ê} $ í © \ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ¸

% i ¦ ª | 9 _ GaN Ê ê} $ í © ` ¦ 0 Aô Ç ZnO ! Q( 8 £ x_ : £ ¤

$ í

\ @ /K 7 H_ % i .

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

: r z ´+ « >\ " f H Si (111) l ó ø Í 0 A\ RF-Û ¼( ' © u \ ¦ s

6 x # ZnO ~ Ã Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì % i . ¿ Ü ¼ Ð H ZnO

6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9 Û ¼( ' a A Û ¼ Ð H Ar s 6 x ÷ &% 3 ¦ 7 £ x

Ã

Ì Õ þ ! Q ? /\ H 10

⁻⁶

Torr t / B N` ¦ Ä »t % i

-355-

(2)

Fig. 1. AFM surface images of ZnO films with different annealing temperatures (a) as-dep.ZnO (b) 700

^◦

C (c) 800

^◦

C and (d) 900

^◦

C annealing.

. 7 £ x Ã Ì É r © : r \ " f s À Ò# Q& Ü ¼ 9 RF 0 > H 200 W, Ar Û ¼_ Ä »| ¾ Ó É r 50 sccm, Õ ªo ¦ Õ þ ! Q ? /_ · ú § 4 É r 5 mTorr Ð Ä »t # 100 nm ¿ ºa _ ZnO ~ Ã Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì

%

i . 7 £ x Ã Ìs = å Qè ß Ê ê\ H Ð \ P í ß o Ð (thermal oxi- dation furnace) \ " f H

2

O ì r0 Al Ð 2r ç ß 1 l xî ß 700 ∼ 900

^◦

C_ : r ¸ Ð \ P % o % i . 7 £ x Ã Ìõ \ P % o = å Qè ß ZnO ~ Ã Ì} 0 A\ HVPE ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # GaN ~ Ã Ì} ` ¦ $ í

© % i . HVPE ~ ½ ÓZ O É r GaCl

3

ü < NH

3

\ ¦ q §& h ¦ : r

\

" f \ P ì r K # ì ø Í6 £ x r & GaN\ ¦ ½ + Ë$ í Ù ¼ Ð & ñ $ í

© 5 Å q ¸ Ø Ô ¦ & ñ $ í s a % ~ É r GaN\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e H

© & h s e [8]. ¿ º î r GaN ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © l \ s p

7 £ x Ã Ìr ZnO ~ Ã Ì} 0 A\ 560

^◦

C_ : r ¸\ " f 25 nm ¿ ºa _ $ : r GaN 8 £ x` ¦ $ í © # ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6

x % i . ! Q( 8 £ x_ $ í © s = å Q : r ¸\ ¦ 1050

^◦

C t

© 5 p x r & 1r ç ß 1 l xî ß 50 µm ¿ ºa _ Ê ê} GaN 8 £ x` ¦ $ í

© % i ¦ $ í © Ê ê ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦ · ú Ðl 0 A # AFM (atomic force microscope) © q Ð ³ ð © I \ ¦ · ú Ð ¤

¦, XRD (X-ray diffraction)_ θ-2θ ~ ½ Ód Ü ¼ Ð 30 ∼ 65

^◦

t 8 £ ¤& ñ # & ñ $ í ` ¦ · ú Ð ¤ . ¢ ¸ô Ç He-Cd Y Us

$

\ ¦ 6 xô Ç PL (photoluminescence) © q Ð F g < Æ& h : £ ¤

$ í

` ¦ · ú Ð ¤ .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Table 1 É r s ½ ¨\ " f [7] % 3 É r Si (111) l ó ø Í 0 A\

© : r \ " f 7 £ x Ã Ìô Ç ZnO ~ Ã Ì} _ \ P % o ´ òõ \ @ /ô Ç : £ ¤$ í

`

¦ ? / H כ Ü ¼ Ð y y _ : r ¸\ " f \ P % o ô Ç ZnO ~ Ã Ì

Fig. 2. Optical images of GaN surface grown on annealed ZnO buffer layer at different temperatures (a) as-dep.

ZnO (b) 700

^◦

C (c) 800

^◦

C and (d) 900

^◦

C annealing.

}

É r \ P % o : r ¸ Z } | 9 Ã º2 ¤ & ñ $ í s a % ~ t ¦ ¦

: r \ " f_ \ P % o Ð K ³ ð 7 £ xµ 1 Ï & ³ © s µ 1 ÏÒ q t % i .

Fig. 1 É r 7 £ x Ã Ì ) a ZnO ~ Ã Ì} [ þ t_ \ P % o ¸| \ @ /ô Ç ³ ð

&

³ © ` ¦ AFM Ü ¼ Ð ' a¹ 1 Ïô Ç Ü ¼ Ð \ P % o : r ¸ 7 £ x

½ +

ÉÃ º2 ¤ ³ ð } 9 l t ¦ { 9 ½ × ¼ ß ¼l & t t

ë ß 900

^◦

C_ : r ¸\ " f \ P % o ô Ç ZnO ~ Ã Ì} É r ³ ð } 9

l t ¦ { 9 ½ × ¼ ß ¼l ¸ × ¦ # Q× ¼ H כ ` ¦ · ú Ã º e

. s H Wang [9] 1 p x s Ð ¦ô Ç כ ° ú s ¦ : r_ \ P % o

\

" f í ß è / B N/ B N[ þ t s | ¾ ÓÜ ¼ Ð + þ A$ í ÷ & ¦ í ß è\ q K ± ú

É

r 7 £ x l · ú ` ¦ Zn 7 £ xµ 1 Ï # { 9 # Q H ³ ð 7 £ xµ 1 Ï & ³

© Ü ¼ Ð Ð .

Fig. 2 H y y _ : r ¸ Ð \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í

© r Ê ê} GaN 8 £ x_ ³ ð ` ¦ 500 C Ð ' a¹ 1 Ïô Ç F g < Æ & ³ p

â s . \ P % o t · ú § É r ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í ©

)

a GaN 8 £ x_ ³ ð É r ¨ î ò ø Í (P)s _ ' a¹ 1 Ï÷ &t · ú § ¤ ¦

"

f Ðç ß \ é ß ´ ú §s > r F H (A)[ þ t Ð s À Ò# Q4 R e

%

3 . 700

^◦

C \ " f H ¨ î ò ø Í s ^ _ 30 % & ñ ¸\ ¦ Ð# Å

Ò ¦ e % 3 Ü ¼ 9 800

^◦

C \ " f \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\

$ í

© ) a GaN 8 £ x_ ³ ð É r ^ & h _ 50 % s © ¨ î ò ø Í

s ' a¹ 1 Ï÷ &# Q é ß & ñ s ¸ ú $ í © ) a כ ` ¦ · ú Ã º e . 900

◦

C \ " f ¸ ¨ î ò ø Í s 50 %& ñ ¸ ' a¹ 1 Ï÷ &% 3 Ü ¼ ¨ î ò ø Í s

\ Si l ó ø Ís \ g As ) a כ Ü ¼ Ð Ðs H Â Òì r(E) s V ,

>

' a¹ 1 Ï÷ &% 3 . s H ¦ : r \ " f_ \ P % o Ð K ³ ð 7 £ x µ

1 Ïs { 9 # Q > ÷ &# Q { 9 ½ × ¼_ ß ¼l × ¦ # Q[ þ t ¦ ~ Ã Ì} _ ¿ ºa y è > ÷ &# Q ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6 xô Ç ZnO ~ Ã Ì} s

Cll \ _ ô Ç l ó ø Í_ \ g A` ¦ } Å Òt 3 l wô Ç כ Ü ¼ Ð ó ø Í é

ß ) a .

Fig. 3 É r 800

^◦

C ü < 900

^◦

C_ : r ¸ Ð \ P % o ô Ç ZnO ! Q (

8 £ x 0 A\ $ í © ) a Ê ê} GaN 8 £ x_ ¨ î ò ø Í t % i ? /\ " f % 3

É r AFM ³ ð + þ A © s ¦ Table 2 H Fig. 3_ õ ÐÂ Ò'

%

3 É r ³ ð } 9 l s . ¿ º r « Ñ ¸¿ º ¨ î ò ø Í _ ³ ð

(3)

Table 1. Properties of ZnO films with different annealing temperatures.

AFM XRD PL

Mean Diameter Relative intensity FWHM Main peak FWHM I

(main peak)

: / rms [nm] (I

₍₀₀₂₎

/I

(002)as−dep

) [deg.] [nm] [nm] I

(deep level)

As-dep. ZnO 110/5.1 1 1.44 391 34.5 1:0.5

700

^◦

C 140/4.3 2.25 0.21 383 27 1:0.58

annealing 800

^◦

C 154/4.8 4 0.25 380 21.7 1:0.08

900

^◦

C 140/6.0 4.4 0.1 381.5 12 *

Fig. 3. AFM surface images of GaN grown on ZnO buffer layer which is annealed at (a) 800

^◦

C and (b) 900

^◦

C. Table 2. Surface roughness of GaN grown on ZnO buffer layer which is annealed at 800 and 900

^◦

C.

800

^◦

C 900

^◦

C

rms [nm] 0.145 0.298

} 9

l Å Ò a % ~ É r õ \ ¦ t ¦ e % 3 Ü ¼ 800

^◦

C Ð \ P

%

o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN_ ³ ð } 9 l H 0.14 nm ì ø Í 900

^◦

C Ð \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í

© ) a GaN 8 £ x_ ³ ð } 9 l H 0.29 nm Ð ¿ ºC s © _

s \ ¦ . ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í s © a % ~ ¤~ 800

^◦

C \

"

f \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN 8 £ x É r Ð V ,

É

r ¨ î ò ø Í ` ¦ t ¦ e ¦ l ó ø Ís \ g A ) a t % i ¸ & h ¦ ³ ð

} 9 l ¸ Å Ò É r כ Ü ¼ Ð Ð \ P % o ô Ç ZnO ~ Ã Ì} _ { 9 ½ × ¼ ß ¼l , ³ ð } 9 l , Õ ªo ¦ ~ Ã Ì} _ ¿ ºa 1 p x s

GaN $ í © \ H % ò ¾ Ó` ¦ p u H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .

Fig. 4 H 800

^◦

C ü < 900

^◦

C : r ¸ Ð \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8

£

x 0 A\ $ í © ) a Ê ê} GaN 8 £ x_ XRD J s . ZnO ! Q (

8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN 8 £ x_ XRD J \ " f 2θ H 30

^◦

Â Ò '

65

^◦

t 1 l x{ 9 > 34.6

^◦

_ _ x ß ¼ H X <

s

כ É r ¹ ¢ ¤~ ½ Ó& ñ (hexagonal) GaN & ñ ½ ¨ ¸_ (002) \ _

ô Ç x ß ¼ü < { 9 u H כ s . GaN (002) x ß ¼_ ì ø Íu

;

¤ õ y © ¸\ ¦ q §K Ð 800

^◦

C_ x ß ¼ y © ¸ 900

^◦

C _ x ß ¼ y © ¸ Ð ¿ ºC & ñ ¸ 8 ß ¼ ¦ ì ø Íu ; ¤ É r 800

^◦

C 0.12

^◦

, 900

^◦

C 0.13

^◦

Ð 0.01

^◦

& ñ ¸ 8 800

^◦

C \ " f

\ P

8 a % ~ H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 .

Fig. 4. XRD spectra of GaN grown on ZnO buffer layer which is annealed at 800 and 900

^◦

C. Fig. 5. PL spectra of GaN grown on ZnO buffer layer with different annealing temperatures.

Fig. 5 É r y : r ¸ ¸| \ " f \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\

$ í

Ò ¦ e . 800

^◦

C Ð \ P % o ô Ç ZnO

!

§ # ^ ¦ M : 800

^◦

(4)

Fig. 6. PL peak position and FWHM variation of GaN grown on ZnO buffer layer with different annealing tem- peratures.

)

s

½ ¨ [7]\ " f ZnO ~ Ã Ì} s 800

^◦

C \ " f \ P % o

%

^◦

C \ " f \ P % o % i ` ¦ M : PL _

ì ø Íu ; ¤ s / å L y y è H כ Ü ¼ Ð Ð ? /Â Ò < Ês

×

!

Q( 8 £ x Ü ¼ Ð" f_ % i ½ + É` ¦ Ð ¤` ¦ M : 800

^◦

#

Q : r ¸ Ð \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x[ þ t Ð V , É r GaN ¨ î ò

ø Í ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 ¦ Si l ó ø Ís Cll \ _ K \ g A÷ & H

כ

` ¦ } Å Ò# Q ª | 9 _ Ê ê} GaN 8 £ x` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 .

t ë ß 900

^◦

C \ " f \ P % o ô Ç â Ä º\ H ¦ : r \ " f_ \ P % o

:ë H \ ª | 9 _ GaN8 £ x` ¦ % 3 ` ¦ Ã º \ O % 3 . s כ Ü ¼ Ð Ð

< Êx 9 ¸ & ñ $ í Ð H { 9 ½ × ¼_ ß ¼l ³ ð } 9 l

1 p x s 8 ´ ú § É r % ò ¾ Ó` ¦ Å Ò H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ÷ &# Q .

IV. + s Ç Â ] Ø

Si (111) l ó ø Í 0 A\ 7 £ x Ã Ì Ê ê \ P % o ô Ç ZnO } ` ¦ Ê ê} GaN 8 £ x_ $ í © ` ¦ 0 Aô Ç ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6 x # ZnO ! Q( 8

£

¤$ í ` ¦ ½ ¨ % i . Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # ZnO }

`

¦ 100 nm_ ¿ ºa Ð 7 £ x Ã Ì ¦ \ P í ß o Ð\ " f H

2

O ì r0 A l

Ð 700 ∼ 900

^◦

C_ : r ¸ Ð 2r ç ß 1 l xî ß \ P % o % i ¦ Õ

ª 0 A\ HVPE ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # 1050

^◦

C \ " f 1r ç ß 1 l x î

^◦

C \ " f

\ P

^◦

C \ " f \ P

%

x % i ` ¦ M : 800

^◦

C \ " f \ P % o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ " f

£

½ × ¼_ ß ¼l ³ ð } 9 l 1 p x s 8 ´ ú § É r % ò ¾ Ó` ¦ ï r

.

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T.

Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, Y. Sugimoto, T.

Kozaki, H. Umemoto, M. Sano and K. Chocho, Jpn.

J. Appl. Phys. 36, L1586 (1997).

[2] S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamada, T. Matsushita, H.Kiyoku, Y. Sugimoto, T.Kozaki, H. Umemoto, M. Sano and K. Chocho, Appl. Phys. Lett. 72, 211 (1998).

[3] S. Strite and K. Morkoc, J. Vac. Sci, Technol. B 10, 1237 (1992)

[4] Y. H. Song, J. H. Kim, H. J. Jang, S. R. Joon, J. W.

Yang, K. Y. Lim and G. M. Yang, J. Korean Phys.

Soc. 38, 242 (2001).

[5] J. W. Yang, A. Lunev, G. Smin, A. Chitnis, M. Shat- alov, M. A. Khan, J. E. Von Nostr and R. Gaska, Appl. Phys. Lett. 76, 273 (2000).

[6] H. Zhang, Z. Ye and B. Zhao, Solid State Electronics 46, 301 (2002).

[7] J. Y. Lee, H. S. Kim, J. Y. Yi, J. H. Chang, H. S.

Ahn, M. Yang and S. N. Yi, Sae Mulli, 48, 5 (2004) [8] S. T. Kim, Y. J. Lee, D. C. Moon, Chul Lee and H.

Y. Park, J. Electronic Materials 27, 1112 (1998) [9] Y. G. Wang, S. P. Lau, X. H. Zhang, H. H. Hug, H.

W. Lee, S. F. Yu and B. K. Tay, J. Cryst. Growth

259, 335 (2003).

(5)

A Study on the Structural Properties of ZnO Buffer Layers for Growth of High-Quality GaN Thick Layer on Si (111) Substrates

J. Y. Lee, H. S. Kim,

^∗

J. Y. Yi, J. H. Chang, H. S. Ahn, M. Yang and S. N. Yi Department of Applied Sciences, Korea Maritime University, Busan 606-791

(Received 27 August 2004)

Zinc-oxide(ZnO) films were deposited on Si (111) substrates by radio-frequency (rf) sputtering at room temperature and were annealed in a H

2

O ambient at temperatures between 700 and 900

◦

C for 2 hrs; then, GaN thick layers were grown on the ZnO buffer layers by using hydride vapor phase epitaxy (HVPE). The structural and the optical properties of the ZnO buffer layers and the GaN thick layers were investigated by atomic force microscop (AFM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence (PL). According to our experiments, the GaN thick layer grown on a thermally annealed ZnO buffer layer was influenced by the island size in and the surface roughness of the ZnO buffer layer rather than by its crystallinity.

PACS numbers: 81.14, 81.68

Keywords: GaN, ZnO, Annealing, AFM, PL

∗

E-mail: [email protected]

Ç² D G K  ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ 6 £ x6 x õ  < ÆÂ Ò, Â Òí ß  606-791 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Si (111) M   m; c" e W ë sù m Ç8 ý  ÄT c l GaN  «8 ý V R ËX ê s ù p §  ü X ¢ ZnO ! a( a  «8 ý   ºX ì Ä  ¤V R Ë; c 6  X ¢  ì Å 

T

® £* å  ·  »ý  ¡ û B ∗ · T + ä * × < ·  ç ¡U  Ú · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · è ¡ * > · T   $ ß 

ô 

Ç² D G K  ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ 6 £ x6 x õ  < ÆÂ Ò, Â Òí ß  606-791 (2004¸  8 Z 4 27{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

Si (111) l ó ø Í 0 A\   ª | 9 _  GaN Ê ê}  `  ¦ 7 £ x Ã Ì l  0 Aô  Ç ZnO ! Q( 8 £ x_  ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í  ¸| \  @ / # 



 ½ ¨ % i  . Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ZnO ~ Ã Ì}  `  ¦  ©  : r \ " f Si (111) l ó ø Í 0 A\  7 £ x Ã Ì  ¦ H

O ì  r0 Al \ 

"

f y  y   700 ∼ 900

C_   : r  ¸ Ð \ P % o ô  Ç Ê ê HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð GaN 8

£

x`  ¦ $ í  ©  % i  . ZnO ! Q( 8 £ x õ  GaN 8 £ x_  ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í [ þ t`  ¦ AFM (atomic force microscope), XRD (X-ray diffraction), Õ ªo  ¦ PL (photoluminescence)\  ¦ s 6 x #   ' a¹ 1 Ï % i  .  : r   ½ ¨   õ \ " f  H \ P 

%

o ô  Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\  $ í  ©  ) a GaN Ê ê}  s  ZnO ! Q( 8 £ x_    & ñ $ í  Ð   H  { 9  ½ × ¼ ß ¼l   ³ ð 



} 9 l  1 p x \   8 ´ ú § É r % ò  ¾ Ó`  ¦ ~ Ã Î  H  כ Ü ¼ Ð  z  ¤ .

PACS numbers: 81.14, 81.68

Keywords: GaN, ZnO, \ P % o , AFM, PL

I. " e Â ] Ø

þ

j  H o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^  ì  r  \ " f  ©  Å Ò3 l q ~ Ã Î  H '  é ß  l  Õ

ü

t×  æ_     | 9  oÓ ü t >  ì ø Í ¸^ \   ' aô  Ç   ½ ¨  H ' õ AÒ  o µ 1 Ï F

g s  ¸× ¼ü < ' õ AÒ  o Y Us $  s  ¸× ¼_  > hµ 1 Ï $ í / B N s Ê ê /

å

L5 Å qô  Ç     `  ¦  Ðs  ¦ e    [1,2].  & ³F  GaN, ZnSe, SiC

>

:  x_  Ó ü t| 9 [ þ t s  ' õ AÒ  o µ 1 ÏF g  è \  s 6 x ÷ & ¦ e  Ü ¼ 9, : £ ¤ y

 GaN  H 3.4 eV_  V ,  É r { ç ß   `  ¦ t  ¦ e   ¦ 8 A# Qè ß  µ

1 ÏF g : £ ¤$ í , Ä ºÃ ºô  Ç \ P     ¸ ¸, o < Æì ø Í6 £ x õ  ~ ½ Ó    ¸Ø  ¦

\

 @ /ô  Ç |  ¦$ í `  ¦ ° ú  ¦ e  l  M :ë  H \  F g  è  ÷  rë ß   m 

  ¦5 Å q,  ¦ : r x 9  ¦Ø  ¦§ 4 `  ¦  9 כ ¹ Ð   H     è \  s  Ø

Ôl  t   ª  >  6 £ x6 x½ + É Ã º e  # Q" f GaN\  ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð

  H III-V7 á ¤ | 9  oÓ ü t ì ø Í ¸^ \   ' aô  Ç   ½ ¨ > 5 Å q Ã º'  ÷ &



¦ e   .  & ³F  GaN_  $ í  © `  ¦ 0 AK  Å Ò Ð   s # Q\  ¦ l  ó

ø ÍÜ ¼ Ð  6 x  ¦ e    H X <,   s # Q  H GaN ü <_   H    



© Ã º s ü < \ P Ø   ½ Ó > Ã º s  M :ë  H \    & ñ    < Ê_  x 9  ¸

 Z  }  ¦ $ í  ©  Ê ê Í  ty   r \  ç  H\ P s  µ 1 ÏÒ q t #   ª | 9 _  ~ Ã Ì }



`  ¦ % 3 # Q? /l  # Q§ >  . s  Qô  Ç ë  H ] j& h `  ¦ K    l  0 AK  Si, GaAs, SiC, ZnO, MgAl

O

1 p x`  ¦ s 6 x #   ª | 9 _  ~ Ã Ì }



`  ¦ % 3 # Q? / 9  H   ½ ¨  Ö ¸µ 1 Ïy  Ã º'  ÷ & ¦ e    [3,4]. s 

×

 æ Si l ó ø Í É r GaN ü <_   H      © Ã º s ü < \ P Ø   ½ Ó >  Ã

º s  M :ë  H \    & ñ $ í s  Ä ºÃ ºô  Ç | 9  oÓ ü t ì ø Í ¸^  $ í  © s 

E-mail: [email protected];

Tel: +82-51-410-4378; Fax: +82-51-410-4784

#

Q§ > t ë ß  @ /  & h o 0 p x  ¦   s   â ] j& h s  9, a % ~

 É

r \ P  x 9   l     ¸ ¸\  ¦ t  ¦ e  # Q" f [5, 6] Si l ó ø Íõ  GaN  s _       © Ã º  \ P Ø   ½ Ó > Ã º_  s \  ¦ ×  ¦ # ×  ¦ Ã

º e    H & h ] X ô  Ç ! Q( 8 £ x`  ¦   × þ ô  Ç    ª | 9 _  GaN ~ Ã Ì}  

`

 ¦ $ í  © ½ + É Ã º e   . Õ ª ×  æ ZnO  H GaN ü < q 5 p wô  Ç Ó ü t o & h :

£

¤$ í `  ¦ t  ¦ e  Ü ¼ 9, ZnO ~ Ã Ì}  õ  Si l ó ø Í`  ¦ o < Æ& h Ü ¼



Ð ] j ½ + É Ã º e  # Q freestanding GaN J ?s ( \  ¦ ~ 1 >  % 3 

`

 ¦ Ã º e     H  © & h `  ¦ t  ¦ e   . Ä ºo   H s     ½ ¨\ 

"

f [7] ZnO ~ Ã Ì}  _  \ P % o  ´ òõ \  @ /ô  Ç ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h :

£

¤$ í \  @ /K    ½ ¨ % i  ¦ Õ ª   õ \  ¦   ½ ÓÜ ¼ Ð  : r   ½ ¨\ 

"

f  H Si (111) l ó ø Í 0 A\  \ P % o ô  Ç ZnO }  `  ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼



Ð  6 x #  HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O 

`

 ¦ s 6 x #  Ê ê}   GaN   & ñ `  ¦ $ í  ©  % i  . $ í  ©  ) a GaN _  ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h : £ ¤$ í `  ¦  ' a¹ 1 Ï #  ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð+   6 x

 )

a ZnO ~ Ã Ì}  [ þ t_  GaN Ê ê}   $ í  © \  p u   H % ò  ¾ Ó`  ¦  ¸ 

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ 6 £ x6 x õ < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Si (111) M m; c" e W ë sù m Ç8 ý ÄT c l GaN «8 ý V R ËX ê s ù p § ü X ¢ ZnO ! a( a «8 ý ºX ì Ä ¤V R Ë; c 6 X ¢ ì Å

® £* å · »ý ¡ û B ^∗ · T + ä * × < · ç ¡U Ú · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · è ¡ * > · T $ ß

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § / B N õ @ / < Æ 6 £ x6 x õ < ÆÂ Ò, Â Òí ß 606-791 (2004¸ 8 Z 4 27{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Si (111) l ó ø Í 0 A\ ª | 9 _ GaN Ê ê} ` ¦ 7 £ x Ã Ì l 0 Aô Ç ZnO ! Q( 8 £ x_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ¸| \ @ / #

½ ¨ % i . Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ZnO ~ Ã Ì} ` ¦ © : r \ " f Si (111) l ó ø Í 0 A\ 7 £ x Ã Ì ¦ H

O ì r0 Al \

f y y 700 ∼ 900

C_ : r ¸ Ð \ P % o ô Ç Ê ê HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð GaN 8

x` ¦ $ í © % i . ZnO ! Q( 8 £ x õ GaN 8 £ x_ ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í [ þ t` ¦ AFM (atomic force microscope), XRD (X-ray diffraction), Õ ªo ¦ PL (photoluminescence)\ ¦ s 6 x # ' a¹ 1 Ï % i . : r ½ ¨ õ \ " f H \ P

o ô Ç ZnO ! Q( 8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN Ê ê} s ZnO ! Q( 8 £ x_ & ñ $ í Ð H { 9 ½ × ¼ ß ¼l ³ ð

} 9 l 1 p x \ 8 ´ ú § É r % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î H כ Ü ¼ Ð z ¤ .

Keywords: GaN, ZnO, \ P % o , AFM, PL

j H o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ ì r \ " f © Å Ò3 l q ~ Ã Î H ' é ß l Õ

t× æ_ | 9 oÓ ü t > ì ø Í ¸^ \ ' aô Ç ½ ¨ H ' õ AÒ o µ 1 Ï F

g s ¸× ¼ü < ' õ AÒ o Y Us $ s ¸× ¼_ > hµ 1 Ï $ í / B N s Ê ê /

L5 Å qô Ç ` ¦ Ðs ¦ e [1,2]. & ³F GaN, ZnSe, SiC

: x_ Ó ü t| 9 [ þ t s ' õ AÒ o µ 1 ÏF g è \ s 6 x ÷ & ¦ e Ü ¼ 9, : £ ¤ y

GaN H 3.4 eV_ V , É r { ç ß ` ¦ t ¦ e ¦ 8 A# Qè ß µ

1 ÏF g : £ ¤$ í , Ä ºÃ ºô Ç \ P ¸ ¸, o < Æì ø Í6 £ x õ ~ ½ Ó ¸Ø ¦

@ /ô Ç | ¦$ í ` ¦ ° ú ¦ e l M :ë H \ F g è ÷ rë ß m

¦5 Å q, ¦ : r x 9 ¦Ø ¦§ 4 ` ¦ 9 כ ¹ Ð H è \ s Ø

Ôl t ª > 6 £ x6 x½ + É Ã º e # Q" f GaN\ ¦ l ì ø ÍÜ ¼ Ð

H III-V7 á ¤ | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ' aô Ç ½ ¨ > 5 Å q Ã º' ÷ &

¦ e . & ³F GaN_ $ í © ` ¦ 0 AK Å Ò Ð s # Q\ ¦ l ó

ø ÍÜ ¼ Ð 6 x ¦ e H X <, s # Q H GaN ü <_ H

© Ã º s ü < \ P Ø ½ Ó > Ã º s M :ë H \ & ñ < Ê_ x 9 ¸

Z } ¦ $ í © Ê ê Í ty r \ ç H\ P s µ 1 ÏÒ q t # ª | 9 _ ~ Ã Ì }

` ¦ % 3 # Q? /l # Q§ > . s Qô Ç ë H ] j& h ` ¦ K l 0 AK Si, GaAs, SiC, ZnO, MgAl

1 p x` ¦ s 6 x # ª | 9 _ ~ Ã Ì }

` ¦ % 3 # Q? / 9 H ½ ¨ Ö ¸µ 1 Ïy Ã º' ÷ & ¦ e [3,4]. s

æ Si l ó ø Í É r GaN ü <_ H © Ã º s ü < \ P Ø ½ Ó > Ã

º s M :ë H \ & ñ $ í s Ä ºÃ ºô Ç | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ $ í © s

Q§ > t ë ß @ / & h o 0 p x ¦ s â ] j& h s 9, a % ~

É

r \ P x 9 l ¸ ¸\ ¦ t ¦ e # Q" f [5, 6] Si l ó ø Íõ GaN s _ © Ã º \ P Ø ½ Ó > Ã º_ s \ ¦ × ¦ # × ¦ Ã

º e H & h ] X ô Ç ! Q( 8 £ x` ¦ × þ ô Ç ª | 9 _ GaN ~ Ã Ì}

¦ $ í © ½ + É Ã º e . Õ ª × æ ZnO H GaN ü < q 5 p wô Ç Ó ü t o & h :

¤$ í ` ¦ t ¦ e Ü ¼ 9, ZnO ~ Ã Ì} õ Si l ó ø Í` ¦ o < Æ& h Ü ¼

Ð ] j ½ + É Ã º e # Q freestanding GaN J ?s ( \ ¦ ~ 1 > % 3

¦ Ã º e H © & h ` ¦ t ¦ e . Ä ºo H s ½ ¨\

f [7] ZnO ~ Ã Ì} _ \ P % o ´ òõ \ @ /ô Ç ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h :

¤$ í \ @ /K ½ ¨ % i ¦ Õ ª õ \ ¦ ½ ÓÜ ¼ Ð : r ½ ¨\

f H Si (111) l ó ø Í 0 A\ \ P % o ô Ç ZnO } ` ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼

Ð 6 x # HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O

¦ s 6 x # Ê ê} GaN & ñ ` ¦ $ í © % i . $ í © ) a GaN _ ½ ¨ ¸& h , F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ' a¹ 1 Ï # ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð+ 6 x

)

a ZnO ~ Ã Ì} [ þ t_ GaN Ê ê} $ í © \ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ¸

% i ¦ ª | 9 _ GaN Ê ê} $ í © ` ¦ 0 Aô Ç ZnO ! Q( 8 £ x_ : £ ¤

\ @ /K 7 H_ % i .

: r z ´+ « >\ " f H Si (111) l ó ø Í 0 A\ RF-Û ¼( ' © u \ ¦ s

6 x # ZnO ~ Ã Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì % i . ¿ Ü ¼ Ð H ZnO

6 x ÷ &% 3 Ü ¼ 9 Û ¼( ' a A Û ¼ Ð H Ar s 6 x ÷ &% 3 ¦ 7 £ x

Ã

Ì Õ þ ! Q ? /\ H 10

Torr t / B N` ¦ Ä »t % i

. 7 £ x Ã Ì É r © : r \ " f s À Ò# Q& Ü ¼ 9 RF 0 > H 200 W, Ar Û ¼_ Ä »| ¾ Ó É r 50 sccm, Õ ªo ¦ Õ þ ! Q ? /_ · ú § 4 É r 5 mTorr Ð Ä »t # 100 nm ¿ ºa _ ZnO ~ Ã Ì} ` ¦ 7 £ x Ã Ì

i . 7 £ x Ã Ìs = å Qè ß Ê ê\ H Ð \ P í ß o Ð (thermal oxi- dation furnace) \ " f H

O ì r0 Al Ð 2r ç ß 1 l xî ß 700 ∼ 900

C_ : r ¸ Ð \ P % o % i . 7 £ x Ã Ìõ \ P % o = å Qè ß ZnO ~ Ã Ì} 0 A\ HVPE ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # GaN ~ Ã Ì} ` ¦ $ í

© % i . HVPE ~ ½ ÓZ O É r GaCl

\ ¦ q §& h ¦ : r

" f \ P ì r K # ì ø Í6 £ x r & GaN\ ¦ ½ + Ë$ í Ù ¼ Ð & ñ $ í

© 5 Å q ¸ Ø Ô ¦ & ñ $ í s a % ~ É r GaN\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e H

© & h s e [8]. ¿ º î r GaN ~ Ã Ì} ` ¦ $ í © l \ s p

7 £ x Ã Ìr ZnO ~ Ã Ì} 0 A\ 560

C_ : r ¸\ " f 25 nm ¿ ºa _ $ : r GaN 8 £ x` ¦ $ í © # ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6

x % i . ! Q( 8 £ x_ $ í © s = å Q : r ¸\ ¦ 1050

C t

© 5 p x r & 1r ç ß 1 l xî ß 50 µm ¿ ºa _ Ê ê} GaN 8 £ x` ¦ $ í

© % i ¦ $ í © Ê ê ½ ¨ ¸& h : £ ¤$ í ` ¦ · ú Ðl 0 A # AFM (atomic force microscope) © q Ð ³ ð © I \ ¦ · ú Ð ¤

¦, XRD (X-ray diffraction)_ θ-2θ ~ ½ Ód Ü ¼ Ð 30 ∼ 65

t 8 £ ¤& ñ # & ñ $ í ` ¦ · ú Ð ¤ . ¢ ¸ô Ç He-Cd Y Us

\ ¦ 6 xô Ç PL (photoluminescence) © q Ð F g < Æ& h : £ ¤

` ¦ · ú Ð ¤ .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í w ² o

Table 1 É r s ½ ¨\ " f [7] % 3 É r Si (111) l ó ø Í 0 A\

© : r \ " f 7 £ x Ã Ìô Ç ZnO ~ Ã Ì} _ \ P % o ´ òõ \ @ /ô Ç : £ ¤$ í

¦ ? / H כ Ü ¼ Ð y y _ : r ¸\ " f \ P % o ô Ç ZnO ~ Ã Ì