AlGaN V R ËX ê s ù p § ü X ¢ Hydride Vapor Phase Epitaxy U ê s0 n É

(1)

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 6, 2004¸ 6 Z 4, pp. 546∼549

AlGaN V R ËX ê s ù p § ü X ¢ Hydride Vapor Phase Epitaxy U ê s0 n É

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

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^ Ó ü t o / B N, Â Òí ß 606-791

Ð= ó j u

ô

Ç² D G l íõ < Æt " é ¶ ½ ¨" é ¶ Â Òí ß ì r è, Â Òí ß 609-735

T ç ¡I · x

]

jÅ Ò@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , ] jÅ Ò 690-756

») o Z 9

î ß

1 l x @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , î ß 1 l x 760-749 (2004¸ 4 Z 4 1{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

Ga F K5 Å q \ Al F K5 Å q` ¦ f ] X 0 l q # ¸m ü < < Êa AlGaN " é ¶ « Ñ Ð s 6 xô Ç D h Ðî r HVPE(hydride vapor phase epitaxy) $ í © ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # s # Q l ó ø Í 0 A\ AlGaN\ ¦ $ í © % i . $ MOVPE(metalorganic vapor phase epitaxy) l 0 p x` ¦ s 6 x # s # Q l ó ø Í 0 A\ 1000 ˚ A_ AlN

\

¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð $ í © % i . AlGaN & ñ É r F K5 Å q Ga \ Al` ¦ 850

^◦

C \ " f í or Al-Ga F K5 Å q 6 xÓ o _ ³ ð 0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9 AlClõ GaCl` ¦ + þ A$ í r Ê ê 1050

^◦

C \ " f ¸m Û ¼ü < ì ø Í6 £ x >

#

$ í © % i . AlGaN_ ¿ ºa H 30 µm Ð CL(cathodoluminescence) Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' × æd

© s 358 nm(3.461 eV)s 9 FWHMs 6 nm(58 meV) õ \ ¦ % 3 % 3 . " f : r 7 Hë H \ " f ] jî ß ô Ç HVPE $ í © ~ ½ ÓZ O É r Ê ê} AlGaN & ñ ` ¦ $ í © H X < ´ òõ & h e ` ¦ l @ /½ + É Ã º e .

PACS numbers: 78.20.-e

Keywords: AlGaN, HVPE, ! Q( 8 £ x, MOVPE

I. " e Â ] Ø

III-V7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ H f ] X ;s + þ A_ V , É r { ç ß ì

ø Í ¸^ Ð" f F g è ü < ¦ : r · ¦Ø ¦§ 4 l è , ¦ s 1

l

x ¸ à Ô ½ t Û ¼' (HEMT: high electron-mobility transis- toer) 1 p x 6 £ x6 xì r ª [1–3]. : £ ¤ y " é ¶ è o½ + ËÓ ü t

AlGaN H Al ¸$ í q \ 3.4 eV(365 nm)\ " f 6.2 eV(200 nm) t ª ô Ç \ -t % ò % i ` ¦ t ¦ e # Q 7 á x A _

ì ø Í ¸^ \ _ K " f H Ô ¦ 0 p xÙ þ ¡~ ü @ % ò % i _ F g è ü

< Ã º F g è \ 6 £ x6 x s 0 p x [4,5].

© 6 x o ) a GaN ¢ ¸ H AlGaN l ó ø Ís \ O l M :ë H \

s # Q l ó ø Í` ¦ Å Ò Ð s 6 x ¦ e Ü ¼ 9 s â Ä º s # Q l

ó ø Íõ AlGaN & ñ s _ Â Ò& ñ ½ + Ëõ \ P Ø ½ Ó > Ã º _ s Ð ô Ç # QF M l (dislocation) < Ê(defect)[ þ t s

Ò q tl H ë H ] j& h s e . s Qô Ç ë H ] j[ þ t` ¦ K l 0 A

∗

E-mail: [email protected]

# GaN ¢ ¸ H AlN ! Q( 8 £ x` ¦ s 6 x H ½ ¨ Ö ¸µ 1 Ïy

' ÷ & ¦ e [6,7].

AlGaN & ñ É r MOVPE [8,9], HVPE [10,11] 1 p x ª ô

Ç $ í © l Õ ü t Ð $ í © ÷ & ¦ e . 1995¸ Miura_ ½ ¨Õ ª Ò

¨ \ _ K MO-HVPE(metalorganic-hydride vapor phase epitaxy) ¸{ 9 ) a e Ü ¼ 9 s H F K5 Å q + þ AI _ Gas

trimethylgallium(TMG)` ¦ s 6 x # GaN\ ¦ $ í ©

%

i l M :ë H \ HVPE_ É r $ í © Ö ¦` ¦ l @ /½ + É Ã º \ O % 3 [12]. ¢ ¸ô Ç l > r_ HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlGaN\ ¦ $ í © l 0 AK " f H Al F K5 Å q õ Ga F K5 Å q` ¦ " f Ð É r 0 Au \ © Ã Ì

¦ HClõ ì ø Í6 £ x r & " f AlCl x 9 GaCl` ¦ + þ A$ í ¦ s [ þ t` ¦

¸m ü < ì ø Í6 £ x r & $ í © Ù ¼ Ð © q ¦s 9 B Ä º 4

¤¸ ú ô Ç é ß & h s e . s \ : r 7 Hë H \ " f ] jî ß ô Ç ~ ½ ÓZ O É r F K 5

Å

q + þ AI _ Al` ¦ Ga F K5 Å q \ f ] X 0 l q s H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Ó o ©

$ í

© (LPE : liquid phase epitaxy)Z O \ " f AlGaAs\ ¦ $ í ©

H â Ä ºü < Ä » ô Ç $ í © l Õ ü t` ¦ HVPEZ O \ ¸{ 9 % i

. Ga F K5 Å q \ Al` ¦ & h { © ô Ç : r ¸\ " f í or Ê ê Õ ª ³ ð

-546-

(2)

½ ¨ 7 Hë H AlGaN $ í © ` ¦ 0 Aô Ç Hydride Vapor Phase Epitaxy ~ ½ ÓZ O – ^ â o 1 p x -547-

0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9Å Ò# Q Alõ Ga_ % i oÓ ü t` ¦ + þ A$ í ¦

¸m ü < ì ø Í6 £ x ¸2 ¤ # AlGaN\ ¦ $ í © % i .

: r 7 Hë H \ " f H 0 A\ " f [ O " î ô Ç D h Ðî r $ í © ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6

xô Ç HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð s # Q l ó ø Í 0 A\ AlGaN 8 £ x` ¦

$ í

© % i Ü ¼ 9 SEM(scanning electron microscopy)õ CL

`

¦ : x # Õ ª : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î % i .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

AlGaN & ñ ` ¦ $ í © l 0 A # 6 xô Ç MO-HVPE © q

H Ã º¨ î + þ AÜ ¼ Ð" f F K5 Å q(Ga + Al) % ò % i õ $ í © % ò % i _

: r ¸\ ¦ 1 l qw n & h Ü ¼ Ð ¸] X ½ + É Ã º e ¸2 ¤ ] j % i Ü ¼ 9, Ä » l

F K5 Å q" é ¶ « Ñ trimethylaluminum(TMA)ü < TMG` ¦ 6

x # _ ì ø Í6 £ x ' a \ " f MOVPE l 0 p x` ¦ ° ú s 6 x½ + É Ã

º e ¸2 ¤ [ O > % i . s Qô Ç MOVPE l 0 p x` ¦ s 6 x

#

AlN 8 £ x` ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð $ í © ô Ç Ê ê Ga F K5 Å q \ Al` ¦ 0 l q #

"

f III7 á ¤ " é ¶ « Ñ Ð 6 x H HVPE $ í © ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlGaN 8

£

x` ¦ $ í © % i . & ñ $ í © \ 6 xô Ç s # Q l ó ø Í É r

í6 £ § [ j' l \ ¦ s 6 x # [ j : r õ B jò ø Í` ¦ 6 xÓ oÜ ¼ Ð Ä » l

[ j' ` ¦ ô Ç Ê ê í ß o} ` ¦ ] j l 0 A # Ô ¦í ß 6 xÓ o\ 1ì rç ß \ g A % i . AlGaN & ñ ` ¦ $ í © l \ ì ø Í6 £ x

'

a \ e ` ¦ Ã º e H Ô ¦í HÓ ü t` ¦ ] j l 0 A # ì ø Í6 £ x ' a` ¦ 1070

^◦

C \ " f \ P % o % i . s # Q l ó ø Í 0 A_ AlN ! Q (

8 £ x É r III7 á ¤ õ V7 á ¤ " é ¶ « Ñ Ð TMAü < NH

₃

\ ¦ y y s 6 x

#

935

^◦

C \ " f $ í © % i . s M : ì ø Í6 £ x Û ¼\ ¦ î rì ø Í H Ã

º5 Å x Û ¼ H | 9 è\ ¦ 6 x % i ¦ AlN $ í © r \ ì ø Í6 £ x ' a Ü ¼

Ð f Ë 9ï r NH

3

ü < TMA_ Û ¼| ¾ Ó É r y y 500 sccm, 20 sccm Ü ¼ Ð # 30ì rç ß $ í © % i . Õ ªo ¦ AlN/Al

2

O

₃

0 A_ AlGaN 8 £ x` ¦ $ í © l 0 AK Ga F K5 Å q \ Al` ¦ 850

◦

C \ " f í or 6 xÓ o_ ³ ð 0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9 AlClõ GaCl` ¦ + þ A$ í % i ¦ 1050

^◦

C_ $ í © % ò % i \ " f ¸m

Û ¼ü < ì ø Í6 £ x > # AlGaN\ ¦ $ í © % i . s M :_ Ã º 5

Å

x Û ¼ H Ar(argon) Û ¼\ ¦ 6 x % i . AlGaN & ñ $ í

Fig. 1. SEM image of AlN buffer layer grown by MO- HVPE system.

Fig. 2. SEM images of the surface and cross-section of the AlGaN grown on AlN/Al

2

O

3

. (a) surface (b) cross- section.

© r Û ¼_ Ä »| ¾ Ó É r 200 sccm_ Ar Û ¼ü < < Êa HCl É r 20 sccm, ¸m H 500 sccm Ü ¼ Ð % i Ü ¼ 9 AlGaN

&

ñ _ $ í © r ç ß É r 60ì r Ü ¼ Ð % i . $ í © r AlGaN 8 £ x

É r CL 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # Õ ª F g: £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 % i .

III. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

s # Q 0 A\ AlGaN & ñ ` ¦ $ í © l 0 AK " f H ! Q (

8 £ x s 9 כ ¹ 9 Å Ò Ð AlN, GaN 1 p x s ´ ú §s 6 x ÷ & ¦ e Ü

¼ : r 7 Hë H \ " f H ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð AlN\ ¦ s 6 x % i . Fig.

1 É r AlN ! Q( 8 £ x_ ³ ð ¸_ þ v` ¦ ? /% 3 . $ í © ) a AlN

!

Q( 8 £ x_ ¿ ºa H 1000 ˚ A s % 3 ¦, ³ ð ¸_ þ v Ü ¼ ÐÂ Ò' AlGaN $ í © _ Ù þ % i ½ + É` ¦ > | ¨ c AlN { 9 [ þ t s l ó ø Í 0 A

\

Y J ¦À Ò ì r í÷ &# Q e 6 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .

Fig. 2 \ H $ í © ) a AlGaN & ñ _ ³ ð (a)õ é ß (b)_ ¸_ þ v` ¦ ? /% 3 . È Ò" î ¦ B Ä º ¨ î ò ø Íô Ç Al- GaN ³ ð ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 ¦, é ß ' a¹ 1 Ï õ ÐÂ Ò' 30 µm_ ¿ ºa \ ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . : r 7 Hë H \ " f s 6 xô Ç HVPE © q Ð GaN & ñ ` ¦ $ í © % i ` ¦ M :_ $ í © Ö ¦ s 250 µm/hr & h ` ¦ ¦ 9½ + É M : AlGaN H B Ä º ± ú É r $ í © Ö

¦` ¦ Ðs ¦ e . s H Al s 0 l q e H Ga 6 xÓ oõ í H Ã º

Fig. 3. CL spectrum of AlGaN/AlN/Al

2

O

3

at 300 K.

(3)

-548- ô Ç² D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 48, Number 6, 2004¸ 6 Z 4

Fig. 4. CL spectrum of AlGaN/AlN/Al

2

O

3

at 213 K.

ô

Ç Ga 6 xÓ o\ @ /ô Ç HClõ _ ì ø Í6 £ xÒ ¦ s \ l H כ Ü

¼ Ð ó ø Íé ß ) a .

Fig. 3 É r 300 K \ " f 8 £ ¤& ñ ) a AlGaN_ CL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦

? /% 3 . AlGaN 8 £ x_ × æd © É r 361 nm(3.434 eV) s

9 FWHM É r 10 nm(97 meV)_ ° ú כ` ¦ Ðs ¦ e .

Fig. 4 \ H 213 K \ " f_ CL Û ¼& 7 à Ô! 3 8 £ ¤& ñ õ \ ¦

? /% 3 . 358 nm(3.461 eV)_ band-edge emissionõ 6 nm(58 meV)_ FWHMs 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ 9 $ í © × æ_ í ß è ü

< ° ú É r Ô ¦í HÓ ü t \ _ ô Ç blue emission [13] É r t · ú §

¤Ü ¼ | 9 è vacancy\ _ ô Ç yellow emission [14] É r B Ä º

> z ¤ . © : r \ " f_ CL Û ¼& 7 à Ô! 3 Ð 3 nm

&

ñ ¸ blue-shift % i Ü ¼ 9 FWHM É r 4 nm(39 meV) & ñ ¸ y

è % i . s Qô Ç CL : £ ¤$ í Ü ¼ ÐÂ Ò' : r 7 Hë H_ HVPE

~

½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © ) a AlGaN_ F g < Æ& h : £ ¤$ í É r ª ñô Ç כ Ü ¼

Ð ó ø Íé ß ) a .

Fig. 5 \ " f H & ñ ^ _ F g < Æ& h : £ ¤$ í _ ç H{ 9 $ í ` ¦ · ú

Ðl 0 A # q §& h $ C Ö ¦_ ° ú É r 0 Au \ " f SEMõ CL 8 £ ¤& ñ ` ¦ % i . s M : ì rF g l _ © ` ¦ 358 nm ¦& ñ

% i . Õ ªa Ë >\ " f Â Òì r& h Ü ¼ Ð > Ðs H Â Òì r É r $ í © s

W = s À Ò# Q Â Òì r_ â \ " f { 9 c _ # l

´

òÖ ¦ s ± ú 4 R µ 1 ÏF g ´ òÖ ¦ s ± ú É r כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a . Õ ª Q

q §& h V , É r & h _ AlGaN 8 £ x \ " f µ 1 ÏF g ´ òÖ ¦ s ç H{ 9

> H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e Ü ¼ 9 s õ ÐÂ Ò' @ / & h _ Ê ê} AlGaN 8 £ x` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e 6 £ §` ¦ l @ /½ + É Ã º e .

Fig. 5. SEM image and CL image (λ = 358 nm) of the AlGaN layer. (a) SEM image (b) CL image.

Al ] t q \ K { © H © : r \ " f_ spectroscopic ellip- sometry \ _ K & ñ ) a { ç ß \ -t _ õ ÐÂ Ò' Ga F

K5 Å q \ Al` ¦ 0 l q HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ í © ô Ç AlGaN 8 £ x_ Al ¸$ í q \ ¦ CL : £ ¤$ í Ü ¼ ÐÂ Ò' Æ Ò8 £ ¤ K : r õ Al ¸$ í q

H 0.07 & ñ ¸ # 3 0 A_ ° ú כ` ¦ t H כ Ü ¼ Ð S X ½ + É Ã º e

%

3 [15]. Õ ª QÙ ¼ Ð : r 7 Hë H \ " f D h\ v > ] jî ß ô Ç Ga F K 5

Å

q \ Al` ¦ 0 l q # HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlGaN & ñ ` ¦ $ í ©

H ~ ½ ÓZ O É r e _ _ ¸$ í q x\ ¦ ° ú H ¿ º î r Al

x

Ga

₁_−x

N

& ñ ` ¦ ´ òõ & h Ü ¼ Ð $ í © ½ + É Ã º e 6 £ §` ¦ l @ /½ + É Ã º e Ü ¼ 9 s

Qô Ç AlGaN & ñ É r UV6 x è _ l ó ø Í < Ê É r \ x 8 £ x Ü

¼ Ð s 6 x| ¨ c Ã º e Ü ¼o ó ø Íé ß ) a .

IV. + s Ç Â ] Ø

MO-HVPE © q \ ¦ s 6 x # s # Q l ó ø Í 0 A\ Al- GaN & ñ ` ¦ $ í © % i . $ s # Q l ó ø Í 0 A\ TMA ü < ¸m Û ¼\ ¦ " é ¶ « Ñ Ð s 6 x # MOVPE l 0 p x Ü

AlN/Al

2

O

3

0 A_ AlGaN 8 £ x É r Ga F K5 Å q \ Al` ¦ 850

^◦

C \

"

f í or Ê ê Õ ª ³ ð 0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9 AlClõ GaCl` ¦ + þ

A$ í % i Ü ¼ 9 1050

^◦

C \ " f ¸m Û ¼ü < ì ø Í6 £ x >

358 nm(3.461 eV)_ band-edge emissionõ 6 nm(58 meV)_ FWHMs 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ 9 s ÐÂ Ò' Ga F K5 Å q \ Al` ¦ 0 l q HVPE ~ ½ ÓZ O \ _ K ª ñô Ç AlGaN & ñ s $ í

\

H HVPE ~ ½ ÓZ O \ " f Al ¸$ í q H Ga õ Al_ ª , Ga F K 5

Å

q \ Al` ¦ í or v H : r ¸ Õ ªo ¦ Ga F K5 Å q % ò % i _ : r

¸, HCl Ä »| ¾ Ó 1 p x_ ´ ú § É r Ã º[ þ t_ % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Îl M :ë H \ s

\

@ /K " f H Ð ´ ú § É r ½ ¨ 9 כ ¹½ + É כ Ü ¼ Ð Ò q ty ô Ç .

P c

p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2003¸ ¸ ô Ç² D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ t " é ¶ \ _

#

½ ¨÷ &% 3 6 £ § (KRF-2003-002-C00074).

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diode, (Springer, Berlin, 1997), p. 7.

[2] Y. J. Yu, M. Y. Ryu, P. W. Yu, D. J. Kim and S. J.

Park, J. Korean Phys. Soc. 38, 134 (2001).

(4)

[3] H. M. Kim, J. S. Choi, J. E. Oh and T. K. Yoo, J.

Korean. Phys. Soc. 37, 956 (2000).

[4] I. Akasaki, H. Amano, S. Sota, H. Sakai, T. Tanaka and M. Koike, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L1557 (1995).

[5] Y. H. Cho, G. H. Gainer, J. B. Lam, J. J. Song, W.

Yang and T. W. Kang, J. Korean. Phys. Soc. 39, S189 (2001).

[6] H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki and Y. Toyoda, Appl. Phys. Lett. 48, 353 (1986).

[7] S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys. 30, L1705 (1991).

[8] C. R. Lee, J. Crystal Growth 246, 25 (2002).

[9] T. Kato, Y. Honda, Y. kawaguchi, M. Yamaguchi and N. Sawaki, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 1896 (2001).

[10] M. A. Mastro, D. Tsvetkov, V. Soukhoveev, A.

Usikov, V. Dmitriev, B. Luo, F. Ren, K. H. Baik and S. J. Pearton, Solid State Electronic. 47, 1075 (2003).

[11] J. LaRoche, B. Luo, F. Ren, K. H. Baik, D. Stodilka, B. Gila, C. R. Abernathy, S. J. Pearton, A. Usikov, D. Tsvetkov, V. Soukhoveev, G. Gainer, A. Rech- nikov, V. Dimitriev, G. T. Chen, C. C. Pan and J.

I. Chyi, Solid State Electronic. 48, 193 (2003).

[12] Y. Miura, N. Takahashi, A. Koukitu and H. Seki, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L401 (1995).

[13] R. Seitz, C. Gaspar, T. Monteriro, E. Pereira, M.

Leroux, B. Beaumont and P. Gibart, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 1, 36 (1996).

[14] S. Dhar and S. Ghosh, Appl. Phys. Lett. 80, 4519 (2002).

[15] M. D. Bremser, W. G. Perry, T. Zheleva, N. V. Ed- wards, O. H. Nam, N. Parikh, D. E. Aspnes and R. F. Davis, Diamond and Related Materials 6, 196 (1997).

Hydride Vapor Phase Epitaxy for the Growth of AlGaN Crystal

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

S. C. Lee

Department of Physics, Cheju National University, Cheju 690-756

S. W. Kim

Department of Physics, Andong National University, Andong 760-749 (Received 1 April 2004)

The growth of AlGaN/AlN on Al

2

O

3

substrates was performed by using a metalorganic-hydride vapor phase epitaxy system. Trimethylaluminum and ammonia were employed as the source ma- terials for AlN the layer. For the growth of the AlGaN layer, aluminum-gallium chloride formed by HCl flow over Ga in which Al had been melted and NH

3

were used as the aluminum-gallium and the nitrogen sources, respectively, Argon was used as the carrier gas. The temperatures of the source and the growth zones were 850

^◦

C and 1050

^◦

C, respectively. The optical prorperties of AlGaN/AlN/Al

2

O

3

were estimated by using cathodoluminescence (CL) measurements. A spectral peak was observed at 358 nm, and the full width at half maximum (FWHM) was 6 nm (58 meV). In this research, AlGaN/AlN was successfully grown on Al

AlGaN V R ËX ê s ù p § ü X ¢ Hydride Vapor Phase Epitaxy U ê s0 n É

   ½ ¨ 7 Hë  H  Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 6, 2004¸  6 Z 4, pp. 546∼549

AlGaN V R ËX ê s ù p §  ü X ¢ Hydride Vapor Phase Epitaxy U ê s0 n É



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

ô 

Ç² D G K  ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^ Ó ü t o   / B N, Â Òí ß  606-791

 Ð=  ó j u

ô 

Ç² D G l  íõ  < Æt " é ¶  ½ ¨" é ¶ Â Òí ß ì  r  è, Â Òí ß  609-735

T  ç ¡I · x

]

jÅ Ò@ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , ] jÅ Ò 690-756



») o  Z 9 

î ß

1 l x @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , î ß 1 l x 760-749 (2004¸  4 Z 4 1{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

\

 ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð $ í  ©  % i  . AlGaN   & ñ  É r F K5 Å q Ga \  Al`  ¦ 850

C \ " f  í or   Al-Ga F K5 Å q 6 xÓ  o _  ³ ð  0 A Ð HCl`  ¦ f  Ë  9 AlClõ  GaCl`  ¦ + þ A$ í r   Ê ê 1050

C \ " f    ¸m   Û ¼ü < ì ø Í6 £ x >  

#

 $ í  ©  % i  . AlGaN_  ¿ ºa   H    30 µm Ð CL(cathodoluminescence) Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ ÐÂ Ò'  ×  æd   



© s  358 nm(3.461 eV)s  9 FWHMs  6 nm(58 meV)    õ \  ¦ % 3 % 3  .   " f  : r  7 Hë  H \ " f ] jî ß ô  Ç HVPE $ í  © ~ ½ ÓZ O  É r Ê ê}   AlGaN   & ñ `  ¦ $ í  ©    H X < ´ òõ & h e  `  ¦ l @ /½ + É Ã º e   .

PACS numbers: 78.20.-e

Keywords: AlGaN, HVPE, ! Q( 8 £ x, MOVPE

I. " e Â ] Ø

III-V7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^   H f  ] X   ;s + þ A_  V ,  É r { ç ß   ì

ø Í ¸^  Ð" f F g  è ü <  ¦ : r · ¦Ø  ¦§ 4   l  è ,  ¦   s  1

l

x  ¸ à Ô ½ t Û ¼' (HEMT: high electron-mobility transis- toer) 1 p x 6 £ x6 xì  r    ª    [1–3]. : £ ¤ y    " é ¶  è o½ + ËÓ ü t



 AlGaN  H Al  ¸$ í q \     3.4 eV(365 nm)\ " f 6.2 eV(200 nm)  t   ª ô  Ç \  -t % ò % i `  ¦ t  ¦ e  # Q 7 á x A  _

 ì ø Í ¸^ \  _ K " f  H Ô  ¦ 0 p xÙ þ ¡~   ü @  % ò % i _  F g  è  ü

< Ã º F g  è \  6 £ x6 x s  0 p x   [4,5].



© 6 x o ) a GaN ¢ ¸  H AlGaN l ó ø Ís  \ O l  M :ë  H \   

s # Q l ó ø Í`  ¦ Å Ò Ð s 6 x  ¦ e  Ü ¼ 9 s   â Ä º   s # Q l

ó ø Íõ  AlGaN   & ñ  s _     Â Ò& ñ ½ + Ëõ  \ P Ø   ½ Ó > Ã º _  s  Ð   ô  Ç # QF M l (dislocation)     < Ê(defect)[ þ t s

 Ò q tl   H ë  H ] j& h s  e   . s  Qô  Ç ë  H ] j[ þ t`  ¦ K    l  0 A

E-mail: [email protected]

#  GaN ¢ ¸  H AlN ! Q( 8 £ x`  ¦ s 6 x   H   ½ ¨  Ö ¸µ 1 Ïy 



 '  ÷ & ¦ e    [6,7].

AlGaN   & ñ  É r MOVPE [8,9], HVPE [10,11] 1 p x  ª  ô 

Ç $ í  © l Õ ü t  Ð $ í  © ÷ & ¦ e   . 1995¸  Miura_    ½ ¨Õ ª Ò

 ¨ \  _ K  MO-HVPE(metalorganic-hydride vapor phase epitaxy)   ¸{ 9  ) a   e  Ü ¼ 9 s   H F K5 Å q + þ AI _  Gas   



 trimethylgallium(TMG)`  ¦ s 6 x #  GaN\  ¦ $ í  ©  

%

i l  M :ë  H \  HVPE_    É r $ í  © Ö  ¦`  ¦ l @ /½ + É Ã º \ O % 3   [12]. ¢ ¸ô  Ç l  > r_  HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlGaN\  ¦ $ í  ©  l  0 AK " f  H Al F K5 Å q õ  Ga F K5 Å q`  ¦ " f Ð  É r 0 Au \   ©  Ã Ì 



¦ HClõ  ì ø Í6 £ x r & " f AlCl x 9 GaCl`  ¦ + þ A$ í  ¦ s [ þ t`  ¦



  ¸m  ü < ì ø Í6 £ x r &  $ í  ©  Ù ¼ Ð  © q   ¦s  9 B Ä º 4



¤¸ ú ô  Ç é ß & h s  e   . s \   : r  7 Hë  H \ " f ] jî ß ô  Ç ~ ½ ÓZ O  É r F K 5

Å

q + þ AI _  Al`  ¦ Ga F K5 Å q \  f  ] X  0 l q s   H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Ó  o © 

$ í

 © (LPE : liquid phase epitaxy)Z O \ " f AlGaAs\  ¦ $ í  © 

  H  â Ä ºü < Ä » ô  Ç $ í  ©  l Õ ü t`  ¦ HVPEZ O \   ¸{ 9  % i 

. Ga F K5 Å q \  Al`  ¦ & h { © ô  Ç  : r  ¸\ " f  í or   Ê ê Õ ª ³ ð

-546-

   ½ ¨ 7 Hë  H  AlGaN $ í  © `  ¦ 0 Aô  Ç Hydride Vapor Phase Epitaxy ~ ½ ÓZ O  – ^   â o 1 p x -547-

 

0 A Ð HCl`  ¦ f  Ë  9Å Ò# Q Alõ  Ga_  % i  oÓ ü t`  ¦ + þ A$ í  ¦



  ¸m  ü < ì ø Í6 £ x  ¸2  ¤ #  AlGaN\  ¦ $ í  ©  % i  .



: r  7 Hë  H \ " f  H 0 A\ " f [ O " î ô  Ç D h Ðî  r $ í  © ~ ½ ÓZ O `  ¦ s  6

xô  Ç HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð   s # Q l ó ø Í 0 A\  AlGaN 8 £ x`  ¦

$ í

 ©  % i Ü ¼ 9 SEM(scanning electron microscopy)õ  CL

`

 ¦ :  x #  Õ ª : £ ¤$ í `  ¦ ¨ î  % i  .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

AlGaN   & ñ `  ¦ $ í  ©  l  0 A #   6 xô  Ç MO-HVPE  ©  q

  H Ã º¨ î + þ AÜ ¼ Ð" f F K5 Å q(Ga + Al) % ò % i õ  $ í  ©  % ò % i _ 

AlGaN V R ËX ê s ù p § ü X ¢ Hydride Vapor Phase Epitaxy U ê s0 n É

½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 48, Number 6, 2004¸ 6 Z 4, pp. 546∼549

AlGaN V R ËX ê s ù p § ü X ¢ Hydride Vapor Phase Epitaxy U ê s0 n É

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

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § ì ø Í ¸^ Ó ü t o / B N, Â Òí ß 606-791

Ð= ó j u

ô

Ç² D G l íõ < Æt " é ¶ ½ ¨" é ¶ Â Òí ß ì r è, Â Òí ß 609-735

T ç ¡I · x

jÅ Ò@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , ] jÅ Ò 690-756

») o Z 9

1 l x @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , î ß 1 l x 760-749 (2004¸ 4 Z 4 1{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð $ í © % i . AlGaN & ñ É r F K5 Å q Ga \ Al` ¦ 850

C \ " f í or Al-Ga F K5 Å q 6 xÓ o _ ³ ð 0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9 AlClõ GaCl` ¦ + þ A$ í r Ê ê 1050

C \ " f ¸m Û ¼ü < ì ø Í6 £ x >

$ í © % i . AlGaN_ ¿ ºa H 30 µm Ð CL(cathodoluminescence) Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ ÐÂ Ò' × æd

© s 358 nm(3.461 eV)s 9 FWHMs 6 nm(58 meV) õ \ ¦ % 3 % 3 . " f : r 7 Hë H \ " f ] jî ß ô Ç HVPE $ í © ~ ½ ÓZ O É r Ê ê} AlGaN & ñ ` ¦ $ í © H X < ´ òõ & h e ` ¦ l @ /½ + É Ã º e .

Keywords: AlGaN, HVPE, ! Q( 8 £ x, MOVPE

III-V7 á ¤ o½ + ËÓ ü t ì ø Í ¸^ H f ] X ;s + þ A_ V , É r { ç ß ì

ø Í ¸^ Ð" f F g è ü < ¦ : r · ¦Ø ¦§ 4 l è , ¦ s 1

x ¸ à Ô ½ t Û ¼' (HEMT: high electron-mobility transis- toer) 1 p x 6 £ x6 xì r ª [1–3]. : £ ¤ y " é ¶ è o½ + ËÓ ü t

AlGaN H Al ¸$ í q \ 3.4 eV(365 nm)\ " f 6.2 eV(200 nm) t ª ô Ç \ -t % ò % i ` ¦ t ¦ e # Q 7 á x A _

ì ø Í ¸^ \ _ K " f H Ô ¦ 0 p xÙ þ ¡~ ü @ % ò % i _ F g è ü

< Ã º F g è \ 6 £ x6 x s 0 p x [4,5].

© 6 x o ) a GaN ¢ ¸ H AlGaN l ó ø Ís \ O l M :ë H \

s # Q l ó ø Í` ¦ Å Ò Ð s 6 x ¦ e Ü ¼ 9 s â Ä º s # Q l

ó ø Íõ AlGaN & ñ s _ Â Ò& ñ ½ + Ëõ \ P Ø ½ Ó > Ã º _ s Ð ô Ç # QF M l (dislocation) < Ê(defect)[ þ t s

Ò q tl H ë H ] j& h s e . s Qô Ç ë H ] j[ þ t` ¦ K l 0 A

# GaN ¢ ¸ H AlN ! Q( 8 £ x` ¦ s 6 x H ½ ¨ Ö ¸µ 1 Ïy

' ÷ & ¦ e [6,7].

AlGaN & ñ É r MOVPE [8,9], HVPE [10,11] 1 p x ª ô

Ç $ í © l Õ ü t Ð $ í © ÷ & ¦ e . 1995¸ Miura_ ½ ¨Õ ª Ò

¨ \ _ K MO-HVPE(metalorganic-hydride vapor phase epitaxy) ¸{ 9 ) a e Ü ¼ 9 s H F K5 Å q + þ AI _ Gas

trimethylgallium(TMG)` ¦ s 6 x # GaN\ ¦ $ í ©

i l M :ë H \ HVPE_ É r $ í © Ö ¦` ¦ l @ /½ + É Ã º \ O % 3 [12]. ¢ ¸ô Ç l > r_ HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlGaN\ ¦ $ í © l 0 AK " f H Al F K5 Å q õ Ga F K5 Å q` ¦ " f Ð É r 0 Au \ © Ã Ì

¦ HClõ ì ø Í6 £ x r & " f AlCl x 9 GaCl` ¦ + þ A$ í ¦ s [ þ t` ¦

¸m ü < ì ø Í6 £ x r & $ í © Ù ¼ Ð © q ¦s 9 B Ä º 4

¤¸ ú ô Ç é ß & h s e . s \ : r 7 Hë H \ " f ] jî ß ô Ç ~ ½ ÓZ O É r F K 5

q + þ AI _ Al` ¦ Ga F K5 Å q \ f ] X 0 l q s H ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð Ó o ©

© (LPE : liquid phase epitaxy)Z O \ " f AlGaAs\ ¦ $ í ©

H â Ä ºü < Ä » ô Ç $ í © l Õ ü t` ¦ HVPEZ O \ ¸{ 9 % i

. Ga F K5 Å q \ Al` ¦ & h { © ô Ç : r ¸\ " f í or Ê ê Õ ª ³ ð

½ ¨ 7 Hë H AlGaN $ í © ` ¦ 0 Aô Ç Hydride Vapor Phase Epitaxy ~ ½ ÓZ O – ^ â o 1 p x -547-

0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9Å Ò# Q Alõ Ga_ % i oÓ ü t` ¦ + þ A$ í ¦

¸m ü < ì ø Í6 £ x ¸2 ¤ # AlGaN\ ¦ $ í © % i .

: r 7 Hë H \ " f H 0 A\ " f [ O " î ô Ç D h Ðî r $ í © ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6

xô Ç HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð s # Q l ó ø Í 0 A\ AlGaN 8 £ x` ¦

© % i Ü ¼ 9 SEM(scanning electron microscopy)õ CL

¦ : x # Õ ª : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î % i .

AlGaN & ñ ` ¦ $ í © l 0 A # 6 xô Ç MO-HVPE © q

H Ã º¨ î + þ AÜ ¼ Ð" f F K5 Å q(Ga + Al) % ò % i õ $ í © % ò % i _

: r ¸\ ¦ 1 l qw n & h Ü ¼ Ð ¸] X ½ + É Ã º e ¸2 ¤ ] j % i Ü ¼ 9, Ä » l

F K5 Å q" é ¶ « Ñ trimethylaluminum(TMA)ü < TMG` ¦ 6

x # _ ì ø Í6 £ x ' a \ " f MOVPE l 0 p x` ¦ ° ú s 6 x½ + É Ã

º e ¸2 ¤ [ O > % i . s Qô Ç MOVPE l 0 p x` ¦ s 6 x

AlN 8 £ x` ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð $ í © ô Ç Ê ê Ga F K5 Å q \ Al` ¦ 0 l q #

f III7 á ¤ " é ¶ « Ñ Ð 6 x H HVPE $ í © ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlGaN 8

x` ¦ $ í © % i . & ñ $ í © \ 6 xô Ç s # Q l ó ø Í É r

í6 £ § [ j' l \ ¦ s 6 x # [ j : r õ B jò ø Í` ¦ 6 xÓ oÜ ¼ Ð Ä » l

[ j' ` ¦ ô Ç Ê ê í ß o} ` ¦ ] j l 0 A # Ô ¦í ß 6 xÓ o\ 1ì rç ß \ g A % i . AlGaN & ñ ` ¦ $ í © l \ ì ø Í6 £ x

'

a \ e ` ¦ Ã º e H Ô ¦í HÓ ü t` ¦ ] j l 0 A # ì ø Í6 £ x ' a` ¦ 1070

C \ " f \ P % o % i . s # Q l ó ø Í 0 A_ AlN ! Q (

8 £ x É r III7 á ¤ õ V7 á ¤ " é ¶ « Ñ Ð TMAü < NH

\ ¦ y y s 6 x

935

C \ " f $ í © % i . s M : ì ø Í6 £ x Û ¼\ ¦ î rì ø Í H Ã

º5 Å x Û ¼ H | 9 è\ ¦ 6 x % i ¦ AlN $ í © r \ ì ø Í6 £ x ' a Ü ¼

Ð f Ë 9ï r NH

ü < TMA_ Û ¼| ¾ Ó É r y y 500 sccm, 20 sccm Ü ¼ Ð # 30ì rç ß $ í © % i . Õ ªo ¦ AlN/Al

A_ AlGaN 8 £ x` ¦ $ í © l 0 AK Ga F K5 Å q \ Al` ¦ 850

C \ " f í or 6 xÓ o_ ³ ð 0 A Ð HCl` ¦ f Ë 9 AlClõ GaCl` ¦ + þ A$ í % i ¦ 1050

C_ $ í © % ò % i \ " f ¸m

Û ¼ü < ì ø Í6 £ x > # AlGaN\ ¦ $ í © % i . s M :_ Ã º 5

x Û ¼ H Ar(argon) Û ¼\ ¦ 6 x % i . AlGaN & ñ $ í

© r Û ¼_ Ä »| ¾ Ó É r 200 sccm_ Ar Û ¼ü < < Êa HCl É r 20 sccm, ¸m H 500 sccm Ü ¼ Ð % i Ü ¼ 9 AlGaN

ñ _ $ í © r ç ß É r 60ì r Ü ¼ Ð % i . $ í © r AlGaN 8 £ x

É r CL 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x # Õ ª F g: £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 % i .

s # Q 0 A\ AlGaN & ñ ` ¦ $ í © l 0 AK " f H ! Q (