½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 46, Number 3, 2003¸ 3 Z 4, pp. 175∼178
HVPE V R ËX ê s0 n É; c 8 ý X ¢ Si M m ü8 ý $ [ Æ X Ø ! a( a GaN «8 ý V R ËX ê s
è
¡* > ∗ · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ · ç ¡U Ú · »# Ü é s · » Ø · T $ ß
ô
Dz D G K ª @ / < Æ § 6 £ x6 x õ < Æ Ò,  Òí ß 606-791 (2003¸ 1 Z 4 6{ 9 ~ à Î6 £ §)
HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð 560
◦C_ $ : r \ " f ! Q( GaN 8 £ x` ¦ $ í © ¦ Õ ª : £ ¤
$ í
` ¦ ¸ % i . Si(111) l ó ø Í 0 A\ $ í © r $ : r GaN_ DXRD (double X-ray diffraction) 8 £ ¤& ñ õ
wurtzite ½ ¨ ¸\ ¦ t H כ Ü ¼ Ð S X ÷ &% 3 . AFM (atomic force microscopy)_ 8 £ ¤& ñ õ ÐÂ Ò' ,
$ í
© ) a $ : r ! Q( GaN 8 £ x_ ³ ð © I ¸ B Ä º ª ñô Ç כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 . PL (photoluminescence) 8
£
¤& ñ õ ÐÂ Ò' HCl Û ¼_ Ä »| ¾ Ó o\ PL : £ ¤$ í s o < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 . $ : r ! Q( GaN 8
£
x` ¦ ¨ î l 0 A # s # Q l ó ø Í 0 A\ $ : r ! Q( GaN 8 £ x` ¦ $ í © ô Ç Ê ê\ 1050
◦C_ ¦ : r \ " f GaN 8 £ x` ¦ $ í © # F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î ô Ç õ ª | 9 _ GaN 8 £ x` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e 6 £ §` ¦ S X % i .
PACS numbers: 81.10.-h, 81.10.Bk
Keywords: HVPE, GaN, Si substrate, III-nitrides, $ : r-GaN, & ñ $ í ©
I. " e  ] Ø
| 9
oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ¦ s 6 xô Ç ì ø Í ¸^ F g è H ' õ AÒ o LED ü
< ' õ AÒ o Y Us $ s ¸× ¼_ > hµ 1 Ï s Ê ê / å L5 Å qô Ç ` ¦ Ð s
¦ e [1–3]. Õ ªX O t ë ß | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ¦ $ í © l 0 A ô
Ç GaN l ó ø Í_ > hµ 1 Ïs 0 p y # Qf Ü ¼ Ð+ & ³F ½ ¨÷ &# Qt
¦ e H @ /Â Òì r_ | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ H s # Q\ ¦ l ó ø ÍÜ ¼
Ð 6 x ¦ e . s # Q H \ P : £ ¤$ í s Ä ºÃ º # ¦ : r
$ í
© \ & h ½ + Ë H © & h s e t ë ß | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ ü < H &
ê ø Í © Ã º s ü < \ P Ø ½ Ó > Ã º_ s \ ¦ t l M : ë
H \ & ñ < Ê_ x 9 ¸ Z } ¦ $ í © Ê ê Í ty r \ ç H\ P s
´ ú §s µ 1 ÏÒ q t H â ¾ Ó` ¦ Ð [4,5]. ¢ ¸ô Ç, s # Q
H l ¸ ¸ \ O l M :ë H \ F g è ¢ ¸ H è \ ¦ ]
j H â Ä º\ F G + þ A$ í ` ¦ 0 AK " f | d d y / B N& ñ ` ¦
# ¦ F G + þ A$ í s ¸¿ º ³ ð A á ¤ \ s À Ò# Q4 R Ù
¼ Ð / B N& ñ s 4 ¤¸ ú ¦ é ß 0 A & h { © è à ºÖ ¦ s ± ú t
H é ß & h ` ¦ t ¦ e . s Qô Ç é ß & h ` ¦ F G4 ¤ l 0 A #
| 9
oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ¦ s # Q l ó ø Í 0 A\ $ í © ô Ç Ê ê s
#
Q l ó ø Íõ ì r o l 0 AK " f Y Us $ lift-off / B N& ñ ` ¦ 6 x
l ¸ t ë ß [6,7] s ~ ½ ÓZ O É r / B N& ñ ¸| _ þ j& h o B Ä
º # Q§ > ¦ F g è ] j / B N& ñ s 4 ¤¸ ú H ë H ] j& h s e
. " f þ j H \ H s # Q É r l ó ø Í` ¦ s 6 x
# | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ¦ $ í © 9 H r ¸ ´ ú §s s À Ò# Q t
¦ e . Å Ò Ð ´ ú §s ½ ¨÷ &# Qt ¦ e H l ó ø Í F « Ñ Ð" f
∗
E-mail: [email protected]
H SiC, ZnO, GaAs Õ ªo ¦ Si 1 p x s e H X < s × æ \ " f ¸ :
£
¤ y Si É r @ / & h o 6 x s ¦ l ó ø Í s â ] j& h s 9
s # Qü < H ² ú o l ¸ ¸ a % ~ " f F g è _ ] j r
\ ³ ð õ A ¸¿ º\ F G + þ A$ í s 6 x s ¦ 9 כ ¹
\
" f H | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ $ í © Ê ê\ _ þ vd \ g Aë ß Ü ¼ Ð
¸ | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ ü < l ó ø Íõ _ ì r o 0 p x H © & h
`
¦ t ¦ e [8–10]. ¢ ¸ô Ç, Si l ó ø Í É r è ] j \
@
/ô Ç / B N& ñ õ l Õ ü t s î ß & ñ & h Ü ¼ Ð S X w n ÷ &# Q e l M :ë H \
¾ ÓÊ ê F g è \ ¦ s 6 xô Ç OEIC (opto-electronic integrated circuit) Ð_ ] X H s 6 x s H © & h ¸ t ¦ e . Õ ª
Q s # Qü < ð ø Ít Ð Si` ¦ l ó ø ÍÜ ¼ Ð 6 x #
&
ñ | 9 s Ä ºÃ ºô Ç | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ ¦ $ í © l 0 AK " f H ! Q (
8 £ x_ $ í © ¸| s B Ä º × æ כ ¹ [11,12].
: r ½ ¨\ " f H Si l ó ø Í 0 A\ HVPE (hydride vapor phase epitaxy) ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ : r GaN 8 £ x` ¦ $ í © % i Ü ¼ 9 GaN ! Q( 8 £ x_ : £ ¤$ í ` ¦ PL (photoluminescence), DXRD (double X-ray diffraction) Õ ªo ¦ AFM (atomic force mi- croscopy) 8 £ ¤& ñ ` ¦ : x K " f ¨ î % i .
II. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
GaN $ í © \ 6 xô Ç HVPE © q H à º¨ î + þ AÜ ¼ Ð" f multi-zone furnace\ ¦ 6 x # Ga % ò % i õ $ í © % ò % i _
: r ¸\ ¦ 1 l qw n & h Ü ¼ Ð ¸] X ½ + É Ã º e ¸2 ¤ % i Ü ¼ 9 $ : r ! Q (
GaN 8 £ x` ¦ $ í © ½ + É M :_ : r ¸ H Ga % ò % i ` ¦ 550
◦C Õ ª
-175-
-176- ô Dz D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 46, Number 3, 2003¸ 3 Z 4
Õ
ªa Ë > 1. Si(111) l ó ø Í 0 A\ HCl Ä »| ¾ Ó` ¦ 5 sccm Ü ¼ Ð
¦ 2r ç ß $ í © ô Ç $ : r ! Q( GaN8 £ x_ ³ ð AFM .
o
¦ $ í © % ò % i ` ¦ 560
◦C Ð % i . ¢ ¸ô Ç ¦ : r GaN 8 £ x
`
¦ $ í © ½ + É M :_ : r ¸ H Ga % ò % i ` ¦ 850
◦C Õ ªo ¦ $ í ©
% ò
% i ` ¦ 1050
◦C Ð Ä »t % i . $ í © r ì ø Í6 £ x ' a_ · ú § 4 É r
© · ú Ü ¼ Ð % i . $ í © ` ¦ l \ Si l ó ø Í É r [ j : r õ B
jò ø Í` ¦ 6 xÓ o\ í6 £ § [ j' ` ¦ % i . Ä »l [ j' s = å Qè ß Ê
ê Ô ¦í ß ` ¦ s 6 x # Si l ó ø Í 0 A_ í ß o} ` ¦ ] j % i .
ì
ø Í6 £ x Û ¼\ ¦ î rì ø Í H Ã º5 Å x Û ¼ H | 9 è\ ¦ 6 x % i ¦ GaN $ í © r \ ì ø Í6 £ x ' a ? / Ð f Ë 9ï r ì ø Í6 £ x Û ¼_ ª É r NH
3_ â Ä º H 500 sccm Ü ¼ Ð ¦& ñ % i ¦ HCl Û ¼ H y y
5, 10, 15 Õ ªo ¦ 20 sccmÜ ¼ Ð o\ ¦ Å Ò# Q" f $ í ©
% i .
Õ
ªa Ë > 1\ Si(111) l ó ø Í 0 A\ HCl Ä »| ¾ Ó` ¦ 5 sccm Ü ¼ Ð
¦ 2r ç ß $ í © ô Ç $ : r ! Q( GaN 8 £ x_ AFM õ \ ¦ Ð
%
i . ³ ð } 9 l H 1.28 nm Ð" f © { © y ª ñô Ç ¼ # ¨ î
¸\ ¦ Ðs ¦ e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 . Õ ªa Ë > 2\ H Si(111) l
ó ø Íõ Si(100) l ó ø Í 0 A\ $ í © ô Ç $ : r ! Q( GaN 8 £ x_ DXRD8 £ ¤& ñ õ \ ¦ Ð% i . ¿ º t l ó ø Í ¸¿ º GaN
&
ñ _ (002) ~ ½ Ó ¾ Ó\ K { © H peak " î S X > ' a¹ 1 Ï÷ & ¦
Õ
ªa Ë > 2. Si(111)õ Si(100) l ó ø Í 0 A\ $ í © ) a $ : r ! Q( GaN8 £ x_ DXRD õ .
Õ
ªa Ë > 3. $ : r GaN_ + þ A& h PL : £ ¤$ í . e
t ë ß FWHM (full width at half maximum)s 2000 arcsec Ð" f © { © y H ° ú כ` ¦ ? / ¦ e . " f $ : r
$ í
© e ` ¦ y î ß 8 ¸ & ñ | 9 ` ¦ 7 á § 8 > h l 0 Aô Ç $ í
©
¸| ` ¦ ¹ 1 Ô ½ + É כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a . ô Ǽ # , & h { © ô Ç $ í ©
¸| \ " f H Si(100) l ó ø Í 0 A\ $ í © ô Ç GaN H cubic ½ ¨ ¸
$ í
ì r s # QÖ ¼ & ñ ¸ í < Ê÷ & H כ Ü ¼ Ð · ú 94 R e t ë ß [13]
: r z ´+ « > ¸| \ _ K " f Si(100) l ó ø Í 0 A\ $ í © ) a $ : r ! Q (
GaN 8 £ x \ H cubic ½ ¨ ¸ _ \ O H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º
e % 3 . Si(100) l ó ø Í\ @ /ô Ç [ jô Ç õ H 6 £ § 7 H ë
H \ " f À Òl Ð ô Ç . Si(111) l ó ø Í 0 A\ HCl Ä »| ¾ Ó` ¦ 5, 10, 15 Õ ªo ¦ 20 sccmÜ ¼ Ð # $ í © ô Ç $ : r ! Q( GaN 8
£
x[ þ t_ y y \ @ /ô Ç PL : £ ¤$ í ` ¦ ' a¹ 1 Ï % i H X < PL 8 £ ¤& ñ
É r He-Cd Y Us $ \ ¦ 6 x # z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ % i . Õ ª a Ë
> 3\ " f H HCl` ¦ 5 sccm Ü ¼ Ð % i ` ¦ M : $ : r GaN_ PL :
£
¤$ í ` ¦ Ð# Å Ò ¦ e Ü ¼ 9 Õ ªa Ë > 4\ " f H HCl Û ¼| ¾ Ó o
\
É r PL Û ¼& 7 à Ô! 3 _ FWHM_ o\ ¦ Ð% i . × æd
Õ
ªa Ë > 4. HCl Ä »| ¾ Ó_ o\ É r PL Û ¼& 7 à Ô! 3 _
FWHM o.
½ ¨ 7 Hë H HVPE $ í © Z O \ _ ô Ç Si l ó ø Í 0 A_ $ : r ! Q( GaN 8 £ x_ $ í © – ª 1 p x -177-
Õ
ªa Ë > 5. $ : r ! Q( GaN 8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN 8 £ x_ é
ß .
© É r @ /| Ä Ì 396 nm & ñ ¸ Ð" f ¦ : r \ " f $ í © ô Ç GaN\ q
K " f © © ` ¦ ? / ¦ e H X < s \ @ /ô Ç " é ¶ Ü ¼ Ð
"
f H $ í © : r ¸\ " f_ Ô ¦í HÓ ü t_ % ò ¾ Ós GaN & ñ \ " f _ Gaõ N_ ½ + Ë mole q _ q @ /g A 1 p x \ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð Æ
Ò8 £ ¤½ + É Ã º e t ë ß " î S X ô Ç " é ¶ ` ¦ · ú ? /l 0 AK " f H Ð
ª ô Ç ì r$ 3 s 9 כ ¹½ + É כ Ü ¼ Ð Ò q ty ô Ç . Õ ªa Ë > 4\ " f
·
ú Ã º e 1 p w s $ : r ! Q( GaN 8 £ x_ PL Û ¼& 7 à Ô! 3 FWHM
É r 5, 10 Õ ªo ¦ 15 sccm_ â Ä º H 53 nm \ " f 56 nm & ñ
¸ Ð H s \ ¦ Ðs t · ú §t ë ß 20 sccm_ â Ä º\ H 77.5 nm Ð" f q §& h H ° ú כ` ¦ ? / ¦ e .
$
: r ! Q( GaN 8 £ x s ¦ : r \ " f $ í © H GaN & ñ
\
p u H % ò ¾ Ó` ¦ · ú Ðl 0 A # s # Q l ó ø Í 0 A\ MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) ~ ½ Ó Z O
\ _ K · û ª É r GaN 8 £ x s $ í © ) a l ó ø Í` ¦ s 6 x # 560
◦
C_ $ : r ! Q( GaN 8 £ x` ¦ $ í © ¦ Õ ª 0 A\ 1050
◦C _ ¦ : r \ " f GaN 8 £ x` ¦ $ í © % i . $ : r ! Q( GaN 8 £ x õ
¦ : r GaN $ í © r _ HCl É r 10 sccm Ü ¼ Ð % i ¦ $ í © r
ç ß É r $ : r \ " f 10ì r, ¦ : r \ " f 60ì r Ü ¼ Ð % i . Õ ªa Ë >
5 \ HVPE Z O \ _ K $ í © r GaN 8 £ x_ é ß ¸_ þ v` ¦
? /% 3 . $ í © ) a GaN 8 £ x_ ¿ ºa H 50 µm% i ¦ ¦
: r GaN 8 £ x s ª ñ > $ í © ) a ¸_ þ v` ¦ Ðs ¦ e . F g
<
Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î l 0 A # z ´ : r PL : £ ¤$ í ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i Ü
¼ 9 Õ ª õ \ ¦ Õ ªa Ë > 6\ Ð% i . ¦ : r GaN 8 £ x_ × æd
© É r 365 nm s 9 FWHM É r 10 nm_ ° ú כ` ¦ Ðs ¦ e
. : r ½ ¨\ " f H $ : r GaN 8 £ x s \ O s s # Q l ó
ø Í 0 A\ MOCVD Ð $ í © ô Ç GaN 8 £ x` ¦ l ó ø ÍÜ ¼ Ð s 6 x
#
HVPE $ í © ` ¦ % i Ü ¼ 9, s â Ä º z ´ : r PL õ 9.7 nm_ FWHM ° ú כ` ¦ % 3 % 3 . s õ \ " f $ : r ! Q( GaN 8 £ x É r ¦ : r GaN8 £ x` ¦ $ í © H X < e # Q" f ¦ : r GaN 8
£
x_ : £ ¤$ í ` ¦ å Ô> t · ú § H H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e
%
3 . Õ ª QÙ ¼ Ð : r ½ ¨\ " f $ í © ) a $ : r ! Q( GaN 8 £ x
Õ
ªa Ë > 6. $ : r ! Q( GaN 8 £ x 0 A\ $ í © ) a GaN 8 £ x_ z
´ : r PL : £ ¤$ í .
É r Si l ó ø Í 0 A\ HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¦ : r GaN 8 £ x` ¦ $ í © l
0 Aô Ç ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð" f_ % i ½ + É` ¦ Ø æì r y ½ + É Ã º e ` ¦ כ Ü ¼
Ð ó ø Íé ß ) a .
III. + s Ç Â ] Ø
Si l ó ø Í 0 A\ ª | 9 _ GaN 8 £ x` ¦ % 3 l 0 AK " f Ä º HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð $ : r ! Q( GaN 8 £ x` ¦ $ í © ¦ Õ ª_ : £ ¤
$ í
` ¦ ¨ î % i . 6 xô Ç l ó ø Í É r Si(111) õ Si(100)_ ¿ º
t % i Ü ¼ 9 DXRD 8 £ ¤& ñ õ Si l ó ø Í 0 A\ $ í © ) a $
: r ! Q( GaN 8 £ x É r ¿ º â Ä º ¸¿ º wurtzite ½ ¨ ¸\ ¦ t H
כ
Ü ¼ Ð S X ÷ &% 3 . AFM_ 8 £ ¤& ñ õ ÐÂ Ò' $ í © ) a $
: r ! Q( GaN 8 £ x_ ³ ð © I ¸ B Ä º ª ñô Ç כ ` ¦ · ú Ã º
e % 3 . PL 8 £ ¤& ñ õ ÐÂ Ò' HCl Û ¼_ Ä »| ¾ Ó` ¦ 5, 10, 15 Õ ªo ¦ 20 sccmÜ ¼ Ð o\ ¦ Å Ò% 3 ` ¦ â Ä º 5, 10 Õ ª o
¦ 15 sccm_ [ j t â Ä º H q 5 p wô Ç ° ú כ` ¦ t t ë ß HCl Ä »| ¾ Ós 20 sccm_ â Ä º\ H & ñ | 9 s t H כ
`
¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ô Ç, : r ½ ¨\ _ ô Ç $ : r ! Q( GaN 8
£
x s ¦ : r_ GaN 8 £ x` ¦ $ í © l 0 AK " f & h ] X ô Ç $ í | 9 ` ¦
t ¦ e H t S X l 0 AK " f MOCVD\ _ K GaN
$ í © ) a s # Q l ó ø Í 0 A\ $ : r ! Q( GaN 8 £ x` ¦ $ í
© ô Ç Ê ê\ ¦ : r GaN 8 £ x` ¦ $ í © # F g < Æ& h : £ ¤$ í ` ¦ ¨ î ô
Ç õ , : r ½ ¨\ _ K $ í © ) a $ : r ! Q( GaN 8 £ x É r ª
ñô Ç & ñ | 9 ` ¦ t H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .
P c
p 8 ý ò k >
: r ½ ¨ H 2002¸ ¸ ô Dz D G K ª @ / < Æ § < ÆÕ ü t < É ª r_ t
"
é
¶ Ü ¼ Ð Ã º' ÷ &% 3 _ þ v m .
-178- ô Dz D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 46, Number 3, 2003¸ 3 Z 4
Y c
p w à U Ø ô
[1] S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diodes (Springer-Verlag Heidelberg, 1997).
[2] S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamada and T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L1332 (1995).
[3] 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).
[4] H. Zhang, Z. Ye and B. Zhao, J. Crystal Growth 210, 511 (2000).
[5] Y. Kumagai, H. Murakami, S. Matsuki, A. Koukitu, K. Takemoto and H. Seki, Jpn. J. Appl. Phys. 39, L703 (2000).
[6] E. Feltin, B. Beaumont, M. Laugt, P. De Mierry, P.
Vennegues, M. Leroux and P. Gibart, Phys. Stat.
Sol. (A) 188, 531 (2001).
[7] F. Hasegawa, M. Minami, K. Sunaba and T. Sue- masu, Jpn. J. Appl. Phys. 38, L700 (1999).
[8] T. Lei, M. Fanciulli, R. J. Molnar, T. D. Moustakas, F. J. Graham and J. Scanlon, Appl. Phys. Lett. 58, 944 (1991).
[9] H. Zhang, Z. Ye and B. Zhao, Solid State Electronics 46, 301 (2002).
[10] N. Takahashi, S. Matsuki, A. Koukitu and H. Seki, Jpn. J. Appl. Phys. 36, L1133 (1997).
[11] T. Takeuchi, H. Amano, K. Hiramatsu, N. Sawaki, I. Akasaki, J. Crystal Growth 115, 634 (1991).
[12] Y. Hiroyama and M. Tamura, Jpn. J. Appl. Phys.
37, L630 (1998).
[13] I. H. Lee, J. J. Lee, P. Kung, F.J. Sanchez and M.
Razegi, Appl. Phys. Lett. 74, 102 (1998).
Growth of GaN Buffer Layers on Si Substrates at Low Temperature by Using HVPE
M. Yang,
∗H. S. Ahn, J. H. Chang, K. H. Kim, H. Kim and S. N. Yi Department of Applied Sciences, Korea Maritime University, Busan 606-791
(Received 6 January 2003)
We investigated the characteristics of GaN buffer layers grown on Si substrates by using HVPE at low temperature. The DXRD measurements showed that the GaN buffer layers grown on Si (111) and Si (100) substrates at low temperatures had wurtzite structure. The average surface roughness measured by atomic force microscopy (AFM) was an on the order of 1.28 nm. The optical properties of the low temperature GaN buffer layers depended on the HCl gas flow rate were estimated by using photoluminescence (PL) measurements at room temperature. GaN layers were successfully grown at high temperatures on the sapphire substrates with GaN buffer layers grown at low temperatures. The PL measurements on the GaN layers grown at high temperature showed the low temperature GaN buffer layers to have good crystal quality for the growth of a layer at high temperature GaN.
PACS numbers: 81.10.-h, 81.10.Bk
Keywords: HVPE, GaN, Si substrate, III-nitrides, Low Temperature GaN, Crystal Growth
∗
