Measurements of Lattice Strain in MOCVD-GaN Thin Film Grown on a Sapphire Substrate Treated by Reactive Ion Beam

활성화 이온빔 처리된 Sapphire기판 위에 성장시킨 MOCVD-GaN 박막의 격자변형량 측정

Introduction of the buffer layer and the nitridation of a sapphire substrate were one of the most general methods employed for the reduction of lattice defects in GaN thin films Brown on sapphire by MOCVD. In an effort to improve the initial nucleation and growth condition of the GaN, reactive ion beam (RIB) of nitrogen treatment of the sapphire surface has been attempted. The 10 nm thick, amorphous $AlO_xN_y$ layer was formed by RIB and was partially crystallized alter the main growth of GaN at high temperature, leaving isolated amorphous regions at the interface. The beneficial effect of amorphous layer at interface in relieving the thermal stress between substrate and GaN film was examined by measuring the lattice strain value of the GaN film grown with and without the RIB treatment. Higher order Laue zone pattern (HOLZ) of $[\bar{2}201]$ zone axis was compared with simulated patterns and lattice strain was estimated It was confirmed that the great reduction of thermal strain was achieved by RIB process and the amount of thermal stress was 6 times higher in the GaN film grown by conventional method without the RIB treatment.

사파이어 기판을 이용한 GaN 박막성장에서 완충층의 사용과 기판의 질화처리는 GaN 박막 내의 격자결함을 줄이는 가장 보편적인 방법이다. GaN박막의 초기 핵생성과 성장 거동을 향상시키기 위한 새로운 방법으로 사파이어 표면을 질소 활성화 이온빔으로 처리하는 방법이 시도되었다. 활성화 이온빔 처리의 결과 약 10nm두께의 비정질 $AlO_xN_y$ 층이 형성되었으며 GaN의 성장온도에서 부분적으로 결정화되어 계면 부위에 고립된 비정질 영역으로 존재하였다. 계면에 존재하는 비정질 층은 기판과 박막사이에서 발생하는 열응력을 효과적으로 감소시키는 역할이 가능하며 이를 확인하기 위하여 활성화 이온빔 처리에 의한 GaN박막 내의 격자변형량 차이를 비교하였다. GaN박막에서 얻어진 $[\bar{2}201]$ 정대축고차 Laue도형을 전산모사 도형과 비교하여 격자변형량을 측정하였다. 본 연구의 결과 활성화 이온빔 처리를 하지 않은 기판 위에 성장시킨 GaN박막의 격자변형량은 처리한 경우에 비해 6배 이상 높은 값을 가졌으며 따라서 활성화 이온빔 처리에 의해 GaN박막의 열응력은 크게 감소함을 확인하였다.