GaN Epitaxy with PA-MBE on HF Cleaned Cobalt-silicide Buffer Layer

We fabricated 10 nm-thick cobalt silicide($CoSi_2$) as a buffer layer on a p-type Si(100) substrate to investigate the possibility of GaN epitaxial growth on $CoSi_2/Si(100)$ substrates. We deposited 500 nm-GaN on the cobalt silicide buffer layer at low temperature with a PA-MBE (plasma assisted-molecular beam epitaxy) after the $CoSi_2/Si$ substrates were cleaned by HF solution. An optical microscopy, AFM, TEM, and HR-XRD (high resolution X-ray diffractometer) were employed to determine the GaN epitaxy. For the GaN samples without HF cleaning, they showed no GaN epitaxial growth. For the GaN samples with HF cleaning, they showed $4\;{\mu}m$-thick GaN epitaxial growth due to surface etching of the silicide layers. Through XRD $\omega$-scan of GaN <0002> direction, we confirmed the cyrstallinity of GaN epitaxy is $2.7^{\circ}$ which is comparable with that of sapphire substrate. Our result implied that $CoSi_2/Si(100)$ substrate would be a good buffer and substrate for GaN epitaxial growth.

HF 크리닝 처리한 코발트실리사이드 버퍼층 위에 PA-MBE로 성장시킨 GaN의 에피택시

실리콘 기판에 GaN 에피성장을 확인하기 위해, P형 Si(100) 기판 전면에 버퍼층으로 10 nm 두께의 코발트실리사이드를 형성시켰다. 형성된 코발트실리사이드 층을 HF로 크리닝하고, PA-MBE (plasma assisted-molecular beam epitaxy)를 써서 저온에서 500 nm의 GaN를 성막하였다. 완성된 GaN은 광학현미경, 주사탐침현미경, TEM, HR-XRD를 활용하여 특성을 확인하였다. HF 크리닝을 하지 않은 경우에는 GaN 에피택시 성장이 진행되지 않았다. HF 크리닝을 실시한 경우에는 실리사이드 표면의 국부적인 에칭에 의해 GaN성장이 유리하여 모두 GaN $4\;{\mu}m$ 정도의 두께를 가진 에피택시 성장이 진행되었다. XRD로 GaN의 <0002> 방향의 결정성 (crsytallinity)을 $\omega$-scan으로 판단한 결과 Si(100) 기판의 경우 2.7도를 보여 기존의 사파이어 기판 정도로 우수할 가능성이 있었다. 나노급 코발트실리사이드를 버퍼로 채용하여 GaN의 에피성장이 가능할 수 있었다.