• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.114-114
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• 1999

Boron nitride (BN)는 매우 뛰어난 물리적, 화학적 성질을 가지고 있는 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. hexagonal 형태의 hBN의 경우 큰 전기 저항과 열 전도도를 가지고 있고 열적 안정성을 가지고 있어 반도체 소자에서 절연층으로 쓰일 수 있다. 또한 X-ray와 가시광선을 투과시키기 때문에 X-ray와 가시광선을 투과시키기 때문에 X-ray lithography이 mask 기판으로 사용될 수 있다. Boron-carbon-nitrogen (BCN) 역시 뛰어난 기계적 성질과 투명성을 가지고 있어 보호 코팅이나 X-ray lithography에 이용될 수 있다. 또한 원자 조성이나 구성을 변화시켜 band gap을 조절할 수 있는 가능성을 가지고 있기 때문에 전기, 광소자의 재료로 이용될 수 있다. 본 연구에서는 여러 합성 조건 변화에 따른 hBN 막의 합성 거동을 관찰하고, 카본 농도변화에 따른 BCN 막의 기계적 성질과 구조의 변화, 그리고 실리콘 첨가에 의한 물성 변화를 관찰하였다. BN박막은 실리콘 (100) 기판 위에 r.f. plasma assisted CVD를 이용하여 합성하였다. 합성 압력 0.015 torr, 원료 가스로 BCl3 1.5 sccm, NH3 6sccm을 Ar 15 sccm을 사용하여 기판 bias (-300~-700V)와 합성온도 (상온~50$0^{\circ}C$)를 변화시켜 BN막을 합성하였다. BCN 박막은 상온에서 기판 bias를 -700V로 고정시킨 후 CH4 공급량과 Ar 가스의 첨가 유무를 변화시켜 합성하였다. 또한 SiH4 가스를 이용하여 실리콘을 함유하는 Si-BCN 막을 합성하였다. 합성된 BN 막의 경우, 기판 bias와 합성 온도가 증가할수록 증착속도는 감소하는 경향을 보여 주었다. 기판 bias와 합성온도에 따른 구조 변화를 SEM과 Xray로 분석하였다. 상온에서 합성한 경우는 표면형상이 비정질 형태를 나타내었고, X-ray peak이 거의 관찰되지 않았다. 합성온도가 증가하게 되면 hBN (100) peak이 나타나게 되고 이것은 합성된 막이 turbostratic BN (tBN) 형태를 가지고 있다는 것을 나타낸다. 50$0^{\circ}C$의 합성 온도에서 기판 bias가 -300V에서 hBN (002) peak이 관찰되었고, -500, -700 V에서는 hBN (100) peak만이 관찰되었다. 따라서 고온에서의 큰 ion bombardment는 합성되는 막의 결정성을 저해하는 요소로 작용한다는 것을 확인 할 수 있었다. 합성된 BN 막은 ball on disk type의 tribometer를 이용하여 마모 거동을 관찰한 결과 대부분 1이상의 매우 큰 friction coefficient를 나타내었고, nano-indenter로 측정한 BN막의 hardness는 매우 soft한 막에서부터 10 GPa 정도 까지의 값을 나타내었고, nano-indenter로 측정한 BN 막의 hardness는 매우 soft한 막에서부터 10GPa 정도 까지의 값을 가지며 변하였다. 합성된 BCN, Si-BCN 막은 FT-IR, Raman, S-ray, TEM 분석을 통하여 그 구조와 합성된 상에 관하여 분석하였다. FT-IR 분석을 통해 B-N 결합과 C-N 결합을 확인할 수 있었고, Raman 분석을 통하여 DLC의 특성을 분석하였다. 마모 거동에서는 BCN 막의 경우 0.6~0.8 정도의 friction coefficient를 나타내었고 Si-BCN 막은 0.3이하의 낮은 friction coefficient를 나타내었다. Hardness는 carbon의 함유량과 Ar 가스의 첨가 유무에 따라 각각을 측정하였고 이것은 BN 막 보다 향상된 값을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.222-222
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• 2013

GaN 기반 반도체는 넓은 bandgap을 가지고 있어 가시광부터 자외선까지 다양한 광전소자에 유용하게 사용된다. 광전소자중 발광다이오드의 경우 대부분 사파이어 기판위에 성장된다. 하지만 사파이어와 GaN의 격자 불일치 및 열팽창 계수의 차이로 인해 고품질의 GaN를 성장하기가 어렵다. 특히 열팽창 계수의 차이는 GaN 성장 공정이 고온에서 이루어지기 때문에 성장후 상온으로 온도가 떨어질 때 웨이퍼의 bowing을 발생시키고 동시에 dislocation이나 crack과 같은 결함이 생성되 GaN 성장막의 품질을 떨어트린다. 웨이퍼의 크기가 커지면 커질수록 웨이퍼 bowing은 커져 이에 대한 연구는 중요하다. 본 논문에서 2인치 사파이어 기판위에 성장된 GaN의 bow특성을 알아보기 위해 먼저 simulation을 하였고 실제로 성장된 GaN 웨이퍼와 비교를 하였다. c-plane 사파이어 기판위에 성장된 c-plane GaN의 bow특성을 알아보기 위해 성장 온도 $1,100^{\circ}C$에서 GaN두께를 1 ${\mu}m$에서 10 ${\mu}m$까지 1 ${\mu}m$씩 변화시켜 가며 simulation을 하였다. GaN두께가 1 ${\mu}m$일때는 bow가 11 ${\mu}m$, 6 ${\mu}m$ 일때는 54.7 ${\mu}m$, 10 ${\mu}m$ 일때는 108 ${\mu}m$를 얻어 GaN두께가 1 ${\mu}m$씩 증가할 때 마다 bow가 약 10 ${\mu}m$씩 증가하였다. 성장온도에 대한 영향을 알아보기 위해 $700^{\circ}C$에서 $1,200^{\circ}C$까지 $100^{\circ}C$씩 증가시켜며 bow특성 simulation을 하였다. 6 ${\mu}m$성장된 GaN의 경우 성장온도가 $100^{\circ}C$ 씩 증가할 때 bow는 약 6 ${\mu}m$ 증가하였다. 실제 성장된 c-plane GaN웨이퍼와 비교하기 위해 GaN을 각각 3 ${\mu}m$와 6 ${\mu}m$를 성장시켰고 high resolution x-ray diffraction장비를 사용하여 bow를 측정한 결과 각각 28 ${\mu}m$와 61 ${\mu}m$ 였고 simulation결과는 각각 33 ${\mu}m$와 65.5 ${\mu}m$를 얻어 비슷한 결과를 보였다. c-plane 사파이어 기판위에 성장된 c-plane GaN는 방향에 무관하게 동일한 bow 특성을 가지는 반해 r-plane 사파이어 기판위에 성장된 a-plane GaN는 방향에 따라 다른 bow특성을 보인다. a-plane GaN 이방향성적인 bow 특성을 알아보기 위해 simulation을 하였다. $1,100^{\circ}C$에서 a-plane GaN을 성장할 때 두께가 1 ${\mu}m$ 증가할 때마다 bow가 c축 방향으로는 21.7 ${\mu}m$씩 증가하였고 m축 방향으로는 11.8 ${\mu}m$ 씩 증가하여 매우 큰 이방향성적인 bow 특성을 보였다. 실제 r-plane 사파이어 기판위에 성장된 a-plane GaN의 bow를 측정하였고 simulation 결과와 비교해 보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.10-10
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• 2010

가시광역에서 80% 이상의 높은 투과율과 전기전도성을 동시에 갖는 투명전도성 산화물(TCO) 박막은 LCD, PDP, OLED, 태양전지 등의 다양한 분야에 투명전극재료로서 사용되고 있다. 이들 TCO 박막은 Magnetron sputtering, Chemical vapor deposition, Pulse laser deposition, Ink jet등과 같은 다양한 방법으로 증착할 수 있지만, 대면적의 기판에 균일한 박막형성 및 박막과 기판의 높은 부착력등 양산성의 관점에서 우월성을 가지고 있기 때문에 생산라인에서는 DC magnetron sputtering법이 주로 사용되고 있다. 이 경우, 산화물 박막의 미세구조, 내부응력, 광학적 및 전기적 특성은 스퍼터링 과정에서 발생하는 고에너지 입자들의 기판입사 충격에 크게 의존하기 때문에 고품질의 TCO박막을 제작하기 위해서는 증착공정인자들의 제어는 매우 중요한 것으로 알려져 있다. 대표적 TCO박막재료로서 $In_2O_3$계, ZnO계 및 $SnO_2$계를 들 수 있으며, 이들 중에서 Sn을 $In_2O_3$에 치환고용시킨 ITO박막의 경우, 전기적 및 광학적 특성이 상대적으로 우수하기 때문에 실용화 TCO박막으로서 가장 널리 사용되고 있다. 한편, Flexible display의 경우, 유연성의 폴리머기판위에 증착되는 TCO박막에 대하여 요구되는 특성으로는 높은 투과율 및 낮은 비저항은 물론, 박막표면의 평활도 (낮은 표면조도), bending에 대한 높은 기계적 특성 (낮은 내부응력), 수분침투에 대한 높은 barrier특성 및 저온공정 등을 들 수 있다. 그러나 높은 전기전도도를 가지는 ITO박막을 제작하기 위해서는 $200^{\circ}C$ 이상의 증착온도가 필요하며, 이때 얻어진 다결정의 ITO박막은 높은 표면조도 및 bending시에 낮은 기계적 내구성이 문제점으로 지적되고 있다. 한편, 기판가열 없이 증착한 비정질 ITO박막은 낮은 표면조도, 높은 엣칭속도 및 양호한 식각특성을 나타내지만, 상대적으로 높은 비저항 및 기판과의 낮은 부착력 등이 지적되고 있다. 따라서 본 강연에서는 비정질 ITO박막의 결정화 온도 (약 $160^{\circ}C$) 이상에서도 비정질 구조를 유지하기 때문에 낮은 표면조도와 높은 엣칭속도를 가지면서 상대적으로 전기적 특성과 기계적 내구성이 개선된 새로운 고온형 비정질 TCO박막에 대한 최근의 연구성과를 소개하고자 한다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics T
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• v.36T no.1
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• pp.8-12
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• 1999

$\textrm{WO}_3$ semiconductive film, which is known to have a sensitivity on $\textrm{NO}_X$ gas was prepared on 8YSZ (8% Yttria stabilized $\textrm{ZrO}_2$) ionic conductor substrate that has oxygen ion pumping effect. Microstructure and electrical properity, especially $\textrm{NO}_X$ sensitivity as a function of DC voltage applied to 8YSZ substrate was examined. When the $\textrm{WO}_3$ film was annealed, it showed amorphous structure, while crystallization was occurred at $600^{\circ}$C revealing orthorhombic phase of $\textrm{WO}_3$. As the annealing temperature increases, (111) and (001) peaks of $\textrm{WO}_3$ film was enhanced. At $400^{\circ}C$ when DC voltage was applied, comparing with no DC bias, more stable and large response characteristics was showed, and the best sensitivity was observed at 2V. Recovery characteristics of NO gas was much better that that of $\textrm{NO}_2$ gas.

• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.13 no.3
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• pp.34-39
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• 1999

Electron temperature and electron density were rreasured in a radio-frequency inductively coupled plasma (RFICP) using a Langmuir probe method. Measurerrent was conducted in an argon discharge for pressures from 10 mTorr to 40 mTorr and input rf rnwer from 100 W to 600 W. Spatial distribution electroo temperature and electron density were rreasured for discharge with satre aspect ratio (R/L=2). Electron temperature and electron density were discovered depending on both pressure and power. Electron density was increased with iocreasing input power, but saturated at 450 W. Electron density was iocreased with iocreasing pressure. Radial distribution of the electron density was peaked at the rnsition which was a little rmved from center toward quartz window. Normal distribution of the electron density was peaked in the center between quartz plate and substrate. The above results could contribute to understand the Mechanism of Radio-Frequency Inductively Discharge Plasma.Plasma.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.358-358
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• 2014

인간과 기기간의 상호작용 심화에 의하여 모든 기기의 지능화, 첨단화 등이 요구됨에 따라 정보 기술 및 디스플레이 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있는 가운데 투명 전자 소자에 대한 연구가 급증하고 있다. 산화물 반도체는 가시광 영역에서 투명하고, 비정질 반도체에 비하여 이동도가 100 배 이상 크고, 결정화 공정을 거친 폴리 실리콘과 비슷한 값을 가지거나 조금 낮으며 유연한 소자에도 쉽게 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있어 투명 전자 소자 제작시에 주로 이용되는 물질이다. 대부분의 산화물 반도체 박막 증착 방법은 스퍼터링 방법이나 유기금속 화학증착법과 같은 방법으로 막을 형성하는데 이러한 증착 방법들은 고품질의 박막을 성장시킬 수 있다는 장점이 있으나 고가의 진공장비 및 부대 시설이 이용되고 이로 인한 제조비용의 상승이 되고, 기판 선택에 제약이 있는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 고가의 진공 장비가 필요 없이 스핀 코팅 방법이나 딥핑 방법 등에 의하여 공정 단계의 간소화, 높은 균일성, 기판 종류에 상관없는 소자의 대면적화가 가능한 용액 공정 기술이 각광을 받고 있다. 그러나 용액 공정 기반의 박막을 형성하기 위해서는 비교적 높은 공정온도 혹은 압력 등의 외부 에너지를 필요로 하므로 열에 약한 유리 기판이나 유연한 기판에 적용하기가 어렵다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 높은 온도의 열처리(thermal annealing) 를 대신 할 수 있는 microwave irradiation (MWI)에 대한 연구가 보고되고 있다. MWI는 $100^{\circ}C$ 이하에서의 저온 공정이 가능하여 높은 공정 온도에 대한 문제점을 해결할 뿐만 아니라 열처리 방향을 선택적으로 할 수 있다는 장점을 가지고 있어 현재 투명 디스플레이 분야에서 주로 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 HfOx 기반의 metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor를 제작하여 MWI에 따른 전기적 특성을 평가하였다. MWI는 금속의 증착 전과 후, 그리고 시간에 따른 조건을 적용하였으며 최적화된 조건의 MWI은 일반적인 퍼니스 장비에서의 높은 온도 열처리에 준하는 우수한 전기적 특성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.80-80
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• 1998

RU02 박막은 전이금속으로서 rutile 구조이며, 넓은 온도 영역에서 금속성의 를 나타내고, 700도 이상의 높은 온도에서 열적 안정성을 갖는 물질이다 이러한 특성 때문 에 RU02 박막은 실리콘 디바이스에서 배선 게이트 전극 확산 장벽 등에 응용가능성이 높 은 물질로 각광을 받고 있다- 특히 다결정 RU02 박막은 DRAM (dynamic random access m memory) 내의 강유전성 축전기의 전극으로서 유망한 물질이다. 지금까지 이러한 응용분야에 사용된 전극물질은 pt 금속이었다 그러나 이러한 금속전극은 SI 산소 그리고 강유전체의 구성물질 등과의 상호확산, pt 표면의 hillock의 존재로 생기는 전기적 단락, 기판과의 나쁜 점작성, 어려운 에칭 프로세스 등의 단점을 가지고 있다 더욱 더 심각한 문제는 P Pt'ferroelectric/Pt 구조에서 나타나는 aging과 fatigue인데, 이는 108 사이쿨 이후에 스위칭 가 능한 잔류 pOlarization 으$\mid$ 감소를 유발하게 된다- 최근 Berstein은 Pt 대신에 RU02를 사용함으로써 강유전체 축전기에서의 fatigue 현상을 크게 감소시켰다고 보고 한 바 있다 Burst川도 RU02 가 실리콘 표면과 유전체 물질 사이에 전기전도 어떠한 상호 확산도 일어나지 않음을 보였다. 그러나 이러한 연구 결과에도 증착조건과 RU02 박악의 특성에 관한 상호 관계가 충분히 더욱 더 중은 강유전성 박막올 만들기 위해서는 이러한 박막 전극에 않고 있다 연구되지 대한 상세한 연구가 반드시 필요하다고 본다. RU02 박막은 실리콘 기판 위에 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 사용 한 타켓은 2 인치의 직경을 가지는 CERAC 사에서 제작한 Ruol다 초기 진공은 1O~6 Torr 이하였고, 고주파 전력은 20 - 80W 까지 변화시켰다 반응성 스퍼터링율 하기 위해 아르곤과 산소롤 주입하였고, 산소/(산소+아르곤)의 비를 변화시켰다 기판의 온도와 증착압력은 각각 상온에 서 500도까지 , 5mTorr에 서 100mTorr 까지 변 화시 켰 다 RU02 박막의 결정성을 조사하기 위해 XRD 표면 형상과 단면을 조사하기 위해 SEM을 사용하였다‘ 박악의 비저항을 조사하기 위해 4-단자법 van der Pauw 방법을 사용하였다. RU02 박막은 증착압력이 높을수록 비저항은 높아지고, 두께는 감소하였다. 특히 1 100mTorr에서는 작업가스와 스퍼터된 입자사이의 심각한 산란 때문에 아예 증착이 이루어 지지 않았다‘ RF 전력이 증가할수록 비저항이 낮아졌다. 이는 두께에 의존하는 결과이며 전형적인 금속박막에서 나타나는 현상과 유사함을 알 수 있었다- 기판온도와 작업가스의 산소 분압이 높을수록 비저항이 감소하였다‘ 이러한 사실은 성장한 박악의 결정구조와 밀접한 관련이 있음을 보여준다.

• Journal of Convergence for Information Technology
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• v.10 no.8
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• pp.137-143
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• 2020

This study examined the effects of rapid thermal annealing (RTA) on the physical and chemical characteristics of thin silver (Ag) layers on SiO2 coated metal foils. Ag layers were annealed at various temperatures of the range between 150 ℃ and 550 ℃ for 20 min. The surface roughness and resistivity are increased at the annealing temperatures of 550 ℃. We also found that oxygen (O) and silicon (Si) atoms exist at the Ag film surface by using compositional analysis in the annealing temperatures of 550 ℃. The total reflectance is decreased with increasing temperature. These phenomena are due to an out-diffusion of Si atoms from SiO2 layers during the RTA annealing. The results offer the possibility of using it as a substrate for various flexible optoelectronic devices.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.158-158
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• 2010

본 연구에서는 분자선 박막성장 장비를 (MBE) 이용하여 droplet epitaxy 방법으로 성장시킨 GaAs/AlGaAs 양자점구조의 표면전기장변화에 관하여 photoreflectance spectroscopy (PR)를 이용하였다. 본 실험에 사용된 GaAs/AlGaAs 양자점 구조는 undoped-GaAs (001) 기판을 위에 성장온도 $580^{\circ}C$에서 GaAs buffer layer를 100 nm 성장 후 장벽층으로 AlGaAs을 100 nm 성장하였다. AlGaAs 장벽층을 성장한 후 기판온도를 $300^{\circ}C$로 설정하여 Ga을 3.75 원자층를 (ML) 조사하여 Ga drop을 형성하였다. Ga drop을 GaAs 나노구조로 결정화시키기 위하여 $As_4$를 beam equivalent pressure (BEP) 기준으로 $1{\times}10^{-4}$ Torr로 기판온도 $150^{\circ}C$에서 조사하였다. 결정화 직후 RHEED로 육각구조의 회절 페턴을 관측하여 결정화를 확인하였다. GaAs 나노 구조를 성장한 후 AlGaAs 장벽층을 성장하기위해 10 nm AlGaAs layer는 MEE 방법을 이용하여 $150^{\circ}C$에서 저온 성장 하였으며, 저온성장 후 기판온도를 $580^{\circ}C$로 설정하여 80 nm의 AlGaAs 층을 성장하고 최종적으로 GaAs 10 nm를 capping layer로 성장하였다. 저온성장 과정에서의 결정성의 저하를 보상하기위하여 MBE 챔버내에서 $650^{\circ}C$에서 열처리를 수행하였다. GaAs/AlGaAs 양자점의 광학적 특성은 photoluminescence를 이용하여 평가 하였으며 780 nm 근처에서 발광을 보여 주었다. 특히 PR 실험으로부터 시료의 전기장에 의한 Franz-Keldysh oscillation (FKO)의 변화를 관측하여 GaAs/AlGaAs 양자점의 존재에 의한 시료의 표면에 형성되는 표면전기장을 측정하였다. 또한 시료에 형성된 전기장의 세기를 계산하기위해 PR 신호로부터 fast Fourier transformation (FFT)을 이용하였다. 특히 온도의 존성실험을 통하여 표면전기장의 변화를 관측 하였으며 양자구속효과와 관련성에 대하여 고찰 하였다.

• Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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• 1997.10a
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• pp.149-154
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• 1997

광소자 및 새로운 개념의 전력소자 응용을 위하여 Wide Bandgap 반도체에 대한 관심이 급증되고 있다. 특히 직접천이형인 GaN는 청색 발광소자 응용 및 고출력, 고주파용 전력소자 응용에 이상적인 전자물성을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 GaCl$_3$와 NH$_3$를 source gas로 하는 CVPE법을 사용하여 (0001) sapphire와 비교하였다. 기판의 증착온도 104$0^{\circ}C$에서 source gas의 III/V flow rate를 2로 분석하여 45분간 성장시킨 경우 그 증착속도는 약 40 $\mu\textrm{m}$/hr 정도였으며, 이 때 XRD을 향상시키기 위하여 증착이전에 기판의 표면에 증착온도에서 NH$_3$를 이용한 nitridation 처리를 하였으며, 그 처리시간이 3분일 때 XRD의 FWHM 특성이 가하여 조사한 결과 363 nm에서 peak가 검출되었다. 본 연구에서는 양질의 GaN 박막성장을 위한 증착조건 인자중 source gas의 flow rate가 가장 중요한 변수임을 적정 온도 범위가 75$0^{\circ}C$ 근처로 조사되었다. 실험과 모사결과의 박막 증착 최적온도의 차이는 GaN 증착시의 반응 Kinetics가 느리기 때문인 것으로 해석된다.