• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.151-152
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• 2010

극성 [0001] 방향으로 성장 된 질화물 기반의 LEDs (light emitting diodes) 는 분극현상에 의해 발생하는 강한 내부 전기장의 영향을 받게 된다. 이러한 내부 전기장은 양자우물 내의 전자와 정공의 공간적 분리를 야기하고 quantum confined Stark effect (QCSE) 에 의한 발광 파장의 적색 편이가 발생하며 양자효율의 저하를 가져오게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 양자 우물구조를 GaN 의 m-plane (100) 이나 a-plane (110) 등 비극성면 위에 성장하려는 시도를 하고 있다. 그러나 비극성면의 비등방성 (anisotropy) 으로 인하여 결정성이 높은 비극성 GaN을 성장하는 데에는 많은 어려움이 있다. 비극성 a-plane GaN 의 결정성과 표면 거칠기의 향상을 위해 경사각을 가지는 r-plane 사파이어를 기판으로 이용하는 연구들이 많이 진행되어 있다 [1-4]. 그러나 r-plane 사파이어 기판의 경사각과 표면의 pit 형성에 관한 상관관계의 체계적인 연구는 상대적으로 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 경사각을 가진 r-plane 사파이어 기판에 유기금속화학증착법을 (MOCVD) 이용하여 a-plane GaN 을 성장하였으며, 성장 시 기판의 경사각이 a-plane GaN의 성장 거동 및 표면형상에 미치는 영향을 분석하였다. 본 실험에서는r-plane에서 m-axis방향으로 0도에서 -0.65도의 경사각을 가지는 r-plane 사파이어 기판을 이용하였다. a-plane GaN 성장에는 고온 GaN 핵 형성층을 (nucleation layer) 이용하는 2단계 성장 법이 사용되었다 [5]. -0.37도 보다 크기가 큰 경사각을 가진 r-plane 사파이어에 성장된 a-plane GaN의 표면에는 수 ${\mu}m$ 크기의 삼각형 형태의 pit이 형성되었다. 사파이어의 경사각이 -0.37도에서 -0.65도로 증가하였을 경우에, GaN의 m방향 X-ray 록킹커브 반치폭은1763 arcsec에서 1515 arcsec로 감소하였으나 표면에 삼각형 pit의 밀도는 103 cm-2 이하에서 $2{\times}106$ cm-2으로 증가하였다. 이러한 r -plane 사파이어 기판의 경사각의 차이로 표면에 pit이 발생과 결정성변화의 원인을 확인하기 위해서, 여러가지 다른 경사각을 가진 사파이어 기판의 표면에 성장된 핵 형성층의 표면 양상을 확인하였다. 발표에서는 경사각의 차이에 따른 기판 표면에서의 원자 step 구조와 GaN 의 핵 형성 간의 상관관계에 대하여 구체적으로 논의할 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.125-125
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• 2010

극성 [0001] 방향으로 성장된 질화물 기반의 LED (light emitting diode) 는 분극현상에 의해 발생하는 강한 내부 전기장의 영향을 받게 된다. 이러한 내부 전기장은 양자우물 내의 전자와 정공의 공간적 분리를 야기하고 quantum confined Stark effect (QCSE)에 의한 발광 파장의 적색 편이가 발생하며 양자효율의 저하를 가져오게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 InGaN/GaN이나 AlGaN/GaN 양자 우물구조를 GaN의 m-plane (1$\bar{1}$00) 이나 a-plane (11$\bar{2}$0) 등 비극성면 위에 성장하려는 시도를 하고 있다. 그러나 비극성 면의 비등방성 (anisotropy) 으로 인하여 결정성이 높은 비극성 GaN을 성장하는 데에는 많은 어려움이 있다. GaN 층의 표면을 평탄화하고 결정성을 향상시키기 위해서 저온 GaN 또는 AlN 버퍼층을 성장하는 2단계 방법이나 고온 버퍼층을 이용하여 성장하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 고온 GaN 버퍼층을 이용하여 기존의 2단계 성장과정을 단순화한 비극성 a-plane GaN을 r-plane 사파이어 기판위에 유기금속 화학증착법 (MOCVD)으로 성장하였다. 사파이어 기판위에 AlN 층을 형성하기 위한 nitridation 과정 후 1030 도에서 두께 45 ~ 800 nm의 고온 GaN 버퍼층을 성장하고 총 박막 두께가 2.7 ~ 3 um 가 되도록 a-plane GaN을 성장하여 표면 양상의 변화와 결정성을 확인하였다. 또한 a-plane GaN 박막 성장 시에 성장 압력을 100 ~ 300 torr 로 조절하며 박막 성장의 변화 양상을 관찰하였다. 고온 GaN 버퍼층 성장 두께가 감소함에 따라 결정성은 증가하였으나 표면의 삼각형 형태의 pit 밀도가 증가함을 확인하였다. 또한 성장 압력이 감소함에 따라 표면 pit은 감소하였으나 결정성도 감소하는 것을 확인하였다. 성장 압력과 버퍼층 성장 두께를 조절하여 표면에 삼각형 형태의 pit이 존재하지 않는 RMS roughness 0.99 nm, 관통전위밀도 $1.78\;{\times}\;10^{10}/cm^2$, XRD 반가폭이 [0001], [1$\bar{1}$00] 방향으로 각 798, 1909 arcsec 인 a-plane GaN을 성장하였다. 이 연구를 통해 고온 GaN 버퍼 성장방법을 이용하여 간소화된 공정으로 LED 소자 제작에 사용할 수 있는 결정성 높은 a-plane GaN을 성장할 수 있는 가능성을 확인하였다.