Epitaxial (1120) a-plane GaN films were grown on a (1102) R-plane sapphire substrate with photoresist (PR) masks using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The PR mask with striped patterns was prepared using an ex-situ lithography process, whereas carbonization and heat treatment of the PR mask were carried out using an in-situ MOCVD. The heat treatment of the PR mask was continuously conducted in ambient H2/NH3 mixture gas at 1140℃ after carbonization by the pyrolysis in ambient H2 at 1100℃. As the time of the heat treatment progressed, the striped patterns of the carbonized PR mask shrank. The heat treatment of the carbonized PR mask facilitated epitaxial lateral overgrowth (ELO) of a-plane GaN films without carbon contamination on the R-plane sapphire substrate. Thhe surface morphology of a-plane GaN films was investigated by scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The structural characteristics of a-plane GaN films on an R-plane sapphire substrate were evaluated by ω-2θ high-resolution X-ray diffraction. The a-plane GaN films were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to determine carbon contamination from carbonized PR masks in the GaN film bulk. After Ar+ ion etching, XPS spectra indicated that carbon contamination exists only in the surface region. Finally, the heat treatment of carbonized PR masks was used to grow high-quality a-plane GaN films without carbon contamination. This approach showed the promising potential of the ELO process by using a PR mask.

We report growth of epitaxial AlN thin films on c-plane sapphire substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy. To achieve two-dimensional growth the substrates were nitrided by nitrogen plasma prior to the AlN growth, which resulted in the formation of a two-dimensional single crystalline AlN layer. The formation of the two-dimensional AlN layer by the nitridation process was confirmed by the observation of streaky reflection high energy electron diffraction (RHEED) patterns. The growth of AlN thin films was performed on the nitrided AlN layer by changing the Al beam flux with the fixed nitrogen flux at 860˚C. The growth mode of AlN films was also affected by the beam flux. By increasing the Al beam flux, two-dimensional growth of AlN films was favored, and a very flat surface with a root mean square roughness of 0.196 nm (for the 2 μm × 2 μm area) was obtained. Interestingly, additional diffraction lines were observed for the two-dimensionally grown AlN films, which were probably caused by the Al adlayer, which was similar to a report of Ga adlayer in the two-dimensional growth of GaN. Al droplets were observed in the sample grown with a higher Al beam flux after cooling to room temperature, which resulted from the excessive Al flux.

The structure and morphology of epitaxial layer defects in epitaxial Si wafers produced by the Czochralski methodwere studied using focused ion beam (FIB) milling, scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy(TEM). Epitaxial growth was carried out in a horizontal reactor at atmospheric pressure. The p-type Si wafers were loaded intothe reactor at about 800oC and heated to about 1150oC in H2. An epitaxial layer with a thickness of 4µm was grown at atemperature of 1080-1100oC. Octahedral void defects, the inner walls of which were covered with a 2-4nm-thick oxide, weresurrounded mainly by 111 planes. The formation of octahedral void defects was closely related to the agglomeration ofvacancies during the growth process. Cross-sectional TEM observation suggests that the carbon impurities might possibly berelated to the formation of oxide defects, considering that some kinds of carbon impurities remain on the Si surface duringoxidation. In addition, carbon and oxygen impurities might play a crucial role in the formation of void defects during growthof the epitaxial layer.

The optical characterization of self-assembled InAs/AlAs Quantum Dots(QD) grown by MBE(Molecular Beam Epitaxy) was investigated by using Photoluminescence(PL) spectroscopy. The influence of thin AlAs barrier on QDs were carried out by utilizing a pumping beam that has lower energy than that of the AlAs barrier. This provides the evidence for the tunneling of carriers from the GaAs layer, which results in a strong QD intensity compared to the GaAs at the 16 K PL spectrum. The presence of two QDs signals were found to be associated with the ground-states transitions from QDs with a bimodal size distribution made by the excitation power-dependent PL. From the temperature-dependent PL, the rapid red shift of the peak emission that was related to the QD2 from the increasing temperature was attributed to the coherence between the QDs of bimodal size distribution. A red shift of the PL peak of QDs emission and the reduction of the FWHM(Full Width at Half Maximum) were observed when the annealing temperatures ranged from 500 ˚C to 750 ˚C, which indicates that the interdiffusion between the dots and the capping layer was caused by an improvement in the uniformity size of the QDs.

N2처리에 의해 Si (001) 기판에 형성된 C49상의 구조를 갖는 에피택셜 TiSi2상의 열적 거동과 결정학적 특성을 X선 회절법 (XRD)과 고분해능 투과전자현미경법 (HRTEM)으로 조사하였다. 에피택결 C49-TiSi2상은 1000˚C 정도의 고온에서도 안정상인 C54상으로 상변태하지 않고 형태적으로도 고온 특성이 우수하다는 것이 밝혀졌다. HRTEM 결과로부터 에피택결 TiSi2상과 Si 사이의 결정학적 방위관계는 (060) [001]TiSi2//(002) [110]Si임을 알 수 있었고 계면에서의 격자 변형에너지는 misfit 전위의 형성에 의하여 해소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 HRTEM상의 해석과 원자 모델링을 통하여 Si에서 에피택셜 C49-TiSi2상의 형성기구와 C49상의 (020) 면에 존재하는 적층결함을 고찰하였다.

사이클로펜타디에닐 디카보닐 코발트 (Co(η(sup)5-C(sub)5H(sub)5) (CO2)의 반응성 화학 기상 증착법에 의해 600˚C 근처의기판온도에서 (100)Si 기판 위에 균일한 에피택셜 CoSi2 층이 후열처리를 거치지 않고 직접 성장되었다. (100) Si 기판 위에서 에피택셜 CoSi(sub)2 층의 성장 속도론을 575˚C에서 650˚C의 온도 구간에서 조사하였다. 증착 초기 단계에서 판(plate)모양의 CoSi(sub)2 스차이크가 쌍정의 구조를 가지고 (100) Si 기판에서<111> 방향을 따라서 불연속적으로 핵생성되었다. 111과 (100)면을 가진 불연속의 CoSi(sub)2 판은 (100) Si 위에서 평평한 계면으로 이루어진 에피택셜 층으로 성장했다. (100) Si 위에서 에피택셜 CoSi(sub)2 층을 통한 Co의 확산에 의해 제어되는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 액상성장법(LPE법)으로 Bi2-x(sub)LSr2Ca(sub)1+x(sub)LCu2O(sub)8+d (x(sub)L=0, 0.05, 0.1, 0.2) 막(film)을 작성하여 초전도특성을 알아보았고, XPS 측정으로 얻은 Sr3d과 Ca2p의 피크분해 결과와 EPMA 측정 결과를 통하여 각 layer에 있어서 원자들의 분포상태에 관하여 조사하였다. 작성한 막(film)의 c-축의 길이는 x(sub)L(융해조성비)의 증가에 따라 단조로이 증가하였고, 임계온도 T(sub)c는 x(sub)L=0.1 부근에서 최고치를 나타내고 있었다. x(sub)L의 변화에 따른 임계온도 T(sub)c와 c-축의 길이의 변화는 BiO-layer에 있는 과잉산소의 변화에 의한 것이며, SrO-layer에서 원소들의 분포상태와 결손이 초전도특성 및 결정구조에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.

화학적 산화막(SiOx)이 형성된 Si(100)기판 위에 Co-silicide의 형성과 계면 형상에 관한 연구를 하였다. 화학적 산화막은 과산화수소수(H2O2)의 인위적 처리에 의해 약 2nm을 형성시켰다. 그 위에 5nm 두께의 Co 박막을 전자빔 증착기에 의해 증착시킨 후 열처리하여 Co-silicide를 형성하였다. 화학적 산화막 위에서 Co-silicide 반응기구를 알아 보기 위해 500˚C-900˚C의 온도 범위에서 ex-situ와 in-situ 열처리를 하였다. 이와같이 형성된 Co-silicide 시편의 상형성, 표면 및 계면 형상, 그리고 화학적 조성을 XRD, SEM, TEM, 그리고 AES를 이용하여 분석하였다. 분석 결과 es-situ 열처리시 700˚C까지 CoSi2 상은 형성되지 않았고 Co의 응집화현상이 일어났다. 800˚C 열처리한 경우에는 CoSI2가 형성되었고 facet 현상이 크게 나타났으며 불연속적인 grain 들이 형성되었다. In-situ 열처리한 경우에는 저온에서 (550 ˚C)반응하여 Co-silicide가 형성되기 시작하였으며 600˚C부터는 facet에 의해 박막의 특성이 나빠지기 시작했다. 550˚C에서 Co가 화학적 산화막 층을 통해 확산하여 균질한 Co-silicide를 형성하였다. 이와같이 형성된 균질한 실리사이드 층을 이용하여 다단계(550˚C-650˚C-800˚C)열처리에 의해 균질한 다결정 CoSI2의 형성이 관찰되었다.

단결정 Si기판위의 Co/Ti 이중층으로부터 형성된 Co 실리사이드의 에피텍셜 성장기구에 대하여 조사하였다. 실리사이드화 과정중 Ti원자들이 저온상의 CoSi결정구조의 tetrahedral site들을 미리 점유해 있음으로 인하여, CoSi2 결정구조로 바뀌는 과정에서 Si원자들이 나중에 제위치를 차지하기 어렵게 되는 효과 때문이다. 그리고 Ti중간층은 반응의 초기단계에 Co-Ti-O 삼원계 화합물을 형성하는데, 이 화합물은 실리사이드화 과정중 반응 제어층으로 작용하여 에피텍셜 실리사이드 형성에 중요한 역할을 한다. 최종 열처리 층구조 Ti oxide/Co-Ti-Si/epi/Cosi2(100) Si 이었다.

Co/Ti 이중막을 급속열처리하여 형성한 CoSi2에 As+을 이온주입한 후, 500~1000˚C에서 drive-in 열처리하여 매우얇은 n+ p접합의 다이오드를 제작하고 I-V 특성을 측정하였다. 500˚C에서 280초 drive-in 열처리하였을 때, 50nm정도의 매우 얇은접합이 형성되었고, 누설전류가 매우 낮아 가장 우수한 다이오드 특성을 나타내었다. 특히, Co 단일막을 사용한 다이오드에 비해 누설전류는 2order 이상 낮았으며, 이는 CoSi2Si의 계면이 균일하였기 때문이다.

본 연구에서는 분자선 에피택시 방법으로 비대칭 AIAs/GaAs(001)이중 장벽, 삼중장벽구조를 성장한 수 이를 이용하여 2단자 소자를 제작하여 전기적 특성을 분석하였다. 에피층은 쌍결정 X-ray회절 분석과 단면투과 전자현미경을 이용하여 결정성 및 격자 정합성을 확인하였다. 전기적 성능을 보다 향상시키기 위해 n-GaAs에 대한 오믹 접촉등의 소자 제작 공정을 최적화하였다. 삼중장벽 구조를 이용하여 제작한 소자의 전기적 특성 연구 결과 두개의 주요 공진 터널링 전류 피크 사이에 X-valley에 의한 구조를 확인할 수 있었으며, 이중 장벽구조에 제2의 양자우물 구조를 첨가함으로써 낮은 전압위치에서 전류 피크가 향상하는 결과를 얻었다.

전자빔 증착법을 사용하여 Ti과 Co를 Si(100) 단결정, 다결정 Si 및 SiO2기판에 증착한 후 900˚C에서 20초 급속 열처리하여, Co/Ti 이중박막으로부터의 실리사이드화 반응을 조사하였다. 단결정 시편의 경우 Ti의 두께를 5~6mm로 최소화함으로서 두께가 균일하고 기판과의 계면이 평탄하며 비저항이 낮고 열적 안정성이 높은 CoSi2 에피박막을 형성할 수 있었다. 그러나 다결정 시편에는 두께와 계면이 불균일하고 열적으로도 불안정한 다결정의 CoSi2와 그 위에 두개의 Co-Ti-Si혼합층이 형성되었다. 한편 SiO2 우에 증착된 Co/Ti은 열처리를 하여도 확산하지 않고 그대로 남아 있어서, Co/Ti 이중박막의 SiO2와의 반응성이 미약함을 보여 주었다.

본 연구에서는 이온선보조증착법에 의해 Si(100)기판위에 정합성장된 Si0.5Ge0.5층의 핵성성과 성장을 고찰하였다. 성장층에 대한 AFM(Atomic Force Microscopy), RHEED(Reflection High Energy Electron diffraction) 등의 분석결과 Si(100)기판위에 이온선보조증착에 의하여 성장된 Si0.5Ge0.5</TEX>층은 Stranski-Kranstanov(SK)기구로 성장되며, 300eV, 10 μA/cm2의 Ar이온선을 조사시키는 경우 결정성이 향상되었고, SK 성장 방식의 임계두께가 증가하였다. Ar 이온선 조사에 의해 MBE에 의한 정합성장온도(550˚C-600˚C)보다 훨씬 낮은 200˚C에서 정합성장이 가능하였으며, xmn값은 10.5%로 MBE에 의한 정합성장시 보고된 xmn 값보다 낮았다. 이온충돌에 의해 발생한 3차원 island의 분해와 표면확산의 증가가 Si0.5Ge0.5층의 성장에 현저한 영향을 미쳤으며, 이온충돌의 영향은 3차원 island의 생성보다 3차원 island의 분해가 더 안정한 낮은 증착온도에서만 관찰되었다.

LPE방법을 이용하여 InP기판 상에 GaAs이종접합 박막을 최초로 성장하였으며 제반 성장조건들이 박막특성에 미치는 영향을 NDIC광학현미경, SEM, TEM 및 DCXRD 등을 이용하여 조사하였다. 적정 LPE성장온도는 720˚C(냉각속도 0.5˚C/min.)이었으며 성장된 GaAs 박막의 표면형상은 융액 균질화 처리 시 기판을 InP cover웨이퍼로 보호한 경우가 In/InP 융액으로 보호한 경우에 비해 현저히 개선되었다. 박막 성장 시 Ga성장융액 내에 0.005wt% 정도의 Se을 첨가함으로서 기판의 열융해(meltback)현상이 억제되었고 박막의 표면 거칠기도 현저히 개선되었다. 미세 격자가 식각된 InP기판 상에 성장된 GaAs 박막의 DCXRD측정결과 미세 격자 패턴이 없는 기판 위에 성장된 시료보다 결정성이 더욱 향상되었으며 이는 TEM 관찰결과 GaAs/InP계면에서 생성된 전위들 중 일부가 상호반응에 의하여 미세격자 영역 내에 국한되기 때문으로 판단되었다.