npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2016; 66: 133-139

Published online February 29, 2016

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Structural Properties of AlN Films Grown on Dome Shape Nano-structure Si(111) Substrates with Different Heights and Pitches

높이와 간격이 다른 돔형 나노구조를 갖는 Si(111) 기판 위 AlN 박막성장 및 구조적 특성 연구

Byung-Guon PARK1, Seo-Hee HAN, Moon-Deock KIM*1, Song-Gang KIM2, Young-Heon KIM3

1 Department of Physics, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
2 Department of Information and Communications, Joongbu University, Goyang 10279, Korea
3 Korea Research Institute of Standars and Science, Daejeon 34113, Korea


Received: August 17, 2015; Revised: October 21, 2015; Accepted: November 3, 2015

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.


We have investigated the structural properties of AlN films grown on non-patterned and dome-shape-patterned Si(111) substrates by using plasma-assisted molecular beam epitaxy. Scanning electron microscopy images of the AlN films on the non-patterned Si(111) substrates showed a flat surface morphology with a high pin-hole density. The surface step and the columnar shape on the top of the domes for the AlN films increased with increasing height and decreasing pitch of the domes on patterned Si(111) substrates. High-resolution X-ray diffraction measurements along the symmetric plane showed diffraction peaks corresponding to both the AlN(0002) and the AlN(10${\bar{1}}$3) planes, indicating that the AlN(10${\bar{1}}$3) plane on the inclined surface of the dome pattern is parallel to the AlN(0002) plane on the non-patterned region. The properties of the AlN films on dome-shape-patterned Si(111) substrates with different heights and pitches will provide useful information for understanding the growth mechanism for obtaining high-quality AlN films.

Keywords: AlN film, Substrate with dome nano-structure, SEM, HR-XRD, TEM

본 연구에 사용된 AlN 박막은 패턴 되지 않은 Si(111) 기판과 높이와 간격이 다른 돔형 나노구조를 갖는 Si(111) 기판 위에 plasma-assisted molecular beam epitaxy 법으로 성장되었다. 패턴 되지 않은 Si(111) 기판 위 AlN 박막은 다수의 핀 홀이 관측되었으나 평탄한 표면을 보였고, 패턴 기판의 경우 돔형 나노구조의 높이가 커지고 돔간 간격이 작아질수록 단차가 커지는 표면을 관측하였다. XRD 측정에서 돔의 높이가 큰 기판위에 성장된 AlN박막의 경우 AlN(10${\bar{1}}$3)면이 AlN(0002)면과 동시에 관측되었다. 면간 각도 계산으로부터, 돔 사이 평탄면에서 자란 AlN(0002)면과 돔의 경사면에서 자란 AlN(10${\bar{1}}$3)면이 서로 평행함을 확인 하였는데 이는 Si 기판의 방향성과 상관없이 경사면에 수직한 방향으로 성장되기 때문에 나타나는 현상으로 여겨진다. 패턴 기판위에 AlN 박막 성장 시, 이러한 현상에 대한 이해는 양질의 AlN 박막 성장 관련 중요한 정보를 제공할 것으로 보인다.

Keywords: AlN 박막, 반구형 나노구조 기판, SEM, HR-XRD, TEM

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