XRD를 이용한 질화갈륨(GaN) 및 관련 반도체 화합물 분석: 변형률·조성 및 층 두께 평가

질화갈륨(GaN) 에피택셜 박막의 XRD 분석 입문서

이 책은 질화갈륨(GaN) 에피택셜 박막에서의 핵심 구조 파라미터를 X선 회절(XRD)로 분석하는 방법을 체계적으로 소개합니다.
결정학의 기본 개념을 출발점으로, GaN 및 관련 화합물을 활용한 광전자·전자 소자용 기술 구조에 XRD 분석이 어떻게 적용되는지를 설명합니다.

특히 에피택셜 GaN 박막의 변형률(strain), 조성(composition), 층 두께(layer thickness) 와 같은 핵심 파라미터를 이해하고 해석하는 데 필요한 이론과 실무적 관점을 함께 제공합니다.

책의 예제와 해석은 주로 GaN 기술에 초점을 맞추고 있지만,
설명되는 XRD 분석 원리는 다른 화합물 반도체 시스템에도 충분히 확장 적용 가능합니다.

Chapter 1

GaN 소자 기술과 XRD 계측의 연관성 개요

1장은 XRD 계측 관점에서 GaN 반도체 소자 기술의 핵심 개념을 간략히 소개합니다.
GaN 소자 구조 중 결정 품질, 변형률, 박막 구조가 왜 중요한지, 그리고 이들이 XRD 분석과 어떻게 연결되는지를 개괄적으로 설명합니다.

Chapter 2

결정 구조 표현과 에피택셜 박막 파라미터 계산

2장에서는 XRD 분석의 기초가 되는 결정 구조, 결정 크기, 결정 방향성에 대한 이론적 배경을 다룹니다.
이를 바탕으로 에피택셜 박막에서 변형률(strain), 조성(composition), 층 두께(thickness)를 계산하는 방법을 설명합니다.

Chapter 3

회절 피크 측정과 브래그 법칙의 적용

3장은 XRD 실험에서 회절 피크 위치를 측정하는 원리를 소개하고,
브래그 법칙(Bragg’s law) 을 적용하여 결정면 간 거리(d-spacing)를 도출하는 과정을 설명합니다.

Chapter 4

회절 패턴 시뮬레이션과 피팅(Fitting) 기법

4장에서는 회절 패턴 시뮬레이션과 피팅 기법을 활용하여
에피택셜 박막의 두께, 조성, 변형률을 추출하는 대안적 분석 방법을 다룹니다.

이는 단순 피크 위치 분석을 넘어, 정밀한 구조 파라미터 해석에 중요한 접근법입니다.

추가 자료 : size and strain 분석 웨비나

Chapter 5

피크 폭 분석을 통한 결함 밀도 평가

5장은 XRD 피크의 폭(peak width) 을 분석하여
모자이크 블록 크기, 기울기(tilt) 를 추정하고, 이를 통해 GaN 버퍼층의 전위(dislocation) 밀도를 평가하는 원리를 설명합니다.