• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.56.2-56.2
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• 2010

An improvement in the optical and structural properties of p-GaN was obtained by using antimony (Sb) as a surfactant during p-GaN growth. Two different growth temperatures of p-GaN such as $1030^{\circ}C$ and $900^{\circ}C$ were considered. Keeping the growth conditions for p-GaN constant, Sb was introduced during p-GaN growth while varying the [Sb]/([Ga]+[Mg]) flow ratio. [Sb]/([Ga]+[Mg]) flow ratio will be denoted as SGM ratio for convenience. SGM ratio of 0, 0.015 and 0.03% were considered for high temperature p-GaN growth. SGM ratio of 0, 0.005, 0.01 and 0.02% were considered for low temperature p-GaN growth. The analysis results suggest that using the optimum SGM ratio during p-GaN growth greatly improves the optical and structural properties of the p-GaN.

• 한국결정성장학회지
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• 제25권5호
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• pp.182-187
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• 2015

GaN 스트라이프 구조의 정상 부분에 Metal Organic Chemical Vapor Deposition(MOCVD) 방법에 의해 선택적으로 결정 성장된 마이크로 크기의 AlGaN 어레이 구조의 성장과 그 특성에 관해 연구하였다. AlGaN 어레이 구조의 형태 변화가 선택 성장을 위한 노출 면적에 의존한다는 것을 확인하였다. 상대적으로 넓게 노출 된 성장 영역 위에서 선택 성장된 AlGaN 어레이 구조는 기판 위의 GaN 스트라이프와 유사한 규칙적인 모양을 가지는 반면 상대적으로 좁게 노출된 영역 위에서 선택 성장 된 AlGaN 어레이 구조는 불규칙한 모양을 가진다. 한편, Al 조성비가 증가함에 따라 AlGaN 어레이 미세 구조에 대한 고유 포논 진동수도 높아짐을 확인할 수 있었다. 하지만 상대적으로 높은 Al 조성비에서는 고유 포논 진동수는 AlGaN 구조와 그 아래의 GaN 스트라이프 사이의 큰 격자상수 차이와 선택적 결정 성장 과정 동안의 결정면 방향의 변화에 의해 강한 tensile strain으로 인해 다시 감소하는 경향을 보임을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.411-412
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• 2012

대부분의 상용 LED는 사파이어기판에 성장된 GaN를 기반으로 사용한다. GaN는 $1,000^{\circ}C$ 이상의 높은 온도에서 성장이 이루어지는데 이 경우 GaN과 사파이어 기판과의 높은 열팽창 계수로 인하여 compressive stress를 받게 된다. 이 compressive stress로 인하여 성장된 GaN wafer에 bowing이 일어나게 되고 이는 기판의 대면적화에 커다란 문제로 작용한다. 이런 문제들을 해결하기 위해 여러 방법이 고안되고 있지만 [1,2], 근본적으로 wafer bowing 문제의 해결은 이루어지고 있지 않다. 한편, 일반적으로 박막을 성장할 때 columnar structure를 가지는 박막이 coalescence되면 박막에 tensile stress가 걸린다는 사실이 알려져 있으며 [3], GaN를 저온에서 성장할 경우 columnar structure를 갖는다는 사실이 보고되었다 [4]. 본 연구에서는 이런columnar structure를 갖는 GaN을 이용하여 wafer bowing 문제가 해결된 GaN 박막 성장을 연구하였다. 본 실험에서는, c-plane 사파이어에 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용하여 nano-columnar structure를 갖는 저온 GaN layer을 성장하였다. 그 후 columnar structure를 유지하면서 $1,040^{\circ}C$까지 annealing한 후 고온에서 flat 한 GaN 박막을 nano-columnar structure GaN layer위에 성장 하였다. 우선 저온 GaN layer가 nano-columnar structure를 갖고, 고온에서도 nano-columnar structure가 유지되는 것을 scanning electron microscopy (SEM)과 transmission electron microcopy (TEM)을 통해 확인하였다. 또한 이런 columnar structure 위에 고온에서 성장시킨 flat한 GaN 박막이 성장된 것을 관찰할 수 있었다. 성장된 GaN박막의 wafer bowing 정도를 측정한 결과, columnar structure를 갖고 있는 고온 GaN 박막이 일반적인 GaN에 비해 확연하게 wafer bowing이 감소된 것을 확인할 수 있었다. Columnar structure가 coalescence가 되면서 생기는 tensile stress가 GaN박막의 성장시 발생하는 compressive stress를 compensation하여 wafer bowing이 줄어든 것으로 보인다. 본 발표에서는 이 구조에 대한 구조 및 stress 효과에 대해서 논의할 예정이다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제20권3호
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• pp.167-171
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• 2021

The core-shell InGaN/GaN Multi Quantum Well-Nanowires (MQW-NWs) that were selectively grown on oxide templates with perfectly circular hole patterns were highly crystalline and were shaped as high-aspect-ratio pyramids with semi-polar facets, indicating hexagonal symmetry. The formation of the InGaN active layer was characterized at its various locations for two types of the substrates, one containing defect-free MQW-NWs with GQDs and the other containing MQW-NWs with defects by using HRTEM. The TEM of the defect-free NW showed a typical diode behavior, much larger than that of the NW with defects, resulting in stronger EL from the former device, which holds promise for the realization of high-performance nonpolar core-shell InGaN/GaN MQW-NW substrates. These results suggest that well-defined nonpolar InGaN/GaN MQW-NWs can be utilized for the realization of high-performance LEDs.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.193.1-193.1
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• 2015

실리콘 (Si) 기판 위에 고품질의 갈륨질화물 (GaN) 박막을 성장시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 실리콘 기판은 사파이어 기판 보다 경제적인 측면에서 유리하고, 실리콘 직접화 공정에 GaN 소자를 쉽게 접목 가능하다는 장점이 있다. GaN 박막은 2차원 전자 가스형성을 통한 고속소자, 직접 천이형 밴드갭을 이용한 발광소자 및 고전압 소자로써 활용 가능한 물질이다. 종래에는 Si(100) 및 Si(111) 기판 위에 GaN 박막 성장에 대한 연구가 주로 진행되었다. 하지만 대칭성과 격자 불일치도 등 결정학적 특성을 고려할 때 Si(100) 기판 위에 고품질의 GaN 박막을 성장시키는 것은 쉽지 않다. Si(111) 기판은 실리콘 소자 직접화 공정에 적합하지 못한 단점을 가지고 있다. 반면, 최근 Si(110) 기판 위에서 비등방적 변형 제어를 통한 고품질 GaN 박막 성장이 보고 되어 실리콘 집적 소자와 결합한 고전압 소자 및 고속소자 구현에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 투과전자현미경 연구를 바탕으로 Si(110) 기판 위에 성장된 GaN의 미세구조에 관한 연구를 소개한다. 열팽창계수의 차이에 의한 GaN 박막 내 결함 생성을 줄이기 위하여 AlN 완충층이 사용되었다. GaN 박막을 암모니아 ($NH_3$) 유량이 다른 조건에서 성장시킴으로써 GaN 박막 미세구조의 암모니아 유량 의존성에 관한 연구를 진행하였다. GaN 박막에서 투과전자현미경 연구와 X-ray 회절 연구를 통하여 결함 거동 및 결정성을 확인하였다. $NH_3$ 유랑이 증가함에 따라 GaN의 성장 거동이 3차원에서 2차원으로 변화됨을 관찰하였다. 또한, 전위밀도의 증가도 확인되었다. $NH_3$ 유량이 낮은 경우 GaN 전위는 AlN와 GaN 경계에 주로 위치하고 GaN 표면 근처에는 전위밀도가 감소하였으나, $NH_3$ 유량이 높을 경우 GaN 박막 표면까지 전위가 관통됨을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.308.2-308.2
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• 2014

최근 III-N계 물질 기반의 광 반도체 중 m-면 사파이어 기판을 사용하여 반극성 (11-22) GaN박막을 성장하는 광반도체의 발광효율을 높이려는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 반극성 (11-22) GaN와 m-면 사파이어 기판과의 큰 격자상수 차이와 결정학적 이방성의 차이에 의해 많은 결정 결함이 발생하게 된다. 이러한 결정결함들은 반극성 LED소자내에서 누설전류 및 비발광 재결합, 순방향전압 등의 소자특성을 저하시키는 큰 요인이 되기 때문에 고효율 발광소자를 제작함에 있어 어려움을 야기시킨다. 이러한, 반극성 LED 소자의 효율 향상을 위해 결함 분석에 대한 연구를 주를 이루고 있는 상황으로, n-GaN층에 Si도핑에 관한 연구가 진행되고 있다. 이미 극성과 비극성에서는 n-GaN층에 Si이 도핑이 증가될수록 결정질이 향상되고, 양자우물의 계면의 질도 향상 되었다는 보고가 있다. 본 연구에서는 반극성 (11-22) GaN 기반의 발광소자를 제작함에 있어 n-GaN 층의 도핑 농도 변화를 통한 반극성 GaN 박막의 결정성 및 전기적 특성 변화에 따른 LED소자의 전계 발광 특성에 대한 연구를 진행하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판에 $2.0{\mu}m$두께의 반극성 (11-22) GaN 박막을 저온 GaN완충층이 존재하지 않는 고온 1단계 성장법을 기반으로 성장하였다.[3] 이후, $2.0{\mu}m$ 반극성 (11-22) GaN 박막 위에 $3.5{\mu}m$ 두께의 n-GaN 층을 성장시켰다. 이때, n-형 도펀트로 SiH4 가스를 4.9, 9.8, 19.6, 39.2 sccm으로 변화하여 성장하였다. 이 4가지 반극성 (11-22) n-GaN 템플릿을 이용하여 동일 구조의 InGaN/GaN 다중양자우물구조와 p-GaN을 성장하여 LED 구조를 제작하였다. X-선 ${\omega}$-rocking curve를 분석한 결과, 이러한 특성은 반극성 (11-22) n-GaN층의 Si 도핑농도 증가에 따라서 각 (0002), (11-20), (10-10) 면에서 결정 결함이 감소하고, 반극성 (11-22) n형 GaN템플릿을 이용하여 성장된 반극성 GaN계 LED소자는 20mA인가 시 도핑 농도 증가에 따라 9.2 V에서 5.8 V로 전압이 감소하였으며 역방향 전류에서도 누설전류가 감소함이 확인되었다. 또한, 전계 발광세기도 증가하였는데, 이는 반극성 n형 GaN박막의 실리콘 도핑농도 증가에 따라 하부 GaN층의 결정성이 향상과 더불어 광학적 특성이 향상되고, n형 GaN층의 전자 농도 및 이동도의 동시 증가에 따라 전기적 특성이 향상 됨에 따라 LED소자의 전계 발광 특성이 향상된 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.331-331
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• 2012

InGaN/GaN 양자우물 LED소자의 내부양자효과 및 외부양자효과를 높이기 위해 많은 연구자들이 노력을 하고 있다. InGaN/GaN 양자우물 전광소자의 효율을 높이는 방법으로는 무분극 박막성장을 이용한 양자우물의 운반자 파동함수의 분리를 감소시키는 방법, 양자우물 위에 전자 차단층을 성장시키는 방법, 박막의 비발광 결함을 감소시키는 방법, 나노박막 또는 나노 입자를 이용한 표면 플라즈몬 효과를 이용하는 방법 등이 있다[1-3]. 본 연구에서는 은(Ag) 나노입자를 이용하여 InGaN/GaN 양자우물과 p-GaN 덮개층을 패턴에칭한 후, 그 위에 Ag 나노입자를 도포하여 표면 플라즈몬 효과를 이용한 InGaN/GaN 양자우물의 발광효율을 높이고자 하였다. c-면 방향의 사파이어에 유기화학금속증착법(MOCVD)으로 n-형 GaN를 2.0 ${\mu}m$ 성장한 후 그 위에 InGaN/GaN 양자우물 5층을 성장하였다. 또한 전자 차단층으로 AlGaN를 7 nm 증착한 후, p-type GaN를 100 nm 성장하였다. p-type GaN를 패턴하기 위해 포토리소그래피 와 유도결합 플라즈마 에칭공정을 거쳐 선 패턴을 형성하였는데, 이 때 에칭된 p-GaN 깊이는 약 90 nm 이었다. 에칭한 패턴크기가 LED소자의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 전류-전압 측정과 photoluminescence 측정을 하였다. 그 후 급속열처리방법을 이용한 Ag 나노입자 형성과 표면플라즈몬이 소자의 발광효율에 미치는 영향에 대해 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.373-373
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• 2013

높은 효율의 InGaN/GaN 전광소자는 현대 조명 산업에 필수적인 역할을 하고 있다. 그러나 전광소자의 효율을 높이는 데에는 여러가지 한계들이 있다. 예를 들면 높은 전류에서의 효율저하, GaN 의 전위결함에 의한 비발광 재결합의 발생 등이 있다. 이러한 한계를 극복하고자 InGaN/GaN 전광소자의 효율을 높이기 위해 사파이어 기판의 표면을 거칠게 바꾸는 방법, 무분극 전광소자, 표면 플라즈몬 등 여러가지 많은 방법들이 개발되고 있다. c-plane InGaN/GaN LED 기반의 표면 플라즈몬 실험은 많은 연구가 수행되고 있으나, m-plane InGaN/GaN LED 기반의 표면 플라즈몬은 아직 연구가 진행되지 않았다. 본 실험의 목적은 표면 플라즈몬 효과를 이용하여 semi-polar InGaN/GaN LED의 광효율을 개선하는 것이다. 유기금속화학 증착 장비로 m-plane sapphire위에 $6{\mu}m$ 의 GaN 버퍼층을 증착하고 표면의 평탄화를 위해 $2{\mu}m$의 n-GaN을 증착하였다. 그 위에 3개의 다중양자우물 층을 증착하였고, 10 nm의 도핑이 되지않은 GaN를 증착하였다. 표면 플라즈몬 현상을 일으키기 위해 Ag박막을 10, 15, 20 nm 증착하여 급속 열처리 방법으로 $300^{\circ}C$에서 20분 열처리 하였다. 형성된 나노입자를 측정하기 위해 주사전자현미경으로 표면을 분석하였다. 표면플라즈몬에 의한 InGaN/GaN 광 세기를 측정하고자 여기 파장이 385 nm인 photoluminescence (PL) 를 사용하였다. 또한 내부양자효과의 증가를 확인하기 위해 PL을 이용하여 온도를 10~300 K까지 20 K 간격으로 광세기를 측정하였다. 향상된 내부 양자효과가 표면 플라즈몬에 의한 것임을 증명하기 위해 time-resolved PL을 이용하여 운반자 수명시간을 구하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제16권4호
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• pp.157-161
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• 2006

혼합소스 HVPE(hydride vapor phase epitaxy) 방법을 이용하여 InGaN 층을 GaN 층이 성장된 사파이어 (0001) 기판 위에 성장하였다. InGaN 층을 성장하기 위해 금속 In에 Ga을 혼합하여 III족 소스로 이용하였으며 V족 소스로는 $NH_3$를 이용하였다. InGaN층은 금속 In에 Ga을 혼합한 소스와 HCl을 흘려 반응한 In-Ga 염화물이 다시 $NH_3$와 반응하도록 하여 성장하였다. XPS 측정을 통해 혼합소스 HVPE 방법으로 성장한 층이 InGaN 층임을 확인할 수 있었다. 선택 성장된 InGaN 층의 In 조성비는 PL과 CL을 통해서 분석하였다. 그 결과 In 조성비는 약 3%로 평가되었다. 또한, 4원 화합물인 InAlGaN 층을 성장하기 위해 In 금속에 Ga과 Al을 혼합하여 III족 소스로 사용하였다. 본 논문에서는 혼합소스 HVPE 방법에 의해 III족 소스물질로 금속 In에 Ga(Al)을 혼합한 소스를 이용하여 In(Al)GaN층을 성장할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권12호
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• pp.103-112
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• 2005

본 논문에서는 압전 및 자발 분극 효과를 내포한 단채널 n-AlGaN/GaN HEMT의 전류-전압 특성을 도출하고자 AlGaN 및 GaN층 내에서 분극을 고려한 2차원 Poisson 방정식의 해법을 제안하였다. AlGaN 및 GaN층에서의 2차원적 전위 변화를 채널전류의 연속조건과 컨시스턴트하게 도출하기 위해서 GaN영역에 형성된 양자 우물을 통해 흐르는 전자에 대한 전계-의존 이동도를 고려하였다. 도출된 표현식은 동작 전압 전 영역과 장/단채널 소자에 대하여 일괄적으로 적용될 수 있을 것으로 보이며, 계산 결과로부터 2차원 전위 분포 변화 효과를 고려하기 위한 파라미터 ${\alpha}$의 도입이 타당함을 보이고 있다. 이로써, 본 모델은 기존의 모델에 비해 드레인 전압의 증가에 따른 드레인 포화전류의 증가 및 문턱 전압의 감소 현상 등을 보다 적절히 설명할 수 있음을 보이고 있다.