• 한국초전도학회:학술대회논문집
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• 한국초전도학회 1999년도 High Temperature Superconductivity Vol.IX
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• pp.152-159
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• 1999

YBa$_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ (YBCO) films grown on CeO$_2$-buffered r-cut sapphire substrates (CbS's) were prepared and their structural and electrical properties were measured. Post-annealed CeO$_2$ films were used as buffer layers for the experiments. It turned out that the YBCO films grown on post-annealed CbS's had the rms roughness of less than 20 ${\AA}$ and peak-to-peak roughness of about 30 ${\AA}$ when the YBCO film thickness was 3000 ${\AA}$. Meanwhile, YBCO films on in-situ grown CeO$_2$ buffer layers on r-cut sapphire substrates appeared to have the peak-to-peak roughness of more than 450 ${\AA}$. X-ray diffraction data revealed that the YBCO flms were epitaxially grown along the c-axis with the typical FWHM of(005) ${\theta}$ -2 ${\theta}$ peak about 0. 16 $^{\circ}$ and ${\Delta}$ ${\omega}$ of the (005) peak about 0.5 $^{\circ}$. T$_c$ > 87 K, ${\Delta}$T < 1 K and R(look)/R(100K) ${\ge}$3 were observed from the YBCO films. Applicability of the YBCO films for high-frequency applications was described.

• 한국광학회지
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• 제23권2호
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• pp.64-70
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• 2012

c-plane 사파이어 기판에서 성장된 1 $mm^2$ 대면적 InGaN/GaN 다중양자우물 청색 발광 다이오드의 스트레스 전후의 전기적, 광학적 특성 변화를 분석하였다. 스트레스 실험은 샘플 칩을 TO-CAN에 패키징하여 50 mA의 전류를 200시간 동안 인가하여 수행하였다. 스트레스 인가 전류는 다이오드의 순전압 특성을 이용한 접합온도(junction temperature) 측정 실험을 통하여 충분히 낮은 접합온도를 유지하는 값으로 선택하였다. 이렇게 선택한 50 mA의 전류 인가량에서 접합온도는 약 308 K였다. 308 K의 접합온도는 접촉저항(ohmic contact) 또는 GaN계 물질의 특성 변화에 영향을 주지 않는다고 가정하고 실험을 진행하였다. 스트레스 전후에 전류-전압, 광량-전류, 표면 광분포, 파장 스펙트럼 및 상대적 외부양자효율 특성을 측정 및 분석하였다. 측정결과, 스트레스 후 저전류 구간에서의 광량이 감소하고 상대적 외부양자효율이 감소하는 현상을 관찰하였다. 우리는 이러한 현상이 결함의 증가로 인한 비발광 재결합률 증가로부터 기인함을 이론적으로 검토하고 실험결과의 분석을 통하여 보였다.

• 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.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.363-363
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• 2008

The development of dry etching process for sapphire wafer with plasma has been key issues for the opto-electric devices. The challenges are increasing control and obtaining low plasma induced-damage because an unwanted scattering of radiation is caused by the spatial disorder of pattern and variation of surface roughness. The plasma-induced damages during plasma etching process can be classified as impurity contamination of residual etch products or bonding disruption in lattice due to charged particle bombardment. Therefor, fine pattern technology with low damaged etching process and high etch rate are urgently needed. Until now, there are a lot of reports on the etching of sapphire wafer with using $Cl_2$/Ar, $BCl_3$/Ar, HBr/Ar and so on [1]. However, the etch behavior of sapphire wafer have investigated with variation of only one parameter while other parameters are fixed. In this study, we investigated the effect of pressure and other parameters on the etch rate and the selectivity. We selected $BCl_3$ as an etch ant because $BCl_3$ plasmas are widely used in etching process of oxide materials. In plasma, the $BCl_3$ molecule can be dissociated into B radical, $B^+$ ion, Cl radical and $Cl^+$ ion. However, the $BCl_3$ molecule can be dissociated into B radical or $B^+$ ion easier than Cl radical or $Cl^+$ ion. First, we evaluated the etch behaviors of sapphire wafer in $BCl_3$/additive gases (Ar, $N_2,Cl_2$) gases. The behavior of etch rate of sapphire substrate was monitored as a function of additive gas ratio to $BCl_3$ based plasma, total flow rate, r.f. power, d.c. bias under different pressures of 5 mTorr, 10 mTorr, 20 mTorr and 30 mTorr. The etch rates of sapphire wafer, $SiO_2$ and PR were measured with using alpha step surface profiler. In order to understand the changes of radicals, volume density of Cl, B radical and BCl molecule were investigated with optical emission spectroscopy (OES). The chemical states of $Al_2O_3$ thin films were studied with energy dispersive X-ray (EDX) and depth profile anlysis of auger electron spectroscopy (AES). The enhancement of sapphire substrate can be explained by the reactive ion etching mechanism with the competition of the formation of volatile $AlCl_3$, $Al_2Cl_6$ or $BOCl_3$ and the sputter effect by energetic ions.

• 전자공학회논문지D
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• 제36D권6호
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• pp.28-34
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• 1999

본 논문에서는 GaN 박막 위에 각각 알루미늄(Al)과 백금(Pt)을 증착하여 저항성 전극 및 투명한 schottky 전극을 형성한 평면형 자외선 수광소자를 제작하였다. 제작된 소자에 대해 전기적 특성과 광학적 특성을 조사하여 자외선 센서로서의 적합성을 검토하였다. 사파이어 기판위에 성장된 GaN 박막은 $7.8{\times}10^{16}cm^{-3}$의 도핑(doping)농도와 $138 cm^2/V{\cdot}s$의 이동도(mobility)를 가졌으며, 파장이 365 nm 이하인 빛만을 흡수하는 자외선 감지막 특성을 나타내었다. 5 V의 역방향 전압을 인가하였을 때 제조된 schottky형 자외선 센서는 325 nm의 자외선 파장에서 응답도가 2.84 A/W였고, $4{\times}10^4$의 큰 신호대 잡음비(SNR)의 $3.5{\times}10^9$W의 잡음등가전력(NEP)을 나타내었다. 따라서 이들 결과로부터 GuN를 이용한 schottky 다이오드가 가시광 차단 UV photodetector를 제조할 수 있음을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제38권10호
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• pp.671-677
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• 2001

사파이어 기판 위에 성장된 GaN위에 RUO₂/GaN 쇼트키형 자외선 수광소자를 설계, 제작하였다. 자외선 빛의 흡수율을 높이기 위해, MOCVD 다층구조는 undoped GaN(0.5 ㎛)in￣-GaN(0.1 ㎛)/n＋-GaN(1.5 ㎛)로 성장하였다. 성장층은 3.8×10/sup 18/ cm￣³의 캐리어 농도와 283 ㎠/V· s의 이동도를 가진다. 500 ㎛내외의 직경을 가지는 메사구조를 형성하기 위해 ECR 식각한 후, n＋-GaN층위에 Al으로 저항성 접촉을 하였다. 저항성 및 쇼트키 접촉 사이에 Si₃/N₄ 박막으로 절연한 이후 undoped GaN 층위에 RuO₂ 쇼트키 접촉을 하였다. 제작된 쇼트키 다이오드는 1.15×10/sup -5/ ［Ω-㎠］의 접촉비저항을 가졌다. 제작된 다이오드는 역전압인 -5V에서 305pA의 낮은 누설전류를 확인하였는데, 이 값은 RuO₂ 쇼트키 금속증착에 의해 현저히 향상된 것이다. 광측정에서는 10/sup 5/의 자외선대가시광선 제거비와 365nm 파장에서 0.23A/W로 높은 응답도를 보인다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권9호
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• pp.1093-1098
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• 2013

방탄소재로서 사파이어 재료가 대두되고 있지만 고속 충돌관련 동적거동 및 파괴특성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 탄자와 취성세라믹재료간의 상호작용을 연구하기 위해서는 고화질의 초고속 연속영상이 필수적이다. 본 연구에서는 고속충돌 및 관통 현상을 순차적으로 촬영할 수 있는 장치를 개발하였다. 이 장치는 속도측정장치, 마이크로프로세서를 사용한 카메라 구동장치 그리고 다수의 CCD카메라로 이루어져있다. 선형배열센서를 사용한 속도측정장치는 직경 1-2 mm 탄자의 마하 3 속도를 측정할 수 있다. 발사된 탄자가 속도측정장치를 통과하면 속도와 시간이 측정되고 탄자가 비행하는 동안 카메라 구동장치가 정확한 충돌시간을 계산하여 다수의 카메라에 순차적으로 트리거 신호를 보내서 충돌 전후의 형상을 순차적으로 촬영한다. 정확한 충돌시간 예측을 못하면 고해상도의 사진촬영이 거의 불가능하다. 본 연구에서 개발된 정밀 촬영장치를 사용하여 고해상도의 영상을 확보할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.309.1-309.1
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• 2014

III-N계 기반의 광 반도체는 직접 천이형 넓은 밴드갭 구조를 갖고 있기 때문에 자외선에서 가시광을 포함한 적외선까지 포함한 폭 넓은 발광이 가능하여 조명 및 디스플레이 관련 차세대 광원으로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 p형 GaN의 경우, 상온에서 도펀트로 사용되는 마그네슘(Mg)이 수소(H)와 결합하여 보상 효과를 나타내기 때문에 높은 정공농도를 갖기에 어려움이 있다고 알려져 있다. 따라서, 대부분의 연구 그룹에서는 GaN계 LED 소자를 성장 후 rapid thermal annealing 공정이 요구되고 있고, 최근에는 박막 성장 후 반응로 내에서 자체적으로 열처리를 진행하고 있는 실정이다. 하지만, 열처리 조건은 LED 소자의 발광특성에 큰 영향을 주기 때문에 본 연구에서는 반응로에서 열처리가 된 LED 샘플에 대해 추가적인 열처리 공정의 유무에 따른 GaN계 LED소자의 광학적 및 전기적 특성에 대해 알아보고자 하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 c-면 사파이어 기판에 저온 GaN 완충층 및 $2.0{\mu}m$두께의 GaN 박막을 성장한 후, $3.0{\mu}m$두께의 n-형 GaN에피층과 InGaN/GaN 5주기의 양자우물구조를 형성하고 $0.1{\mu}m$두께의 p형 GaN층을 성장하였다. P-형 GaN층 성장 후 온도를 내리면서 $750^{\circ}C$, N2 분위기에서 5분간 Mg 활성화를 위한 열처리를 반응로에서 in-situ로 진행하였다. 그 후 급속열처리 장비에 장입하여 $650^{\circ}C$, N2 분위기에서 5분간 추가적인 열처리를 진행하여 추가 열처리 유무에 따른 LED소자의 특성을 분석하였다. 추가적인 열처리 유무에 따른 LED소자의 레이저 여기에 의한 포토루미네선스 스펙트럼과 전계발광 스펙트럼을 조사한 바, 포토루미네선스 스펙트럼의 경우 추가적인 열처리를 진행하였을 경우, 이전보다 발광 세기가 감소함을 나타내었다. 이는 추가적인 열처리에 의해 InGaN/GaN 활성층이 손상되었기 때문이라고 추측된다. 그러나 전계발광 스펙트럼에서는 활성층이 손상되었음에도 불구하고 전계 발광세기가 3배 가량 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 20 mA 인가 시 4.2 V 에서 3.7 V로 전압이 감소하였다. 상기 결과로 미루어 볼 때 열처리에 의한 InGaN/GaN 활성층 손상에도 불구하고 광 세기가 크게 증가한 것은 금속유기화학증착장치의 in-situ 열처리에 의한 Mg가 충분히 활성화되지 못하였고, 추가적인 열처리에 의하여 p형 GaN에서 Mg-H 복합체의 분리로 인한 Mg 활성화가 더욱더 효과적으로 이루어졌기 때문이라고 추측된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.313-313
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• 2014

GaN계 물질 기반의 광 반도체는 조명 및 디스플레이 관련 차세대 광원으로 많은 관심을 받고 있고, 효율 증대를 위한 에피, 소자 구조 및 패키지 등의 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 투명 전극을 이용한 광 추출 효율의 증가에 대한 연구는 전체 외부양자효율을 증가시키는 중요한 기술로 각광을 받고 있다. 이러한 투명전극은 가시광 영역의 빛을 투과하면서도 전기 전도성을 갖는 기능성 박막 전극으로 산화인듐주석이 널리 사용되고 있으나 인듐 가격의 상승과 산화인듐주석 전극 자체의 크랙 특성으로 인하여 많은 문제점이 지적되고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 GaN계 발광 다이오드에 있어서 산화인듐주석 투명 전극의 대체 물질들에 대한 많은 연구들이 활발하게 이루어 지고 있다. 특히, 투명전극 층으로 사용되는 산화인듐주석 대체 박막으로 산화아연에 대한 연구가 각광을 받고 있는 실정이다. 또한, 발광 다이오드의 효율 증가를 위해 발광소자에 표면 요철 구조 형성과 나노구조체 형성 등 박막 표면의 구조 변화를 통한 광추출효율 향상에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 산화아연 박막을 투명전극으로 사용하였으며 광추출효율 향상을 위해 산화아연 투명전극에 패터닝을 형성하고, 그 위에 산화아연 나노막대를 형성하여 기존에 사용하던 산화아연 투명전극보다 우수한 추출효율 및 전류 퍼짐 향상 구조를 제안하고 이에 따른 LED 소자의 광추출효율 향상을 연구하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 c-면 사파이어 기판에 n-GaN, 5주기의 InGaN/GaN 다중양자우물 구조 및 p-GaN의 간단한 LED구조를 성장한 후, p-GaN층 상부에 원자층 증착법을 이용하여 투명전극인 산화아연 박막을 60 nm 두께로 증착하였다. 산화아연 투명전극만 증착한 LED-A와 이후 0.1% HCl을 이용한 습식식각을 통하여 산화아연 투명전극에 육각형 모양의 패턴을 형성한 LED-B, 그리고 LED-B위에 전기화학증착법을 이용하여 $1.0{\mu}m$의 산화아연 나노 막대를 증착한 LED-C를 제작하였다. LED-A, -B 및 -C에 대한 표면 구조는 SEM이미지를 통하여 확인한 바 산화아연의 육각 패턴과 그 상부에 산화아연의 나노막대가 잘 형성된 것을 확인하였다. I-L 분석으로부터 패턴이 형성되지 않은 산화아연 투명전극으로만 구성된 LED-A에 비하여 산화아연 투명 전극에 육각 패턴을 형성한 LED-B의 전계 발광 세기가 더욱 큰 것을 확인하였다. 또한, 육각 패턴에 산화아연 나노막대를 성장시켜 융합구조를 형성한 LED-C에서는 LED-B와 -A보다 더 큰 전계 발광세기를 확인할 수 있었다. 특히, 인가 전류가 고전류로 갈수록 LED-C의 발광세기가 더욱 강해지는 것으로 효율저하현상 또한 나노융합구조의 LED-C에서 확인할 수 있었다. 이는 기존 산화아연 투명전극에 육각형의 패턴 및 나노막대융합구조를 형성할 경우 전류퍼짐현상을 극대화 할 뿐 아니라, 추가적인 광추출효율 향상 효과에 의해 질화갈륨 기반LED 소자의 광효율이 증가된 것으로 판단된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.311-311
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• 2014

III-N계 물질로 이루어진 GaN 기반의 광 반도체는 직접 천이형 넓은 밴드갭 구조를 갖고 있기 때문에 적외선부터 가시광선 및 자외선까지를 포함한 폭 넓은 발광파장 조절이 가능하여 조명 및 디스플레이 관련 차세대 광원으로 많은 관심을 받고 있다. 하지만, GaN기반의 발광 다이오드는 많은 연구기관들의 오랜 연구에도 불구하고 고출력을 내는데 있어 여전히 많은 문제들이 존재한다. 그 중, 주입전류 증가에 따른 효율감소 현상은 출력을 저해하는 대표적인 요소로 알려져 있는데, 이전의 연구 결과에서 알려진 효율감소 현상의 원인으로 결정결함에 의한 누설전류, Auger 재결합, 이송자 넘침 현상 그리고 p-n접합부의 온도 상승 등의 현상이 알려져 있다 [1-2]. 하지만 여전히 주입 전류 증가에 따른 효율 감소 현상의 원인에 대해 명확한 해답은 없으며 아직도 많은 논의가 이루어 지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 GaN기반의 청색 및 녹색 LD와 LED소자를 이용하여 주입전류 밀도의 변화에 따른 자발 발광 영역에서의 효율감소 현상의 원인을 규명하고 한다. 유기금속화학증착법(MOCVD)를 이용하여 c면 사파이어 위에 서로 다른 발광파장을 가지는 InGaN/GaN 다중양자우물구조의 질화물계 LED와 LD 박막을 제작하였으며 성장 구조에 의한 특성으로 인해 발생하는 효율 저하 현상을 방지하고자 InGaN/GaN으로 이루어진 다중양자우물층의 조성만 제어하여 청색과 녹색으로 발광하도록 하였다. 청색 및 녹색 LD 웨이퍼들을 이용하여 주입전류 증가에 따른 발광특성을 조사하기 위해 LD와 LED는 표준 팹 공정에 의해 제작되었다. 전계 발광 측정을 위해 상온에서 직류 전류를 주입하여 GaN계 청색 및 녹색 LED와 LD에 각 5 mA/cm2에서 50 mA/cm2까지 전류밀도를 증가시킴에 따라 LD 및 LED칩 형태에 상관없이 청색 LD와 LED의 파장은 약 465nm에서 약 458nm로 감소하였고 녹색 LD와 LED의 파장은 약 521nm에서 약 511~513 nm까지 단파장화가 발생했다. 이는 동일한 웨이퍼에 동일한 전류 밀도를 주입하였기 때문에 발생하는 것으로 판단된다. 그러나, 청색 LED의 효율은 50 mA/cm2에서 약 70%정도로 감소하고 반면 녹색 LED의 경우 동일한 전류밀도 하에 약 52%정도로 감소하였지만, 청색과 녹색 LD의 경우 동일한 전류 밀도의 범위 내에서 더욱 낮은 효율저하 현상을 나타내었다. 또한, 접합 온도를 측정한 바 청색소자가 녹색 소자에 비하여 낮은 접합 온도를 나타낼 뿐아니라, 청색 및 녹색 LD의 경우 LED 보다 낮은 접합 온도를 나타내고 있었다. 이는 InGaN 활성층의 In 조성이 증가할수록 비발광 센터에 의한 접합온도 상승 뿐 아니라, LD ridge 구조에서 더 많은 열이 방출되어 접합 온도가 감소될 수 있는 것으로 판단된다. 우리는 동일한 웨이퍼에 LED와 LD를 제작하였고, 동일한 전류 주입밀도를 인가하였기 때문에 LD와 LED의 효율 감소 현상의 차이는 이송자 넘침 현상, 결정 결함, 오제 재결합 등이 원인보다 활성층의 접합 온도 상승이 가장 큰 영향이 될 수 있을 것으로 판단된다.