• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.44 no.4
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• pp.91-96
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• 2007

The light extraction efficiency in GaN-on-sapphire LEDs based on a simple model was analyzed qualitatively. The light extraction efficiency in the LEDs is simulated numerically by using ray tracing method. In the present study, the extraction efficiency was simulated on flat LED and PSS(patterned sapphire substrate) LED. The role of the patterned sapphire substrate in PSS LED are analyzed and discussed. And, the effects of reflectance on flat LED and PSS LED were investigated. This analysis of simulation results provide a numeric figure for the extraction efficiency of LEDs and are helpful in the design of high brightness GaN LEDs.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.4
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• pp.278-282
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• 2001

The recombination motion of Partial dislocations on basal slip (0001) 1/3<1120> in sapphire ($\alpha$-Al$_2$$O_3$) single crystals was investigated using the four-point bending test with the prism plane (1120) samples. These bending experiments were carried but in the temperature range from $1200^{\circ}C$ to $1400^{\circ}C$ at various engineering stresses 90MPa, 120MPa, and 150MPa. During these tests it was shown that an incubation time was needed for basal slip to be activated. The activation energy for the incubation time was 5.6-6.0eV in the temperature range from $1200^{\circ}C$ to $1400^{\circ}C$. The incubation time is believed to be related to recombination of climb dissociated partial dislocations via self-climb. In addition, these activation energies are nearly same as those for oxygen self-diffusion in $Al_2$$O_3$ (approximately 6.3 eV). Thus, the recombination of the two partial dislocations would be possibly controlled by oxygen diffusion on the stacking fault between the partials.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.323-324
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• 2011

현재 많은 blue LED소자의 제작 공정과 소자 표면에 texturing하는 과정이 보고되어 있다. 그 중n층이 위로 올라오는 수직형 LED 구조로 인해 표면 texturing 기술은 빛의 발광 효율을 증가 시킬 수 있는 중요한 기술 중 하나가 되었다. 1 이 연구에서, 우리는 InGaN을 바탕으로 한 LED 소자의 표면 roughening을 건식과 습식 공정을 모두 거치는 과정을 통하여 소자의 발광 효율을 높이는 시도를 하였다. 최근 전도성 물질 기판 위에 증착 되어 있는 수직형 LED 소자 2,3,4는 과거의 사파이어 기판 위에 증착 되어 있는 형태의 LED 소자에 비해 우수한 소자 특성을 보인다. 이는 과거 사파이어 기판을 사용함으로써 낮은 열적 특성과 더불어 전기 정도성에 몇 가지 제약을 초래하게 되었기 때문이다. 반면, 전도성 기판은 LED 구조의 back side ohmic contact을 가능하게 하였고, 더 나은 확산 특성을 보여 주었고 작동 전압 또한 감소 하였다. N층이 위에 있는 수직형 LED 소자는 KrF pulsed excimer laser로 인해 실현 되었다. 이 laser 빛이 투명한 사파이어 기판을 통해 얇은 GaN층에 입사되면, 기판과 GaN가 분리된다. 이 레이저 기술은 laser lift-off(LLO)로 성장된 기판으로부터 LED 구조를 분리하는데 성공하게 하였다. 우리는 건식 식각 공정을 이용하여 n 층이 위에 올라와 있는 구조인 수직형 LED 소자에 roughening을 주고 다시 이 표면에 습식 식각 공정을 적용하여 거친 부분의 거칠기를 또 한번 증가시켰다. 그리고 이 거칠어진 표면은 이 공정이 진행 되기 전의 소자에 비해 빛의 발광 효율이 증가 되었다. 이 두 공정을 포함한 식각 공정은 두 가지 장점이 생겼는데, 한가지는 GaN에서 외부로 방출할 수 있는 표면 지역이 증가되었고, 다른 한가지는 가파른 거칠기 특성으로 인해 critical angle을 증가시킨 것이다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.39 no.1
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• pp.1-6
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• 1995

The surface of a sapphire substrate used for hetero-epitaxy was chemically polished in a mixture of $H_3PO_4\;and\;H_2SO_4$ solution. The extent of etching for various crystal orientations was found to be dependent on the etching time at $315{\pm}2^{\circ}C$ and at the composition of $H_2SO_4 : H_3PO_4$=3 : 1. In addition, the etching rates of the substrates were investigated in the mixture of $H_2SO_4 : H_3PO_4$=3 : 1 by volume and in the temperature range of 280~320$^{\circ}C$. From the plot of log R against 1/T, the activation penergy ($(E_a)$) was found to be in the order of $({\bar1}012) > (10{\bar1}0) > (11{\bar2}0) > (0001)$ plane. After removing the surface layers of the sapphire with (0001), $({\bar1}012),\;(10{\bar1}0)\;and\;(11{\bar2}0)$ plane by a thickness of 64.6, 46.5, 16.2 and 5.1 ${\mu}m$, respectively, the morphology of the resulting surface was observed by SEM.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.10 no.4
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• pp.337-343
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• 2000

Prism plane slip {11$\bar{2}$0}1/3{$\bar{1}$120} location velocity in sapphire ($\alpha$-Al$_2$O$_3$) single crystals was measured by etch-pit method. The dislocation velocities were measured as a function of temperature and stress between $1150^{\circ}C$ and $1400^{\circ}C$ for engineering stresses in the range 140 to 250 MPa. The dependence of temperature and stress in dislocation velocity was investigated. The activation energy for dislocation velocity was determined to be 4.2$\pm$0.4 eV. On the other hand, the stress exponent (m) describing the stress dependence of dislocation velocities was in the range of 4.5$\pm$0.8. Through this experiments, it was reconfirmed that the basal plane in sapphire single crystals has the 3-fold symmetry.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.6
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• pp.508-511
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• 2001

Experimental studies of the brittle-ductile transition (BDT) for pre-cracked sapphire single crystals were carried out. The BDT temperature in sapphire single crystals were $1000\pm$$25^{\circ}C$ and 1100$\pm$$25^{\circ}C$ at constant strain rate 3.3$\times$$10^{-5}$/sec and 3.3$\times$$10^{-6}$/sec, respectively. With aid of the BDT model, the activation energy for prism plane slip {1120} <1100> dislocation velocity was in the range of 4.6$\pm$2.3eV This activation energy for dislocation velocity with BDT model was compatible with the result of the dislocation velocity (3.8eV) using the etch-pit techniques.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.9
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• pp.5748-5755
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• 2015

Scribing is cutting process to determine production amount and characteristic of LED chip. So it is an important process for fabrication of LED chip. Mechanical process and conventional scribing process with laser source has several problems such as thermal deformation, decreasing of material strength and limitation of cutting region. To solve these problems, internal laser scribing process that generates void in wafer and derives self-crack has been researched. However, studies of sapphire wafer cutting by internal laser scribing process for fabrication of LED chip are still insufficient. In this paper, cutting parameters were determined to apply internal laser scribing process for sapphire wafer for fabrication of LED chip. Then, foundation of cutting condition was established to set up internal laser scribing system through investigation of cutting characteristics by several experiments.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.14 no.4
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• pp.222-228
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• 2005

Undoped GaN epitaxial layer was grown on c-plane sapphire substrate by a two-step growth with metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD). We have investigated the effects of the variation of final growth temperature on surface morphology, roughness, crystal quality, optical property, and electrical property In a horizontal MOCVD reactor, the film was grown at 300 Tow low-pressure with a fixed nucleation temperature of $500^{\circ}C$, varing the final growth temperature from $850\~1050^{\circ}C$ . The undoped GaN epilayers were characterized by atomic force microscopy, high-resolution x-ray diffractometer, photoluminescence, and Hall effect measurement.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.132.1-132.1
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• 2013

현재 고품위GaN 박막 성장은 사파이어 기판이 주로 사용되며, 사파이어 기판 상에 저온에서 질화물 완충층을 선성장한 후 고온에서 GaN 박막을 성장하는 2단계 공정법을 일반적으로 택하고 있다. 본 연구에서는 새롭게 주목받고 있는 신소재인 그래핀을 본 실험실에서 기개발한 확산이용형성법을 이용하여 사파이어 기판에 직접 코팅하여 이를 완충층으로 사용한 후, MOCVD를 이용하여 저온 완충 층의 성장없이 고온에서 직접 성장한 GaN 박막에 관한 연구를 진행하였다. 매우 얇은 두께인 ~0.6 nm의 그래핀을 완충층으로 도입함으로써 GaN의 성장모드가 3차원 모드에서 2차원 모드로 바뀜을 확인 할 수 있었고, 그래핀 완충층의 두께가 점점 두꺼워짐에 따라 고온 성장한 GaN 박막의 구조적, 광학적 특성이 향상되어 기존의 2단계 성장법으로 얻은GaN 박막의 특성에 비견할 만큼 향상됨을 확인할 수 있었다. 그래핀상에 성장한 GaN 박막과 2단계 성장법으로 성장한 GaN 박막 상에 동일한 InGaN/GaN 다중양자우물구조를 형성하여 유사한 내부양자효율을 얻을 수 있게 되어, 그래핀을 완충 층으로 한 GaN 박막의 광전 소자에의 응용가능성을 확인 할 수 있었다.