A zinc oxide (ZnO) single crystal was used as a substrate in the hydride vapor-phase epitaxy (HVPE) growth of GaN and the structural and optical properties of GaN layer were characterized by x- ray diffraction, transmission electron microscopy, secondary ion mass spectrometry, and photoluminescence (PL) analysis. Despite a good lattice match and an identical structure, ZnO is not an appropriate substrate for application of HVPE growth of GaN. Thick film could not be grown. The substrate reacted with process gases and Ga, being unstable at high temperatures. The crystallinity of ZnO substrate deteriorated seriously with growth time, and a thin alloy layer formed at the growth interface due to the reaction between ZnO and GaN. The PL from a GaN layer demonstrated the impurity contamination during growth possibly due to the out-diffusion from the substrate.
We have implanted on sapphire substrate with various ions and investigated the properties of GaN epilayers grown on implanted sapphire substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Sapphire is typical substrate for GaN epilayers. However, there are many problems such as lattice mismatch and thermal coefficient difference between sapphire substrate and GaN. The ion implanted substrate's surface had decreased internal tree energies during the growth of the GaN epilayer, md the misfit strain was relieved through the formation of an AlN phase on the ions implanted sapphire(0001) substrates. [1] The crystal and optical properties of GaN epilayer grown in ions implanted sapphire(0001) substrate were improved.
We demonstrated that self-separation FS-GaN (freestanding-GaN) was grown on MELO (maskless epitaxially lateral overgrowth) GaN template by horizontal HVPE (hydride vapor phase epitaxy). Before thick GaN grwoth, MELO GaN template was grown on patterned GaN template by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). The laterally overgrown GaN would consist of a continuous well coalesced layer. The mixed TDD (threading dislocation density) of seed and wing region were $8{\times}10^8cm^{-2}$ and $7{\times}10^7cm^{-2}$, respectively. After thick GaN grown by HVPE, the self-separation between thick GaN and sapphire substrate was generated at seed region. The regions of self-separation for FS-GaN and sapphire were observed by FE-SEM. Moreover, Raman results indicated that the compressive strain of seed and wing regions at FS-GaN substrate were slightly released compared to that of thick GaN grown on conventional GaN template. The optical properties of the FS-GaN substrate were examined by using PL (photoluminescence). The PL exhibited that donor bound exciton and donor acceptor pair were observed at low temperature. The effects on optical and structural properties of FS-GaN substrate have been discussed in detail.
Si 기판 위에 GaN의 성장은 Si이 사파이어보다 값이 저렴하고, 기존의 Si의 직접회로 공정에 GaN를 쉽게 접목시킬 수 있는 측면에서 다양한 장점이 있다. 그러나, Si은 GaN와의 격자상수와 열팽창계수의 차이가 사파이어보다 크며, 이로 인해 격자부정합에 의한 여러 결함을 발생시킨다. 따라서, Si 기판 위에 고품질의 GaN를 얻기 위해서는 AlN과 같은 완충층을 사용하여 격자부정합에 의한 결함을 줄여야 한다. 본 연구에서는 Si (111) 기판 위에 MOCVD, 스퍼터링과 MOMBE의 3가지 방법으로 결정성이 다른 3가지 유형의 AlN 완충층을 얻은 후, MOCVD법으로 GaN를 증착시켜 각각의 성장특성을 비교하였다. AlN 완충층과 GaN의 격자결합, 완충층의 표면 거칠기가 격자결함에 미치는 영향, 결정성, 성장방향, 결함(공공, 적층결함, 전위) 등을 TEM, XRD를 이용해 비교 분석하였다. AlN완충층의 결정성은 GaN의 성장에 있어 매우 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 초기 성장과정에서 MOCVD과 MOMBE 법으로 성장시킨 AlN 완충층은 GaN 초기 성장에서 out-of-plane의 성장방향이 틀어지는 것을 감소시켜 주었다.
Group III-nitride semiconductors have been widely studied as the materials for growth of light emitting devices. Currently, GaN devices are predominantly grown in the (0001) c-plane orientation. However, in case of using polar substrate, an important physical problem of nitride semiconductors with the wurtzite crystal structure is their spontaneous electrical polarization. An alternative method of reducing polarization effects is to grow on non-polar planes or semi-polar planes. However, non-polar and semipolar GaN grown onto r-plane and m-plane sapphire, respectively, basically have numerous defects density compared with c-plane GaN. The purpose of our work is to reduce these defects in non-polar and semi-polar GaN and to fabricate high efficiency LED on non/semi-polar substrate. Non-polar and semi-polar GaN layers were grown onto patterned sapphire substrates (PSS) and nano-porous GaN/sapphire substrates, respectively. Using PSS with the hemispherical patterns, we could achieve high luminous intensity. In case of semi-polar GaN, photo-enhanced electrochemical etching (PEC) was applied to make porous GaN substrates, and semi-polar GaN was grown onto nano-porous substrates. Our results showed the improvement of device characteristics as well as micro-structural and optical properties of non-polar and semi-polar GaN. Patterning and nano-porous etching technologies will be promising for the fabrication of high efficiency non-polar and semi-polar InGaN LED on sapphire substrate.
The structural, electrical and optical properties of GaN epilayers grown on various ion-implanted sapphire(0001) substrates by MOCVD were investigated. Sapphire substrates have been widely adopted to grow high quality GaN epilayer despite the large differences of lattice constant and thermal expansion coefficient between them. So, GaN or AlN buffer layer and pre-treatment was indispensably introduced before the GaN epilayer growth. The ion-implanted substrate's surface had decreased internal free energies during the growth of the ions implanted sapphire(0001) substrates. The crystal and optical properties of GaN epilayers grown in ions implanted sapphire(0001) substrate were improved. Also, excessively roughened and modified surface by ions degraded the GaN epilyers. Not only the ionic radius but also the chemical species of implanted sapphire(0001) substrates could improve the properties of GaN epilayers grown by MOCVD. This result implies that higher quality of GaN epilayers was achieved by using ion-implanted sapphire(0001) substrate with various ions.
Jung, Se-Gyo;Jeon, Hunsoo;Lee, Gang Seok;Bae, Seon Min;Kim, Kyoung Hwa;Yi, Sam Nyung;Yang, Min;Ahn, Hyung Soo;Yu, Young Moon;Kim, Suck-Whan;Cheon, Seong Hak;Ha, Hong Ju;Sawaki, Nobuhiko
Journal of Ceramic Processing Research
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제13권spc1호
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pp.128-131
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2012
The selective area growth light emitting diode on GaN substrate was grown using mixed-source HVPE method with multi-sliding boat system. The GaN substrate was grown using mixed-source HVPE system. Te-doped AlGaN/AlGaN/Mg-doped AlGaN/Mg-doped GaN multi-layers were grown on the GaN substrate. The appearance of epi-layers and the thickness of the DH was evaluated by SEM measurement. The DH metallization was performed by e-beam evaporator. n-type metal and p-type metal were evaporated Ti/Al and Ni/Au, respectively. At the I-V measurement, the turn-on voltage is 3 V and the differential resistance is 13 Ω. It was found that the SAG-LED grown on GaN substrate using mixed-source HVPE method with multi-sliding boat system could be applied for developing high quality LEDs.
Sapphire substrate was patterned by a selective chemical wet etching technique, and GaN/InGaN structures were grown on this substrate by MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy). The surface of grown GaN on patterned sapphire substrate (PSS) has good morphology and uniformity. The patterned sapphire substrate LED showed better light output than conventional LED that improvement 50%. We think these results come from enhancement of internal quantum efficiency by decrease of threading dislocation and increase of light extraction efficiency. Also these LED showed more uniform emission distribution in angle than conventional LED.
A hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method was performed to prepare the thick-fi lm GaN on AIN/Si substrates. We obtained substrate-free GaN. The foul t-width at half maximum of double crystal X-ray rocking curve from 350 ${\mu}{\textrm}{m}$ thick substrate-free GaN was ~1000 arcsec. The photoluminescence spectrum (at 20 K) shows the narrow bound exiton (I$_2$) line and wealth donor-acceptor pair recombination however. there was not observed deep donor-accepter pair recombination indicate the substrate-free GaN crystal prepared in this study are of high purity and high crystalline quality.
일반적인 산화 절연 게이트 대신 $BaTa_2O_6$를 사용한 GaN metal-insulator-semiconductor(MIS) 구조를 제작하였다. $Al_2O_3$(0001) 기판 위에서와 GaAs(001) 기판 위에서의 GaN 막의 누설 전류는 각각 $10^{-12}-10^{-13}A/cm^2$와 $10^{-6}-10^{-7}A/cm^2$로 측정되었다. 이 막의 누설전류는 각각 $Al_2O_3$(0001) 기판 위의 GaN인 경우는 45 MV/cm가 넘는 공간전하 제한전류에 의하여, GaAs(001) 기판 위의 GaN인 경우는 Poole-Frenkel 방출에 따른다는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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