• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.228.2-228.2
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• 2013

본 논문은 InN와 GaN를 교대로 증착하는 교번성장법(Alternate Growth Method)을 이용해 형성한 높은 인듐(Indium) 조성을 갖는 InGaN (HI-InGaN) 구조의 열처리(Rapid Thermal Annealing, RTA) 온도 및 시간에 대한 구조와 광학적 특성을 Double Crystal X-ray Diffraction (DCXRD), Transmission Electron Microscopy와 Photoluminescence (PL) 장비를 사용하여 분석한 결과를 보고한다. DCXRD 스펙트럼에서 HI-InGaN 박막은 GaN(0002)로부터 $2.98^{\circ}$ 분리된 위치에서 회절 신호를 관찰 할 수 있다. 그리고 GaN와 HI-InGaN 신호 사이의 넓은 범위에서 미약하지만 신호가 관찰 되는데, 이는 InN와 GaN 계면에서 발생하는 상호확산 확률의 차이에 기인한 In 조성이 다른 InGaN 신호로 해석할 수 있다. 열처리 온도를 $775^{\circ}C$로 고정하고 시간을 10, 20, 30초로 각각 변화시켜 RTA를 진행한 DCXRD 스펙트럼에서 GaN(0002)로부터 $0.7{\sim}1.1^{\circ}$ 떨어진 위치에서 InGaN 피크를 확인 할 수 있다. RTA 시간이 증가 할수록 HI-InGaN 신호의 위치가 GaN 피크 방향으로 이동하며, 세기가 증가하는 것을 확인 할 수 있다. HI-InGaN의 PL 스펙트럼에서 상온 발광파장은 1369 nm 이며, 반치폭(Line-width)은 51.02 nm을 보였다. RTA 수행 후 발광파장에 따른 광세기가 각각 달라졌으며, 특히 900 nm 부근의 신호가 상대적으로 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. RTA에 따른 HI-InGaN의 구조 및 광학적 특성 변화를 InN와 GaN 계면에서 In, Ga 원자의 상호확산 효과현상으로 논의할 예정이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.425-426
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• 2013

IIIN계 물질 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. 일반적인 청색 및 녹색 발광영역의 활성층으로는 InGaN/GaN 다중양자우물구조를 사용하고 있으나, 장파장의 녹색 발광을 얻기 위해서는 인듐의 함유량이 증가하여야 한다. 하지만, 인듐의 함유량이 증가함에 따라서 InGaN/GaN 다중양자우물 구조내에서 인듐의 편석현상의 발생이 용이하게 되어 계면 특성을 저하할 뿐 아니라, 비발광 센터를 증가하여 발광 효율을 급격히 감소시키는 원인이 되고 있다. 또한, InGaN과 GaN의 큰 성장온도의 차이에 따라 800도 부근의 저온 영역에서 성장된 InGaN층이 1,000도 이상의 고온 영역에서 GaN층이 성장시 InGaN층의 열화 현상이 급격히 발생되고 있다. 이를 억제하기 위해서 금속유기화학증착법의 성장 변수 최적화, 응력제어, 도핑 등의 편석 억제기술 및 보호층이 사용되고 있다. 본 연구에서는 인듐함유량이 증가된 녹색 InGaN/GaN 다중양자우물구조에서 InGaN 우물층 상하부에 도입된 GaN 보호층에 따라 발생되는 양자우물구조의 광학 및 결정학적 특성 분석을 통해 GaN 보호층의 역할을 분석하고자 한다. 본 연구에서는 금속유기화학증착장치를 이용하여 사파이어 기판위에 GaN 템플릿을 성장하고, n-형 GaN, InGaN/GaN 다중양자우물구조 및 p-형 층을 성장하였다. 앞선 언급하였듯이, InGaN/GaN 다중양자우물구조내에 GaN 보호층의 역할을 규명하기 위하여 샘플 A의 경우는 보호층이 전혀 없는 구조이고, 샘플 B의 경우는 InGaN 우물층의 상단부에만, 샘플 C의 경우에는 우물층 상부 및 하단부 모두에 약 2.0 nm 두께의 GaN 보호층을 형성하였다. 이 보호층의 유무에 따른 다중양자우물구조의 계면 특성을 확인하기 위한 X-선 회절을 이용하였고, 광학적 특성을 확인하고 상온 포토루미네선스법을 이용하여 녹색 발광 파장의 변화 및 발광세기를 관찰하였다. 우선적으로, 상온 포토루미네선스법을 이용하여 각 샘플의 발광특성을 확인한 바 상하부 모두에 GaN 보호층이 존재하는 샘플 C의 경우 약 510 nm 부근에서 발광이 관찰되었지만, 상단부에 GaN 보호층이 존재하는 샘플 B는 약 495 nm영역에 발광이 확인되었다. 특히, 전혀 보호층이 존재하지 않는 샘플 A의 경우 약 440 nm에서 발광하는 현상을 관찰하였다. 이는 우물층 상단부 및 하단부에 존재하는 GaN 보호층이 In의 확산을 억제하는 것으로 판단된다. 또한, 발광파장 및 세기를 확인한 바, 보호층의 존재하지 않을수록 단파장화가 발생함에도 불구하고 발광세기는 급격히 약해지는 것으로 보아 계면특성이 저하되어 비발광센터가 증가되는 것으로 판단된다. 이를 구조적으로 확인하기 위하여 X-선 회절법을 통한 ${\omega}$/$2{\Theta}$ 스캔의 결과는 In의 0차 피크가 GaN 보호층이 없을 경우 GaN의 피크 방향으로 이동하는 것으로 보아 GaN 보호층은 우물층 성장 후 GaN 장벽층을 성장하기 위해 온도를 증가시키는 과정에서 In의 확산되는 것으로 판단된다. 또한, 하부 GaN 보호층의 경우 GaN 장벽층 성장 후 온도를 감소시키는 과정에서 성장되므로, 우물층으로부터 In의 탈착현상이 아닌 장벽층과의 상호 확산으로 판단된다. 또한, 계면특성을 확인하기 위해 InGaN의 X-선 위성 피크를 확인한 바 샘플 A의 경우 매우 넓고 약한 피크가 관찰된 반면, 보호층이 존재하는 샘플 B와 C의 경우 강하고 얇은 피크가 확인되었다. 이는 GaN 보호층의 도입으로 인해 계면특성이 향상되는 것으로 판단된다. 따라서, 우리는 InGaN/GaN 다중양자우물구조에서 GaN 보호층은 상부의 열화 억제 뿐아니라, 하부의 장벽층 및 우물층 사이의 상호확산을 억제하는 GaN 보호층의 도입을 통하여 우수한 계면 특성 및 비발광센터의 억제를 얻을 수 있을 것으로 생각되며, 이는 향후 GaN계 발광다이오드의 전계 발광특성을 증가하여 우수한 발광소자를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.175-175
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• 2010

이전 연구에서는 사파이어 기판 위에 이종에피성장 방법으로 성장한 높은 인듐 조성의 극박 InGaN/GaN 다층 양자우물 구조를 이용한 근 자외선 (near-UV) 영역의 광원에 대하여 보고하였다. 본 연구에서는 HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) 법을 이용하여 성장된 free-standing GaN 기판 위에 유기금속 화학증착법 (MOCVD) 을 이용하여 GaN 동종에피박막과 높은 인듐 조성의 InGaN/GaN 다층 양자우물을 성장하였고 그 특성을 분석하였다. Free-standing GaN 기판은 표면 조도가 0.2 nm 인 평탄한 표면을 가지며 $10^7/cm^2$ 이하의 낮은 관통전위밀도를 가진다. Freestanding GaN 기판 위에 성장 온도와 V/III 비율을 조절하여 GaN 동종에피박막을 성장하였다. 또한 100 nm 두께의 동종 GaN 박막을 성장한 후에 활성층으로 이용될 높은 인듐 조성의 InGaN/GaN 다층 양자우물구조를 성장하였다. Free-standing GaN 기판 위에 성장된 GaN 동종에피박막과 다층 양자우물구조의 표면 형상은 주사 탐침 현미경 (scanning probe microscopy, SPM) 을 이용하여 관찰하였고 photoluminescence (PL) 측정과 cathodoluminescence (CL) 측정을 통하여 광학적 특성을 확인하였다. 사파이어 기판 위에 성장된 2 um 의 GaN을 이용하여 성장된 높은 인듐 조성의 InGaN/GaN 다층 양자우물의 결함밀도는 $2.5 \times 10^9/cm^2$ 이지만 동일한 다층 양자우물구조가 free-standing GaN 기판 위에 성장되었을 경우 결함 밀도는 $2.5\;{\times}\;10^8/cm^2$로 감소하였다. Free-standing GaN 기판의 관통전위 밀도가 $10^7/cm^2$ 이하로 낮기 때문에 free-standing GaN 기판에 성장된 높은 인듐 조성의 다층 양자우물구조의 결함밀도가 GaN/sapphire 에 성장된 다층 양자우물의 결함밀도 보다 감소했음을 알 수 있다. Free-standing GaN 기판에 성장된 다층 양자 우물은 성장온도에 따라 380 nm 에서 420 nm 영역의 발광을 보이며 PL 강도도 GaN/sapphire 에 성장한 다층 양자우물의 PL 강도 보다 높은 것을 확인할 수 있다. 이것은 free-standing GaN 기판에 성장된 높은 인듐 조성의 InGaN/GaN 다층 양자우물구조의 낮은 결함밀도로 인하여 활성층의 발광 효율이 개선된 것임을 보여준다.

• Journal of Ceramic Processing Research
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• v.13 no.spc1
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• pp.93-95
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• 2012

We report on the growth and characterization of the nano- and micro scale GaN structures selectively grown on the vertex of GaN stripes using the metal organic vapor phase epitaxy method and conventional photolithography technique. The triangular shaped nano- and micro GaN structures which have semi-polar {11-22} facets were formed only on the vertex of the lower GaN stripes. Crystalline defects reduction was observed by transmission electron microscopy for upper GaN stripes. We also have grown the InGaN/GaN multi-quantum well structures on the semi-polar facets of the upper GaN stripes. Cathodoluminescence images were taken at 366, 412 and 555 nm related to GaN band edge, InGaN/GaN layer and defects, respectively.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.32 no.6
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• pp.441-446
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• 2023

Electrical and optical characteristics of the GaN-based light-emitting diode (LED) with the improved multi-quantum well (MQW) structure have been studied for light source in bio-sensing systems. Novel GaN/In_0.1GaN/In_0.2GaN/In_0.1GaN/GaN and Al_0.1GaN/GaN/In_0.2GaN/GaN/Al_0.1GaN (MQW) structures were suggested, and their radiative recombination rate, light output power, electroluminescence, and external quantum efficiency were compared with those of the conventional GaN/In_0.2GaN/GaN MQW structure using device simulation. The LED with the GaN/In_0.1GaN/In_0.2GaN/In_0.1GaN/GaN MQW structure showed an excellent recombination rate of 5.57 × 10²⁸ cm^-3·s^-1 that was more than one order improvement over that of the conventional LED. In addition, the efficiency droop was relieved by the suggested stepped MQW structure.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.16 no.2
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• pp.89-96
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• 2003

Photoluminescence (PL) and photoluminescence excitation (PLE) spectroscopy have been performed at 6 K on the 1540 nm $^4$I$\_$(13/2)/\longrightarrow$^4$I$\_$(15/2)/ emission of Er$\^$+3/ in in situ Er-doped GaN The PL and PLE spectra of in situ Er-doped GaN are compared with those of Er-implanted GaN in this study. The lineshapes of the broad PLE absorption bands and the broad PL bands in the spectra of the in situ Er-doped GaN are similar to those in Er-doped glass rather than in the Er-implanted GaN. The PL spectra of this in situ Er-doped GaN are independent of excitation wavelength and their features are significantly different from the site-selective PL spectra of the Er-implanted GaN. These PL and PLE studies reveal that a single type of Er$\^$3+/ sites is present in the in situ Er-doped GaN and these Er sites are different from those observed in the Er-implanted GaN. In addition, the comparison of the PL single strength illustrates that the excitation of Er$\^$3+/ sites through the energy absorption of defects in Er-implanted GaN.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2012.10a
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• pp.251-254
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• 2012

In this paper, the output characteristics of GaN-based LED considering quantum well structure are analyzed. The basic structure of the LED consists of active region of GaN barrier and InGaN quantum well between AlGaN EBL(Electron Blocking Layer) and AlGaN HBL(Hole Blocking Layer) on GaN buffer layer. The output power, internal quantum efficiency characteristics of LED active region considering thickness of quantum well, number of quantum well and doping of barrier are analyzed using ISE-TCAD.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• v.14 no.4
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• pp.478-483
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• 2014

We propose a new method which can extract the information about the electronic traps in the semi-insulating GaN buffer of AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors (HFETs) using a simple test structure. The proposed method has a merit in the easiness of fabricating the test structure. Moreover, the electric fields inside the test structure are very similar to those inside the actual transistor, so that we can extract the information of bulk traps which directly affect the current collapse behaviors of AlGaN/GaN HEFTs. By applying the proposed method to the GaN buffer structures with various unintentionally doped GaN channel thicknesses, we conclude that the incorporated carbon into the GaN back barrier layer is the dominant origin of the bulk trap which affects the current collapse behaviors of AlGaN/GaN HEFTs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.119-119
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• 1999

GaN-based 물질들은 blue와 UV 영역의 LED, LD와 같은 광소자가 상용화되었을 뿐만아니라 HBT, FET와 같은 전기소자로도 널리 응용될 시점이지만 아직까지 해결되지 않은 문제점들이 있다. 그 중에 하나가 바로 GaN의 격자상수와 일치하는 기판이 없어 발생하는 dislocation인데, 이를 해결하기 위한 방법으로 새로운 기판이나, buffer, 또는 새로운 성장방법(ELOG) 등을 시도하고 있으나 dislocation density는 아직 높은 (107~1010cm-2) 상태이다. 이에 본 연구에서는 dislocation을 줄이기 위한 방책으로 InxGa1-xN를 새로운 buffer층으로 사용하여 GaN 박막을 MBE 방법으로 성장하였다. InxGa1-xN를 선택한 이유는 GaN와의 격자상수차이가 In0.12Ga0.88N일 경우 거의 일치한다는 보고가 있으며, 특히 InGaN의 melting point는 GaN의 성장온도 보다는 약간 높기 때문에 GaN 박막을 성장할 때와 식힐 때의 InGaN 원자결합은 약하게 작용되며, 결국 이는 열적인 stress를 줄여주게 된다. 이와 같이 성장된 GaN 박막은 그 결정성을 XRD로 분석하였고, 표면과 계면을 SEM으로 관찰하였다. 그리고 그 광학적 특성을 저온 PL로서 조사하였다. 그 결과를 살펴보면 35$^{\circ}$ 근방에서 GaN(0002) peak가 나온 것으로 보아 wurtzite 구조가 성장됨을 XRD로부터 확인하였다. 그리고 저온 (12K) PL에서는 3.470eV의 D$^{\circ}$X peak뿐만 아니라 3.258eV에 해당하는 peak를 얻었는데, 이는 InxGa1-xN buffer layer의 vapour pressure가 높은 (<50$0^{\circ}C$)에 도달하게 됨으로써 dissociation이 일어나면서 초기 성장이 이루어졌고 이는 다시 계면에서의 inter-diffusion을 발생시킨 것으로 보여진다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.17 no.1
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• pp.6-10
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• 2007

The a-plane GaN layer on r-plane $Al_2O_3$ substrate is grown by mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE). The GaN/InGaN heterostructure is performed by selective area growth (SAG) method. The heterostructure consists of a flown over mixed-sourec are used as gallium (or indium) and nitrogen sources. The gas flow rates of HCl and $NH_3$ are maintained at 10 sccm and 500 sccm, respectively. The temperatures of GaN source zone is $650^{\circ}C$. In case of InGaN, the temperature of source zone is $900^{\circ}C$. The grown temperatures of GaN and InGaN layer are $820^{\circ}C\;and\;850^{\circ}C$, respectively. The EL (electroluminescence) peak of GaN/InGaN heterostructure is at nearly 460 nm and the FWHM (full width at half maximum) is 0.67 eV. These results are demonstrated that the heterostructure of III-nitrides on r-plane sapphire can be successfully grown by mixed-source HVPE with multi-sliding boat system.