• 한국진공학회지
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• 제9권4호
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• pp.400-405
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• 2000

유기금속 소스의 농도를 연속적으로 in-situ 측정이 가능한 EPISON ultrasonic monitor를 이용하여 TMIn(trimethly-indium)의 소스 고갈이 InGaAs, InGaAsP bulk 에피층과 1.55 $mu extrm{m}$ InGaAs/InGaAsP SMQW (strained multi-quantum well)에 미치는 영향을 조사하였다. TMIn 소스는 사용량이 80%에서 급격하게 소스 고갈 현상을 보였다. TMIn 소스는 사용량이 80%에서 급격하게 소스 고갈 현상을 보였다. TMIn 소스 고갈에 의한 에피층의 특성 변화를 조사한 결과, bulk 에피층의 경우에는 소스가 고갈 되기 전에 성장한 에피층과 비교하여 DCXRD(double crystal X-ray diffractometry) spectrum에서 피크 분리가 약 300 arcsec정도 Ga-rich 방향으로 이동하였으며 relative FWHM은 약 2배 가량 증가하는 것을 보였다. SMQW 구조에서는 bulk 에피층과는 달리, PL 중심파장에서도 약 40 nm 정도 단파장쪽으로 이동하였으며, 피크 분리는 약 300 arcsec정도 Ga-rich 방향으로 이동하였다. 하지만, EPISON의 closed loop 기능을 사용할 경우에는 TMIn 소스 사용량이 95%에서도 피크 분리가 $\pm$100 arcsec이내의 재현성 있는 에피층 성장이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

• 한국광학회지
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• 제12권4호
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• pp.312-319
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• 2001

본 연구에서는 기존의 RWG LD(Ridge waveguide laser diode)보다 Ridge 폭의 제어가 쉽고 Planar화에 유리하며 측방향의 굴절률차를 성장층의 두께로 조절이 가능한 Buried RWG LD를 제안하였다. 이론해석의 결과로부터 효율적으로 동작하는 MQW B-RWG(Multi-quantum well buried ridge waveguide)LD를 제작하기 위해서는 제작하고자 하는 Ridge 폭에 따라 측장향 유효굴절률차 $\Delta_{nL}$ 의 임계값보다 약간 크게 되도록 유효굴절률 조절을 위한 $d_2(\lambda_g=1.25{\mu}m, InGaAsP layer) 층과 P-InP cald 층인 $d_3$층의 두께를 제어해야 하며 임계전류값이 최소로 되면서 측방향에서 단일모드로 동작하도록 Ridge 폭을 설계해야 한다. 그리고 측방향 유효굴절률차를 적절히 조절한다면 $6~9{\mu}m$의 Ridgechr을 가지면서 단일모드로 동작하는 LD제작이 가능함을 알 수 있었다.

• 한국광학회지
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• 제18권2호
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• pp.155-161
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• 2007

본 논문에서는 GaN/InGaN 다중양자우물(MQW)의 청색 발광 다이오드(LED)에서의 3차원적인 전류 및 2차원적인 광 분포를 보여 주기 위해 새롭고 간단한 3차원 회로 모델링과 해석이 처음으로 제안되었으며 이를 실험적으로 검증하였다. LED의 회로 파라미터들은 금속 및 에피 박막의 저항과 다이오드만으로 이루어져 있으며 각각의 파라미터는 전송선 모델(TLM) 및 전압-전류의 특성으로부터 얻을 수 있다. 제안된 방법과 회로 파라미터를 상부로 발광하는(top-surface emitting) LED에 적용하여 금속 및 에피 박막의 각 저항 변화에 따라 활성층을 지나가는 전류 분포의 효과를 정량적으로 해석하였다. 그리고 제작된 청색 LED 소자의 발광 분포는 p-전극 주위에서 어두운 발광 분포를 보이는 해석 결과와 유사한 경향을 보여주었다.

• 한국재료학회지
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• 제25권1호
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• pp.1-8
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• 2015

This study suggested comprehensive structural characterization methods for the commercial blue light emitting diodes(LEDs). By using the Z-contrast intensity profile of Cs-corrected high-angle annular dark field scanning transmission electron microscope(HAADF-STEM) images from a commercial lateral GaN-based blue light emitting diode, we obtained important structural information on the epilayer structure of the LED, which would have been difficult to obtain by conventional analysis. This method was simple but very powerful to obtain structural and chemical information on epi-structures in a nanometer-scale resolution. One of the examples was that we could determine whether the barrier in the multi-quantum well(MQW) was GaN or InGaN. Plan-view TEM observations were performed from the commercial blue LED to characterize the threading dislocations(TDs) and the related V-pit defects. Each TD observed in the region with the total LED epilayer structure including the MQW showed V-pit defects for almost of TDs independent of the TD types: edge-, screw-, mixed TDs. The total TD density from the region with the total LED epilayer structure including the MQW was about $3.6{\times}10^8cm^{-2}$ with a relative ratio of Edge- : Screw- :Mixed-TD portion as 80%: 7%: 13%. However, in the mesa-etched region without the MQW total TD density was about $2.5{\times}10^8cm^{-2}$ with a relative ratio of Edge- : Screw- :Mixed-TD portion of 86%: 5%: 9 %. The higher TD density in the total LED epilayer structure implied new generation of TDs mostly from the MQW region.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.463-463
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• 2010

고휘도 고효율 백색 LED (lighting emitting diode)가 차세대 조명광원으로 급부상하고 있다. 백색 LED를 생산하기 위한 공정에서 MOCVD (유기금속화학증착)장비를 이용한 Epi wafer공정은 에피층과 기판의 격자상수 차이와 열팽창계수차이로 인하여 생성되는 에피결함의 제거를 위하여 기판과 GaN 박막층 사이에 완충작용을 해줄 수 있는 버퍼층 (Buffer layer)을 만들고 그 위에 InGaN/GaN MQW (Multi Quantum Well)공정을 하여 고휘도 고효율 백색 LED를 구현할 수 있다. 이 공정에서 기판의 온도가 불균일해지면 wafer 파장 균일도가 나빠지므로 백색 LED의 yield가 떨어진다. 균일한 기판 온도를 갖기 위한 조건으로 기판과 induction heater의 간격, 가스의 흐름, 기판의 회전, 유도가열코일의 디자인 등이 장비의 설계 요소이다. 코일에 교류전류를 흘려주면 이 코일 안 또는 근처에 있는 도전체에 와전류가 유도되어 가열되는 유도가열 방식은 가열 효율이 높아 경제적이고, 온도에 대한 신속한 응답성으로 인하여 열 손실을 줄일 수 있으며, 출력 온도 제어의 용이성 및 배출 가스 등의 오염 없다는 장점이 있다. 본 연구에서는 유도가열방식의 induction heater를 이용하여 회전에 의한 기판의 온도 균일도 측정을 하였다. 기초 실험으로 저항 가열 히터를 통하여 대류에 의한 온도 균일도를 평가하였다. 그 결과 gap이 3 mm일 때, 평균 온도 $166.5^{\circ}C$ 에서 불균일도 6.5 %를 얻었으며 이를 바탕으로 induction heater와 graphite susceptor의 간격이 3 mm일 때, 회전에 의한 온도 균일도를 측정을 하였다. 가열원은 induction heater (viewtong, VT-180C2)를 사용하였고, 가열된 graphite 표면의 온도를 2차원적으로 평가하기 위하여 적외선 열화상 카메라(Fluke, Ti-10)을 이용하여 온도를 측정하였다. 기판을 회전하면서 표면 온도의 평균과 표준 편차를 측정한 결과 2.5 RPM일 때 평균온도 $163^{\circ}C$ 에서 가장 좋은 5.5 %의 불균일도를 확인할 수 있었고, 이를 상용화 전산 유체 역학 코드인 CFD-ACE+의 모델링 결과와 비교 분석 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.99-99
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• 2013

In this talk, I will present two research works in progress, which are: i) mapping of piezoelectric polarization and associated charge density distribution in the heteroepitaxial InGaN/GaN multi-quantum well (MQW) structure of a light emitting diode (LED) by using inline electron holography and ii) in-situ observation of the polarization switching process of an ferroelectric Pb(Zr1-x,Tix)O3 (PZT) thin film capacitor under an applied electric field in transmission electron microscope (TEM). In the first part, I will show that strain as well as total charge density distributions can be mapped quantitatively across all the functional layers constituting a LED, including n-type GaN, InGaN/GaN MQWs, and p-type GaN with sub-nm spatial resolution (~0.8 nm) by using inline electron holography. The experimentally obtained strain maps were verified by comparison with finite element method simulations and confirmed that not only InGaN QWs (2.5 nm in thickness) but also GaN QBs (10 nm in thickness) in the MQW structure are strained complementary to accommodate the lattice misfit strain. Because of this complementary strain of GaN QBs, the strain gradient and also (piezoelectric) polarization gradient across the MQW changes more steeply than expected, resulting in more polarization charge density at the MQW interfaces than the typically expected value from the spontaneous polarization mismatch alone. By quantitative and comparative analysis of the total charge density map with the polarization charge map, we can clarify what extent of the polarization charges are compensated by the electrons supplied from the n-doped GaN QBs. Comparison with the simulated energy band diagrams with various screening parameters show that only 60% of the net polarization charges are compensated by the electrons from the GaN QBs, which results in the internal field of ~2.0 MV cm-1 across each pair of GaN/InGaN of the MQW structure. In the second part of my talk, I will present in-situ observations of the polarization switching process of a planar Ni/PZT/SrRuO3 capacitor using TEM. We observed the preferential, but asymmetric, nucleation and forward growth of switched c-domains at the PZT/electrode interfaces arising from the built-in electric field beneath each interface. The subsequent sideways growth was inhibited by the depolarization field due to the imperfect charge compensation at the counter electrode and preexisting a-domain walls, leading to asymmetric switching. It was found that the preexisting a-domains split into fine a- and c-domains constituting a $90^{\circ}$ stripe domain pattern during the $180^{\circ}$ polarization switching process, revealing that these domains also actively participated in the out-of-plane polarization switching. The real-time observations uncovered the origin of the switching asymmetry and further clarified the importance of charged domain walls and the interfaces with electrodes in the ferroelectric switching processes.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.115-115
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• 2010

고휘도 고효율 백색 LED (lighting emitting diode)가 차세대 조명광원으로 급부상하고 있다. 백색 LED를 생산하기 위한 공정에서 MOCVD (유기금속화학증착)장비를 이용한 에피웨이퍼공정은 에피층과 기판의 격자상수 차이와 열팽창계수차이로 인하여 생성되는 에피결함의 문제로 기판과 GaN 박막층 사이에 완충작용을 해줄 수 있는 버퍼층 (Buffer layer)을 만든다. 그 위에 InGaN/GaN MQW (Multi Quantum Well)공정을 하여 고휘도 고효율 백색 LED를 구현 할 수 있다. 이 공정에서 기판의 온도가 불균일해지면 wafer 파장 균일도가 나빠지므로 백색 LED의 yield가 떨어진다. 균일한 기판 온도를 갖기 위한 조건으로 기판과 induction heater의 간격, 가스의 흐름, 기판의 회전, 유도가열코일의 디자인 등이 장비의 설계 요소이다. 본 연구에서는 유도가열방식의 유도가열히터를 이용하여 기판과 히터의 간격에 차이에 따른 기판 균일도 측정했고, 회전에 의한 기판의 온도분포와 자기장분포의 실험적 결과를 상용화 유체역학 코드인 CFD-ACE+의 모델링 결과와 비교 했다. 또한 가스의 inlet위치에 따른 기판의 온도 균일도를 측정하였다. 본 연구에서 사용된 가열원은 유도가열히터 (Viewtong, VT-180C2)를 사용했고, 가열된 흑연판 표면의 온도를 2차원적으로 평가하기 위하여 적외선 열화상 카메라 (Fluke, Ti-10)를 이용하여 온도를 측정했다. 와전류에 의한 흑연판의 가열 현상을 누출 전계의 분포로 확인하기 위하여 Tektronix사의 A6302 probe와 TM502A amplifier를 사용했다. 흑연판 위에 1 cm2 간격으로 211곳에서 유도 전류를 측정했다. 유도전류는 벡터양이므로 $E{\theta}$를 측정했으며, 이때의 측정 방향은 흑연판의 원주방향이다. 또한 자기장에 의한 유도전류의 분포를 확인하기 위하여 KANETEC사의 TM-501을 이용하여 흑연판 중심으로부터 10 mm 간격으로 자기장을 측정 했다. 저항 가열 히터를 통하여 대류에 의한 온도 균일도를 평가한 결과 gap이 3 mm일때, 평균 온도 $166.5^{\circ}C$에서 불균일도 6.5%를 얻었으며, 회전에 의한 온도 균일도 측정 결과는 2.5 RPM일 때 평균온도 $163^{\circ}C$에서 5.5%의 불균일도를 확인했다. 또한 CFD-ACE+를 이용한 모델링 결과 자기장의 분포는 중심이 높은 분포를 나타냄을 확인했고, 기판의 온도분포는 중심으로부터 55 mm되는 곳에서 300 W/m3로 가장 높은 분포를 나타냈다. 가스 inlet 위치를 흑연판 중심으로 수직, 수평 방향으로 흘려주었을 때의 불균일도는 각각 10.5%, 8.0%로 수평 방향으로 가스를 흘려주었을 때 2.5% 온도 균일도 향상을 확인했다.

• 한국광학회지
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• 제14권2호
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• pp.142-145
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• 2003

광 아이솔레이터의 제작을 위해 비가역적 위상변위 효과를 갖는 자기 광학물질을 클래딩 충으로 활용한 무한 평면 광도파로의 비가역적 위상변위 특성을 1.55 $\mu\textrm{m}$ 파장에서 계산하였다. 본 연구에서 사용된 무한 평면 광 도파로의 구조는 클래딩 충으로 자기 광학 물질인 Ce:YIG와 LNB(LuNdBi)$_3$(FeAl)$_{5}$)$_{l2}$)가 사용되었고, 각 각의 고유 패러데이 회전 Θ$_{F}$는 1.55 $\mu\textrm{m}$ 파장에서 4500$^{\circ}$/cm, 500$^{\circ}$/cm이다 가이딩 층은 1.3Q와 InGaAs로 이루어진 다중 양자 우물 구조를 사용하였다. 클래딩 층을 지나는 감쇄 전계에 따른 영향을 조사하기 위하여 기판의 굴절률이 InP와 공기의 굴절률을 갖는 경우에 대하여 도파 모드를 계산하였다. 여러 광 도파로 구조에서 비가역적 위상변위가 90$^{\circ}$가 되는 위상 변위기의 크기가 최소가 되는 길이와 최적화된 가이딩 충의 두께를 구하였다.다.다.다.

• 한국결정성장학회지
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• 제22권1호
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• pp.5-10
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• 2012

일반적으로 mesa 구조의 발광다이오드 제작은 MOCVD법으로 수행되고 있다. 특히 개개의 발광다이오드 칩을 식각하고 분리하기 위해서 발광다이오드는 반응성이온식각(RIE)공정과 절단(scribing) 공정을 거치게 된다. 플라즈마를 이용한 건식식각공정인 RIE 공정은 결함, 전위, 표면의 댕글링 본드 형성과 같은 몇 가지 문제점을 유발하고, 이러한 이유로 인해 소자 특성을 저하시킨다. 선택영역성장법은 사파이어 기판 위에 고품질의 GaN 에피층을 성장시키는 방법으로써 주목받고 있다. 본 논문에서는 고품질의 막을 제작하고 공정을 간소화하기 위해서 선택영역성장법을 도입하였고, 기존의 발광다이오드 특성에 영향을 주지 않는 선택영역의 크기를 규정하고자 한다. 실험에 사용된 원형의 선택성장영역의 직경크기는 2500, 1000, 350, 200 ${\mu}m$이고, 선택성장 된 발광다이오드의 소자 특성을 얻고자 SEM, EL, I-V 측정을 시행하였다. 주된 발광파장의 위치는 직경크기 2500, 1000, 350, 200 ${\mu}m$에서 각각 485, 480, 450, 445 nm로 측정되었다. 직경 350, 200 ${\mu}m$에서는 불규칙한 표면과 기존 발광다이오드보다 높은 저항 값을 얻을 수 있었지만, 직경 2500, 1000 ${\mu}m$에서는 평탄한 표면과 앞서 말한 350, 200 ${\mu}m$의 특성보다 우수한 전류-전압 특성을 얻을 수 있었다. 이러한 결과들로 기존 발광다이오드의 특성에 영향을 주지 않는 적당한 선택성장 직경크기는 1000 ${\mu}m$ 이상임을 확인하였다.