• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.308.2-308.2
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• 2014

최근 III-N계 물질 기반의 광 반도체 중 m-면 사파이어 기판을 사용하여 반극성 (11-22) GaN박막을 성장하는 광반도체의 발광효율을 높이려는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 반극성 (11-22) GaN와 m-면 사파이어 기판과의 큰 격자상수 차이와 결정학적 이방성의 차이에 의해 많은 결정 결함이 발생하게 된다. 이러한 결정결함들은 반극성 LED소자내에서 누설전류 및 비발광 재결합, 순방향전압 등의 소자특성을 저하시키는 큰 요인이 되기 때문에 고효율 발광소자를 제작함에 있어 어려움을 야기시킨다. 이러한, 반극성 LED 소자의 효율 향상을 위해 결함 분석에 대한 연구를 주를 이루고 있는 상황으로, n-GaN층에 Si도핑에 관한 연구가 진행되고 있다. 이미 극성과 비극성에서는 n-GaN층에 Si이 도핑이 증가될수록 결정질이 향상되고, 양자우물의 계면의 질도 향상 되었다는 보고가 있다. 본 연구에서는 반극성 (11-22) GaN 기반의 발광소자를 제작함에 있어 n-GaN 층의 도핑 농도 변화를 통한 반극성 GaN 박막의 결정성 및 전기적 특성 변화에 따른 LED소자의 전계 발광 특성에 대한 연구를 진행하였다. 금속유기화학증착법을 이용하여 m-면 사파이어 기판에 $2.0{\mu}m$두께의 반극성 (11-22) GaN 박막을 저온 GaN완충층이 존재하지 않는 고온 1단계 성장법을 기반으로 성장하였다.[3] 이후, $2.0{\mu}m$ 반극성 (11-22) GaN 박막 위에 $3.5{\mu}m$ 두께의 n-GaN 층을 성장시켰다. 이때, n-형 도펀트로 SiH4 가스를 4.9, 9.8, 19.6, 39.2 sccm으로 변화하여 성장하였다. 이 4가지 반극성 (11-22) n-GaN 템플릿을 이용하여 동일 구조의 InGaN/GaN 다중양자우물구조와 p-GaN을 성장하여 LED 구조를 제작하였다. X-선 ${\omega}$-rocking curve를 분석한 결과, 이러한 특성은 반극성 (11-22) n-GaN층의 Si 도핑농도 증가에 따라서 각 (0002), (11-20), (10-10) 면에서 결정 결함이 감소하고, 반극성 (11-22) n형 GaN템플릿을 이용하여 성장된 반극성 GaN계 LED소자는 20mA인가 시 도핑 농도 증가에 따라 9.2 V에서 5.8 V로 전압이 감소하였으며 역방향 전류에서도 누설전류가 감소함이 확인되었다. 또한, 전계 발광세기도 증가하였는데, 이는 반극성 n형 GaN박막의 실리콘 도핑농도 증가에 따라 하부 GaN층의 결정성이 향상과 더불어 광학적 특성이 향상되고, n형 GaN층의 전자 농도 및 이동도의 동시 증가에 따라 전기적 특성이 향상 됨에 따라 LED소자의 전계 발광 특성이 향상된 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.108-108
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• 1998

최근의 GaN에 관한 연구는 주로 MOCVD법과 MBE법이 이용되고 있으며 대부분 800¬1$\alpha$)()t 정도의 고옹에서 이루어지고 었다. 그러나 이러한 고온 성장은 GaN 성장 과청에서 질 소 vacancy를 생성시켜 광특성을 저하시키고 청색 발광충인 InGaN 화합물에 In의 유입울 어 렵게 하며 저온에서보다 탄소 오염이 증가하는 동의 문제캠을 가지고 있다. 이러한 고온 생장 의 문제점을 해결하기 위한 방법중의 한 가지로 제시되고 있는 것이 저온 성장법이다. 본 연구 에 사용된 RPE-UHVCVD법은 Nz률 rf plasma로 $\sigma$acking하여 공급함으로써 NI-h롤 질소원으 로 사용하는 고온 성장의 청우와는 다르게 온도에 크게 의존하지 고 질소원올 공급할 수 있 어 저옹 성장이 가능하였다. 기판으로는 a - Alz03($\alpha$)()1)를 사용하였고 3족원은 TEGa(triethylgallium)이며,5족원으로는 6 6-nine Nz gas를 rf plasma로 cracking하여 활성 질소원올 공급하였다 .. Nz plasma로 질화처리 를 한 sapphire 표면 위에 G따애 핵생성충을 성장 옹도(350 t, 375 t, 400 t)와 성장시간(30 분,50 분) 그리고 VIllI비(1$\alpha$)(), 2뼈)둥을 변화시키면서 성장시킨 후 GaN 에피택시충을 450 $^{\circ}C$에서 120 분 동안 성장시켰다 .. XPS(x-ray photoelectron spectroscopy), XRD(x-ray d diffraction), AFM(atomic force microscope)둥올 이용하여 표면의 조성 및 morphology 변화와 결정성을 관찰하였다. X XPS 분석 결과 질화처리를 한 sapphire 표면에는 AlN가 형성되었다는 것을 확인 할 수 있 었으며 질화처리를 한 후 G따J 핵생성충올 성장시킨 경우에 morphology 변화를 AFM으로 살 펴본 결과 표면에 facet shape의 island가 형성되었고 이러한 결파는 질화처리 과청이 facet s shape의 island 형성을 촉진시킨다는 것을 알 수 있었다. 핵생성충의 성장온도가 중가함에 따 라 island의 모양은 round shape에서 facet shape으로 변화하였다. 이러한 표면의 morphology 변화와 GaN 에피택시충의 결정성과의 관계를 살펴보면 GaN 에피택시충 표면의 rms(root m mean square) roughness가 중가하는 경 우 XRD (j -rocking curve의 FWHM(full width half m maximum) 값이 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 결정성의 향상이 columnar 성장과 관계가 었다는 것올 알 수 있었다 .. columnar 성장은 결함의 밀도가 낮은 column의 형생과 G GaN 에피택시충의 웅력 제거로 인해 G값{의 결정성을 향상시킬 수 있는 것으로 생각된다. 톡 히 고온 성장의 경우와는 달리 rms roughness의 중가가 100-150 A청도로 명탄한 표면올 유 지하면서 결정성을 향상시킬 수 있었다. 본 실험에서는 핵생성충올 375 t에서 30 분 생장시킨 경우에 hexagonal 모양의 island로 columnar 성장을 하였고 GaN 에피태시충의 결정성도 가장 향상되었다 이상의 결과로부터 RPE-UHVCVD법용 이용한 GaN 저온 성장에서도 GaN의 결청성올 향 상시킬 수 있음융 확인할 수 있었다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.23 no.12
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• pp.714-721
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• 2013

A stoichiometric mixture of evaporating materials for $ZnAl_2Se_4$ single-crystal thin films was prepared in a horizontal electric furnace. These $ZnAl_2Se_4$ polycrystals had a defect chalcopyrite structure, and its lattice constants were $a_0=5.5563{\AA}$ and $c_0=10.8897{\AA}$.To obtain a single-crystal thin film, mixed $ZnAl_2Se_4$ crystal was deposited on the thoroughly etched semi-insulating GaAs(100) substrate by a hot wall epitaxy (HWE) system. The source and the substrate temperatures were $620^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$, respectively. The crystalline structure of the single-crystal thin film was investigated by using a double crystal X-ray rocking curve and X-ray diffraction ${\omega}-2{\theta}$ scans. The carrier density and mobility of the $ZnAl_2Se_4$ single-crystal thin film were $8.23{\times}10^{16}cm^{-3}$ and $287m^2/vs$ at 293 K, respectively. To identify the band gap energy, the optical absorption spectra of the $ZnAl_2Se_4$ single-crystal thin film was investigated in the temperature region of 10-293 K. The temperature dependence of the direct optical energy gap is well presented by Varshni's relation: $E_g(T)=E_g(0)-({\alpha}T^2/T+{\beta})$. The constants of Varshni's equation had the values of $E_g(0)=3.5269eV$, ${\alpha}=2.03{\times}10^{-3}eV/K$ and ${\beta}=501.9K$ for the $ZnAl_2Se_4$ single-crystal thin film. The crystal field and the spin-orbit splitting energies for the valence band of the $ZnAl_2Se_4$ were estimated to be 109.5 meV and 124.6 meV, respectively, by means of the photocurrent spectra and the Hopfield quasicubic model. These results indicate that splitting of the ${\Delta}so$ definitely exists in the ${\Gamma}_5$ states of the valence band of the $ZnAl_2Se_4/GaAs$ epilayer. The three photocurrent peaks observed at 10 K are ascribed to the $A_1$-, $B_1$-exciton for n = 1 and $C_{21}$-exciton peaks for n = 21.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.89-89
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• 2000

AlN 박막은 Al과 N원자의 부분적 이온결합 특성을 가진 공유결합을 한 육방정계의 wurtzite 경정구조의 화합물 반도체로서, III-V족 반도체 중 가장 큰 에너지 갭(6.2 eV), 결정 구조적 이방성, 화학 양론적 결합구조, 높은 탄성종과 전달속도(약 10$\times$106 m/s)와 높은 열전도도, 고온 안정성, 가시광성.적외선 영역에서의 좋은 투과성과 높은 굴절률, 상온 대기압에서의 유일하게 안정적인 특성을 가지고 있어, 절연재료, 내열재료, 저주파 영역 센서의 압전 트랜스듀서, 광전소자, 탄성파 소자 및 내환경 소자, MIS소자 등으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 BAW 공진기의 활용을 목적으로 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법으로 AIN 압전박막을 제작하여, 증착 조건-질소 농도, 고주파 출력, 전체 스퍼터링 압력, 기판 온도-에 대한 박막의 특성을 조사하였다. AlN 박막의 c축 우선 방위 결정성 및 낮은 투과성, 적당한 굴절률의 특성이 BAW 공진기의 활용을 위한 요건이므로, 각각의 증착 조건하에 제작된 박막은 XRD의 $\theta$/2$\theta$ 스캔 회절상에 의한 결정성의 분석과 우선 성장 결정면의 rocking curve 및 XRD로 측정한 FWHM과 표준 편차로 결정성의 배열성과 소자 응용가능성을 조사하였다. 박막의 표면.단면 미세 구조 및 평활도는 SEM으로 관찰하였으며, Al-N 결합 상태는 XPS와 FT-IR로 분석 조사하였다. 제작된 AlN 박막의 결정성 분석 결과, c축 우선 방위 성장을 위한 스퍼터링 압력에 대한 임계 질소 농도와 임계 스퍼터링 압력이 관찰되었다. 전체 스퍼터링 압력이 6~8 mTorr의 범위에서 나타난 최소 임계질소 농도는 10%, 최대 임계 질소 농도는 60%이며, 4 m Torr 이하 10 m Torr 이상의 전체 스퍼터링 압력에서 박막의 우선 방위성장이 제재된다. 이는 AlN 박막이 형성에 관여하는 질소 이온 양의 충분한 형성에 필요로 하는 질소 가스의 유입량에 따른 것으로 판단된다. AlN 박막의 c축 결정면인 (002) 결정면의 성장을 유도하며 다른 방향으로의 성장을 제어하여 소자 활용에 유용한 박막을 제작하기 위한 고주파 출력은 300W 정도가 적당하며, 기판을 가열하지 않았을 때 낮은 투과도를 나타낸다. 본 연구에 의한 BAW 공진기 활용을 위한 AlN 압전박막의 제작을 위한 최적 증착 조건은 기판의 가열 없이 6~8 mTorr의 전체 스퍼터링 압력에 20~25%의 질소종도, 300W의 고주파 출력이다. 최적 조건에서의 AlN 박막은 약 0.19$^{\circ}$의 FWHM과 약 0.08$^{\circ}$의 표준편차를 가지며, 균일하고 조밀한 표면 미세구조와 주상정 구조의 측면구조, 파장에 대한 약 2.0의 굴절률, 낮은 투과도와 화학 양론적 구조를 가지는 우수한 박막이 형성되었다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.18 no.6
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• pp.339-346
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• 2008

Single-crystal $ZnIn_2S_4$ layers were grown on a thoroughly etched semi-insulating GaAs (100) substrate at $450^{\circ}C$ with a hot wall epitaxy (HWE) system by evaporating a $ZnIn_2S_4$ source at $610^{\circ}C$. The crystalline structures of the single-crystal thin films were investigated via the photoluminescence (PL) and Double-crystal X-ray rocking curve (DCRC). The temperature dependence of the energy band gap of the $ZnIn_2S_4$ obtained from the absorption spectra was well described by Varshni's relationship, $E_g(T)=2.9514\;eV-(7.24{\times}10^{-4}\;eV/K)T2/(T＋489K)$. After the as-grown $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films was annealed in Zn-, S-, and In-atmospheres, the origin-of-point defects of the $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films were investigated via the photoluminescence (PL) at 10 K. The native defects of $V_{Zn}$, $V_S$, $Zn_{int}$, and $S_{int}$ obtained from the PL measurements were classified as donor or acceptor types. Additionally, it was concluded that a heat treatment in an S-atmosphere converted $ZnIn_2S_4$ single crystal thin films into optical p-type films. Moreover, it was confirmed that In in $ZnIn_2S_4$/GaAs did not form a native defects, as In in $ZnIn_2S_4$ single-crystal thin films existed in the form of stable bonds.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.15 no.5
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• pp.455-460
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• 2004

We have developed a mode-locked ultra-short pulse C $r^{4+}$:YAG laser, as well as a continuous wave C $r^{4+}$:YAG laser. The laser was pumped by a Nd:YAG laser and its characteristics were investigated. In continuous wave mode, we obtained as much as 600 mW at 1.436 ${\mu}{\textrm}{m}$ with pumping power of 6 W, by using an output coupler with a reflectivity of 98%. The power slope efficiency was 10%, when the gain medium was cooled to 19$^{\circ}C$. The tuning range was varied from 1.39 ${\mu}{\textrm}{m}$ to 1.55 ${\mu}{\textrm}{m}$ and the maximum power was 400 mW at 1.492 ${\mu}{\textrm}{m}$ with a 3-plate birefringent filter. The C $r^{4+}$:YAG laser was mode-locked by a Kerr lens mode locking method. Mode locking at 1.436 ${\mu}{\textrm}{m}$was initiated by slightly rocking a mirror mount. But the pulses were very unstable because of the strong water absorption at this region. So we shifted the lasing wavelength to 1.492 ${\mu}{\textrm}{m}$ by using a 3-plate birefringent filter. Then we obtained stable state mode-locking with the maximum average power of 280 mW for a pumping power of 6 W. The pulse width of 43 fs was measured using an autocorrelator and the repetition rate was 104.5 MHz.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.183-184
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• 2013

Two main MBE growth techniques have been used: plasma-assisted MBE (PA-MBE), which utilizes a rf plasma to supply active nitrogen, and ammonia MBE, in which nitrogen is supplied by pyrolysis of NH3 on the sample surface during growth. PA-MBE is typically performed under metal-rich growth conditions, which results in the formation of gallium droplets on the sample surface and a narrow range of conditions for optimal growth. In contrast, high-quality GaN films can be grown by ammonia MBE under an excess nitrogen flux, which in principle should result in improved device uniformity due to the elimination of droplets and wider range of stable growth conditions. A drawback of ammonia MBE, on the other hand, is a serious memory effect of NH3 condensed on the cryo-panels and the vicinity of heaters, which ruins the control of critical growth stages, i.e. the native oxide desorption and the surface reconstruction, and the accurate control of V/III ratio, especially in the initial stage of seed layer growth. In this paper, we demonstrate that the reliable and reproducible growth of GaN on Si (110) substrates is successfully achieved by combining two MBE growth technologies using rf plasma and ammonia and setting a proper growth protocol. Samples were grown in a MBE system equipped with both a nitrogen rf plasma source (SVT) and an ammonia source. The ammonia gas purity was ＞99.9999% and further purified by using a getter filter. The custom-made injector designed to focus the ammonia flux onto the substrate was used for the gas delivery, while aluminum and gallium were provided via conventional effusion cells. The growth sequence to minimize the residual ammonia and subsequent memory effects is the following: (1) Native oxides are desorbed at $750^{\circ}C$ (Fig. (a) for [$1^-10$] and [001] azimuth) (2) 40 nm thick AlN is first grown using nitrogen rf plasma source at $900^{\circ}C$ nder the optimized condition to maintain the layer by layer growth of AlN buffer layer and slightly Al-rich condition. (Fig. (b)) (3) After switching to ammonia source, GaN growth is initiated with different V/III ratio and temperature conditions. A streaky RHEED pattern with an appearance of a weak ($2{\times}2$) reconstruction characteristic of Ga-polarity is observed all along the growth of subsequent GaN layer under optimized conditions. (Fig. (c)) The structural properties as well as dislocation densities as a function of growth conditions have been investigated using symmetrical and asymmetrical x-ray rocking curves. The electrical characteristics as a function of buffer and GaN layer growth conditions as well as the growth sequence will be also discussed. Figure: (a) RHEED pattern after oxide desorption (b) after 40 nm thick AlN growth using nitrogen rf plasma source and (c) after 600 nm thick GaN growth using ammonia source for (upper) [110] and (lower) [001] azimuth.

• Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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• v.13 no.1
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• pp.35-43
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• 2009

Two types of piloti-type high-rise RC building structures having irregularity in the lower two stories were selected as prototypes, and nonlinear time history analysis was performed using OpenSees to verify the analysis technique and to investigate the seismic capacity of those buildings. One of the buildings studied had a symmetrical moment-resisting frame (BF), while the other had an infilled shear wall in only one of the exterior frames (ESW). A fiber model, consisting of concrete and reinforcing bar represented from the stress-strain relationship, was adapted and used to simulate the nonlinearity of members, and MVLEM (Multi Vertical Linear Element Model) was used to simulate the behavior of the wall. The analytical results simulate the behavior of piloti-type high-rise RC building structures well, including the stiffness and yield force of piloti stories, the rocking behavior of the upper structure and the variation of the axial stiffness of the column due to variation in loading condition. However, MVLEM has a limitation in simulating the abrupt increasing lateral stiffness of a wall, due to the torsional mode behavior of the building. The design force obtained from a nonlinear time history analysis was shown to be about $20{\sim}30%$ smaller than that obtained in the experiment. For this reason, further research is required to match the analytical results with real structures, in order to use nonlinear time history analysis in designing a piloti-type high-rise RC building.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.34 no.1
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• pp.5-16
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• 2018

In this study, seismic performance of geotechnical seismic isolation system capable of primary seismic isolation in the ground was evaluated. 1-G shaking table test was used to assess the performance of Teflon or steel slag as geotechnical seismic isolation systems installed beneath superstructure foundation. Response acceleration and response spectra were analyzed considering different input motions. The results were compared with those of fixed foundation structure without seismic isolation system. The steel slag-type seismic isolation system showed significant reduction in acceleration. The teflon-type seismic isolation system did not show significant effects on acceleration reduction in low-to-moderate seismicity condition, but it did show better effects in case of strong seismic condition. As input motion was transferred to the upper mass, the response spectrum of the fixed foundation structure was amplified in the short period range. In contrast, the response spectrum of the structure with seismic isolation using teflon or steel slag amplified in the long period range. It is found that the change of periodicity and the friction characteristics between isolation materials and foundations affected acceleration reduction.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.9 no.12
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• pp.1263-1269
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• 1999

An FBAR(Solidly Mounted Resonator) was fabricated using reflector layers which prohibit the penetration of bulk acoustic wave into substrate. The SMR consisted of top and bottom electrodes(Al films), a piezoelectric layer (ZnO film), reflector layers(W/$Si_2$ films) and Si substrate. The electrodes were deposited by dc sputtering. The piezoelectric layer and the reflector layers were deposited by rf magnetron sputtering. The control of crystallinity, microstructures and electric properties of each layer was essential for attaining the optimum FBAR characteristics. Under the best deposition conditions for FBAR devices, the ZnO films had highly c-axis preferred orientation(${\sigma}=2.17^{\circ}$), resistivity of $10^4\;{\omega}cm$, and surface roughness of 10.6 ${\AA}$. On the other hand, the surface roughness of W and $Si_2$ films was 16 ${\AA}$ and 33 ${\AA}$, respectively, and the resistivity of Al film was $5.1{\times}10^{-6}\;{\Omega}cm$. The SMR devices were fabricated by the conventional semiconductor processes. In the resonance conditions of the SMR, the series resonance frequency (fs) and the parallel resonance frequency(fp) were 1.244 GHz and 1.251 GHz, respectively and the quality factor(Q) was 1200.