• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.37 no.1
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• pp.1-5
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• 2000

Cathodoluminescence(CL) properties of ZnO:Zn green phosphor were investigated. ZnO:Zn phosphor was synthesized by varying reducing agents and firing temperatures. ZnS, charcoal and 5% H2 gas mixed with 95% N2 gas(5H2-95N2) were used as the reducing agent and atmosphere. The highest CL intensity of ZnO:Zn phosphor was observed under the condition of 5H2-95N2 atmosphere and firing temperature of 90$0^{\circ}C$ for 1h. Charocal and ZnO as reducing agents in the syntehsis of ZnO:Zn phosphor exhibited about 60% and 40%, respectively, of the CL intensity obtained with 5H2-95N2 atmosphere.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.55-56
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• 2007

The p-type ZnO thin film, fabricated by means of the ampoule-tube method, was used to make the ZnO p-n junction, and its characteristics was analyzed. The ampoule-tube method was used to make the p-type ZnO based on the As diffusion, and the hall measurement was used to confirm that the p-type is formed. the current-voltage characteristics of the ZnO p-n junction were measured to confirm the rectification characteristics of a typical p-n junction and the low leakage voltage characteristics. Using the ampoule-tube to fabricate the p-type ZnO will provide a very useful technology for producing the UV ZnO LED and ZnO-based devices.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.310-310
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• 2014

ZnO박막은 넓은 밴드갭 (3.37 eV), 높은 여기 결합 에너지 (60 meV)를 가지는 육방정계 우르자이트(hexagonal wurtzite) 결정구조를 가지는 II-VI족 화합물 반도체로, 가시광선 영역에서의 높은 광학적 투과도 특성과 자외선 파장에서 발광이 가능한 장점을 가진다. 최근, ZnO박막 성장 기술이 상당히 발전하였지만, 아직까지도 p-형 ZnO박막 성장 기술은 충분히 발전하지 못하여 ZnO의 동종접합 LED는 아직 상용화되지 않고 있는 실정이다. 따라서, 많은 연구 그룹에서 p-GaN, p-SiC, p-diamond, p-Si 등과 같은 p-type 물질 위에 n-type ZnO를 성장시킨 이종접합 다이오드가 연구되고 있다. 특히, p-GaN의 경우 ZnO와의 격자 불일치 정도가 1.8 % 정도로 작다는 장점이 있어 많은 연구가 이루어 지고 있다. 일반적으로 c-축을 기반으로 한 극성ZnO 발광다이오드에서는 자발 분극과 압전 분극 현상에 의해 밴드 휨 현상이 발생하고, 이로 인해 전자와 정공의 공간적 분리가 발생하게 되어 발광 재결합 효율이 제한되고 있다는 문제가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 극성 (0001) 및 비극성 (10-10) n-ZnO/p-GaN 발광다이오드의 성장 및 발광 소자의 전기 및 광학적 특성에 대한 비교 연구를 진행하였다. 금속유기 화학증착법을 이용하여 c-면과 m-면 위에 각각 극성 (0001) 및 반극성 (11-22) GaN박막을 $2.0{\mu}m$ 성장시킨 후 Mg 도핑을 한 p-GaN을 $0.4{\mu}m$ 성장시켜 각각 극성 (0001) 및 반극성 (11-22) p-GaN템플릿을 준비하였다. 이후, N2분위기 $700^{\circ}C$에서 3분동안 열처리를 통하여 Mg 도펀트를 활성화시킨 후 원자층 증착법을 이용하여 동시에 극성 및 반극성 p-GaN의 위에 n-ZnO를 $0.11{\mu}m$ 성장시켜 이종접합구조의 발광소자를 형성하였다. 이때, 극성 (0001) p-GaN 위에는 극성의 n-ZnO 박막이 성장되는 반면, 반극성 (11-22) p-GaN 위에는 비극성 (10-10) n-ZnO 박막이 성장됨을 HR-XRD로 확인하였다. 극성 (0001) n-ZnO/p-GaN이종접합 발광다이오드의 전계 발광 스펙트럼에서는 430 nm 와 550 nm의 두 피크가 동시에 관찰되었다. 430 nm 대역의 파장은 p-GaN의 깊은 준위에서 발광하는 것으로 판단되며, 550 nm 피크 영역은 ZnO의 깊은 준위에서 발광되는 것으로 판단된다. 특히, 10 mA 이하의 저전류 주입시 550 nm의 피크는 430 nm 영역보다 더 큰 발광세기를 나타내고 있다. 하지만, 10 mA 이상의 전류주입 하에서는 550 nm의 영역보다 430 nm의 발광세기가 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 ZnO의 밴드갭이 3.37 eV로 GaN의 밴드갭인 3.4 eV다 작기 때문에 우선적으로 ZnO의 깊은 준위에서 발광하는 550 nm가 더욱 우세하지만, 지속적으로 전류주입 증가에 따른 캐리어 증가시 n-ZnO에서 p-GaN로 전자가 넘어가며 p-GaN의 깊은 준위인 430 nm에서의 피크가 우세해지는 것으로 판단된다. 반면에, 비극성 (10-10) n-ZnO/반극성 (11-22) p-GaN 구조의 이종접합 발광다이오드로 전계 발광 스펙트럼에서는 극성 (0001) n-ZnO/p-GaN에 비하여 매우 낮은 전계 발광 세기를 나타내고 있다. 이는, 극성 n-ZnO/p-GaN에 비하여 비극성 n-ZnO/반극성 p-GaN의 결정성이 상대적으로 낮기 때문으로 판단된다. 또한, 20 mA 영역에서도 510 nm의 깊은 준위와 430 nm의 발광이 관찰되었다. 동일한 20 mA하에서 두 피크의 발광세기를 비교하면 430 nm의 영역은 극성 n-ZnO/p-GaN에 비하여 매우 낮은 값을 나타내고 있다. 이는 반극성 (11-22) p-GaN의 경우 극성 (0001) p-GaN에 비하여 우수한 p-형 특성에 기인한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.50-50
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• 2008

ZnO has been extensively studied for optoelectronic applications such as blue and ultraviolet (UV) light emitters and detectors, because it has a wide band gap (3.37 eV) anda large exciton binding energy of ~60 meV over GaN (~26 meV). However, the fabrication of the light emitting devices using ZnO homojunctions is suffered from the lack of reproducibility of the p-type ZnO with high hall concentration and mobility. Thus, the ZnO-based p-n heterojunction light emitting diode (LED) using p-Si and p-GaN would be expected to exhibit stable device performance compared to the homojunction LED. The n-ZnO/p-GaN heterostructure is a good candidate for ZnO-based heterojunction LEDs because of their similar physical properties and the reproducibleavailability of p-type GaN. Especially, the reduced lattice mismatch (~1.8 %) and similar crystal structure result in the advantage of acquiring high performance LED devices with low defect density. However, the electroluminescence (EL) of the device using n-ZnO/p-GaN heterojunctions shows the blue and greenish emissions, which are attributed to the emission from the p-GaN and deep-level defects. In this work, the n-ZnO:Ga/p-GaN:Mg heterojunction light emitting diodes (LEDs) were fabricated at different growth temperatures and carrier concentrations in the n-type region. The effects of the growth temperature and carrier concentration on the electrical and emission properties were investigated. The I-V and the EL results showed that the device performance of the heterostructure LEDs, such as turn-on voltage and true ultraviolet emission, developed through the insertion of a thin intrinsic layer between n-ZnO:Ga and p-GaN:Mg. This observation was attributed to a lowering of the energy barriers for the supply of electrons and holes into intrinsic ZnO, and recombination in the intrinsic ZnO with the absence of deep level emission.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.178-178
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• 2013

고체내의 결함을 분석하기 위한 장비로는 대표적으로 DLTS (deep level transient spectroscopy)를 이용하여 깊은 준위 결함의 활성화에너지를 구하는 분석법, 투과전자현미경을 이용한 박막의 결정살창 분석법, photoluminescence나 electroluminescence를 이용하여 광학적인 방법으로 결함을 분석하는 방법, 마지막으로 광전류 측정을 통하여 결함을 분석하는 방법 등이 있다. 이 중에서도 빛에 의해서 증가되는 광전류를 이용한 결함 분석 방법은 과거에는 종종 시행되어 왔으나 최근에는 거의 연구되어지고 있지 않고 있다. 고체 내의 많은 결함들이 빛에만 반응하는 결함도 있으며 전기적인 측정을 통해서만 발견되는 결함이 존재하기 때문에 모든 부분을 다 만족시키는 방법은 찾기가 힘들다고 알려져 있다. 한편, ZnO는 octahedral 구조로 공간이 비어있기 때문에 여러 가지 결함이 존재하는데, 그 중에서 valence band 바로 위 0.3~0.5 eV에 존재하는 결함 준위는 Zn 빈자리에 의한 결함으로 이론적으로만 밝혀졌을 뿐 실험적으로는 현재까지 발견되어지고 있지 않다. 본 연구에서는 광전류를 이용하여 n-ZnO/p-Si과 n-ZnO/p-GaN p-n 접합 다이오드 내의 결함에 대한 연구를 진행하였다. ZnO를 UHV 스퍼터링 방법으로 성장하였으며 ZnO의 결함의 양을 조절하기 위해 박막의 두께와 증착할 때의 기판 속도 등을 조절하였다. 이렇게 성장된 ZnO 기반의 다이오드를 광전류 측정을 이용하여 결함을 분석하였다. 실험결과 420 nm 파장의 빛을 다이오드에 주사하였을 때 광전류가 크게 증가하는 것을 확인하였으며 이것은 이론적으로만 주장되어져 왔던 Zn 빈자리 결함에 의한 것으로 판단되었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.19 no.1
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• pp.58-65
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• 2010

AlN thin films were deposited on sapphire substrates and ZnO templates by rf-magnetron sputtering. Powder-sintered AlN target was adopted for source material. Thickness of AlN layer was linearly dependent on plasma power from 50 to 110 W, and it decreased slightly when working pressure increased from 3 to 10 mTorr due to short mean free path of source material sputtered from AlN target by Ar working gas. When $N_2$ gas was mixed with Ar, the thickness of AlN layer decreased significantly because of low sputter yield of nitrogen. AlN layer was also deposited on ZnO template. However, it showed weak thermal stability that the interface between AlN and ZnO was deteriorated by rapid thermal annealing treatment above $700^{\circ}C$. In addition, ZnO layer was largely attacked by MOCVD ambient gas of hydrogen and ammonia around $700^{\circ}C$ through inferior AlN layer deposited by sputtering. And AlN layers were fully peeled off above $900^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.148-149
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• 2006

Capacitance-voltage(C-V) 측정평가를 통하여 ZnO/GaN 이종접합구조의 전기적인 특성을 조사한다. 실온에서 10kHz의 주파수에서 얻은 ZnO/GaN의 이종접합구조에 대한 C-V 측정결과는 이종접합계면에서 고밀도의 전자가 축적되어 있음을 나타낸다. 이것은 ZnO/GaN 이종접합계면의 다른 재료에서 볼 수 없는 큰 전도대불연속에 기인한 것인데, 각각의 층의 전도도을 제어함으로 이종접합계면에 축적되는 전자밀도를 ${\sim}10^{19}cm^{-3}$까지 증가시킬 수 있다. 따라서 ZnO/GaN 이종접합구조는 이종접합(合)트래지스터로서 유망한 재료로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.252-252
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• 2009

In this work, the nanocrystalline ZnO/polycrystalline (poly) aluminum nitride (AlN)/Si structure was fabricated for humidity sensor applications based on surface acoustic wave (SAW). In this structure, the ZnO film was used as sensing material layer. These ZnO and AlN(0002) were deposited by so-gel process and a pulse reactive magnetron sputtering, respectively. These experimental results showed that the obtained SAW velocity on AlN film was about 5128 m/s at $h/\lambda$=0.0125 (h and $\lambda$ is thickness and wavelength, respectively). For ZnO sensing layers coated on AlN, films have hexagonal wurtzite structure and nanometer particle size. The crystalline size of ZnO films annealed at 400, 500, and 600 $^{\circ}C$ is 10.2, 29.1, and 38 nm, respectively. Surface of the film exhibits spongy which can adsorb steam in the air. The best quality of the ZnO film was obtained with annealing temperature at 500 $^{\circ}Cis$. The change in frequency response (127.9~127.85 MHz) of the SAW humidity sensor based on ZnO/AlN structure was measured along the change in humidity (41~69%). The structural properties of thin films wereinvestigated by XRD and SEM.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.27 no.10
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• pp.642-647
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• 2014

For feasible study of opto-electrical application regarding to oxide semiconductor, we implemented the N doped ZnO growth using a atomic layer deposition technique. The p-type ZnO deposition, necessary for ZnO-based optoelectronics, has considered to be very difficulty due to sufficiently deep acceptor location and self-compensating process on doping. Various sources of N such as $N_2$, $NH_3$, NO, and $NO_2$ and deposition techniques have been used to fabricate p-type ZnO. Hall measurement showed that p-type ZnO was prepared in condition with low deposition temperature and dopant concentration. From the evaluation of photoluminescence spectroscopy, we could observe defect formation formed by N dopant. In this paper, we exhibited the electrical and optical properties of N-doped ZnO thin films grown by atomic layer deposition with $NH_3OH$ doping source.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.10 no.1
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• pp.24-27
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• 2009

N-doped ZnO thin films were deposited on n-type Si(100) and homo-buffer layer, and undoped ZnO thin film was also deposited on homo-buffer layer by RF magnetron sputtering method. After deposition, all films were in-situ annealed at $800^{\circ}C$ for 5 minutes in ambient of $O_2$ with pressure of 10Torr. X -ray diffraction shows that the homo-buffer layer is beneficial to the crystalline of N-doped ZnO thin films and all films have preferable c-axis orientation. Atomic force microscopy shows that undoped ZnO thin film grown on homo-buffer layer has an evident improvement of smoothness compared with N-dope ZnO thin films. Hall-effect measurements show that all ZnO films annealed at $800^{\circ}C$ possess p-type conductivities. The undoped ZnO film has the highest carrier concentration of $1.145{\times}10^{17}cm{-3}$. The photoluminescence spectra show the emissions related to FE, DAP and many defects such as $V_{Zn}$, $Zn_O$, $O_i$ and $O_{Zn}$. The p-type defects ($O_i$, $V_{Zn}$, and $O_{Zn}$) are dominant. The undoped ZnO thin film has a better p-type conductivity compared with N-doped ZnO thin film.