• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.3
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• pp.175-179
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• 2017

In this study, we investigate the $SiO_2$ current blocking layer (CBL) to improve light output power efficiency in nonpolar a-plane (11-20) GaN LEDs on a r-plane sapphire substrate. The $SiO_2$ CBL was produced under the p-pad layer using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The results show that nonpolar GaN LED light output power with the $SiO_2$ CBL is considerably enhanced compared without the $SiO_2$ CBL. This can be attributed to reduced light absorption at the p-pad due to current blocking to the active layer by the $SiO_2$ CBL.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.145-145
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• 2011

Light-emitting diodes (LEDs) based on III-nitrides compound semiconductors have achieved a high performance device available for display and illumination sector. However, the conventional c-plane oriented LED structures are still showing several problems given by the quantum confined Stark effect (QCSE) due to the effects of strong piezoelectric and spontaneous polarizations. The QCSE results in spatial separation of electron and hole wavefunctions in quantum wells, thereby decreasing the internal quantum efficiency and red-shifting the emission wavelength. Due to demands for improvement of device performance, nonpolar structure has been attracting attentions, since the quantum wells grown on nonpolar templates are free from the QCSE. However, current device performance for nonpolar LEDs is still lower than those for conventional LEDs. In this study, we discuss the potential possibilities of nonpolar LEDs for commercialization. In this study, we characterized current-light output power relation of the a-plane InGaN/GaN LEDs structures with the variation of quantum well structures. On-wafer electroluminescence measurements were performed with short pulse (10 us) and low duty factor (1 %) conditions applied for eliminating thermal effects. The well and barrier widths, and indium compositions in quantum well structures were changed to analyze the efficiency droop phenomenon.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.321-321
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• 2014

GaN는 LED, 태양전지, 그리고 전자소자 등에 쓰이는 물질로, 관련 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이와 더불어 top-down방식을 활용한 소자제작 방법 또한 발달되고 있다. 하지만, top-down공정 시 발생 되는 건식 식각에 의한 소자의 손상이 발생되고, 이로 인하여 누설전류가 발생하는 등 여러 가지 문제점이 발생하고 있다. 특히, top-down에서 널리 사용하는 건식식각을 통한 GaN 식각의 경우, nonpolar 면이 아닌, semipolar 면이 드러나게 되며, 이 면은 건식 식각시 발생하는 손상을 포함하고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 약 $2{\mu}m$ 크기의 diameter를 갖는 micro-sized column LED를 제작하고, 건식 식각 이후, KOH surface treatment를 통해 손상된 면을 제거함과 동시에 nonpolar면을 드러내는 실험을 실시하였으며, 더불어 column의 diameter를 줄이는 방법을 논하고자 한다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.18 no.3
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• pp.25-32
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• 2011

We have studied on the slicing and polishing processes of R-plane sapphire wafers for the substrates of UHB nonpolar a-plane GaN LED. The fabrication conditions of the R-plane and c-plane wafers were influenced by the large anisotropic properties (mechanical properties) of the sapphire. The slicing process was more affected by the anisotropic properties of R-plane than the polishing process. When the slicing direction was $45^{\circ}$ to the a-flat, the slicing time was shorter and the quality of as-slicing wafers was better than the slicing direction of normal to the a-flat. The MRR(Material removal rate) of mechanical polishing processes such as lapping and DMP(Diamond mechanical polishing) did not show significant differences between the R-plane and c-plane. The MRR of the c-plane was about two times higher than that of R-planes at the CMP(Chemical mechanical polishing) process due to the formation of hydrolysis reaction layers on the surface of the c-plane.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.21 no.5
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• pp.187-192
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• 2011

Tilt angle of r-plane wafer is a one of the important factors related with the quality of the GaN epi, so the fine control of the tilt angle is important for the growing of high quality non-polar a-GaN epi. We prepared the R-plane sapphire wafers with slight tilt angles for nonpolar a-plane GaN. The target tilt angles of ${\alpha}$ and ${\beta}$ were 0, -0.1, -0.15, -0.2, -0.4, $-0.6^{\circ}$ and -0.1, 0, $0.1^{\circ}$, respectively. The tilt angles of sliced R-plane sapphire wafers were measured by x-ray and the statistical evaluation of reliability of tilt angles of wafers were performed. The tolerance of the tilt angle was ${\pm}0.03^{\circ}$. R-plane sapphire wafers have relatively large distributions of BOW and TTV data than c-plane sapphire wafers due to the large anisotropy of R-plane. As the tilt angle ${\alpha}$ was increased from -0.1 to $-0.6^{\circ}$, the step widths and heights were decreased from 156 nm to 26 nm and 0.4 nm to 0.2 nm, respectively. The growth and qualities of GaN epi seems to be largely affected by the change of step structure of R-plane sapphire wafers with tilt angle.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.17 no.1
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• pp.1-5
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• 2007

The structural and morphological properties of planar, nonpolar (11-20) a-plane GaN layers grown by hydride vapor phase epitaxy on (1-102) r-plan sapphire substrates are characterized. We report on the effect of low temperature ($500/550/600/660^{\circ}C$) AIN buffer layers on the structural properties of HVPE grown a-GaN kayers. and for the comparison, low temperature GaN and InGaN buffer layers are also tried for the growth of a-plane GaN layers. The structural geometry of a-GaN layers is severely affected on the growth condition of low temperature buffer layers. The most planar a-GaN could be obtained with $GaCl_3$ pretreatment at the growth temperature of $820^{\circ}C$.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.23-23
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• 2009

GaN-based nitride semiconductors have attracted considerable attention in high-brightness light-emitting-diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) covering from green to ultraviolet spectral range. LED and LD heterostructures are usually grown on (0001)-$Al_2O_3$. The large lattice mismatch between $Al_2O_3$ substrates and the GaN layers leads to a high density of defects(dislocations and stacking faults). Moreover, Ga and N atoms are arranged along the polar [0001] crystallographic direction, which leads to spontaneous polarization. In addition, in the InGaN/GaN MQWs heterostructures, stress applied along the same axis can also give rise to piezoelectric polarization. The total polarization, which is the sum of spontaneous and piezoelectric polarizations, is aligned along the [0001] direction of the wurtzite heterostructures. The change in the total polarization across the heterolayers results in high interface charge densities and spatial separation of the electron and hole wave functions, redshifting the photoluminescence peak and decreasing the peak intensity. The effect of polarization charges in the GaN-based heterostructures can be eliminated by growing along the non-polar [$11\bar{2}0$] (a-axis) or [$1\bar{1}00$] (m-axis) orientation instead of thecommonly used polar [0001] (c-axis). For non-polar GaN growth on non-polar substrates, the GaN films have high density of planar defects (basal stacking fault BSFs, prismatic stacking fault PSFs), because the SFs are formed on the basal plane (c-plane) due to their low formation energy. A significant reduction in defect density was recently achieved by applying blocking layer such as SiN, AlN, and AlGaN in non-polar GaN. In this work, we were performed systematic studies of the defects in the nonpolar GaN by conventional and high-resolution transmission electron microscopy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2009.08a
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• pp.166-166
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• 2009

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.148-148
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• 2011

일반적으로 LED 제작에 사용되는 c-plane GaN는 c축 방향으로 발생하는 분극의 영향을 받게 된다. 분극은 LED내 양자우물의 밴드를 기울게 하여 그 결과 전자와 홀의 재결합 확률을 감소시켜 낮은 내부양자효율을 가지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되었는데 그 중에서도 특히 a-plane 혹은 m-plane면과 같은 무분극 면을 사용하는 GaN LED가 주목받고 있다. 그 이유는 무분극 면은 분극이 발생하는 c축과 수직이기 때문에 분극의 영향을 받지 않아 높은 내부 양자효율을 가질수 있다. 본 연구에서는 MOCVD 장비를 사용하여 2인치 r-plane 사파이어 기판위에 3um두께의 a-plane GaN을 성장하였다. 그위에 2um정도로 Si을 도핑하여 n-type GaN 형성한후 단일 양자우물, 그리고 Mg을 도핑하여 p-type GaN을 성장하였다. 장파장대역의 a-plane LED의 특성을 알아보기 위해서 양자우물 형성시 In의 조성비를 높였다. 일반적인 포토리소그래피 공정과 Dry etching 공정을 사용하여 메사구조를 형성하였으며 Ti/Al/Pt/Au와 Ni/Au를 각각 n-type과 p-type의 전극 물질로 사용하였다. 제작된 LED의 특성을 파악하기 위해서 인가전류를 0부터 100mA까지 출력 스펙트럼을 측정하였으며 orange대역의 파장을 갖는 LED를 얻었다. 인가전류별 Peak 파장의 변화와 반측폭의 변화를 파악하여 장파장 대역의 a-plane LED의 특성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.358-359
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• 2012

최근 분극 특성이 상이한 무분극 GaN 에피성장에 관한 심도 있는 연구와 함께 전자-전공 캐리어의 주입 및 캐리어의 거동, 방출되는 편광 특성 및 다양한 물리적 특성들에 대해 보고되고 있으며, 광학적 특성 및 물리적 특성의 확보를 위한 많은 연구가 활발히 진행 중이다 [1]. GaN의 ohmic 접촉(ohmic contact)의 형성은 발광 다이오드(light emitting diode), 레이저 다이오드(Laser), 태양전지(solar cell)와 같은 고신뢰도, 고효율 광전자 소자를 제조하기 위해서는 매우 중요하다 [2]. 그러나 이와 함께 병행 되어야 할 무분극 p-GaN 의 ohmic contact에 관한 연구는 많이 이루어지고 있지 않는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 r-plane 사파이어 기판 상에 성장된 p-GaN에서의 ohmic 접촉 형성 연구를 위하여 Ni/Au ohmic 전극의 접촉저항 특성을 연구하였다. 본 실험에서는 성장된 a-plane GaN의 Hole농도가 $3.09{\times}1017cm3$ 인 시편을 사용하였다. E-beam evaporation 장비를 이용하여 Ni/Au를 각각 20 nm 그리고80 nm 증착 하였으며 비접촉저항을 측정하기 위해 Circle-Transfer Length Method (C-TLM) 패턴을 사용하였다. 샘플은 RTA (Rapid Thermal Annealing)를 사용하여 $300^{\circ}C$에서 $700^{\circ}C$까지 온도를 변화시키며 전기적 특성을 비교하여 그림 1(a) 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 $400^{\circ}C$에서 가장 낮은 비접촉저항 값인 $6.95{\times}10-3{\Omega}cm2$를 얻을 수 있음을 발견하였다. 이 때의 I-V curve 도 그림1(b)에 나타낸 바와 같이 열처리에 의해 크게 향상됨을 알 수 있다. 그러나, $500^{\circ}C$ 이상 온도를 증가시키면 다시 비접촉 저항이 증가하는 것을 관찰하였다. XRD (x-Ray Diffraction) 분석을 통하여 $400^{\circ}C$ 이상열처리 온도가 증가하면 금속 표면에 $NiO_2$가 형성되며, 이에 따라 오믹특성이 저하 된다고 사료된다. 또한 $Ni_3N$의 존재를 확인 하였으며 이는 nonpolar surface의 특성으로 인해 nitrogen out diffusion 현상이 동시에 발생하여 계면에는 dopant로 작용하는 질소 공공을 남기고 표면에 $Ni_3N$을 형성하여 ohmic contact의 특성이 저하되기 때문인 것으로 사료된다.