• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.161-162
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• 2011

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. GaN 물질은 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도 등 광전자 소자에 유리한 광, 전기적 특성들을 가지고 있다. 또한, In의 함량을 변화시켜가며, 0.7eV에서 3.4eV까지 밴드갭을 조절함으로써, 자외선부터 적외선까지 태양빛 스펙트럼의 대부분을 흡수할 수 있는 장점이 있다. InGaN 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 In의 함량을 늘려 밴드갭을 줄이는 것이 중요하다. 하지만 GaN 와 InN 간의 격자 부정합으로 인해 In 함량이 높은 단결정 InGaN 층을 두껍게 성장 하는 것이 어렵다. 때문에 GaN 기반 태양전지 관련 연구 그룹들이 태양전지의 효율 향상을 위해 활성층에 양자우물(MQWs) 구조, Supper Lattice (SLs) 구조와 같이 얇은 InGaN/GaN 층을 주기적으로 반복하여 적층함으로써 높은 조성의 In을 함유한 상질의 InGaN/GaN 층을 성장하는 연구들을 진행해 왔다. 본 연구에서는, p-i-n 구조와 MQW 구조를 갖는 InGaN 기반 태양전지를 제작하여, 각각의 특성을 분석해 봄으로써, In0.1Ga0.9N 태양전지 활성층의 구조에 따른 장/단점에 대해 논의하였다. 먼저 MOCVD를 이용하여 200 nm의 i-In0.1Ga0.9N 활성층을 갖는 p-i-n 구조와 In0.19Ga0.81N/GaN(3 nm/8 nm) MQWs (8 periods) 구조를 갖는 태양전지 에피를 각각 성장하였고, 그 후 공정을 통해 그림 1과 같이 InGaN 태양전지 소자를 제작하였다. 그 후, 각 태양전지의 전류/전압 곡선과 외부양자효율을 측정하여 그림 2와 같은 결과를 얻었다. p-i-n과 MQW 샘플의 외부양자효율은 각각 ~70%, ~25%로 측정 되었다. MQW 샘플의 외부 양자효율이 높지 않음에도 불구하고 p-i-n 구조에 비해 높은 In 함량을 가지고 있으므로, 더 넓은 파장의 빛을 흡수하여, 높은 단락전류(0.778 mA/cm2)를 보이고 있다. 또한 p-i-n 구조에 비해 높은 개방전압(2.3V)를 가지고 있으므로, MQW 샘플이 약 17% 정도 높은 변환효율(1.4%)를 보이고 있다. 이후 추가적으로 p-i-n 과 MQW 구조의 InGaN 태양전지에 나타나는 Voc와 Jsc의 차이를 Polarization 효과를 비롯한 다양한 측면에서 분석해 보고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.41.1-41.1
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• 2011

본 연구에서는 MOCVD법으로 사파이어 기판위에 u-GaN를 성장한 후 Mg을 도핑시켜 p-GaN를 성장하고, RF 스퍼터를 이용하여 n-ZnO를 도포하여 n-ZnO/p-GaN 이종접합을 형성한 후 진공증착기를 이용하여 Au/Ni를 증착시켜 발광다이오드(LED)를 제작하고 전기 광학적 특성을 조사하였다. 두께가 500 nm인 u-GaN 위에 성장된 p-GaN의 운반자 농도는 $1.68{\times}10^{17}\;cm^{-3}$ 이었다. 그리고 150, 300 nm 두께의 p-GaN에 대하여 측정된 DXRD 반치폭은 각각 450 arcsec, 396 arcsec 이었고, 상온에서 2.8~3.0 eV 영역에서 Mg 억셉터와 관련된 광루미네센스가 검출되었다. RF 스퍼터링에 의해 0.7 nm/min의 속도로 증착된 n-ZnO 박막은 증착 두께에 따라 비저항이 27.7 $m{\Omega}{\cdot}cm$ 에서 6.85 $m{\Omega}{\cdot}cm$ 까지 감소하였다. 그리고 n-ZnO 박막은 (0002)면으로 우선 배향되었으며, 상온에서 에너지갭 관련된 광루미네센스가 3.25 eV 부근에서 주되게 검출되었다. n-ZnO/p-GaN 이종접합 LED의 전류전압 특성곡선은 다이오드 방정식에 만족하는 특성을 나타내었다. 다이오드 지수는 3 V 이하 영역에서 1.64, 3~5 V 영역에서 0.85이었다. 그리고 5 V 이상 영역에서 공간전하의 제한을 받았으며, 다이오드 지수는 3.36이었다. 한편, 역방향 전류전압 특성은 p-GaN 박막의 두께에 영향을 받았으며, p-GaN 박막의 두께가 150, 300 nm 일 때 각각의 누설 전류는 $1.3{\times}10^{-3}$ mA와 $8.6{\times}10^{-5}$ mA 이었다. 상온에서 측정된 EL 스펙트럼의 주된 발광피크는 430 nm이었고, 반치폭은 49.5 nm이었다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.18 no.8
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• pp.450-453
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• 2008

Mg-doped and In-Mg co-doped p-type GaN epilayers were grown in a low-pressure metal organic chemical vapor deposition technique. The effect of In doping on the p-GaN layer was studied through photoluminescence (PL), persistent photoconductivity (PPC), and transmission electron microscopy (TEM) at room temperature. For the In-doped p-GaN layer, the PL intensity increases significantly and the peak position shifts to 3.2 eV from 2.95 eV of conventional p-GaN. Additionally, In doping greatly reduces the PPC, which was very strong in conventional p-GaN. A reduction in the dislocation density is also evidenced upon In doping in p-GaN according to TEM images. The improved optical properties of the In-doped p-GaN layer are attributed to the high crystalline quality and to the active participation of incorporated Mg atoms.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.29 no.4
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• pp.143-148
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• 2019

We have successfully fabricated high aspect-ratio GaN-based nanowires on Si substrates using molecular beam epitaxy (MBE) system for high-efficiency hydrogen generation of photoelectrochemical water splitting. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) demonstrated that p-GaN:Mg and p-InGaN nanowires were grown vertically on the substrate with high density. Furthermore, it was also confirmed that the emission wavelength of p-InGaN nanowire can be adjusted from 552 nm to 590 nm. Such high-aspect ratio p-InGaN nanowire structure will be a solid foundation for the realization of ultrahigh-efficiency photoelectrochemical water splitting through sunlight.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 1994.11a
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• pp.50-53
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• 1994

In this study. we report the properties of optically pumped stimulated emission at room temperature (RT) from column-III nitride semiconductors of GaN, GaInN, AlGaN/GaN double hetero-structure (DH) and AlGaN/GaInN DH which grown by low pressure metal-organic vapor phase epitaxy on sapphire substrate using an AIN buffer-layer. The peak wavelength of the stimulated emission at RT from AlGaN/GaN DH is 370nm and the threshold of excitation pumping power density (P$\_$th/) is about 89㎾/$\textrm{cm}^2$, and they from AlGaN/GaInN DH are 403nm and 130㎾/$\textrm{cm}^2$, respectively. The P$\_$th/ of AlGaN/GaN and AlGaN/GaInN DHs are lower than the bulk materials due to optical confinement within the active layers of GaN and GaInN. The optical gain and the polarization of stimulated emission characteristics are presented in this article.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.17 no.5
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• pp.346-349
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• 2008

A metal-semiconductor-metal (MSM) ultraviolet (UV) photodetector (PD) is proposed as an effective UV sensing device for integration with a GaN n-channel MISFET on auto-doped p-type GaN grown on a silicon substrate. Due to the high hole barrier of the metal-p-GaN contact, the dark current density of the fabricated MSM PD was less than $3\;nA/cm^2$ at a bias of up to 5 V. Meanwhile, the UV/visible rejection ratio was 400 and the cutoff wavelength of the spectral responsivity was 365 nm. However, the UV/visible ratio was limited by the sub-bandgap response, which was attributed to defectrelated deep traps in the p-GaN layer of the MSM PD. In conclusion, an MSM PD has a high process compatibility with the n-channel GaN Schottky barrier MISFET fabrication process and epitaxy on a silicon substrate.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.8 no.3
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• pp.272-277
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• 1995

We report the properties of optically pumped stimulated emission at room temperature (RT) from column-III nitride semiconductors of GaN, AlGaN/GaN double heterostructure (DH) and AlGaN/GaInN DH which prepared on a sapphire substrate using an AIN buffer-layer by the nietalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) method. The peak wavelength of the stimulated emission at RT from AIGaN/GaN DH is 369nm and the threshold of excitation pumping power density (P$\_$th/) is about 84kW/cm$\^$2/, and they from AlGaN/GaInN DH are 402nm and 130kW/cm$\^$2/ at the pumping power density of 200kW/cm$\^$2/, respectively. The P$\_$th/ of AIGaN/GaN and AlGaN/GaInN DHs are lower than the single layers of GaN and GaInN due to optical confinement within the active layers of GaN and GaInN, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.322.2-322.2
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• 2014

Lighting emitting diodes of n-ZnO/MQW/p-GaN structure are fabricated and investigated. To realize this LED structure, n-ZnO/MQW/p-GaN are grown by MOCVD. At several bias voltages, blue-green light is emitted from the ZnO mesa edge. However, the emission is restricted near the mesa edge. It is seen that the hole current does not spread well. It is because conductivity of p-GaN is extremely small. The break down voltage of the device is small compared to conventional InGaN/GaN LEDs. It is seen that ZnO columnar grain boundaries act as leakage current paths and non-radiative recombination center.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.331-331
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• 2012

InGaN/GaN 양자우물 LED소자의 내부양자효과 및 외부양자효과를 높이기 위해 많은 연구자들이 노력을 하고 있다. InGaN/GaN 양자우물 전광소자의 효율을 높이는 방법으로는 무분극 박막성장을 이용한 양자우물의 운반자 파동함수의 분리를 감소시키는 방법, 양자우물 위에 전자 차단층을 성장시키는 방법, 박막의 비발광 결함을 감소시키는 방법, 나노박막 또는 나노 입자를 이용한 표면 플라즈몬 효과를 이용하는 방법 등이 있다[1-3]. 본 연구에서는 은(Ag) 나노입자를 이용하여 InGaN/GaN 양자우물과 p-GaN 덮개층을 패턴에칭한 후, 그 위에 Ag 나노입자를 도포하여 표면 플라즈몬 효과를 이용한 InGaN/GaN 양자우물의 발광효율을 높이고자 하였다. c-면 방향의 사파이어에 유기화학금속증착법(MOCVD)으로 n-형 GaN를 2.0 ${\mu}m$ 성장한 후 그 위에 InGaN/GaN 양자우물 5층을 성장하였다. 또한 전자 차단층으로 AlGaN를 7 nm 증착한 후, p-type GaN를 100 nm 성장하였다. p-type GaN를 패턴하기 위해 포토리소그래피 와 유도결합 플라즈마 에칭공정을 거쳐 선 패턴을 형성하였는데, 이 때 에칭된 p-GaN 깊이는 약 90 nm 이었다. 에칭한 패턴크기가 LED소자의 전기적 및 광학적 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 전류-전압 측정과 photoluminescence 측정을 하였다. 그 후 급속열처리방법을 이용한 Ag 나노입자 형성과 표면플라즈몬이 소자의 발광효율에 미치는 영향에 대해 조사하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.24 no.4
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• pp.59-63
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• 2017

The n-type GaN semiconductor has excellent properties as a photoelectrode, but it has disadvantage that its reliability is deteriorated due to the photocorrosion because the oxygen reaction occurs on the surface. For this reason, there are fundamental attempts to avoid photocorrosion reaction of GaN surfaces by using the p-type GaN as a photoelectrode where hydrogen generation reaction occurs on the surface. However, p-type GaN has a problem of low efficiency because of its high resistivity and low hole mobility. In this study, we try to improve the photocurrent efficiency by activation process for the p-type GaN. The p-type GaN was annealed for 1 min. at $500^{\circ}C$ in $N_2$ atmosphere. Hall effect measurement system was used for the electrical properties and potentiostat (PARSTAT4000) was used to measure the photoelectrochemical (PEC) characteristics. Consequently, the photocurrent density was improved more than 1.5 times by improving the activation process for the p-type GaN. Also, its reliability was maintained for 3 hours.