• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.256-256
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• 2010

투명전극부터 디스플레이 산업에 이르기까지 광범위하게 응용되어지고 있고 개발되어지고 있는 투명전도산화물(TCO)은 ZnO, In2O3, SnO2 등을 기본으로 하는 n-type 재료가 대부분이다. 그러나 투명전도 산화물을 이용한 light emitting diode(LED), 투명한 태양전지, p-형 TFT와 같은 투명전자소자의 개발을 위해서는 p-type 소재가 필수적이다. p-type TCO 소재는 비교적 연구 개발 실적이 매우 부진한 실정이었다. 1997년 넓은 밴드갭을 가지는 ABO2(delafossite) 산화물이 p-type으로서 안정적이라는 것을 보고함에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 ABO2 형태를 가진 Delafossite구조 산화물이 가장 유망한 p-type 투명전도체 소재로 거론되고 있다. Delafossite 구조가 p-type 투명전도체에 적합한 결정구조인 이유는 밴드갭이 넓고 공유결합에 유리하기 때문이다. Delafossite구조는 상온에서 2종류의 polytype(상온에서 Rhombohedaral구조와 hexagonal 구조)이 존재하며 이들은 각각 3R 및 2H의 결정 구조를 가지고 있다. ABO2의 delafossite구조에서 Cu+의 배열은 c-축을 따라 Cu-O-Cr-O-Cu의 연속적인 층 구조로서 2차원연결로 보여 진다. 보고된 Cu- base delafossite구조를 가지는 재료들은 CuAlO2, CuGaO2, CuInO2 등 여러가지가 있다. 본 연구에서는 PLD를 이용하여 c-plane 사파이어 기판위에 성장된 delafossite구조인 CuCrO2박막의 특성을 알아보았다. p-type 특성을 위하여 CuCrO2에 Zn를 첨가하였으며 그에 따른 구조적 전기적 특성을 조사하였다. 성장온도와 산소분압을 $500{\sim}700^{\circ}C$, 0~10mTorr로 변화시켜 특성을 연구하였다. 성장온도 $700^{\circ}C$, 산소분압 10mTorr에서 c-plane 사파이어 기판위에 c-축 배향의 에피성장된 CuCrO2:Zn 박막을 얻을 수 있었다. Mg를 도핑함에 따른 p-type 특성보다 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 동일한 조건임에도 특정한 이차상의 존재를 통해 도핑된 Zn의 위치를 추측할 수 있었다. 온도와 분압에 따른 결정성과 표면상태를 SEM을 통해서 확인하였다.

• Applied Microscopy
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• v.36 no.3
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• pp.155-163
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• 2006

The defects in a synthesized crystal of ${\alpha}-Al_2O_3$ used as substrate for growing of semi-conductor materials such as GaN were examined by the conventional transmission electron microscopy (TEM), Large Angle CBED and High-Angle Annular Dark Field (HAADF) STEM methods. The dominant defects found in the specimen are basal microtwins with the thickness of ${\sim}2\;to\;32 nm$ and the associated strong strain field at the interface of microtwin/matrix, basal dislocations and complex dislocations in the one of {$2\bar{1}\bar{1}3$} pyramidal slip plane. All these basal and pyramidal dislocations seem to be strong related to basal microtwins. It was also found that the density of defects is very uneven. In the certain area with the dimension of a few fm, the dislocation density is quite high as an order of ${/sim}10^{10}/cm^2, but the average density is roughly estimated to be less than ${\sim}10^5/cm^2, as is usually expected in general synthesized crystals.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.171-171
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• 2010

GaN 기반 Light emitting diodes(LEDs)의 p-type doping layer는 일반적으로 hole을 발생시키는 acceptor로 Mg이 사용하되고 있다. 보통 Mg이 도핑된 p-type GaN은 >$1\;{\Omega}{\cdot}cm$의 저항이 존재하는데 그 이유는 Mg의 열적 이온화를 위한 activation 에너지가 높아서 상온에서 valence band의 hole concentration는 전체 억셉터 농도의 1%가 되지 않기 ��문이다. 본 논문에서는 높은 hole 농도를 얻기 위해서 metalorganic chemical-vapor deposition (MOCVD)를 장비를 사용하여 사파이어 기판의 misorientation-angle에 따른 p-type a-plane(11-20) GaN 특성을 분석하였다. misorientation-angle은 c축 방향으로 $+0.15^{\circ}$, $-0.15^{\circ}$, $-0.2^{\circ}$, $-0.4^{\circ}$ off된 r-plane(1-102) 사파이어 기판 을 사용하였다. p-type 도핑물질로 bis-magnesium (Cp2Mg) 소스를 사용하였고 성장 과정중 발생하는 hydrogen passivation으로 인한 Mg-H complexes현상을 해결하기위해 conventional furnace annealing (CFA)와 rapid thermal annealing (RTA)를 이용하여 열처리 공정을 진행하였다. 열처리 공정은 Air와 N2 분위기에서 $650^{\circ}C$에서 $900^{\circ}C$ 사이의 다양한 온도에서 수행하였고 Hall 측정을 위해 Ni을 전극 물질로 사용하였다. 상온에서 Accent HL5500IU Hall system을 사용하여 hole concentration, mobility, specific resistance을 측정하였다. 열처리 공정 후 Hall측정 결과 $+0.15^{\circ}$, $-0.15^{\circ}$, $-0.2^{\circ}$, $-0.4^{\circ}$ off된 각 샘플들은 온도, 시간, 분위기에 따라 hole concentration ($7.4{\times}10^{16}cm^{-3}{\sim}6{\times}10^{17}cm^{-3}$), mobility(${\mu}h=\;1.72\;cm^2/V-s\;{\sim}15.2\;cm^2/V-s$), specific resistance(4.971 ohm-cm ~8.924 ohm-cm) 가 변화됨을 확인 할 수 있었다. 또한 광학적 특성을 분석하기 위해 Photoluminescence (PL)을 측정하였다.

• The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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• v.8 no.6
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• pp.35-40
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• 2008

High performance light emitting diodes(LEDs) have been developed using GaN-based materials grown on sapphire substrates in recent years. Although these LEDs are already commercially available, we have to consider electrostatic discharge(ESD) damage related to both basic materials of diode and miniaturization of LEDs. ESD damage is one of the important parameters influencing reliability of the light emitting devices. We investigated mass production of GaN-based LEDs suffered from ESD during production process and present the solutions in order to improve the ESD problem. Most of EDS problems were controlled by using instruments properly and improvement of the process circumstances as well.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.53 no.3
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• pp.109-115
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• 2020

In this study, polycrystalline diamond was synthesized by chemical vapor deposition (CVD). Diamond films were deposited on a-plane sapphire substrates while changing the concentration of methane for hydrogen (CH₄/H₂), and the concentrations of methane were 0.25, 0.5, 1, 2, 3 and 4 vol%, respectively. Crystallinity and nucleation density according to changes in methane concentration were investigated. At this time, the discharge power, vacuum pressure, and deposition time were kept constant. In order to deposit polycrystalline diamond, the sapphire substrate was etched with sulfuric acid and hydrogen peroxide (ratio 3:7), and the sapphire surface was polished for 30 minutes with 100 nm-sized nanodiamond particles. The deposited diamond thin film was analyzed by a scanning electron microscope (SEM), a Raman spectra, Atomic force microscope (AFM) and an X-ray diffractometer (XRD). By controlling the ratio of methane to hydrogen and performing appropriate pre-treatment conditions, a polycrystalline diamond thin film having excellent crystallinity and nucleation density was obtained.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.3
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• pp.262-267
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• 2003

The heteroepitaxial ZnO thin film on sapphire (0001) substrate was prepared by an off-axis Radio Frequency(RF) magnetron sputtering. The crystallinity of ZnO thin film was affected by deposition pressure, RF power, and substrate temperature. High quality heteroepitaxial ZnO thin film was obtained when the kinetic energy of sputtered particles is well harmonized with the surface mobility. In the result of Photoluminescence(PL) of heteroepitaxial ZnO thin film, Ultraviolet(UV) emissions at 3.36 and 3.28 eV were observed at low(17 K) and Room Temperature(RT). respectively. As the ZnO thin film was annealed in O$_2$ambient, the crystallinity was improved while UV emission was drastically decreased.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.44 no.4
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• pp.91-96
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• 2007

The light extraction efficiency in GaN-on-sapphire LEDs based on a simple model was analyzed qualitatively. The light extraction efficiency in the LEDs is simulated numerically by using ray tracing method. In the present study, the extraction efficiency was simulated on flat LED and PSS(patterned sapphire substrate) LED. The role of the patterned sapphire substrate in PSS LED are analyzed and discussed. And, the effects of reflectance on flat LED and PSS LED were investigated. This analysis of simulation results provide a numeric figure for the extraction efficiency of LEDs and are helpful in the design of high brightness GaN LEDs.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.202-202
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• 2008

실리콘 기판 위에 성장된 세륨 산화막(CeO2)은 고품질의 SOI(Silicon on Insulator)나 혹은 안정한 캐패시터 소자와 같은 반도체 소자에 대한 응용 가능성이 높아 여러 연구가 진행되어 왔다. 세륨 산화막은 형석 구조, 다시 말해서 대칭적인 큐빅 구조이며 화학적으로 안정한 물질이다. 또한, 세륨 산화막의 격자상수 (a = $5.411\AA$)는 실리콘의 격자상수 (a = $5.430\AA$) 와 비슷하며 큰 밴드갭(6eV) 및 높은 유전상수 ($\varepsilon$ = 26), 높은 열적 안전성을 지니고 있어 실리콘 기판에 사용된 기존 절연막인 사파이어나 질코늄 산화막보다 우수한 특성을 지니고 있다. 본 논문에서는 스퍼터링을 이용하여 세륨 산화막을 실리콘 기판 위에 형성하면서 기판가열 온도 조건을 각각 상온, $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$로 설정하였으며, 세륨 산화막의 증착 두께 조건을 각각 80nm, 120nm로 설정한 다음 퍼니스를 이용하여 $1100^{\circ}C$에서 1시간 동안 열처리를 거친 세륨 산화막의 결정화 형태 및 박막의 막질 상태를 각각 X선 회절 장치 (XRD) 및 주사전자현미경 (SEM)으로 관찰하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.11 no.1
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• pp.50-58
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• 2002

The growth of GaN films on Si substrate has many advantages in that Si is less expensive than sapphire substrate and that integration of GaN-based devices with Si substrate is easier The difference of lattice constant and thermal expansion coefficient between GaN and Si is larger than those between GaN and sapphire. However, which results in many defects into the grown GaN. In order to obtain high duality GaN films on Si substrate, we need to reduce defects using the buffer layer such as AlN. In this study, we prepared three types of AlN buffer layer with various crystallinity on Si (111) substrate using MOCVD, Sputtering and MOMBE methods. GaN was grown by MOCVD on three types of AlN/Si substrate. Using TEM and XRD, we carried out comparative investigation of growth and properties of GaN deposited on the various AlN buffers by characterizing lattice coherency, crystallinity, growth orientation and defects formed (voids, stacking faults, dislocations, etc). It is found that the crystallinity of AlN buffer layer has strong effects on growth of GaN. The AlN buffer layers grown by MOCVD and MOMBE showed the reduction of out-of-plane misorientation of GaN at the initial growth stage.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.244-245
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• 2010

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 발광다이오드 및 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. GaN는 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도 등의 광전자 소자에 유리한 특성을 가지고 있으나, 고 인듐 함유량과 막질의 우수한 특성을 동시에 구현하는 것은 매우 어렵다. 이를 극복하기 위한 방법으로써 선택 영역 박막 성장법(Selective Area Growth)은 마스크 패터닝을 통해 제한된 영역에서만 박막을 성장하는 방법으로써 GaN의 막질을 향상 시킬 수 있는 방법으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 대면적 기판에서 GaN의 막질 향상뿐만 아니라 고인듐 InGaN 박막 성장을 위하여 서브마이크로미터 주기와 크기를 갖는 홀 패턴을 포토리소그라피 공정 최적화를 통해 구현할 수 있는 방법에 대해 논의한다. 그림. 1은 사파이어 기판 위에 선택 영역 박막 성장법을 이용하여 성장한 n-GaN/활성층/p-GaN의 구조를 나타낸 그림이다. 이를 통하여 서브마이크로미터 스케일의 반극성 InGaN면 위에 높은 인듐 함유량을 가지면서도 우수한 특성을 갖는 박막을 얻을 수 있다. 본 실험을 위하여 사파이어 기판 위에 SiO2를 증착한 후 포토레지스트(AZ5206)을 도포하고 포토리소그라피 공정을 진행하여 2um 크기 및 간격을 갖는 패턴을 형성했다. 그림. 2는 AZ5206에 UV를 조사(5초)하고 현상(23초)한 패턴을 윗면(그림. 2(a))과 $45^{\circ}$ 기울인 면(그림. 2(b)) 에서 본 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다. 이를 통해 약 2.2um의 홀 패턴이 선명하게 형성 됨을 볼 수 있다. 그 후 수백나노 직경의 홀을 만들기 위해서 리플로우 공정을 수행한다. 그림. 3은 리플로우 온도에 따른 패턴의 홀 모양을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 측정한 표면의 사진이다. 이를 통해 2차원 평면에서 리플로우 온도 및 시간에 따른 변화를 볼 수 있다. 그림.3의 (a)는 리플로우 공정을 진행하기 전 패턴이고, (b)는 $150^{\circ}C$에서 2분, (c)는 $160^{\circ}C$에서 2분 (d)는 $170^{\circ}C$에서 2분 동안 리플로우 공정을 진행한 패턴이다. $150^{\circ}C$와 $160^{\circ}C$에서는 직경에 큰 변화가 없었고, $160^{\circ}C$에서는 시료별 현상 시간 오차에 따라 홀의 크기가 커지는 경향이 나타났다. 그러나 $170^{\circ}C$에서 2분간 리플로우 한 시료 (그림. 3(d))의 경우는 홀의 직경이 ~970nm 정도로 줄어든 것을 볼 수 있다. 홀의 크기를 보다 명확히 표현하기 위해 그림.3에 대응시켜 단면을 스캔한 그래프가 그림.4에 나타나 있다. 그림.4의 (a) 및 (b)의 경우 포토레지스트의 높이 및 간격이 일정하므로, 리플로우에 의한 영향은 거의 없었다. 그림. 4(c)의 경우 포토레지스트의 높이가 그림.4(a)에 비해 ~25nm 정도 낮은 것으로 볼 때, 과도 현상 및 약간의 리플로우가 나타났을 가능성이 크다. 그림. 4(d)에서는 ~970nm의 홀 크기가 나타나서 본 연구에서 목표로 하는 나노 홀 크기에 가장 가까워짐을 확인할 수 있었다. 따라서, $170^{\circ}C$ 이상의 온도와 2분 이상의 리플로우 시간 조건에서 선택 영역 성장을 위한 나노 홀 마스크의 크기를 제어할 수 있음을 확인하였다.