• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.109-109
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• 1998

최근 들어 MOCVD 법으로 성장시킨 GaN, InGaN, AIGaN를 이용한 광소자 ( (LED, LD)와 전자소자(FET, MODFET)에 대한 관심이 고조되면서, MOCVD 법 을 이용한 GaN 중심의 질화물 반도체 성장에 관심이 집중되고 있다. 금번 실험에 사용된 MOCVD 장비는 수직형 MOCVD 장비이다. 특히, wafer c carner를 1$\alpha$)() rpm이상의 고속으로 회전시킬 수 있는 장치로서 원료 가스의 반웅 기 내에서의 흐름을 균일하게 하여 uniformity가 높은 질화물 반도체를 성장시킬 수 있다 .. GaN 에피충은 c-plane 사파이어를 기판으로 하여 11 00 "C 이상의 고온 에서 수소를 이용하여 기판을 cleaning하고, 500 "C 부근에서 핵생성충올 성장시 킨 후 1050 "C에서 trimethylgallium(TMGa)과 NI-h를 이용하여 성장시켰다. n n -GaN를 성장시키기 위해서는 SiH4을 사용하였으며, InGaN의 경우는 t trimethylindium(TMIn)을 In원 료 가스로 하여 635 - 725 "C 범 위 에 서 성 장시 켰 다. 성 장된 undoped GaN, n-GaN, InGaN는 X -ray di잔raction(XRD), H떠l m measurement, Photoluminescence(PU동올 이용하여 결정성과 전기적 및 광학적 특성올 고찰하였다 .. 2ttm 두께로 성장된 undoped G값V박막의 경우 Hall 측정결과 6 6 X lOI6/e며 정도의 낮은 도핑 농도를 보였으며, V!lII ratio(2500 - 5000)증가에 따라 결정성이 향상됨을 GaN (102)면의 X -ray e -rocking분석올 통하여 확인하 였다 .. n-GaN의 경우 SiH4양올 3 - 13 sccm으로 증가시킴에 따라 n -type 도명농 도가 선형적으로 증가하였고, 1017/c며 범위 내로 도평이 된 경우 상온에서 300 e마 N Ns 이상의 high mobility를 얻올 수 있었다 .. PL 관측 결과로부터 Si 도핑으로 인 하여 GaN bandedge emission이 강화됨을 알 수 있었다 .. InGaN 박막의 경우 성 장온도를 낮춤에 따라서 m의 양을 증가시킬 수 있었다. 또한 유량비(TMIn I T TMGa)가 1에 가까운 경 우에서도 온도를 635 "C 정도로 낮훈 경우 410 nm정도에 서 PL bandedge peak올 얻을 수 있었으며, 이 때의 반치폭은 50 meV정도의 낮 은 값을 보였다. 반치폭은 50 meV정도의 낮 은 값을 보였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.9 no.12
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• pp.1216-1221
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• 1999

GaN films were deposited on sapphire [$Al_2O_3(0001)$] substrates at relatively low temperature by MOCVD using N-atom source based on a Dielectric Barrier Discharged method. Ammonia gas($NH_3$is commonly used as an N-source to grow GaN films in conventional MOCVD process, and heating to high temperature is required to provide sufficient dissociation of $NH_3$. We used a dielectric barrier discharge method instead of $NH_3$ to grow GaN film relatively low temperature. DBD is a type of discharge, which have at least one dielectric material as a barrier between electrode. DBD is a type of controlled microarc that can be operated at relatively high gas pressure. Crystallinity and surface morphology depend on growth temperature and buffer layer growth. With the DBD-MOCVD method, wurtzite GaN which is dominated by the (0001) reflection was successfully grown on sapphire substrate even at $700^{\circ}C$.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.11 no.2
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• pp.409-413
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• 2010

We fabricated 10 nm-thick cobalt silicide($CoSi_2$) as a buffer layer on a p-type Si(100) substrate to investigate the possibility of GaN epitaxial growth on $CoSi_2/Si(100)$ substrates. We deposited 500 nm-GaN on the cobalt silicide buffer layer at low temperature with a PA-MBE (plasma assisted-molecular beam epitaxy) after the $CoSi_2/Si$ substrates were cleaned by HF solution. An optical microscopy, AFM, TEM, and HR-XRD (high resolution X-ray diffractometer) were employed to determine the GaN epitaxy. For the GaN samples without HF cleaning, they showed no GaN epitaxial growth. For the GaN samples with HF cleaning, they showed $4\;{\mu}m$-thick GaN epitaxial growth due to surface etching of the silicide layers. Through XRD $\omega$-scan of GaN <0002> direction, we confirmed the cyrstallinity of GaN epitaxy is $2.7^{\circ}$ which is comparable with that of sapphire substrate. Our result implied that $CoSi_2/Si(100)$ substrate would be a good buffer and substrate for GaN epitaxial growth.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.618-619
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• 2010

LED는 기존의 발광원에 비해 훨씬 높은 파워와 효율성으로 인해 최근 들어 각종 조명이나 교통신호 등에서 사용이 급증하고 있다. LED 재료를 위해 지금까지 여러가지가 연구되어 왔는데, 갈륨 질화물 (Gallium Nitride, GaN)에 기반한 시스템이 최근들어 가장 큰 관심을 받고 있다. GaN 방식은 열적으로 매우 안정성이 있고, 1.9 ~ 6.2 eV 범위의 넓은 밴드의 Gap, 그리고 인듐이나 알루미늄과 결합하여 청, 녹, 백색등의 다양한 빛을 발생할 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어 청색 LED는 광학 방식의 기록매체에, 백색 LED는 기존의 조명램프의 대체용으로 활용이 가능하다. 이러한 장점 덕분에 GaN기반 LED 시장은 1994년에 최초로 상용화 된 이래 최근 급격한 성장을 보여 왔다. 그러나 GaN은 다른 III~V 타입의 반도체 재료와는 달리 재료가 성장하기 위해 사파이어와 같은 별도의 기판을 필요로 하는 문제가 있다. 이것은 결국 전위발생과 같은 격자의 부조화 같은 문제를 야기하여 결국 LED의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법이 개발되었는데, 이 방법은 시간당 100 미크론의 매우 빠른 성장속도로 높은 두께의 레이어를 만드는 장점이 있다. 이렇게 성장된 GaN 레이어는 베이스 기판에서 쉽게 분리되어 활용이 가능하다. 그러나 HVPE 기술은 성장 공정에서 두께를 균일하게 만들도록 제어하는 것이 매우 어렵다는 문제가 있다. 따라서 HVPE 방식에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 반응현상에 대한 물리적 해석을 토대로 공정조건을 정밀하게 설계해야 한다. 이를 위해 최근에 실험 또는 시뮬레이션을 활용하여 이러한 공정조건을 향상시키기 위한 여러 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 이러한 연구의 일환으로 반응로에 투입되는 여러 기체의 유량과 존별 주변온도 조건을 입력변수로 하고, 이들이 GaN 성장에 미치는 영향을 분석하였다. HVPE 시스템에서 가장 이상적인 목표는 반응기체가 층류유동을 유지하면서 대부분의 반응이 기판위에서 이뤄지며, 기판위에서 성장되는 재료의 두께가 균일하게 되는 것이다. 입력변수들이 이러한 결과에 어떠한 영향을 미치는 지 분석하기 위해 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 수행하는 상용코드 FLUENT를 사용하였다. 보다 실제에 가까운 해석을 위해서는 기체간의 화학반응을 포함해야 하나, 해석의 편의와 효율을 위해 본 연구에서는 열 및 유동해석만을 수행하였다. 한편 실제 반응로의 우수성은 성장속도와 두께분포의 균일도를 통해 평가된다. CFD 해석을 통해 이들을 분석하기 위해 기존에 수행한 실험조건을 해석하고 해석결과의 유동패턴/압력분포를 실험결과의 성장속도/두께분포와 비교하고, 이중에서 관련성이 높은 해석결과변수를 우수성 평가에 활용하였다. 기존의 실험결과를 토대로 이러한 중요 결과변수와 함께 이들에 대한 목표값이 도출되고 나면, 입력 공정조건 - 사용기체의 유량과 주변온도 조건 - 에 대해 실험계획(DOE,Design of Experiment)을 수립하고 목표성능을 구현하기 위한 최적설계를 수행할 수 있다. 일반적으로 CFD를 통해 최적의 설계나 공정조건을 탐색하는 작업은 1회의 CFD 계산시간이 매우 오래 소요되기 때문에 쉽지 않다. 그러나 본 연구에서는 CFD와 DOE의 적절한 조합을 통해 적은 수의 해석을 가지고도 원하는 결과를 효율적으로 얻는 것이 가능함을 입증하고자 한다. 본 발표에서는 아직 이러한 연구가 완성되지 않은 시점에서 제반 연구개요를 소개하고 현 시점까지의 연구 결과 및 향후 계획을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.335-335
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• 2012

III-V 족 반도체 물질 중, GaN는 넓은 밴드갭을 가지고 있어 발광 다이오드나 레이저 다이오드, 트랜지스터, 스핀트로닉스 등의 응용에 유용한 물질이다 [1]. 실시간 성장 제어 및 최적화된 특정 소자 응용을 위해서는 GaN의 다양한 온도에 대한 유전율 함수 정보가 필수적이다. 편광분석법을 이용한 상온에서의 hexagonal GaN 유전율 함수는 이미 여러 연구에서 보고되었고, 80~650 K 사이의 온도 범위에 대한 언구도 수행되었다 [2,3]. 그러나, 온도변화에 대한 GaN 유전율 함수와 $E_0$ 전이점에 대한 해석은 부정확하다. 따라서 본 연구에서는 사파이어 기판 위에 분자살박막증착장치를 이용하여 c-축 방향 (0001)으로 성장 시킨 hexagonal GaN를 0.74~6.42 eV 에너지 구간에서 보다 확장된 온도 영역(26~693 K)의 유전율 함수를 편광분석법을 이용하여 측정하였다. 측정된 GaN의 유전율 함수를 회기분석법을 통한 2차 미분 표준해석법을 이용해 분석 하였고, 그 결과 $E_0$와 excitonic $E_0$ 전이점을 명확히 얻을 수 있었다. 온도가 감소함에 따라 격자상수 및 전자-포논 상호작용이 감소하여 전자 전이점이 청색천이 하고, 그 구조가 명확해 지는 결과를 얻었다. 본 연구의 결과는 GaN 유전율 함수의 온도 의존성에 대한 데이터베이스를 제공함은 물론, 실시간 모니터링과 GaN를 기반으로 하는 광소자 제작 등에 유용할 것이다.

• 한국초전도학회:학술대회논문집
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• v.9
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• pp.147-151
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• 1999

YBCO step-edge Josephson junction were fabricated on sapphire substrates. The steps were formed on R-plane sapphire substrates by using Ar ion milling with PR masks. The step angle was controlled in the wide range from 25$^{\circ}$ to 50$^{\circ}$ by adjusting both the Ar ion incident angle and the photoresist mask rotation angle relative to the incident Ar ion beam. CeO$_2$ buffer layer and in-situ YBa$_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ (YBCO) thin films was deposited on the stepped R-plane sapphire substrates by pulsed laser deposition method. The YBCO film thickness was varied to obtain the ratio of film thickness to step height in the range from 0.5 to 1. The step edge junction exhibited RSJ-like behaviors with I$_cR_n$ product of 100 ${\sim}$ 300 ${\mu}$V, critical current density of 10$^3$ ${\sim}$ 10$^5$ A/ cm$^2$ at 77 K.

• 한국초전도학회:학술대회논문집
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• v.9
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• pp.142-146
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• 1999

CeO$_2$ buffer layers and in-situ YSa$_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ (YBCO) thin films were grown by pulsed laser deposition method on R-plane sapphire substrates. Superconducting properties and surface morphologies of YBCO thin films exhibit strong dependence on the crystallinity of CeO$_2$ buffer layer. The best a-axis oriented CeO$_2$ buffer layers could be grown at 800 $^{\circ}C$ of deposition temperature, 1.5 J/ cm$^2$ of laser energy density and 50 mTorr of oxygen pressure. The YBCO thin films on the a-axis CeO$_2$ buffer layer have Tc (R=0) ${\ge}$ 89.5 K, ${\delta}$Tc ${\sim}$ 0.5 K, and Jc ${\ge}$ 3.2 ${\times}$ 10$^6$ A/ cm$^2$ at 77 K.

• Progress in Superconductivity
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• v.5 no.2
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• pp.94-97
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• 2004

Step-edge Josephson junctions (SEJ) have been fabricated on sapphire substrates with in situ deposited films of CeO$_2$ buffer layer and YBa$_2$Cu$_3$O$_{7}$ films on the low angle steps. Direct coupled SQUID magnetometers with the SEJ were formed on 1 cm X 1 cm R-plane sapphire substrates. Typical 5-${\mu}{\textrm}{m}$-wide Josephson junctions have R$_{N}$ of 3 Ω and I$_{c}$ of 50 $mutextrm{A}$ at 77 K. The direct coupled SQUID magnetometers were designed to have pickup coils of 50-${\mu}{\textrm}{m}$-wide 16 parallel loops on the 1 cm X 1 cm substrates with outer dimension of 8.8 mm X 8.8 mm. The SEJ SQUID magnetometers exhibit relatively low 1/f noise even with dc bias control, and could be stably controlled by flux-locked loops in the magnetically disturbed environment. Field noise of the do SQUID was measured to be 200∼300 fT/Hz$^{1}$2/in the white noise region and about 2 pT/Hz$^{1}$2/ at 1 Hz when measured with dc bias method.hod.d.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.04a
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• pp.140-142
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• 2003

ZnO thin films are demanded for device applications, so ZnO buffer layer was used to improve for good properties of ZnO thin film. In this study, the structural, electrical and optical properties of ZnO thin films deposited with various buffer thickness was investigated by X-ray diffraction (XRD), Hall measurements, Photoluminescence(PL). ZnO buffer layer and ZnO thin films on sapphire($Al_{2}O_{3}$) substrate have been deposited $200^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$ respectively by pulsed laser deposition. It is observed the variety of lattice constant of ZnO thin film by (101) peak position shift with various buffer thickness. It is founded that ZnO thin film with buffer thickness of 20 nm was larger resistivity of 200 factor and UV/visible of 2.5 factor than that of ZnO thin films without buffer layer. ZnO thin films with buffer thickness of 20 nm have shown the most properties.

• 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.