• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.327-327
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• 2012

사파이어는 우수한 광학적, 물리적, 화학적 특성을 가지고 있는 물질 중의 하나이며, 청색 발광특성을 나타내는 GaN와 격자상수, 열팽창 계수가 가장 유사할 뿐만 아니라 가격도 상대적으로 저렴하기 때문에 GaN 성장을 위한 기판으로 사용될 수 있다. 실제로 사파이어는 프로젝터와 전자파 장치, 군사용 장비 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, 발광 다이오드(LED)를 위한 기판으로 활용됨으로써 그 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러나 사파이어 결정의 성장 중에 생길 수 있는 전위(dislocation)와 적층결함(stacking fault) 등의 결정 결함들은 결정 내에 존재하여 역학적, 전기적 성질에 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히 사파이어가 청색 발광소자의 기판으로 사용되는 경우, 사파이어 기판 내부의 결정 결함은 증착되는 박막 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 사파이어의 보다 나은 응용을 위해서는 결정 결함에 대한 평가기술과 결함의 형성 메커니즘 등에 대한 이해가 필요하다. 특히, 결함의 정량적 평가 기술의 개발은 사파이어의 상용화에 중요한 핵심요소 중 하나이다. 결정을 산이나 염기 등을 이용하여 화학적 식각을 하게 되면 분자나 원자 간의 결합이 약한 부분이나 높은 에너지 상태에 있는 부분부터 반응을 하게 되는데, 이러한 반응을 통해 결정의 표면에 형성되는 것을 에치 피트(etch pit)라고 한다. 일반적으로 결정 내에 존재하는 전위는 높은 에너지 상태이므로, 이러한 에치 피트는 전위와 관련되어 있다. 따라서 사파이어 결정과 같은 결정질 물질은 표면의 식각을 통하여 관찰되는 에치 피트 등의 형상이나 반응성 등을 평가하여 결정 특성을 연구할 수 있다. 본 연구는 화학적 식각법으로 사파이어 결정의 특성을 평가하기 위하여 진행하였다. 사파이어 결정의 식각을 위하여 다양한 산-염기 용액들이 사용되었다. 식각 용액의 종류에 따른 사파이어 결정의 식각거동을 연구하고, 표면에 나타나는 형상을 연구하여 사파이어 결정의 구조적 특성을 파악하였다. 특히, 에치 피트 형성거동의 시간 및 온도 의존성에 관한 연구를 진행하였다.

• 한국결정학회지
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• 제7권1호
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• pp.73-80
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• 1996

단일 온도대역 수평 Bridgman(1-T HB)법에 의해 2인치 직경의 GaAs 단결정을 성장시키기 위하여 그 장치를 설계·제작하였고, undoped, Si-doped 및 Zn-doped 단결정을 성장하였다. 단결정성의 측면에서 성장횟수별 비로 0.73의 단결정성을 보였고, 격자결함 밀도(etch pit density)는 n-type의 경우 평균 5,000/cm2, p-type의 경우 10,000/cm2, 그리고 undoped의 경우 20,000/cm2 정도를 보였다. 한편 undoped GaAs 단결정의 경우, Hall 측정에 의한 carrier 농도가 ∼1×1016/cm3인 것으로 나타나 기존의 이중 온도대역(2-T : double temperature zone) 또는 삼중 온도대역(3-T : three temperature zone) 수평 Bridgman 방식에 비하여 Si 유입량이 절반 수준인 것으로 측정되었다. 따라서 1-T HB 방식에 의하여 2-T나 3-T HB 방법보다 나은 수율을 갖고 더 순도가 높은 GaAs 단결정을 성장시킬 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권5호
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• pp.504-508
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• 2022

Single crystal gallium oxide (Ga₂O₃) has been an emerging material for power semiconductor applications. However, the defect distribution of Ga₂O₃ substrates needs to be carefully characterized to improve crystal quality during crystal growth. We analyzed the type and the distribution of defects on commercial (-201) Ga₂O₃ substrates to get a basic standard prior to growing Ga₂O₃ crystals. Etch pit technique was employed to expose the type of defects on the Ga₂O₃ substrates. Synchrotron white beam X-ray topography was also utilized to observe the defect distribution by a nondestructive manner. We expect that the observation of defect distribution with three-dimensional geometry will also be useful for other crystal planes of Ga₂O₃ single crystals.

• 대한금속재료학회지
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• 제46권3호
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• pp.169-173
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• 2008

본 논문에서는 인산을 이용하여을 인산을 이용하여 nGaN을 습식식각 할때의 표면식각 진행 특성을 조사 하였다. 인산을 이용한 고온에서의 식각은 diffusion rate limited regime을 통하여 이루어짐을 확인 하였으며, 또한 초기식각은 lateral 크기가 $20{\mu}m$에서 $5{\mu}m$ 정도인 bimodal 형태의 hexagonal 모양의 hole과 pits이 형성되며, 식각이 진행됨에 따라 표면에 형성된 hexagonal hole 등이 적층구조로 형성되거나 혹은 laterally 병합되며 식각됨을 관찰 하였다. 또한 PL 분석을 통하여 표면 거칠기 증가로 인한 extraction efficiency의 향상도 관찰할 수 있었다. 이러한 결과로부터 인산을 이용한 습식식각을 통하여 GaN의 표면 texturing 공정이 이용 가능할 수 있을 것으로 예상 된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제24권5호
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• pp.196-201
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• 2014

화학적 습식 에칭을 통해 AlN와 GaN의 결함 및 표면 특성을 분석했다. 화학적 습식 에칭은 단결정의 결함을 선택적으로 에칭하기 때문에 결정의 품질을 평가하는 좋은 방법으로 주목 받고 있다. AlN와 GaN의 단결정은 NaOH/KOH 용융액을 이용하여 에칭을 했으며, 에칭 후 표면 특성을 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM)과 원자힘 현미경(AFM)을 촬영했다. 에치 핏의 깊이를 측정하여 표면에 따른 에칭 속도를 계산했다. 그 결과 AlN와 GaN 표면에는 두 개의 다른 형태에 에치 핏이 형성 되었다. (0001)면의 metal-face(Al, Ga)는 육각 추를 뒤집어 놓은 형태를 갖는 반면 N-face는 육각형 형태의 소구 모양(hillock structure)을 하고 있었다. 에칭 속도는 N-face가 metal-face(Al, Ga)보다 각 각 약 109배(AlN)와 5배 정도 빨랐다. 에칭이 진행되는 동안 에치 핏은 일정한 크기로 증가하다 서로 이웃한 에치 핏들과 합쳐지는 것으로 보여졌다. 또한 AlN와 GaN의 에칭 공정을 화학적 메커니즘을 통해 알아 보았는데, 수산화 이온($OH^-$)과 질소의 dangling bond에 영향을 받아 metal-face(Al, Ga)와 N-face가 선택적으로 에칭되는 것으로 추론되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제26권4호
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• pp.131-134
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• 2016

Czochralski 법으로 성장한 RE : YAG ($RE=Nd^{3+}\;,Er^{3+}\;,Yb^{3+}$) 단결정의 표면 결함을 측정하는 chemical polishing 및 etching 조건에 대하여 조사하였다. 최적의 chemical polishing 조건은 시편을 수직 방향으로 고정하고 85 % $H_3PO_4$ 용액에서 $330^{\circ}C$, 30분 동안 진행한 것이었다. 또한 최적의 chemical etching 조건은 85 % $H_3PO_4$ 용액에서 $260^{\circ}C$, 1시간 동안 진행한 것이었고, (111) 면에 $70~80{\mu}m$ 크기의 삼각형 etch pit들이 관찰되었다. 결함 밀도 분석 결과, Nd(1 %) : YAG는 $1.9{\times}10^3$개/$cm^2$, Er(7.3 %) : YAG는 $4.3{\times}10^2$개/$cm^2$, Yb(15 %) : YAG는 $5.1{\times}10^2$개/$cm^2$로 측정되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제24권4호
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• pp.135-139
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• 2014

수소화기상증착에피탁시로 성장된 GaN 단결정의 표면 특성을 정밀하게 측정하기 위해, 용융 KOH/NaOH 습식화학에칭법을 적용하였다. KOH/NaOH 습식화학에칭법에 에칭속도는 기존의 황산, 인산과 같은 etchant에 비해 느린데, 이는 불용성 코팅층의 형성에 의한 것이다. 따라서 이 방법으로 etch pits density를 더 효율적으로 평가할 수 있었다. 성장된 GaN 단결정을 XRD(X-Ray Diffraction), XRC(X-ray rocking curve)로 결정성을 분석하였으며, 에칭 특성과 표면 형상은 주자전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 에칭 실험 결과 격자결함들이 독립적으로 잘 분리되어 있고 그들의 형태가 명확하게 나타나는 최적 에칭 조건은 $410^{\circ}C$, 25분이었다. 이 조건에서 얻은 결함밀도 값은 $2.45{\times}10^6cm^{-2}$이었으며, 이는 상업적으로 이용 가능 한 정도의 재료임을 확인할 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제13권4호
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• pp.168-171
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• 2003

$YMnO_{3}$ single crystals have been grown by a floating zone technique and the optimal growth conditions were investigated. Their crystallinity and microstructure were characterized by the chemical etch pit patterns, their distribution and the compositional difference depending on the G value. In particular, the microstructural feature was interpreted in terms of compositional deviation along radial direction on (1010) growth plane.

• 한국결정성장학회지
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• 제20권5호
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• pp.202-206
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• 2010

Single crystals of $ZnWO_4$ were grown successfully in the [100], [010] and [001] directions using the Czochralski method. The growth parameters and the formation of slip plane in $ZnWO_4$ crystals were studied. $ZnWO_4$ crystals had a cleavage plane of (010). The dislocation density on the (010) plane at the center of the crystal was lower than that of the edge region. It was inferred that the high density at the edge of the crystals was caused by the thermal gradient during crystal growth. The etch pit arrangement revealed the (100) slip plane to be most active during crystal growth.

• 한국결정성장학회지
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• 제24권6호
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• pp.237-241
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• 2014

본 연구에서는 상용화되는 AlN 웨이퍼(wafer)를 이용하여 molten KOH/NaOH 화학적 습식 에칭(Wet Chemical Etching)에 따른 표면변화 특성 및 최적의 에칭 조건을 조사하였다. AlN 웨이퍼를 $350^{\circ}C$에서 5분간 에칭 시 Al-face, N-face는 서로 다른 관찰되었다. 특히, Al-face는 에치핏의 형상을 파악하여 결함특성을 관찰하였고, 이로부터 결함 밀도를 계산하여 $2{\times}10^6/cm^2{\sim}10^{10}/cm^2$의 결과를 얻었다. N-face의 경우 육각 뿔(hexagonal pyramids) 형태의 격자결함이 형성되었다. 또한 AlN 웨이퍼의 성장 시 배향을 관찰하기 위해 XRD(X-Ray Diffraction, Rigaku, JAPAN)를 이용하여 분석한 결과 육방정 AlN의 C축 방향에 해당되는 (0002) 및 (0004) 면으로 배향된 상태임을 알 수 있었고, DC-XRD(Double Crystal X-ray Diffraction, bruker, Germany)를 이용하여 rocking curve의 위치에 따라 곡률 반경을 측정했을 때 1.6~17 m의 곡률을 가지고 있는 것으로 나타났다.