The authors investigated the InGaN/GaN multi-quantum well blue light emitting diodes with the implements of the photonic crystals fabricated at the top surface of p-GaN layer or the bottom interface of n-GaN layer. The top photonic crystals result in the lattice-dependent photoluminescence spectra for the blue light emitting diodes, which have a wavelength of 450nm. However, the bottom photonic crystal shows a big shift of the photoluminescence peak from 444 nm to 504 nm and played as a role of quality enhancement for the crystal growth of GaN thin film. The micro-Raman spectroscopy shows the improved epitaxial quality of GaN thin film.
GaN 단결정 박막은 halide vapor phase epitaxy(HVPE)방법을 사용하여 사파이어 기판위에 헤케로에피탁시하게 성장시켰다. 이렇게 제조된 박막은 n형 전동성을 갖는다. 아연(Zn)을 받개 불순물로 도핑시켜 절연형 GaN 박막을 만들었는데 2.64과 2.43eV의 청색영역에서 발광 피크를 가졌다. 본 연구에의해 GaN 박막은 MIS(metal-insulator-semiconductor) 접합구조로 제작이 가능함을 시사하였고, 이종접합형 발광소자 개발에 기초자료가 될 것으로 전망된다.
Effect of $N_2$ flow rate on properties of GaN thin films grown by plasma-enhanced molecular beam epitaxy(PEMBE) was discussed to optimize the quality of thin films. It was found that at low $N_2$ flow rate indicating high III/V flux ratio, the growth rate of GaN thin films was controlled by $N_2$ flux, and at high $N_2$ flow rate the growth rate was not controlled by $N_2$ flux any longer. It was also found that III/V flux ratio affected film quality. The film grown at higher $N_2$ flow rate showed low background carrier concentration, higher carrier mobility, and narrow FWHM in band-edge emission of low temperature PL. It is thought that the film in more Ga flux region was grown by 2-dimensional layer-by-layer growth mode, and the film in more nitrogen region was grown by 3-D island growth mode. All samples exhibited a good crystallinity.
MOCVD로 성장된 $A1_x$$Ga_{1-x}$N/GaN 박막의 광학적 특성을 이해하기 위하여 실온에서 광발광(PL), 광전류)PC), 광단속에 의한 광권도도(PPC) 측정하였다. PL과 PC로 결정된 $A1_x$$Ga_{1-x}$N/GaN 박막의 광학적 에너지 간격은 3.7eV 이었다. PC측정 시 빛을 시료의 위쪽에서 조사시켰을 때에는 3.70, 3.40eV의 peak와 2.2eV 근방에서 broad한 peak가 관측되었다. 그러나 기판 쪽에서 빛을 조사시켰을 때의 PC 스펙트럼은 2.2eV 근방에서 broad한 peak와 3.43eV peak 만을 볼 수 있었다. PPC실험에서 관측된 photocurrent quenching과 비정상적인 PPC현상은 GaN 띠간격내에 형성된 전위나 vacancy 등의 결정결함 준위내에 전자들이 포획되고 오랫동안 포화되어 있다가 다시 방전되는 현상으로 보인다.
본 연구에서는 패턴화된 사파이어 기판 위에 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy System) 법에 의해 50 nm 두께의 AlN thin film을 증착한 뒤, 에피층 구조가 MO CVD에서 성장되었다. AlN 버퍼층 박막의 표면형상이 SEM, AFM에 의해서, 에피층 구조의 GaN 박막의 결정성은 X-선 rocking curve에 의해 분석되었다. 패턴화된 사파이어 기판 위에 증착된 GaN 박막은, 사파이어 기판 위에 증착된 GaN 박막의 경우보다 XRD 피크 세기가 다소 높은 결과를 나타냈다. AFM 표면 형상에서 사파이어 기판 위에 AlN 박막이 증착된 경우, GaN 에피층 박막의 p-side 쪽의 v-pit 밀도가 상대적으로 낮았으며, 결함밀도가 낮게 관찰되었다. 또한, AlN 버퍼층이 증착된 에피층 구조는 AlN 박막이 없는 에피층의 광출력에 비해 높은 값을 나타냈다.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제7권4호
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pp.14-17
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2006
A thin GaN semiconducting film that grows on sapphires due to metalorganic chemical vapor deposition was machined for nanophotonic applications. The thin film had multilayered superlattice structures, including nanoscaled InGaN layers. Eight alternating InGaN/GaN multilayers provided a blue light emission source. Nanoscaled holes, 150 nm in diameter, were patterned on polymethylmethacrylate (PMMA) film using an electron beam lithography system. The PMMA film blocked the etching species. Air holes, 75 nm in diameter, which acted as blue light diffraction sources, were etched on the top GaN layer by an inductively coupled plasma etcher. Hexagonal lattice photonic crystals were fabricated with 230-, 460-, 690-, and 920-nm pitches. The 450-nm wavelength blue light provided the nanodiffraction destructive and constructive interferences phenomena, which were dependent on the pitch of the holes.
A zinc oxide (ZnO) single crystal was used as a substrate in the hydride vapor-phase epitaxy (HVPE) growth of GaN and the structural and optical properties of GaN layer were characterized by x- ray diffraction, transmission electron microscopy, secondary ion mass spectrometry, and photoluminescence (PL) analysis. Despite a good lattice match and an identical structure, ZnO is not an appropriate substrate for application of HVPE growth of GaN. Thick film could not be grown. The substrate reacted with process gases and Ga, being unstable at high temperatures. The crystallinity of ZnO substrate deteriorated seriously with growth time, and a thin alloy layer formed at the growth interface due to the reaction between ZnO and GaN. The PL from a GaN layer demonstrated the impurity contamination during growth possibly due to the out-diffusion from the substrate.
We fabricated photonic crystals on GaAs and GaN substrates. After anodizing the aluminium thin film in electrochemical embient, the porous alumina was implemented to the mask for reactive ion beam etching process of GaAs wafer. And photonic crystals in GaN wafer were also fabricated using electron beam nano-lithography process. The coated PMMA thin film with 200 nm-thickness on GaN surface was patterned with triangular lattice and etched out the GaN surface by the inductively coupled plasma source. The fabricated GaAs and GaN photonic crystals provide the enhanced intensities of light emission for the wavelengths of 858 and 450 nm, respectively. We will present the detailed dimensions of photonic crystals from SEM and AFM measurements.
본 연구에서는 기상화학 증착법으로 성장되는 GaN 후막에 대한 열역학적 전사모사를 수행하고 이를 실험결과와 비교, 검토하였다. 열역학적계산은 화학양론적 연산방식을 이용하여 수치 해석하였으며, 모사의 변수로써 온도범위는 400∼1500K, 기상비율은 $(GaCl_3)/[GaCl_3+NH_3],(N_2)/(GaCl_3+NH_3)$를 취하였다. GaN의 성장온도 범위는 이론적인 계산이 실험결과보다 훨씬 낮은 450∼750K으로 예측되었다. 성장온도에서 모사결과와 실험결과와의 차이는 GaN의 기상 에픽텍시 성장이 박막성장의 높은 활성화 에너지 때문에 반응속도론적으로 국한된 영역 내에서 발생한다는 것을 나타낸다.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제10권2호
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pp.40-43
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2009
The authors fabricated a nanopatterned surface on a GaN thin film deposited on a sapphire substrate and used that as an epitaxial wafer on which to grow an InGaN/GaN multi-quantum well structure with metal-organic chemical vapor deposition. The deposited GaN epitaxial surface has a two-dimensional photonic crystal structure with a hexagonal lattice of 230 nm. The grown structure on the nano-surface shows a Raman shift of the transverse optical phonon mode to $569.5\;cm^{-1}$, which implies a compressive stress of 0.5 GPa. However, the regrown thin film without the nano-surface shows a free standing mode of $567.6\;cm^{-1}$, implying no stress. The nanohole surface better preserves the strain energy for pseudo-morphic crystal growth than does a flat plane.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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