RF 마그네트론 스퍼터링 공정에 의해 Ga-doped ZnO 박막이 O2 및 Ar 분위기 하에서 증착 조건에 따라 합성되었으며, N2 분위기에서, 600℃에서 급속열처리(RTA)를 실시하였다. 증착된 ZnO : Ga 박막에 대해 두께를 측정하였고, XRD 패턴 분석에 의해 결정상을 조사하였으며, FE-SEM, AFM 이미지에 의해 박막의 미세구조를 관찰하였다. O2 및 Ar 분위기 기체 종류별로 형성된 박막들의 증착 조건에 따라 X-선 회절 패턴의 (002)면의 세기는 상당한 차이를 나타냈다. O2 조건에서는 Ga doping이 이루어진 단일 박막의 경우에서는 강한 세기의 회절피크가 관찰되었다. O2 및 Ar 조건에서는 Ga doping이 이루어진 다층박막의 경우에서는 다소 약한 세기의 (002) 면의 피크만을 나타내었다. FE-SEM image에서는 박막의 표면입자의 크기는 두께가 증가함에 따라 입자크기가 다소 증가하는 것으로 관찰되었다. O2 및 Ar 분위기 조건 하에서, Ga doping이 이루어진 다층박막의 경우에서는, 비저항은 6.4 × 10-4Ω·cm을 나타냈고, O2 분위기 조건하에서, Ga doping이 이루어진 단일 박막의 경우에서는 저항값이 감소하였고, Ga-doped ZnO 박막의 두께가 2 ㎛로 증가하면서 저항이 감소하였으며, 1.0 × 10-3 Ω·cm의 비교적 낮은 비저항 값을 나타내었다.
The authors investigated the InGaN/GaN multi-quantum well blue light emitting devices with the implementation of the photonic crystals fabricated at the top surface of p-GaN layer and the bottom interface of n-GaN layer. The top photonic crystals result in the lattice-dependent photoluminescence spectra at the wavelength of 450 nm and however, the bottom photonic crystal shows a big shift of the photoluminescence peak from 444 nm to 394 nm. The sample with the bottom photonic crystal structure also shows the lasing effect at the wavelength of 468 nm. Furthermore, the quality enhancement for the crystal growth of GaN thin film on the bottom photonic crystal comes from the modulated compressive stress which was measured by the micro-Raman spectroscopy.
The freestanding GaN substrates were grown by hydride vapor phase epitaxy (HVPE) on (0001) sapphire substrate and prepared by using laser induced lift-off. After a mechanical polishing on both Ga and N-surfaces of GaN films with 100$\mu\textrm{m}$ thick, their polarities have been investigated by using chemical etching in phosphoric acid solution, 3 dimensional surface profiler and Auger electron spectroscopy (AES). The composition of the GaN film measured by AES indicted that Ga and N terminated surfaces have the different N/Ga peak ratio of 0.74 and 0.97, respectively. Ga-face and N-face of GaN revealed quite different chemical properties: the polar surfaces corresponding to (0001) plane are resistant to a phosphoric acid etching whereas N-polar surfaces corresponding to(0001) are chemically active.
본 논문에서는 육각형 GaN 피라미드의 꼭지점 부분에만 나노 혹은 마이크로 크기의 GaN 구조를 선택적으로 성장시킬 수 있는 결정 성장 방볍에 대하여 연구하였다. 최적화된 포토리소그라피 공정을 이용하여 육각형 GaN 피라미드 구조의 꼭지점 부분의 $SiO_2$ 마스크 영역만을 제거할 수 있었으며, 이렇게 하여 노출된 육각형 GaN 피라미드의 꼭지점 부분에만 metal organic vapor phase epitaxy(MOVPE) 결정 성장방법을 사용하여 나노 및 마이크로 크기의 GaN 구조를 선택적으로 성장하였다. GaN 피라미드 꼭지점 부근에 형성된 나노 및 마이크로 G값J 구조는 semi-polar {1-101} 결정면으로 둘러싸인 육각 피라미드 형상을 하고 있으며 그들의 크기는 성장 시간에 의해 쉽게 조절할 수 있음을 확인하였다. TEM 관측 결과, 측면 방향으로 진행하는 관통전위들이 $SiO_2$ 마스크에 의해 효율적으로 차단되어 나노 및 마이크로 GaN 구조에서는 전위 밀도가 감소하는 것을 확인할 수 있었으나 $SiO_2$ 마스크의 끝부분의 매끄럽지 못한 부분에 의해 적층 결함이 발생함을 확인하였다.
GaN thin fan were grown by spin coated colloidal GaOOH precursor. Polycrystalline GaNs with crystalline size of $10{\sim}100nm$ were grown on $SiO_2$ substrate. The shape of crystallite above $900^{\circ}C$ had the hexagonal plate and column type. X-ray diffraction patterns for them correspond to those of the hexagonal wurtzite GaN. With increasing droplets. i.e, thickness of deposited layers, XRD intensity increased. PL (photoluminescence) spectrum consisted with an weak near band-edge emission at 3.45 eV and a broad donor-acceptor emission band at 3.32 eV. From the low temperature PL measurement on GaN grown at $800^{\circ}C$ that the shallow donor-acceptor recombination induced emission was more intense than the near band-edge excitonic emission.
The field emission properties of GaN are reported in the present study. To be a good field emitter, it requires a low work function, high aspect ratio, and strong mechanical stability. In the case of GaN, it has a quite low work function (4.1eV) and strong chemical/mechanical/thermal stabilities. However, so far, it was difficult to fabricate vertical GaN nanostructures with a high aspect ratio. In this study, we successfully achieved vertically well aligned GaN nanostructures with chemical vapor-phase etching methods [1] (Fig. 1). In this method, we chemically etched the GaN film using hydrogen chloride and ammonia gases at high temperature around $900^{\circ}C$. This process effectively forms vertical nanostructures without patterning procedure. This favorable shape of GaN nanostructures for electron emitting results in excellent field emission properties such as a low turn-on field and long term stability. In addition, we observed a uniform fluorescence image from a phosphor film attached at the anode part. The turn-on field for the GaN nanostructures is found to be about $0.8V/{\mu}m$ at current density of $20{\mu}A$/cm^2. This value is even lower than that of typical carbon nanotubes ($1V/{\mu}m$). Moreover, threshold field is $1.8V/{\mu}m$ at current density of $1mA$/cm^2. The GaN nanostructures achieved a high current density within a small applied field range. We believe that our chemically etched vertical nanostructures are the promising structures for various field emitting devices.
HVPE(Halide Vapour Phase Epitaxy) 법에 의하여 육방정계 질화갈륨(GaN) 단결정막의 (0001)면에 섬모양으로 배향된 입방정계 β-GaN상과 육방정계 α-GaN상 사이의 상호 배향은 [110](111) β-GaN//[1120](001) α-GaN 관계를 갖는 것으로 관찰되었다. 삼각섬 모양을 β-GaN는 막표면에 평행인 (111)면에 대한 쌍정위치를 점하고 있었다. 광발광(PL) 및 국소부위 음극선 발광(CL)을 측정하여 β-GaN의 금제대폭값은 실온에서 3.18±0.30eV로 얻어졌다.
Pt/AlGaN Schottky-type UV photodetectors were designed and fabricated. A low-temperature AlGaN interlayer buffer was grown between the AlGaN and GaN film in the diode structure epitaxy to obtain crack-free AlGaN active layers. A comparison was then made of the structural, electrical, and optical characteristics of two different diodes: one with an AlGaN($0.5\;{\mu}m$)/n+-GaN(2 nm) structure (type 1) and the other with an AlGaN($0.5\;{\mu}m$)/AlGaN interlayer($150\;{\AA}$)/n+-GaN($3\;{\mu}m$) structure(type 2). A crack-free AlGaN film was obtained by the insertion of a low-temperature AlGaN interlayer with an aluminum mole fraction of 26% into the $Al_xGa_{1-x}N$ layer. The fabricated Pt/$Al_{0.33}Ga_{0.67}N$ photodetector had a leakage current of 1 nA for the type 1 diode and $0.1\;{\mu}A$ for the type 2 diode at a reverse bias of -5 V. For the photoresponse measurement, the type 2 diode exhibited a cut-off wavelength of 300 nm, prominent responsivity of 0.15 A/W at 280 nm, and UV-visible extinction ratio of $1.5{\times}10^4$. Accordingly, the Pt/$Al_{0.33}Ga_{0.67}N$ Schottky-type ultraviolet photodetector with an AlGaN interlayer exhibited superior electrical and optical characteristics and improved UV detecting properties.
The p-GaN fins doped with the impurity of Zn were grown on n-GaN films to prevent the defects from the lattice mismatch with sapphire substrates by HVPE. For growth of the high quality n-GaN, the optimized conditions were at first deduced from the results of various HCI gas flow rates and growth temperatures. On the basis of these conditions, p-GaN films were grown and investigated of the characteristics. The FWHM of the double crystal rocking curve of n-GaN was decreased and the hexagonal phases on the surface of GaN films were tend to be vivid with the inoement of HCI gas flow rates. Finally the n-type GaN films with FWHM of 648arcsec were obtained at 10cc/min of HCI gas. As the GaN films were grown with the above conditions, Zn was introduced in the form of vapor as a dopant for p-GaN films. But when Zn vaporized at 77$0^{\circ}C$ was doped to the films, the crystallites of Zn were distributed uniformly on the surface of the GaN film due to the over-doped.
ZnO with a large band gap (~3.37 eV) and exciton binding energy (~60 meV), is suitable for optoelectronic applications such as ultraviolet (UV) light emitting diodes (LEDs) and detectors. However, the ZnO-based p-n homojunction is not readily available because it is difficult to fabricate reproducible p-type ZnO with high hall concentration and mobility. In order to solve this problem, there have been numerous attempts to develop p-n heterojunction LEDs with ZnO as the n-type layer. The n-ZnO/p-GaN heterostructure is a good candidate for ZnO-based heterojunction LEDs because of their similar physical properties and the reproducible availability of p-type GaN. Especially, the reduced lattice mismatch (~1.8 %) and similar crystal structure result in the advantage of acquiring high performance LED devices. In particular, a number of ZnO films show UV band-edge emission with visible deep-level emission, which is originated from point defects such as oxygen vacancy, oxygen interstitial, zinc interstitial[1]. Thus, defect-related peak positions can be controlled by variation of growth or annealing conditions. In this work, the undoped ZnO film was grown on the p-GaN:Mg film using RF magnetron sputtering method. The undoped ZnO/p-GaN:Mg heterojunctions were annealed in a horizontal tube furnace. The annealing process was performed at $800^{\circ}C$ during 30 to 90 min in air ambient to observe the variation of the defect states in the ZnO film. Photoluminescence measurements were performed in order to confirm the deep-level position of the ZnO film. As a result, the deep-level emission showed orange-red color in the as-deposited film, while the defect-related peak positions of annealed films were shifted to greenish side as increasing annealing time. Furthermore, the electrical resistivity of the ZnO film was decreased after annealing process. The I-V characteristic of the LEDs showed nonlinear and rectifying behavior. The room-temperature electroluminescence (EL) was observed under forward bias. The EL showed a weak white and strong yellowish emission colors (~575 nm) in the undoped ZnO/p-GaN:Mg heterojunctions before and after annealing process, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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