• 대한전자공학회논문지
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• 제26권11호
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• pp.1672-1678
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• 1989

Major problems preventing the device-quality GaAs/Si heterostructure are the lattice mismatch of about 4% and difference in thermal expansion coefficient by a factor of 2.64 between Si and GaAs. Ge is a good candidate for the buffer layer because its lattice parameter and thermal expansion coefficient are almost the same as those of GaAs. As a first step toward developing heterostructure such as GaAs/Ge/Si entirely by a home-built PAE (plasma-assisted epitaxy), Ge films have been deposited on p-type Si (100)substrate by the plasma assisted evaporation of solid Ge source. The characteristics of these Ge/Si heterostructure were determined by X-ray diffraction, SEM and Auge electron spectroscope. PAE system has been successfully applied to quality-good Ge layer on Si substrate at relatively low temperature. Furthermore, this system can remove the native oxide(SiO2) on Si substrate with in-situ cleaning procedure. Ge layer grown on Si substrate by PAE at substrate temperature of 450\ulcorner in hydrogen partial pressure of 10mTorr was expected with a good buffer layer for GaAs/Ge/Si heterostructure.

• 한국재료학회지
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• 제22권9호
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• pp.450-453
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• 2012

In crystalline solar cells, the substrate itself constitutes a large portion of the fabrication cost as it is derived from semiconductor ingots grown in costly high temperature processes. Thinner wafer substrates allow some cost saving as more wafers can be sliced from a given ingot, although technological limitations in slicing or sawing of wafers off an ingot, as well as the physical strength of the sliced wafers, put a lower limit on the substrate thickness. Complementary to these economical and techno-physical points of view, a device operation point of view of the substrate thickness would be useful. With this in mind, BC-BJ Si and GaAs solar cells are compared one to one by means of the Medici device simulation, with a particular emphasis on the substrate thickness. Under ideal conditions of 0.6 ${\mu}m$ photons entering the 10 ${\mu}m$-wide BC-BJ solar cells at the normal incident angle (${\theta}=90^{\circ}$), GaAs is about 2.3 times more efficient than Si in terms of peak cell power output: 42.3 $mW{\cdot}cm^{-2}$ vs. 18.2 $mW{\cdot}cm^{-2}$. This strong performance of GaAs, though only under ideal conditions, gives a strong indication that this material could stand competitively against Si, despite its known high material and process costs. Within the limitation of the minority carrier recombination lifetime value of $5{\times}10^{-5}$ sec used in the device simulation, the solar cell power is known to be only weakly dependent on the substrate thickness, particularly under about 100 ${\mu}m$, for both Si and GaAs. Though the optimum substrate thickness is about 100 ${\mu}m$ or less, the reduction in the power output is less than 10% from the peak values even when the substrate thickness is increased to 190 ${\mu}m$. Thus, for crystalline Si and GaAs with a relatively long recombination lifetime, extra efforts to be spent on thinning the substrate should be weighed against the expected actual gain in the solar cell output power.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권3호
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• pp.67-71
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• 2014

본 연구에서는 Si(111) 기판을 이용하여 고품질의 GaN 박막을 성장하기 위하여 다양한 패턴을 갖는 Si 기판을 제작하였다. Si(111) 기판위에 이온 스퍼터(ion-sputter)를 이용하여 Pt 박막을 증착한 후 열처리(thermal annealing)하여 Pt 금속 마스크를 형성하고 유도 결합 플라즈마 이온 식각(inductively coupled plasma-reactive ion etching, ICP-RIE) 공정을 통하여 기둥(pillar)형태의 나노 패턴된 Si(111) 기판을 제작하였고 리소그래피 공정을 통하여 마이크로 패턴된 Si(111) 기판을 제작하였다. 일반적인 Si(111) 기판, 마이크로 패턴된 Si(111) 기판 및 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 방법으로 GaN 박막을 성장하여 표면 특성과 결정성 및 광학적 특성을 분석하였다. 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN 박막은 일반적인Si(111) 기판과 마이크로 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN 박막보다 표면의 균열과 거칠기가 개선되었다. 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN (002)면과 (102)면에 x-선 회절(x-ray diffraction, XRD) 피크의 반폭치(full width at half maximum, FWHM)는 576 arcsec, 828 arcsec으로 다른 두 기판위에 성장한 GaN 박막 보다 가장 낮은 값을 보여 결정성이 향상되었음을 확인하였다. Photoluminescence(PL)의 반폭치는 나노 패턴된 Si(111) 기판위에 성장한 GaN 박막이 46.5 meV으로 다른 기판위에 성장한 GaN 박막과 비교하여 광학적 특성이 향상되었음을 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.371-376
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• 2010

분자선 에피택시 장비를 이용하여 두 단계 방법(two-step method)으로 Si (100) 기판 위에 GaAs 에피층을 성장하였다. Si 기판은 초고진공을 유지하고 있는 MBE 성장 챔버 속에서 세척 방법을 달리하여 Si 기판표면에 존재하는 불순물(산소, 탄소 등)을 제거하였다. 첫 번째는 Si 기판을 몰리브덴 히터를 사용하여 $800^{\circ}C$로 직접 가열하였다. 두 번째는 Si 기판 표면에 As 빔을 조사시켜 주면서 $800^{\circ}C$로 Si 기판을 가열하였다. 세 번째는 Si 기판 표면에 Ga을 증착한 후 Si 기판을 $800^{\circ}C$로 가열하였다. 이와 같은 세 가지 다른 조건으로 세척한 Si(100) 기판 위에 성장한 GaAs 에피층의 특성은 reflection high-energy electron diffraction (RHEED), atomic force microscope (AFM), double crystal x-ray diffraction (DXRD), photoluminescence (PL), photoreflectance(PR) 등으로 조사하였다. Ga 빔을 증착하여 세척한 Si 기판 위에 성장된 GaAs 에피층의 RHEED 패턴은 ($2{\times}4$) 구조를 가지고 있었다. Ga 빔을 증착하여 세척한 Si 기판 위에 성장된 GaAs 에피층이 가장 좋은 결정성을 가지고 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.5-11
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• 2008

To study the effects of $H_2$ gas on AIN insulation thin film, we prepared AIN thin film on Si and GaAs substrate by means of reactive sputtering method using $H_2$ gas as an additives, With treatment conditions of $H_2$ gas AIN thin film shows variable electrical properties such as its crystallization and hysterisis affected to electrical property, As a results, AIN thin film fabricated on Si substrate post-treated with $H_2$ gas for 20 minutes shows much better an insulation property than that of pre-treated, And AIN film treated with $H_2$ gas comparing to non-treated AIN film shows a flat band voltage decreasment. But In GaAs substrate $H_2$ gas does not effect on the flat band voltage.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1989년도 추계학술대회 논문집 학회본부
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• pp.79-82
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• 1989

We studied the epitaxial growth of GaAs/GaAs and GaAs/Si by Laser CVD with 193nm ArF pulsed excimer laser. The source gases of TMGa and AsC13 or TMGa-TMAs adducts are mixed with H2, and photolyzed above the substrate which is heated up to around 300$^{\circ}C$. Then the photolyzed atoms are deposited on the silicon or GaAs substrate. The deposited films are analyzed with ESKA depth profiling and X-ray differaction method, which shows that the films on Si and GaAs are stoichiometric and crystalized at such a low temperature. We show a clear evidence for the epitaxial growth of GaAs on Si or GaAs on GaAs at low temperature by excimer laser CVD.

• 한국진공학회지
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• 제11권1호
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• pp.50-58
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• 2002

Si 기판 위에 GaN의 성장은 Si이 사파이어보다 값이 저렴하고, 기존의 Si의 직접회로 공정에 GaN를 쉽게 접목시킬 수 있는 측면에서 다양한 장점이 있다. 그러나, Si은 GaN와의 격자상수와 열팽창계수의 차이가 사파이어보다 크며, 이로 인해 격자부정합에 의한 여러 결함을 발생시킨다. 따라서, Si 기판 위에 고품질의 GaN를 얻기 위해서는 AlN과 같은 완충층을 사용하여 격자부정합에 의한 결함을 줄여야 한다. 본 연구에서는 Si (111) 기판 위에 MOCVD, 스퍼터링과 MOMBE의 3가지 방법으로 결정성이 다른 3가지 유형의 AlN 완충층을 얻은 후, MOCVD법으로 GaN를 증착시켜 각각의 성장특성을 비교하였다. AlN 완충층과 GaN의 격자결합, 완충층의 표면 거칠기가 격자결함에 미치는 영향, 결정성, 성장방향, 결함(공공, 적층결함, 전위) 등을 TEM, XRD를 이용해 비교 분석하였다. AlN완충층의 결정성은 GaN의 성장에 있어 매우 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 초기 성장과정에서 MOCVD과 MOMBE 법으로 성장시킨 AlN 완충층은 GaN 초기 성장에서 out-of-plane의 성장방향이 틀어지는 것을 감소시켜 주었다.

• 한국표면공학회지
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• 제43권4호
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• pp.170-175
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• 2010

The GaAs epitaxial layers were grown on Si(100) substrates by molecular beam epitaxy(MBE) using the two-step method. The Si(100) substrates were cleaned with different surface cleaning method of vacuum heating, As-beam, and Ga-beam at the substrate temperature of $800^{\circ}C$. Growth temperature and thickness of the GaAs epitaxial layer were $800^{\circ}C$ and 1 ${\mu}m$, respectively. The surface structure and epitaxial growth were observed by reflection high-energy electron diffraction(RHEED) and scanning electron microscope(SEM). Just surface structure of the Si(100) substrate cleaned by Ga-beam at $800^{\circ}C$ shows double domain ($2{\times}1$). RHEED patterns of the GaAs epitaxial layers grown on Si(100) substrates with cleaning method of vacuum heating, As-beam, and Ga-beam show spot-like, ($2{\times}4$) with spot, and clear ($2{\times}4$). From SEM, it is found that the GaAs epitaxial layers grown on Si(100) substrates with Ga-beam cleaning has a high quality.

• ETRI Journal
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• 제43권5호
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• pp.909-915
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• 2021

GaAs on Si grown via metalorganic chemical vapor deposition is demonstrated using various Si substrate thicknesses and three types of dislocation filter layers (DFLs). The bowing was used to measure wafer-scale characteristics. The surface morphology and electron channeling contrast imaging (ECCI) were used to analyze the material quality of GaAs films. Only 3-㎛ bowing was observed using the 725-㎛-thick Si substrate. The bowing shows similar levels among the samples with DFLs, indicating that the Si substrate thickness mostly determines the bowing. According to the surface morphology and ECCI results, the compressive strained indium gallium arsenide/GaAs DFLs show an atomically flat surface with a root mean square value of 1.288 nm and minimum threading dislocation density (TDD) value of 2.4×10⁷ cm^-2. For lattice-matched DFLs, the indium gallium phosphide/GaAs DFLs are more effective in reducing the TDD than aluminum gallium arsenide/GaAs DFLs. Finally, we found that the strained DFLs can block propagate TDD effectively. The strained DFLs on the 725-㎛-thick Si substrate can be used for the large-scale integration of GaAs on Si with less bowing and low TDD.

• 전자공학회논문지
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• 제50권2호
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• pp.91-97
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• 2013

높은 전류밀도를 갖는 AlGaN/GaN 전력소자는 소자 동작 시에 발생하는 자체발열 현상으로 인해 소자의 전류-전압특성이 저하된다. 특히 열전도도가 낮은 Si 기판을 사용할 경우 더욱 심각한 문제를 발생시킨다. 본 논문에서는 Si기판에 성장한 AlGaN/GaN-on-Si 웨이퍼를 사용하여 전력소자를 제작하였으며, 채널 폭과 Si기판의 두께에 따른 자체 발열 현상을 측정과 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 그리고 이를 기반으로 다채널을 갖는 대면적 전력소자 설계에서 최대전류를 얻기 위하여 열방출을 효과적으로 할 수 있는 구조를 제안하였다. 비아홀과 공통전극을 사용하고 Si 기판을 100 ${\mu}m$로 얇게 하였을 때 래핑을 하지 않은 소자 대비 약 75%의 온 상태 전류증가와 68% 이상의 채널온도 감소가 기대된다.