• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.6
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• pp.539-546
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• 2003

The GaN/sapphire layered structure is a potential candidate for high frequency devices due to high acoustic velocity of sapphire. Generally, the GaN thin films are epitaxially grown on c, a, and r-plane sapphire substrates. In this study, wave equations of GaN/sapphire structure were calculated according to crystallographic relationship between GaN layer and sapphire substrate. On each plane, the shear velocity was changed by the kH of GaN layer and propagation direction on sapphire substrate. We found electromechanical coupling constant of r-plane was better than the others. As a result, elastic stiffness and electromechanical coupling constant of materials are affected by a cut and an orientation of substrate. GaN/r-plane sapphire structure is more advantageous for high frequency SAW devices.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.18 no.3
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• pp.25-32
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• 2011

We have studied on the slicing and polishing processes of R-plane sapphire wafers for the substrates of UHB nonpolar a-plane GaN LED. The fabrication conditions of the R-plane and c-plane wafers were influenced by the large anisotropic properties (mechanical properties) of the sapphire. The slicing process was more affected by the anisotropic properties of R-plane than the polishing process. When the slicing direction was $45^{\circ}$ to the a-flat, the slicing time was shorter and the quality of as-slicing wafers was better than the slicing direction of normal to the a-flat. The MRR(Material removal rate) of mechanical polishing processes such as lapping and DMP(Diamond mechanical polishing) did not show significant differences between the R-plane and c-plane. The MRR of the c-plane was about two times higher than that of R-planes at the CMP(Chemical mechanical polishing) process due to the formation of hydrolysis reaction layers on the surface of the c-plane.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.150-150
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• 2010

질화물 기반의 LED의 경우 c-plane 사파이어에 GaN을 성장 하는 방법이 많이 연구되어 왔다. 그러나 c-plane 위에 성장시킨 LED는 분극현상이 발생하여 양자효율의 저하와 발광파장의 적색 편이를 야기한다[1]. 이런 문제를 해결하기 위하여 a-plane (11-20), m-plane (10-10) 등의 비극성면을 갖는 GaN을 성장을 통해 분극문제를 해결하고자 하는 방법이 제안되었다 [2] 하지만, 현재 비극성 면을 갖는 고품질의 박막을 성장시키기 어렵다는 단점이 존재한다. 고품질의 박막을 성장시키는 방법으로는 ELO와 다중 버퍼층의 사용처럼 여러가지 방법이 연구되고 있다. 하지만 사파이어의 tilt와 열처리에 따른 표면 개질에 대한 연구는 많이 진행되어지고 있지 않다. 본 연구에서는 사파이어에 열처리를 통하여 표면의 특성 변화를 관찰하고 이를 이용하여 고품위 GaN 박막의 품질을 높이려 하였다. r-plane 사파이어에 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용하여 a-plane GaN을 성장하였다. 이 공정에서 사용한 pre-treatment는off-axis angle을 가진 기판의 표면 열처리이다A-plane GaN 성장전에 m-direction으로 off-axis angle을 가진 r-plane 사파이어 기판을 1300도로 가열한 후 각각의 다른 시간에서 열처리를 진행하였다. Off-axis angle을 가진 사파이어는 표면에 step구조를 가지고 있으며, 이 step의 width를 비롯한 표면의 morphology는 off-axis angle에 따라 달라진다. Off-axis angle을 변화시킨 사파이어를 1300도에서 1시간, 3시간, 5시간 annealing하여 표면을 AFM을 사용하여 관측한 결과 step width가 증가하고 step의 형태가 뚜렷해지며 rms-roughness가 변화한 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 이 각각의 기판을 동일한 조건으로 a-plane GaN을 성장하여 박막의 특성을 측정하였다. 본 발표에서는 사파이어 기판의 표면 처리에 따른 비극성 GaN의 특성 변화에 대한 분석 결과를 논의할 것이다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.1
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• pp.44-48
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• 2009

The effect of temperature gradient between the substrate and ambient gas on the structural characteristics of GaN nanorods grown on r-plane sapphire substrates by hydride vapor phase epitaxy was investigated. The density, diameter, and length strongly depended on the tempearture gradient. In addition, the cross-sectional shape of the nanorrods at the end of growth was found to be more dependedent on the temperature of a substrate itself than the temperature gradient.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.151-152
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• 2010

극성 [0001] 방향으로 성장 된 질화물 기반의 LEDs (light emitting diodes) 는 분극현상에 의해 발생하는 강한 내부 전기장의 영향을 받게 된다. 이러한 내부 전기장은 양자우물 내의 전자와 정공의 공간적 분리를 야기하고 quantum confined Stark effect (QCSE) 에 의한 발광 파장의 적색 편이가 발생하며 양자효율의 저하를 가져오게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 양자 우물구조를 GaN 의 m-plane (100) 이나 a-plane (110) 등 비극성면 위에 성장하려는 시도를 하고 있다. 그러나 비극성면의 비등방성 (anisotropy) 으로 인하여 결정성이 높은 비극성 GaN을 성장하는 데에는 많은 어려움이 있다. 비극성 a-plane GaN 의 결정성과 표면 거칠기의 향상을 위해 경사각을 가지는 r-plane 사파이어를 기판으로 이용하는 연구들이 많이 진행되어 있다 [1-4]. 그러나 r-plane 사파이어 기판의 경사각과 표면의 pit 형성에 관한 상관관계의 체계적인 연구는 상대적으로 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 경사각을 가진 r-plane 사파이어 기판에 유기금속화학증착법을 (MOCVD) 이용하여 a-plane GaN 을 성장하였으며, 성장 시 기판의 경사각이 a-plane GaN의 성장 거동 및 표면형상에 미치는 영향을 분석하였다. 본 실험에서는r-plane에서 m-axis방향으로 0도에서 -0.65도의 경사각을 가지는 r-plane 사파이어 기판을 이용하였다. a-plane GaN 성장에는 고온 GaN 핵 형성층을 (nucleation layer) 이용하는 2단계 성장 법이 사용되었다 [5]. -0.37도 보다 크기가 큰 경사각을 가진 r-plane 사파이어에 성장된 a-plane GaN의 표면에는 수 ${\mu}m$ 크기의 삼각형 형태의 pit이 형성되었다. 사파이어의 경사각이 -0.37도에서 -0.65도로 증가하였을 경우에, GaN의 m방향 X-ray 록킹커브 반치폭은1763 arcsec에서 1515 arcsec로 감소하였으나 표면에 삼각형 pit의 밀도는 103 cm-2 이하에서 $2{\times}106$ cm-2으로 증가하였다. 이러한 r -plane 사파이어 기판의 경사각의 차이로 표면에 pit이 발생과 결정성변화의 원인을 확인하기 위해서, 여러가지 다른 경사각을 가진 사파이어 기판의 표면에 성장된 핵 형성층의 표면 양상을 확인하였다. 발표에서는 경사각의 차이에 따른 기판 표면에서의 원자 step 구조와 GaN 의 핵 형성 간의 상관관계에 대하여 구체적으로 논의할 것이다.

• Journal of the Korean Chemical Society
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• v.39 no.1
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• pp.1-6
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• 1995

The surface of a sapphire substrate used for hetero-epitaxy was chemically polished in a mixture of $H_3PO_4\;and\;H_2SO_4$ solution. The extent of etching for various crystal orientations was found to be dependent on the etching time at $315{\pm}2^{\circ}C$ and at the composition of $H_2SO_4 : H_3PO_4$=3 : 1. In addition, the etching rates of the substrates were investigated in the mixture of $H_2SO_4 : H_3PO_4$=3 : 1 by volume and in the temperature range of 280~320$^{\circ}C$. From the plot of log R against 1/T, the activation penergy ($(E_a)$) was found to be in the order of $({\bar1}012) > (10{\bar1}0) > (11{\bar2}0) > (0001)$ plane. After removing the surface layers of the sapphire with (0001), $({\bar1}012),\;(10{\bar1}0)\;and\;(11{\bar2}0)$ plane by a thickness of 64.6, 46.5, 16.2 and 5.1 ${\mu}m$, respectively, the morphology of the resulting surface was observed by SEM.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.25 no.2
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• pp.56-61
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• 2015

The effects of the growth temperature on the properties of a-plane GaN epi-layer on r-plane sapphire by HVPE were studied, when the constant V/III ratio and the flow rate of HCl for the Ga source channel was fixed at 10 and 700 sccm, respectively. Additionally the effects of V/III ratios for source gasses were studied when growth temperature and the flow rate of HCl for the Ga source channel was fixed at $1000^{\circ}C$ and 700 sccm, respectively. As the growth temperature was increased, the values of Full Width Half Maximum (FWHM) for Rocking curve (RC) of a-plane GaN (11-20) epi-layer were decreased and thickness of a-plane GaN epi-layer were increased. As V/III ratios were increased at $1000^{\circ}C$, the values of FWHM for RC of a-plane GaN (11-20) were declined and thickness of a-plane GaN epi-layer were increased. The a-plane GaN (11-20) epi-layer grown at $1000^{\circ}C$ and V/III ratio = 10 showed the lowest value FWHM for RC of a-plane GaN (11-20) for 734 arcsec and the smallest dependence of Azimuth angle for FWHM of (11-20) RCs.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.37.1-37.1
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• 2011

1990년 나카무라 연구팀에서 청색이 개발된 이래로 LED는 눈부시게 발전해 왔으며, 청색 LED로 인하여 조명용 백색 LED가 급격히 발전하고 있다. 현재까지 개발되고 있는 조명용 백색 LED는 통상적으로 c축 방향의 사파이어 기판위에 GaN film을 성장하여 제작하지만 원천적으로 생기는 자발분극과 압전분극 영향 때문에 양자우물에서의 밴드를 기울게 만들고 이것은 캐리어 재결합율을 감소시켜 그 결과 양자 효율을 낮춘다. 이러한 근본적인 문제를 해결하기 방안은 사파이어 기판에서 c-plane이외의 결정면에서 무분극(혹은 반극성) GaN LED를 성장하여 양자효율을 극대화하여 고효율 LED를 구현할 수 있음. 본 연구에서는 Carbonization mask를 이용하여 r-plane sapphire기판상에 a-plane GaN의 ELOG성장 방법에 대하여 연구하였다. Carbonization mask를 이용하면 기존에 사용되던 SiOx 나 SiNx 막을 사용하지 않고 mask를 만들 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 이러한 mask를 이용하여 r-plane sapphire위에 ELOG법을 이용한 a-plane GaN을 성장할 수 있음을 실험을 통해 보이려 한다. ELOG 성장이 이루어 지는지 확인을 위하여 SEM을 통하여 ELOG가 되는 과정을 분석하였으며, 표면의 거칠기를 알아보기 위하여 AFM측정을 시행하였다. 실험 결과 약 20 um 두께로 성장되면서 merge가 되는 것을 확인 하였다.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.21-21
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• 2002

극축을 따라 나타나는 결정학적 이방성이 결정성장에 미치는 영향을 알아보기 위해서 SiO₂막 위에서 GaN 미소결정들을 성장시켰다. 미소결정을 구성하는 면들은 PBC이론이 예측한 바와 같이 {10-11], {0001}, {10-10}이었다. 극축인 c축을 따라서 현저한 성장의 이방성을 관찰할 수 있었으며 (0001)면이 매우 빨리 성장 하여 사라지는 현상을 확인하였다. 이것은 sp3결합에서 나타나는 고립전자쌍이 (000-1)면의 성장을 저지함으로서 나타나는 현상이라고 생각된다. 성장 중 결정표면의 전자상태에 따라 수소흡착이 일어날 수 있는데, 특히 {10-11}면과 같은 한 개의 전자로 이루어진 sp3결합 팔은 매우 많은 양의 수소를 흡착하여 {10-11}면의 성장을 저지한다. 따라서 ＋c축 방향의 경우 빨리 성장하고 수소흡착을 위한 전자가 없는 (0001)면 대신 {10-11}면이 외형상 매우 중요한 면으로 나타나게 된다. 저온에서는 {10-10}, {10-12}면들도 나타났으며 극축을 따라 나타나는 쌍정을 대부분의 미소결정 성장과정에서 관찰 하였다. r-plane 사파이어 기판 위에서 성장시킨 GaN 미소 결정을 통하여 극성과 GaN의 성장속도 차이를 확인할 수 있었다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.8 no.2
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• pp.195-201
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• 1999

C-axis oriented $YBa_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ (YBCO) thin films were grown on $Al_2O_3$ (alumina and R-plane sapphire) substrates by a pulsed laser deposition method. The crystallinity of the $CeO_2$ buffer layer on sapphire substrate exhibit a strong dependence on the deposition temperature, resulting in the growth of a-axis orientation at $800^{\circ}C$. The superconducting properties of YBCO thin films on $Al_2O_3$ substrates showed strong dependence on both thickness and crystallinity of the $CeO_2$ buffer layer. Critical temperature of YBCO film on alumina substrate was ${\sim}83\;K$. In the case of R-plane sapphire substrate,