We have implanted on sapphire substrate with various ions and investigated the properties of GaN epilayers grown on implanted sapphire substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Sapphire is typical substrate for GaN epilayers. However, there are many problems such as lattice mismatch and thermal coefficient difference between sapphire substrate and GaN. The ion implanted substrate's surface had decreased internal tree energies during the growth of the GaN epilayer, md the misfit strain was relieved through the formation of an AlN phase on the ions implanted sapphire(0001) substrates. [1] The crystal and optical properties of GaN epilayer grown in ions implanted sapphire(0001) substrate were improved.
Sapphire (${\alpha}-Al_2O_3$) has been used as the substrate of opto-electronic device because of characteristics of thermal stability, comparatively low cost, large diameter, optical transparency and chemical compatibility. However, there is difficulty in the etching and patterning due to the physical stability of sapphire and the selectivity with sapphire and mask materials [1,2]. Therefore, sapphire has been studied on the various fields and need to be studied, continuously. In this study, the etching properties of sapphire substrate were investigated with various $CH_4$/Ar gas combination, radio frequency (RF) power, DC-bias voltage and process pressure. The characteristics of the plasma were estimated for mechanism using optical emission spectroscopy (OES). The chemical compounds on the surface of sapphire substrate were investigated using energy dispersive X-ray (EDX). The chemical reaction on the surface of the etched sapphire substrate was observed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate the vertical and slope profiles.
InGaN/Sapphire LED에서 기판 제거와 패키지 방식이 광출력 특성에 미치는 영향을 분석하였다. Sapphire 기판의 제거는 반도체 접합에서 발생된 열의 방출에 도움이 되지만, 반대로 광추출효율이 손상되는 문제점이 수반된다. Sapphire 기판이 제거된 칩을 열전도율이 좋은 금속의 마운트 위에 부착하면, 최대 구동전류는 현저히 증가하고 광출력도 상당히 증가됨으로써, 광추출효율이 손상되는 문제점이 어느 정도 보상된다. 하지만, sapphire 기판이 제거된 칩을 상대적으로 열전도율이 낮은 유전체의 마운트 위에 부착하는 경우에는, 거의 모든 입력전류 범위에서 sapphire 기판이 남아 있는 일반형 칩보다 낮은 광출력을 나타낸다. 따라서, 작은 광출력이 요구되는 응용분야에서는 사용된 칩 마운트의 종류에 무관하게, 일반형 칩이 sapphire 기판이 제거된 칩 보다 유리한 것으로 분석된다.
Sapphire is a substrate material that is widely used in optical and electronic devices. However, the processing of sapphire into a substrate takes a long time owing to its high hardness and chemical inertness. In order to process the sapphire ingot into a substrate, ingot growth, multiwire sawing, lapping, and polishing are required. The lap grinding process using pellets is known as one of the ways to improve the efficiency of sapphire substrate processing. The lap grinding process ensures high processing efficiency while utilizing two-body abrasion, unlike the lapping process which utilizes three-body abrasion by particles. However, the lap grinding process has a high material removal rate (MRR), while its weakness is in obtaining the required surface roughness for the final polishing process. In this study, we examine the effects of free abrasives in lap grinding on the material removal characteristics of sapphire substrate. Before conducting the lap grinding experiments, it was confirmed that the addition of free abrasives changed the friction force through the pin-on-disk wear test. The MRR and roughness reduction rate are experimentally studied to verify the effects of free abrasive concentration on deionized water. The addition of free abrasives (colloidal silica) in the lap grinding process can improve surface roughness by three-body abrasion along with two-body abrasion by diamond grits.
Sapphire substrate was patterned by a selective chemical wet etching technique, and GaN/InGaN structures were grown on this substrate by MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy). The surface of grown GaN on patterned sapphire substrate (PSS) has good morphology and uniformity. The patterned sapphire substrate LED showed better light output than conventional LED that improvement 50%. We think these results come from enhancement of internal quantum efficiency by decrease of threading dislocation and increase of light extraction efficiency. Also these LED showed more uniform emission distribution in angle than conventional LED.
Recently ZnO epitaxial layers have been widely studied as a semiconductor material for optoelectronic devices. Sapphire and silicon are commonly selected as substrate materials for ZnO epitaxial growth. In this communication, we report the effect of the ECR plasma pretreatment of sapphire and silicon substrates on the nucleation in the ZnO ALE (atomic layer epitaxy). It was found that ECR plasma pretreatment reduces the incubation period of the ZnO nucleation. Oxygen ECR plasma enhances ZnO nucleation most effectively since it increases the hydroxyl group density at the substrate surface. The nucleation enhancing effect of the oxygen ECR plasma treatment is stronger on the sapphire substrate than on the silicon substrate since the saturation density of the hydroxyl group is lower at the sapphire surface than that at the silicon surface.
We carried out anodic aluminum oxide (AAO) on a Si and a sapphire substrate. For anodic oxidation of Al two types of specimens prepared were Al(0.5 $\mu\textrm{m}$)!Si and Al(0.5 $\mu\textrm{m}$)/Ti(0.1 $\mu\textrm{m}$)$SiO_2$(0.1 $\mu\textrm{m}$)/GaN(2 $\mu\textrm{m}$)/Sapphire. Surface morphology of Al film was analyzed depending on the deposition methods such as sputtering, thermal evaporation, and electron beam evaporation. Without conventional electron lithography, we obtained ordered nano-pattern of porous alumina by in- situ process. Electropolishing of Al layer was carried out to improve the surface morphology and evaluated. Two step anodizing was adopted for ordered regular array of AAO formation. The applied electric voltage was 40 V and oxalic acid was used as an electrolyte. The reference electrode was graphite. Through the optimization of process parameters such as electrolyte concentration, temperature, and process time, a regular array of AAO was formed on Si and sapphire substrate. In case of Si substrate the diameter of pore and distance between pores was 50 and 100 nm, respectively. In case of sapphire substrate, the diameter of pore and distance between pores was 40 and 80 nm, respectively
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제3C권6호
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pp.241-245
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2003
ZnO thin films on (l00) p-type Si and sapphire substrates have been deposited by a pulsed laser deposition technique using an Nd:YAG laser with a wavelength of 266 nm. The influence of the deposition parameters such as oxygen pressure, substrate temperature and laser energy density on the properties of the grown films was studied. The experiments were performed for substrate temperatures in the range of 200∼50$0^{\circ}C$ and oxygen pressure in the range of 100∼700 sccm. All of the films grown in this experiment show strong c-axis orientation with (002) textured ZnO peak. With increasing substrate temperature, the FWHM (full width at half maximum) and surface roughness were decreased. In the case of using sapphire substrate, the intensity of PL spectra increased with increasing ambient oxygen flow rate. We investigated the structural and morphological properties of ZnO thin films using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM).
사파이어 기반의 GaN LED의 광추출 효율을 시뮬레이션을 이용하여 정량적으로 평가하였다. 각각의 LED는 ray-tracing 시뮬레이션을 이용하여 광추출 효율을 계산하였다. 본 연구에는 PSS(patterned sapphire substrate) LED와 flat LED의 비교 분석을 통하여, LED에서의 사파이어 기판의 패턴이 광추출에 미치는 영향을 설명하였다. 또한, 각각의 칩에서 반사막의 반사도가 광추출에 미치는 영향을 분석하고, 그 원인을 시뮬레이션을 이용하여 설명하였다. 한편, 사파이어 패턴에 의한 광추출효율의 변화 효과를 공기(air)와 실리콘(silicone) 분위기에서 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 시뮬레이션 기술을 통해 광추출 효율의 개선 정도를 정량적으로 평가할 수 있었으며, 이러한 연구가 향후 고효율 LED 개발에 도움을 줄 것으로 판단된다.
The structural, electrical and optical properties of GaN epilayers grown on various ion-implanted sapphire(0001) substrates by MOCVD were investigated. Sapphire substrates have been widely adopted to grow high quality GaN epilayer despite the large differences of lattice constant and thermal expansion coefficient between them. So, GaN or AlN buffer layer and pre-treatment was indispensably introduced before the GaN epilayer growth. The ion-implanted substrate's surface had decreased internal free energies during the growth of the ions implanted sapphire(0001) substrates. The crystal and optical properties of GaN epilayers grown in ions implanted sapphire(0001) substrate were improved. Also, excessively roughened and modified surface by ions degraded the GaN epilyers. Not only the ionic radius but also the chemical species of implanted sapphire(0001) substrates could improve the properties of GaN epilayers grown by MOCVD. This result implies that higher quality of GaN epilayers was achieved by using ion-implanted sapphire(0001) substrate with various ions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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