GaN is most commonly used to make LED elements. But, due to differences of the thermal expansion coefficient and lattice mismatch with sapphire, dislocations have occurred at about $109{\sim}1010/cm^2$. Generally, a low temperature GaN buffer layer is used between the GaN layer and the sa...
GaN is most commonly used to make LED elements. But, due to differences of the thermal expansion coefficient and lattice mismatch with sapphire, dislocations have occurred at about $109{\sim}1010/cm^2$. Generally, a low temperature GaN buffer layer is used between the GaN layer and the sapphire substrate in order to reduce the dislocation density and improve the characteristics of the thin film, and thus to increase the efficiency of the LED. Further, patterned sapphire substrate (PSS) are applied to improve the light extraction efficiency. In this experiment, using an AlN buffer layer on PSS in place of the GaN buffer layer that is used mainly to improve the properties of the GaN film, light extraction efficiency and overall properties of the thin film are improved at the same time. The AlN buffer layer was deposited by using a sputter and the AlN buffer layer thickness was determined to be 25 nm through XRD analysis after growing the GaN film at $1070^{\circ}C$ on the AlN buffer CPSS (C-plane Patterned Sapphire Substrate, AlN buffer 25 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm). The GaN film layer formed by applying a 2 step epitaxial lateral overgrowth (ELOG) process, and by changing temperatures ($1020{\sim}1070^{\circ}C$) and pressures (85~300 Torr). To confirm the surface morphology, we used SEM, AFM, and optical microscopy. To analyze the properties (dislocation density and crystallinity) of a thin film, we used HR-XRD and Cathodoluminescence.
GaN is most commonly used to make LED elements. But, due to differences of the thermal expansion coefficient and lattice mismatch with sapphire, dislocations have occurred at about $109{\sim}1010/cm^2$. Generally, a low temperature GaN buffer layer is used between the GaN layer and the sapphire substrate in order to reduce the dislocation density and improve the characteristics of the thin film, and thus to increase the efficiency of the LED. Further, patterned sapphire substrate (PSS) are applied to improve the light extraction efficiency. In this experiment, using an AlN buffer layer on PSS in place of the GaN buffer layer that is used mainly to improve the properties of the GaN film, light extraction efficiency and overall properties of the thin film are improved at the same time. The AlN buffer layer was deposited by using a sputter and the AlN buffer layer thickness was determined to be 25 nm through XRD analysis after growing the GaN film at $1070^{\circ}C$ on the AlN buffer CPSS (C-plane Patterned Sapphire Substrate, AlN buffer 25 nm, 100 nm, 200 nm, 300 nm). The GaN film layer formed by applying a 2 step epitaxial lateral overgrowth (ELOG) process, and by changing temperatures ($1020{\sim}1070^{\circ}C$) and pressures (85~300 Torr). To confirm the surface morphology, we used SEM, AFM, and optical microscopy. To analyze the properties (dislocation density and crystallinity) of a thin film, we used HR-XRD and Cathodoluminescence.
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가설 설정
(a)샘플의 경우 LT GaN 버퍼의 영향으로 CPSS 표면에 GaN Seed가 1st Step 공정 시작 전에 이미 형성되어 있으며, 기판 표면과 GaN 박막 간의 큰 격자 부정합(16 %) 현상이 발생하기 때문에 plane간 Surface energy 차이에 비해 Seed의 존재유무가 더 큰 영향을 미쳐 표면적이 상대적으로 넓은 비사면 r-plane영역에서 성장이 주도적으로 일어나게 된다. (c)샘플의 경우 (b)샘플의 조건에 (a)샘플의 조건이 조합된 경우로 GaN와 결정격자 구조9) 가 유사한 AlN 버퍼가 Seed 하부에 증착되어 있기 때문에 Surface energy와 Seed의 영향을 동시에 받게 되어 비사면 r-plane의 영역뿐만 아니라 c-plane에서도 GaN의 빠른 성장이 이루어져 (a)샘플과 (b)샘플의 중간 형태의 모습으로 자라나게 된다.
제안 방법
그러나 GaN 박막은 광소자로서의 응용이 적절한 직접 천이 형 에너지 밴드구조를 가지고 있고 기판과의 부정합 정도가 발광 특성에 큰 영향을 주지 않는다. 특히 GaN 은 InN나 AlN와의 연속적인 고용체를 형성하여 조성에 따른 삼원계 질화물을 제조 즉, 불순물의 활성 에너지 및 도핑 농도에 따라 파장 변화를 가능하게 하므로 적외 발광다이오드뿐 아니라 가시 발광 다이오드의 제작을 실현화 하였다.8) 그러나 GaN은 특성 상 벌크 형태의 단결정 제조가 매우 어려워 현재 상업화된 방법은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 법을 이용하여 기판 위에 Epitaxial 성장 시킨 박막 물질을 사용한다.
본 연구에서는 GaN 박막의 결정성과 ELOG 특성 개선 및 광 추출 효율 향상을 동시에 도모 하기 위해 원뿔 형으로 제작된 CPSS기판(C-plane Patterned Sapphire Substrate) 상부에 LT GaN 버퍼 대신 AlN 버퍼를 Sputter로 25 nm를 증착, 적용하였다. AlN 버퍼 층의 두께는 25, 100, 200, 300 nm로 Split 하여 1070 ℃, 200 Torr 조건에서 GaN 박막 성장 후 버퍼 두께에 따른GaN 박막의 결정성 특성을 비교하여 25 nm 로 결정하였다.
본 연구에서는 GaN 박막의 결정성과 ELOG 특성 개선 및 광 추출 효율 향상을 동시에 도모 하기 위해 원뿔 형으로 제작된 CPSS기판(C-plane Patterned Sapphire Substrate) 상부에 LT GaN 버퍼 대신 AlN 버퍼를 Sputter로 25 nm를 증착, 적용하였다. AlN 버퍼 층의 두께는 25, 100, 200, 300 nm로 Split 하여 1070 ℃, 200 Torr 조건에서 GaN 박막 성장 후 버퍼 두께에 따른GaN 박막의 결정성 특성을 비교하여 25 nm 로 결정하였다. 최종적으로 버퍼 층의 종류에 따른 GaN 박막의 특성 비교를 위해 상용되고 있는 LT GaN 버퍼, 새로이 적용한 AlN 버퍼, 두 가지를 모두 접목한 하이브리드형 버퍼(AlN 버퍼 + LT GaN 버퍼) 세가지 조건에 대해 비교 분석을 진행하였다.
AlN 버퍼 층의 두께는 25, 100, 200, 300 nm로 Split 하여 1070 ℃, 200 Torr 조건에서 GaN 박막 성장 후 버퍼 두께에 따른GaN 박막의 결정성 특성을 비교하여 25 nm 로 결정하였다. 최종적으로 버퍼 층의 종류에 따른 GaN 박막의 특성 비교를 위해 상용되고 있는 LT GaN 버퍼, 새로이 적용한 AlN 버퍼, 두 가지를 모두 접목한 하이브리드형 버퍼(AlN 버퍼 + LT GaN 버퍼) 세가지 조건에 대해 비교 분석을 진행하였다. GaN 박막 성장은 2Step ELOG방법 이용하여 진행하였으며 AlN 버퍼가 세가지 버퍼 중 최상의 GaN 박막을 얻게 해줄 수 있음을 확인하였다.
LT GaN 버퍼는 550 ℃, 200 Torr에서 생성 시켰으며 AlN 버퍼는 Sputter 장비로 25 nm 두께로 증착하였고 하이브리드형 AlN과 LT GaN 조합 버퍼는 AlN 버퍼 25 nm 증착 후 550 ℃, 200 Torr에서 LT GaN 버퍼 층을 추가 생성시켰다. MOCVD의 온도와 압력을 조절하여 2Step(저온 고압, 고온 저압)의 ELOG(epitaxial lateral overgrowth) 성장 방법을 적용하였으며 버퍼 종류별 샘플을 완성하였다. CPSS bare 기판과 AlN를 증착한 CPSS 기판은 아세톤(99.
다양한 버퍼 조건에 따라 성장된 GaN 박막은 3.5 ±0.2 μm 두께로 성장시켰으며, 상부 성장 형태 및 단면 구조는 FE-SEM(Hitachi, S4800)으로 확인하였다.
증착된 버퍼 종류별로 CPSS 위에 성장한 GaN 박막의 Crystal Quality와 Dislocation과 같은 구조 특성은 HR-XRD(Philips, X’pert-MRD) 를 사용하여 측정하였다.
9999 %) carrier 가스로 전송되는 버블러(bubbler)를 이용하여 반응기 내부로 유입되었으며, 과도한 증기압을 낮추기 위해 −10 ℃로 유지하였다. 반응기로 유입 되는 III-V의 비율을 고정하기 위해 TMGa의 유입량은 Mass Flow Controller(MFC)를 이용하여 수소 가스의 유속을 8 sccm 으로 고정하였으며 암모니아의 유속은 2.0 slm 으로 고정하였다. GaN 이 성장하는 동안 반응기 내부의 압력은 성장 단계 별로 85~300 Torr 로 유지하였다.
증착된 버퍼 종류별로 CPSS 위에 성장한 GaN 박막의 Crystal Quality와 Dislocation과 같은 구조 특성은 HR-XRD(Philips, X’pert-MRD) 를 사용하여 측정하였다. Dislocation의 분포 및 집중성 확인을 위해 CL(Cathodoluminescence)는 300~800 nm 사이의 파장 범위에서 측정하였으며 표면 거칠기와 버퍼 층의 상관성 확인을 위해 AFM 분석을 진행하였다.
4 는 버퍼 종류별로 1st Step 성장을 진행한 후 2nd Step 공정(1070 ℃, 85 Torr, 90min)을 진행한 최종 샘플의 표면 및 단면 SEM Image이다. 2Step ELOG 공정의 효과를 극대화하기 위해 각 샘플은 1st Step(저온 고압)공정에서 3-D 성장 시킨 후 2nd Step(고온저압) 공정을 적용하여 빠르게 2-D 성장을 진행시켰다. 이는 온도가 높고 압력이 낮을 때 N-polarity 지역이 상대적으로 불안정해져 그 지역의 성장속도가 빨라지게 되므로 GaN의 수평 성장이 우세하게 되기 때문이다.
2과 같이 버퍼의 종류에 따라 크게 두 가지 Sequence(a, b)로 진행 되었다. 모든 샘플의 GaN 박막은 2Step ELOG(Epitaxial Lateral Overgrowth) 성장을 위해 두 단계로 나누어 공정을 진행하였는데 1st Step 단계는 1020 ℃, 300 Torr에서 진행하여 GaN 의 수직(3-D) 성장15) 을 극대화 하고 2nd Step 단계에서는 연속적으로 온도를 올려 1070 ℃, 85 Torr 에서 진행하여 수평(2-D) 성장15) 을 극대화시켜 ELOG 성장이 완전히 이루어질 수 있도록 하였다.
7은 HR-XRD를 이용한 ω-Rocking curve분석 결과이다. FWHM의 경우 동일한 조건에서 확인하기 위해 Peek intensity는 Normalization을 통해 일치 시켰으며 Screw dislocation 분석을 위해 (0002)면을, Edge dislocation 분석을 위해 (10-12)면의 분석을 진행하였다. FWHM과 Burgers Vector, b(Screw = 0.
대상 데이터
MOCVD의 온도와 압력을 조절하여 2Step(저온 고압, 고온 저압)의 ELOG(epitaxial lateral overgrowth) 성장 방법을 적용하였으며 버퍼 종류별 샘플을 완성하였다. CPSS bare 기판과 AlN를 증착한 CPSS 기판은 아세톤(99.5 %), 메틸알콜(99.5 %), 초청정수(de-ionized water) 의 순서로 각각 5분씩 초음파 세척기로 세정한 후에 질소 가스를 사용하여 건조시켰다. MOCVD 장비의 Ga 소스로써 TMGa (Trimethylgallium)를 사용하였으며 질소 원료로는 암모니아(NH3, 99.
5 %), 초청정수(de-ionized water) 의 순서로 각각 5분씩 초음파 세척기로 세정한 후에 질소 가스를 사용하여 건조시켰다. MOCVD 장비의 Ga 소스로써 TMGa (Trimethylgallium)를 사용하였으며 질소 원료로는 암모니아(NH3, 99.9999 %)가 사용되었다. TMGa 소스는 수소 (H2, 99.
성능/효과
최종적으로 버퍼 층의 종류에 따른 GaN 박막의 특성 비교를 위해 상용되고 있는 LT GaN 버퍼, 새로이 적용한 AlN 버퍼, 두 가지를 모두 접목한 하이브리드형 버퍼(AlN 버퍼 + LT GaN 버퍼) 세가지 조건에 대해 비교 분석을 진행하였다. GaN 박막 성장은 2Step ELOG방법 이용하여 진행하였으며 AlN 버퍼가 세가지 버퍼 중 최상의 GaN 박막을 얻게 해줄 수 있음을 확인하였다. 또한 CPSS위에서 GaN 박막의 Crystal Quality 개선의 핵심은 버퍼 층 적용을 통한 격자 부정합에서 발생하는 Stress 해소뿐만 아니라 CPSS Head 상부에서의 GaN grain 발생 및 성장 제어도 매우 중요한 인자 임을 확인할 수 있었다.
GaN 박막 성장은 2Step ELOG방법 이용하여 진행하였으며 AlN 버퍼가 세가지 버퍼 중 최상의 GaN 박막을 얻게 해줄 수 있음을 확인하였다. 또한 CPSS위에서 GaN 박막의 Crystal Quality 개선의 핵심은 버퍼 층 적용을 통한 격자 부정합에서 발생하는 Stress 해소뿐만 아니라 CPSS Head 상부에서의 GaN grain 발생 및 성장 제어도 매우 중요한 인자 임을 확인할 수 있었다.
일반적으로 GaN 박막은 온도가 낮고 압력이 높을 때 사다리꼴 모양으로 성장이 일어나는데, 이때 N-polarity 지역이 안정화되고, 그 지역의 성장 속도가 저하되어 수직 성장을 주도적으로 하게 된다.15) CPSS에서도 동일한 Mechanism으로 GaN 박막이 성장하지만, 버퍼 종류에 따라 초기 성장 모습이 Fig. 3과 같이 각각 다른 형태를 보였다. 이는 실제 GaN의 성장 Mechanism 이 변한 것이 아니고 GaN Seed의 분포와 성장 면의 조합에 기인한 것으로 추정된다.
15) 2nd Step에서 온도를 1020 ℃ 에서 1070 ℃, 압력을 300 Torr에서 85 Torr로 낮추게 되면 CPSS 기판에 좀 더 많은 에너지가 공급되어 노출되어 있는 Head 상부 c-plane 및 r-plane 영역에서 GaN grain 성장이 가속화 된다. 버퍼 종류 별로 최종 성장 시킨 단면 SEM Image를 확인해 보면 크기와 형태는 차이가 있으나 CPSS 원뿔 부에 모두 grain이 생성, 성장되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
Dislocation의 집중성을 보면 (a)샘플의 경우 CPSS Head 부에서 먼저 grain이 형성되어 원뿔 외곽 쪽으로 ELOG가 일어나 원뿔과 원뿔과의 사이에 Dislocation이 집중되는 현상을 보였으며 (b)샘플의 경우는 (a)샘플과는 반대로 CPSS Head 쪽으로 ELOG가 진행되어 Head부에 Dislocation이 집중되는 현상을 보였다. (c)샘플의 경우 CPSS Head 부와 원뿔 외곽 부에서 동시에 GaN이 성장하여 정상적인 ELOG가 이루어지지 못했음을 알 수 있었다. 특히 AlN 버퍼만을 적용한 (b)샘플의 경우에는 CPSS Head부 grain 성장을 억제하여 ELOG 효과를 최대화 할 수 있어 Dislocation density를 추가로 감소할 수 있음을 알 수 있었다.
(c)샘플의 경우 CPSS Head 부와 원뿔 외곽 부에서 동시에 GaN이 성장하여 정상적인 ELOG가 이루어지지 못했음을 알 수 있었다. 특히 AlN 버퍼만을 적용한 (b)샘플의 경우에는 CPSS Head부 grain 성장을 억제하여 ELOG 효과를 최대화 할 수 있어 Dislocation density를 추가로 감소할 수 있음을 알 수 있었다.
Table 1에 분석 된 각 버퍼 종류별 Dislocation density 결과를 보면 LT GaN 버퍼를 적용한 샘플에 비해 AlN 버퍼를 적용한 샘플이 Screw dislocation에 있어 약 40 %수준의 개선 효과를 보였다. 이는 CPSS에 있어서 LT GaN 버퍼에 비해 AlN 버퍼가 기판과 GaN 박막의 결정격자 차이에서 오는 Stress 완화에 더 효과적이라는 것을 나타낸다.
CPSS와 GaN 박막 사이의 버퍼층을 변경하여 결정격자 차이에 의한 Stress를 해소하면 LED의 Base가 되는 GaN 박막의 결정성 개선 및 Dislocation 감소가 가능함을 성공적으로 확인하였다. 특히 AlN 버퍼가 적용된 CPSS 기판 위에서 압력이 높고 온도가 낮은 성장 조건에서 GaN 박막은 Basal plane에서 수직 방향으로 높은 Growth rate를 가지는 사다리꼴 모양으로 자라나며 CPSS Head 위에서는 거의 자라지 않고 3-D 성장이 일어나는 것을 확인하였다.
CPSS와 GaN 박막 사이의 버퍼층을 변경하여 결정격자 차이에 의한 Stress를 해소하면 LED의 Base가 되는 GaN 박막의 결정성 개선 및 Dislocation 감소가 가능함을 성공적으로 확인하였다. 특히 AlN 버퍼가 적용된 CPSS 기판 위에서 압력이 높고 온도가 낮은 성장 조건에서 GaN 박막은 Basal plane에서 수직 방향으로 높은 Growth rate를 가지는 사다리꼴 모양으로 자라나며 CPSS Head 위에서는 거의 자라지 않고 3-D 성장이 일어나는 것을 확인하였다. 또한, 압력이 낮고 온도가 높은 성장 조건에서 GaN 박막은 Basal plane에서 낮은 Growth rate를 가지는 납작한 직사각형 모양으로 자라나게 되며 CPSS Head 부분에서도 Grain들의 성장이 활발하게 일어나는 동시에 지속적인 2-D 성장을 하는 것을 확인하였다.
특히 AlN 버퍼가 적용된 CPSS 기판 위에서 압력이 높고 온도가 낮은 성장 조건에서 GaN 박막은 Basal plane에서 수직 방향으로 높은 Growth rate를 가지는 사다리꼴 모양으로 자라나며 CPSS Head 위에서는 거의 자라지 않고 3-D 성장이 일어나는 것을 확인하였다. 또한, 압력이 낮고 온도가 높은 성장 조건에서 GaN 박막은 Basal plane에서 낮은 Growth rate를 가지는 납작한 직사각형 모양으로 자라나게 되며 CPSS Head 부분에서도 Grain들의 성장이 활발하게 일어나는 동시에 지속적인 2-D 성장을 하는 것을 확인하였다. CPSS Head에서 발생한 GaN grain은 박막 표면의 거칠기(roughness)에 악영향을 끼치며 Dislocation density를 증가시켜 GaN 박막의 Crystal quality를 떨어뜨리지만, GaN 박막의 버퍼를 변경하여 CPSS Head부 GaN grain의 성장을 1차적으로 제어하여 개선할 수 있음을 알수 있었다.
또한, 압력이 낮고 온도가 높은 성장 조건에서 GaN 박막은 Basal plane에서 낮은 Growth rate를 가지는 납작한 직사각형 모양으로 자라나게 되며 CPSS Head 부분에서도 Grain들의 성장이 활발하게 일어나는 동시에 지속적인 2-D 성장을 하는 것을 확인하였다. CPSS Head에서 발생한 GaN grain은 박막 표면의 거칠기(roughness)에 악영향을 끼치며 Dislocation density를 증가시켜 GaN 박막의 Crystal quality를 떨어뜨리지만, GaN 박막의 버퍼를 변경하여 CPSS Head부 GaN grain의 성장을 1차적으로 제어하여 개선할 수 있음을 알수 있었다. 즉, GaN 박막 성장 시 Head부 Grain 형성을 제어하면 Dislocation 발생원을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 ELOG의 특성을 극대화하여 Crystal quality를 획기적으로 개선할 수 있고 ELOG 시 Head에서 발생, 성장하는 Grain 과의 단차를 최소화하여 좀더 Flat한 Surface 형성이 가능하다.
CPSS Head에서 발생한 GaN grain은 박막 표면의 거칠기(roughness)에 악영향을 끼치며 Dislocation density를 증가시켜 GaN 박막의 Crystal quality를 떨어뜨리지만, GaN 박막의 버퍼를 변경하여 CPSS Head부 GaN grain의 성장을 1차적으로 제어하여 개선할 수 있음을 알수 있었다. 즉, GaN 박막 성장 시 Head부 Grain 형성을 제어하면 Dislocation 발생원을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 ELOG의 특성을 극대화하여 Crystal quality를 획기적으로 개선할 수 있고 ELOG 시 Head에서 발생, 성장하는 Grain 과의 단차를 최소화하여 좀더 Flat한 Surface 형성이 가능하다. 이와 같이 CPSS 기판 위에 LT GaN 버퍼층을 대신해 AlN 버퍼층을 적용하는 것은 ELOG 성장 특성을 최적화하여 GaN 박막의 Crystal quality 개선과 동시에 LED광 추출 효율을 증가 시킬 수 있는 대안 기술이며, CPSS Head부 grain 발생을 억제할 수 있는 기술을 추가 적용하여 최상의 품질을 가진 GaN 박막을 얻을 수 있는 기반 기술이다.
통상적으로 청색의 단파장 광원을 얻기 위하여 사용된 재료는 VI족의 SiC계, II-IV족 화합물인 ZnSe계와 III-V족 화합물인 GaN계이며 SiC계, ZnSe계의 화합물은 GaN계에 비해 적은 104/cm2 결함 밀도에도 불구하고 재료의 휘도와 수명이 짧다는 결점을 가지고 있어3-6) 수명이 매우 안정적이며 높은 결함 밀도에도 효율이 우수한 GaN계 화합물에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.7) 청색 발광 소자 개발을 위한 GaN 박막 물질의 중요성은 앞서 언급한 II-IV족 화합물의 물성에서 찾을 수 있다 SiC의 경우 p형, n형 불순물의 첨가와 전도성 제어가 용이하여 80년대 후반에 밀리 칸델라(mcd)급 저휘도 청색 LED로 개발 되었으나 간접 천이형 에너지 밴드 구조이기 때문에 고휘도 발광 소자로서 적절하지 못하였으므로 직접 천이형 에너지 밴드 구조를 갖는 ZnSe계를 이용하였다. ZnSe계는 기판으로 사용되었던 GaAs와의 결정격자부정합도가 작아 결정 성장 시에 좋은 특성을 나타내는 반면 주로 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법을 사용하므로, 원소 증기압이 높은 Zn, Se, Mg, S 등의 원소 첨가 및 제어와 p형 불순물 첨가가 어렵다는 단점이 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
직접 천이형 에너지 밴드 구조를 갖는 ZnSe계의 장단점은?
7) 청색 발광 소자 개발을 위한 GaN 박막 물질의 중요성은 앞서 언급한 II-IV족 화합물의 물성에서 찾을 수 있다 SiC의 경우 p형, n형 불순물의 첨가와 전도성 제어가 용이하여 80년대 후반에 밀리 칸델라(mcd)급 저휘도 청색 LED로 개발 되었으나 간접 천이형 에너지 밴드 구조이기 때문에 고휘도 발광 소자로서 적절하지 못하였으므로 직접 천이형 에너지 밴드 구조를 갖는 ZnSe계를 이용하였다. ZnSe계는 기판으로 사용되었던 GaAs와의 결정격자부정합도가 작아 결정 성장 시에 좋은 특성을 나타내는 반면 주로 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법을 사용하므로, 원소 증기압이 높은 Zn, Se, Mg, S 등의 원소 첨가 및 제어와 p형 불순물 첨가가 어렵다는 단점이 있다. 그러나 GaN 박막은 광소자로서의 응용이 적절한 직접 천이 형 에너지 밴드구조를 가지고 있고 기판과의 부정합 정도가 발광 특성에 큰 영향을 주지 않는다.
청색의 단파장 광원을 얻기 위해 사용되는 재료들의 단점은?
1,2) 청색 발광소자의 상업화가 입증된 이후 급속도로 청색 발광소자에 대한 연구와 개발이 진행되어 왔으며 현재에 이르러서 III-V계 질화물인 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN 물질을 통해 청, 녹, 황, 백색의 LED의 제작과 응용 기술이 실생활에 적용되고 있다. 통상적으로 청색의 단파장 광원을 얻기 위하여 사용된 재료는 VI족의 SiC계, II-IV족 화합물인 ZnSe계와 III-V족 화합물인 GaN계이며 SiC계, ZnSe계의 화합물은 GaN계에 비해 적은 104/cm2 결함 밀도에도 불구하고 재료의 휘도와 수명이 짧다는 결점을 가지고 있어3-6) 수명이 매우 안정적이며 높은 결함 밀도에도 효율이 우수한 GaN계 화합물에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.7) 청색 발광 소자 개발을 위한 GaN 박막 물질의 중요성은 앞서 언급한 II-IV족 화합물의 물성에서 찾을 수 있다 SiC의 경우 p형, n형 불순물의 첨가와 전도성 제어가 용이하여 80년대 후반에 밀리 칸델라(mcd)급 저휘도 청색 LED로 개발 되었으나 간접 천이형 에너지 밴드 구조이기 때문에 고휘도 발광 소자로서 적절하지 못하였으므로 직접 천이형 에너지 밴드 구조를 갖는 ZnSe계를 이용하였다.
통상적으로 청색의 단파장 광원을 얻기 위하여 사용되는 재료는?
1,2) 청색 발광소자의 상업화가 입증된 이후 급속도로 청색 발광소자에 대한 연구와 개발이 진행되어 왔으며 현재에 이르러서 III-V계 질화물인 GaN, InGaN, AlGaN, AlGaInN 물질을 통해 청, 녹, 황, 백색의 LED의 제작과 응용 기술이 실생활에 적용되고 있다. 통상적으로 청색의 단파장 광원을 얻기 위하여 사용된 재료는 VI족의 SiC계, II-IV족 화합물인 ZnSe계와 III-V족 화합물인 GaN계이며 SiC계, ZnSe계의 화합물은 GaN계에 비해 적은 104/cm2 결함 밀도에도 불구하고 재료의 휘도와 수명이 짧다는 결점을 가지고 있어3-6) 수명이 매우 안정적이며 높은 결함 밀도에도 효율이 우수한 GaN계 화합물에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.7) 청색 발광 소자 개발을 위한 GaN 박막 물질의 중요성은 앞서 언급한 II-IV족 화합물의 물성에서 찾을 수 있다 SiC의 경우 p형, n형 불순물의 첨가와 전도성 제어가 용이하여 80년대 후반에 밀리 칸델라(mcd)급 저휘도 청색 LED로 개발 되었으나 간접 천이형 에너지 밴드 구조이기 때문에 고휘도 발광 소자로서 적절하지 못하였으므로 직접 천이형 에너지 밴드 구조를 갖는 ZnSe계를 이용하였다.
참고문헌 (22)
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