초록 ▼

◇ 연구 내용GaN 박막 형성 기술에 대한 현황과 문제점 분석 및 Process 조건별 특성 변화 현황 분석◇ 연구 범위1) GaN 박막의 기초 물성 조사2) Sputtering에 의한 GaN 박막의 특성 조사3) Glow Discharge법에 의한 GaN 박막의 특성 조사4) E-Beam 및 CVD법에 의한 GaN 박막의 특성 조사5) Sol-Gel 법에 의한 GaN 박막의 특성 조사6) MBE 및 MOCVD법에 의한 GaN 박막의 특성 조사◇ 연구 내용GAIVBE 시스템의 GaN 박막 형성에의 활용과 최적 Process 조건의

◇ 연구 내용GaN 박막 형성 기술에 대한 현황과 문제점 분석 및 Process 조건별 특성 변화 현황 분석◇ 연구 범위1) GaN 박막의 기초 물성 조사2) Sputtering에 의한 GaN 박막의 특성 조사3) Glow Discharge법에 의한 GaN 박막의 특성 조사4) E-Beam 및 CVD법에 의한 GaN 박막의 특성 조사5) Sol-Gel 법에 의한 GaN 박막의 특성 조사6) MBE 및 MOCVD법에 의한 GaN 박막의 특성 조사◇ 연구 내용GAIVBE 시스템의 GaN 박막 형성에의 활용과 최적 Process 조건의 도출 실험◇ 연구 범위1) Process 조건의 검토2) GaSource 및 N₂Source 용 effusion cell의 제작 및 특성 조사3) Plasma Source 제작과 GaN 박막에 미치는 영향 고찰4) Ionization Current 및 Acceleration Voltage에 따른 GaN 박막 형성 조건 검토5) Process Parameter에 대한 최적 조건 도출6) GaN 박막의 시험 제작7) Substrate 재료에 따른 GaN 박막 형성 조건 및 우수한 결정의 성장 가능성 분석◇ 연구 내용GaN 박막의 성장과 특성 분석 (I)◇ 연구 범위1) GaN 성장 조건 검토2) Substrate 재료 결정 및 GaN 박막의 Substrate 효과 실험 (Si 및 사파이어 등)3) GaN 박막의 구조적 특성 분석 (XRD, AES, SEM, TEM 및 SIMS 분석)4) RHEED 패턴과 성장 조건의 상호 관련성 조사◇ 연구 내용GaN 박막의 성장과 특성 분석(II)◇연구 범위1) Process 조건별 PL 특성 분석2) Process 조건별 CL 특성 분석 및 성장된 GaN 박막의 Quality 평가3) Optical Pumping 실험에 의한 GaN 박막의 특성 분석4) High Field Injection 및 Trapping 특성 고찰5) Initial Charge Carrier Injection에 대한 특성 고찰◇ 연구 내용Undoped GaN 박막과 n 및 p type DopingGaN 성장과 특성 분석 및 박막 성장 후 공정 Parameter 변화에 따른 특성 변화 측정 및 분석◇ 연구 범위1) Undoped GaN 박막의 특성에 관한 종합 분석2) n 및 p type Dopint GaN 박막의 성장과 Process Parameter에 따른 특성 변화 고찰3) PN Junction의 구성과 Process 조건의 기본적 검토4) 불순물이 Doping된 GaN 박막에 있어서 불순물의 종류에 따른 광학적 특성변화 측정 및 분석 (PL, CL, PLE 측정)5) GaN 박막에 대한 Schottky Contact 및 Ohmic Contact에 대한 실험 및 결과 분석◇ 연구 내용GAIVBE 기법에 의한 GaN 박막의 성장과 전기적 특성 측정 및 분석◇ 연구 범위1) GaN 박막의 Hall 계수, Resistivity 및 I-V 특성 고찰2) 누설 전류 측정 및 검토3) Process 조건에 따른 특성 변화의 종합적 분석 고찰4) LED의 제작과 성장된 GaN 박막의 활용성 검토5) GaN 박막으로의 MESFET 제작과 특성 검토 및 본 연구결과의 반도체 소자 제작에의 활용성 검토6) GaN 박막에 의한 LD 제작을 위한 가능성 검토7) 종합적인 결과 분석 및 검토◇ 연구 내용GAIVBE 기법에 의한 GaN 결정 성장과 그 활용성에 관한 종합적 분석과 앞으로의 연구 방향 설정◇ 연구 범위1) Process 조건의 종합 검토2) 성장된 GaN 박막의 특성에 관한 종합 검토3) 연구 방향 설정 및 앞으로의 연구 계획 수립4) 최종 보고서 작성

Abstract ▼

This document contains a comprehensive description and results of the research performed at the Korea University during the past three years as an international collaboration with University of Illinois at Urbana-Champaign. The objective of this work was to utilize the PIs combined expertise to grow

This document contains a comprehensive description and results of the research performed at the Korea University during the past three years as an international collaboration with University of Illinois at Urbana-Champaign. The objective of this work was to utilize the PIs combined expertise to grow and characterize, using the Gas Assisted Ionized Vapour Beam Epitaxy (GAIVBE) System developed at korea University, high-quality GaN-based semiconductor films with an eventual goal to fabricate high-performance optoelectronic devices. In fabricating device-quality GaN-based thin films more success has been reported to date with the Metal-organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) than with the Molecular Beam Epitaxy (MBE). However, our rationale and belief have been that, as compared to MOCVD, MBE, in general, provides greater control on the thickness and nanoscale structures of the growing films, making it more suitable for fabricating, for example, higher-quality multi-quantum well structures. We believe that MBE can and should do a better job than MOCVD in growing GaN-based thin films since the growth temperatures required for MBE are much lower than those for MOCVD and since MBE has the inherent ability to fine-control nanometer-scale film growth and enhance the incorporation of high-vapor-pressure materials, such as In and Mg, in the growing films. To demonstrate such advantages of MBE in growing GaN-based group-III nitride films our research activities during the past 3 years have particularly concentrated on attempts to grow high-quality undoped GaN-films with low background carrier concentrations, investigation of the growth conditions for GaN films with high n and p-dopings, optimization of the processes for making ohmic contacts for both n-and p-type samples, and detailed morphological, electrical, and optical characterization of the grown films using the state-of-the-art microanalysis techniques, such as SEM, PL, CL, XRD, Hall and CV measurements.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...28
• 제 1 절 연구 현황 및 배경...28
• 제 2 절 연구의 필요성 및 목적...30
• 1. 연구의 필요성...30
• 가. 기술적 측면...30
• 나. 경제·산업적 측면...31
• 다. 사회·문화적 측면...31
• 2. 연구 목적...31
• 제 3 절 연구 내용 및 범위...33
• 1. 연구 내용 및 범위...33
• 2. 연구 방법...35
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...36
• 제 1 절 국내외 연구 동향...36
• 1. 국외 연구 동향...36
• 2. 국내 연구 동향...36
• 제 2 절 연구 동향에 대한 평가 분석...37
• 1. GaN 박막 형성의 연구 동향에 대한 평가 분석...37
• 2. GAIVBE 기법에 의한 결정 성장에 대한 연구 동향의 평가 분석...38
• 제 3 절 GAIVBE 기법에 의한 결정 성장의 장점 및 기대 효과...38
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...42
• 제 1 절 GAIVBE 시스템의 구성과 박막 형성을 위한 특성 평가...42
• 1. GAIVBE 시스템의 구성 및 Effusion Cell의 설계...42
• 가. Ionizer 특성...52
• 나. 클러스터 비임의 형성에 대한 특성 분석...58
• 제 2 절 GaN 박막의 형성과 특성 분석...63
• 1. GaN 박막의 형성...63
• 2. GaN 박막의 특성 분석...64
• 가. Process 조건에 따른 GaN 박막의 Photoluminescence 특성 분석...64
• 나. Process 조건에 따른 GaN 박막의 XRD, RHEED 패턴, SEM 및 TEM 특성 분석...64
• 다. P형 GaN 박막의 특성 분석...72
• 3. N₂플라즈마 소스의 RF Power에 따른 특성 분석...76
• 제 3 절 GaN 박막의 CL 특성 분석...84
• 1. Undoped GaN 및 GaN/AlGaN MQW의 특성...84
• 2. Mg-doped GaN의 특성...84
• 제 4 절 Metal-Insulator-GaN 구조에 있어서의 전기적 특성에 관한 고찰...91
• 1. 캐리어 주입과 트래핑...91
• 2. Metal-BST-GaN 박막의 절연파괴 과정...97
• 3. Metal/BST/GaN 구조에서의 C-V 특성...100
• 제 5 절 GaN 박막에 대한 Contact 형성과 특성 분석...106
• 1. Schottky Contact의 형성과 특성 분석 실험...106
• 가. Schottky Contact의 형성 실험...106
• 나. Schottky Contact의 실험 결과 및 고찰...106
• 2. Ohmic Contact의 형성과 특성 분석 실험...116
• 가. Ohmic Contact의 형성 실험...116
• 나. Ohmic Contact의 실험 결과 및 고찰...117
• 제 6 절 GaN MESFET 및 Blue LED의 제작과 전기적 특성 고찰...125
• 제 7 절 결 론...129
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...131
• 제 1 절 연구개발의 최종 목표...131
• 1. 연구개발의 최종 목표...131
• 2. 연차별 연구개발목표 및 내용...132
• 제 2 절 평가의 착안점 및 연구개발 목표의 달성도...134
• 1. 평가의 착안점...134
• 2. 평가의 착안점에 따른 연구개발목표의 달성도 및 자체 평가...134
• 가. 1차년도...134
• 나. 2차년도...137
• 다. 3차년도...139
• 제 3 절 대외 기여도...141
• 1. 기술적 측면...141
• 2. 경제·산업적 측면...142
• 3. 과학적 측면...142
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용 계획...143
• 제 6 장 참고문헌...144
• 부록 1. Process 조건 변화에 따른 PL 특성 측정 결과...148
• 부록 2. Process 조건 변화에 따른 XRD 특성 측정 결과...162
• 부록 3. 성장 온도 및 Flux Ratio에 따른 GaN 박막의 특성 측정 결과...174
• - 성장 온도에 따른 GaN 박막의 성장 속도 변화 (조건 1)...176
• - 성장 온도에 따른 GaN 박막의 성장 속도 변화 (조건 2)...177
• - Ga과 Nitrogen의 Flux Ratio에 따른 GaN 박막의 성장 속도 변화...178
• - 서로 다른 Flux Ratio로 성장된 GaN 박막의 RHEED 패턴...179
• - 서로 다른 Flux Ratio로 성장된 GaN 박막의 SEM 특성...180
• - 서로 다른 Flux Ratio로 성장된 GaN 박막의 FWHM 특성...181
• - Flux Ratio에 따른 GaN 박막의 Carrier Concentration 및 Mobility...182
• - Flux Ratio에 따른 GaN 박막의 PL 특성...183
• -성장 온도에 따른 Mg-doped GaN 박막의 RHEED 패턴...184
• -성장 온도에 따른 Mg-doped GaN 박막의 FWHM 특성...185
• -성장 온도에 따른 Mg-doped GaN 박막의 AFM 특성...186
• -성장 온도에 따른 Mg-doped GaN 박막의 Carrier Concentration 및 Mobility...187
• - 650℃에서 성장된 p-type GaN 박막의 PL 특성...188
• - 700℃에서 성장된 p-type GaN 박막의 PL 특성...189
• - 성장 온도에 따른 p-type GaN 박막의 SEM 및 CL 특성...190