초록 ▼

1차년도 연구내용은 1) 플라즈마를 이용하여 기판의 표면 morphology를 조절하고, defects와 불순물을 제거하는 표면처리 기술을 개발하고, 2) 고품위 InGaN 양자점을 형성하기 위한 주요 공정변수를 확인하고, 균일한 양자점 형성조건을 최적화하는 연구, 3) III족-질화물 반도체의 발광 및 수광소자 응용을 위하여 전기적 및 광학적특성을 개선하는 방법을 개발하고, 고감도의 쇼트키형(Schottky) 자외선(UV) 감지기 개발을 위한 금속전극 형성에 관하여 연구하는 것이다.
2차년도 연구내용은 1) GaN계 박막의

1차년도 연구내용은 1) 플라즈마를 이용하여 기판의 표면 morphology를 조절하고, defects와 불순물을 제거하는 표면처리 기술을 개발하고, 2) 고품위 InGaN 양자점을 형성하기 위한 주요 공정변수를 확인하고, 균일한 양자점 형성조건을 최적화하는 연구, 3) III족-질화물 반도체의 발광 및 수광소자 응용을 위하여 전기적 및 광학적특성을 개선하는 방법을 개발하고, 고감도의 쇼트키형(Schottky) 자외선(UV) 감지기 개발을 위한 금속전극 형성에 관하여 연구하는 것이다.
2차년도 연구내용은 1) GaN계 박막의 표면처리, 고밀도 플라즈마 식각 및 플라즈마 손상으로 인한 전기적 특성을 회복하는 방법 개발, 2) 재결정성장법에 의한 InGaN/GaN 양자점을 이용한 buried 이종접합구조 성장방법 개발, 3) AlGaN/GaN Schottky형 자외선 감지기 개발을 위한 기본기술을 확보하는 것이다
3차년도 연구내용은 1) 고품위 GaN계 발광소자 및 수광소자 제조공정 최적화, 2)고품위 GaN계 발광다이오드 양자우물구조 및 양저점 성장 및 발광소자 제조공정 최적화, 3) 고품위 AlGaN/GaN을 이용한 수광소자 구조 최적화 및 AlGaN 금속전극 형성 기술 개발이다.
고밀도 플라즈마를 이용하여 사파이어 기판 표면의 defects와 불순물들을 제거할 수 있었다. 플라즈마 처리할 경우 기판의 표면이 매우 smooth 했으며, 균일한 두께의 GaN 박막을 성장시킬 수 있었다. ICP 식각기술을 이용하여 InGan/GaN 및 AlGaN/GaN의 메사구조를 효과적으로 식각할 수 있었으며, 발광소자(LED, LD) 및 수광소자(UV 감지기)제조를 위한 식각공정을 최적화할 수 있었다. 식각공정에서 발생하는 플라즈마 손상 메커니즘을 밝혔으며, 메사 식각 후에 열처리 및 KOH 용액처리를 통하여 전기적 특성을 회복할 수 있었다. 또한 삼각형 양자우물 구조를 사용하여 직각사각형 양자우물 구조보다 우수한 전기적?광학적 특성을 얻을 수 있었다.
InGaN 양자점 구조를 갖는 buried heterostructure 레이저 다이오드 제작을 위하여 InGaN 양자점구조 성장 및 특성을 분석하였으며, S-K 성장 모드를 갖는 양자점은 islands 형태의 계면 결함에 의해 misfit 스트레인을 완화시키므로써 박막의 자유에너지를 감소시켜서 결함의 형성이나 dislocation의 생성 없이 형성됨을 알 수 있었다. 또한 GaN TJ 구조를 도입하여 양자점 레이저다이오드에서 문제시 되는 InGaN 양자점 제어기술과 더불어 활성층으로의 전류를 균일하게 주입할 수 있도록 하였다.
이를 이용한 buried 구조의 InGaN/GaN 표면 발광다이오드에서 광 가둠역활을 효과적 으로 구현할 수 있었다.
MOCVD로 GaN와 AlGaN 박막 사이에 중간 버퍼층을 적용하여 고품질의 AlGaN 박막을 성장할 수 있었으며, 접촉특성 및 광응답 특성도 우수하였다. 쇼트키 자외선 감지기에 필요한 저항성 접촉금속으로 Al을 비롯해 다층구조를 가지는 금속(Ti/Al, Ti/Al/Ni/Au)을 이용해 접촉 저항을 낮추기 위한 연구를 하였으며, 정류성 접촉 금속으로 Pt, Pd, Au를 이용해 각 금속들의 특징을 연구하였다. 또한 Pt보다 열적, 화학적으로 안정하다고 알려진 RuO2를 쇼트키형 자외선 수광소자에 적용해 그 우수성을 확인하였다. 소자 구조의 최적화를 위해 수광 면적, 식각 깊이, 전극 간격 등에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구를 통해 AlGaN 박막을 이용한 고감도의 쇼트키 자외선 감지기 제작시 요구되는 중요한 제어변수를 확인하고, AlGaN 박막의 성장과 AlGaN 및 GaN층에서 금속과의 접촉특성을 개선하기 위한 다양한 방법들을 개발하였다.

Abstract ▼

For the first year, we have carried out 1) surface treatments of sapphire substrates using high density plasmas to control the surface morphology and remove defects and impurities, 2) confirmation and optimization of the varialbes critical for the formation of uniformly distributed InGaN quantum dot

For the first year, we have carried out 1) surface treatments of sapphire substrates using high density plasmas to control the surface morphology and remove defects and impurities, 2) confirmation and optimization of the varialbes critical for the formation of uniformly distributed InGaN quantum dots (QDs), and 3) improvement of electrical and optical properties of the GaN-based semiconductors for device applications and formation of metal electrodes for a Schottky type UV detector.
For the second year, researches have been done concerning 1) surface treatment of GaN films, high density plasma etching, and recovery of electrical properties damaged in the course of dry etching, 2) growth of buried heterostructure of InGaN/GaN QDs by a regrowth technique, and 3) development of an AlGaN/GaN Schottky type UV detector.
For the third year, we have accomplished 1) optimization of the fabrication process of GaN-based light-emitting and light-detecting devices,
2) optimization of the fabrication process of quality GaN-based MQWs and QDs, and 3) optimization of the structure of AlGaN/GaN Schottky type UV detectors and the formation of AlGaN metal electrodes.
The results obtained from this work could be utilized for fabrication of qaulity GaN-based MQWs and QDs for device applications such as blue LEDs, LDs, UV detectors, and high temperature/high poer electric devices and for optimization of the fabrication processes of such a device.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...6
• 3. 결과 및 고찰 ...7
• 4. 결론 ...68
• 5. 인용문헌 ...69