보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 Chungnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-04 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201500004044 |
과제고유번호 |
1711007966 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2015-05-23
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키워드 |
질화알루미늄.질화알루미늄갈륨.질화갈륨.극성.비극성.에피탁시기술.헤테로구조.도핑.깊은자외발광소자.AlN.AlGaN.GaN.Polar.Nonpolar.Epitaxy technology.Heterostructure.Doping.Deep UV LED.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500004044 |
초록
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연구의 목적 및 내용
● 가격이 저렴한 (0001) 사파이아 기판 위에 파장 280nm 이하로 UV-C 응용이 가능한 Deep UV LED용 고품질 극성 (polar) AlN 및 Al 조성 40% 이상 함유 극성 AlXGa1-XN 에피박막 성장기술 확립: IQE 40% 달성이 가능하도록 전위밀도 1X109/㎠ 이하 달성, (0002) omega rocking curve 반치폭이 850 arcsec, (10-15) omega rocking curve 반치폭 1500 ar
연구의 목적 및 내용
● 가격이 저렴한 (0001) 사파이아 기판 위에 파장 280nm 이하로 UV-C 응용이 가능한 Deep UV LED용 고품질 극성 (polar) AlN 및 Al 조성 40% 이상 함유 극성 AlXGa1-XN 에피박막 성장기술 확립: IQE 40% 달성이 가능하도록 전위밀도 1X109/㎠ 이하 달성, (0002) omega rocking curve 반치폭이 850 arcsec, (10-15) omega rocking curve 반치폭 1500 arcsec 이하.
● 파장 280nm 이하로 UV-C 응용이 가능한 Deep UV LED용 고품질 비극성 (nonpolar) AlN 및 Al 조성 40% 이상 함유 비극성 AlXGa1-XN 에피박막 성장기술 확립: 적층결함 밀도 8X104/cm 이하, 전위밀도 4X109/㎠ 이하 달성.
● 극성 및 비극성 AlN 및 AlXGa1-XN 에피박막의 물성 탐험 (구조, 광, 전기 특성) 및 헤테로 구조 제작을 통한 Deep UV LED 제작 근간 기술 마련.
연구결과
(1) 1차년도: 극성 AlN, AlXGa1-XN 에피기술 연구 및 버퍼층 탐색.
● 사파이아 기판 위 고품질 AlN 및 AlXGa1-XN 성장 연구: Nirtridation, 성장온도, III/V ratio, RF power 변화 등의 실험을 통하여 표면조도가 작고, 결정성 (XRD rocking curve 반치폭, 전위밀도로 평가)이 우수한 AlXGa1-XN 에피탁시 박막 성장기술 연구.
● 새로운 금속 및 nitride 계열 버퍼층 탐색 및 적용 기술 연구: 고품질 AlN 및 AlXGa1-XN 에피성장을 위한 사아이어 기판과 박막의 미스핏과 결함밀도를 줄일 수 있는 새로운 금속 및 nitride 계열 버퍼층의 탐색 및 적용 기술 연구.
(2) 2차년도: 버퍼층 최적화를 통한 극성 AlN, AlXGa1-XN 에피박막 고품질화 및 비극성 AlN 및 AlXGa1-XN 에피기술 연구
● 새로운 버퍼층 최적화를 통한 극성 AlN, AlXGa1-XN (Al 조성 40% 이상)에피박막의 고품질화: 버퍼층 성장조건 변경, nitridation 과 버퍼층 혼합, 버퍼층 두께, 버퍼층 열처리 등을 통한 버퍼층 최적화 및 이를 통한 극성 AlN 밒 AlXGa1-XN 에피박막 고품질화 달성.
● (10-12) a-plane 비극성 AlXGa1-XN (Al 조성 40% 이상) 에피기술 연구 및 최적화: Nirtridation, 성장온도, III/V ratio, RF power 변화 등의 실험을 통하여 표면조도가 작고, 결정성이 우수한 AlXGa1-XN 에피탁시 박막 성장기술 연구.
● 극성 및 비극성 AlXGa1-XN 에피박막의 물성 비교 연구
(3) 3차년도: 헤테로 구조 제작을 통한 Deep UV LED 제작 근간 기술 마련
● Quaternary AlXInYGa1-X-YN 에피층 성장기술 및 스트레인 조절: 조성 X와 Y가 조절된 quaternary AlXInYGa1-X-YN 에피층 성장 및 quaternary층을 이용한 에피박막의 스트레인 평가.
● 헤테로 구조 제작 및 특성 연구: 최적화된 성장 조건을 기반으로 AlXGa1-XN/GaN/AlXGa1-XN, AlXInYGa1-X-YN/GaN/AlXInYGa1-X-YN 헤테로 구조를 제작하고 광특성을 분석하여 UV-C LED 적용을 위한 최적의 새로운 헤테로 구조 제안.
● Doping 기술 확립 및 소자특성 연구: UV-C LED 적용을 위한 doping 특성 실험을 통하여 UV-C LED 적용을 위한 근간 기술 확립 및 특성 평가.
연구결과의 활용계획
● UV-C 적용이 가능한 고품질 AlN 및 AlGaN 성장 기술 확립.
● 고품질 AlN 및 AlGaN 성장을 위한 epi-engineer 및 epi-researcher 배출.
● UV-LED용 고품질 AlN 및 AlGaN 에피박막 성장기술은 GaN 계 물질군 성장기술중에서 가장 어려운 기술로 인정되고 있으며, 본 연구를 통한 이러한 기술 개발은 UV-LED뿐만 아니라 GaN계를 사용하는 Green LED, HTMT(저소비 전력형 고주파소자, 고출력 전자소자, 고속동작소자)등 많은 분야의 기초가 되어 그 산업적 파급효과는 매우 큼.
● AlGaN계 Deep UV LED를 이용한 백색광원 및 고체조명, bio-sensor, 살균 및 의료응용, 오염물질제거(녹색성장), 고밀도 광기록 레이저 등 다방면의 시장창출.
● UV-LED용 고품질 AlN template 기판 시장 개척.
Abstract
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Purpose&contents
● Establishment of high quality polar AlN and AlGaN (more than 40% Al) epi-technology on low cost sapphire substrates for UV LED in UV-C applications with wavelength lower than 280nm.
● Establishment of high quality nonpolar AlN and AlGaN (more than 40% Al) epi-technology on l
Purpose&contents
● Establishment of high quality polar AlN and AlGaN (more than 40% Al) epi-technology on low cost sapphire substrates for UV LED in UV-C applications with wavelength lower than 280nm.
● Establishment of high quality nonpolar AlN and AlGaN (more than 40% Al) epi-technology on low cost sapphire substrates for UV LED in UV-C applications with wavelength lower than 280nm.
● Investigations of polar and nonpolar AlN and AlGaN epilayers, fabrication of heterostructures for establishment of fundamental deep UV LED technology. Result
1. Polar AlN, AlGaN epitechnology and searching a new buffer.
1) Studies ond epi-techonolgy for high quality polar and nonpolar AlN, AlXGa1-XN (0.42) Searching a buffer for high quality AlN and AlGaN growth on sapphire substrates.
2. Growth technology for high quality of AlN and AlGaN epilayers by using buffer and epi technology for nonpolar AlN and AlGaN layers
1) Optimization of buffer growth to reduce the misfit and get the high quality epi-layers with low defect density.
2) Investigation and comparison of polar and nonpolar AlGaN layers.
3. Researches on heterostrcutures for LED applications.
1) Growth technology for quaternary AlIbGaN layers for strain control
2) Heterostrcuture fabrication and investigations on properties.
3) Establishment of doping technology for LED applications.
Expected Contribution
● Opening a new LED market through the advanced researches on deep UV LED.
● Production of epi-engineers.
● Opening industrial markets of various fields including white light source, solid state lighting, bio-sensors, medical applications, environments applications, and high-density optical recording.
● Application of epi-technologies to related devices researches like electronic devices.
● Application to general semiconductor epitaxy technologies.
● Opening a new market of template substrates suited to high quality AlN and AlGaN for UV LEDs.
목차 Contents
- 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
- 목 차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 11
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 67
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 85
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 85
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 86
- 8. 참고문헌 ... 87
- 9. 연구성과 ... 88
- 10. 기타사항 ... 93
- 끝페이지 ... 113
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