R-plane 사파이어 기판위의 GaN/InGaN 이종접합구조의 HVPE 성장

전헌수,황선령,김경화,장근숙,이충현,양민,안형수,김석환,장성환,이수민,박길한,Jeon, H.S.,Hwang, S.L.,Kim, K.H.,Jang, K.S.,Lee, C.H.,Yang, M.,Ahn, H.S.,Kim, S.W.,Jang, S.H.,Lee, S.M.,Park, G.H.,Koike, M. 한국결정성장학회 2007 한국결정성장학회지 Vol.17 No.1

R-plane 사파이어 위에 a-plane GaN층이 성장된 기판에 혼합소스 HVPE(mixed-source hydride vapor phase epitaxy) 방법으로 GaN/InGaN의 이종접합구조(heterostructure)를 구현하였다. GaN/InGaN 이종접합구조는 GaN, InGaN, Mg-doped GaN 층으로 구성되어 있다. 각 층의 성장온도는 GaN층은 $820^{\circ}C$, InGaN 층은 $850^{\circ}C$, Mg-doped GaN 층은 $1050^{\circ}C$에서 성장하였다. 이때의 $NH_3$와 HCl 가스의 유량은 각각 500 sccm, 10 sccm 이었다. SAG-GaN/InGaN 이종접합구조의 상온 EL (electroluminescence) 특성은 중심파장은 462 nm, 반치폭(FWHM : full width at half maximum) 은 0.67eV 이었다. 이 결과로부터 r-plane 사파이어 기판위에 multi-sliding boat system의 혼합소스 HVPE 방법으로 이종접합구조의 성장이 가능함을 확인하였다. The a-plane GaN layer on r-plane $Al_2O_3$ substrate is grown by mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE). The GaN/InGaN heterostructure is performed by selective area growth (SAG) method. The heterostructure consists of a flown over mixed-sourec are used as gallium (or indium) and nitrogen sources. The gas flow rates of HCl and $NH_3$ are maintained at 10 sccm and 500 sccm, respectively. The temperatures of GaN source zone is $650^{\circ}C$. In case of InGaN, the temperature of source zone is $900^{\circ}C$. The grown temperatures of GaN and InGaN layer are $820^{\circ}C\;and\;850^{\circ}C$, respectively. The EL (electroluminescence) peak of GaN/InGaN heterostructure is at nearly 460 nm and the FWHM (full width at half maximum) is 0.67 eV. These results are demonstrated that the heterostructure of III-nitrides on r-plane sapphire can be successfully grown by mixed-source HVPE with multi-sliding boat system.

혼합소스 수소화학기상법(HVPE)을 이용한 에피층의 성장

전헌수,전인준,안형수,신기삼,이상칠,김석환 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.3

The growth of epitaxial layers for manufacturing vertical-type light-emitting diodes (LEDs) based on Al$_x$Ga$_{1-x}$N compound semiconductors is executed by using a mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method. All of the epitaxial layers consisting of a bare-chip are grown directly on substrates consecutively in the growth zone by using a multi-sliding boat system filled with the mixed-source materials in sequence and by using a RF heating coil to control the temperature at the source zone for temperatures of $T$ > 660 $^\circ$C, which are higher than these normally used ($T$ < 660 $^\circ$C) in HVPE installations. From our measurements of the threating dislocation densities in the epitaxial layers grown consecutively in the growth zone, the mixed-source HVPE method seems to be an appropriate technique for growing high-quality epilayers on substrates. Al$_x$Ga$_{1-x}$N 화합물 반도체 기반의 수직형 발광다이오드 제작을 위한 에피층들의 성장이 혼합소스 수소화학기상법 (hydride vapor phase epitaxy, HVPE)으로 수행 되었다. 원시 칩을 구성하는 모든 에피층들은 수소화학기상법 장치내에 기존의 소스 온도 $T$ < 660 $^{\circ}$C보다 더 높은 온도인 $T$ > 660 $^{\circ}$C의 온도를 조절하기 위한 RF (radio frequency) 가열 코일에 의해 순서대로 혼합물질로 채워진 다중 슬라이딩 보트 계를 사용하여 성장 존에서 연속적으로 기판 위에 직접 성장되었다. 성장 존에서 연속적으로 성장된 에피층들 내의 치명적인 어긋나기-밀도(dislocation density)의 측정으로부터, 혼합소스(mixed-source) 수소화학기상법은 기판에 양질의 에피층을 직접 성장 가능한 방법 중의 하나로 여겨진다.

비형광체 백색 발광다이오드(Light-Emitting Diode)의 주입전류에 따른 색특성

전헌수,이아름,이강석,옥진은,조동완,김경화,양민,이삼녕,안형수,김석환,김상묵,하홍주 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.4

This paper introduces a non-phosphor white light-emitting diode (LED) based on AlGaN double-hetero structure (DH) grown on the n-GaN patterned sapphire substrate (PSS), by using hydride vapor phase epitaxy (HVPE) with a multi-sliding boat system and reports its emission color char-acteristics as functions of the injection current. The double-hetero structure consists of a Te-AlGaN cladding layer, an AlGaN active layer, a Mg-AlGaN cladding layer, and a Mg-GaN capping layer. After all the processing, the double-hetero-structure wafer was packaged as a lamp type, and its color characteristics were measured. The electroluminescence of the non-phosphor white LED show a main peak at 400 nm and a broad spectral band ranging from 450 nm to 600 nm. The correlated color temperature and general color rendering index (CRI) was measured (5000 - 10000) and 82 - 94, respectively. The turn-on voltage was about 3 V. These results demonstrate that a single-chip, non-phosphor white LED with a high CRI value can be realized by the mixed-source HVPE method. 혼합소스 (mixed-source) HVPE (hydride vapor phase epitaxy) 방법을 이용하여 n형 PSS (pat-terned sapphire substrate) 기판에 multi-sliding 보트를 사용하여 AlGaN 이종접합구조(double-hetero structure)를 성장하였다. 성장된 이종접합구조는 Te-AlGaN, AlGaN, Mg-AlGaN, Mg-GaN으로 구성하였다. 이종접합구조의 기판은 후공정을 거친 후, 램프 타입 패키징 과정을 거쳐 주입전류에 따른 색특성을 측정하였다. 실온 EL (electroluminescence) 스펙트럼은 각각 400 nm와 550 nm 근처에서 반치폭이 넓은 피크 형태로 나타났다. 색좌표는 주입전류가 증가할수록 황색 영역으로 이동하는 결과를 나타냈다. 상관색온도 (correlated color temperature)와 연색지수 (color rendering index)는 주입전류에 따라 각각 (5000 - 10000) K, 82 - 94로 나타났다. I-V 측정결과 turn-on 전압은 대략 3V로 나타났다. 이러한 특성을 통하여 HVPE를 이용하여 형광체를 사용하지 않으면서도 경제적이고 높은 연색성을 갖는 백색 발광다이오드의 제작이 가능함을 확인하였다.

Carbon Microspheres Grown by Using Hydride Vapor Phase Epitaxy

전헌수,이찬미,박민아,이찬빈,이삼녕,양민,안형수,김석환,유영문,신기삼,배종성,Nobuhiko Sawaki 한국물리학회 2015 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.67 No.7

A carbon microsphere of a core-shell type was grown by using a new method of mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE). The surface and the cross section of the carbon microsphere grown by using the new method were observed by using scanning electron microscopy (SEM). The characteristics of the carbon microsphere were investigated by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM). From these measurements, the diameters of the carbon spheres were about a few hundred micrometers. Furthermore, we showed that carbon microspheres of the core-shell type could be grown successfully by using a mixed-source HVPE method and that they had larger sizes than those grown by using existing methods. This mixed-source HVPE method is proposed as a new method for making carbon microspheres.

마이크로렌즈 일체형 광전자소자

전헌수 한국통신학회 2001 한국통신학회 기타 간행물 Vol.2001 No.10

혼합-소스 수소화학기상법에 의한 청색발광다이오드 제작

전헌수,전인준,배숭근,이삼녕,양민,안형수,유영문,이상칠,김석환 한국물리학회 2017 New Physics: Sae Mulli Vol.67 No.4

We manufacture a vertical-type blue light-emitting diode (LED) without a substrate by using a mixed-source Hydride-vapor-phase epitaxy (HVPE) method. The chip-growth process is completed by using only four steps; photolithography, epitaxial layer growth, sorting, and metallization. All of the epitaxial layers in a chip are grown consecutively in the growth zone by using both a multi-sliding boat system filled with the mixed-source materials in sequence at the source zone inside and a RF heating coil to control the temperature such that T $>$ 660 $^{\circ}$C at the source zone outside in the HVPE installation. A designed pocket-type shadow mask in the alloy process can be used to deposite the electrodes on both the upper and the bottom sides of the 250 bare chips at one time over 10 minutes at 350 $^{\circ}$C. The main peak in the EL measurement for the developed vertical-type LED appears at 450 nm. The turn-on voltage of the vertical-type LED is about 3.7 V. Measurements of the various characteristics of the light emitted by this vertical-type blue LED without a substrate, but with the GaN active layers, showed the mixed-source HVPE method to be a promising method for febricating solid-state light sources. 혼합-소스 수소화학기상법 (hydride vapor phase epitaxy, HVPE)에 의해 기판이 없는 수직형 청색 발광다이오드를 제작하였다. 칩은 광리소그래피, 에피층 성장, 분류 및 금속화를 포함해서 총4개의 단계로 이루어 진다. 칩내 모든 에피층 들은 수소화학기상법 장치 내 소스 존 외각에 온도를 T $>$ 660 $^{\circ}$C으로 제어하기 위한 RF 가열코일과 소스 존 내부에 순서대로 혼합소스 물질이 채워진 다중-스라이딩 보트 계를 사용하여 성장 존에서 연속적으로 성장 시킨다. 전극 증착 과정에서 고안된 포켓형 세도우 마스크를 사용하여 350 $^{\circ}$C에서 10분 동안 동시에 250개의 원시 칩의 위 면과 아래 면에 전극을 정착할 수 있다. 제작된 수직형 발광다이오드에 대한 전자발광 (electro luminescence, EL) 측정 결과 중심파장이 450 nm의 파장을 보였다. 또한 turn-on 전압은 3.7 V로 측정되었다. GaN 활성 층을 가진 기판 없는 수직형 발광 다이오드에 대한 빛 방출의 근거한 여러 특성의 측정으로부터 혼합-소스 수소화학기상법 방법이 고체상태 광원의 제작 방법 중의 하나로 여겨진다.

알루미늄 진공 증착기술의 현황과 전개

전헌수 (사)한국포장협회 1994 包裝情報 Vol.12 No.-

HVPE에 의해 성장된 AlGaN epi layer의 특성

정세교,전헌수,이강석,배선민,윤위일,김경화,이삼녕,양민,안형수,김석환,유영문,천성학,하홍주,Jung, Se-Gyo,Jeon, Hun-Soo,Lee, Gang-Seok,Bae, Seon-Min,Yun, Wi-Il,Kim, Kyoung-Hwa,Yi, Sam-Nyung,Yang, Min,Ahn, Hyung-Soo,Kim, Suck-Whan,Yu, Young-Mo 한국결정성장학회 2012 한국결정성장학회지 Vol.22 No.1

AlGaN는 3.4~6.2 eV까지 넓은 밴드갭을 가지는 직접천이형 반도체이다. 최근에 자외영역의 광소자가 다양하게 응용되면서 자외선 발광이 가능한 AlGaN 역시 주목받고 있다. 이를 위해서는 고품질의 AlGaN 층이 필요하지만 GaN 층위에 AlGaN 층을 성장하는 것은 이들의 격자상수와 열팽창계수 차이로 인해 어렵다. 본 논문에서, multi-sliding boat법이 적용된 혼합소스 HVPE법을 이용하여 GaN template 위에 LED 구조를 성장하였다. 활성층의 Al 조성을 조절함으로써 AlGaN의 격자상수 변화와 광학적 변화를 관찰하고자 하였다. 에피 성장을 위해 HCl과 $NH_3$ 가스를 혼합소스 표면으로 흘려주었고, 수송가스로는 $N_2$를 사용하였다. 소스영역과 성장영역의 온도는 각각 900과 $1090^{\circ}C$로 안정화하였다. 성장 후 샘플은 x-ray diffraction(XRD)과 electro luminescence(EL) 측정을 하였다. The AlGaN layer has direct wide bandgaps ranging from 3.4 to 6.2 eV. Nowadays, it is becoming more important to fabricate optical devices in an UV region for the many applications. The high quality AlGaN layer is necessary to establish the UV optical devices. However, the growth of AlGaN layer on GaN layer is difficult due to the lattice mismatch and difference thermal expansion coefficient between GaN layer and AlGaN layer. In this paper, we attempted to grow the LED structure on GaN template by mixed-source HVPE method with multi-sliding boat system. We tried to find the optical and lattice transition of active layer by control the Al content in mixed-source. For the growth of epi layer, the HCl and $NH_3$ gas were flowed over the mixed-source and the carrier gas was $N_2$. The temperature of source zone and growth zone was stabled at 900 and $1090^{\circ}C$, respectively. After the growth, we performed the x-ray diffraction (XRD) and electro luminescence (EL) measurement.

HVPE 방법에 의해 성장된 graded AlGaN 에피층의 특성

이찬빈,전헌수,이찬미,전인준,양민,이삼녕,안형수,김석환,유영문,Lee, Chanbin,Jeon, Hunsoo,Lee, Chanmi,Jeon, Injun,Yang, Min,Yi, Sam Nyung,Ahn, Hyung Soo,Kim, Suck-Whan,Yu, Young Moon,Sawaki, Nobuhiko 한국결정성장학회 2015 한국결정성장학회지 Vol.25 No.2

Compositionally graded AlGaN epilayer was grown by HVPE (hydride vapor phase epitaxy) on (0001) c-plane sapphire substrate. During the growth of graded AlGaN epilayer, the temperatures of source and the growth zone were set at $950^{\circ}C$ and $1145^{\circ}C$, respectively. The growth rate of graded AlGaN epilayer was about 100 nm/hour. The changing of Al contentes was investigated by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). From the result of atomic force microscope (AFM), the average of roughness in 2 inch substrate of graded AlGaN epilayer was a few nanometers scale. X-ray diffraction (XRD) with the result that the AlGaN (002) peak ($Al_{0.74}Ga_{0.26}N$) and AlN (002) peak were appeared. It seems that the graded AlGaN epilayer was successfully grown by the HVPE method. From these results, we expect to use of the graded AlGaN epilayer grown by HVPE for the application of electron and optical devices. 본 논문에서는 Al 조성이 점진적으로 변화된 AlGaN 에피층을 HVPE (hydride vapor phase epitaxy) 방법에 의하여 성장하였다. 소스영역의 온도는 $950^{\circ}C$, 성장 영역의 온도는 $1145^{\circ}C$에서 연속적으로 (0001) 사파이어 기판위에 성장되었고, AlGaN 에피층은 시간당 100 nm의 성장률을 보였다. FE-SEM 측정과 EDS 측정으로부터 성장층의 Al 변화를 확인하였으며, AFM 측정결과 2인치 기판위에 성장된 graded AlGaN 에피층의 거칠기는 수십 nm였다. Al 조성의 변화는 XRD 측정에 의하여 확인하였으며, Al 조성 74 %의 (002) AlGaN의 주피크 관측과 함께 연속적으로 (002) AlN 층의 피크가 확인되었다. 이는 하나의 층에 사파이어 기판으로부터 Al 조성이 점진적으로 변화하는 에피층을 HVPE 방법으로 얻었음을 증명하며, 이 결과로부터 다양한 광소자 및 전자소자의 응용이 기대된다.

선택성장영역 크기에 따른 InGaN/GaN 다중양자우물 청색 MOCVD-발광다이오드 소자의 특성

배선민,전헌수,이강석,정세교,윤위일,김경화,양민,이삼녕,안형수,김석환,유영문,하홍주,Bae, Seon-Min,Jeon, Hun-Soo,Lee, Gang-Seok,Jung, Se-Gyo,Yoon, Wi-Il,Kim, Kyoung-Hwa,Yang, Min,Yi, Sam-Nyung,Ahn, Hyung-Soo,Kim, Suck-Whan,Yu, Young-Moon 한국결정성장학회 2012 한국결정성장학회지 Vol.22 No.1

In general, the fabrications of the LEDs with mesa structure are performed grown by MOCVD method. In order to etch and separate each chips, the LEDs are passed the RIE and scribing processes. The RIE process using plasma dry etching occur some problems such as defects, dislocations and the formation of dangling bond in surface result in decline of device characteristic. The SAG method has attracted considerable interest for the growth of high quality GaN epi layer on the sapphire substrate. In this paper, the SAG method was introduced for simplification and fabrication of the high quality epi layer. And we report that the size of selective area do not affect the characteristics of original LED. The diameter of SAG circle patterns were choose as 2500, 1000, 350, and 200 ${\mu}m$. The SAG-LEDs were measured to obtain the device characteristics using by SEM, EL and I-V. The main emission peaks of 2500, 1000, 350, and 200 ${\mu}m$ were 485, 480, 450, and 445 nm respectively. The chips of 350, 200 ${\mu}m$ diameter were observed non-uniform surface and resistance was higher than original LED, however, the chips of 2500, 1000 ${\mu}m$ diameter had uniform surface and current-voltage characteristics were better than small sizes. Therefore, we suggest that the suitable diameter which do not affect the characteristic of original LED is more than 1000 ${\mu}m$. 일반적으로 mesa 구조의 발광다이오드 제작은 MOCVD법으로 수행되고 있다. 특히 개개의 발광다이오드 칩을 식각하고 분리하기 위해서 발광다이오드는 반응성이온식각(RIE)공정과 절단(scribing) 공정을 거치게 된다. 플라즈마를 이용한 건식식각공정인 RIE 공정은 결함, 전위, 표면의 댕글링 본드 형성과 같은 몇 가지 문제점을 유발하고, 이러한 이유로 인해 소자 특성을 저하시킨다. 선택영역성장법은 사파이어 기판 위에 고품질의 GaN 에피층을 성장시키는 방법으로써 주목받고 있다. 본 논문에서는 고품질의 막을 제작하고 공정을 간소화하기 위해서 선택영역성장법을 도입하였고, 기존의 발광다이오드 특성에 영향을 주지 않는 선택영역의 크기를 규정하고자 한다. 실험에 사용된 원형의 선택성장영역의 직경크기는 2500, 1000, 350, 200 ${\mu}m$이고, 선택성장 된 발광다이오드의 소자 특성을 얻고자 SEM, EL, I-V 측정을 시행하였다. 주된 발광파장의 위치는 직경크기 2500, 1000, 350, 200 ${\mu}m$에서 각각 485, 480, 450, 445 nm로 측정되었다. 직경 350, 200 ${\mu}m$에서는 불규칙한 표면과 기존 발광다이오드보다 높은 저항 값을 얻을 수 있었지만, 직경 2500, 1000 ${\mu}m$에서는 평탄한 표면과 앞서 말한 350, 200 ${\mu}m$의 특성보다 우수한 전류-전압 특성을 얻을 수 있었다. 이러한 결과들로 기존 발광다이오드의 특성에 영향을 주지 않는 적당한 선택성장 직경크기는 1000 ${\mu}m$ 이상임을 확인하였다.