UV 레이저를 이용한 Cr 박막의 어블레이션 메카니즘에 관한 고찰

이성국(Seong-Kuk Lee),김재구(Jae-Gu Kim),윤경구(Kyung-Ku Yoon),황경현(Kyung-Hyun Whang) 한국정밀공학회 1999 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.1999 No.5월

엑시머 레이저를 이용한 폴리우레탄의 미세 가공에 관한 연구

김재구(Jae-Gu Kim),이성국(Seong-Kuk Lee),황경현(Kyung-Hyun Whang),윤경구(Kyung-Ku Yoon) 한국정밀공학회 1997 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.1997 No.5월

HVPE법으로 성장시킨 GaN 박막의 기판에 따른 극성 특성

오동근,최봉근,이성철,정진현,이성국,심광보,Oh, Dong-Keun,Lai, Van Thi Ha,Choi, Bong-Geun,Yi, Seong,Chung, Jin-Hyun,Lee, Seong-Kuk,Shim, Kwang-Bo 한국결정성장학회 2008 韓國結晶成長學會誌 Vol.18 No.3

HVPE 법에 의해 성장시킨 GaN 박막이 기판에 따라서 극성과 비극성 특성의 변화에 대해 연구하였다. A-plane($11{\bar{2}}0$), C-plane(0001) and M-Plane($10{\bar{1}}0$) 사파이어 기판을 이용하여 $10\;{\mu}m$ 두께의 GaN 박막을 성장하였다. 광학현미경 및 원자력간 현미경(OM, AFM)을 이용해 표면 구조를 관찰하고, HRXD를 통해 이들은 모두 wurtzite 구조를 갖고 C-plane으로 성장시에는, 극성 특성을, A-plane 및 M-plane 성장 시에는 비극성 특성을 가짐을 확인하였으며, Photoluminescence (PL)측정 결과 3.4 eV에서 발광 피크, 2.2 eV에서 yellow luminescence peak를 확인하였다. Polar and non-polar GaN was grown by the HVPE on various substrates and influence of polarity has been investigated. The $10\;{\mu}m$ thickness GaN were grown by HVPE is along A-plane ($11{\bar{2}}0$), C-plane (0001) and M-Plane ($10{\bar{1}}0$) sapphire substrate respectively. Surface properties were observed by optical microscope and atomic force microscopy. High resolution X-ray diffraction (HR-XRD) confirms the wurtzite structure. The donor band exciton peak located at ${\sim}3.4\;eV$ and also located yellow luminescence peak at 2.2 eV. The polarity of the GaN film has a strong influence on the morphology and the optical properties.

UV 레이저를 이용한 Cr 박막의 어블레이션

윤경구(Kyung-Ku Yoon),이성국(Seong-Kuk Lee),김재구(Jae-Gu Kim),최두선(Doo-Sun Choi),황경현(Kyung-Hyun Whang),정재경(Jae-Kyoung Jung),장원석(Won-Suk Jang),나석주(Suck-Joo Na) Korean Society for Precision Engineering 2000 한국정밀공학회지 Vol.17 No.8

HVPE법으로 성장시킨 GaN 단결정의 wet etching에 의한 표면 변화

오동근,최봉근,방신영,강석현,김소연,김새암,이성국,정진현,김경훈,심광보,Oh, Dong Keun,Choi, Bong Geun,Bang, Sin-Yeong,Kang, Suk Hyun,Kim, So Yeon,Kim, Sae Am,Lee, Seong Kuk,Chung, Jin Hyun,Kim, Kyoung Hun,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2012 한국결정성장학회지 Vol.22 No.6

본 연구에서는 HVPE법으로 사파이어 기판(0001) 위에 성장시킨 GaN epilayer의 etching에 따른 표면변화 특성을 조사하였다. 주사전자 현미경(SEM) 관찰 결과, 3가지 형태를 갖는 육각형 모양의 etch pit(edge, screw, mixed) 들이 GaN epilayer의 두께 변화에 따라서 형성되었다. 이러한 관통전위들은(TDs) epilayer의 두께가 얇고, etch pit density가 높을수록 screw and mixed type TDs이 많이 관찰되었고, 두께가 증가할수록 etch pit density가 낮아지면서 edge and mixed type TDs들이 주로 존재하는 것을 관찰 할 수 있었다. In this paper, we investigated characteristics of etching induced surface morphology variation by wet etching of GaN epilayer were grown on sapphire (0001) substrate by hydride vapor phase epitaxy (HVPE). As a results of scanning electron microscope (SEM) observation, three types of hexagonal etch pits (Edge, Screw, Mixed) were formed by the GaN epilayer thickness variations. A lot of etch pits, attributed to screw and mixed type TD, were observed at thinner epilayer, leading to high etch pit density. On the other hand, the thickness of GaN epilayer increased with the number of etch pits corresponding to edge and mixed dislocations, which are the majority of TDs are observed.

HVPE로 성장된 GaN의 용융 KOH/NaOH 습식화학에칭

박재화,홍윤표,박철우,김현미,오동근,최봉근,이성국,심광보,Park, Jae Hwa,Hong, Yoon Pyo,Park, Cheol Woo,Kim, Hyun Mi,Oh, Dong Keun,Choi, Bong Geun,Lee, Seong Kuk,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.4

수소화기상증착에피탁시로 성장된 GaN 단결정의 표면 특성을 정밀하게 측정하기 위해, 용융 KOH/NaOH 습식화학에칭법을 적용하였다. KOH/NaOH 습식화학에칭법에 에칭속도는 기존의 황산, 인산과 같은 etchant에 비해 느린데, 이는 불용성 코팅층의 형성에 의한 것이다. 따라서 이 방법으로 etch pits density를 더 효율적으로 평가할 수 있었다. 성장된 GaN 단결정을 XRD(X-Ray Diffraction), XRC(X-ray rocking curve)로 결정성을 분석하였으며, 에칭 특성과 표면 형상은 주자전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 에칭 실험 결과 격자결함들이 독립적으로 잘 분리되어 있고 그들의 형태가 명확하게 나타나는 최적 에칭 조건은 $410^{\circ}C$, 25분이었다. 이 조건에서 얻은 결함밀도 값은 $2.45{\times}10^6cm^{-2}$이었으며, 이는 상업적으로 이용 가능 한 정도의 재료임을 확인할 수 있었다. The hydride vapor phase epitaxy (HVPE) grown GaN samples to precisely measure the surface characteristics was applied to a molten KOH/NaOH wet chemical etching. The etching rate by molten KOH/NaOH wet chemical etching method was slower than that by conventional etching methods, such as phosphoric and sulfuric acid etching, which may be due to the formation of insoluble coating layer. Therefore, the molten KOH/NaOH wet chemical etching is a better efficient method for the evaluation of etch pits density. The grown GaN single crystals were characterized by using X-ray diffraction (XRD) and X-ray rocking curve (XRC). The etching characteristics and surface morphologies were studied by scanning electron microscopy (SEM). From etching results, the optimum etching condition that the etch pits were well independently separated in space and clearly showed their shape, was $410^{\circ}C$ and 25 min. The etch pits density obtained by molten KOH/NaOH wet chemical etching under optimum etching condition was around $2.45{\times}10^6cm^{-2}$, which is commercially an available materials.

화학적 습식 에칭을 통한 AlN와 GaN의 결함 및 표면 특성 분석

홍윤표,박재화,박철우,김현미,오동근,최봉근,이성국,심광보,Hong, Yoon Pyo,Park, Jae Hwa,Park, Cheol Woo,Kim, Hyun Mi,Oh, Dong Keun,Choi, Bong Geun,Lee, Seong Kuk,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.5

화학적 습식 에칭을 통해 AlN와 GaN의 결함 및 표면 특성을 분석했다. 화학적 습식 에칭은 단결정의 결함을 선택적으로 에칭하기 때문에 결정의 품질을 평가하는 좋은 방법으로 주목 받고 있다. AlN와 GaN의 단결정은 NaOH/KOH 용융액을 이용하여 에칭을 했으며, 에칭 후 표면 특성을 알아보기 위해 주사전자현미경(SEM)과 원자힘 현미경(AFM)을 촬영했다. 에치 핏의 깊이를 측정하여 표면에 따른 에칭 속도를 계산했다. 그 결과 AlN와 GaN 표면에는 두 개의 다른 형태에 에치 핏이 형성 되었다. (0001)면의 metal-face(Al, Ga)는 육각 추를 뒤집어 놓은 형태를 갖는 반면 N-face는 육각형 형태의 소구 모양(hillock structure)을 하고 있었다. 에칭 속도는 N-face가 metal-face(Al, Ga)보다 각 각 약 109배(AlN)와 5배 정도 빨랐다. 에칭이 진행되는 동안 에치 핏은 일정한 크기로 증가하다 서로 이웃한 에치 핏들과 합쳐지는 것으로 보여졌다. 또한 AlN와 GaN의 에칭 공정을 화학적 메커니즘을 통해 알아 보았는데, 수산화 이온($OH^-$)과 질소의 dangling bond에 영향을 받아 metal-face(Al, Ga)와 N-face가 선택적으로 에칭되는 것으로 추론되었다. We investigated defects and surface polarity in AlN and GaN by using wet chemical etching. Therefore, the effectiveness and reliability of estimating the single crystals by defect selective etching in NaOH/KOH eutectic alloy have been successfully demonstrated. High-quality AlN and GaN single crystals were etched in molten NaOH/KOH eutectic alloy. The etching characteristics and surface morphologies were carried out by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). The etch rates of AlN and GaN surface were calculated by etching depth as a function of etching time. As a result, two-types of etch pits with different sizes were revealed on AlN and GaN surface, respectively. Etching produced hexagonal pits on the metal-face (Al, Ga) (0001) plane, while hexagonal hillocks formed on the N-face. On etching rate calibration, it was found that N-face had approximately 109 and 15 times higher etch rate than the metal-face of AlN and GaN, respectively. The size of etch pits increased with an increase of the etching time and they tend to merge together with a neighbouring etch pits. Also, the chemical mechanism of each etching process was discussed. It was found that hydroxide ion ($OH^-$) and the dangling bond of nitrogen play an important role in the selective etching of the metal-face and N-face.

AlN 단결정의 품질평가를 위한 molten KOH/NaOH eutectic alloy의 화학적 습식에칭

박철우,박재화,홍윤표,오동근,최봉근,이성국,심광보,Park, Cheol Woo,Park, Jae Hwa,Hong, Yoon Pyo,Oh, Dong Keun,Choi, Bong Geun,Lee, Seong Kuk,Shim, Kwang Bo 한국결정성장학회 2014 한국결정성장학회지 Vol.24 No.6

본 연구에서는 상용화되는 AlN 웨이퍼(wafer)를 이용하여 molten KOH/NaOH 화학적 습식 에칭(Wet Chemical Etching)에 따른 표면변화 특성 및 최적의 에칭 조건을 조사하였다. AlN 웨이퍼를 $350^{\circ}C$에서 5분간 에칭 시 Al-face, N-face는 서로 다른 관찰되었다. 특히, Al-face는 에치핏의 형상을 파악하여 결함특성을 관찰하였고, 이로부터 결함 밀도를 계산하여 $2{\times}10^6/cm^2{\sim}10^{10}/cm^2$의 결과를 얻었다. N-face의 경우 육각 뿔(hexagonal pyramids) 형태의 격자결함이 형성되었다. 또한 AlN 웨이퍼의 성장 시 배향을 관찰하기 위해 XRD(X-Ray Diffraction, Rigaku, JAPAN)를 이용하여 분석한 결과 육방정 AlN의 C축 방향에 해당되는 (0002) 및 (0004) 면으로 배향된 상태임을 알 수 있었고, DC-XRD(Double Crystal X-ray Diffraction, bruker, Germany)를 이용하여 rocking curve의 위치에 따라 곡률 반경을 측정했을 때 1.6~17 m의 곡률을 가지고 있는 것으로 나타났다. We investigated the optimal etching conditions and properties of the surface change due to molten KOH/NaOH chemical wet etching using an AlN wafer which has been put to practical use in the present study. Results were observed using a scanning electron microscope after 5 minutes etching at $350^{\circ}C$, was found to have a surface form of the respective other Al-face, the N-face. In particular, etch-pit in the form of a hexagon, which is observed in the Al-face appeared, It was calculated at $2{\times}10^6/cm^2{\sim}10^{10}/cm^2$ dislocation density. In the case of N-face, lattice defects in the form of the hexagonal pyramids is formed. It was discovered that in order to observe the orientation of the wafer, which corresponds to the C-axis direction of the resulting hexagonal AlN which was analyzed using XRD (0002) and is a state of being oriented in the (0004) plane. The Radius of curvature of AlN wafer was 1.6~17 m measured by DC-XRD rocking curve position.

HVPE법으로 성장시킨 GaN substrate 제작과 특성 평가

오동근,최봉근,방신영,은종원,정준호,이성국,정진현,심광보,Oh, Dong-Keun,Choi, Bong-Geun,Bang, Sin-Young,Eun, Jong-Won,Chung, Jun-Ho,Lee, Seong-Kuk,Chung, Jin-Hyun,Shim, Kwang-Bo 한국결정성장학회 2010 한국결정성장학회지 Vol.20 No.4

본 연구에서는 HVPE을 이용하여 sapphire(001) 기판 위에 직경 2 inch, 두께 약 1.5 mm인 bulk GaN를 성장하고, 이를 mechanical polishing을 통해 $10{\times}10,\;15{\times}15$ mm 크기의 free-standing GaN template을 제작하여 그 특성을 평가하였다. 성장된 GaN 단결정의 X-ray diffraction pattern 결과 (002) 및 (004) 면으로부터의 회절에 의한 peak가 나타났으며, (002) 면의 DCXRD(Double crystal X-Ray diffraction) rocking curve peak의 반치폭(FWHM)은 98 arcsec으로 나타났다. 제작한 GaN template는 363 nm 파장에서 sharp한 PL spectrum을 나타내었으며, 불순물 defect에 의한 yellow 영역에서의 broad peak은 관찰되지 않았으며, 제작된 GaN template표면의 etch-pit 밀도는 $5{\times}10^6/cm^2$으로 매우 낮았다. 이러한 분석결과를 통하여 성장된 GaN template는 LED 및 LD 등의 청색 발광소자 및 고온, 고출력 소자용 기판재료로 응용이 가능할 것으로 생각 된다. Bulk GaN single crystal with 1.5 mm thickness was successfully grown by hydride vapor phase epitaxy (HVPE) technique. Free-standing GaN substrates of $10{\times}10,\;15{\times}15$ mm size were fabricate after lift-off of sapphire substrate and their optical properties were characterized properties for device applications. X-ray diffraction patterns showed (002) and (004) peak, and the FWHM of the X-ray rocking curve (XRC) measurement in (002) was 98 arcsec. A sharp photoluminescence spectrum at 363 nm was observed and defect spectrum at visible range was not detected. The hexagonal-shaped etch-pits are formed on the GaN surface in $200^{\circ}C\;H_3PO_4$ at 5 minutes. The defect density calculated from observed etch-pits on surface was around $5{\times}10^6/cm^2$. This indicates that the fabricated GaN substrates can be used for applications in the field of optodevice, and high power electronics.

HVPE 법을 통한 GaN 성장 시 기판 종류 및 V/III 비에 따른 잔류 stress 특성 연구

이주형,이승훈,이희애,강효상,오누리,이성철,이성국,박재화,Lee, Joo Hyung,Lee, Seung Hoon,Lee, Hee Ae,Kang, Hyo Sang,Oh, Nuri,Yi, Sung Chul,Lee, Seong Kuk,Park, Jae Hwa 한국결정성장학회 2020 한국결정성장학회지 Vol.30 No.2

본 연구에서는 HVPE 성장법으로 GaN 성장 시 GaN 내에 잔류하는 stress로 인한 crack 현상을 감소시키고자 기판 종류 및 V/III 비를 조절하여 잔류 stress 특성을 알아보고자 하였다. Sapphire, GaN template 위에 각각 V/III 비 5, 10, 15의 조건으로 GaN을 성장시켜 형성된 hexagonal pit의 분포 및 깊이를 분석하였다. 이를 통해 GaN on GaN template 성장에서 V/III 비가 높을수록 hexagonal pit의 분포 영역 및 깊이가 증가하는 것을 확인하였다. Raman 측정을 통해 hexagonal pit 영역 및 깊이가 컸던 GaN on GaN template 성장에서 V/III 비가 높을수록 stress가 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해 hexagonal pit의 분포 및 깊이가 증가할수록 잔류 stress가 낮아짐을 확인할 수 있었으며, 향후 후막 GaN 성장 시 stress 감소 가능성에 대해 확인하였다. The characteristics of the residual stress on the types of the substrate was investigated with adjusting the V/III ratio during GaN growth via the HVPE method. GaN single crystal layers were grown on a sapphire substrate and a GaN template under the conditions of V/III ratio 5, 10, and 15, respectively. During GaN growth, multiple hexagonal pits in GaN single crystal were differently revealed in accordance with growth condition and substrate type, and their distribution and depth were measured via optical microscopy(OM) and white light interferometry(WLI). As a result, it was confirmed that the distribution area and depth of hexagonal pit tended to increase as the V/III ratio increased. Moreover, it was found that the residual stress in GaN single crystal decreased as the distribution area and depth of the pit increased through measuring micro Raman spectrophotometer. In the case of GaN growth according to substrate type, the GaN on GaN template showed lower residual stress than the GaN grown on sapphire substrate.