Pole Figure Measurement of the Initial Growth of GaN Nanoneedles on GaN/Si(111) by Using Hydride Vapor Phase Epitaxy

전인준,이하영,노지연,안형수,이삼녕,전훈수,신민정,유영문,하동한 한국물리학회 2016 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.69 No.5

We report on crystallographic analyses of one-dimensional GaN nanoneedles grown on a n-GaN epilayer by using hydride vapor phase epitaxy. The nanoneedles were grown with a HCl:NH3 gas flow ratio of 1:38 at 600 C. The growth time of the GaN nanoneedles affected their morphologies. As time progressed, GaN dots nucleated and then evolved as nanoneedles. The vertical growth rate of GaN nanoneedles was higher than the lateral growth rate under optimized growth conditions. X-ray pole figure measurements were carried out using a four-axis diffractometer. For the sample grown for 20 min, we obtained discrete patterns with six strong dots and weak dough-nut and cotton swab patterns, indicating that most of the nanoneedles were grown ideally, but partially, in the x-y plane with an azimuthal rotation angle = 15 45 rotated to the substrate, and a few GaN nanoneedles were tilted by ±4 or by more than 32 from the vertical c-axis.

펄스 레이저 중착방법을 이용한 다층박막 연 X 선 반사경 제작 ( Fabrication of Multilayer Soft X-ray Reflector using Pulsed Laser Deposition )

전인준,이수미,김동언 대한전자공학회 1997 대한전자공학회 학술대회 Vol.1997 No.1

Growth of AlN Epilayers on Sapphire Substrates by Using the Mixed-Source Hydride Vapor Phase Epitaxy Method

전인준,이강석,Kyoung Hwa Kim,안형수,양민,이삼녕,전헌수,조채용,김석환 한국물리학회 2019 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.74 No.12

AlN epilayers of different thicknesses were grown directly on sapphire substrates without a buffer layer by using a mixed (Al+Ga) source containing 95 at\% Al and a mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method at a temperature of around 1120$^\circ$C. The grown epilayers consisted of an AlN alloy in the upper region and an AlGaN alloy in the nucleation region just above the sapphire substrate. The upper part of the epilayer gradually transformed from AlGaN into AlN owing to a decrease in the Ga content of the AlGaN alloy grown on the sapphire substrate with increasing growth thickness. The role of Ga in the mixed (Al+Ga) source in the growth of the epilayer directly on the sapphire substrate and the dependence of the growth mechanism of the epilayer with varying Ga contents on the growth thickness were investigated. We found that Ga in the mixed (Al+Ga) source only acted as an activation material that generated gaseous precursors rather than directly contributing to the growth of the epilayers. The mixed-source HVPE method appears suitable for the growth of thick AlN epilayers.

혼합소스 HVPE 방법에 의한 PSS 위의 AlN 에피층 성장

전인준,이찬빈,배숭근,이강석,양민,이삼녕,안형수,전헌수,유영문,김석환 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.11

AlN has many advantages for ultraviolet (UV) light-emitting diodes (LEDs). But an AlN epilayer has not been successfully grown on a PSS (patterned sapphire substrate). In this research, AlN epilayers were grown on cone-shape c-plane PSS by using a mixed-source HVPE (hydride vapor-phase epitaxy). The surface morphologies and the crystal structures of the AlN epilayers grown by using a mixed source with metallic Al and Ga sources were investigated by SEM (scanning electron microscopy) and XRD (X-ray diffraction). SEM images showed that the flat c-plane of an AlN epilayer was grown on a PSS around a cone and that the growth rate of the AlN epilayer increased when the Ga/Al ratio of the mixed source was increased. The XRD results showed that c-plane AlN was grown dominantly by using mixed sources with low Ga/Al ratios below 0.1, GaN epilayers were dominantly grown by using mixed sources with high Ga/Al ratios above 0.4. On the other hand, the growth rate for a high Ga/Al ratio was higher than that for a low Ga/Al ratio. Therefore, to optimized Ga/Al ratios of 0.05 $\sim$ 0.2, one can expect to grow in a short growth time a single-crystal flat AlN epilayer on a PSS. 본 연구에서는 원뿔 형태의 PSS(patterned sapphire substrate) 위에 혼합소스를 사용한 수소화물 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy, HVPE)로 AlN 에피층을 성장시켰다. Al 금속 원료에 Ga 을 첨가한 혼합소스 Ga/Al 비율을 변화하였으며 성장된 AlN 에피층의 표면형상과 결정성을 확인하였다. 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 관찰한 결과 PSS를 덮는 c면 AlN 평탄면이 형성됨을 확인하였고, Ga/Al 비가 늘어날수록 성장률이 증가하는 것을 보았다. X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 측정결과 Ga/Al 비가 0.1 이하로 낮은 혼합소스로 성장시킨 경우 AlN의 c면 성장이 우세하게 성장 되었고, Ga/Al 비가 0.4 이상인 경우에는 GaN 에피층이 빠르게 성장됨을 확인하였다. 반면 Ga/Al 비가 높아지면서 에피층의 성장률도 증가하였다. 이러한 결과들을 통해 최적화된 Ga/Al 비율이 0.05 $\sim$ 0.2의 혼합소스를 사용한다면 PSS 위에 평탄한 단결정 AlN 에피층을 성장시킬 수 있음을 알 수 있었다.

HVPE AlN 에피층 성장을 위한 혼합 Ga의 영향에 관한 연구

전인준,배숭근,양민,이삼녕,안형수,전헌수,김경화,이재학,김석환 한국물리학회 2017 New Physics: Sae Mulli Vol.67 No.9

The effect of Ga metal mixed with Al metal was investigated in the source zone for the growth of AlN epilayers by using a mixed-source HVPE (hydride vapor phase epitaxy). A mixed source with Al metal and a little Ga metal was used as source materials for the growth of AlN epilayers, and it was heated to 700 $^\circ$C by using an RF heating coil. When only Al metal was used as source materials, nitridation occurred on the surface of the Al source when the source temperature was high, which prevented the Al from reacting with HCl. When Al+Ga mixed metal was used as source materials, nitridation of the Al metal was prevented due to the presence of the mixed Ga metal, and AlN epilayers were grown by using Al+Ga mixed-source HVPE in a nitrogen atmosphere. 본 논문에서는 혼합 소스(mixed-source)를 사용한 수소화물 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 방법으로 AlN 에피 성장시 Al과 혼합된 Ga 금속의 영향과 메커니즘을 알아보았다. Al 금속에 소량의 Ga 금속을 첨가한 혼합 소스를 성장 원료로 하여 700 $^\circ$C로 소스 영역을 가열 시켜 AlN 에피층을 성장 시키고, Ga 첨가 유무에 따른 에피층의 성장 결과를 비교하였다. 그 결과 Al 금속만을 사용하여 성장시킬 때는 Al 금속의 질화 반응으로 인하여 AlN 에피층 성장이 억제되었고, 소량의 Ga을 첨가하여 Al+Ga 혼합 금속을 사용한 경우에는 Ga에 의해 원활하게 AlN 에피층이 성장 될 수 있었다. 혼합된 Ga이 소스 영역에서 Al의 질화 반응을 막아주어 원활한 화학 반응이 일어나는 중요한 요소임을 확인하였다.

높은 Al 조성의 HVPE-AlGaN/Si (111) 에피층의 성장

전인준,이강석,배숭근,양민,이삼녕,안형수,전헌수,유영문,김석환 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.9

In this study, AlGaN epilayers with high Al contents were grown on Si (111) substrates by using a mixed source HVPE (hydride vapor phase epitaxy) method. A mixed source of Ga and Al metals was used, and AlGaN epilayers were grown by using various source-zone temperatures. The crystal quality and the Al content of the AlGaN epilayer were investigated by using XRD (X-ray diffraction) and EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy). The experimental results for the Al contents of the AlGaN epilayers showed that the Ga content gradually increased when the source-zone temperature was increased to a temperature above 700 $^\circ$C. We obtained a flat AlGaN epilayer by using an optimized growth time and growth rate. We expected the growth of a single-crystal AlGaN epilayer on a Si (111) substrate for applications to power or UV LED devices to be possible by using mixed source HVPE. 본 연구에서는 혼합소스를 적용한 수소화물 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 방법으로 Si (111) 기판 위에 Al 조성이 85%에서 100%인 AlGaN 에피층을 성장시켰다. Ga 금속과 Al 금속의 혼합소스를 사용하여 HVPE 방법의 장점인 소스 영역의 온도를 변화시켜 시료를 제작하였다. X선 회절(X-ray diffraction, XRD)과 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 분석을 통해 시료의 결정성과 소스 영역의 온도에 따라 변화하는 Al 조성의 경향을 분석하였다. 소스 영역을 700 $^\circ$C에서 온도를 증가시킬수록 에피층의 Ga 조성이 증가하는 경향을 보였으며, AlGaN 에피층의 Al 조성이 변화하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 AlGaN의 성장률과 성장시간 등의 조절을 통하여 높은 Al 조성을 가진 평탄한 AlGaN 에피층을 성장할 수 있었다. 따라서 혼합소스 HVPE 방법을 통해 높은 Al 조성을 가진 단결정 AlGaN을 성장시켜 전력소자 또는 deep UV 소자 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

펄스 레이저 증착방법을 이용한 다층박막 연 X선 반사경 제작

전인준,이수미,김동언,Yanagihara 한국통신학회 1997 광전자공학회 학술회의 Vol.4 No.1

Interdiffusion in Pd / Cu Multilayered Film and Its Thermal Stability

전인준(In Joon Jeon),이영백(Young Pak Lee),홍재화(Jae-Hwa Hong) 한국진공학회(ASCT) 1994 Applied Science and Convergence Technology Vol.3 No.1

확산 현상은 박막성장 과정 및 박막의 기계, 전기, 자기적 성질 이해에 중요한 역할을 한다. 열처리에 의한 상호확산 때문에 생긴 Pd/Cu 다층박막의 조성변화를 AES depth-profiling 방법을 이용해서 조사하였다. 열처리전 시료에서의 각형의 초기 조성분포가 여러 온도에서의 열처리에 의해 정현파 모양의 조성분포로 변화되었다. 조성의존성을 고려하지 않은 상호확산 계수를 정현파 분포의 진폭으로부터 구하였으며, 1.66 eV의 값을 갖는 활성화에너지는 Arrhenius plot으로부터 산출하였다. 또한 Boltzmann-Matano 방법을 사용해서 150℃에서의 조성의존 상호확산 계수도 구하였다. 열처리에 의해 조성균일화가 되는 것으로만 알려졌던 본 물질계에서도 상분리가 생성됨을 관찰하였고, 그 열처리 조건은 180℃에서 150분 보다 짧아야함을 밝혔다. In thin films, diffusion phenomena play an important role for the growth process, and in the understanding of the mechanical, electrical and magnetic properties. The change in the concentration profile due to the interdiffusion by annealing was investigated using AES depth-profiling technique on Pd/Cu multilayerd films. It was observed that the initial concentration distributions, which were almost rectangular in the unheated samples, were changed into sinusoidal ones in the annealed films at various temperatures. The concentration-independent interdiffusion coefficients were calculated from the amplitudes of sinusoidal distributions. The activation energy was determined to be 1.66 eV from the Arrhenius plot. The concentration-dependent. interdiffusivity at 150℃ was also estimated using Boltzmann-Matano method. The phase separation was observed in this material which has been known to be only homogenized. The annealing conditions turned out to be less than about 150 min at 180℃.

혼합 소스 수소화물 기상 에피택시에 의한 AlN 에피층 성장

배숭근,전인준,양민,이삼녕,안형수,전헌수,김경화,이상칠,김석환 한국물리학회 2018 새물리 Vol.68 No.1

A high-quality AlN epilayer as a base for next generation power semiconductor devices was grown by the mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method. Mixed-source HVPE is a growth method that used a mixed-source of solid-state semiconductor materials and is different from the existing HVPE method. Various substrates having an influence on the growth of AlN epilayers were analyzed. Changes in the crystal structure and threading dislocation concentrations in AlN epilayers were investigated by using X-ray diffraction (XRD) measurements. In addition, the origin of the defects caused by the lattice mismatch between the grown epilayer and the crystal structure of the substrate was analyzed, and growth characteristics of AlN epilayers grown by using the mixed-source HVPE method were investigated. 차세대 전력 반도체 소자의 기반이 될 양질의 AlN 에피층을 혼합 소스 수소화물 기상 에피택시 (hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 방법으로 성장시켰다. 혼합 소스 수소화물 기상 에피택시 방법은 기존의 수소화물 기상 에피택시 방법과는 다르게 고체 상태 반도체 물질들의 혼합 소스에 의해 성장 되어지는 방법이다. 본 논문에서는 성장된 AlN 에피층 내 관통 전위 밀도와 결정구조의 변화가 X선 회절 (X-ray diffraction, XRD) 측정으로 조사 되었다. 또한 성장된 에피층과 기판 결정 구조 사이의 격자 부정합에 의한 결함의 원인을 분석하고, 혼합 소스 수소화물 기상 에피택시 방법으로 기판별 AlN 에피층의 성장 특성을 조사하였다.

광전음극 소자용 GaAs/AlGaAs 구조의 LPE 성장

배숭근,전인준,김경화,Bae, Sung Geun,Jeon, Injun,Kim, Kyoung Hwa 한국결정성장학회 2017 韓國結晶成長學會誌 Vol.27 No.6

본 논문에서는 광전 음극 이미지 센서로 사용될 수 있는 광소자용 재료로 III-V 족 화합물 반도체인 GaAs/AlGaAs 다층 구조를 LPE(Liquid Phase Epitaxy) 방법에 의해 성장하였다. n형 GaAs 기판 위에 수십 nm의 GaAs 완충층을 형성 한 후 Zn가 도핑된 p-AlGaAs 에칭 정지 층(etching stop layer)과 Zn가 도핑된 p-GaAs 층 그리고 Zn가 도핑된 p-AlGaAs 층을 성장하였다. 성장된 시료의 특성을 조사하기 위하여 주사전자현미경(SEM)과 이차이온질량분석기(SIMS) 그리고 홀(Hall) 측정 장치 등을 이용하여 GaAs/AlGaAs 다층 구조를 분석하였다. 그 결과 $1.25mm{\times}25mm$의 성장 기판에서 거울면(mirror surface)을 가지는 p-AlGaAs/p-GaAs/p-AlGaAs 다층 구조를 확인할 수 있었으며, Al 조성은 80 %로 측정 되었다. 또한 p-GaAs층의 캐리어 농도는 $8{\times}10^{18}/cm^2$ 범위까지 조절할 수 있음을 확인하였다. 이 결과로부터 LPE 방법에 의해 성장된 p-AlGaAs/p-GaAs/AlGaAs 다층 구조는 광전 음극 이미지 센서의 소자로서 이용될 수 있을 것으로 기대한다. In this paper, GaAs/AlGaAs multi-layer structure was grown by liquid phase epitaxy with graphite sliding boat, which can be used as a device structure of a photocathode image sensor. The multi-layer structure was grown on an n-type GaAs substrate in the sequence as follows: GaAs buffer layer, Zn-doped p-type AlGaAs layer as etching stop layer, Zn-doped p-type GaAs layer, and Zn-doped p-type AlGaAs layer. The Characteristics of GaAs/AlGaAs structures were analyzed by using scanning electron microscope (SEM), secondary ion mass spectrometer (SIMS) and hall measurement. The SEM images shows that the p-AlGaAs/p-GaAs/p-AlGaAs multi-layer structure was grown with a mirror-like surface on a whole ($1.25mm{\times}25mm$) substrate. The Al composition in the AlGaAs layer was approximately 80 %. Also, it was confirmed that the free carrier concentration in the p-GaAs layer can be adjusted to the range of $8{\times}10^{18}/cm^2$ by hall measurement. In the result, it is expected that the p-AlGaAs/p-GaAs/p-AlGaAs multi-layer structure grown by the LPE can be used as a device structure of a photoelectric cathode image sensor.