Study on fabrication and characteristics of GaN/AlGaN double heterostructure selectively grown by mixed source HVPE. The SAG-GaN/AlGaN DH consists of a GaN buffer layer, a Te-doped AlGaN cladding layer, a GaN active layer, a Mg-doped AlGaN cladding layer, and a Mg-doped GaN capping layer.
서론
Nakamura 등은 저온에서 성장한 GaN 버퍼를 사용하여 고품질 GaN 박막을 성장시키고 고효율 GaN p-n 접합 발광 다이오드 및 레이저 다이오드(LD)를 제작하였다[4-9]. 본 논문에서는 혼합 소스 HVPE(수소화물 기상 에피택시) 방법을 사용하여 r 레벨 사파이어 기판 위에 선택적으로 성장된 GaN/AlGaN 이종접합 구조를 갖는 발광 다이오드를 제작했습니다.
GaN/AlGaN 발광다이오드의 제작
혼합소스 HVPE
그림에서 보는 바와 같이 Ga 소스 영역과 Al 소스 영역이 별도로 위치하여 장비 구조가 복잡해진다. NH3 가스, V족 원료 가스, Al-Ga 혼합물의 반응을 위한 HCl 가스, 그리고 이를 수송하기 위한 캐리어 가스가 반응관에 공급되어 기판 위에 AlGaN 결정이 성장합니다.
Multi-sliding boat system
멀티 슬립 보트 시스템은 세 부분으로 구성됩니다. 다음은 HCl 유입 석영관이 연결되는 부분으로, 이 장치에서는 HCl 유입 석영관과 함께 상판이 이동하는 장치이다.
Mask pattern
2차 마스크는 투명한 금속 마스크로 1차 마스크의 SAG 크기에 따라 4가지 형태로 설계된다. 투명전극의 크기는 최대 표면적과 광공정 오차를 고려하여 SAG 성장이 완료된 후 p형 캡 가장자리에서 투명전극 가장자리까지의 거리로 설정하였다.
GaN/AlGaN 이종접합구조의 성장
산화막을 제거하기 위해 불산에서 1분간 에칭하였다. SiO2는 선택적 성장을 위한 마스크로 선택되었습니다. SiO2의 두께는 증착 시간에 따라 변화하며 최적의 성장 마스크로 사용되었다.
RF 스퍼터링 장비를 사용하여 세척된 기판 위에 SiO2를 증착했습니다. 앞에서 설명한 것처럼 5개 층을 선택적으로 성장시켜야 하므로 두꺼운 층이 효과적인 것으로 간주된다. 4개 부분으로 나누어진 각 샘플을 스핀코팅을 통해 PR로 코팅하였다.
시료와 PR 용액 사이의 접착력을 향상시키기 위해 HMDS를 사용하였고, PR에는 AZ5214 용액을 사용하였다. 8W/cm2에서 10초 동안 노출시키고 MIF500 현상액을 사용하여 8분 동안 현상했습니다.
GaN/AlGaN 발광다이오드의 특성 및 평가
구조분석 (Scanning Electron Microscope)
실제 제작된 GaN/AlGaN 이종접합 구조에 적용된 원래의 규모에 따른 이론값이 어느 정도인지 알아보기 위해 SEM 사진을 분석하였다. 이러한 표면과 계면을 갖는 이유는 r면 사파이어 기판의 격자 구조와 그 위에 성장된 GaN의 격자 구조 사이의 불일치로 인한 현상으로 추정된다. 제작된 GaN/AlGaN 표면의 수치적 성장을 조사하기 위해 측정된 SEM 사진을 기반으로 3D 모델링을 수행하였다.
경사면은 31.8°의 각도를 나타내며, 표면 SEM 사진에서 굴곡의 경우와 마찬가지로 경사면의 표면적이 증가할수록 활성층에서 방출되는 광추출 효율이 증가할 것으로 예상된다. 수직면. 위에서 언급한 발광 효율 평가 외에도, 발광 효율을 높이기 위해 사파이어 기판을 그라인딩하는 추가 작업을 하게 되면 LED의 발광 효율을 더욱 높일 수 있다. SEM 사진에서 알 수 있듯이 2-step 방법으로 성장한 중간층의 두께는 약 1.9μm로, 사파이어 기판을 잘 연마하면 이종접합 구조에서도 빛이 위쪽으로만 방출된다. 아래쪽으로 방출되어 더 많은 빛을 생성합니다. 추출 효율에 기여하는 것으로 여겨집니다.
전류-전압 특성 (I-V measurement)
본 논문에서 제작한 GaN/AlGaN 이종접합 구조 다이오드와 비교하기 위해, c면 사파이어 기판에 제작한 GaN 발광 다이오드 소자를 동일한 조건에서 제작하였다. 위의 그래프를 비교하면, 본 논문에서 소자 특성이 더 나쁜 것으로 나타났는데, 이는 표면 거칠기로 인한 전극 형성의 문제인 것으로 보인다. 앞선 구조해석에서 표면거칠기가 요철, 굴곡진 형태로 형성되어 증착시 전극이 패턴형상대로 증착되지 않아 오믹접촉이 불완전하고 접촉저항이 증가한 것으로 추정된다.
또한, 리턴 피처 사이의 누설 전류가 상대적으로 큰 것을 알 수 있는데, 이는 DH 구조 적층 시 계면 상태가 좋지 않기 때문인 것으로 추정된다. 이는 계면에 존재하는 깊은 결함으로 인한 재결합 전류의 성분이 증가할 수 있고, 누설 전류로 인해 에너지 소모가 증가하며, 결함 내의 전자와 정공이 결합하여 발생하지 않고 사라지는 비발광 빛을 생성하기 때문이다. 이로 인해 재결합 및 그에 따른 열로 인한 효율 저하로 인해 장치 수명이 단축될 수 있습니다. 계면 결함을 줄이고 소자의 전기적 특성을 향상시키기 위해서는 DH 구조의 성장 조건 및 가공 조건에 대한 개선이 필요할 것으로 판단되며, DH 구조에 따른 분극 효과의 영향에 대한 실험 및 이론적 근거도 필요하다고 판단된다. 기판의 결정 구조 방향. 그들은 추가적인 설립이 필요할 것이라고 믿습니다.
전류-광출력 특성 (Electroluminescence)
요오드는 비교적 안정된 발광 특성을 나타냈으며, 발광의 세기는 측정할 수 없으나 육안으로 보면 매우 밝은 빛을 발산하는 것으로 관찰되었다.
결론
전기적, 광학적 특성을 향상시키기 위해서는 이종접합 구조의 결정질을 개선하고 가공조건을 개선하는 것이 필요하다. 그러나 혼합소스 HVPE 방식은 질화물 반도체 발광다이오드의 새로운 제조방법으로서 충분한 잠재력을 갖고 있다고 판단된다.
