Characterization of AlN-based Selective Area Growth of a HVPE AlGaN LED

(1)

Vol. 63, No. 12, December 2013, pp. 1340∼1345

Characterization of AlN-based Selective Area Growth of a HVPE AlGaN LED

Min-Ah Park · Gang-Seok Lee · Ji-Young Kim · Min-Jeong Shin

· Sam-Nyung Yi · Min Yang · Hyung-Soo Ahn ^∗

Department of Applied Science, Korea Maritime and Ocean University, Busan 606-791, Korea

Suck-Hwan Kim

Department of Physics, Andong National University, Andong 760-749, Korea

Hee Shin Kang

CSsol.Co., Ltd, Busan 619-961, Korea

(Received 8 August 2013 : revised 8 October 2013 : accepted 11 December 2013)

In this paper, we discuss the fabrication of AlN-based selective-area-growth light-emitting diode (SAG-LED) by using the mixed-source hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method with a multi- sliding boat system. After the AlN buffer layer had been grown on a sapphire substrate, SAG of a hetero structure consisting of n-AlGaN cladding layer/AlGaN active layer/ p-AlGaN cladding layer/p-GaN capping layer was performed. Each layer of the heterostructure was grown consec- utively using a multi-sliding boat system. Field-emission scanning electron microscopy (FESEM) measurements on a cross sections of the device showed that the total thickness was 4.83 µm, and the growth rate was 0.045 µm/min. Electro luminescence measurements showed that the main peak was located at 390 nm and had a full width at half maximum of 40 nm. I-V measurements indicated that the turn-on voltage was 12 V and that the series resistance was 25 Ω. We found that the mixed-source HVPE method with a multi-sliding boat system provided excellent growth of an AlN buffer layer and should be applicable for fabricating a high-performance III-nitride LED as an UV source.

PACS numbers: 85.30.De

Keywords: HVPE, Mixed-source method, SAG, LED

AlN M m X ¢ Ò Åy V R ËX ê s HVPE AlGaN LED8 ý ¤V R Ë ì Å

* > · T ~ ç ¡) o · »U * å · , > * > + ä · T $ ß · è ¡ * > · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ ^∗

ô

Ç² D G K ª @ / < Æ § 6 £ x6 x õ < Æõ , Â Òí ß , 606-791

») o Z 9

î

ß 1 l x @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , î ß 1 l x, 760-749

~ ç

¡r ) , >

r

Û ¼_ " t À Ò (Å Ò), Â Òí ß , 619-961

(2013¸ 8 Z 4 8{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2013¸ 10 Z 4 8{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2013¸ 12 Z 4 11{ 9 > F S X & ñ ) 1340

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

medium, provided the original work is properly cited.

(2)

I. " e Â ] Ø

37 á ¤ | 9 oÓ ü t > ì ø Í ¸^ Ó ü t| 9 É r é ß © # 3 0 A\ " f ¦Ø ¦

§

4 l 0 p x, ? /\ P $ í , ? /~ ½ Ó $ í , ? / ¸$ í 1 p x` ¦ ° ú ð r ì ø Í ¸^ Ó

ü t| 9 Ð" f ª ô Ç ì r \ & h 6 x l 0 AK V , o ½ ¨÷ & ¦ e

[1, 2]. @ /Â Òì r _ | 9 oÓ ü t > l ì ø Í_ 8 £ x ½ ¨ ¸ epi\ ¦

$ í

© l 0 Aô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H Ä »l o < Æ7 £ x Ã Ìl (MOCVD;

metal organic chemical vapor deposition) ì r \ x

Ã

Ìr (MBE; molecular beam epitaxy)~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x ) a [3]. ¢ ¸ô Ç Ã º è o < Æl © Z O (HVPE; hydride vapor phase epitaxy) ¸ Z } É r $ í © Ò ¦ _ © & h Ü ¼ Ð ¦¾ ¡ §| 9 _ \ x $ í © s

0 p x [4–6]. t ë ß 3" é ¶ > s © _ o½ + ËÓ ü t s ¸ i ç

` ¦ 9 כ ¹ Ð H ½ ¨ ¸\ ¦ $ í © ¦ ½ + É M : H ì ø Í6 £ x l _

?

/Â Ò½ ¨ ¸ 4 ¤ ¸ ú K t ¦ Z } É r $ í © Ò ¦ s ¿ ºa ¸] X ` ¦ j Ë µ[ þ t

>

K 8 £ x ½ ¨ ¸\ ¦ $ í © H X <\ H # Q 9¹ ¡ §` ¦ t > ) a

[7].

: r 7 Hë H \ " f H l > r _ HVPE_ é ß & h ` ¦ Ð ¢ - a ¦ multi-sliding boat\ ¦ & h 6 x ô Ç D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE\ ¦ 6 x K LED 8 £ x ½ ¨ ¸\ ¦ $ í © % i . DH (double heterostruc- ture)\ ¦ $ í © l 0 AK multi-sliding boat~ ½ ÓZ O s ¸{ 9 ÷ &

%

3 Ü ¼ 9, s ~ ½ ÓZ O É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ G 0 > Ðà Ô\ Ì º, á ` ¦ W =

#

Q $ í © ¦ H èÛ ¼ e H ñ ß ë ß \ P o > ÷ & ¦ Q t

H { 2 ³ © I ÷ & ¸2 ¤ Ù þ ¡ [8]. s Ð" f $ í © ¦

H èÛ ¼ ü @_ èÛ ¼[ þ t É r HCl õ ì ø Í6 £ x t · ú § ¸2 ¤ K ¸

% i

` ¦ ~ ½ Ót Ù þ ¡ . ¢ ¸ô Ç HCl Û ¼\ ¦ f Ë 9Å Ò H $ 3 % ò ' a` ¦ Ì º , á

\ z 0 > $ 3 % ò ' a` ¦ ¹ ¡ §f s " f Ì º, á s ¹ ¡ §f { 9 Ã º e ¸ 2

¤ Ù þ ¡ . 7 £ ¤, Ì º, á õ ÷ &# Qe H $ 3 % ò ' a \ HCl` ¦ f Ë 9 Å

Ò# Q D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ü < ì ø Í6 £ x > ÷ &# Q Ò q t$ í ) a 9 þ t Ð s × ¼ o ) a Ó

ü t| 9 É r Ã º5 Å x Û ¼\ _ K $ í © % ò % i t s 1 l x K $ í © % ò % i _

NH3ü < ì ø Í6 £ x K l ó ø Í0 A\ $ í © > ) a . ô Ç8 £ x _ $ í © s

= å Q > ÷ & $ 3 % ò ' a` ¦ x 9 # Q ¿ º P :ñ ß _ èÛ ¼\ ¦ \ P # Q

6 £ §8 £ x` ¦ $ í © > ) a [9–12]. GaN l ì ø Í_ LED ] j

∗

E-mail: [email protected]

\

H s # Q\ ¦ Å Ò Ð 6 x H X < GaNü < s # Ql ó ø Í

s _ H © Ã º Â Ò& ñ ½ + ËÜ ¼ Ð K & ñ < Ês Ò q t

è _ : £ ¤$ í õ / B N& ñ Ã ºÖ ¦ \ e # Q ë H ] j& h s Ò q t| . : r 7 H ë

H \ " f H & ñ < Ê 0 Ax 9 ¸\ ¦ y èr & Å Ò H @ /³ ð& h

$ í © ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð × þ $ í © ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 xÙ þ ¡ . s ~ ½ ÓZ O É r LED } 9 ] j / B N& ñ r כ ¹½ ¨÷ & H e ¦ Ý ¼ \ ¦ s 6 x ô Ç | d d

y õ & ñ s 9 כ ¹u · ú §> ÷ &# Q è : £ ¤$ í ` ¦ $ r ~ ´ Ã º e

H < Ês µ 1 ÏÒ q t H כ ` ¦ } ` ¦ Ã ºe . LED ] j õ

&

ñ s é ß í H ½ + É ÷ r ë ß m F G/ B N& ñ \ e # Q" f ¸ ¦¾ ¡ §| 9 _

} ` ¦ Ä »t ½ + É Ã º e H : £ ¤f ç ` ¦ [13–16]. ¢ ¸ô Ç

| 9

oÓ ü t > _ Â Ò& ñ ½ + Ës \ P Ø ½ Ó> Ã º_ s Ð ô Ç

< Ê` ¦ þ j è o l 0 AK AlN ! Q( 8 £ x` ¦ 6 x % i . AlN

H | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f © Ä ºÃ ºô Ç ? /½ ¨$ í ` ¦ t H Ó ü t

| 9

Ð" f \ P ¸$ í , l $ ½ Ó$ í , Ä » y © ¸ 1 p x s Z } É r Ó ü t| 9

Ð \ P Ø ½ ÓÒ ¦ s ± ú F « Ñ Ð" f ½ ¨ > hµ 1 Ï ÷ r ë ß m

¦ : r y © ¸ ? /\ P Ø æ $ í _ : £ ¤f ç Ü ¼ Ð ½ ¨ ¸F « Ñì r \

¸ V , o 6 £ x6 x| ¨ c Ã º e . AlN ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6 x > ÷ & GaN ü < s # Q l ó ø Í s _ Â Ò& ñ ½ + Ë` ¦ ¢ - a or &

¦¾ ¡ §| 9 _ GaN\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e > ) a . s כ ` ¦ Ð@ / Ð ¦¾ ¡ §

| 9

_ AlN ! Q( 8 £ x\ ¦ $ í © r & ¦$ í 0 p x _ LED è \ ¦ ] j

¦ % i .

: r 7 Hë H \ " f H × þ $ í © ) a LED _ ½ ¨ ¸& h ì r$ 3 ` ¦ 0 A ô

Ç SEM, l & h : £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 l 0 Aô Ç I-V, F g < Æ& h : £ ¤

$ í

õ è : £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 l 0 Aô Ç EL` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É

Figure 1 É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE~ ½ ÓZ O _ multi-sliding boat ½ ¨ ¸\ ¦ Ð# ï r . y y _ ñ ß \ H í H " f@ / Ð Al, Ga+Al+Si, Ga+Al, Ga+Al+Mg, Ga+Mg` ¦ D ¥ ½ + Ë % i

¦, n+ þ A ¸ à Ô Ð H Si, p+ þ A ¸ à Ô Ð H Mg` ¦ s 6 x % i

. HCl $ 3 % ò ' a s ô Ç8 £ x` ¦ $ í © ½ + É M : É r ñ ß É r Ì º, á \ _

K ì ø Í6 £ x t · ú § ¸2 ¤ % i ¦ $ í © s = å Q è ß Ê ê\ H Ì º

(3)

Fig. 1. (Color online) The structure of mixed-source HVPE with a multi-sliding boat.

Fig. 2. (Color online) Schematic diagram of the SAG- LED structure.

, á

õ ) a $ 3 % ò ' a` ¦ 6 £ §8 £ x Ü ¼ Ð ` | Ê ê èÛ ¼ü < HCl

Û

¼ ì ø Í6 £ x > % i . HVPE_ èÛ ¼% ò % i É r RF \ P ~ ½ Ó d

` ¦ s 6 x K èÛ ¼ É r r ç ß î ß \ \ P & h Ü ¼ Ð î ß & ñ o | ¨ c Ã

º e ¸2 ¤ % i ¦ $ í © % ò % i É r hot wall furnace\ ¦ & h 6 x

% i . D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ { e H multi-sliding boat H èÛ ¼

% ò

% i \ © u ¦ × þ $ í © J s + þ A$ í ÷ &# Qe H l ó ø Í

É

r $ í © % ò % i _ î r X <\ 0 Au ¸2 ¤ % i . èÛ ¼% ò % i

É r 920 ^◦ C, $ í © % ò % i É r 1145 ^◦ C Ð [ O & ñ K : r ¸ Ø æì r y î

ß & ñ o÷ &% 3 ` ¦ M : $ í © ` ¦ % i . NH 3 Û ¼ H $ í © % ò % i s 1000 ^◦ C ÷ &% 3 ` ¦ M :Â Ò' f Ë 9Å Òl r ¦ HCl É r : r ¸

¸¿ º î ß & ñ o ) a Ê ê $ í © s ¢ - a « Ñ | ¨ c M : t = å S t · ú § ¦

>

5 Å q f Ë 9Å Ò% 3 . ¸ H ì ø Í6 £ x Û ¼[ þ t _ Ã º5 Å x` ¦ 0 Aô Ç Û ¼

H N 2 \ ¦ 6 x % i .

× þ $ í © \ x 8 £ x É r multi-sliding boat\ ¦ & h 6 x ô Ç D ¥ ½ + Ë

èÛ ¼ HVPE ~ ½ ÓZ O \ _ K $ í © ÷ &% 3 . 2 u s # Q l

ó ø Í 0 A\ ! Q( 8 £ x % i ½ + É` ¦ H AlN\ ¦ $ í © r v l 0 AK

"

f 20ì r1 l x î ß HCl` ¦ 100 sccm Ü ¼ Ð f Ë 9Å Ò% 3 . s l ó ø Í 0

A\ 2000 ˚ A _ SiO ² \ ¦ Û ¼( ' © q \ ¦ s 6 x K 7 £ x Ã Ìr (

. 6 £ § É r í Ð/ B N& ñ ` ¦ s 6 x K × þ $ í © J ` ¦ + þ A$ í ô

Ç + ' SiO 2 \ ¦ \ g A % i . × þ $ í © J s + þ A$ í ) a / B M \ 2 AlN ! Q( 8 £ x` ¦ r $ í © r v ¦ n-9 þ t A × ¼8 £ x, Ö ¸$ í 8

£ x, p-9 þ t A × ¼8 £ x,p-Ö s8 £ x` ¦ 1145 ^◦ C \ " f HCl É r 60 sccm` ¦ f

Ë 9ï r © I \ " f 5 Å q& h Ü ¼ Ð $ í © % i . s M : n-9 þ t A

×

¼8 £ x _ Al_ ¸$ í q H 15%s ¦, H o # Q 0 l x ¸ H 1.1

× 10 ¹⁷ /cm ³ & ñ ¸s 9, Ö ¸$ í 8 £ x _ Al ¸$ í q H 1%s ¦, p-9 þ t A × ¼8 £ x _ Al ¸$ í q H 15%, H o # Q 0 l x ¸ H 5.2 × 10 ¹⁸ /cm ³ & ñ ¸s . ¢ ¸ô Ç p-Ö s8 £ x _ H o # Q 0 l x ¸ H 3.2 × 10 ¹⁷ /cm ³ & ñ ¸s .

Figure 2 H F G/ B N& ñ t = å Q · p × þ $ í © LED_ > h

| Ä

Ì½ ¨ ¸s . \ x _ × þ $ í © s ¢ - a « Ñ ) a Ê ê F G` ¦ + þ A

$ í

l 0 AK " f H SiO 2 } ` ¦ ] j K Ù ¼ Ð HF6 xÓ o` ¦ s

6 x K ¢ - a y ] j ô Ç + ' í Ð/ B N& ñ ` ¦ s 6 x K È Ò" î F G (transparent metal) J ` ¦ + þ A$ í % i . TM metal É r p8 £ x % ò % i \ À Ó\ ¦ Y J ¦À Ò ( t > ½ + É Ã º e H % i ½ + É` ¦

H X < × þ $ í © ) a % ò % i _ ± p t } 8 £ x p-cap 8 £ x _

J ß ¼l Ð ¸F K É r + þ AI _ J ` ¦ t >

%

i . TM metal Ð H Ni/Au\ ¦ y y 25 ˚ Am e-beam evaporator` ¦ s 6 x K 7 £ x Ã Ìr v ¦ [ j : r \ lift off ô Ç Ê

ê 600 ^◦ C _ : r ¸\ " f 3ì r ç ß \ P % o % i . p F G J

õ n F G J ` ¦ í Ð/ B N& ñ ` ¦ 5 g + þ A$ í % i Ü ¼ 9, Cr/Ni/Au(250 ˚ A/125 ˚ A/700 ˚ A)\ ¦ y y e-beam evapo- rator` ¦ s 6 x K 7 £ x Ã Ìr ( . Õ ª Ê ê [ j : r \ lift off # 350 ^◦ C \ " f 10ì r ç ß \ P % o Ù þ ¡ . P F G É r À Ó\ ¦ Y J ¦ À

Ò ì r í ß r v l 0 Aô Ç J ¸ ª Ü ¼ Ð [ O > % i . n F G

É r } 9 ^ _ À Ó\ ¦ ç H{ 9 > Å Ò{ 9 l 0 AK × þ $ í ©

% ò

% i ` ¦ Ñ ü t Q H & ñ y + þ A + þ AI Ð % i .

(4)

Fig. 3. XRD measurement of AlN/sapphire.

III. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Figure 3 É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE\ ¦ s 6 x # 2 u s

# Q l ó ø Í0 A\ AlN ! Q( 8 £ x` ¦ $ í © r r « Ñ\ ¦ XRD Ð ì

r$ 3 ô Ç Õ ªa Ë >s . XRD H ³ ð & ñ | 9 ` ¦ ' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e H 2-theta/omega ~ ½ Ód Ü ¼ Ð ì r$ 3 Ù þ ¡ . Õ ªA á Ô\ AlN(002) peak õ s # Q (002) peak, AlN(004) peakõ s

#

Q (004) peak` ¦ ' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e % 3 . AlN(002) peak_ FWHM ° ú כ É r 764.3 arcsec Ð F g © y a % v É r ì ø Íu ; ¤` ¦ Ð% i

H X < s H D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x # ç H{ 9 ô Ç $ í

© ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ t H ¦¾ ¡ §| 9 _ AlN ! Q( 8 £ x s $ í © ÷ &% 3 6 £ §` ¦

· ú

Ã º e .

Figure 4 H D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE\ ¦ s 6 x # × þ $ í © ) a LED r « Ñ\ ¦ FESEM` ¦ s 6 x K top-view ô Ç כ s . × þ

$ í

© Ê ê\ \ x ¨ î ò ø Í > ¸ ú ` ¦ ¸ ¦ F G ¸ ¸ ú 7 £ x Ã Ì

)

a כ ` ¦ ' a ¹ 1 Ï ½ + É Ã º e . } 9 _ s Ý ¼ H 1250 µm

× 1250 µm s ¦ × þ $ í © _ J s Ý ¼ H 1000 µm × 1000 µm s . Fig. 5 H D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE\ ¦ s 6 x #

× þ

$ í © ) a LED r « Ñ_ é ß ` ¦ Ð# ï r . Õ ªa Ë >\ " f Ð1 p w s

l ó ø Í_ \ 8 £ x[ þ t s Ì º§ Â ô Ç â > \ ¦ t ¦ & h 8 £ x ÷ &

#

Qe 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . s Ð" f l ó ø Í0 A\ DH½ ¨ ¸_ \ x [

þ

t s ç H{ 9 $ í e > ¸ ú $ í © ÷ &% 3 6 £ §` ¦ · ú Ã º e . × þ $ í ©

)

a LED _ 8 £ x ½ ¨ ¸_ 8 ú x ¿ ºa H 4.83 µm s ¦ ¨ î ç H $ í

© Ò ¦ É r 0.045 µm/min s . Ð: x HVPE\ ¦ s 6 xÙ þ ¡` ¦ M : Ã

º µm/min_ Z } É r $ í © Ò ¦` ¦ t > ÷ & H X < & ³$ y ± ú

É

r ¨ î ç H $ í © Ò ¦ s : r s Ä » H D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE~ ½ ÓZ O õ multi-sliding boat ½ ¨ ¸\ ¦ 6 x Ù þ ¡l M :ë H Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .

D ¥ ½ + Ë èÛ ¼\ ¦ 6 x # èÛ ¼% ò % i ` ¦ \ P K Å Ò% 3 ` ¦ M : " f Ð

É r èÛ ¼ç ß _ 7 £ x l · ú _ s \ _ K Ó ü t| 9 s D ¥ ½ + Ë÷ &% 3

Fig. 4. (Color online) Top-view SEM image of SAG-LED grown by mixed-source HVPE.

Fig. 5. (Color online) Cross-sectional SEM image of SAG-LED grown by mixed-source HVPE.

`

¦ M :\ 7 £ x l · ú s ± ú t H 7 £ x l · ú ? /a Ë > & ³ © s µ 1 ÏÒ q t

>

÷ &l M :ë H s . ¸y 9 s $ í | 9 ` ¦ s 6 x K $ í © Ò ¦` ¦ à

Ô\ ¦ ½ + É Ã º e > ÷ & " f 8 £ x ç ß â > Ì º§ Â K כ ` ¦ ' a

¹

1 Ï½ + É Ã º e % 3 . 8 £ x ç ß â > ü < $ í © r ç ß ` ¦ Ð@ / Ð D6 H Al ! Q( 8 £ x, D5 H n-9 þ t A × ¼8 £ x, D4 H Ö ¸$ í 8 £ x, D3 H p-9 þ t A

×

¼8 £ x, D4 H p-Ö s8 £ x Ü ¼ Ð * '# Q4 R & h 8 £ x ) a כ Ü ¼ Ð Æ Ò8 £ ¤ ) a

.

1 Ï F g ¸_ þ v` ¦ · p כ Ü ¼ Ð Z þ tÒ oÜ ¼ Ð µ 1 Ï F gÙ þ ¡ . (a) H + þ

AF g1 p x A \ " f ' a ¹ 1 Ïô Ç ¸_ þ v (b) H z ´\ " f_ µ 1 Ï F g ¸ _

þ

"

ø Íu ; ¤ É r 40 nme ` ¦ · ú Ã º e .

Figure 8 É r Chromaticity diagram Ü ¼ Ð Ò oý a³ ð x =

(5)

Fig. 6. (Color online) The emission of SAG-LED (a) in fluorescent (b) in the darkness.

Fig. 7. (Color online) A room temperature EL spectrum with increase of the voltage.

0.184, y = 0.167 Ð Z þ tÒ o y n Cs ' a ¹ 1 Ïs ) a כ ` ¦ r ô Ç

.

Figure 10 H D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 x # × þ $ í

&

`

¦ & H X < s H Ö ¸$ í 8 £ x s AlGaN > s 9, n F G s AlN 0

A\ + þ A$ í ) a כ \ l H כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a . Õ ª Q r o

Ý ¼ $ ½ Ó É r 25 Ω Ü ¼ Ð" f q §& h ± ú É r $ ½ Ó° ú כÜ ¼ Ð s H

F G+ þ A$ í õ ' aº ) a ì ø Í ¸^ ü < metal s _ ] X ½ + Ës ¸ ú + þ A

$ í

) a כ Ü ¼ Ð ó ø Íé ß ) a .

Fig. 8. (Color online) Chromaticity diagram of SAG- LED.

Fig. 9. (Color online) The graph of relation between wavelength and power intensity.

IV. + s Ç Â ] Ø

: r 7 Hë H \ " f H multi-sliding boat\ ¦ s 6 x ô Ç D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð AlN ! Q( 8 £ x` ¦ t H × þ $ í © ) a LED

\

£ x, AlGaN l ì ø Í_ n-9 þ t A × ¼8 £ x, AlGaN l ì ø Í_ Ö ¸$ í 8 £ x, AlGaN l ì ø Í_ p-9 þ t A × ¼8 £ x, GaN l ì ø Í_ p-Ö s8 £ x Ü ¼ Ð ½ ¨

$ í % i .

`

¦ ¸] X ½ + É Ã º e H & h ` ¦ s 6 x K 8 £ x ç ß â > \ ¦ Ì º§ Â

>

' a ¹ 1 Ï½ + É Ã º e % 3 . EL 8 £ ¤& ñ õ µ 1 Ï F g× æd © É r 390 nm s 9, ì ø Íu ; ¤ É r 40 nm Ð a % ~ É r UV-like Z þ tÒ o_ µ 1 Ï F g Ò

(6)

Fig. 10. (Color online) I-V measurement of SAG-LED.

I

\ " f ¸ ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 . I-V8 £ ¤& ñ \ " f H 1 l x · ú É r 12 V, r

o Ý ¼ $ ½ Ó É r 25 Ω Ð q §& h ± ú É r $ ½ Ó: £ ¤$ í ` ¦ Ð% i .

: r 7 Hë H \ " f H D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE\ ¦ 6 x K ¦¾ ¡ §| 9 AlN

!

$ í

|

` ¦ þ j& h oô Ç Ê ê\ ¦$ í 0 p x _ UV-LED_ ì r Ð ¸

&

h

6 x| ¨ c Ã º e ` ¦ כ s l @ / ) a .

P

c p 8 ý ò k >

s

7 Hë H É r 2012¸ ¸ & ñ Â Ò ( §¹ ¢ ¤ õ < Æl Õ ü t Â Ò)_ F " é ¶ Ü ¼

Ð ô Ç² D G ½ ¨F é ß _ l í ½ ¨ \ O t " é ¶` ¦ ~ Ã Î Ã º' ) a כ e

(2012R1A1A2000886).

[7] B. Lam, G. G. Gainer, S. Bidnyk, A. Elgawadi, and G. H. Park et al., Res. Soc. Symp. Proc. 639, G6.4.1 (2001).

[8] H. S. Ahn, K. H. Kim, M. Yang, J. Y. Yi and H. J.

Lee et al., Phys. Status Solidi 202, 1048 (2005).

[9] K. Hiramatsu, A. Motogaito, H. Miyake, Members and Y. Honda et al., IEICE Trans. Electron. E83-C, 620 (2000).

[10] S. Nakamura, Semicond. Sci. Technol. 14, R27 (1999).

[11] T. Zheleva, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.

4S1, 38 (1999).

[12] R. F. Davis, MRS Intrenet J. Nitride Semicond. Res.

6, 14 (2001).

[13] S. Sanorpim, J. Wu, K. Onabe and Y. Shiraki, J.

Cryst. Growth. 1124, 237 (2002).

[14] S. Sohyama, H. Miyake, K. Hiramatsu, Y. Tsuchida and T. Maeda, Jpn. J. Appl. Phys. 44, L24 (2005).

[15] D. Marx, Z. Kawazu, T. Nakayama, Y. Minhashi and T. Takami, et al., J. Cryst. Growth. 189/190, 87 (1998).

[16] A. Usui, H. Sunakawa, A. Sakai and Yamaguchi, J.

Appl. Phys. 27, L964 (1988).

Characterization of AlN-based Selective Area Growth of a HVPE AlGaN LED

Vol. 63, No. 12, December 2013, pp. 1340∼1345

Characterization of AlN-based Selective Area Growth of a HVPE AlGaN LED

Min-Ah Park · Gang-Seok Lee · Ji-Young Kim · Min-Jeong Shin

· Sam-Nyung Yi · Min Yang · Hyung-Soo Ahn ∗

Department of Applied Science, Korea Maritime and Ocean University, Busan 606-791, Korea

Suck-Hwan Kim

Department of Physics, Andong National University, Andong 760-749, Korea

Hee Shin Kang

CSsol.Co., Ltd, Busan 619-961, Korea

(Received 8 August 2013 : revised 8 October 2013 : accepted 11 December 2013)

PACS numbers: 85.30.De

Keywords: HVPE, Mixed-source method, SAG, LED

AlN M   m X ¢  Ò Åy   V R ËX ê s HVPE AlGaN LED8 ý  ¤V R Ë  ì Å 





 * >   · T ~ ç ¡) o  ·  »U * å  · , > * > + ä  · T   $ ß  · è ¡ * > · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ ∗

ô

 Ç² D G K  ª @ / < Æ § 6 £ x6 x õ  < Æõ , Â Òí ß , 606-791

 ») o Z 9 

î

ß 1 l x @ / < Æ § Ó ü t o  < Æõ , î ß 1 l x, 760-749

~ ç

¡r ) , >

r

Û ¼_ " t À Ò  (Å Ò), Â Òí ß , 619-961

(2013¸  8 Z 4 8{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2013¸  10 Z 4 8{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2013¸  12 Z 4 11{ 9  > F  S X & ñ ) 1340

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

medium, provided the original work is properly cited.

I. " e Â ] Ø

37 á ¤ | 9  oÓ ü t >  ì ø Í ¸^  Ó ü t| 9  É r é ß   ©  # 3 0 A\ " f  ¦Ø  ¦

§

4 l 0 p x, ? /\ P $ í , ? /~ ½ Ó $ í , ? /  ¸$ í 1 p x`  ¦ ° ú ð  r ì ø Í ¸^  Ó

ü t| 9  Ð" f  ª ô  Ç ì  r  \  & h 6 x l  0 AK  V , o    ½ ¨÷ & ¦ e 

  [1, 2]. @ /Â Òì  r _  | 9  oÓ ü t >  l ì ø Í_  8 £ x ½ ¨ ¸ epi\  ¦

$ í

 ©  l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð  H Ä »l  o < Æ7 £ x  Ã Ìl  (MOCVD;

metal organic chemical vapor deposition)  ì  r    \ x 

 Ã

Ìr  (MBE; molecular beam epitaxy)~ ½ ÓZ O `  ¦ s 6 x ) a  [3]. ¢ ¸ô  Ç Ã º è o < Æl  © Z O  (HVPE; hydride vapor phase epitaxy)  ¸ Z  } É r $ í  © Ò  ¦ _   © & h Ü ¼ Ð  ¦¾ ¡ §| 9 _  \ x  $ í  ©  s

 0 p x   [4–6]. t ë ß  3" é ¶ >  s  © _  o½ + ËÓ ü t s    ¸ i ç

`  ¦  9 כ ¹ Ð   H ½ ¨ ¸\  ¦ $ í  ©   ¦  ½ + É M :  H ì ø Í6 £ x l _ 

?

/Â Ò½ ¨ ¸ 4  ¤ ¸ ú K t  ¦ Z  } É r $ í  © Ò  ¦ s  ¿ ºa  ¸] X `  ¦ j Ë µ[ þ t

>

 K  8 £ x ½ ¨ ¸\  ¦ $ í  ©    H X <\   H # Q 9¹ ¡ §`  ¦ t >   ) a

 [7].



%

3 Ü ¼ 9, s  ~ ½ ÓZ O  É r  D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ G 0 >   Ðà Ô\  Ì º, á `  ¦ W = 

#

Q $ í  ©   ¦    H  èÛ ¼ e    H ñ ß ë ß  \ P o >  ÷ & ¦  Q t

  H {   2 ³  © I  ÷ & ¸2  ¤ Ù þ ¡  [8]. s  Ð" f $ í  ©   ¦ 

  H  èÛ ¼ ü @_   èÛ ¼[ þ t É r HCl õ  ì ø Í6 £ x t  · ú § ¸2  ¤ K   ¸

% i

`  ¦ ~ ½ Ót Ù þ ¡ . ¢ ¸ô  Ç HCl Û ¼\  ¦ f  Ë  9Å Ò  H $ 3 % ò  ' a`  ¦ Ì º , á

\  z 0 > $ 3 % ò  ' a`  ¦ ¹ ¡ §f  s   " f Ì º, á s  ¹ ¡ §f  { 9  Ã º e   ¸ 2



¤ Ù þ ¡ . 7 £ ¤, Ì º, á õ      ÷ &# Qe    H $ 3 % ò  ' a \  HCl`  ¦ f  Ë  9 Å

Ò# Q  D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ü < ì ø Í6 £ x >  ÷ &# Q Ò q t$ í  ) a 9 þ t  Ð s × ¼ o  ) a Ó

ü t| 9  É r Ã º5 Å x Û ¼\  _ K  $ í  © % ò % i  t  s 1 l x K  $ í  © % ò % i _

 NH3ü < ì ø Í6 £ x K  l ó ø Í0 A\  $ í  ©  >   ) a . ô  Ç8 £ x _  $ í  ©  s

 = å Q >  ÷ &  $ 3 % ò  ' a`  ¦ x 9 # Q ¿ º  P :ñ ß _   èÛ ¼\  ¦ \ P # Q

6 £ §8 £ x`  ¦ $ í  ©  >   ) a  [9–12]. GaN l ì ø Í_  LED ] j  

E-mail: [email protected]

\

  H   s # Q\  ¦ Å Ò Ð  6 x   H X < GaNü <   s # Ql ó ø Í



s _   H     © Ã º Â Ò& ñ ½ + ËÜ ¼ Ð   K    & ñ    < Ês  Ò q t 



è _  : £ ¤$ í õ  / B N& ñ Ã ºÖ  ¦ \  e  # Q ë  H ] j& h s  Ò q t|  .  : r  7 H ë

 H \ " f  H   & ñ    < Ê    0 Ax 9  ¸\  ¦ y   èr & Å Ò  H @ /³ ð& h



 $ í  © ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð   × þ $ í  © ~ ½ ÓZ O `  ¦  6 xÙ þ ¡ . s  ~ ½ ÓZ O  É r LED } 9  ] j   / B N& ñ r  כ ¹½ ¨÷ &  H e  ¦ Ý ¼ \  ¦ s 6 x ô  Ç | d  d 

y  õ & ñ s   9 כ ¹u  · ú §>  ÷ &# Q  è : £ ¤$ í `  ¦ $  r ~ ´ Ã º e 

  H    < Ês  µ 1 ÏÒ q t   H  כ `  ¦ }  `  ¦ Ã ºe   . LED ] j  õ 

&

ñ s  é ß í  H ½ + É ÷  r ë ß   m     F G/ B N& ñ \  e  # Q" f ¸  ¦¾ ¡ §| 9  _

 }  `  ¦ Ä »t ½ + É Ã º e     H : £ ¤f ç `  ¦    [13–16]. ¢ ¸ô  Ç

· Sam-Nyung Yi · Min Yang · Hyung-Soo Ahn ^∗

AlN M m X ¢ Ò Åy V R ËX ê s HVPE AlGaN LED8 ý ¤V R Ë ì Å

* > · T ~ ç ¡) o · »U * å · , > * > + ä · T $ ß · è ¡ * > · ¼ ÿ 0 ï F¬ £ ^∗

Ç² D G K ª @ / < Æ § 6 £ x6 x õ < Æõ , Â Òí ß , 606-791

») o Z 9

ß 1 l x @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , î ß 1 l x, 760-749

Û ¼_ " t À Ò (Å Ò), Â Òí ß , 619-961

(2013¸ 8 Z 4 8{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2013¸ 10 Z 4 8{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2013¸ 12 Z 4 11{ 9 > F S X & ñ ) 1340

37 á ¤ | 9 oÓ ü t > ì ø Í ¸^ Ó ü t| 9 É r é ß © # 3 0 A\ " f ¦Ø ¦

4 l 0 p x, ? /\ P $ í , ? /~ ½ Ó $ í , ? / ¸$ í 1 p x` ¦ ° ú ð r ì ø Í ¸^ Ó

ü t| 9 Ð" f ª ô Ç ì r \ & h 6 x l 0 AK V , o ½ ¨÷ & ¦ e

[1, 2]. @ /Â Òì r _ | 9 oÓ ü t > l ì ø Í_ 8 £ x ½ ¨ ¸ epi\ ¦

© l 0 Aô Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð H Ä »l o < Æ7 £ x Ã Ìl (MOCVD;

metal organic chemical vapor deposition) ì r \ x

Ã

Ìr (MBE; molecular beam epitaxy)~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x ) a [3]. ¢ ¸ô Ç Ã º è o < Æl © Z O (HVPE; hydride vapor phase epitaxy) ¸ Z } É r $ í © Ò ¦ _ © & h Ü ¼ Ð ¦¾ ¡ §| 9 _ \ x $ í © s

0 p x [4–6]. t ë ß 3" é ¶ > s © _ o½ + ËÓ ü t s ¸ i ç

` ¦ 9 כ ¹ Ð H ½ ¨ ¸\ ¦ $ í © ¦ ½ + É M : H ì ø Í6 £ x l _

/Â Ò½ ¨ ¸ 4 ¤ ¸ ú K t ¦ Z } É r $ í © Ò ¦ s ¿ ºa ¸] X ` ¦ j Ë µ[ þ t

K 8 £ x ½ ¨ ¸\ ¦ $ í © H X <\ H # Q 9¹ ¡ §` ¦ t > ) a

[7].

3 Ü ¼ 9, s ~ ½ ÓZ O É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ G 0 > Ðà Ô\ Ì º, á ` ¦ W =

Q $ í © ¦ H èÛ ¼ e H ñ ß ë ß \ P o > ÷ & ¦ Q t

H { 2 ³ © I ÷ & ¸2 ¤ Ù þ ¡ [8]. s Ð" f $ í © ¦

H èÛ ¼ ü @_ èÛ ¼[ þ t É r HCl õ ì ø Í6 £ x t · ú § ¸2 ¤ K ¸

` ¦ ~ ½ Ót Ù þ ¡ . ¢ ¸ô Ç HCl Û ¼\ ¦ f Ë 9Å Ò H $ 3 % ò ' a` ¦ Ì º , á

\ z 0 > $ 3 % ò ' a` ¦ ¹ ¡ §f s " f Ì º, á s ¹ ¡ §f { 9 Ã º e ¸ 2

¤ Ù þ ¡ . 7 £ ¤, Ì º, á õ ÷ &# Qe H $ 3 % ò ' a \ HCl` ¦ f Ë 9 Å

Ò# Q D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ü < ì ø Í6 £ x > ÷ &# Q Ò q t$ í ) a 9 þ t Ð s × ¼ o ) a Ó

ü t| 9 É r Ã º5 Å x Û ¼\ _ K $ í © % ò % i t s 1 l x K $ í © % ò % i _

NH3ü < ì ø Í6 £ x K l ó ø Í0 A\ $ í © > ) a . ô Ç8 £ x _ $ í © s

= å Q > ÷ & $ 3 % ò ' a` ¦ x 9 # Q ¿ º P :ñ ß _ èÛ ¼\ ¦ \ P # Q

6 £ §8 £ x` ¦ $ í © > ) a [9–12]. GaN l ì ø Í_ LED ] j

H s # Q\ ¦ Å Ò Ð 6 x H X < GaNü < s # Ql ó ø Í

s _ H © Ã º Â Ò& ñ ½ + ËÜ ¼ Ð K & ñ < Ês Ò q t

è _ : £ ¤$ í õ / B N& ñ Ã ºÖ ¦ \ e # Q ë H ] j& h s Ò q t| . : r 7 H ë

H \ " f H & ñ < Ê 0 Ax 9 ¸\ ¦ y èr & Å Ò H @ /³ ð& h

$ í © ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð × þ $ í © ~ ½ ÓZ O ` ¦ 6 xÙ þ ¡ . s ~ ½ ÓZ O É r LED } 9 ] j / B N& ñ r כ ¹½ ¨÷ & H e ¦ Ý ¼ \ ¦ s 6 x ô Ç | d d

y õ & ñ s 9 כ ¹u · ú §> ÷ &# Q è : £ ¤$ í ` ¦ $ r ~ ´ Ã º e

H < Ês µ 1 ÏÒ q t H כ ` ¦ } ` ¦ Ã ºe . LED ] j õ

ñ s é ß í H ½ + É ÷ r ë ß m F G/ B N& ñ \ e # Q" f ¸ ¦¾ ¡ §| 9 _

} ` ¦ Ä »t ½ + É Ã º e H : £ ¤f ç ` ¦ [13–16]. ¢ ¸ô Ç

oÓ ü t > _ Â Ò& ñ ½ + Ës \ P Ø ½ Ó> Ã º_ s Ð ô Ç

< Ê` ¦ þ j è o l 0 AK AlN ! Q( 8 £ x` ¦ 6 x % i . AlN

H | 9 oÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f © Ä ºÃ ºô Ç ? /½ ¨$ í ` ¦ t H Ó ü t

Ð" f \ P ¸$ í , l $ ½ Ó$ í , Ä » y © ¸ 1 p x s Z } É r Ó ü t| 9

Ð \ P Ø ½ ÓÒ ¦ s ± ú F « Ñ Ð" f ½ ¨ > hµ 1 Ï ÷ r ë ß m

¦ : r y © ¸ ? /\ P Ø æ $ í _ : £ ¤f ç Ü ¼ Ð ½ ¨ ¸F « Ñì r \

¸ V , o 6 £ x6 x| ¨ c Ã º e . AlN ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6 x > ÷ & GaN ü < s # Q l ó ø Í s _ Â Ò& ñ ½ + Ë` ¦ ¢ - a or &

¦¾ ¡ §| 9 _ GaN\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e > ) a . s כ ` ¦ Ð@ / Ð ¦¾ ¡ §

_ AlN ! Q( 8 £ x\ ¦ $ í © r & ¦$ í 0 p x _ LED è \ ¦ ] j

¦ % i .

: r 7 Hë H \ " f H × þ $ í © ) a LED _ ½ ¨ ¸& h ì r$ 3 ` ¦ 0 A ô

Ç SEM, l & h : £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 l 0 Aô Ç I-V, F g < Æ& h : £ ¤

õ è : £ ¤$ í ` ¦ ì r$ 3 l 0 Aô Ç EL` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .

Figure 1 É r D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ HVPE~ ½ ÓZ O _ multi-sliding boat ½ ¨ ¸\ ¦ Ð# ï r . y y _ ñ ß \ H í H " f@ / Ð Al, Ga+Al+Si, Ga+Al, Ga+Al+Mg, Ga+Mg` ¦ D ¥ ½ + Ë % i

¦, n+ þ A ¸ à Ô Ð H Si, p+ þ A ¸ à Ô Ð H Mg` ¦ s 6 x % i

. HCl $ 3 % ò ' a s ô Ç8 £ x` ¦ $ í © ½ + É M : É r ñ ß É r Ì º, á \ _

K ì ø Í6 £ x t · ú § ¸2 ¤ % i ¦ $ í © s = å Q è ß Ê ê\ H Ì º

õ ) a $ 3 % ò ' a` ¦ 6 £ §8 £ x Ü ¼ Ð ` | Ê ê èÛ ¼ü < HCl

¼ ì ø Í6 £ x > % i . HVPE_ èÛ ¼% ò % i É r RF \ P ~ ½ Ó d

` ¦ s 6 x K èÛ ¼ É r r ç ß î ß \ \ P & h Ü ¼ Ð î ß & ñ o | ¨ c Ã

º e ¸2 ¤ % i ¦ $ í © % ò % i É r hot wall furnace\ ¦ & h 6 x

% i . D ¥ ½ + Ë èÛ ¼ { e H multi-sliding boat H èÛ ¼

% i \ © u ¦ × þ $ í © J s + þ A$ í ÷ &# Qe H l ó ø Í

É

r $ í © % ò % i _ î r X <\ 0 Au ¸2 ¤ % i . èÛ ¼% ò % i

É r 920 ^◦ C, $ í © % ò % i É r 1145 ^◦ C Ð [ O & ñ K : r ¸ Ø æì r y î

ß & ñ o÷ &% 3 ` ¦ M : $ í © ` ¦ % i . NH 3 Û ¼ H $ í © % ò % i s 1000 ^◦ C ÷ &% 3 ` ¦ M :Â Ò' f Ë 9Å Òl r ¦ HCl É r : r ¸

¸¿ º î ß & ñ o ) a Ê ê $ í © s ¢ - a « Ñ | ¨ c M : t = å S t · ú § ¦

5 Å q f Ë 9Å Ò% 3 . ¸ H ì ø Í6 £ x Û ¼[ þ t _ Ã º5 Å x` ¦ 0 Aô Ç Û ¼

H N 2 \ ¦ 6 x % i .

× þ $ í © \ x 8 £ x É r multi-sliding boat\ ¦ & h 6 x ô Ç D ¥ ½ + Ë

èÛ ¼ HVPE ~ ½ ÓZ O \ _ K $ í © ÷ &% 3 . 2 u s # Q l

ó ø Í 0 A\ ! Q( 8 £ x % i ½ + É` ¦ H AlN\ ¦ $ í © r v l 0 AK

f 20ì r1 l x î ß HCl` ¦ 100 sccm Ü ¼ Ð f Ë 9Å Ò% 3 . s l ó ø Í 0

A\ 2000 ˚ A _ SiO ² \ ¦ Û ¼( ' © q \ ¦ s 6 x K 7 £ x Ã Ìr (

. 6 £ § É r í Ð/ B N& ñ ` ¦ s 6 x K × þ $ í © J ` ¦ + þ A$ í ô

Ç + ' SiO 2 \ ¦ \ g A % i . × þ $ í © J s + þ A$ í ) a / B M \ 2 AlN ! Q( 8 £ x` ¦ r $ í © r v ¦ n-9 þ t A × ¼8 £ x, Ö ¸$ í 8

£ x, p-9 þ t A × ¼8 £ x,p-Ö s8 £ x` ¦ 1145 ^◦ C \ " f HCl É r 60 sccm` ¦ f