| 그래핀 에피택셜 심자외선 LED 관련 일련 성과 | ||
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 최근 중국과학원 반도체연구소 조명연구개발센터, 베이징대학 나노화학연구센터, 베이징그래핀연구원 등은 공동으로 그래핀/사파이어 신형 에피택셜 기판을 개발했다. 또한 플라스마 전처리로 그래핀을 개질해 AlN 박막 성장을 촉진시킴으로써 심자외선 LED를 구현하는 새 전략을 제안했다. DFT 계산 결과, 플라스마 전처리를 통해 그래핀에 도입된 피롤질소(Pyrrole nitrogen)는 AlN 박막의 핵생성 성장을 효과적으로 촉진할 수 있고 짧은 시간에 저응력 저전위밀도를 보유한 고품질 AlN 박막을 획득할 수 있다. 해당 심자외선 LED 소자는 양호한 장치성능을 나타냈다. 해당 성과는 "Improved Epitaxy of AlN Film for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Enabled by Graphene"란 제목으로 "Advanced Materials"에 게재되었다. 뿐만 아니라 연구팀은 그래핀/NPSS 나노그래픽기판 에피택셜 AlN 성장모델을 제안했다. 연구팀은 그래핀 표면 금속원자 이동 증강 법칙을 이론적으로 계산함과 아울러 실험적으로 검증했다. 그래핀은 NPSS에서 AlN 합병시간을 3분의 2 단축시켰고 심자외선 LED 출력을 뚜렷하게 향상시켰는바 심자외선 광원이 그래핀 산업화의 돌파구가 될 전망이다. 해당 성과는 "Appl. Phys. Lett."에 게재된 후 Featured article로 선정되었다. 또한 "New AlN film growth conditions enhance emission of deep ultraviolet LEDs"란 제목으로 "AIP Scilight"에 소개되었을 뿐만 아니라 "Compound Semiconductor" 저널 및 "Semiconductor Today"에 장편으로 게재되었다. 이외, 연구팀은 심자외선 발광장치에 존재하는 p형 도핑의 세계적 기술 난제를 해결하기 위해 결함 공진모드 p형 도핑이란 새 메커니즘을 제안했다. 동 방법은 에너지갭 조절에 기반해 고효율 억셉터 이온화율을 획득하는 동시에 높은 홀 이동도(hole mobility)를 유지하면서 0.16 Ω.cm의 p형 질화갈륨 전도율을 달성했다. 이로써 후속 심자외선 장치 투명전극의 그래핀 응용에 기반을 마련했다. 해당 성과는 "Semicond. Sci. Technol."에 게재되었고 또한 동 학술지가 선정한 2018년도 청년과학자 최고 논문상을 수상했다. 심자외선 LED는 소독, 멸균, 인쇄, 통신 등 분야에 광범위하게 응용된다. 국제 "미나마타협약(Minamata convention on Mercury)"이 체결됨에 따라 심자외선 LED의 전면적 응용은 더 시급해졌다. 하지만 상업화 심자외선 LED의 10%도 안 되는 외부 양자 효율은 심자외선 LED의 응용을 크게 제한하고 있다. AlN 재료품질은 심자외선 LED의 핵심적 요소 중 하나이다. AlN 박막은 주로 금속유기화학기상증착(MOCVD) 방법을 통해 헤테로에피택셜을 c-사파이어, 6H-SiC 및 Si(111) 기판위에 성장시킨다. AlN과 기판 사이에 존재하는 큰 격자 불일치 및 열적 불일치로 인해 에피택셜층에는 큰 응력, 높은 전위밀도(Dislocation Density)가 존재하는데 이는 장치성능을 심각하게 떨어뜨린다. 뿐만 아니라 상기 기판의 AlN 전구체는 이동 퍼텐셜 장벽이 높고 침윤성이 좋지 않아 3차원 섬모양 성장 경향을 나타내는데 일정 두께에 도달해야만 융합되므로 시간비용을 증가시킨다. 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/YOICMTAthu0p6v946vH1YQ |
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