투과전자현미경 기법을 이용한 다중양자우물의 조성 및 변형의 정량적 분석

Abstract

본 논문에서는 상용 Light Emitting Diode (LED) 샘플에 적용된 InGaN/GaN 다중양자우물의 조성과 응력을 분석하기 위한 방법으로 투과전자현미경의 여러 기법 중 High-resolution transmission tem (HRTEM), High-angle annular dark-field scanning TEM (HAADF-STEM), Dark-field electron holography 을 제시하였고, 그 기법들을 통해 실제 분석을 진행하고 이를 통해 얻어지는 정보의 정확성과 적용 한계에 관하여 고찰하였다.

이 논문의 목적은 기존에 사용되었던 분석방법들로는 나노미터 단위의 두께를 갖는 다중양자우물 구조를 분석하기에는 공간 분해능이 충분하지 않고, 특히 최근 결정성장 기술의 발전으로 인해 복잡해진 LED 구조에 있어 결함이나 조성, 변형 등의 문제점들의 원인 파악이 힘들어짐에 따라 원자 단위 분해능을 가진 투과전자현미경에 새롭게 도입된 기법들을 다중양자우물의 여러 특성 중 특히 조성과 스트레인의 분석에 적용할 때 그 정확성과 한계에 관해서 고찰하는데 있다.

본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며 각 장의 내용은 다음과 같다. 제 1장에서는 GaN를 기반으로 한 LED의 발달 및 그 중요성과, LED의 활성층으로 사용되는 InGaN/GaN 다중양자우물의 특성 및 문제점들에 대하여 설명하고 이 논문의 목적을 소개하였다. 제 2장에서는 연구에 사용된 샘플에 대한 설명 및, 본 연구에서 사용된 분석 방법인 RBS, XRD, TEM 등의 분석 원리에 대하여 정리하였으며, TEM 분석을 위한 시편 제작 방법에 대해 설명하였다. 제 3장은 본 논문에서 사용한 상용 LED 시료의 기본적인 결함 분포 등에 대한 정보를 정리하였다. 기판 근처 계면의 미세구조 및 결함의 전파 상황에 대해 분석하고 고찰하였다. 제 4장에서는 다중양자 우물의 Indium 조성을 분석하였다. HRTEM과 HAADF-STEM 방법으로 Indium 조성과 그 분포를 확인하고 고찰하였다. 제 5장은 Dark-field electron holography 방법을 사용하여 다중양자우물의 변형과 그 분포를 분석하고 고찰하였다. 마지막으로 제 6장에서는 본 논문에서 얻은 결과를 정리하여 결론을 기술하였다.

In this thesis, HRTEM, HAADF-STEM and Dark-field electron holography, the techniques of TEM methods, were suggested to analysis InGaN/GaN MQWs in the LED. And the indium composition and strains in the InGaN/GaN were investigated by these techniques. The previous analysis methods were difficult to analyze indium composition and strain in the InGaN/GaN MQWs because structure of LED has become more complex and miniaturized. Therefore the purpose of this thesis is to investigate of InGaN MQWs by TEM techniques and discuss about accuracy of indium composition and strain analysis.

In the chapter 1, the history of GaN-based LED, the properties and problems of InGaN/GaN MQWs which used as an active layer are introduced. In the chapter 2, the experiment samples information and analysis methods used in this thesis, which are RBS, XRD and TEM are introduced. And the process of specimen preparation for TEM measurement is explained. In the chapter 3, microstructures of GaN/Al2O3 interface and dislocation distribution are investigated. In the chapter 4, indium composition of InGaN/GaN MQWs is analyzed. The analysis and discussion about indium composition and its distribution by the HRTEM and HAADF-STEM are presented. In the chapter 5, strain of InGaN/GaN MQWs and distribution of the strain is analyzed by dark-field electron holography. Finally, the results found from this thesis are summarized and concluded in the chapter 6.