발광다이오드(LED)는 일반 백열등 및 형광등에 비하여 친환경적이고, 작고 얇게 구현이 가능하고, 낮은 동작전압, 우수한 에너지 절감효과 그리고 반영구적 수명등의 장점을 가지고 있는 고체램프 이다. 최근, 발광다이오느는 자동차 헤드램프, TFT-LCD의 Back Light Units(BLU), 교통신호, 일반조명등 많은 분야에 적용되고 있다. 향후 응용분야의 확대를 위해서는 더욱더 우수한 성능의 ...
발광다이오드(LED)는 일반 백열등 및 형광등에 비하여 친환경적이고, 작고 얇게 구현이 가능하고, 낮은 동작전압, 우수한 에너지 절감효과 그리고 반영구적 수명등의 장점을 가지고 있는 고체램프 이다. 최근, 발광다이오느는 자동차 헤드램프, TFT-LCD의 Back Light Units(BLU), 교통신호, 일반조명등 많은 분야에 적용되고 있다. 향후 응용분야의 확대를 위해서는 더욱더 우수한 성능의 발광다이오드의 연구개발이 필요하다. 발광다이오드 성능 증가를 위해서는 대표적으로 내부 광 추출효율 향상과 외부 광 추출효율 향상으로 나눌수 있다. 첫째, 내부 광추출 효율을 증가시키기 위해서는 발광다이오드 활성영역의 재결합율을 높이기 위해서 이상정인 발광다이오드 구조와 결점없는 우수한 crystal quality가 요구된다. 둘째로, 외부양자 효율을 높이기위해 소자 구조의 다변화, Transparent Electrode, Patterned Electrode, Random Texturing등 다양한 연구가 보고되고 있다. 본 논문에서는 외부 양자효율을 높이기 위해 표면 passivation을 통한 연구를 진행하였다. 먼저, GaN 기반 LED (Light-Emitting Diode)는 절연율이 높은 사파이어 기판 위에 MOCVD 방법으로 3-5족의 가스가 고온(1000~1200 ℃)에서 반응하여 3-5 고체 상태의 화합물 반도체를 성장시키는 방법으로 크게 n-형 하층부, MQWs(Multi Quantum Walls), 그리고 p-형 상층부를 형성한다. 이후 MESA공정을 이용한 식각, 전류퍼짐층 형성, n-형 및 p-형 전극형성 그리고 PEALD, PECVD공정을 이용한 표면 passivation층을 형성하였다. 소자의 전기적인 특성을 확인한 결과 Passivation을 하지 않았을경우, Al2O3-passivation, SiO2-passivation, 그리고 SiO2/Al2O3-passivation을 했을 때 각각 3.31, 3.33, 3.39 and 3.39 V의 순방향 전압특성을 나타 내었다. 한편, 제작된 소자의 series resistances 특성은 광출력의 결과와 반대의 특성으로 나타 났다. 그 원인은 표면 passivation으로 인하여 표면에 존재하던 다이오드성분과 저항성분의 감소로 인하여 저항이 증가한 것처럼 보였고, 오히려 non-radiative 재결합 감소로 인하여 출력은 증가했다. 이는 double-passivation을 진행한 소자의 광출력 효율은 passivation을 하지 않은 소자대비 약 25%로 향상되는 특징을 보였다. 이러한 출력향상의 원인은 첫번째, Al2O3-passivation에 따른 GaN과 Al2O3 사이에 non-raditive recombination이 줄어들었고, 두번째, SiO2 추가 증착에 따른 광의 탈출각 증가의 효과를 가져왔고, 세번째, 적층구조의 SiO2/Al2O3-passivation에 따른 Fresnel mutiful reflection에 따른 출력증가를 가져오게 되었다. 본 연구의 결과인 표면 passivation 방법은 모든 LED구조에 적용이 가능하고 LED 효율 향상에 많은 발전을 가져올 것으로 기대된다.
발광다이오드(LED)는 일반 백열등 및 형광등에 비하여 친환경적이고, 작고 얇게 구현이 가능하고, 낮은 동작전압, 우수한 에너지 절감효과 그리고 반영구적 수명등의 장점을 가지고 있는 고체램프 이다. 최근, 발광다이오느는 자동차 헤드램프, TFT-LCD의 Back Light Units(BLU), 교통신호, 일반조명등 많은 분야에 적용되고 있다. 향후 응용분야의 확대를 위해서는 더욱더 우수한 성능의 발광다이오드의 연구개발이 필요하다. 발광다이오드 성능 증가를 위해서는 대표적으로 내부 광 추출효율 향상과 외부 광 추출효율 향상으로 나눌수 있다. 첫째, 내부 광추출 효율을 증가시키기 위해서는 발광다이오드 활성영역의 재결합율을 높이기 위해서 이상정인 발광다이오드 구조와 결점없는 우수한 crystal quality가 요구된다. 둘째로, 외부양자 효율을 높이기위해 소자 구조의 다변화, Transparent Electrode, Patterned Electrode, Random Texturing등 다양한 연구가 보고되고 있다. 본 논문에서는 외부 양자효율을 높이기 위해 표면 passivation을 통한 연구를 진행하였다. 먼저, GaN 기반 LED (Light-Emitting Diode)는 절연율이 높은 사파이어 기판 위에 MOCVD 방법으로 3-5족의 가스가 고온(1000~1200 ℃)에서 반응하여 3-5 고체 상태의 화합물 반도체를 성장시키는 방법으로 크게 n-형 하층부, MQWs(Multi Quantum Walls), 그리고 p-형 상층부를 형성한다. 이후 MESA공정을 이용한 식각, 전류퍼짐층 형성, n-형 및 p-형 전극형성 그리고 PEALD, PECVD공정을 이용한 표면 passivation층을 형성하였다. 소자의 전기적인 특성을 확인한 결과 Passivation을 하지 않았을경우, Al2O3-passivation, SiO2-passivation, 그리고 SiO2/Al2O3-passivation을 했을 때 각각 3.31, 3.33, 3.39 and 3.39 V의 순방향 전압특성을 나타 내었다. 한편, 제작된 소자의 series resistances 특성은 광출력의 결과와 반대의 특성으로 나타 났다. 그 원인은 표면 passivation으로 인하여 표면에 존재하던 다이오드성분과 저항성분의 감소로 인하여 저항이 증가한 것처럼 보였고, 오히려 non-radiative 재결합 감소로 인하여 출력은 증가했다. 이는 double-passivation을 진행한 소자의 광출력 효율은 passivation을 하지 않은 소자대비 약 25%로 향상되는 특징을 보였다. 이러한 출력향상의 원인은 첫번째, Al2O3-passivation에 따른 GaN과 Al2O3 사이에 non-raditive recombination이 줄어들었고, 두번째, SiO2 추가 증착에 따른 광의 탈출각 증가의 효과를 가져왔고, 세번째, 적층구조의 SiO2/Al2O3-passivation에 따른 Fresnel mutiful reflection에 따른 출력증가를 가져오게 되었다. 본 연구의 결과인 표면 passivation 방법은 모든 LED구조에 적용이 가능하고 LED 효율 향상에 많은 발전을 가져올 것으로 기대된다.
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