[논문]전류 차단 층을 갖는 LED의 향상된 광세기

윤석범; 권기영; 최기석

doi:10.14400/jdc.2014.12.7.291

전류 차단 층을 갖는 LED의 향상된 광세기
Enhanced Luminous Intensity in LEDs with Current Blocking Layer 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.12 no.7, 2014년, pp.291 - 296

윤석범 (공주대학교 광공학과) , 권기영 (공주대학교 전기전자제어공학부) , 최기석 (공주대학교 전기전자공학과)

초록
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GaN LED의 p-패드 금속과 에피층 사이에 $SiO_2$ 전류 절연 층을 제작하고, p-전극 금속의 패턴을 핑거(finger) 형태로 확장하여 형성함으로써, 대면적 고출력 소자에서 전류가 균일하게 퍼지도록 유도함과 동시에 p 패드 금속 표면에서의 광 손실을 줄여 광 출력을 증진시켰다. $SiO_2$ 절연 층의 면적과 두께를 다르게 하면서 광 출력의 증가를 비교 확인하였고, 실바코 사의 ATLAS 툴을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 실시함으로써 LED 내 활성 층에서의 전류 밀도 분포를 계산하였다. $SiO_2$ 절연 층의 두께가 $50{\mu}m$와 $100{\mu}m$ 인 두 경우 모두, p 패드의 직경이 $105{\mu}m$이고 핑거의 폭은 $12{\mu}m$인 경우와 비교할 때, p 패드의 직경이 $100{\mu}m$이고 핑거의 폭이 $6{\mu}m$인 경우가 더 높은 광 출력 특성을 나타냈다.

Abstract ▼ AI-Helper

Inserting a $SiO_2$ layer underneath the p-pad electrode as the current blocking layer (CBL) structure and extending p-metal finger patterns, the GaN LEDs using an indium-tin-oxide (ITO) layer show the improved light output intensity, resulting from better current spreading and reduced light loss on the surface of p-pad metal. The LEDs with an oxide layer of $100{\mu}m$-pad-width and $6{\mu}m$-finger-width have better light output intensities than those with an oxide layer of $105{\mu}m$-pad-width and $12{\mu}m$-finger-width. Using the ATLAS device simulator from Silvaco Corporation, the current density distributions on the active layer in CBL LEDs have been investigated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 광 출력을 증진시키기 위하여, 에피 층과 p 패드 전극 사이에 절연층인 SiO₂ 층을 삽입하여 전류 차단 층을 형성하고, 동시에 p 금속의 가지를 확장하여 전류의 퍼짐을 증진시킨 LED를 제작하였다. 2장에서 제조 과정을 소개하고, 3장에서는 산화막의 두께와 폭을 변화시키면서 LED의 광 출력을 비교 측정한 결과를 기술하였으며, 4장에서는 ATLAS 소프트웨어를 사용하여 LED 내 활성층에서의 전류 밀도 분포를 해석한 결과를 기술하였다.

제안 방법

절연 층을 갖도록 하고, 동시에 p 전극 핑거를 확장시켜 전류의 퍼짐을 증가시키면서 p 패드 전극으로 인한 손실을 줄여 향상된 광 출력 특성을 관찰 하였다. LED의 동작을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 살펴보기 위하여, ATLAS 소프트웨어 툴을 사용하여 LED의 활성 층에서 전류밀도의 분포를 계산하였다.
메사 (MESA) 공정으로 시료의 표면의 일부를 n-GaN 층이 드러나도록 식각을 실시했다. MESA 공정시 음극 주위에 거친 표면을 형성하거나 음극 전극을 형성할 때, n-GaN 층에 ICP (Inductively Coupled Plasma) 장비로 건식 식각을 실시했다. 그리고 열을 가해 어닐링을 실시하고, p 패드 전극 영역 아래에 CBL (Current Blocking Layer) 역할을 하도록 50 nm와 100 nm 두께를 갖는 두 종류의 SiO₂ 층을 PECVD 공정으로 증착하고, 광 리소그래피 공정을 거쳐 BOE (Buffered Oxide Etchant) 용액으로 식각하여 형성하였다.
NRM (N-GaN Roughening process using Metaletching) 공정을 수행하여 빛의 산란을 증가시켜 LED의 밝기를 증가시켰다. NRM 공정에서 금속은 전자빔으로 증착한 후 광 리소그래피 과정을 거치고 식각 공정을 거쳐 표면식각을 실시함으로써 n-GaN 층의 표면을 거칠게 만들었다.
NRM (N-GaN Roughening process using Metaletching) 공정을 수행하여 빛의 산란을 증가시켜 LED의 밝기를 증가시켰다. NRM 공정에서 금속은 전자빔으로 증착한 후 광 리소그래피 과정을 거치고 식각 공정을 거쳐 표면식각을 실시함으로써 n-GaN 층의 표면을 거칠게 만들었다. 메사 (MESA) 공정으로 시료의 표면의 일부를 n-GaN 층이 드러나도록 식각을 실시했다.
광 효율을 증가시키기 위하여 p 패드 금속 아래에 전류 차단 층으로 SiO₂ 절연 층을 갖도록 하고, 동시에 p 전극 핑거를 확장시켜 전류의 퍼짐을 증가시키면서 p 패드 전극으로 인한 손실을 줄여 향상된 광 출력 특성을 관찰 하였다. LED의 동작을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 살펴보기 위하여, ATLAS 소프트웨어 툴을 사용하여 LED의 활성 층에서 전류밀도의 분포를 계산하였다.
MESA 공정시 음극 주위에 거친 표면을 형성하거나 음극 전극을 형성할 때, n-GaN 층에 ICP (Inductively Coupled Plasma) 장비로 건식 식각을 실시했다. 그리고 열을 가해 어닐링을 실시하고, p 패드 전극 영역 아래에 CBL (Current Blocking Layer) 역할을 하도록 50 nm와 100 nm 두께를 갖는 두 종류의 SiO₂ 층을 PECVD 공정으로 증착하고, 광 리소그래피 공정을 거쳐 BOE (Buffered Oxide Etchant) 용액으로 식각하여 형성하였다. 이어서 PM (P-GaN Metallization) 공정을 실시하는데, 이는 투명 p 전극으로 260 um 두께의 ITO (Indium Tin Oxide) 층을 전자빔으로 증착하는 공정이다.
NRM 공정에서 금속은 전자빔으로 증착한 후 광 리소그래피 과정을 거치고 식각 공정을 거쳐 표면식각을 실시함으로써 n-GaN 층의 표면을 거칠게 만들었다. 메사 (MESA) 공정으로 시료의 표면의 일부를 n-GaN 층이 드러나도록 식각을 실시했다. MESA 공정시 음극 주위에 거친 표면을 형성하거나 음극 전극을 형성할 때, n-GaN 층에 ICP (Inductively Coupled Plasma) 장비로 건식 식각을 실시했다.

데이터처리

컴퓨터 시뮬레이션은 실바코 사의 ATLAS 소프트웨어 툴을 사용하여 LED의 활성 층에서 전류밀도의 분포를 계산하였다.

성능/효과

SiO₂ 절연 층을 전류 차단 층으로 사용하지 않은 통상의 LED와 비교할 때, p 패드의 직경이 100 um이고 핑거의 폭은 6 um인 경우의 광출력이 1.06 배 정도의 향상된 결과를 나타냈다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GaN 기반의 LED는 무엇을 기판으로 사용하는가?	일반적인 GaN 기반의 LED는 사파이어를 기판으로 사용하는데, 사파이어가 절연체인 관계로 n형 패드와 p 형 패드가 LED 칩의 동일한 쪽에 형성되어 있고, p 전극이 광 경로의 중간에 위치함으로써 p 패드 근처에서 광이 흡수되어 빛의 일부가 손실되는 피할 수 없는 문제점이 있다[5]. 따라서 GaN 기반의 LED에서 광출력을 증가 시키기 위해서는 p 패드에서 빛이 흡수되는 문제를 해결 하는 것이 중요하다.
	넓은 활성층 아래에 위치한 수 마이크로미터 밖에 안 되는 얇은 층에서 전류가 균일하게 퍼지는 것은 불가능한 이유는?	고출력 소자들은 보통의 저출력 소자에 비하여 넓은칩 면적과 활성층을 가지고 있다. 따라서 넓은 활성층 아래에 위치한 수 마이크로미터 밖에 안 되는 얇은 층에서 전류가 균일하게 퍼지는 것은 불가능하다.
	GaN 기반의 LED는 어떤 문제가 있는가?	일반적인 GaN 기반의 LED는 사파이어를 기판으로 사용하는데, 사파이어가 절연체인 관계로 n형 패드와 p 형 패드가 LED 칩의 동일한 쪽에 형성되어 있고, p 전극이 광 경로의 중간에 위치함으로써 p 패드 근처에서 광이 흡수되어 빛의 일부가 손실되는 피할 수 없는 문제점이 있다[5]. 따라서 GaN 기반의 LED에서 광출력을 증가 시키기 위해서는 p 패드에서 빛이 흡수되는 문제를 해결 하는 것이 중요하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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