초록 ▼

1. 연구개요
전 세계적으로 자연 환경의 보존과 기후변화에 대응하기 위한 정책과 연구가 중요시 되고 있는 가운데 전통적인 광원인 백열전구 및 형광등은 미국, 유럽 등 세계의 주요국가에서 규제를 실시하고 있으며 향후에는 고체상태의 광원인 Light-emitting diode(LED)를 이용하여 기존의 광원 대체하려는 계획을 세우고 있다. LEDs는 10년이상 사용가능하며 에너지 효율이 기존의 광원에 비해 월등히 높아 친환경 소재개발에서는 필수적인 연구과제가 되어가고 있다. 특히, Aluminum Nitride(AlN), Gall

1. 연구개요
전 세계적으로 자연 환경의 보존과 기후변화에 대응하기 위한 정책과 연구가 중요시 되고 있는 가운데 전통적인 광원인 백열전구 및 형광등은 미국, 유럽 등 세계의 주요국가에서 규제를 실시하고 있으며 향후에는 고체상태의 광원인 Light-emitting diode(LED)를 이용하여 기존의 광원 대체하려는 계획을 세우고 있다. LEDs는 10년이상 사용가능하며 에너지 효율이 기존의 광원에 비해 월등히 높아 친환경 소재개발에서는 필수적인 연구과제가 되어가고 있다. 특히, Aluminum Nitride(AlN), Gallium Nitride(GaN), Indium Nitride(InN)을 기반으로 하는 질화물 반도체의 경우 넓은 영역의 직접 에너지 밴드갭을 가지고 있기 때문에 자외선에서 적외선영역까지 모든 빛을 발광할 수 있어, 각 국의 많은 그룹에서 연구가 진행되고 있다. 기존의 상용화 되어있는 백색 LED의 경우 청색의 LED에 노란색의 형광체를 사용하여 두 빛을 섞는 것이 일반적이다.1 그러나 이와 같은 경우는 두 빛을 섞기 때문에 연색성이 떨어지고, 에너지 변환과정에서의 에너지 손실이 불가피하다. 뿐만 아니라 형광체의 경우 해외에서 많이 개발되었는데 특허로 인한 사용 제약이 있어서 연구 개발과 상용화에 어려움이 있다.2
형광체를 이용하지 않은 백색 LED를 만들기 위해서는 단일 칩에서 다양한 파장을 가지는 빛을 발광할 수 있어야 한다. 최근까지도 타 연구 그룹에서 rod shape, nano pyramid 등의 3차원 구조체를 이용하여 백색발광을 얻으려는 시도가 있었으나,3,4 wafer capacity가 작은 Molecular Beam Epitaxy(MBE) 방식으로 반도체를 성장하거나 수율이 낮은 나노패터닝을 이용하였기 때문에 상용화하거나 대량생산 하는 것에 한계가 있었다.

2. 연구방법
대량생산이 가능한 마이크로 패터닝과 금속유기화학증착법(Metal-Oganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)을 이용하여 3차원 구조를 형성하였다 [그림 A]. 이렇게 형성된 3차원 반도체 구조 위에 MOCVD로 질화물 반도체 다중양자우물을 성장함으로써, 다양한 면에서 나오는 넓은 파장대역의 빛을 혼합하는 독특한 방법으로 백색 LED를 구현하였다.

3. 연구결과
3-1. 무형광체 백색 LED 제작 및 운반자 주입효율의 공간분해 측정법5
본 연구에서 진행하는 내용을 기반으로 형광체를 쓰지 않고 백색 LED를 제작하여 전기구동에 성공하였다. 또한 최초로 전류의 세기를 변화하여도 지속적으로 동일한 백색광을 유지함을 보였다. 또한, 고배율 대물렌즈를 사용하여 광여기와 전기여기의 광학적 비교 분석을 진행함으로서 국소적 운반자의 주입효율을 분석하는 방법을 고안하여 소개하였다. 이 소결과는 Light: Science & Application지에 2016년 2월 게제되었으며 표지그림으로도 선정되었다.

3-2. 3차원 구조 발광구조에 대한 포토닉스 연구6
위 연구방법으로 제작된 3차원 피라미드 구조체의 경우, 구조체 표면에 금속을 증착 할 경우 꼭지점에서 빌광하는 양자광원을 구조체의 밑 몇으로 방향성있게 추출 할 수 있음을 보였다. 이 결과는 후에 LED나 양자 정보처리 분야의 토대가 되는 소자로 이용될 수 있으면 광섬유와 결합하여 활용의 범위를 넓일 수 있다. 이 소결과는 Nano letters 지에 2016년 9월에 소개 되었다.

(출처 : 국문 요약문 5p)

Abstract ▼

1. Introduction
As importance of policy and research for dealing with climate change and nature conservation emerges, usage of incandescent bulb and fluorescent light has been regulated by governments of the United States and European Union, planning to substitute them into solid state lighting s

1. Introduction
As importance of policy and research for dealing with climate change and nature conservation emerges, usage of incandescent bulb and fluorescent light has been regulated by governments of the United States and European Union, planning to substitute them into solid state lighting such as LEDs in near future. LEDs can be used more than 10 years and has lower energy consumption. Especially, nitride semiconductors such as Aluminum Nitride, Gallium Nitride and Indium Nitride have been studied by many research groups due to their broadband direct bandgap and light emission from UV to near IR. The most general form of conventional white LEDs consist of blue LED and yellow phosphor1, but in this case, CRI is reduced as two colors are mixed together, and energy conversion loss is inevitable. In addition, new development of research about phosphors is difficult due to existing patents overseas.2 A single chip must be capable of emitting various wavelengths in order to fabricate phosphor-free white LEDs. A lot of research has been done for obtaining white light emission from three dimensional structures such as rods and nano-pyramids.3,4 However, in these cases the mass production is impractical or difficult as these structures are obtained by using molecular beam epitaxy (MBE) to fabricate the semiconductor or by using nano-patterning.

2. Method
Figure A shows the schematic of a mass-reproducible three dimensional structures by micro patterning and Metal –Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) method. Fabricating nitride semiconductor multi quantum wells on top of such three dimensional structures by MOCVD allows realization of white LED with emissions with different wavelengths from different facets of the structures.

3. Results
3-1. Spatially resolved analysis of carrier injection efficiency and phosphor-free white LED fabrication5
Electrically driven white LED without the use of phosphors, based on the method suggested in this research, was demonstrated. In addition, for the first time, consistent white light emission was shown even when the current injection was varied. Furthermore, method of analyzing local carrier injection efficiency was introduced by comparing current injection and photon injection monitored by using high magnification objective lens. This result is selected as the cover image for the journal Light: Science & Application to be published in January of 2016.

3-2. Highly uni-directional emission toward the bottom side of the pyramid with metallic hybridization
The aforementioned 3D pyramid structures showed highly uni-directional quantum light emission toward their bottom when hybridize with a metal layer on them. These results can be basements for future LEDs and/or quantum information technologies, as well as studies on fiber-coupling for various applications. These research was published in Nano letters on September, 2016.

(출처 : SUMMARY 2p)

목차 Contents

• COVER ... 1
• Summary ... 2
• 국문 요약문 ... 5
• 1. Research Purpose ... 8
• 2. Research Target and Achievement ... 8
• 3. Research Method ... 9
• 4. Research Results ... 9
• (1) Outcome results ... 9
• (2) Further research required ... 19
• (3) Findings deserve to press ... 19
• 5. Research Outcomes ... 21
• (1) Publication ... 21
• (2) Conference presentation ... 21
• (3) Patents ... 23
• (4) Creation of New Big Project ... 24
• 6. Reference ... 25
• 7. Total Research Output ... 26
• 붙임 : 국문보고서 ... 27
• 1. 연구목적 ... 27
• 2. 연구목표와 성과 ... 28
• 3. 연구방법 ... 28
• 4. 연구결과 및 고찰 ... 29
• 5. 연구결과물 발표실적 ... 42
• 6. 참고문헌 ... 46
• 7. 연구실적 종합표 ... 47
• End of Page ... 47