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 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 질화물 반도체의 경우 청색 발광이 가능하여, 각 국의 많은 그룹에서 연구가 진행되고 있다. 기존의 상용화 되어있는 백색 LED의 경우 청색의 LED에 노란색의 형광체를 사용하여 두

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 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 질화물 반도체의 경우 청색 발광이 가능하여, 각 국의 많은 그룹에서 연구가 진행되고 있다. 기존의 상용화 되어있는 백색 LED의 경우 청색의 LED에 노란색의 형광체를 사용하여 두 빛을 섞는 것이 일반적이다. 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.
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, 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 측정법
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. ELOG 효과를 동반한 3차원 LED의 전기/광학적 효율 연구
본 연구에서 제작하는 3차원 구조체 기반의 LED의 특성을 평가하고 이를 더욱 향상시킬 방법을 위해 Epitaxial Lateral Overgrowth (ELOG) 효과를 동반하는 3차원 구조체 기반의 LED를 제작하였다. 그 결과 ELOG 기법을 활용한 구조체 LED에서 향상된 전기/광학적 특성을 관측할 수 있었다. 이는 ELOG 과정에서 기판의 품질이 좋아지고 선형결함의 밀도가 낮아졌기 때문으로 분석하였다. 이 결과는 Scientific Reports 학술지에 2017년 게재되었다.

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

1. Introduction
As importance of policy and research dealing with climate change and ecology protection emerges, using incandescent bulbs 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

1. Introduction
As importance of policy and research dealing with climate change and ecology protection emerges, using incandescent bulbs 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 light emitting diodes (LEDs). LEDs can operate more than 10 years and have less power consumption compared to the previous lighting systems. Especially, III-nitride semiconductors have been studied by many research groups due to their excellent optical properties and bandgap energies suitable for visible light. The conventional white LEDs consist of blue LEDs and yellow phosphor. However, the color rendering index (CRI) is low because they use only two colors, and the energy conversion loss is inevitable. In addition, due to the existing international patent, new research and development on phosphors is difficult. To overcome these problems, phosphor-free white LEDs that can emit broad range of wavelength in a single chip are needed. A lot of research have been done to obtain white light emission from three dimensional structures such as rods and pyramids. However, mass production is impractical or difficult if the molecular beam epitaxy (MBE) or electron-beam lithography technique is used to obtain the structures. In this project, we are going to fabricate micro-sized 3 dimensional structures with the metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) and photolithography techniques that are mass-producible. Based on the structures, we plan to realize phosphor-free, electrically driven white LEDs.

2. Method
Figure A shows the schematic of fabrication process of three-dimensional structures by photolithography patterning and MOCVD growth. With InGaN multiple quantum wells on such three dimensional structures allow realization of white light emission by different wavelengths emission on different facets of the structures.

3. Results
3-1. Electrically driven phosphor-free white LEDs fabricated with Double Concentric Truncated Pyramid (DCTP) structures
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. Electrically driven highly efficient 3D LEDs by lateral overgrowth
We investigated opto-electrical properties for 3D LEDs and developed a way to improve them. We applied lateral overgrowth technique to fabricate 3D structures, and fabricated LED structures on them. As a result, 3D LEDs with lateral overgrowth technique showed much better optical and electrical properties compared to conventional LEDs. We expected reduced dislocation density and improved crystal quality resulted the better properties. These results are published in Scientific Reports on July, 2017.

(출처 : Summary 2p)

목차 Contents

• COVER ... 1
• Summary ... 2
• 국문 요약문 ... 5
• 1. Research Purpose ... 8
• 2. Research Target and Achievement ... 9
• 3. Research Method ... 9
• 4. Research Results ... 10
• (1) Outcome results ... 10
• (2) Further research required ... 21
• (3) Findings deserve to press ... 21
• 5. Research Outcomes ... 22
• (1) Publication ... 22
• (2) Conference presentation ... 23
• (3) Patents ... 26
• (4) Creation of New Big Project ... 26
• 6. Reference ... 27
• 7. Total Research Output ... 28
• 붙임 : 국문보고서 ... 29
• 1. 연구목적 ... 29
• 2. 연구목표와 성과 ... 30
• 3. 연구방법 ... 30
• 4. 연구결과 및 고찰 ... 31
• 5. 연구결과물 발표실적 ... 46
• 6. 참고문헌 ... 50
• 7. 연구실적 종합표 ... 51
• End of Page ... 51