초록 ▼

□ 연구개요
본 연구개발과제는 한 소자에서 여러 파장의 빛을 동시에 낼 수 있는 LED를 형광체없이 구현하는 것을 연구 목표로 한다. 이를 위해 하나의 GaN-based LED 내에 다른 파장의 빛을 낼 수 있는 MQW(multi-quantum well)을 순차적으로 성장시킨다. trench 구조가 없는 일반적인 LED에서는 hole과 electron의 mobility 차이로 p-GaN에 인접한 MQW에서 대부분의 빛이 발생하게 된다. 후속 공정에서 p-GaN으로부터 MQW 내부로 뻗어 있는 trench 구조를 형성하고 이 t

□ 연구개요
본 연구개발과제는 한 소자에서 여러 파장의 빛을 동시에 낼 수 있는 LED를 형광체없이 구현하는 것을 연구 목표로 한다. 이를 위해 하나의 GaN-based LED 내에 다른 파장의 빛을 낼 수 있는 MQW(multi-quantum well)을 순차적으로 성장시킨다. trench 구조가 없는 일반적인 LED에서는 hole과 electron의 mobility 차이로 p-GaN에 인접한 MQW에서 대부분의 빛이 발생하게 된다. 후속 공정에서 p-GaN으로부터 MQW 내부로 뻗어 있는 trench 구조를 형성하고 이 trench를 통해 hole을 p-GaN으로부터 MQW의 원하는 위치까지 전달하여 trench의 유무와 깊이에 따라 발생하는 빛의 파장을 조절할 수 있도록 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
제안된 LED 구조를 최적화하기 위한 TCAD simulation 환경을 구축하고 청색 파장을 방출하는 GaN-based LED의 측정 결과를 기준으로 정합성을 확보하였다. 또한 이와 같이 구축된 TCAD simulation 환경에서 MQW의 indium 함량을 변화시켰을 때 방출되는 파장의 변화를 확인하였고 해당 결과를 측정 결과와 비교하여 검증하였다. 앞서 설명한 과정을 통해 정합성 검증이 진행된 TCAD simulation을 기반으로 동작 과정에서 두 가지 파장의 빛을 동시에 방출하기 위한 MQW 및 trench 구조 최적화를 진행하였다. 해당 결과를 기반으로 MOCVD를 통한 성장 과정에서 각 MQW의 indium 함량을 다르게 조정하여 하나의 LED 소자에서 두 가지 파장 대역의 빛을 방출하기 위한 MQW 구조를 확보하였고, 형성된 MQW 구조에서 여러 파장 대역의 빛이 동시에 발생함을 검증하였다. 또한 해당 MQW 구조에서 dry etch와 p-GaN regrowth를 통해 앞서 최적화한 trench 구조 확보를 진행하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
해당 연구를 통해 한 LED에서 청색광과 황색광을 동시에 방출하여 형광체 없이 백색광 구현이 가능하기 때문에 형광체로 인해 발생하는 LED의 효율 감소 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한 같은 wafer 내에서 적색, 녹색, 청색 각각의 빛을 내는 LED를 동시에 제작할 수 있기 때문에 micro-LED 제조를 위한 각각의 소자 공정 과정에서의 비용과 복잡성을 크게 줄일 수 있고, 이후 제작 과정에서도 난이도가 높은 전사 단계를 없애거나 간략화 할 수 있다. 이러한 trench 구조를 사용하여 MQW의 넓은 범위에서 고르게 radiative recombination이 일어나도록 할 수 있기 때문에 기존의 GaN-based LED 대비 내부 양자 효율의 개선 효과도 기대할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구목표 ... 4
• 2) 연구 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) TCAD simulation 환경 구축 ... 4
• 2) MQW indium 함량에 따른 파장 변화 평가 ... 5
• 3) MQW과 trench 구조 분석 및 최적화 ... 6
• 2) MQW 형성 ... 7
• 3) MQW의 특성 검증 및 trench 구조 형성 ... 8
• 4) 확보된 MQW에 trench 구조 적용 시 특성 검증 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 1) 백색 LED 제품 분야 기여 ... 11
• 2) micro-LED 제품 분야 기여 ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 33