• Current Optics and Photonics
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• 제7권5호
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• pp.496-503
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• 2023

We present a detailed analysis of the light extraction efficiency (LEE) of a core-shell nanorod light emitting diode (LED) using finite-difference time-domain (FDTD) simulations. We found that the LEE has a deep dependence on source positions and polarization directions based on the calculated LEE results for every x and z position inside the core-shell nanorod structure. The LEEs are different for the upper part (pyramid) and the lower part (sidewall) of the core-shell nanorod owing to total internal reflection (TIR) and the generated optical modes in the structure. As a result, the LEE of sidewall is much larger than that of pyramid. The averaged LEE of the core-shell nanorod LED is also investigated with variable p-GaN thickness, n-GaN thickness, and height for the design guidelines for the optimized LEE of core-shell nanorod LEDs.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.249-249
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• 1999

GaN과 같은 III-nitride 반도체 관한 식각 기술의 연구는 blue-emitting laser diode(LD)를 위한 경면(mirror facet)의 형성뿐만아니라 새로운 display 용도의 light emitting diodes (LED), 고온에서 작동되는 광전소자 제조 등에도 그 중요성이 증대되고 있다. 최근에는 III-nitride 물질의 높은 식각속도와 미려하고 수직한 식각형상을 이루기 위하여 ECR(Electron Cyclotron Resonance)이나 ICP(Inductively Coupled Plasma)와 같은 고밀도 플라즈마 식각과 CAIBE(Chemically assisted ion beam etching)를 이용한 연구가 진행되고 있다. 현재 제조되어 지고 있는 LED 및 LD와 같은 광소자의 구조의 대부분은 p-GaN/AlGaN/InGaN(Q.W)/AlGaN/n-GaN 와 같은 여러 층의 형태로 이루어져 있다. 이중 InGaN는 광소자나 전자소자의 특성에 영향을 주는 가장 중요한 부분으로써 현재까지 보고된 식각연구는 undoped GaN에 대부분 집중되고 있고 이에 비해 소자 특성에 핵심을 이루는 InGaN의 식각특성에 관한 연구는 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 고밀도 플라즈마원인 ICP 장비를 이용하여 InGaN를 식각하였고, 식각에는 Cl2/CH4, Cl2/Ar 플라즈마를 사용하였다. InGaN의 식각특성에 영향을 미치는 플라즈마의 특성을 관찰하기 위하여 quadrupole mass spectrometry(QMS)와 optical emission spectroscopy(PES)를 사용하였다. 기판 온도는 5$0^{\circ}C$, 공정 압력은 5,Torr에서 30mTorr로 변화시켰고 inductive power는 200~800watt, bias voltage는 0~-200voltage로 변화시켰으며 식각마스크로는 SiO2를 patterning 하여 사용하였다. n-GaN, p-GaN 층 이외에 광소자 제조시 필수적인 InGaN 층을 100% Cl2로 식각한 경우에 InGaN의 식각속도가 GaN에 비해 매우 낮은 식각속도를 보였다. Cl2 gas에 소량의 CH4나 Ar gas를 첨가하는 경우와 공정압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정 압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%CHF3 와 Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정압력을 15mTorr로 감소시키는 경우 InGaN과 GaNrks의 선택적인 식각이 가능하였다. InGaN의 식각속도는 Cl2/Ar 플라즈마의 이온에 의한 Cl2/CHF3(CH4) 플라즈마에서의 CHx radical 형성에 의하여 증가하는 것으로 사료되어 진다.

• 한국재료학회지
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• 제23권3호
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• pp.177-182
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• 2013

Nanosphere lithography is an inexpensive, simple, high-throughput nanofabrication process. NSL can be done in different ways, such as drop coating, spin coating or by means of tilted evaporation. Nitride-based light-emitting diodes (LEDs) are applied in different places, such as liquid crystal displays and traffic signals. The characteristics of gallium nitride (GaN)-based LEDs can be enhanced by fabricating nanopatterns on the top surface of the LEDs. In this work, we created differently sized (420, 320 and 140 nm) nanopatterns on the upper surfaces of GaN-based LEDs using a modified nanosphere lithography technique. This technique is quite different from conventional NSL. The characterization of the patterned GaN-based LEDs revealed a dependence on the size of the holes in the pattern created on the LED surface. The depths of the patterns were 80 nm as confirmed by AFM. Both the photoluminescence and electroluminescence intensities of the patterned LEDs were found to increase with an increase in the size of holes in the pattern. The light output power of the 420-nm hole-patterned LED was 1.16 times higher than that of a conventional LED. Moreover, the current-voltage characteristics were improved with the fabrication of differently sized patterns over the LED surface using the proposed nanosphere lithography method.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제48권3호
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• pp.12-17
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• 2011

본 논문에서는 기존의 대면적 수평형 GaN (Gallium Nitride) LED (Light-emitting diode) 전극패턴이 갖는 전류의 집중현상 및 소자 내 발열문제를 최소화하고 전기적 광학적 특성의 향상을 위하여 팔각 핑거 타입의 전극패턴을 제안하였고, 범용적으로 사용되는 기본 전극패턴 및 그를 대칭적으로 개량한 전극패턴과의 특성을 비교 분석하였다. 상용 3차원 시뮬레이터 SpecLED/RATRO를 통한 시뮬레이션 결과, 본 연구에서 제안한 팔각 핑거 타입의 전극패턴을 갖는 LED 소자가 동일한 350 mA의 전류주입 하에서의 동작전압이 약 0.34 V 정도 감소되는 전기적 특성의 향상을 확인하였고, 광출력 또한 타 구조에 비하여 약 7.72 mW 정도 향상되는 광학적 특성을 확인하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제10권2호
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• pp.40-43
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• 2009

The authors fabricated a nanopatterned surface on a GaN thin film deposited on a sapphire substrate and used that as an epitaxial wafer on which to grow an InGaN/GaN multi-quantum well structure with metal-organic chemical vapor deposition. The deposited GaN epitaxial surface has a two-dimensional photonic crystal structure with a hexagonal lattice of 230 nm. The grown structure on the nano-surface shows a Raman shift of the transverse optical phonon mode to $569.5\;cm^{-1}$, which implies a compressive stress of 0.5 GPa. However, the regrown thin film without the nano-surface shows a free standing mode of $567.6\;cm^{-1}$, implying no stress. The nanohole surface better preserves the strain energy for pseudo-morphic crystal growth than does a flat plane.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.347-348
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• 2008

The main goal of this work is advances in 1.0mm $\times$ 0.5mm light emitting diode using AlInGaN cell structure and display module. In the first place, we proposed $200{\mu}m{\times}200{\mu}m$ cell structure using AlInGaN. Secondly, we describe new type 1.0mm $\times$ 0.5mm blue and white LED fabrication procedure and results of an examination include mobile application.

• 대한화학회지
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• 제48권4호
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• pp.371-378
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• 2004

기존의 $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$ 녹색 발광 형광체는 주로 CRT (Cathode Ray Tube)용이나 FED (Field Emission Display), 그리고 EL (Electroluminescence)용 발광소자로 많이 연구되어졌다. 현재는 장파장 영역의 여기 특성을 이용한 LED (Light Emitting Diode)용 형광체로 주목 되어지고 있다. $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$ 형광체의 일반적 합성 방법은 Flux를 이용하여 인체에 유해한 $H_2S$나 $CS_2$ 기체를 사용할 뿐만 아니라 높은 합성온도, 긴 반응시간 및 공정이 복잡한 단점을 지니고 있다. 따라서 본 실험은 황화물계 원료인 SrS, $Ga_2S_3$ 그리고 EuS를 출발 물질로 하여 $H_2S$ 기체를 사용하지 않고 혼합 기체$(5% H_2/95% N_2)$를 사용해 환원 분위기 하에서 $SrGa_2S_4:Eu^{2+}$을 합성하였다. 그리고 다양한 합성 조건과 LED용으로 사용되기 위해 수세처리와 Sieving 과정을 거친 형광체의 발광특성을 검토하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제11권6호
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• pp.279-284
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• 2010

This study has been carried out to determine the optimal process conditions of $AZO:H_2$ thin films for the maximization of the transmittance of a blue GaN light-emitting diode (LED) with a wavelength of 470 nm. The Al-doped zinc oxide $(AZO):H_2$ thin films were deposited on a sapphire substrate by radio-frequency magnetron sputtering system with varying substrate temperatures, working pressures and annealing temperatures temperature, working pressure and annealing imposed on a AZO (2wt% $Al_2O_3$) ceramic target. The effect of these variables was investigated in order to improve the light extraction efficiency of the LED. As a result, the (002)-oriented peak was found in all the $AZO:H_2$ thin films. The lowest resistivity and the best transmittance at a wavelength of 470 nm was found to be $4.774\;{\times}\;10^{-4}\;{\Omega}cm$ and 92% at a substrate temperature of $500^{\circ}C$, working pressure of 7 mTorr and annealing temperature of $400^{\circ}C$. The transmittance of the $AZO:H_2$ thin film for the Blue GaN LED was improved by approximately 13% relative to that of a ITO thin film (T = 79%).

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.50-50
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• 2008

ZnO has been extensively studied for optoelectronic applications such as blue and ultraviolet (UV) light emitters and detectors, because it has a wide band gap (3.37 eV) anda large exciton binding energy of ~60 meV over GaN (~26 meV). However, the fabrication of the light emitting devices using ZnO homojunctions is suffered from the lack of reproducibility of the p-type ZnO with high hall concentration and mobility. Thus, the ZnO-based p-n heterojunction light emitting diode (LED) using p-Si and p-GaN would be expected to exhibit stable device performance compared to the homojunction LED. The n-ZnO/p-GaN heterostructure is a good candidate for ZnO-based heterojunction LEDs because of their similar physical properties and the reproducibleavailability of p-type GaN. Especially, the reduced lattice mismatch (~1.8 %) and similar crystal structure result in the advantage of acquiring high performance LED devices with low defect density. However, the electroluminescence (EL) of the device using n-ZnO/p-GaN heterojunctions shows the blue and greenish emissions, which are attributed to the emission from the p-GaN and deep-level defects. In this work, the n-ZnO:Ga/p-GaN:Mg heterojunction light emitting diodes (LEDs) were fabricated at different growth temperatures and carrier concentrations in the n-type region. The effects of the growth temperature and carrier concentration on the electrical and emission properties were investigated. The I-V and the EL results showed that the device performance of the heterostructure LEDs, such as turn-on voltage and true ultraviolet emission, developed through the insertion of a thin intrinsic layer between n-ZnO:Ga and p-GaN:Mg. This observation was attributed to a lowering of the energy barriers for the supply of electrons and holes into intrinsic ZnO, and recombination in the intrinsic ZnO with the absence of deep level emission.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.111-111
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• 2000

최근 질화물 반도체를 이용한 단파장 laser diode (LD)와 ultraviolet light emitting diode (LED)에 관한 관심의 증가로 인하여 AlGaN의 성장에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD)법을 이용한 AlGaN 성장에 있어서는 Al의 전구체로 널리 사용되고 있는 trimethylaluminum (TMAl)과 암모니아와의 기상에서의 adduct 형성을 억제하기 위하여 주로 저압에서 성장을 하거나 원료 가스의 유속을 증가시키는 방법으로 연구가 되고 있다. 또한, AlN의 경우 GaN보다 녹는점이 매우 높기 때문에 일반적으로 Al을 포함하는 질화물 반도체의 성장에 있어서는 GaN보다 녹는점이 매우 높기 때문에 일반적으로 Al을 포함하는 질화물 반도체의 성장에 있어서는 GaN 성장 시보다 높은 온도에서 성장이 이루어지고 있다. MOCND법을 이용하여 AlGaN를 성장시키는 대부분의 연구들은 100$0^{\circ}C$ 이상의 고온에서의 성장 온도가 AlGaN특성에 미치는 영향에 대한 것으로 국한되고 있다. 그러나, InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) 구조의 LD나 LED를 성장시키는 경우 In의 desorption을 억제하기 위하여 MQWs층 위에 저온에서 AlGaN를 성장하는 데 있어서 AlGaN의 성장 온도를 500-102$0^{\circ}C$로 변화시키면서 AlGaN의 성장거동을 고찰하였다. GaN는 사파이어 기판을 수소분위기하에서 고온에서 가열한 후 저온에서 GaN를 이용한 핵생성층을 성장하고 102$0^{\circ}C$의 고온에서 1.2$\mu\textrm{m}$정도의 두께로 성장하였다. AlGaN는 고온에서 성장된 GaN 위에 200Torr의 성장기 압력 하에서 trimethylgallium (TMGa)과 TMAl의 유속을 각각 70 $\mu$mol/min 으로 고정한 후 성장온도만을 변화시키며 증착하였다. 성장 온도가 낮아짐에 따라 AlGaN의 표면거칠기가 증가하고, 결함과 관련된 포토루미네슨스가 현저히 증가하는 것이 관찰되었다. 그러나, 성장온도가 50$0^{\circ}C$정도로 낮아진 경우에 있어서는 표면 거칠기가 다시 감소하는 것이 관찰되었다. 이러한 현상은 저온에서 표면흡착원자의 거동에 제한이 따르기 때문으로 생각되어진다. 또한, 성장 온도가 낮아짐에 따라 AlGaN의 성장을 저해하기 때문으로 판단된다. 성장 온도 변화에 따라 성장된 V의 구조적 특성 및 표면 거칠기 변화를 관찰하여 AlGaN의 성장 거동을 논의하겠다.