This study develops a highly transparent ohmic contact using phosphorus doped ZnO with current spreading for p-GaN to increase the optical output power of nitride-based light-emitting diodes (LEDs). The phosphorus doped ZnO transparent ohmic contact layer was prepared by radio frequency magnetron sputtering with post-deposition annealing. The transmittance of the phosphorus doped ZnO exceeds 90% in the region of 440 nm to 500 nm. The specific contact resistance of the phosphorus doped ZnO on p-GaN was determined to be $7.82{\times}10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm^2$ after annealing at $700^{\circ}C$. GaN LED chips with dimensions of $300\times300{\mu}m$ fabricated with the phosphorus doped ZnO transparent ohmic contact were developed and produced a 2.7 V increase in forward voltage under a nominal forward current of 20 mA compared to GaN LED with Ni/Au Ohmic contact. However, the output power increased by 25% at the injection current of 20 mA compared to GaN LED with the Ni/Au contact scheme.
한국정보디스플레이학회 2003년도 International Meeting on Information Display
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pp.368-369
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2003
The recent development of InGaN-based white light emitting diodes (LEDs) has expanded their potential applications in areas such as white electric home appliances, backlight for mobile phone or notebook PC, and indoor lightings. In this lecture, recent researches related to the phosphors for LEDs applications and their luminescent properties were reviewed. PDPs are considered as the most potential flat panel displays with a large-screen size. Phosphors in PDPs directly affect the brightness and lifetime. So, many researchers have tried to improve the luminescence characteristics of the phosphors especially under vacuum ultraviolet (VUV) excitation. We overviewed recent research trends and conclusive achievements for the PDP phosphors.
GaN-based green light-emitting diode (LED) structures suffer from low internal quantum efficiency (IQE), known as the "green gap" problem. The IQE of LED structures is expected to be improved to some extent by exploiting the Purcell effect. In this study, the Purcell effect on the IQE of green LED structures is investigated numerically using a finite-difference time-domain simulation. The Purcell factor of flip-chip LED structures is found to be more than three times as high as that of epi-up LED structures, which is attributed to the high-reflectance mirror near the active region in the flip-chip LED structures. When the unmodified IQE is 20%, the relative enhancement of IQE can be greater than 50%, without utilizing the surface-plasmon coupling effect. Based on the simulation results, the "green gap" problem of GaN-based green LEDs is expected to be mitigated significantly by optimizing flip-chip LED structures to maximize the Purcell effect.
This study investigated a graded-refractive-index (GRIN) coating pattern capable of improving the light extraction efficiency of GaN light-emitting diodes (LEDs). The planar LEDs had total internal reflection thanks to the large difference in refractive index between the LED semiconductor and the surrounding medium (air). The main goal of this paper was to reduce the trapped light inside the LED by controlling the refractive index using various compositions of (TiO2)x(SiO2)1-x in GRIN LEDs consisting of five dielectric layers. Several types of multilayer LEDs were simulated and it was determined the transmittance value of the LEDs with many layers was greater than the LEDs with less layers. Then, the specific ranges of incident angles of the individual layers which depend on the refractive index were evaluated. According to theoretical calculations, the light extraction efficiency (LEE) of the five-layer GRIN is 25.29 %, 28.54 % and 30.22 %, respectively. Consequently, the five-layer GRIN LEDs patterned enhancement outcome LEE over the reference planar LEDs. The results suggest the increased light extraction efficiency is related to the loss of Fresnel transmission and the release of the light mode trapped inside the LED chip by the graded-refractive-index.
Kim, Jang Hyun;Kim, Garam;Park, Euyhwan;Kang, Dong Hoon;Park, Byung-Gook
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제15권1호
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pp.114-121
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2015
In conventional LEDs, a mesa-structure is usually used and it causes the current to be overcrowded in a specific region. We propose a novel structure of GaN-based LED to overcome this problem. In order to distribute the current in an active region, a spreading pad is inserted at the p-type region in the GaN based LED device. The inserted spreading pad helps the current flow because it is more conductive than the p-type GaN layer. By performing electrical and optical simulations, the effects of the spreading pad insertion are confirmed. The results of electrical simulation show that the current spreads more uniformly and more radiative recombination is produced as well. Moreover, from the optical simulation, it is revealed that the ITO is less absorptive material than p-GaN if the condition of specific wavelength sources is satisfied. Considering all of the results, we can conclude that the luminescent power is enhanced by the spreading pad.
Currently GaN based LED is known to show high internal or external efficiency at low current range. However, this LED operation occurs at high current range and in this range, a significant performance degradation known as 'efficiency droop' occurs. Auger process, carrier leakage process, field effect due to lattice mismatch and thermal effects have been discussed as the causes of loss of efficiency, and these phenomena are major hindrance in LED performance. In order to investigate the main effects of efficiency loss and overcome such effects, it is essential to obtain relative proportion of measurements of internal quantum efficiency (IQE) and various radiative and nonradiative recombination processes. Also, it is very important to obtain radiative and non-radiative recombination times in LEDs. In this research, we measured the IQE of InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) LEDs with PSS and Planar substrate using modified ABC equation, and investigated the physical mechanism behind by analyzing the emission energy, full-width half maximum (FWHM) of the emission spectra, and carrier recombination dynamic by time-resolved electroluminescence (TREL) measurement using pulse current generator. The LED layer structures were grown on a c-plane sapphire substrate and the active region consists of five 30 ${\AA}$ thick In0.15Ga0.85N QWs. The dimension of the fabricated LED chip was $800um{\times}300um$. Fig. 1. is shown external quantum efficiency (EQE) of both samples. Peak efficiency of LED with PSS is 92% and peak efficiency of LED with planar substrate is 82%. We also confirm that droop of PSS sample is slightly larger than planar substrate sample. Fig. 2 is shown that analysis of relation between IQE and decay time with increasing current using TREL method.
In this work, we investigate ohmic contacts to p-type GaN using a Pt/Cu/Au metallization scheme in order to achieve low resistance and thermally stable ohmic contact on p-GaN. An ohmic contact formed by a metal electrode deposited on a highly doped InGaN/GaN superlattice sturucture on p-GaN layer. The specific contact resistance is $1.56{\times}10^{-6}{\Omega}cm^2$ for the as-deposited sample, $1.35{\times}10^{-4}{\Omega}cm^2$ for the sample annealed at $250^{\circ}C$ and $6.88{\times}10^{-3}{\Omega}cm^2$ for the sample annealed at $300^{\circ}C$.
InGaN/GaN LEDs는 1993년에 처음 소개 된 이래로, 성장, 제품 면에서 끊임없는 발전을 이루어 왔다. 따라서 GaN 기반의 LED는 조명, 디스플레이 그리고 후광 발광판 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 현재 GaN 기반의 LED는 낮은 작동전류에서 높은 내부, 외부 효율을 보인다고 알려져 있다. 그러나 LED는 보통 높은 작동 전류에서 사용하고 있는데 이 전류 값에서 'Efficiency Droop'이라 하는 효율 저하가 나타난다. 이 현상의 원인으로는 결함, Auger 영향, 캐리어 누설, 격자 불일치로 인한 내부 장 효과, 그리고 온도의 영향 등이 이 효율저하를 일으키는 주된 원인으로 생각되고 있다. 하지만 최근 효율저하의 원인에 대하여 결함, 그리고 온도 변화의 실험 등을 통하여 실험적으로 Auger 영향은 효율 저하의 원인으로 가능성이 매우 낮고 누설 전류가 효율저하의 주된 원인의 가능성이 높다고 많은 그룹에서 문제제기를 하고 있는 추세이다. 이 연구에서, 효율저하의 특성을 분석하기 위하여 GaN 기반의 EBL이 있는 LED와 없는 LED를 이용하였다. I-V 곡선, 주입 전류에 따른 반치폭의 변화와 스펙트럼의 변화, 그리고 외부 효율 등의 비교 분석을 통하여 효율 저하의 원인이 누설 전류에 의함이라고 분석을 할 수 있었다.
Effects of thin ZnO/Mg interlayers on electrical and optical properties between p-GaN and ITO were characterized for its application to GaN-LEDs. The ZnO and Mg layers were deposited to have various thicknesses (1${\sim}$6nm for ZnO and 1${\sim}$2nm for Mg) by sputtering. After RTA process, the atomic migration between Mg and ZnO and the formation of Ga vacancy were observed from SIMS depth profile, resulting in the increase of hole concentration and the reduction of band bending at the surface region of p-GaN. The sample using ZnO(2nm)/Mg(2nm) interlayer produced the lowest contact resistance with SBH(Schottky barrier height) of 0.576 eV and the transmittance higher than 83% at a wavelength of 460nm when annealed at 500$^{\circ}C$ for 3min in air ambient.
Gallium Nitride(GaN) attracts great attention due to their wide band gap energy (3.4eV), high thermal stability to the solid state lighting devices like LED, Laser diode, UV photo detector, spintronic devices, solar cells, sensors etc. Recently, researchers are interested in synthesis of polycrystalline and amorphous GaN which has also attracted towards optoelectronic device applications significantly. One of the alternatives to deposit GaN at low temperature is to use Single Source Molecular Percursor (SSP) which provides preformed Ga-N bonding. Moreover, our group succeeds in hybridization of SSP synthesized GaN with Single wall carbon nanotube which could be applicable in field emitting devices, hybrid LEDs and sensors. In this work, the GaN thin films were deposited on c-axis oriented sapphire substrate by MBE (Molecular Beam Epitaxy) using novel single source precursor of dimethyl gallium azido-tert-butylamine($Me_2Ga(N_3)NH_2C(CH_3)_3$) with additional source of ammonia. The surface morphology, structural and optical properties of GaN thin films were analyzed for the deposition in the temperature range of $600^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$. Electrical properties of deposited thin films were carried out by four point probe technique and home made Hall effect measurement. The effect of ammonia on the crystallinity, microstructure and optical properties of as-deposited thin films are discussed briefly. The crystalline quality of GaN thin film was improved with substrate temperature as indicated by XRD rocking curve measurement. Photoluminescence measurement shows broad emission around 350nm-650nm which could be related to impurities or defects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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