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표제지

목차

국문초록 7

1. 서론 9

2. 이론적 배경 10

가. 반도체 발광 다이오드 10

나. 발광 다이오드의 동작 원리 11

1) 발광 재결합과 비발광 재결합 11

2) 발광 비발광 재결합 사이의 경쟁 12

다. 발광다이오드의 광학적인 특성 13

1) 내부양자효율 13

2) 광추출효율 13

3) 외부양자효율 13

4) 전력효율 14

5) 방출 스펙트럼 14

6) 광 탈출 원뿔 15

7) 방출세기의 온도 의존성 16

라. 높은 광 추출효율 구조 16

1) 에너지 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 빛의 흡수 16

2) 이중 이종접합에서의 흡수 17

3) LED 다이스의 모양 18

4) 전류 퍼짐 층 20

5) 십자형 접합과 그 외의 접합 20

6) 투명 기판 기술 21

7) 무반사 광학 코팅 22

8) 분포된 Bragg 반사면(DBR) 22

9) 전류저지층 24

마. FDTD Simulation 24

1) Simulation에 대한 기본 정보 24

3. 실험 방법 27

가. Patterned n-type GaN Substrate(PNS) process 27

4. 실험 결과 및 고찰 28

가. FDTD Simulation 결과 28

나. 각 PNS 공정 결과 29

1) Mask condition (ex. PECVD-SiO₂(n＝1.45) 29

2) ICP condition 변화에 따른 nano-pattern 결과 37

3) ITO removal by ITO etchant 38

다. nano-pattern으로 사용하는 SiO₂의 굴절율 변화에 따른 실험 결과 39

라. SiO₂ nano-pattern의 pattern size 변화에 따른 실험 결과 41

1) XRD, TEM 그리고 PL 분석 결과 43

2) L-I-V와 EL image 분석 결과 46

5. 결론 49

참고문헌 50

영문초록 52

표목차

표 2.1. 무반사 코팅에 적합한 물질 22

표 2.2. 가시광선과 적외선 영역에 사용되는 DBR 재료의 특성 23

표 4.1. PNS 산란점 크기 및 밀도 변경 Test 조건 30

표 4.2. Rocking curve로 측정한 XRD 결과. 43

그림목차

그림 2.1. 발광 재결합과 비발광 재결합을 나타낸 밴드 다이어그램 11

그림 2.2. 밴드 대 밴드 발광과 deep level 발광을 나타낸 GaN의 발광 스펙트럼. 12

그림 2.3. 수직방향 전자-홀 재결합과 광자 방출을 나타내는 전자와 홀의 포물선 분산 관계. 14

그림 2.4. 에너지 밴드갭보다 작은 에너지를 갖는 빛의 흡수. 17

그림 2.5. 빛이 반도체 내부에 갇히는 현상. 18

그림 2.6. 완전 투과 효율을 갖는 발광다이오드의 기하학적인 형태. 18

그림 2.7. (a) 평행사각육면제와 (b) 원통형 발광다이오드 19

그림 2.8. TIP 발광다이오드 19

그림 2.9. 고효율 AlInGaP 발광다이오드에서의 전류 퍼짐층. 20

그림 2.10. (a) 원형 메탈 접합 (b) 십자 원형 메탈 접합 (c) 큰 사이즈의 발광다이오드에서의 메탈 접합 21

그림 2.11. (a) 흡수기판을 사용한 발광다이오드 (b) 투명기판을 사용한 발광다이오드 21

그림 2.12. 투명기판 발광다이오드를 제작하는 공정 22

그림 2.13. 파장에 따른 DBR의 반사율 23

그림 2.14. 상단 제한층 위에 위치한 n형 전류저지층. 24

그림 2.15. FDTD 계산을 위한 LED 모델링 26

그림 3.1. PNS를 삽입한 LED 구조. 27

그림 4.1. SiO₂ 굴절율 차이에 따른 상대적 광출력 비교 시뮬레이션 28

그림 4.2. 박막두께 t＝300㎚에서 SiO₂ 굴절율 차이에 따른 상대적 광출력 비교 시뮬레이션 결과 29

그림 4.3. RTA를 통해 700℃에서 Au 입자화를 실시한 SEM 사진. 30

그림 4.4. HCl 의한 ITO 두께에 따라 입자화를 실시한 SEM 사진. 31

그림 4.5. HCl solution에 한 ITO 두께에 따라 입자의 diameter와 density. 32

그림 4.6. HCl solution 비율에 따라 입자화를 실시한 SEM 사진. 33

그림 4.7. HCl solution따른 입자의 diameter와 density. 34

그림 4.8. HCl에 의해 etching time에 따라 입자화를 실시한 SEM 사진. 35

그림 4.9. etching time에 따른 입자의 diameter와 density. 36

그림 4.10. ICP에 의해 ITO mask를 이용해 SiO₂를 etching한 SEM 사진. 38

그림 4.11. ITO etchant에 의해 ITO mask가 제거된 후 남은 SiO₂ nano-pattern에 대한 SEM 사진. 38

그림 4.12. The self-assembled ITO masks on SiO₂ layer 39

그림 4.13. The SiO₂ nano-patterns etched by ICP using the ITO etching masks. 39

그림 4.14. Cross-section images of the SiO₂ nano-patterns after n-type GaN re-growth 40

그림 4.15. a) nano-patterns without heat treatment, b) nano-patterns after heat treatment @ 1090℃, N2 ambient, c) nano-patterns after heat treatment @1090℃, H2 ambient. 40

그림 4.16. SOG(n＝1.35) nano-pattern 위에 n-GaN regrowth 후의 SEM 사진. 41

그림 4.17. ITO mask size를 200, 250, 300㎚로 제어한 후 측정한 SEM 사진. 42

그림 4.18. PNS 샘플 위에 다시 n-GaN을 regrowth 한 SEM 사진. 42

그림 4.19. nano-pattern들이 dislocation을 blocking해주는 효과를 보여주는 TEM 사진. 43

그림 4.20. reference 샘플과 PNS layer가 single, double layer로 삽입된 샘플 구조를 나타내는 그림. 44

그림 4.21. PL 결과. 45

그림 4.22. L-I-V 특성을 나타내는 그래프 47

그림 4.23. EL images. 48

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