• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.19 no.2
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• pp.61-65
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• 2009

In this paper, we report on the growth and optical characteristics of white-LED without fluorescent material. The growth of DH(double heterostructure) with AlGaN active layer was performed on a n-GaN/(0001) $Al_{2}O_{3}$ by the mixed-source HVPE and multi-sliding boat. The CRI(color rendering index) of packaging device charged in the range 72-93 with CIE chromaticity coordinates(x=$0.26{\sim}0.34$, y=$0.31{\sim}0.40$). And CCT(correlated color temperature) values was measured $5126{\sim}10406K$ with increasing injection current. The CIE point of conventional phosphor white LED shifts blue region, but cm point of non-phosphor white LED shifts opposite direction. These results show the mixed-source HVPE can be possible to newly fabricate method of phosphor free white LED with high CRI value.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.150-150
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• 2003

wide bind gap과 wurtzite hexagonal structure를 가지고 있으며 청색 발광 및 청자색 레이저 특성을 보이는 III-V족 화합물반도체 GaN는 laser diodes (LD) 및 light emitting diodes (LED) 재료로 주목받고있는 주요 전자재료이다. 본 연구에서는 GaN를 chemical vapor deposition (CVD) 법을 이용하여 vapor-liquid-solid (VLS) mechanisum에 의하여 GaN나노와이어 형태로 성장시켰다. 기판은 (001)Si을 사용하였고 suputtering을 이용하여 GaN와 AlN의 double buffer layer (DBL)를 증착시켰으며 촉매로는 Ni을 사용하였다. 또한, 원료로는 고순도 Ga금속과 NH$_3$ gas를, carrier gas로는 Ar을 사용하여 GaN/AlN/(001)Si 위에 GaN 나노와이어를 성장시켰다. 성장된 GaN 나노와이어는 DBL의 두께, Ga source의 양, 튜브 안의 압력, 튜브 안의 위치 등의 제 공정변수에 따라 tangled, straight 등의 다양한 형상을 보였으며 지름은 약 30~100 nm, 길이는 수 $\mu\textrm{m}$로 관찰되었다. GaN나노와이어의 결정성, 형상 및 발광특성 등을 x-ray diffraction (XRD), photoluminesence (PL), scanning electron microscope (SEM), transmision electron microscope (TEM) 등을 이용하여 측정하였으며 제 공정변수와의 상관관계를 규명하였다.

• Current Optics and Photonics
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• v.4 no.4
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• pp.380-390
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• 2020

In this study, the traditional electron-blocking layer (EBL) in (In,Ga)N/GaN light-emitting diodes is replaced by a circular EBL that is the same size as the n-pad. The three-dimensional (3D) nonlinear Poisson, drift-diffusion, and continuity equations are adopted to simulate current transport in the LED and its characteristics. The results indicate that the local carrier-density distribution obtained for the circular EBL design is more uniform than that for the traditional EBL design. This improves the uniformity of local radiative recombination and local internal quantum efficiency (IQE) at high injection levels, which leads to a higher lumped IQE and lower efficiency droop. With the circular EBL, the lumped IQE is higher in the outer active region and lower in the active region under the n-pad. Since most emissions from the active region under the n-pad are absorbed by the n-pad, obviously, an LED with a circular EBL will have a higher external quantum efficiency (EQE). The results also show that this LED works at lower applied voltages.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2009.02a
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• pp.267-268
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• 2009

• Current Optics and Photonics
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• v.3 no.6
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• pp.516-521
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• 2019

The electrical leakage levels of GaN-based light-emitting diodes (LEDs) containing leakage paths are estimated using photoluminescence (PL) and photovoltaic properties under photoexcitation conditions. The PL intensity and open-circuit voltage (V_OC) decrease because of carrier leakages depending on photoexcitation conditions when compared with reference values for typical LED chips without leakage paths. Changes of photovoltage-photocurrent characteristics and PL intensity due to carrier leakage are employed to assess the leakage current levels of LEDs with leakage paths. The current corresponding to the reduced V_OC of an LED with leakage from the photovoltaic curve of a reference LED without leakage is matched with the leakage current calculated using the PL intensity reduction ratio and short-circuit current of the LED with leakage. The current needed to increase the voltage for an LED with a leakage under photoexcitation from V_OC of the LED up to V_OC of a reference LED without a leakage is identical to the additional current needed for optical turn-on of the LED with a leakage. The leakage current level estimated using the PL and photovoltaic properties under photoexcitation is consistent with the leakage level measured from the voltage-current characteristic obtained under current injection conditions.

• Journal of Power System Engineering
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• v.17 no.5
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• pp.44-51
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• 2013

This paper proposes and analyzes recycling of optical phonons emitted by nonradiative decay, which is a major thermal management concern for high-power light emitting diodes (LED), by introducing an integrated, heterogeneous barrier cooling layer. The cooling is proportional to the number of phonons absorbed per electron overcoming the potential barrier, while the multi-phonon absorption rate is inversely proportional to this number. We address the theoretical treatment of photon-electron-phonon interaction/transport kinetics for optimal number of phonons (i.e., barrier height). We consider a GaN/InGaN LED with a metal/AlGaAs/GaAs/metal potential barrier and discuss the energy conversion rates. We find that significant amount of heat can be recycled by the barrier transition cooling layer.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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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.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.618-619
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• 2010

LED는 기존의 발광원에 비해 훨씬 높은 파워와 효율성으로 인해 최근 들어 각종 조명이나 교통신호 등에서 사용이 급증하고 있다. LED 재료를 위해 지금까지 여러가지가 연구되어 왔는데, 갈륨 질화물 (Gallium Nitride, GaN)에 기반한 시스템이 최근들어 가장 큰 관심을 받고 있다. GaN 방식은 열적으로 매우 안정성이 있고, 1.9 ~ 6.2 eV 범위의 넓은 밴드의 Gap, 그리고 인듐이나 알루미늄과 결합하여 청, 녹, 백색등의 다양한 빛을 발생할 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어 청색 LED는 광학 방식의 기록매체에, 백색 LED는 기존의 조명램프의 대체용으로 활용이 가능하다. 이러한 장점 덕분에 GaN기반 LED 시장은 1994년에 최초로 상용화 된 이래 최근 급격한 성장을 보여 왔다. 그러나 GaN은 다른 III~V 타입의 반도체 재료와는 달리 재료가 성장하기 위해 사파이어와 같은 별도의 기판을 필요로 하는 문제가 있다. 이것은 결국 전위발생과 같은 격자의 부조화 같은 문제를 야기하여 결국 LED의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방법이 개발되었는데, 이 방법은 시간당 100 미크론의 매우 빠른 성장속도로 높은 두께의 레이어를 만드는 장점이 있다. 이렇게 성장된 GaN 레이어는 베이스 기판에서 쉽게 분리되어 활용이 가능하다. 그러나 HVPE 기술은 성장 공정에서 두께를 균일하게 만들도록 제어하는 것이 매우 어렵다는 문제가 있다. 따라서 HVPE 방식에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 반응현상에 대한 물리적 해석을 토대로 공정조건을 정밀하게 설계해야 한다. 이를 위해 최근에 실험 또는 시뮬레이션을 활용하여 이러한 공정조건을 향상시키기 위한 여러 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 이러한 연구의 일환으로 반응로에 투입되는 여러 기체의 유량과 존별 주변온도 조건을 입력변수로 하고, 이들이 GaN 성장에 미치는 영향을 분석하였다. HVPE 시스템에서 가장 이상적인 목표는 반응기체가 층류유동을 유지하면서 대부분의 반응이 기판위에서 이뤄지며, 기판위에서 성장되는 재료의 두께가 균일하게 되는 것이다. 입력변수들이 이러한 결과에 어떠한 영향을 미치는 지 분석하기 위해 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 수행하는 상용코드 FLUENT를 사용하였다. 보다 실제에 가까운 해석을 위해서는 기체간의 화학반응을 포함해야 하나, 해석의 편의와 효율을 위해 본 연구에서는 열 및 유동해석만을 수행하였다. 한편 실제 반응로의 우수성은 성장속도와 두께분포의 균일도를 통해 평가된다. CFD 해석을 통해 이들을 분석하기 위해 기존에 수행한 실험조건을 해석하고 해석결과의 유동패턴/압력분포를 실험결과의 성장속도/두께분포와 비교하고, 이중에서 관련성이 높은 해석결과변수를 우수성 평가에 활용하였다. 기존의 실험결과를 토대로 이러한 중요 결과변수와 함께 이들에 대한 목표값이 도출되고 나면, 입력 공정조건 - 사용기체의 유량과 주변온도 조건 - 에 대해 실험계획(DOE,Design of Experiment)을 수립하고 목표성능을 구현하기 위한 최적설계를 수행할 수 있다. 일반적으로 CFD를 통해 최적의 설계나 공정조건을 탐색하는 작업은 1회의 CFD 계산시간이 매우 오래 소요되기 때문에 쉽지 않다. 그러나 본 연구에서는 CFD와 DOE의 적절한 조합을 통해 적은 수의 해석을 가지고도 원하는 결과를 효율적으로 얻는 것이 가능함을 입증하고자 한다. 본 발표에서는 아직 이러한 연구가 완성되지 않은 시점에서 제반 연구개요를 소개하고 현 시점까지의 연구 결과 및 향후 계획을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.52-54
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• 2008

The authors investigated the InGaN/GaN multi-quantum well blue light emitting diodes with the implements of the photonic crystals fabricated at the top surface of p-GaN layer or the bottom interface of n-GaN layer. The top photonic crystals result in the lattice-dependent photoluminescence spectra for the blue light emitting diodes, which have a wavelength of 450nm. However, the bottom photonic crystal shows a big shift of the photoluminescence peak from 444 nm to 504 nm and played as a role of quality enhancement for the crystal growth of GaN thin film. The micro-Raman spectroscopy shows the improved epitaxial quality of GaN thin film.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.19 no.8
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• pp.443-446
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• 2009

This study develops a highly transparent ohmic contact scheme using indium oxide doped ZnO (IZO) as a current spreading layer for p-GaN in order to increase the optical output power of nitride-based lightemitting diodes (LEDs). IZO based contact layers of IZO, Ni/IZO, and NiO/IZO were prepared by e-beam evaporation, followed by a post-deposition annealing. The transmittances of the IZO based contact layers were in excess of 80% throughout the visible region of the spectrum. Specific contact resistances of $3.4\times10^{-4}$, $1.2\times10^{-4}$, $9.2\times0^{-5}$, and $3.6\times10^{-5}{\Omega}{\cdot}cm^2$ for IZO, Ni/Au, Ni/IZO, and NiO/IZO, respectively were obtained. The forward voltage and the optical output power of GaN LED with a NiO/IZO ohmic contact was 0.15 V lower and was increased by 38.9%, respectively, at a forward current of 20 mA compared to that of a standard GaN LED with an Ni/Au ohmic contact due to its high transparency, low contact resistance, and uniform current spreading.