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.
최근 사파이어기판 위에 성장한 갈륨나이트라이드 발광다이오드의 소자 제작 기술이 비약적으로 발전하였다. 하지만 이들 다이오드가 이미 상업적으로 활용되고 있다 할지라도 갈륨나이트라이드 발광다이오드에 있어서 다이오드를 구성하는 물질들과 소형화에 따른 정전기 방전에 의한 피해를 고려해야한다. 정전기방전(ESD)에 의한 피해는 발광소자의 신뢰성에 매우 큰 영향을 주는 파라미터중 하나이다. 본 연구에서는 대량생산 되는 발광다이오드의 생산공정에서 발생하는 정전기방전에 의한 피해와 이에 대한 대책을 논의하였다. 대부분의 ESD 문제는 장비의 적정한 사용과 공정 환경 개선을 통해서 제어되었다.
The p-type GaN which act as a hole injection layer in GaN-based LEDs has fundamental problems. The first one arises from the difficulty in growing a highly doped p-GaN (with a carrier concentration exceeding ~1018 $cm^{-3}$). And the second one is the absence of appropriate metals or conducting oxides having a work function that is larger than that of p-type GaN (7.5 eV). Moreover, the LED efficiency is decreases gradually as the injection current increases (the so-called 'efficiency droop' phenomenon). The efficiency droop phenomenon in InGaN quantum wells (QWs) has been a large obstacle that has hindered high-efficiency operation at high current density. In this study, we introduce the new approaches to improve the light-output power of LEDs by using graphene oxide sheets. Graphene oxide has many functional groups such as the oxygen epoxide, the hydroxyl, and the carboxyl groups. Due to nature of such functional groups, graphene oxide possess a lot of hole carriers. If graphene oxide combine with LED top surface, graphene oxide may supply hole carriers to p-type GaN layer which has relatively low free carrier concentration less than electron concentration in n-type GaN layer. To prove the enhancement factor of graphene oxide coated LEDs, we have investigated electrical and optical properties by using ultra-violet photo-excited spectroscopy, confocal scanning electroluminescence microscopy.
In this study, sputtered $Al_2O_3$ thin films were evaluated as a passivation layer in the process of InGaN-based blue LEDs in order to improve the brightness of LED lamps. In terms of packaged LED lamps, lamps with $Al_2O_3$ passivation layer emanated higher brightness than those with $SiO_2$ passivation layer, and LED lamps with 90 nm $Al_2O_3$ passivation layer were the brightest among four kinds of lamps. Although lamps with $Al_2O_3$ passivation had a slight increase in operating voltage, their brightness was improved about 13.6 % compare to the lamps made of conventional LEDs without the changes of emitting wavelength.
Recently light emitting diodes (LEDs) have been expected as the new generation light sources because of their advantages such as small size, long lifetime and energy-saving. GaN, as a wide band gap material, is widely used as a material of LEDs and GaN nanorods are the one of the most widely investigated nanostructure which has advantages for the light extraction of LEDs and increasing the active area by making the cylindrical core-shell structure. Lately GaN nanorods are fabricated by various techniques, such as selective area growth, vapor-liquid-solid (VLS) technique. But these techniques have some disadvantages. Selective area growth technique is too complicated and expensive to grow the rods. And in the case of VLS technique, GaN nanorods are not vertically aligned well and the metal catalyst may act as the impurity. So we just tried to grow the GaN nanorods on Si substrate without catalyst to get the vertically well aligned nanorods without impurity. First we deposited the AlN buffer layer on Si substrate which shows more vertical growth mode than sapphire substrate. After the buffer growth, we flew trimethylgallium (TMGa) as the III group source and ammonia as the V group source. And during the GaN growth, we kept the ammonia flow stable and periodically changed the flow rate of TMGa to change the growth mode of the nanorods. Finally, as the optimization, we changed the various growth conditions such as the growth temperature, the working pressure, V/III ratio and the doping level. And we are still in the process to reduce the diameter of the nanorods and to extend the length of the nanorods simultaneously. In this study, we focused on the shape changing of GaN nanorods with different growth conditions. So we confirmed the shape of the nanorods by scanning electron microscope (SEM) and carried out the Photoluminescence (PL) measurement and x-ray diffraction (XRD) to examine the crystal quality difference between samples. Detailed results will be discussed.
Escape cone 개념에 바탕을 둔 구조 해석을 통해 고휘도 LED의 설계 이론을 확립하였다. 확립된 설계이론에 근거하여 최근까지 개발된 중요한 고휘도 LED의 구조들을 비교/분석하였으며, 각각의 구조에서 출력결합효율을 대략적으로 계산하였다. Ohmic전극 영역에서의 광자 손실이 매우 심각한 것으로 알려진 AlGaAs 또는 InGaAIP LED의 경우, window layer(WL)와 transparent substrate(TS)를 활용하게 되면 전극에 의한 광자의 차폐효과가 크게 감소되어 발광효율이 크게 개선된다. 청색으로부터 녹색까지 상당히 넓은 영역에 걸친 발광특성을 갖는 InGaN LED 경우의 중요한 차이점의 하나는 WL를 사용하지 않으면서도 괄목할만한 발광효율을 얻어 낼 수 있다는 사실인데, 그 원인은 GaN와 같은 넓은 bandgap을 갖는 반도체의 경우 ohmic 전극에서의 광자의 손실이 상대적으로 미미하며 그 결과로 전극에 의한 광자의 차폐현상이 상대적으로 큰 문제가 되지 않기 때문인 것으로 분석된다.
Inorganic III-V light emitting diodes (LEDs) have superior characteristics, such as long-term stability, high efficiency, and strong brightness compared to conventional incandescent lamps and OLED. However, due to the brittle property of bulk inorganic semiconductor materials, III-V LED limits its applications in the field of high performance flexible electronics. This seminar introduces the first flexible and implantable GaN LED on plastic substrates that is transferred from bulk GaN on Si substrates. The superb properties of the flexible GaN thin film in terms of its wide band gap and high efficiency enable the dramatic extension of not only consumer electronic applications but also the biosensing scale. The flexible white LEDs are demonstrated for the feasibility of using a white light source for future flexible BLU devices. Finally a water-resist and a biocompatible PTFE-coated flexible LED biosensor can detect PSA at a detection limit of 1 ng/mL. These results show that the nitride-based flexible LED can be used as a type of implantable LED biosensor and as a therapy tool.
In this work, the electrical and optical properties of the two different p-type GaN electrode schemes, ZnNi/ITO and ZnNi/Au, were compared each other, and applied to the top-emitting GaN/InGaN light-emitting diodes (LEDs). The ZnNi/ITO electrode showed much higher transmittance (90%) and slightly lower contact resistance $(1.27{\times}10^{-4}{\Omega}cm^2)$ than those (77%, $(2.26{\times}10^{-4}{\Omega}cm^2)$) of the ZnNi/Au at a wavelength of 460 nm. In addition, GaN LEDs having ZnNi/ITO showed accordingly higher light output power and luminous intensity than those having ZnNI/Au did at the current levels up to 1 A.
Blue light emitting diode structures consisting of the InGaN/GaN multiple quantum wells were grown by metalorganic chemical vapor deposition at different growth temperatures for the p-GaN contact layers and the influence of growth temperature on the emission and microstructural properties was investigated. The I-V and electroluminescence measurements showed that the sample with a p-GaN layer grown at $1084^{\circ}C$ had a lower electrical turn-on voltage and series resistance, andenhanced output power despite the low photoluminescence intensity. Transmission electron microscopy (TEM) revealed that the intense electro luminescence was due to the formation of a p-GaN layer with an even distribution of Mg dopants, which was confirmed by TEM image contrast and strain evaluations. These results suggest that the growth temperature should be optimized carefully to ensurethe homogeneous distribution of Mg as well as the total Mg contents in the growth of the p-type layer.
(In, Ga) N-based III-nitride semiconductor materials have been viewed as the most promising materials for the applications of blue and green light emitting devices such as light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes. Although the InGaN alloy can have wide range of visible wavelength by changing the In composition, it is very hard to grow high quality epilayers of In-rich InGaN because of the thermal instability as well as the large lattice and thermal mismatches. In order to avoid phase separation of InGaN, various kinds of structures of InGaN have been studied. If high-quality In-rich InGaN/GaN multiple quantum well (MQW) structures are available, it is expected to achieve highly efficient phosphor-free white LEDs. In this study, we proposed a novel InGaN double hetero-structure grown on GaN nano-pyramids to generate broad-band red-color emission with high quantum efficiency. In this work, we systematically studied the optical properties of the InGaN pyramid structures. The nano-sized hexagonal pyramid structures were grown on the n-type GaN template by metalorganic chemical vapor deposition. SiNx mask was formed on the n-type GaN template with uniformly patterned circle pattern by laser holography. GaN pyramid structures were selectively grown on the opening area of mask by lateral over-growth followed by growth of InGaN/GaN double hetero-structure. The bird's eye-view scanning electron microscope (SEM) image shows that uniform hexagonal pyramid structures are well arranged. We showed that the pyramid structures have high crystal quality and the thickness of InGaN is varied along the height of pyramids via transmission electron microscope. Because the InGaN/GaN double hetero-structure was grown on the nano-pyramid GaN and on the planar GaN, simultaneously, we investigated the comparative study of the optical properties. Photoluminescence (PL) spectra of nano-pyramid sample and planar sample measured at 10 K. Although the growth condition were exactly the same for two samples, the nano-pyramid sample have much lower energy emission centered at 615 nm, compared to 438 nm for planar sample. Moreover, nano-pyramid sample shows broad-band spectrum, which is originate from structural properties of nano-pyramid structure. To study thermal activation energy and potential fluctuation, we measured PL with changing temperature from 10 K to 300 K. We also measured PL with changing the excitation power from 48 ${\mu}W$ to 48 mW. We can discriminate the origin of the broad-band spectra from the defect-related yellow luminescence of GaN by carrying out PL excitation experiments. The nano-pyramid structure provided highly efficient broad-band red-color emission for the future applications of phosphor-free white LEDs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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