청색 발광다이오드의 전기광학적 특성 및 신뢰성 평가
Electro-Optical Characteristics and Reliability of Blue Light-Emitting Diodes
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 金相培
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
이 논문에서는 청색 발광 다이오드(blue light-emitting diodes)의 전달 행렬 방법을 이용한 적출효율 개선방안과 전기 광학적 특성을 이용하여 초기 특성 및 성능저하 과정을 기술하였다. 첫째로, 전달 행렬 방법을 이용하여 적출효율을 계산해 보았다. 먼저 전달 행렬 방법에 대한 소개와 이를 이용하여 활성층에서 발생한 빛이 최종적으로 밖으로 나올 때까지의 과정을 수식으로 나타내 보았다. 그리고 상용화 되어 있는 일반적인 LED 구조를 이용하여 두께 최적화를 통한 적출효율의 향상 방법에 대해 기술하였다. 마지막으로 일반적인 Flip-chip 구조와 표면을 광대역 무반사 코팅 처리한 Flip-chip 구조를 시뮬레이션 하여 비교하고 적출효율 개선 방안에 대해 기술하였다. 이상의 결과로부터 두께 최적화를 통해서 어느 정도 적출효율을 향상시킬 수는 있지만 이는 임계각 변화에 의한 것이 아니라 투과율의 증가에 의한 것이다. 적출효율을 현저하게 증가시키기 위해는 반드시 임계각을 크게 함으로써 escape cone의 크기를 크게 해야 할 것이다. 둘째로, 활성층 균일성의 차이에 따라 서로 다른 발광특성을 보이는 소자들의 신뢰성 측정을 통해 균일성과 신뢰도 사이의 상관관계를 고찰해 보았다. 초기 특성에 따라 소자를 두 그룹으로 나누었으며 두 그룹의 온도의존성에 대해 알아보았다. 그리고 신뢰성 실험을 통하여 활성층의 균일성에 따라 나뉜 두 그룹의 신뢰성과의 상관관계를 알아보았다. 전류, 전압특성에서 광전류의 비이상적인 특성을 보인 그룹 II 소자의 경우 온도의존성이 더 큰 것으로 나타났으며, 두 그룹의 신뢰성 실험을 통해 크게 두 가지 성능저하 과정이 있는 것을 알았다. 1. 칩 전체적으로 균일하게 성능저하 되는 bulk 성능저하 과정, 2. 칩의 edge부분에서부터 성능저하가 시작되는 edge 성능저하이다. 두 성능저하 과정중에서 edge 성능저하는 그룹 I, II에 관계없이 고전류로 aging 하였을 때 나타났으며, bulk 성능저하는 그룹에 따라 양상이 다르게 나타나는데 그룹 II가 더 빠르게 성능저하 되었다. edge 성능저하의 경우 성능저하가 일어나는 부분이 칩 edge 부분이므로 dry 에칭 후 passivation 공정이 제대로 이루어지지 않은 것이 원인이라면 투명전극의 두께를 두껍게 하거나 다른 passivation 방법을 찾아야 할 것이다. 반면에 그 부분에서 전류가 crowding되는 현상이라면 n-Ohmic 접촉 부근에서 전류밀도가 높아 성능저하가 일어나는 것이므로 전체적으로 Ohmic 접촉을 더 안쪽으로 확장시켜 칩의 면적이 다소 작아져 발광 면적이 작아지더라도 신뢰성 문제를 해결해야 할 것이다.
more초록/요약
This paper investigates the calculating method of extraction efficiency using the transfer matrix method (TMM) and correlation between uniformity of active region and reliability of InGaN/GaN multiple quantum well blue light-emitting diodes (LED). First, the extraction efficiency has been calculated by using the transfer matrix method. The TMM and the generated light traveling in the LED structure until escaped out of the top surface of the LED have been introduced briefly. The method for improving the extraction efficiency has been described by means of thickness optimization by adopting the generally commercialized structure of the LEDs. Thereafter, the extraction efficiency of general flip-chip structure and broadband AR coated flip-chip structure are compared and discussed. From the result of previous comparison, the method of thickness optimization is able to lead an improvement of the extraction efficiency however the increase of extraction efficiency is not due to the critical angle but due to the increase of transmittance. In order to achieve remarkable improvement of the extraction efficiency, the escape cone must be larger enough to extract more light out of the top surface of the LEDs by using macroscopic roughening of the top surface. Next, we have investigated the correlation between uniformity of active region and reliability of InGaN/GaN-based blue LEDs. According to initial characteristics, we classified with two groups and investigated temperature dependence. We have investigated the correlation between uniformity of active region and reliability. The group II devices that have abnormal characteristics of the photocurrent at the current-voltage characteristics are more dependent on temperature. We have found two degradation mechanisms. One is bulk degradation in which the degradation occurred in each entire chip and another one is edge degradation in which the degradation occurred from the edge of each chip. The edge degradation occurred at high current aging condition. We have investigated that the faster degradation observed in non-uniformly emitting devices. Another is that edge degradation mechanism by which dark area propagates from the n-contact side. In case of edge degradation, if the passivation process did not accomplish well, the thickness of the transparent electrode must be thicker or find another passivatrion method. In the other side, if the current crowded that region, the reliability problem should be solved by means of expansion of the ohmic contact to inner chip because of the high density of current near the ohmic contact.
more목차
목차
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 전달 행렬 방법을 이용한 적출효율의 계산 = 3
제 1 절 계산 방법 = 3
제 1 항 전달 행렬 방법 = 5
제 2 항 다중 반사를 고려한 입력광파의 합 계산(E_(fR), E_(fL), E_(bR), E_(bL)) = 8
제 3 항 적출효율 계산 = 10
제 2 절 시뮬레이션 결과 = 13
제 1 항 일반 구조에서 두께 최적화 = 13
제 2 항 Flip-chip 구조에서 두께 최적화 = 19
제 3 절 요약 = 23
제 3 장 활성층의 균일성과 신뢰성 사이의 상관 관계 고찰 = 24
제 1 절 초기 특성에 따른 소자 분류 = 24
제 2 절 그룹별 온도 의존성 = 27
제 3 절 그룹별 신뢰성 실험 = 33
제 1 항 성능 저하 과정 = 34
제 2 항 안정화 과정 (1단계) = 35
제 3 항 bulk 성능 저하 (2단계) = 37
제 4 항 edge 성능 저하 (3단계) = 42
제 4 절 요약 = 50
제 4 장 결론 = 52
참고 문헌 = 54
