LED는 어떻게 생겼나? 위에서 본 LED 사진 옆에서 본 LED 사 진 continued

Presentation on theme: "LED는 어떻게 생겼나? 위에서 본 LED 사진 옆에서 본 LED 사 진 continued"— Presentation transcript:

1 LED는 어떻게 생겼나? 위에서 본 LED 사진 옆에서 본 LED 사 진 continued
자료 : CHUNGBUK TECHNOPARK REGIONAL EVALUATION AGENCY

2 LED는 어떻게 만드는가? (전체) 자료 : LG Innotek LED overview

3 LED는 어떻게 만드는가? (에피) 자료 : LG Innotek LED overview

4 LED는 어떻게 만드는가? (칩공정) 자료 : LG Innotek LED overview
Chip pattern photo mask 자료 : LG Innotek LED overview

5 LED는 어떻게 만드는가? (칩공정) 등급분류 자료 : LG Innotek LED overview

6 LED는 어떻게 만드는가? (패키지) 자료 : LG Innotek LED overview

7 Origin of the efficiency droop
고출력 LED 구현 시 문제점 – efficiency droop 고효율 GaN LED의 문제점 Origin of the efficiency droop Cause Description Possible solution Auger loss Auger recombination (electron-electron scattering) High current density in active region DH structure Crystal defect High defect density of GaN Electron tunneling between threading dislocations Non-radiative emission In localization ↑ Defect reduction in GaN sub. Polarization field Carrier delocalization from localized states Polarization reduction (Quaternary) Non-polar Carrier leakage Electron leakage through electron-blocking layer (EBL layer) Lack of hole injection Electrons recombine with holes outside the active region. Polarization reduction (polarization-matched active region) Need for InGaN/GaN MQW optimization and p-AlGaInN/GaN superlattices (SLs) - p-AlGaN EBL을 p-AlGaInN/GaN SLs 구조로 대체 - electron leakage ↓ & hole injection ↑ - Radiative recombination ↑ Ref : Research of RPI Advance semiconductor lab

8 5 period InGaN(3nm)/GaN(12nm)MQW
Epi 설계를 통한 구조 최적화 예- EBL AlGaInN/GaN super-lattices (SLs) 구조를 이용한 고효율 GaN LED 에피구조 설계 Ni/Au Sapphire sub. 200nm p-GaN 5 period InGaN(3nm)/GaN(12nm)MQW 100nm ITO Ti/Al/Ni/Au 40nm EBL 2.5μm n-GaN 1. p-Al0.15GaN EBL 2. p-Al0.38Ga0.46In0.16N EBL 3. p-Al0.38Ga0.46In0.16N/GaN SLs SiLENSe and SpeCLED to investigate the performance of the GaN-based LEDs The material parameters of InxGaN1-x, AlxGa1-x, and AlxGa1-x-yInyN are autometically calculated by linear interpolation as a function of composition fraction (x) and (y) in SiLENSe software Size : 500 μm X 500 μm 28.6 % 증가 28.7 % 증가 AlGaInN/GaN SLs EBL를 적용한 구조에서 efficiency droop 현상의 감소가 나타남 Injection current 150 mA) Advance semiconductor lab

9 Epi 구조 최적화 예- EBL Advance semiconductor lab
p-AlGaN, (b) p-AlGaInN, (c) p-AlGaInN/GaN SLs 장벽층 구조에 따른 전자 및 정공의 분포 hole electron 장벽층의 구조에 따른 전자 및 정공의 농도 Injection current 20 mA) p-AlGaInN/GaN SLs EBL 구조의 3, 4, 5 번째 quantum well내의 전자 및 정공의 농도가 p-AlGaN 및 p-AlGaInN EBL 구조보다 높음 5번째 quantum well에서 - electron leakage를 억제 - 효율적인 hole injection 발광 재결합 향상 광출력 및 EQE 증가 Advance semiconductor lab

10 칩기술: 광 추출효율 향상의 중요성 LED 구현시 문제점 및 원인 LED의 광추출효율 향상을 위한 Chip 공정기술 개발 必要
미국 NGLI(Next Generation Lighting Initiative) 개발 목표 ( 단위:%) LED 구현시 문제점 및 원인 년도 Driver LED 광소자 (pkg 단위) 광학부품, 등기구  총 효율 내부양자 광추출  전기주입 형광체/산란  2007 85 60 50 70 75 8 2015 90+ 95 90 50  LED Chip에서의 광추출효율 저하문제 발생! LED-Optical Properties-Light Escape Cone The angle of total internal reflection defines the light escape cone. sinθc = nair/ns, θc=23° Area of the escape cone = 2πr2(1-cosθc) Pescape / Psource = (1-cosθc)/2 = θc2/4 = (nair2/ns2)/4 ~ 4% (ns=2.46 for GaN) LED의 광추출효율 향상을 위한 Chip 공정기술 개발 必要

11 광 추출효율 향상기술 Nano-imprinting lithography Laser holography
광추출효율 향상 방안 Nano-imprinting lithography Laser holography Electron-beam lithography Nanosphere lithography(NSL) Photonic crystal Photons are localized into discrete energy states Energy range with no permitted states forms: known as a photonic band gap Properties of the bandgap dependent upon several engineering ingredients

12 수직형 LED 칩 주요기술 한국광기술원 Vertical GaN LED의 기술적 이슈 n-전극 관련 기술
N-face GaN 상에 n형 오믹전극 (열적 안정성 확보) 전면전극 기술 개발 Current spreading 해결방안 개발 Bonding Metal (Au:Sn) Receptor Wafer (Si Sub.) <Vertical LED chip structure> p-전극 (Metal Reflector) 관련 기술 전극 신뢰성 연구 고 신뢰성 반사막 물질/공정 기술 개발 반사막/본딩금속 간 barrier metal 개발 한국광기술원

13 LED 칩 효율: lateral LED vs. vertical LED
광추출효율-ray optics model 수직형 칩(R 90%, roughened surface) LED on Sapphire 수직형 칩 QW QW QW R 90% 반사막 반사막 Sapphire 기판 Receptor 기판 Receptor 기판 Photon outside 32.8 % 24.6% (반사율 60%) 56.2 % (반사율 90%) 69.8 % (w/ micro rougheness) 73.5 % (w/ nano rougheness) 한국광기술원