기계/재료

기판 바벨각 조절로 LED 발광성 향상

발행일 : 2019 / 12 / 04

중국과학기술대학교 마이크로전자대학 쑨하이딩(孫海定)/룽스빙(龍世兵) 연구팀은 사파이어 기판 바벨각을 이용한 양자우물 조절을 통해 3차원 캐리어 구속을 달성함으로써 자외선 발광 다이오드(LED)의 발광성을 향상시켰다. 해당 성과는 “Advanced Function Materials”에 게재됐다.

전통적인 자외선 광원은 일반적으로 수은증기 방전 여기상태를 이용해 자외선을 생성하기에 높은 전력소비 및 발열량, 짧은 수명, 느린 반응 등 결함이 있다. 신형 심자외선 광원은 LED 발광 원리를 이용했기에 전통적인 수은등에 비해 많은 장점을 보유하고 있다. AlGaN 심자외선 LED 등 와이드 밴드갭 반도체 재료는 작은 부피, 높은 효율, 장수명 등 장점을 보유하고 있기에 엄지손톱 크기의 칩으로 수은등 보다 더욱 강한 자외선을 방출할 수 있으며 AlGaN 중의 원소 성분 조절을 통해 다양한 파장의 발광을 정밀하게 구현할 수 있다. 하지만 자외선 LED의 고효율 발광은 어려운 바 내부양자 효과에 의해 결정된다.

연구팀은 사파이어 기판 바벨각 조절을 통해 자외선 LED의 내부양자 효과 및 소자 발광 출력을 대폭 향상시켰다. 기판 바벨각을 증가시킬 경우 자외선 LED 내부의 전위(Dislocation)는 뚜렷하게 억제되며 소자의 발광강도가 뚜렷하게 향상된다. 기판 바벨각이 4°에 도달할 경우 소자의 발광 스펙트럼 강도는 1개 수량급으로 향상됨과 아울러 내부양자 효과도 90% 이상에 도달한다.

해당 연구는 기판 바벨각 조절 및 에피택셜 성장 파라미터의 매칭 최적화에 의해 자외선 LED의 발광 특성을 블루광 LED 수준에 도달시켰다. 이는 고출력 심자외선 LED의 대규모 응용에 실험적 및 이론적 기반을 마련했다.

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