온도의존 시간분해 광 루미네선스를 이용한 InGaN/GaN 발광다이오드의 운반자 재결합 메커니즘 분석

Abstract

시간분해 광 루미네선스)실험을 통한 소자의 재결합 메커니즘을 분석하였다. TRPL 실험에 앞서서 새로운 해석 모델을 제시하였고 이를 통해 예상 되는 결과를 이론 적으로 계산하였다. 상온 300K와 극저온 약 12K에서 실험의 결과로부터 온도변화에 따라, 여기광 세기 변화에 따라서 소자에서 발생하는 주요한 재결합 메커니즘은 무엇이며 이를 앞에서 세운 해석 모델에 적용시켜 보았다. 특히 본 논문의 결과로 극저온, 큰 여기광 세기에서의 소자의 효율을 감소시키는 원인으로는 SRH(Shockley-Read-Hall) 재결합 과 운반자 넘침임을 확인 하였다. 이는 여기광뿐 아니라 실제 고전류를 주입시켜 동작을 할 때에도 SRH 재결합과 운반자 넘침이 소자 효율저하에 가장 큰 원인이 됨을 지적하였다.| Carrier recombination mechanisms in InGaN light-emitting diodes (LEDs) can be classified into two groups; i.e., one is radiative recombination and the other is non-radiative recombination. In this work, the origin of the non-radiative recombination mechanism reducing the quantum efficiency was investigated through a new theory and method. At first, I have studied the dominant carrier recombination mechanism of InGaN LED and defined the relation between its mechanism and the quantum efficiency of device. In experiment, I have accounted for the correlation between the resonant PL efficiency of InGaN blue LED and its open-circuit voltage. Through the analysis of this experimental result, it has been concluded that the efficiency droop of InGaN blue LED can be attributed to the carrier overflow mechanism. In addition, I have also studied for the dominant recombination mechanisms of InGaN green LEDs using a time-resolved photoluminescence (TRPL) spectroscopy. Furthermore, I have suggested a new analysis model for the carrier lifetime of TRPL. Through this analysis, it could be calculated the carrier lifetime in InGaN green LED, theoretically. Especially, by comparing the TRPL at 300K to 12K with varying the excitation power, I have obtained the dominant recombination mechanism in InGaN green LED. Moreover, I have also adapted the above new analysis model to the experimental result. In conclusion, the SRH recombination mechanism and the carrier overflow could be the dominant origin of the efficiency droop in the critical cryogenic temperature and high excitation intensity regime. From this result, it has been assumed that the SRH recombination and the carrier overflow can be the dominant origin of the efficiency deterioration in InGaN LED at the high current injection.; Carrier recombination mechanisms in InGaN light-emitting diodes (LEDs) can be classified into two groups; InGaN/GaN 발광다이오드(Light-emitting diodes)의 운반자(Carrier) 재결합 메커니즘은 크게 발광(radiative) 및 비발광(non-radiative) 재결합으로 이루어져있다. 본 논문에서는 소자의 효율을 감소시키는 비발광 재결합 메커니즘의 원인에 대해 새로운 이론과 그 방법에 대해서 규명하였다. 먼저 발광다이오드의 재결합 메커니즘과 물리적으로 실제 운반자의 재결합 특성은 무엇인지 알아보았으며 이는 소자의 효율과 어떠한 관련이 있는지를 먼저 정의 하였다. 첫 번째 실험은 InGaN/GaN 청색 발광다이오드에 대해 resonant PL(photoluminescence) 을 위해 405nm 반도체 레이저를 사용하여 소자의 개방회로 전압과 PL효율의 관계에 대해서 설명하였고, 이를 통해 소자의 효율은 운반자 넘침 현상으로 기인한 결과임을 검증 및 분석하였다. 더불어 InGaN/GaN 녹색발광다이오드에 대해 TRPL(Time-resolved photoluminescence