GaN계 발광 다이오드의 내부 전기장에 대한 연구

Abstract

InGaN/GaN 다중양자우물 구조의 발광다이오드에 존재하는 내부 전기장을 평가하기 위하여 변조신호를 인가한 상태에서 흡수, 반사 분광법을 이용하여 직접적으로 내부 전기장을 구하였다. 실험을 통해 구해진 값과 이론적으로 계산한 내부 전기장의 값을 비교하였다. 또한 동일 웨이퍼에서 파장이 다른 샘플의 반사 분광 측정을 통해 보상전압의 차이를 비교하였다. 내부 전기장이 발광다이오드 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 동일 구조에서 내부 전기장의 세기에 따른 내부 양자효율, 전압-전류 특성, 캐리어 분포, 밴드 구조를 알아 본 결과, 내부 전기장의 세기가 증가 할수록 동일전류에서 높은 전압 인가가 필요하였다. 또한 내부 전기장의 세기가 증가할수록 전자와 정공의 분포에 영향을 미쳐서 고 전류 밀도에서 효율 감소 현상이 심하게 나타났다. 인듐 조성비가 증가함에 따른 발광 다이오드 특성에 대해 조사 한 결과 인듐 조성비 증가로 인한 내부 전기장 증가하고, 천이 에너지 감소의 관계에 따라 효율 감소와 동작 전압이 결정됨을 자기일관성 있는 시뮬레이션 프로그램으로 확인하였다. 양자우물 내의 높은 전기장을 완화 하기 위해 변형 완화 층이 사용되는 경우 역방향 전압을 인가하여 내부 전기장을 상쇄하여 내부 전기장을 구하는 분광 측정법에서 문제로 작용된다. 변형 완화 층이 보상전압에 미치는 영향을 알아보기 위해 시뮬레이션과 반사 분광법을 이용하여 변형 완화 층 수에 따른 보상전압의 변화를 조사하였다. 변형 완화 층의 수가 증가 할수록 공핍영역과 변형 완화 층의 내부 전기장의 영향으로 보상 전압이 증가하게 된다. 이 결과 변형 완화 층의 영향을 고려한 분석이 필요하다. 변형 완화 층이 삽입된 구조에서 양자우물과 변형 완화 층의 반사 분광 신호의 두 보상 전압으로부터 양자우물과 변형 완화층에 존재하는 내부 전기장을 분리 측정하였다.