GaN계 청색 발광 다이오드에서 저전류 스트레스 후의 광 및 전기적 특성 변화

Abstract

c-plane 사파이어 기판에서 성장된 1 $mm^2$ 대면적 InGaN/GaN 다중양자우물 청색 발광 다이오드의 스트레스 전후의 전기적, 광학적 특성 변화를 분석하였다. 스트레스 실험은 샘플 칩을 TO-CAN에 패키징하여 50 mA의 전류를 200시간 동안 인가하여 수행하였다. 스트레스 인가 전류는 다이오드의 순전압 특성을 이용한 접합온도(junction temperature) 측정 실험을 통하여 충분히 낮은 접합온도를 유지하는 값으로 선택하였다. 이렇게 선택한 50 mA의 전류 인가량에서 접합온도는 약 308 K였다. 308 K의 접합온도는 접촉저항(ohmic contact) 또는 GaN계 물질의 특성 변화에 영향을 주지 않는다고 가정하고 실험을 진행하였다. 스트레스 전후에 전류-전압, 광량-전류, 표면 광분포, 파장 스펙트럼 및 상대적 외부양자효율 특성을 측정 및 분석하였다. 측정결과, 스트레스 후 저전류 구간에서의 광량이 감소하고 상대적 외부양자효율이 감소하는 현상을 관찰하였다. 우리는 이러한 현상이 결함의 증가로 인한 비발광 재결합률 증가로부터 기인함을 이론적으로 검토하고 실험결과의 분석을 통하여 보였다.We analyzed the changes in electrical and optical characteristics of 1 $mm^2$ multiple-quantum-well (MQW) blue LEDs grown on a c-plane sapphire substrate after a stress test. Experiments were performed by injecting 50 mA current for 200 hours to TO-CAN packaged sample chips. We selected the value of injection current for stress through the junction-temperature measurement by using the forward-voltage characteristics of a diode to maintain a sufficiently low junction temperature during the test. The junction temperature at the selected injection current of 50 mA was 308 K. Experiments were performed under the assumption that the average junction temperature of 308 K did not affect the characteristics of the ohmic contact and the GaN-based materials. Before and after the stress test, we measured and analyzed current-voltage, light-current, light distribution on the LED surface, wavelength spectrum and relative external quantum efficiency (EQE). After the stress test, it was observed experimentally that the optical power and the relative EQE decreased. We theoretically investigated and experimentally proved that these phenomena are due to the increased nonradiative recombination rate caused by the increased defect density.