고효율, 저비용 청색 LED 제작설계

목차

초 록
Ⅰ 서 론

Ⅱ 본 론
1. LED 2
1) LED 구조와 원리
2) LED 장점
3) LED 단점
2. LED 기술 동향
1) 기 판
2) 에피탁시(Epitaxy)
3) 패키징(Packaging)
3. LED 시장 전망
1) LED 세계 시장 동향
2) LED 국내 시장 동향
3) 향후 시장전망
4. 에피탁시 선정이유
5. 재료 설계
1) 기판 재료 선정 : GaN
2) 활성층 재료 선정 : InGaN
6. 공정 / 구조설계
1) 에피택시얼 공정 기술
2) 혼합 소스 HVPE 방법 선택 이유
3) InGaN의 In 조성 조절
4) 기판 구조
5) GaN 기판 성장시 변수에 따른 최적 조건(온도, HCl유량)
6) LED 구조

Ⅲ 결론 및 고찰
참고문헌
그 림 목 차
<그림1-1> 발광다이오드의 원리
<그림1-2> 발광 다이오드의 원리
<그림2-1> Ammonothermal 방법에 의한 GaN 결정성장
<그림2-2> 패키징 형태 (램프, SMD)
<그림3-1> 자동차 LED
<그림6-1> HVPE의 개략도
<그림6-2> (Ga+In) 혼합소스 합성 개략도
<그림6-3> 3족 질화물 반도체의 격자상수에 따른 에너지 밴드갭
<그림6-4> GaN기판 성장 과정
<그림6-5> Porous GaN layer
<그림6-6> Void in Porous GaN layer
<그림6-7> HVPE법으로 온도에 따라 성장된 GaN층의 두께
<그림6-8> HCl유량에 따른 PL peak 과 FWHM의 길이(성장온도 : 1050˚c)
<그림6-9> LED 소자 구조
표 목 차
<표2-1> 각종 LED 기판의 특성
<표2-2> LED의 대표적인 재료, 파장 및 성장방법
<표3-1> 고휘도 LED 시장 전망
<표3-2> LED 전광판 국내 시장 규모
<표3-3> 휴대폰용 LED 시장 추정
<표3-4> LCD패널에서 대형화에 따른 BLU의 가격 비율 증가
<표3-5> 32인치 기준 CCFL vs LED 백라이트 가격 변화 예상 추이
<표3-6> 국내 LED 시장 규모 변화 추이(도표)
<표3-7> 국내 LED 시장 규모 변화 추이(막대그래프)
<표6-1> 에피성장 기술에 따른 방법과 특징

본문내용

좋은 것으로 추측되나 실제 실험값은 HCl의 유량이 크게 혹은 작게 한다고 해서 파장이 짧아지지는 않았다. <그림 6-8>에서는 HCl 유량이 10sccm 일때 피크 파장이 가장 작은 것을 확인할 수 있다. 이것은 HCl의 유량이 작을 경우 성장된 GaN의 두께가 얇아 결정결함이 많이 존재하고, 반면에 HCl의 유량이 많을 경우에는 두께가 급격히 두꺼워져 기판과 성장된 GaN 결정 내에서 응력의 영향을 받아 위와 같은 결과가 나온 것으로 판단된다.
라. 결 론
이 실험에서 최적의 GaN성장 조건은 온도가 1050˚c HCl유량이 10sccm으로 나타났다.
6) LED 구조
P-GaN
=>P형
In0.20Ga0.80N
=>활성층
N-GaN
=>N형
GaN
=>기판
<그림 6-9> LED 소자 구조
가. GaN 기판 제작
다공성 GaN 성장을 통한 경제적인 GaN 기판 제작
나. N-GaN Cladding Layer 성장
Ga-Si 혼합소스를 이용한 HVPE법으로 N-GaN Cladding Layer 성장
다. InGaN Active Layer 성장
Ga-In 혼합소스를 이용한 HVPE법으로 In0.20Ga0.80N Active Layer 성장
라. P-GaN Cladding Layer 성장
Ga-Mg 혼합소스를 이용한 HVPE법으로 P-GaN Cladding Layer 성장
바. Electrode 연결
Ⅲ 결론 및 고찰
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 우리의 일상생활에 필요한 가전제품, 조명분야, 핸드폰 등에 널리 이용되고 있다. 특히 LED의 휘도가 높아지면서 조명 분야에서 형광등이나 전구를 대체할 광원으로 큰 각광을 받고 있다. 지속적인 연구 개발을 통해 고효율의 백색 LED 램프가 출현하였고 이로 인해 LED 조명이 널리 쓰이게 되었다. LED 조명의 등장으로 전력 소모를 줄임으로써 에너지 소모도 줄이고, 이에 따른 환경오염도 줄일 수 있게 되었다.
이번 설계에서는 LED의 성능 개선, 특히 수율 및 경제성을 고려한 재료설계, 공정설계, 구조설계를 통해 저렴한 비용으로 성능 좋은 LED를 개발 하고자 하였다.
GaN Cladding Layer와의 격자 부정합 및 열팽창계수의 차이로 인해 문제가 제기 되었던 기존의 사파이어 기판 대신에 GaN기판을 사용하였다. InGaN와 상대적으로 격자상수 차이가 적은 GaN 기판을 사용함으로써 발광층 내에서의 결함밀도를 1/100이하로 줄이고, 높은 광 추출 효과를 얻을 수 있었다. InGaN Active Layer의 In조성은 GaN(3.4eV)과 InN(0.7eV)의 Bandgap Energy를 통해 청색광을 발광 할 수 있는 파장(450nm-475nm)을 고려한 결과 0.20 정도가 적합할 것으로 생각하여 조성을 결정하였다.
기판 및 박막성장 방법으로는 기존의 HVPE를 변화시킨 혼합소스 HVPE 방법을 이용하였다. 혼합소스 HVPE는 기존의 HVPE보다는 장비 구조 및 공정이 간단하며 MOCVD에서의 불순물 영향도 나타나지 않는다.
그리고 기판을 제작하는 과정에서 다공성 GaN을 이용한 방법을 사용하였는데 다공성 GaN을 사용함으로써 초기 사파이어 기판을 손쉽게 떼어낼 수 있었고 그에 따라 비용 절감 효과를 볼 수 있었다. 다공성 GaN 성장조건은 온도 :1200℃, HCl 유량 : 150sccm이 적합하였고, 후막GaN 성장조건은 온도 : 1050℃, HCl 유량 : 10sccm, N-GaN과 P-GaN 성장조건은 소스지역온도 : 900℃, 성장지역온도 : 1090℃, InGaN 성장조건은 소스지역온도 : 900℃, 성장지역온도 : 990℃가 가장 적합한 것으로 판단된다.
따라서 다공성 GaN을 이용하여 GaN기판을 제작하고 혼합소스 HVPE 방법을 이용함으로써 고효율의 LED, 위의 재료 및 공정 설계를 통해 만든 LED는 경제적이고 고효율의 LED 제작할 수 있다.
참고문헌
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5. 논문 : LED 기술동향분석보고서 (한국과학기술정보연구원 )
6. 반도체 광원(LED) 시장 동향 및 전망 (저자 안선영, 주간기술동향 통권 1234호)
7. LED 산업 - 국내 조명용 LED 시장은 얼마까지 성장할까? (DAISHIN RESEARCH)
8. LED 기술동향분석보고서, 김금란, 한국과학기술정보연구원, 2005
9. Electronic Display, 마츠모토 쇼이치(松本正一)외 7名, 日本 옴사성안당,1995
10. DAESHIN RESEARCH 산업분석 - LED산업, 김강오, 20060
11. Mixed-source HVPE 방법에 의한 III족 질화물반도체와 헤테로 구조의 성장에 관한 연구 -김경화-
12. HVPE법에서 온도와 HCl유량에 따라 성장된 GaN 결정의 광학적 특성 -김경화, 김 향, 양 민, 안형수, 이삼녕-
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키워드

GaN,   LED,   에피탁시,   InGaN,   다공성,   기판,   HVPE,   시장