InGaN/GaN 청색 발광다이오드에서 전류 과밀 현상이 운반자 넘침에 미치는 영향에 대한 연구 = A Study of Current Crowding and Its Effects on the Carrier Spill-over in InGaN/GaN Blue Light-emitting Diodes

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Because conventional GaN-based light-emitting diodes (LEDs) grown on the sapphire substrates use a mesa structure for current injection, the current flows have both vertical and horizontal components. In these LEDs, the distribution of the current density in the horizontal direction cannot be totally uniform. The nonuniform current flows may cause nonuniform light emission and degrade the external quantum efficiency. This effect is called the current crowding effect. In this study, we analyzed the degree of current crowding and its effects on the carrier spill-over and the resultant external quantum efficiency in InGaN/GaN blue LEDs. A carrier spill-over that was larger by a factor of 1.7 was observed when the current crowding was measured to be 3.1 times lager, which means current crowding enhances the current overflow. We further show that the nonuniform distribution of carriers results in a different external quantum efficiency (EQE) that is a function of the distance from the p-contact edge, which can have a significant effect on the efficiency droop at high current. Although several mechanisms have been suggested to explain the droop, including electron leakage at heterointerfaces, poor hole injection efficiency, indium-rich regions, we show that the current-crowding effect, which increases with increasing current density is one of the major causes of the efficiency droop.

국문 초록 (Abstract)

일반적인 GaN 기반 발광다이오드는 사파이어 기판 위에 성장시킨 메사 구조이다. 발광다이오드는 수직방향과 수평방향으로 전류의 흐름이 생기게 된다. 이때 구조적인 특성으로 인하여 메사 구조로 이루어진 발광다이오드에서는 수평 방향으로의 전류의 흐름에 불균형이 생기게 된다. 수평으로의 불균형한 전류 주입은 위치적으로 불균형한 발광을 유도하게 되고 이러한 현상을 ``전류 과밀 현상 (current crowding effect)''이라 한다. 본 연구에서는 전류 과밀의 정도를 분석하여, 이러한 전류 과밀 현상이 위치에 따른 운반자 넘침과 외부양자효율에 미치는 영향을 측정 분석하였다. 전류 과밀 현상이 큰 영역일수록 운반자 넘침은 커졌다. 이에 전류 과밀 현상은 운반자 손실을 유발하였다. 또한 위치적인 운반자 주입 불균형이 위치적으로 다른 내부양자효율을 초래하였고 그에 따라 실제 소자에 고전류 효율 저하로 이어지는 것을 보일 수 있었다. 고전류 효율 저하에 영향을 미치는 요인으로는 전류 누설, 정공의 주입 효율 감소, 인듐 국소화 등이 알려져 있지만, 전류 밀도가 증가할수록 더 큰 영향을 받는 전류 과밀 현상이 고전류 효율 감소에 매우 중요한 기여를 하고 있음을 보일 수 있었다.

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