Fabrication of InGaN/GaN Nanoscale Fin LEDs and Luminescence Properties

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 발광 특성을 향상시키기 위해 새로운 나노 스케일 LED 구조를 설계하였다. 선행된 나노로드 LED의 축 발광 문제를 해결하기 위해 전체 LED 부피에 대한 MQW (Multiple quantum Well) 부피가 큰 나노 핀 구조 LED를 RIE (Reactive Ion Etcher) 및 ICP (Inductively Coupled Plasma)를 사용한 건식 에칭 공정으로 제작하였다. 기존의 청색 GaN 웨이퍼에서 나노 핀 LED를 균일하게 분리하기 위해 적절한 용매를 사용하여 전기 화학적 식각 (ECE) 및 초음파 절단 공정을 적용하였다. 각 나노 핀 제조 단계의 발광 특성을 분석하기 위해 온도 의존 광발광(TDPL) 측정 장치를 사용하여 웨이퍼 스케일에서 발광 강도를 측정하였다. 또한 음극선 발광 (SEM-CL)이 있는 주사 전자 현미경을 사용하여 SiNX 쉘을 갖춘 나노 핀 LED가 패시베이션 효과로 인해 SiNX가 없는 것보다 2 배 이상의 발광 특성을 가지고 있음을 확인하였다. 마이크로 광발광(µ-PL) 측정 장치를 사용하여 나노로드와 나노 핀 사이의 발광 특성을 비교하였다. GaN은 굴절률이 크기 때문에 도파관 효과에 의해 나노로드 LED에서 축 발광이 관찰되는 반면 나노 핀 LED는 전면 발광하는 것을 확인하였다. EL (Electroluminescence) 소자에서 Top-Emitting FIN LED가 더 나은 발광 특성을 가지고 있음을 Dielectrophoresis (DEP) 방법을 사용하여 광학적으로 확인했지만 나노 핀에 적합한 어셈블리에 대한 추가 연구가 필요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we designed a new structure of nano scale LEDs to improve the luminescence properties. In order to solve the edge emission problem of the precedent nanorod LED, nanofin structure LEDs with a large multiple quantum well (MQW) volume to total LED volume were fabricated by dry etching process with Reactive Ion Etcher (RIE) and Inductively Coupled Plasma (ICP). We applied Electrochemical Etching (ECE) and sonication scission process with appropriate solvent to separate nanofin LEDs from the conventional blue GaN wafer uniformly. To analyze luminescence properties for each nanofin fabrication step, we measured luminescence intensity in wafer scale with temperature-dependent photoluminescence (TDPL). In addition, using scanning electron microscope with cathodoluminescence (SEM-CL) we confirmed that nanofin LEDs with SiNX shell have over twice luminescence properties than those without SiNX because of passivation effect. Micro photoluminescence (µ-PL) was used to compare to luminescence properties between nanorod and nanofin. Because GaN has large refractive index, edge emission was observed in nanorod LED by the waveguide effect while nanofin LED has top emission. The dielectrophoresis (DEP) method was used to confirm that top-emitting fin LED has better luminescence properties in the electroluminescence(EL) device, but further research on an assembly suitable for the nanofin is required.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Experimental 7
• 2.1 Materials 7
• 2.2 Nanofin LEDs preparation 8
• 2.3 Scission process 11
• 2.4 Characterization 15
• 3. Results and discussion 19
• 3.1 Optimization of electrochemical etching voltage condition 19
• 3.2 Appropriate solvent of sonication process 23
• 3.3 Temperature-dependent PL properties of nanofin in wafer scale 27
• 3.4 Effect of SiNX shell in nanofin and CL properties 32
• 3.5 CL properties of nanofin according to the falling direction 34
• 3.6 Comparison to PL properties between nanorod and nanofin 36
• 3.7 Comparison to CL properties between nanorod and nanofin 42
• 3.8 Comparison to EL optical characteristic between nanorod and nanofin 44
• 4. Conclusion 46