As the efficiency of nitride semiconductors based light-emitting diodes (LEDs) has been dramatically improved, they are widely used as both a lighting source and the backlighting unit in display. Recently, the micro-LEDs based display is also considered as the next generation display due to a number of advantages compared with current technologies for display. However, the poor color rendering and high color temperature are pointed out as problems in the case of white LEDs for lighting, and a micro-LED based displays are facing a great difficulty in commercialization due to the absence of mass-transferring method. These occur because the conventional LEDs emit only single wavelength on the single substrate. In this dissertation, we tried to solve the problems by fabricating the three-dimensional (3D) structures-based LEDs. For the lighting application, a highly efficient phosphor-free warm white LEDs were successfully demonstrated by using 3D dodecagonal ring structures fabricated by selective area growth and KOH wet etching method. Furthermore, the selective area growth technique was systematically studied, and the 3D structures capable of emitting multiple wavelength light and controlling emission wavelength are formed on a single substrate. We believe these results are expected to be applicable to technology of micro-LED based displays fabricated by non-transfer method.
질화물 반도체 기반 발광다이오드의 효율이 급격하게 좋아지면서 디스플레이 광원과 조명등 많은 분야에서 상용화되고 있다. 최근에는 기존의 디스플레이에 비해 많은 장점을 가지고 있기 때문에 수십 마이크로 크기의 마이크로 발광다이오드를 기반으로 하는 디스플레이가 각광을 받고 있다. 그러나 조명용으로 사용되는 백색 발광다이오드의 경우 낮은 연색성과 높은 색온도가 문제점으로 지적되며, 마이크로 발광다이오드 기반의 디스플레이는 대면적 전사 기술의 부재에 의해서 상용화에 큰 어려움을 겪고 있다. 이는 모두 기존의 발광다이오드가 단일 기판 위에서 단일 파장의 색만을 발광하는 구조이기 때문에 발생한다. 본 박사 학위논문에서는 삼차원 구조의 질화물 반도체 기반 발광다이오드를 이용하여 위의 문제들을 해결하고자 하였다. 조명의 응용을 위해서, 위치 선택적 성장 기법과 습식 식각 기법을 함께 이용하여 높은 효율을 가지는 삼차원 링구조의 온백색 발광다이오드를 형광체를 사용하지 않고 제작할 수 있었다. 또한 위치 선택적 성장 기법을 체계적으로 연구하여 다중 파장의 발광과 파장의 조절이 가능한 삼차원 구조체들을 단일 기판 위에서 형성하였다. 이 결과를 이용하면 마이크로 발광다이오드 기반의 디스플레이를 무전사 방식을 통해 제작할 수 있을 것으로 기대한다.