III-N based micro-LED have gained much attention in many research areas as a future display because of its high brightness, high stability, long lifetime, short response time, and high resolution. Also, on-going studies are in progress to improve micro-LED processing technique for the realization of high-efficiency ultra-small scale micro-LEDs, which are smaller than 10 μm size. In this study, we focused on the focused ion beam (FIB) technology that is widely used in the semiconductor industry for sub-micrometer processing. First, we measured the changes in the optical and electrical characteristics of a III-N LED wafer after He FIB irradiation. By varying the ion dose, the trends of changes in optoelectronic characteristics was analyzed. As a result, we confirmed that the He ion irradiated regions of the LED wafer were optically quenched and electrically isolated. In addition, ultra-small blue micro-LEDs of less than 1 μm were produced using the results of the previous research that proved characteristics change by FIB irradiation. We then measured size-dependent optoelectronic characteristics of the fabricated micro-LEDs, and quantitatively analyzed the decrease in power efficiency with decreasing LED size. The above findings suggest that changes in the optoelectronic characteristics of a III-N LED substrate can be induced by controlling defects inside the substrate through FIB irradiation, and this effect can be applied to ultra-small III-N device processes under sub-micrometer units.
질화물기반 마이크로 엘이디는 높은 광효율과 안정성, 긴 수명, 빠른 반응 시간, 높은 해상도로 인해 차세대 디스플레이에 적합한 소자로써 각광받고 있다. 더 높은 해상도와 효율을 갖는 마이크로 엘이디를 구현하기 위해 10 μm 이하 초소형 엘이디 공정을 개선하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 반도체 산업에서 초소형 공정에 주로 사용되는 집속이온빔(Focused Ion Beam)을 주목하였다. 먼저 헬륨 집속이온빔이 질화물기반 엘이디 기판에 조사되었을 때 나타나는 기판의 광학적, 전기적 특성변화를 관측하였고, 집속된 이온의 선량을 달리하여 나타나는 광전기적 특성변화의 추이를 분석하였다. 실험을 통해 이온빔을 맞은 엘이디 기판에서 소광(消光) 효과와 전기적 절연(絶緣) 효과가 나타나는 것을 확인했다. 또한 앞선 연구를 통해 밝혀낸 집속이온빔 조사의 특성을 이용하여 1 μm 이하의 초소형 청색 마이크로 엘이디를 제작했다. 사이즈별로 제작된 마이크로 엘이디의 광전기적 특성을 확인하고, 사이즈가 줄어듦에 따른 전력 효율의 감소를 정량적으로 분석하였다. 위의 연구들은 집속이온빔 조사를 통해 기판 내부에 생기는 결함을 조절함으로써 기판의 특성 변화를 유도할 수 있고, 이러한 효과는 다양한 마이크로미터 단위 이하의 초소형 공정에 응용할 수 있음을 시사한다.
