红光Micro-LED的制备和表征
发布时间：2022-02-16 14:48
Micro-LED具有高亮度,低功耗,寿命长,高响应速度等优秀特性,现已成为显示领域的热点,Micro-LED全彩显示屏迎来快速发展期,Ga N基蓝光和绿光Micro-LED的制备相对成熟,所以红光Micro-LED制备的研究对未来实现Micro-LED的全彩显示尤为重要。本文对红光Micro-LED从外延片的生长到金属焊盘的制作6步工艺做出详细的介绍,分析进行每一步工艺的原因、工艺的难点及其解决方法。为了进一步了解红光Micro-LED的物理特性,本文对红光Micro-LED进行一系列的表征测试和对比实验,可以分为3个阶段,由浅入深地测试和分析。第一阶段,在蔡司显微镜下观察红光Micro-LED的器件形态,并且测试常温下（300K）的I-V曲线,得到开启电压为1.97V,计算得到理想因子为2.2,推测该器件侧壁存在缺陷,并且测试了光谱曲线,得到中心波长为635nm,半高宽为17nm。第二阶段,分别测试了不同形状的红光Micro-LED的I-V曲线,数据处理得到J-V曲线,发现侧壁面积与发光面积的比值越大,则电流密度越小;测试了圆形和方形红光Micro-LED的光分布,发现方形Micr...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PN结的示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-到支撑和固定的作用；N-GaN中拥有多余的电子，主要掺杂剂为Si，且掺杂技术比较简单，容易控制；P-GaN拥有多余的空穴，需要在H2条件下生长，使用Mg作为受主掺杂剂实现。MQW结构可提高电子和空穴在空间的复合率，提高辐射复合效率即内量子效率，从而提高发光效率。图1-2基于GaN的LED芯片的三种结构示意图(1)水平结构水平结构的P、N电极是位于Micro-LED芯片水平的同一端，它的电流在P型和N型GaN的限制层之间水平流动，从而电流分布不平均，引发电流拥挤，发热多[7]4。由于水平结构在制备过程中，蓝宝石衬底不会剥离，虽然制备工艺简单，但是蓝宝石的导热系数只有27W/(mK)，所以导致水平结构Micro-LED芯片散热性差，长期热量过高容易导致器件使用寿命缩短。水平结构的芯片有65%的光是从P-GaN上方发出，还有35%左右的光是从N-GaN侧面发出，由于P-GaN上面镀一层ITO膜(让电流分布更均匀)，该层ITO膜会吸收部分光，向上出射的光还会被电极遮挡一部分，而侧面出射的光会被后续引线键合过程中的金属引线遮挡一部分，因此，水平结构会导致Micro-LED芯片出光率低[7]5。此外，水平结构的LED不适合做小尺寸器件。(2)垂直结构垂直结构的两个电极分布在Micro-LED芯片的上下两端，电流几乎都在垂直方向流动，不产生横向流动电流，电流分布均匀，并且减少热量的产生，因此，也不需要在N-GaN上表面镀上ITO膜[7]5。垂直结构可以通过激光剥离技术将GaN基LED芯片从蓝宝石衬底上剥离出来，并且转移到金属衬底键合，这样操作工艺上变得更复杂，如果金属衬底材料是铜，散热系数为398W/(mK)，散热系数是蓝宝石衬底的15倍左右，所以垂直结构的散热性非常好，并且在相同驱动电流的情况下，垂直结构GaN基LED芯片的正向电压?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-的变化，JEONG-TAKOH等人用SilenseTM进行仿真，如图1-3a)所示，它表示不同尺寸LED的EQE随电流密度的变化曲线[9]4。可以明显地看出，EQE会随LED的尺寸变化而变化，在相同电流密度的情况下，较小的LED的EQE比较大的LED的EQE低。值得注意的是，样品3的芯片总面积大于样品4和样品5，但3的EQE比4和5的降低更严重。尽管芯片总面积差异很大，样品6显示出的EQE与样品4和样品5相近。因此，考虑到1、2和3具有较大的侧壁表面比(0.96～3.2%)，而4、5和6(分别为0.48%、0.32%和0.14%)(如表1-2所示)，它们的EQE下降可以归因于侧壁缺陷处SRH复合增加。表1-2LED在不同尺寸不同面积不同数量情况下的侧壁表面比[9]3样品编号LED尺寸(μm2)LED面积(μm2)总面积侧壁面积/发光面积#115×1522522500.0320#222×2248448400.0218#350×502500250000.0096#4100×10010000100000.0048#5150×15022500225000.0032#6350×3501225001225000.0014图1-3不同尺寸和不同MQW数量下的EQE[9]3为了研究MQW数目对LED光输出效率的影响，使用SPECLEDTM三维仿真。该MQW数目表示由ICP刻蚀侧壁区域暴露的MQW的数量。例如，QW对越多，QW侧壁面积越大，导致更大表面复合载流子损耗。如图1-3b)所示，a)六种不同尺寸LED的EQE随电流密度变化曲线b)不同尺寸且不同数量MQW对的LED的EQE随电流密度的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]LED光源在生物医学中的应用分析[J]. 牛汀. 现代养生. 2016(18)
[2]Junction-temperature estimation in AlGaInP light-emitting diodes using the luminescence spectra method[J]. 文静,文玉梅,李平,王三山. Journal of Semiconductors. 2016(06)
[3]LED光源在医疗技术中的应用及发展现状[J]. 田耕,魏粉妮. 中国高新技术企业. 2014(07)
[4]LED技术发展概述[J]. 钟冬梅. 数字通信. 2011(03)
硕士论文
[1]一种高精度恒流LED驱动芯片的研究与设计[D]. 张俏.电子科技大学 2014
[2]双金属钼酸盐可调控红光发射和微纳米材料形貌可控性研究[D]. 许博.上海师范大学 2012
[3]全彩色LED显示屏真彩色显示技术研究[D]. 李志坚.中南大学 2009
本文编号：3628158
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PN结的示意图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-到支撑和固定的作用；N-GaN中拥有多余的电子，主要掺杂剂为Si，且掺杂技术比较简单，容易控制；P-GaN拥有多余的空穴，需要在H2条件下生长，使用Mg作为受主掺杂剂实现。MQW结构可提高电子和空穴在空间的复合率，提高辐射复合效率即内量子效率，从而提高发光效率。图1-2基于GaN的LED芯片的三种结构示意图(1)水平结构水平结构的P、N电极是位于Micro-LED芯片水平的同一端，它的电流在P型和N型GaN的限制层之间水平流动，从而电流分布不平均，引发电流拥挤，发热多[7]4。由于水平结构在制备过程中，蓝宝石衬底不会剥离，虽然制备工艺简单，但是蓝宝石的导热系数只有27W/(mK)，所以导致水平结构Micro-LED芯片散热性差，长期热量过高容易导致器件使用寿命缩短。水平结构的芯片有65%的光是从P-GaN上方发出，还有35%左右的光是从N-GaN侧面发出，由于P-GaN上面镀一层ITO膜(让电流分布更均匀)，该层ITO膜会吸收部分光，向上出射的光还会被电极遮挡一部分，而侧面出射的光会被后续引线键合过程中的金属引线遮挡一部分，因此，水平结构会导致Micro-LED芯片出光率低[7]5。此外，水平结构的LED不适合做小尺寸器件。(2)垂直结构垂直结构的两个电极分布在Micro-LED芯片的上下两端，电流几乎都在垂直方向流动，不产生横向流动电流，电流分布均匀，并且减少热量的产生，因此，也不需要在N-GaN上表面镀上ITO膜[7]5。垂直结构可以通过激光剥离技术将GaN基LED芯片从蓝宝石衬底上剥离出来，并且转移到金属衬底键合，这样操作工艺上变得更复杂，如果金属衬底材料是铜，散热系数为398W/(mK)，散热系数是蓝宝石衬底的15倍左右，所以垂直结构的散热性非常好，并且在相同驱动电流的情况下，垂直结构GaN基LED芯片的正向电压?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-的变化，JEONG-TAKOH等人用SilenseTM进行仿真，如图1-3a)所示，它表示不同尺寸LED的EQE随电流密度的变化曲线[9]4。可以明显地看出，EQE会随LED的尺寸变化而变化，在相同电流密度的情况下，较小的LED的EQE比较大的LED的EQE低。值得注意的是，样品3的芯片总面积大于样品4和样品5，但3的EQE比4和5的降低更严重。尽管芯片总面积差异很大，样品6显示出的EQE与样品4和样品5相近。因此，考虑到1、2和3具有较大的侧壁表面比(0.96～3.2%)，而4、5和6(分别为0.48%、0.32%和0.14%)(如表1-2所示)，它们的EQE下降可以归因于侧壁缺陷处SRH复合增加。表1-2LED在不同尺寸不同面积不同数量情况下的侧壁表面比[9]3样品编号LED尺寸(μm2)LED面积(μm2)总面积侧壁面积/发光面积#115×1522522500.0320#222×2248448400.0218#350×502500250000.0096#4100×10010000100000.0048#5150×15022500225000.0032#6350×3501225001225000.0014图1-3不同尺寸和不同MQW数量下的EQE[9]3为了研究MQW数目对LED光输出效率的影响，使用SPECLEDTM三维仿真。该MQW数目表示由ICP刻蚀侧壁区域暴露的MQW的数量。例如，QW对越多，QW侧壁面积越大，导致更大表面复合载流子损耗。如图1-3b)所示，a)六种不同尺寸LED的EQE随电流密度变化曲线b)不同尺寸且不同数量MQW对的LED的EQE随电流密度的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]LED光源在生物医学中的应用分析[J]. 牛汀. 现代养生. 2016(18)
[2]Junction-temperature estimation in AlGaInP light-emitting diodes using the luminescence spectra method[J]. 文静,文玉梅,李平,王三山. Journal of Semiconductors. 2016(06)
[3]LED光源在医疗技术中的应用及发展现状[J]. 田耕,魏粉妮. 中国高新技术企业. 2014(07)
[4]LED技术发展概述[J]. 钟冬梅. 数字通信. 2011(03)
硕士论文
[1]一种高精度恒流LED驱动芯片的研究与设计[D]. 张俏.电子科技大学 2014
[2]双金属钼酸盐可调控红光发射和微纳米材料形貌可控性研究[D]. 许博.上海师范大学 2012
[3]全彩色LED显示屏真彩色显示技术研究[D]. 李志坚.中南大学 2009
本文编号：3628158
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