Struttura GaN Epi LED blu a base di zaffiro
Attualmente, nella preparazione dei LED blu, i materiali di nitruro di gallio (GaN) vengono solitamente coltivati mediante eteroepitassia. Nei LED commerciali basati su GaN, la maggior parte di essi utilizza lo zaffiro come materiale di substrato per la crescita epitassiale. C'è un gap di banda nel semiconduttore di nitruro di gallio e le lunghezze d'onda possono essere facilmente spostate dal verde al blu aggiungendo indio (spostamento a lunghezze d'onda più lunghe) o alluminio (spostamento a lunghezze d'onda più corte). I parametri del LED bluEpitassia GaN on patterned sapphire substrate from Ganwafer are shown as follows:
1. Specifiche wafer LED GaN Epi-on-zaffiro da 4 pollici
GANW220421-GOSLED
| Epitaxy | |
| Materiale | GaN |
| Area utilizzata | > 90% |
| Densità di lussazione | xx cm2 |
| Spessore di p-GaN | xx um |
| Concentrazione di portatori di p-GaN | xx |
| Mobilità portatori di p-GaN | xx |
| WLD | 450-460 nm |
| Tolerance | xx nm |
| Potenza di uscita della luce (a corrente 20 mA) | xx mW |
| Substrato | |
| Materiale | Zaffiro PS |
| Diametro | 4” (100 mm) |
| Spessore | 650±25um |
| Orientamento | C-plane(0001)0°±0.5° |
| Lunghezza piatta primaria | 30±1.5 mm |
| Orientamento piatto primario | A-plane(11-20) 0°±0.25° |
| Bow | <20 um |
| ORDITO | <10 um |
| TTV | <20 um |
| marcatura laser | backside |
| Lucidatura lato anteriore | epi-ready, Ra<0.2 nm |
| Lucidatura sul retro | fine ground |
2. Prestazioni del LED GaN su zaffiro
Le prestazioni del LED al nitruro di gallio presentano principalmente due vantaggi, vale a dire l'efficienza quantistica interna (IQE) della regione attiva e l'elevata efficienza di estrazione della luce. Il risultato della bassa efficienza quantistica interna è influenzato dall'elevata densità di dislocazione del filo (TD) dei film LED GaN cresciuti su etero-substrati. I TD sono materiali metallici che formano percorsi di diffusione degli elettroni nello strato attivo. A causa della localizzazione della matrice più debole, l'efficienza di emissione della luce è più sensibile al centro di ricombinazione non radioattivo del TD quando la lunghezza d'onda di emissione viene ridotta. Per migliorare l'efficienza di estrazione della luce dei LED a base GaN, di seguito vengono suggerite diverse soluzioni.
3. Come migliorare l'efficienza di estrazione della luce del LED blu GaN?
Attualmente, i modi principali per migliorare l'efficienza quantistica esterna dei dispositivi LED su GaN-on-Sapphire sono il riflettore di Brag distribuito (DBR), il sollevamento laser del substrato (LLO), la modifica della geometria del LED e il chip flip (Flip Chip), la superficie irruvidimento, cristallo fotonico, plasmone superficiale e uso della microstruttura del chip, ecc.
Prendi ad esempio il cristallo fotonico. L'uso di cristalli fotonici per migliorare l'efficienza di estrazione dei LED presenta i vantaggi di un processo semplice e di un'elevata efficienza di estrazione della luce, quindi è diventato uno degli hotspot della ricerca per migliorare l'efficienza quantistica esterna dei LED, come Micro LED. Esistono due meccanismi principali per migliorare l'efficienza di estrazione della luce dei LED:
(1) Meccanismo di diffrazione, utilizzato principalmente in strutture cristalline fotoniche con costanti reticolari relativamente grandi;
(2) Meccanismo di gap di banda, è la condizione di gap di banda in cui la costante del reticolo raggiunge la lunghezza d'onda del LED GaN
In termini di cristallo fotonico, ci sono tre metodi principali attualmente adottati per migliorare l'efficienza di estrazione della luce della struttura LED GaN:
Uno è fabbricare una struttura bidimensionale sulla superficie del materiale GaN di tipo p o dello strato di ossido di indio-stagno (ITO) per migliorare l'efficienza di estrazione della luce del dispositivo;
L'altro consiste nell'utilizzare la superficie inferiore del substrato di zaffiro, creando una struttura simile a una matrice di lenti per migliorare l'efficienza di estrazione della luce della superficie inferiore del LED GaN;
Il terzo è creare una struttura bidimensionale su un substrato di zaffiro PSS, quindi far crescere un wafer LED GaN per creare dispositivi correlati.
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