韓研究人員薄化LED襯底 有效提升綠光LED光效

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-01-09

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 韓國與埃及研究人員采用晶圓薄化技術(shù)以提升氮化物半導(dǎo)體綠光LED的效率,。參與組織包括韓國全南國立大學(xué),、埃及貝尼蘇韋夫大學(xué)以及韓國光子技術(shù)研究院。

薄化的功效是為了減少氮化物半導(dǎo)體架構(gòu)中的殘余壓應(yīng)力(residual compressive stress),，星級酒店照明燈具,，行業(yè)資訊，這種應(yīng)力在LED架構(gòu)中對降低的壓電電場有撞擊效應(yīng),。氮化鎵和藍寶石之間不同的熱膨脹系數(shù)制成的應(yīng)力器件,， led服裝照明，在外延生長工藝冷卻后會造成壓應(yīng)力的產(chǎn)生,。

這種電場效應(yīng)將降低電子和空穴復(fù)合以產(chǎn)生光子的可能性,。這種問題在高銦成分(超過20%)的氮化銦鎵(InGaN)合金中更為嚴重，而這種合金又是綠光LED所需的,。目前藍光InGaN LED的效率為50%,，而較高銦含量的綠光LED的效率通常低于10%。

這種LED架構(gòu)采用MOCVD在2英寸的C面藍寶石襯底上生長的,。該襯底厚度為430μm,，并采用傳統(tǒng)工藝整合到240μm x 600μm的LED芯片中。

LED外延架構(gòu)

這種襯底薄化技術(shù)通過采用研磨和軟質(zhì)拋光實現(xiàn)的,。這些工藝被用于最小化薄化過程中的損壞,。在薄化后，3c認證,，芯片切割成單個,，n型GaN接觸層的晶圓翹曲與殘余應(yīng)力測量顯示，當晶圓薄化至200μm和80μm之間時,，翹曲增加,，高質(zhì)量，應(yīng)力減少,。

20mA注入電流的電致發(fā)光光譜顯示,，隨著襯底變薄其電流密度在增加。同時,， 200μm和80μm厚度襯底的峰值位置分別從520.1nm (2.38eV)漂移至515.7nm (2.40eV),。研究人員解釋道：“這些發(fā)現(xiàn)清晰地表明了晶圓翹曲所帶來的機械應(yīng)力會改變InGaN/GaN MQW有源區(qū)的壓電電場，并可修正能帶值,。但,，工程照明,，藍光峰值波長和能量的漂移要歸因于帶隙的提升，帶隙的提升是因為 InGaN/GaN MQW的壓電電場減少,。”

襯底薄化也提升了內(nèi)量子效率(IQE)和光輸出功率,，LED照明企業(yè)，超市照明,，但不會降低電流與電壓行為,。20mA時，襯底厚度從200μm到80μm,，LED照明企業(yè),，光輸出功率從7.8mW 增至11.5mW。這再一次證明可以降低壓電電場提升性能,。20mA情況下,，不同襯底厚度 (200μm, 170μm, 140μm, 110μm, 80μm)的前向電壓幾乎恒定在3.4V。

通用的襯底厚度情況下,，口碑,，其峰值外量子效率(EQE)從16.3%增加到24%。研究人員將他們的綠光LED的EQE性能與目前最好的半極自支撐GaN襯底數(shù)據(jù)相比較：20.4%在(20-21)方向,，18.9%在(11-22)方向,。采用半極襯底是 另一種降低GaN LED壓電電場的方式。但是這種襯底非常昂貴,。

研究人員采用了韓國EtaMax (DOSA-IQE)公司的室溫IQE測量系統(tǒng)，節(jié)能與環(huán)保,，在至少10mA注入電流時,，技術(shù)資訊，80μm襯底厚度的最大IQE為92% ,，車間照明,，20mA時，照明資質(zhì),，隨著襯底厚度從200μm降至80μm,，IQE從58.2% 提升至68.9%。

通過對比EQE和IQE,，研究人員確定較薄襯底的光萃取效率更高,。光萃取率的提升歸因于藍寶石襯底吸收的光子減少了，同時光從器件的藍寶石邊際逃逸能力提升了,。

最后,， led亮化工程，采用相同襯底薄化技術(shù)的光電轉(zhuǎn)換效率(WPE)從11.5%提升到17.1%,。