本文選題：微型LED陣列 + AlGaInP芯片�。� 參考：《中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：LED以亮度高、功耗低、響應(yīng)速度快及性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)在照明、顯示、航空航天、醫(yī)療、生物基因工程及通訊網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。近年來,為滿足商業(yè)與科技領(lǐng)域等對微顯示、高分辨率微型LED器件的迫切需求,國內(nèi)外紛紛開展了集成LED微陣列器件的研究。本論文主要研究了以Al Ga In P-LED外延片為制作LED微陣列器件的基本材料,采用MEMS技術(shù)和半導(dǎo)體工藝技術(shù)等完成了高密度、高分辨率微型LED陣列器件的制作。該LED微陣列器件具有像素尺寸可控、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。本論文的工作主要包括以下四個部分:1.研究了將LED芯片陣列化后排列時光源發(fā)光強(qiáng)度及接收面光照度的變化。將300μm×300μm LED芯片陣列化分割為間隔為20μm的3×3個80μm×80μm的像素,陣列化后,總飽和光輸出功率是陣列化前的5.19倍,最大注入電流提高近7倍。表明陣列可以注入更大的電流和輸出更高的飽和光功率。此外,當(dāng)采用多顆陣列化后的LED芯片形成的芯片組的間距為最大平坦條件dmax時,接收面上照度均勻性最佳;芯片組數(shù)越多,接收面上均勻照度的面積越大。同樣以dmax排列照明時,9顆300μm×300μm的芯片陣列化為9個80μm×80μm的LED芯片與9顆未陣列化的300μm×300μm芯片相比,接收面上的光照度均勻性不變,照度值提高了3倍。2.針對以Al Ga In P為基本材料設(shè)計(jì)的微型LED陣列器件像素內(nèi)部電流密度分布不均勻問題,采用Silvaco軟件分析了電極結(jié)構(gòu)對電流密度分布的影響。在保證電極覆蓋發(fā)光單元面積不變的條件下,設(shè)計(jì)了四種插指狀陽極電極結(jié)構(gòu)。對四種陽極電極結(jié)構(gòu)下像素有源層內(nèi)部的電流密度分布進(jìn)行計(jì)算分析,得到5插指結(jié)構(gòu)下像素內(nèi)部的電流密度分布最均勻。此外,在穩(wěn)定的驅(qū)動環(huán)境下,相比于其它電極結(jié)構(gòu),5插指電極結(jié)構(gòu)下像素的飽和光輸出功率密度最高,約為50W/cm2;隨注入電流的增加,該電極結(jié)構(gòu)像素內(nèi)部結(jié)溫變化最小。3.設(shè)計(jì)了Al Ga In P-LED微陣列器件的結(jié)構(gòu)與工藝步驟,并完成了器件制作。在器件制作中,采用MEMS技術(shù)在通用Al Ga In P-LED芯片上制作出深寬比為2:1的隔離溝道,實(shí)現(xiàn)了高密度LED像素的集成;分別通過真空填充聚酰亞胺(PI)及跨溝道PI膜兩種方案完成了電極介質(zhì)橋的制作;通過腐蝕或剝離技術(shù)制作了LED陣列陽極電極;采用機(jī)械與化學(xué)減薄技術(shù)進(jìn)行襯底減薄,實(shí)現(xiàn)了LED陣列的像素分離。測試得到像素開啟電壓為1.7V,當(dāng)襯底厚度為150μm,注入電流為10m A時,像素的光輸出功率為326μW.4、針對柔性LED陣列等特殊應(yīng)用對LED微陣列器件寬單元間距的需求,設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多次掩膜腐蝕法與平面間隔腐蝕法實(shí)現(xiàn)寬間距的方案。
[Abstract]:LED has been widely used in lighting, display, aerospace, medical, biogenetic engineering and communication networks due to its advantages of high brightness, low power consumption, fast response speed and stable and reliable performance.In recent years, in order to meet the urgent needs of micro display and high resolution micro LED devices in commercial and scientific fields, the research of integrated LED microarray devices has been carried out at home and abroad.In this paper, the fabrication of high density and high resolution LED microarray devices using Al Ga in P-LED epitaxial wafer as the basic material is studied. The fabrication of high density and high resolution microarray devices is accomplished by using MEMS technology and semiconductor technology.The LED microarray device has the advantages of controllable pixel size and high integration.The work of this thesis mainly includes the following four parts: 1.The changes of the luminous intensity and the light intensity of the receiving surface during the array of LED chips were studied.The array of 300 渭 m 脳 300 渭 m LED chips is divided into 3 脳 3 80 渭 m 脳 80 渭 m pixels with an interval of 20 渭 m. The total output power of saturated light is 5.19 times of that before the array, and the maximum injection current is increased nearly 7 times.It shows that the array can inject more current and output higher saturated optical power.In addition, when the spacing of the chipset formed by the array of LED chips is the maximum flat condition dmax, the illumination uniformity on the receiving surface is the best, and the area of uniform illumination on the receiving surface increases with the increase of the number of chipsets.The illumination uniformity on the receiving surface of 9 LED chips with 80 渭 m 脳 80 渭 m and 9 unarrayed LED chips with #number0# 渭 m 脳 300 渭 m is increased by 3 times and the illumination value is increased by 3 times.Aiming at the non-uniform distribution of current density in pixels of miniature LED array devices designed with Al Ga in P as the basic material, the effect of electrode structure on current density distribution was analyzed by Silvaco software.Four kinds of intercalated anode structures are designed under the condition that the electrode covers the same area of the luminescent cells.The distribution of the current density in the active layer of the pixel is calculated and analyzed under four kinds of anode electrode structures. The results show that the distribution of the current density in the pixel is the most uniform under the five-point structure.In addition, under stable driving environment, the output power density of saturated light is the highest, about 50 W / cm ~ 2, compared with that of other electrode structures, which is about 50 W / cm ~ (2), and the minimum change of junction temperature of pixels in the electrode structure is .3with the increase of injection current.The structure and process of Al Ga in P-LED microarray devices are designed and fabricated.In the fabrication of the device, the isolation channel with the aspect ratio of 2:1 is fabricated on the universal AlGa in P-LED chip by MEMS technology, and the integration of high density LED pixels is realized.The electrode dielectric bridge was fabricated by vacuum filling polyimide (Pi) and cross-channel Pi film, the LED array anode electrode was fabricated by etching or stripping technology, and the substrate thinning was performed by mechanical and chemical thinning techniques.The pixel separation of LED array is realized.When the substrate thickness is 150 渭 m and the injection current is 10 Ma, the output power of the pixel is 326 渭 W. 4. For special applications such as flexible LED array, the wide cell spacing of LED microarray devices is required.The scheme of multiple mask etching and plane interval corrosion is designed and verified experimentally.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN312.8

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