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【照明热点大家谈】大功率GaN基LED芯片设计与制造技术

广东省光电技术协会 2019-12-01 10:50:36

大功率GaN基LED芯片设计与制造技术

主讲人:周圣军

日 期:2018.05.31

主讲人简介:

周圣军,武汉大学副教授,湖北省杰青、楚天学者、珞珈青年学者。周圣军先后在武汉大学、美国密歇根大学、上海交通大学、广东量晶光电和佛山国星光电股份有限公司从事大功率LED芯片的研发和产业化工作,在Scientific Reports,Optics Express,Applied Surface Science,Applied Optics, Japanese Journal of Applied Physics,Physica Status Solidi A,Optics & Laser Technology和Review of Scientific Instruments等国际权威期刊发表第一作者和通讯作者SCI收录期刊论文30余篇,申请和获授权中国发明专利10多项,研究成果得到了国内外学术界和工业界研究人员的广泛引用和正面评价。周圣军作为项目负责人主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、国家重点研发计划子课题、863重大项目子课题、湖北省杰出青年基金项目和广东省部产学研结合项目。周圣军博士带领研发团队采用微纳加工技术在大功率LED芯片的表面、侧面和底面集成微纳米光学结构,使大功率LED芯片的发光效率超过175 lm/W@350 mA。研究了MOCVD原位生长低温GaN/AlGaN成核层以及溅射AlN成核层对紫外LED芯片发光效率的影响,发现溅射AlN成核层可以显著降低紫外LED外延材料的位错密度,并得出了溅射AlN成核层的最优厚度。

这是LED芯片中出现的电流聚集效应


电流聚集效应是由于p-GaN和n-GaN的电导率不匹配导致


我们通过在P型插值电极的底部制备分布式电流阻挡层技术改善注入电流在大功率LED芯片中的电流扩展性能


我们发现电流阻挡层(Current blocking layer, CBL)的厚度对LED芯片的光电性能有影响。电流阻挡层的材料通常是SiO2, Si3N4, Al2O3等绝缘材料


通过SimuLEDs软件仿真分析了注入电流在大功率LED芯片中的电流扩展特性,仿真结果表明:“通过引入SiO2电流阻挡层可以显著改善电流扩展性能。”

我们通过在大功率LED芯片的底部镀分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector, DBR),使射向大功率LED芯片底部的光子经由DBR反射之后从芯片正面出射到空气中,从而提升了大功率LED芯片的出光效率


我们设计了一种双堆栈DBR,与单堆栈DBR相比,双堆栈DBR的反射带宽更大,反射率对光子入射角度的依赖性更小



蓝宝石图形衬底既可以减小GaN外延材料的位错密度,又可以提高芯片的出光效率



通过蓝宝石图形衬底可以显著降低GaN外延材料的位错密度,从而减小大功率LED芯片的反向泄露电流。


大功率LED芯片的反向泄露电流与其可靠性密切相关。通过激光切割和高温磷酸侧腐蚀相结合的方法在大功率LED芯片的侧壁形成空气间隙结构,提高了大功率LED芯片的出光效率。



通过3D图形化ITO和侧壁波浪状微结构提高大功率LED芯片的出光效率


倒装结构大功率LED芯片可以显著改善芯片的散热性能



高压直流LED芯片和高压交流LED芯片


我们通过激光直写技术加工金属线网格透明导电电极,用于紫外LED芯片


我们对比分析了低温GaN成核层、低温AlGaN成核层和溅射AlN成核层对紫外LED内量子效率的影响


通过实验发现,与低温GaN/AlGaN成核层相比,溅射AlN成核层可以显著减小紫外LED外延层的位错密度


在不同尺寸的蓝宝石图形衬底上溅射AlN成核层,进一步分析了蓝宝石图形衬底尺寸对紫外LED位错密度的影响,实现结果表明,增加蓝宝石图形衬底尺寸可以降低AlGaN外延材料位错密度


通过实验发现调控V-pits的尺寸和密度可以改善LED的发光效率




今天就介绍到这里了,谢谢大家!

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编辑小龚整理

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