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HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED

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HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED

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                                                      Le nouvel horizon est vertical dans HB-LED.
                                             Les lasers d'excimère excellent dans le retrait de substrat de saphir.

La prochaine génération verticale, basé sur GaN, les diodes électroluminescentes de highbrightness (HB-LED) dépendent de la libération de substrat de croissance de saphir. À cet effet, 248 lasers d'excimère de nanomètre fournissent deuxième-à-aucuns représentation optique, et l'idéal de stabilité de puissance et d'impulsion pour le traitement rapide et élevé de (LLO) de décollage de laser de rendement.


Introduction
La représentation de basé sur GaN commercial, la blanc-lumière HB-LED a monté en flèche au cours de la dernière décennie (Fig.1) [1].

                 Évolution relative de coût et de représentation de LED

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED
Le schéma 1


La concurrence a alimenté la création des architectures nouvelles de dispositif avec les efficacités améliorées de photon-extraction, qui ont augmenté le flux lumineux de la puce de LED, menant au coût sensiblement réduit par lumen. Ceci a ouvert la gamme des demandes à semi-conducteur d'éclairage de ces dispositifs, et a apporté leurs caractéristiques en conformité avec les conditions pour le déploiement dans le contre-jour des véhicules à moteur, d'affichage et l'éclairage général.


Architectures verticales
Il y a deux manières fondamentales d'envisager une puce de LED, c.-à-d. une partie latérale et un vertical meurent l'architecture (Fig.2). Le choix de la conception est finalement conduit par le matériel.


Conceptions latérales et verticales de LED

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED
Le schéma 2


Le saphir est principalement employé comme le substrat standard de croissance pour les couches de GaN dues à son coût bas et bon assortiment de trellis.  Le saphir est un bon isolateur électrique, ainsi, les contacts doivent être placés l'un à côté de l'autre sur l'avant-side entrant en contact avec la couche de p et de n-GaN, comme représenté dans Fig.2 laissé. Si, cependant, développeur chargé tel que le cuivre, le silicium ou le carbure de silicium remplace le saphir comme substrat de transporteur, un avant-side et un contact de postérieur s'applique ayant pour résultat une conception verticale.


En fait, une LED verticale meurent (Fig.2, droite), comportant le retrait du substrat non-conducteur de saphir va avec plusieurs avantages inhérents d'interprétation par rapport à l'approche latérale de LED [2] :


i) Une structure verticale évite la distribution actuelle non homogène par la région multiple active de (MQW) de puits de quantum comprenant l'encombrement actuel vers le n-contact comme indiqué dans Fig.2 par les larges flèches.

ii) Une structure verticale de LED a un avantage significatif en termes de dissipation thermique de substrat. C'est en obtenant un rendement lumineux plus élevé d'une LED simple c.-à-d. augmentant la LED meurent taille.


iii) Dans une LED verticale, le saphir est enlevé et n'a pas besoin d'être découpé. D'ailleurs, avec le retrait non destructif de décollage de laser d'excimère de la gaufrette de saphir dans son ensemble, la même gaufrette de saphir peut être employée répétitivement en tant que substrat de croissance de GaN. C'est un aspect économique significatif dans la production de HB-LED.


Un aspect général de HB-LED est le piégeage inévitable de la lumière à l'intérieur de la puce par réflexion interne totale. La rugosité spécifique de la surface de émission de la LED verticale peut réduire les pertes de réflexion interne de loin. Une telle surface rendant rude est obtenue par exemple en retrait suivant de processus de substrat de saphir gravure à l'eau-forte humide effectué utilisant un système de laser d'excimère.


Retrait de substrat de saphir par l'intermédiaire de décollage de laser
Après que la croissance épitaxiale de la pile de film et la structuration de la puce de LED, un substrat de transporteur de la conduction thermique élevée soit collée sur le côté de joueur de la gaufrette de LED (Fig.3). Cette gaufrette de transporteur fournit le bon contact électrique et la bonne dissipation thermique. En conséquence, le silicium ou un alliage spécifique en métal est utilisé. Le transfert de substrat est accompli par l'élimination
le substrat de saphir par l'intermédiaire du décollage (LLO) de laser. Puisque les couches fonctionnelles de GaN sont gravure à l'eau-forte mince et chimique de quelques microns ou le polissage de la gaufrette de saphir sans endommager la structure de GaN est une tâche encombrante avec des effets inverses sur le rendement global. Le décollage (LLO) de laser est la méthode de choix pour obtenir la séparation sélective qui laisse les matériaux actifs inchangés.


Dans le processus de LLO, la gaufrette de LED est exposée aux pulsations lumineuses UV de forte intensité dirigées par le substrat de saphir, qui est transparent à une longueur d'onde de 248 le nanomètre (Fig.3). GaN, cependant, absorbe fortement les photons UV dans la couche adjacente d'interface de ~20 nanomètre en profondeur. À un fluence de laser de ~600 mJ/cm2, la couche d'interface de GaN localement chauffe jusqu'à ~1000°C et se décompose en gaz métallique de gallium et d'azote. Lors de chauffer la gaufrette à 30°C, GA devient liquide et la gaufrette de saphir peut être enlevée de l'interface liquide [3].

                             Écoulement typique de processus de fabrication de la verticale LED

 HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED

                                  Le schéma 3


LLO avec le laser d'excimère
Les travaux par processus de LLO à côté d'exposer séquentiellement des secteurs de la gaufrette à un laser UV simple palpitent jusqu'à ce que la superficie entière soit couverte. Le laser pour LLO doit répondre à des exigences quant à la longueur d'onde, à l'énergie d'impulsion et à la stabilité, afin d'assurer un processus commandé.


i) D'abord, il doit émettre l'UV-lumière pulsée avec une longueur d'onde de au-dessous de 350nm, puisque ceci correspond au bandgap de GaN de 3.5eV et est par conséquent absorbé à l'interface de GaN. Les technologies laser UV comportent des lasers d'excimère à 248 nanomètre, et à hauts harmoniques de ND : Lasers de YAG.


ii) En second lieu, afin de permettre un fluence de plus de 600 mJ/cm2 au-dessus de grands par-tir-secteurs de plusieurs millimètres carrés, les énergies d'impulsion élevées de laser de 400 MJ ou plus sont nécessaires.  Le par-tir-secteur est limité par la taille finale de la LED meurent qui pour HB-LED peut avoir un secteur de jusqu'à 5mm2. Si par tir-secteur est plus grand ou les matrices de LED sont plus petites dans le secteur, beaucoup de matrices peuvent être séparées dans un tir simple de laser (Fig.4).

             Douze matrices de LED séparées avec une impulsion simple (photo : JPSA)

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED
                                           Le schéma 4
Les lasers d'excimère émettent directement des impulsions UV de laser avec la haute énergie et la puissance de crête élevée. Ils n'opèrent pas de plus hauts harmoniques comme le ND : Lasers de YAG. Ainsi, même les lasers compacts d'excimère ont éteint plus de 500 mJ/pulse tandis qu'efficacité de conversion
ND de limites : YAG palpite à 200 MJ même pour les systèmes puissants (tableau 1).


Tableau 1 : Excimère contre le ND : Paramètres de laser de YAG.

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED

iii) Un aspect pivotalement de représentation de laser dans le traitement de LLO est l'uniformité du fluence au-dessus du secteur par-court entier.
Les lasers d'excimère émettent un grand faisceau en coupe et ont la cohérence en soi basse. Leur profil de faisceau est formé et homogénéisé par l'optique UV de haute catégorie.  Le homogénisateur de faisceau est basé sur les lentilles cylindrique qui homogénéisent le faisceau dedans
les deux axe individuellement.  La combinaison de l'optique de haute qualité avec la basse cohérence a entré le faisceau des résultats de laser d'excimère dans une grande, sans granularité laser taille de champ avec le fluence extrêmement homogène montrant une décroissance pointue aux bords (Fig.5).
                    Principe à rayon laser d'homogénéisation d'excimère

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED
                         Le schéma 5


Le champ homogène plus tard demagnified par un facteur de 5 et est projeté sur la gaufrette. Des paramètres de système d'un système de décollage de laser de 248 nanomètre établi sur un laser de l'excimère LPXpro210 et capable de traiter 50 gaufrettes de 2" à 6" taille par heure sont récapitulés ci-dessous.
              Tableau 2 : Paramètres de système de décollage de laser d'excimère

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED

iv) L'uniformité de Fluence doit également être maintenue au-dessus des impulsions consécutives plaçant une demande impulsion par impulsion grave de stabilité sur le laser. Considérant que conversion de fréquence non linéaire en ND : Les lasers de YAG ont comme conséquence des fluctuations élevées d'énergie d'impulsion en général de 2%, RMS (le tableau 1), 248 lasers d'excimère de nanomètre fournissent de loin mieux la stabilité d'impulsion en général de 0,5%, RMS. La stabilité d'énergie et de puissance est maintenue au-dessus de plus que cent heures d'opération directe de laser d'excimère à 248 nanomètre suivant les indications du schéma 6.
                Opération mains libres à 248nm plus de 120 heures.

HB laser Retrait-LOGIQUE d'excimère de substrat de saphir de LED
                                                      Le schéma 6
Dans des lasers avancés d'excimère de puissance élevée, on a éliminé pratiquement tout l'entretien, excepté le gaz automatisé changeant, qui prend seulement quelques minutes. Ainsi, les coûts de maintenance et le temps d'arrêt sont comparables aux lasers à état solide de pointe [4].


Conclusion et Outlook
HB-LED ont commencé à concurrencer des sources lumineuses conventionnelles dans divers marchés. D'un point de vue technique, le marché d'éclairage général exige une efficacité lumineuse au delà de 100 lumens par watt dans un simple meurent le paquet blanc de LED. Comparé à la LED de type latéral, les LED de type vertical ont des avantages significatifs, tels qu'une meilleure injection actuelle, une excellente dissipation thermique, et une résistance aux dommages de décharge électrostatique. Le retrait de substrat de saphir par décollage de laser d'excimère est une efficacité augmentant la technologie qui joue un rôle essentiel en route à la prochaine génération de fabrication HBLEDs.


Une tendance à la fabrication à fort débit de LED est l'utilisation de plus grand c.-à-d. 6" des gaufrettes. Finalement le processus de LLO doit fournir la sortie pour traiter six gaufrettes de po. de diamètre à un taux de 60 gaufrettes par heure. À cet effet, la technologie laser d'excimère à 248 nanomètre est disponible sur une gamme étendue d'énergie de production jusqu'à 1 Joule/impulsion. À 1 énergie d'impulsion de Joule, environ 400 impulsions sont nécessaires de
couvrez le 6" entier gaufrette dans un procédé de décollage qui a lieu aussi rapidement que 10 secondes à la fréquence du pouls de 50 hertz. Le décollage de laser d'excimère est ainsi une technologie permettante, fournissant la sortie upscaling par de plus grands champs d'illumination et des taux plus élevés de répétition.

Références
[1] R. Haitz et J.Y. Tsao : Éclairage à semi-conducteur : « Le cas » 10 ans ensuite et perspectives d'avenir ; Phys. Barres obliques A 208, no. 1, 17-29 de statut (2011).
[2] R., Delmdahl, M. Kunzer, et U. Schwarz : La couche mince LED gagnant du terrain. Le décollage de laser d'excimère permet la production de l'intense luminosité LED ; Journal 3, 22 - 25 de laser Technik (2011).
[3] C. - F. Chu et autres : Étude des diodes électroluminescentes de GaN fabriquées par technique de décollage de laser ; Journal de la physique appliquée 95, aucun 8, 3916-3922 (2004).
[4] R. Delmdahl, R. Paetzel : Le contact de MIDAS : Traitement extérieur avec le laser UV d'excimère. Journal 1, 24-29 de laser Technik (2009)

Cet article appartient à « logique » et est pour la référence seulement, Changhaï le métal que rare ne prennent aucune responsabilité sur son authenticité.

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