MicroLED陣列

發光二極管(LED)是一種有吸引力的替代顯示技術。LED的高發射率和低功耗有望對現實和移動設備顯示器中使用的現有技術進行重大改進。為了覆蓋顯示器的全色域,LED像素包含排列成陣列的紅色、藍色和綠色的單個LED。因此,顯示器的分辨率取決于單個LED的大小和間距。為了提高分辨率,可以減小發射器的尺寸,但其輻射強度也隨之降低。為了使較小的常規LED達到相當的輻射強度,它們需要更高的輸入功率,而這又會導致更高的散熱要求。

六角形核殼柱

為了解決上述使用常規平面發射器的問題,研究人員已將注意力轉向三維microLED(μLED)。這樣的發射體的明顯優點是表面積增加,而其中進一步增加的維數,允許在發射體的側面形成量子阱。增加的維度還提供了進入各個晶面的通道。如果是GaN,它包含m平面,該m平面具有最 小的本征電場,可以減少量子限制斯塔克效應(QCSE)的影響,從而提高受激載流子的復合效率。

成分變化和缺陷


發射光譜的空間變化

GaN/InGaN核殼柱是典型的三維發射體。從這樣的柱狀物上觀察陰極發光(CL)可以提取其根據位置變化的光譜信息??蓪⒐庾V信息中感興趣的明顯波段(例如GaN,InGaN和點缺陷帶)在空間上對應顯示。此外,在此分析示例中,InGaN量子阱有源層的成分Mapping顯示,In的分數介于19%至26%之間并集中在頂點。Gatan Microscopy Suite® 中的非線性最 小二乘法(NLLS)光譜擬合工具可用于估算成分Mapping,并確定InGaN帶隙與位置的關系。通過NLLS擬合確定能帶隙,可以估算In的濃度:x,并通過觀察InxGa1-xN關于x的理論能帶隙,確定材料成分。到目前為止,我們掌握了有關CL光譜的發射信息,但是沒有關于發射角度的信息,而這類形狀的樣品的發射是各向異性的。為了觀察這種各向異性,可以使用角度分辨CL模式。


 

角度分辨陰極發光


 

當光從拋物面鏡焦 點處的樣品發出時,它會沿反射鏡的軸線向下反射。在數學上,拋物面形狀是1對1的。因此,光在準直鏡上的反射位置對于樣品發出的角度也是wei一的。因此,對拋物面收集鏡的背板進行成像,即可獲取角度發射信息。使用已知的鏡像形狀,可以將數據轉換為極坐標表示,以便解釋說明。

發射選擇性和形狀效應


 

對于單個的陣列外的microLED柱,角度分辨CL(ARCL)顯示其在70?方向上的發射強度比集成在整個柱子上的法線方向上的強約2.4倍。如人們所料,發射方向取決于ji發位置。實際上,與被ji發柱的側面相反的方向上,發射強度最 高,并且包括干涉圖案。強度的方向性的產生原因可能是受真空下LED柱表面的折射率差異引起的全內反射的影響,而干涉圖案是由樣品表面的反射所致。

microLED六角柱陣列


 

MicroLED最常見的排列方式是陣列結構。在這種情況下,陣列結構為六邊形,柱寬(邊到邊)約為800 nm,周期(最近鄰)約為2μm。這種使用GaN的陣列開啟了光子影響光學性能的可能性。因此,在這樣的陣列中觀察它們以確定對發光的影響是非常重要的。

有效成分變化和缺陷


 

使用與先前觀察陣 列外顯示柱相同的數據進行采集,觀察陣列內的單個柱子。同樣,我們在該光譜圖像中觀察到每個掃描點的光譜,這可以對GaN,InGaN和點缺陷帶的發射帶進行Mapping,以及通過柱表面上的位置估算In的含量。這里我們可以估計InxGa1-xN中的In含量在11%至19%之間。


 

在對陣列內和陣列外的microLED柱進行比較時,可以觀察到一些有趣的現象。正如人們期望的那樣,在陣列外器件中,總的強度來自邊緣,因為量子阱被直接ji發。而對于陣列內器件,光強在整個表面上的分布更均勻。不同位置光譜的觀察進一步揭示了陣列內器件的整體強度的提高,尤其是在存在多個較小峰的500–600 nm范圍內。GaN,InGaN和點缺陷帶的色帶圖像甚至可以進一步消除這種差異。在這些圖像中,陣列會影響每個ji發位置點產生不同的發射圖。

 

一旦了解了陣列對光產生的影響,便可以根據波長探索發射的各向異性,以確定microLED在顯示設備是否可行。為此,我們采用了波長和角度分辨CL(WARCL)技術,該技術包括波長信息和角度信息。這項技術揭示了發射的優先方向,并可以觀察光子帶隙。

 

下面是幾種不同波長下的WARCL對比圖。陣列外和陣列內LED均在垂直于柱子的方向上發出較弱的光。但陣列中的器件仍存在十分令人關注的特點,展示了WARCL技術對于microLED陣列研究的實用性。

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