Akıllı Ekranlarda Arka Aydınlatma için Yüksek Verimli LED'lerin Tasarım, Üretim ve Karakterizasyonu

Bu projenin amacı, Elektronik MEMS ve Akıllı Ekranlar Çagrı programı BT502-Ekran Teknolojileri çagrısının 2. maddesinin a ve b bendinde yer alan; a. Düsük güç beyaz LED çip prototipi gelistirilmesi (akım aralıgı 20-60 mA, verimliligi en az 150 lm/W), b. Orta güç beyaz LED çip prototipi gelistirilmesi (akım aralıgı 60-350 mA, verimliligi en az 120 lm/W)] ısık yayan diyot (LED) çip prototiplerini gelistirmektir. Enerji tasarrufu programları çerçevesinde gelismis ülkelerde yürütülen, yüksek verimli ısık saçan diyotlara (LED) dayalı aydınlatma çalısmaları ülkemiz için de önemlidir. Yüksek verimlilikleri, uzun ömürleri ve genis kullanım alanları nedeniyle III-Nitrat (InGaN/AlGaN/GaN, vb.) LED ler yogun ilgi görmektedirler. Istenilen düzeylerde optik güç elde edebilmek için, yüksek iç kuantum verimi (IQE-Internal Quantum Efficiency), ısık çıkarma verimi (LEE-Light Extraction Efficiency) ve dıs kuantum verimliligi (EQE) gereklidir. Bu amaçla, yüksek IQE ve LEE hedefleyen elektronik ve optik tasarımlar gelistirilerek, desenlendirilmis (c-düzlemi) safir alttaslar (PSS-Patterned Saphire Substrate) üzerine MOCVD yöntemi ile LED?i olusturan InGaN/AlGaN/GaN epikristal tabakaları büyütülmüs, foton kaybını engelleyecek ısık çıkarım yöntemleriyle birlikte üretim teknolojisi gelistirilmis LED çip üretimi ve çiplerin elektrik ve optik testleri yapılmıstır. Hedeflenen aygıtların çoklu kuvantum kuyuları içeren elektronik yapıları Schrödinger ve Poisson denklemlerinin birlikte (kuvantum mekaniksel) çözülmesiyle, akım-gerilim özellikleri ise tasınım (transport) denklemlerinin çözülmesiyle elde edilmistir. Bu tip LED? lerde yaygın bir sorun olan sarkmanın (droop) en aza indirilmesi için elektron sogutucu merdiven tipi enjektör yapılar ve elektron engelleri gibi kuvantum kuyulardan elektron kaybını en aza indiren tasarımlar tercih edilmistir. Desenli safir alttaslar, optik yöntemlerle en çok ısık elde edilecek sekilde tasarlanmıs ve Bilkent Üniversitesi Ileri Arastırma Laboratuvarları imkânları ve/veya Ermaksan Optoelektronik altyapısındaki ICP ve/veya RIE kullanılarak lens ve piramid sekillerinde olusturulmustur. Bu alttaslar üzerine CÜNAM?da (Cumhuriyet Üniversitesi Nanofotonik Uygulama ve Arastırma Merkezi) bulunan Aixtron RF 200/4 MOCVD sistemi ile epitaksiyel GaN çekirdeklenme ve takip eden tampon (buffer) tabakalar büyütülmüs ve böylece vida tipi kusur yogunlugu azaltılarak daha sonra büyütülecek tabakalar ile epikristallerin üretimi gerçeklestirilmistir. Büyütmelerde metal organik gazlar için TMGa, TMIn, TMAl ve hidrit kaynak olarak da NH3 kullanılmıstır. Daha sonra bu epikristaller üzerine LEE arttırmak amaçlı ITO vb tabakalar kaplanmıstır. MOCVD büyütmeleri CÜNAM Ar-Ge MOCVD?sinde yapılarak, optimize edilmis büyütme reçeteleri elde edilmistir. Daha sonra bu reçeteler Ermaksan Optoelektronik de kurulan seri üretim Nitrat MOCVD sistemine uyarlanarak, bu sistemde de LED yapıları büyütülmüstür. Ermaksan Optoelektronik?teki seri üretime uygun MOCVD sisteminde bulunan ikinci NH3 hattı CÜNAM da ki Ar-Ge amaçlı MOCVD sistemine göre çok daha hızlı gaz aç-kapa islemine izin verdiginden, istenilen düzeyde kaliteye sahip LED epikristalleri büyütülebilmistir. Bu epikristaller kullanılarak ısık çıkarım yöntemleriyle birlikte üretim teknolojisi gelistirilerek proje isterlerini karsılayacak LED çipler üretilmistir. LED çip paketleme islemi sonrasında yapılan optik ölçümlerde Bilkent ve Ermaksan Optoelektronik altyapıları kullanılmıstır. Bu projede önerilen ve gerçeklestirilen tüm yöntemler çagrı kapsamındaki isterleri saglayacak sekilde seçilmis ve uygulanmıstır. Özellikle bir ArGe MOCVD cihazında gelistirilen reçetelerin Ermaksan A.S. nin öz kaynak ile alınan Türkiye?nin ilk seri LED MOCVD üretim sisteminde üretilmis olması, sadece çagrı konusunun amaç ve hedeflerine uygun olmakla kalmamıs ülkemiz açısından bu konuda önemli bir üretimin gerçeklestirilebilme imkânını da yaratmıstır.