陰極發(fā)光（CL）在Micro-LED顯示器的早期缺陷識(shí)別方面的應(yīng)用

       超高分辨率Micro-LED顯示器作為一種可行的自發(fā)光顯示器技術(shù)正在興起。具有數(shù)百萬(wàn)像素的μLED顯示器面臨著幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：LED制造和轉(zhuǎn)移過(guò)程中的保真度、工藝控制和缺陷分析。在這里，我們研究了兩種無(wú)損檢測(cè)方法，即光致發(fā)光和陰極發(fā)光成像，并將它們與電致發(fā)光圖像進(jìn)行比較，以驗(yàn)證LED的保真度，并評(píng)估這些方法作為缺陷分析的潛在工具。我們的實(shí)驗(yàn)顯示，利用陰極發(fā)光成像作為分析工具提供了豐富的數(shù)據(jù)，可以識(shí)別和分類μLED顯示器制造過(guò)程中與電致發(fā)光相對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)缺陷。在整個(gè)制造過(guò)程中，未激活像素可能由許多缺陷機(jī)制引起。

       對(duì)于其中的很多缺陷的分析，主要方法是電致發(fā)光（EL）成像和光學(xué)質(zhì)量檢查。光致發(fā)光（PL）成像已被用作半導(dǎo)體器件的計(jì)量和診斷工具，以表征光發(fā)射和電荷載流子特性。它也被用作半導(dǎo)體設(shè)備的缺陷診斷工具，將其視為Micro-LED缺陷檢測(cè)的一種有前途的方法。陰極發(fā)光（CL）成像同樣是表征納米和低維器件帶隙特征的有用成像工具。在本研究中，我們使用了在微圖案化藍(lán)寶石上外延生長(zhǎng)的GaN和InGaN的市售藍(lán)色LED晶圓（448nm中心波長(zhǎng)）。圖顯示了像素的示意圖和SEM圖像。

       CL圖像是使用蔡司Supra35VP場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）拍攝的。 由于缺乏載流子傳輸，PL激發(fā)不受蝕刻LED側(cè)壁上短路缺陷的影響。InGaN量子阱內(nèi)的電子被405nm的光激發(fā)，并且在弛豫時(shí)顯示出發(fā)射，而與短路的存在無(wú)關(guān)。CL圖像是全色的，因此對(duì)光譜不敏感，但顯示定性發(fā)光強(qiáng)度。圖B顯示了圖A中顯示的同一模具的示例圖像。亮白色區(qū)域代表強(qiáng)烈的發(fā)光。圖無(wú)損圖像。（A）200個(gè)LED的PL合成圖像。幾個(gè)圖像被縫合在一起以覆蓋整個(gè)設(shè)備區(qū)域。此圖中的所有指示燈均點(diǎn)亮。（B） 來(lái)自（A）的相同200個(gè)LED的CLSEM圖像。盡管大多數(shù)LED都會(huì)發(fā)光，但也有一些是不發(fā)光的。
 

      
       為了突出這一現(xiàn)象，圖7顯示了25個(gè)像素和四個(gè)無(wú)損圖像。圖A中的PL圖像顯示出均勻的發(fā)光，并且預(yù)測(cè)該陣列中沒(méi)有缺陷。圖B中的CL圖像顯示了各種對(duì)比度水平，我們將其解釋為短路相關(guān)缺陷的可靠性標(biāo)記，用于蝕刻相關(guān)損傷。32與圖C中的EL圖像相比，我們觀察到五個(gè)缺陷像素，其中在制造完成前，CL成像僅正確預(yù)測(cè)了一個(gè)缺陷，如低亮度像素所示。比較圖B中的CL圖像，D顯示了像素照明的明顯差異。圖D中的一個(gè)像素明顯比其余像素亮。大多數(shù)具有中等亮度，少數(shù)具有減弱的發(fā)光。與圖C中的已知缺陷像素相比，我們看到圖D中最亮的像素和最暗的三個(gè)像素對(duì)應(yīng)于缺陷。一個(gè)差異是，圖C中行的死像素似乎并沒(méi)有被CL圖像預(yù)測(cè)到。圖 25張500×500μm2像素圖像。（A） 臺(tái)面蝕刻后的PL圖像。（B） 臺(tái)面蝕刻后的CL圖像。（C）完成制造和芯片貼裝后的EL圖像。（D） 完成制造和芯片貼裝后的CL圖像。

       自發(fā)射Micro-LED顯示器仍然是一種昂貴且特定的解決方案，這是由于難以生產(chǎn)具有數(shù)百萬(wàn)像素、沒(méi)有未激活LED以及將多種顏色集成到一個(gè)背板上的顯示器。通過(guò)利用CL成像，可以可靠地預(yù)測(cè)由于干蝕刻相關(guān)的損壞而導(dǎo)致單個(gè)像素或LED在EL下變得不活躍的Micro-LED短路缺陷。PL成像可以從可能阻礙進(jìn)一步制造工藝步驟的蝕刻工藝中識(shí)別再沉積的InGaN。PL成像無(wú)法識(shí)別導(dǎo)致LED短路的蝕刻相關(guān)損傷。通過(guò)CL成像和亮度測(cè)量可以簡(jiǎn)單地識(shí)別額外的布線和接觸缺陷。CL的這兩種方法是快速和無(wú)損的測(cè)量，為微型LED顯示器提供保真度信息。