Mikro-LED oparte na samodzielnym GaN

Mikro-LED oparte na samodzielnym GaN

Chińscy naukowcy badali korzyści płynące z stosowania samodzielnego azotanu galiu (GaN) jako podłoża dla miniaturowych diod emitujących światło (LED) [Guobin Wang et al, Optics Express,V32W szczególności: the team has developed an optimized indium gallium nitride (InGaN) multi-quantum well (MQW) structure that performs better at lower injection current densities (about 10A/cm2) and lower drive voltages for advanced microdisplays used in augmented reality (AR) and virtual reality (VR) devices, gdzie wyższe koszty samowystarczalnego GaN mogą być kompensowane przez zwiększoną wydajność.

Naukowcy są powiązani z Chińskim Uniwersytetem Nauki i Technologii, Suzhou Institute of Nanotechnology and Nanobionics, Jiangsu Third Generation Semiconductor Research Institute,Uniwersytet w Nanjing, Uniwersytet Soochow i Suzhou Navi Technology Co., Ltd.Zespół badawczy uważa, że ta mikro-LED ma być używana w wyświetlaczach o bardzo wysokiej gęstości pikseli (PPI) w konfiguracjach sub-mikron lub nano-LED.

Naukowcy porównali wydajność mikro-LED wytworzonych na samodzielnym szablonie GaN i szablonie GaN/zafirowym (rysunek 1).

Rysunek 1: a) schemat powierzchniowy mikro-LED; b) folia powierzchniowa mikro-LED; c) struktura chipu mikro-LED; d) obrazy przekroju poprzecznego mikroskopu elektronicznego (TEM).

Epataksjalna struktura metalowo-organicznego osadzenia par chemicznych (MOCVD) obejmuje warstwę dyfuzyjną/ekspancyjną nośnika azotanu galiuminowego (n-AlGaN) typu N o długości 100 nm (CSL), warstwę kontaktową n-GaN o długości 2 μm,100 nm nisko silanowy nieumyślny doping (u-) GaN warstwa o wysokiej mobilności elektronów, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN warstwa uwalniania naprężenia (SRL), 6x(2.5nm/10nm) niebieska InGaN/GaN wielowieloraki, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN warstwa bariery elektronów (EBL),80 nm warstwa wtrysku do otworu P-gan i 2 nm warstwa kontaktowa p+-GaN silnie dopingowana.

Materiały te są wytwarzane w diody LED o średnicy 10 μm z przezroczystym kontaktem z tlenkiem cyny india (ITO) i pasywacją ścian bocznych dwutlenkiem krzemu (SiO2).

Chipy wykonane na heteroepitaxjalnych szafirowych szablonach GaN wykazują duże różnice w wydajności.Intensywność i długość fali szczytowej różnią się w zależności od pozycji w układziePrzy gęstości prądu 10 A/cm2, chip na szafirze wykazuje przesunięcie długości fali 6,8 nm między środkiem a krawędziami.Jeden chip jest tylko o 76% silniejszy od drugiego.

W przypadku układów wytwarzanych na samodzielnym GaN różnica długości fali zmniejsza się do 2,6 nm, a wydajność intensywności dwóch różnych układów jest znacznie bliższa.Naukowcy przypisali zmianę jednorodności długości fali różnym stanom naprężeń w homogenicznych i heterostrukturzeSpektroskopia Ramana wykazała, że naprężenia pozostałe wynosiły odpowiednio 0,023 GPa i 0,535 GPa.

Badania katodoluminescencyjne wykazały, że gęstość wykształcenia płytek heteroepitaksjalnych wynosiła około 108/cm2, podczas gdy gęstość wykształcenia płytek epitaksjalnych jednorodnych wynosiła około 105/cm2."Mniejsza gęstość zwichnięć minimalizuje ścieżkę wycieku i poprawia efektywność świetlną"- Nie.

W porównaniu z chipami heteroepitaksyjnymi, chociaż prąd przecieku odwrotnego jednorodnych diod epitaksyjnych jest zmniejszony, reakcja prądu pod przesunięciem do przodu jest również zmniejszona.Chipy na samodzielnym GaN mają wyższą zewnętrzną efektywność kwantową (EQE)Po porównaniu wydajności fotoluminescencji w temperaturze 10 K i 300 K (temperatura pokojowa),wewnętrzna efektywność kwantowa (IQE) obu chipów została oszacowana na 730,2% i 60,8% odpowiednio.

Na podstawie pracy symulacyjnej naukowcy zaprojektowali i wdrożyli zoptymalizowaną strukturę epitaksową na samowytrzymującym się GaN,który poprawił zewnętrzną efektywność kwantową i wydajność napięcia mikrodispleja przy niższych gęstościach prądu wtrysku (rysunek 2)W szczególności homogeniczna epitaksja pozwala osiągnąć cieńszą barierę potencjalną i ostry interfejs,Podczas gdy ta sama struktura osiągnięta w heteroepitaxy wykazuje bardziej niejasny kontur pod mikroskopem elektronicznym transmisji.

Rysunek 2: Obrazy mikroskopu elektronicznego transmisyjnego regionu wielokwantowego studni: a) oryginalne i zoptymalizowane struktury homoepitaxy i b) zoptymalizowane struktury zrealizowane w epitaxy heterogenicznej.c) Zewnętrzna efektywność kwantowa jednorodnego epitaksyalnego chipu mikro-LED, d) krzywa napięcia prądu homogennego mikro-LED-a.

W pewnym stopniu cieńsza bariera symuluje dziury w kształcie litery V, które mają tendencję do tworzenia się wokół zwichnięcia.,Na przykład ulepszone wtryskiwanie otworu w obszar emitujący światło, częściowo ze względu na rozrzedzanie bariery w wielokwantowej strukturze studni wokół dziury V.

Przy gęstości prądu wtrysku wynoszącej 10 A/cm2 zewnętrzna efektywność kwantowa jednolitej, epitaksyalnej diody LED wzrasta z 7,9% do 14,8%.Napięcie wymagane do napędzania prądu 10 μA jest zmniejszone z 2.78V do 2.55V.