Kendini destekleyen GaN tabanlı mikro-LED

Kendini destekleyen GaN tabanlı mikro-LED

Çinli araştırmacılar, miniatür ışık yayıcı diyotlar (LED) için alt katman olarak kendi kendini destekleyen (FS) galyum nitritinin (GaN) kullanımının avantajlarını araştırıyor [Guobin Wang ve arkadaşları, Optics Express,v32Özellikle, 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, kendi kendini destekleyen GaN'in daha yüksek maliyetinin daha fazla verimlilikle telafi edilebileceği.

Araştırmacılar Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Suzhou Nanotechnology ve Nanobionics Enstitüsü, Jiangsu Üçüncü Nesil Yarım iletken Araştırma Enstitüsü,Nanjing Üniversitesi, Soochow Üniversitesi ve Suzhou Navi Technology Co., Ltd.Araştırma ekibi, bu mikro-LED'nin ultra yüksek piksel yoğunluğu (PPI) alt-mikron veya nano-LED yapılandırmalarına sahip ekranlarda kullanılmasını bekliyor..

Araştırmacılar, kendi kendini destekleyen bir GaN şablonu ve bir GaN / safir şablonu üzerinde üretilen mikro-LED'lerin performansını karşılaştırdılar (Şekil 1).

Şekil 1: a) mikro-LED epitaksyal şeması; b) mikro-LED epitaksyal filmi; c) mikro-LED çip yapısı; d) İletişim elektron mikroskobu (TEM) kesit görüntüleri.

Metal-organik kimyasal buhar çöküntüsünün (MOCVD) epitaksyal yapısı, 100nm N tipi alüminyum galyum nitrit (n-AlGaN) taşıyıcı difüzyon/genişleme katmanı (CSL), 2μm n-GaN temas katmanı içerir.100nm düşük silane kasıtlı olmayan doping (u-) GaN yüksek elektron hareketliliği tabakası, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN gerginlik salıverme katmanı (SRL), 6x(2.5nm/10nm) mavi InGaN/GaN çok kuantumlu kuyusu, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN Elektron Bariyer katmanı (EBL),80nm P-gan delik enjeksiyon tabakası ve 2nm ağır doped p +-GaN temas tabakası.

Bu malzemeler, 10 μm çaplı LED'ler halinde indiyum teneke oksit (ITO) şeffaf temas ve silikon dioksit (SiO2) yan duvar pasivasyonu ile yapılır.

Heteroepitaxial GaN/safir şablonları üzerinde üretilen yongalar büyük performans farklılıklarına sahiptir.yoğunluk ve en yüksek dalga uzunluğu, çip içindeki konuma bağlı olarak büyük ölçüde değişir10 A/cm2'lik bir akım yoğunluğunda, safir üzerindeki bir çip, merkez ve kenarları arasında 6.8 nm dalga uzunluğu kayması gösterir.Bir çip diğerinden sadece % 76 daha güçlü..

Kendi kendini destekleyen GaN üzerinde üretilen yongalar durumunda, dalga uzunluğu varyasyonu 2.6nm'ye düşürülür ve iki farklı yongaların yoğunluk performansı çok daha yakındır.Araştırmacılar dalga boyu tekdüzelik değişikliğini homojen ve heterostructures farklı stres durumlarına atfetti: Raman spektroskopisi, kalıntı gerilimlerin sırasıyla 0,023 GPa ve 0,535 GPa olduğunu gösterdi.

Katodoluminesans, heteroepitaksyal vafelerin çıkma yoğunluğunun yaklaşık 108/cm2 olduğunu, homogen epitaksyal vafelerin ise yaklaşık 105/cm2 olduğunu gösterdi."Daha düşük dislokasyon yoğunluğu sızıntı yolunu en aza indirir ve ışık verimliliğini arttırır.- Evet.

Heteroepitaksyal yongalarla karşılaştırıldığında, homojen epitaksyal LED'lerin ters sızıntı akımı azalmış olsa da, ileri kayıtsızlık altında mevcut yanıt da azalmıştır.Kendi kendini destekleyen GaN çipleri daha yüksek bir dış kuantum verimliliğine (EQE) sahiptirBir durumda %14'e karşılaştırıldığında, safir şablonlarında %10'a. 10K ve 300K'da (oda sıcaklığı) fotoluminesans performansını karşılaştırarak,İki çipin dahili kuantum verimliliği (IQE) 73 olarak tahmin edildi.%2 ve %60,8'dir.

Simülasyon çalışmalarına dayanarak, araştırmacılar kendi kendini destekleyen GaN üzerinde optimize edilmiş bir epitaksiyal yapı tasarladılar ve uyguladılar.Bu, mikro ekranın daha düşük enjeksiyon akım yoğunluklarında dış kuantum verimliliğini ve voltaj performansını iyileştirdi (Şekil 2)Özellikle, homojen epitaksi daha ince bir potansiyel bariyer ve keskin bir arayüz elde eder.Heteroepitaxy'de elde edilen aynı yapı, iletim elektron mikroskobu altında daha bulanık bir hat gösterirken.

Şekil 2: Çok kuantumlu kuyu bölgesinin iletim elektron mikroskop görüntüleri: a) orijinal ve optimize edilmiş homoepitaksi yapıları ve b) heterojen epitaksi ile gerçekleştirilen optimize edilmiş yapılar.c) Homogen epitaksiyel mikro LED çipinin dış kuantum verimliliği, d) homojen epitaksyal mikro-LED çipinin akım-gerilim eğrisi.

Bir dereceye kadar, daha ince bariyer, dislokasyonun etrafında oluşmaya eğilimli olan V şekilli çukurları taklit eder. Heteroepitaxial LED'lerde, V şeklindeki çukurların yararlı performans etkileri olduğu bulunmuştur.,Örneğin, kısmen V çukuru çevresindeki çok kuantumlu kuyu yapısındaki bariyerin incelmesi nedeniyle, ışık yayıcı bölgeye daha iyi delik enjeksiyonu.

10A/cm2'lik bir enjeksiyon akım yoğunluğunda, homojen epitaksyal LED'in dış kuantum verimliliği %7,9'dan %14,8'e çıkar.10μA akımı çalıştırmak için gereken voltaj 2'den azalır..78V'den 2.55V'ye.