Micro-LED dựa trên GaN tự hỗ trợ

Micro-LED dựa trên GaN tự hỗ trợ

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã khám phá những lợi ích của việc sử dụng tự hỗ trợ (FS) gallium nitride (GaN) như một chất nền cho các đèn diode phát sáng (LED) nhỏ [Guobin Wang et al, Optics Express,v32, p31463, 2024]. 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, trong đó chi phí cao hơn của GaN tự cung cấp có thể được bù đắp bằng hiệu quả cao hơn.

Các nhà nghiên cứu liên kết với Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Viện Công nghệ Nano và Nanobionics Suzhou, Viện Nghiên cứu bán dẫn thế hệ thứ ba Jiangsu,Đại học Nam Kinh, Đại học Soochow, và Suzhou Navi Technology Co., Ltd.Nhóm nghiên cứu tin rằng micro-LED này dự kiến sẽ được sử dụng trong màn hình với mật độ pixel cực cao (PPI) cấu hình sub-micron hoặc nano-LED.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh hiệu suất của các đèn LED vi mô được chế tạo trên một mẫu GaN tự hỗ trợ và một mẫu GaN / sapphire (Hình 1).

Hình 1: a) sơ đồ biểu trục micro-LED; b) phim biểu trục micro-LED; c) cấu trúc chip micro-LED; d) hình ảnh cắt ngang kính hiển vi điện tử truyền (TEM).

Cấu trúc biểu trục của sự lắng đọng hơi kim loại kim loại kim loại kim loại (MOCVD) bao gồm lớp lan tỏa / mở rộng chất chứa gallium nitride (n-AlGaN) loại N 100nm, lớp tiếp xúc n-GaN 2μm,100nm silane thấp không cố ý doping (u-) GaN lớp điện tử di động cao, 20x ((2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN lớp giải phóng căng (SRL), 6x ((2.5nm/10nm) màu xanh InGaN/GaN đa lượng tử, 8x ((1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN Electron Barrier layer (EBL),Lớp tiêm lỗ P-gan 80nm và lớp tiếp xúc p +-GaN 2nm được doped nhiều.

Các vật liệu này được làm thành đèn LED có đường kính 10 μm với tiếp xúc trong suốt bằng oxit thiếc indium (ITO) và thụ động silicon dioxide (SiO2).

Các con chip được chế tạo trên các mẫu GaN/saphir heteroepitaxial cho thấy sự khác biệt về hiệu suất lớn.cường độ và bước sóng đỉnh thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào vị trí trong chipVới mật độ dòng 10 A / cm2, một con chip trên sapphire cho thấy một sự thay đổi bước sóng 6,8 nm giữa trung tâm và các cạnh.một con chip chỉ mạnh hơn 76% so với con chip khác.

Trong trường hợp các chip được sản xuất trên GaN tự hỗ trợ, sự thay đổi bước sóng được giảm xuống còn 2,6nm, và hiệu suất cường độ của hai chip khác nhau gần hơn nhiều.Các nhà nghiên cứu đã quy cho sự thay đổi đồng nhất bước sóng đến các trạng thái căng thẳng khác nhau trong cấu trúc đồng nhất và heterostructures: X quang phổ Raman cho thấy các căng thẳng còn lại lần lượt là 0,023 GPa và 0,535 GPa.

Các cathodoluminescence cho thấy rằng mật độ lật của các wafer heteroepitaxial là khoảng 108/cm2, trong khi đó của các wafer epitaxial đồng nhất là khoảng 105/cm2."Độ mật độ biến dạng thấp hơn làm giảm thiểu đường dẫn rò rỉ và cải thiện hiệu quả ánh sáng.

So với các chip heteroepitaxial, mặc dù dòng rò rỉ ngược của đèn LED epitaxial đồng nhất được giảm, phản ứng hiện tại dưới sự thiên vị về phía trước cũng được giảm.chip trên GaN tự hỗ trợ có hiệu suất lượng tử bên ngoài cao hơn (EQE)Bằng cách so sánh hiệu suất quang chiếu ở 10K và 300K (nhiệt độ phòng),hiệu quả lượng tử nội bộ (IQE) của hai chip được ước tính là 73.2% và 60,8% tương ứng.

Dựa trên công việc mô phỏng, các nhà nghiên cứu đã thiết kế và thực hiện một cấu trúc biểu trục tối ưu trên GaN tự hỗ trợ,cải thiện hiệu suất lượng tử bên ngoài và hiệu suất điện áp của màn hình hiển thị vi mô ở mật độ dòng phun thấp hơn (Hình 2)Đặc biệt, epitaxy đồng nhất đạt được một rào cản tiềm năng mỏng hơn và một giao diện sắc nét,trong khi cấu trúc tương tự đạt được trong heteroepitaxy cho thấy một đường viền mờ hơn dưới kính hiển vi điện tử truyền.

Hình 2: Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền của khu vực giếng đa lượng tử: a) cấu trúc homoepitaxy ban đầu và tối ưu hóa, và b) cấu trúc tối ưu hóa được thực hiện trong epitaxy dị tính.c) Hiệu suất lượng tử bên ngoài của chip micro-LED epitaxial đồng nhất, d) đường cong điện áp hiện tại của chip micro-LED epitaxial đồng nhất.

Ở một mức độ nào đó, rào cản mỏng hơn mô phỏng các hố hình chữ V có xu hướng hình thành xung quanh sự trật tự.,chẳng hạn như tiêm lỗ cải thiện vào khu vực phát ra ánh sáng, một phần do sự mỏng của rào cản trong cấu trúc giếng đa lượng tử xung quanh hố V.

Ở mật độ dòng phun 10A / cm2, hiệu suất lượng tử bên ngoài của đèn LED epitaxial đồng nhất tăng từ 7,9% lên 14,8%.Điện áp cần thiết để điều khiển một dòng điện 10μA được giảm từ 2.78V đến 2.55V.