ไมโครเอลดี (Micro-LED) ที่ใช้ GaN ที่รองรับตัวเอง

ไมโครเอลเอดีที่ใช้ GaN ที่รองรับตัวเอง

นักวิจัยชาวจีนได้ค้นคว้าข้อดีของการใช้ไนทรีดกัลเลียม (GaN) ที่รองรับตัวเอง (FS) เป็นพื้นฐานสําหรับไดโอเดสปล่อยแสงขนาดเล็ก (LED) [Guobin Wang et al, Optics Express,v32โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 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, โดยที่ค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นของ GaN ที่เลี้ยงตัวเองสามารถชดเชยด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพ

นักวิจัยเชื่อมโยงกับมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีน สถาบันนาโนเทคโนโลยีและนาโนบิโอนิคส โซจู สถาบันวิจัยครึ่งประสาทรุ่นที่สามของจางซูมหาวิทยาลัยนานจิง, Soochow University และ Suzhou Navi Technology Co., Ltd.ทีมงานวิจัยเชื่อว่าไมโคร-LED นี้คาดว่าจะใช้ในจอที่มีความหนาแน่นของพิกเซลสูงสุด (PPI).

นักวิจัยเปรียบเทียบผลงานของไมโคร LED ที่ผลิตบนแบบ GaN ที่รองรับตัวเองและแบบ GaN / sapphire (รูป 1)

รูปที่ 1: a) โครงการ Epitaxial micro-LED; b) ฟิล์ม Epitaxial micro-LED; c) โครงสร้างชิป micro-LED; d) ภาพตัดข้ามของกล้องจุลินทรีย์อิเล็กตรอนการส่ง (TEM)

โครงสร้าง Epitaxial ของการฝากน้ําหมอกเคมีโลหะอินทรีย์ (MOCVD) ประกอบด้วย 100nm N-type aluminium Gallium Nitride (n-AlGaN) Carrier diffusion/expansion layer (CSL), 2μm n-GaN contact layer100nm ต่ํา silane ไม่ตั้งใจ doping (u-) GaN ชั้นเคลื่อนไหวอิเล็กตรอนสูง, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN layer การปล่อยความยืด (SRL), 6x(2.5nm/10nm) สีฟ้า InGaN/GaN multi-quantum well, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN Electron Barrier layer (EBL)ชั้นฉีดรู P-gan ขนาด 80nm และชั้นสัมผัส p+-GaN ขนาด 2nm ที่ได้รับการเติมยาหนัก.

วัสดุเหล่านี้ถูกผลิตเป็นไฟ LED ขนาดกว้าง 10 μm ด้วยการสัมผัสโปร่งของอินเดียมทองแดงออกไซด์ (ITO) และซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) การ passivation ผนังข้าง

ชิปที่ผลิตบนรูปแบบ GaN / sapphire heteroepitaxial แสดงความแตกต่างในการทํางานที่ใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเข้มข้นและความยาวคลื่นสูงสุดจะแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับตําแหน่งภายในชิปณ ความหนาแน่นของกระแส 10 A / cm2 ชิปบน sapphire แสดงการสลับความยาวคลื่นของ 6.8 nm ระหว่างศูนย์กลางและขอบชิปหนึ่งแข็งแรงกว่าชิปอีก 76%.

ในกรณีของชิปที่ผลิตจาก GaN ที่รองรับตัวเอง ความยาวคลื่นจะลดลงเป็น 2.6nm และผลประกอบความเข้มข้นของชิปที่แตกต่างกันสองชิปจะใกล้ชิดกันมากนักวิจัยอ้างถึงการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นแบบเดียวกันกับสภาวะความเครียดที่แตกต่างกันในโฮมอเจนและ heterostructures: ภาพสเปคตรอสโครปของราแมนแสดงให้เห็นว่าความเครียดที่เหลืออยู่ที่ 0.023 GPa และ 0.535 GPa ตามลําดับ

คาโทโดลูมิเนเซนส์แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของการสับสนของแผ่นเพชรเชิงเพชรเป็นประมาณ 108/cm2 ในขณะที่ของแผ่นเพชรเชิงเพชรแบบเดียวกันเป็นประมาณ 105/cm2 ทีมงานวิจัยกล่าว"ความหนาแน่นของความหลุดที่ต่ํากว่า ลดเส้นทางการรั่วไหลให้น้อยที่สุด และเพิ่มประสิทธิภาพแสงครับ

เมื่อเปรียบเทียบกับชิป heteroepitaxial แม้ว่ากระแสรั่วกลับของ LEDs epitaxial homogeneous จะลดลง แต่การตอบสนองของกระแสภายใต้ความคัดแย้งไปข้างหน้าก็ลดลงด้วยชิปบน GaN ที่รองรับตัวเองมีประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกที่สูงกว่า (EQE): 14% ในกรณีหนึ่งเมื่อเทียบกับ 10% ในรูปแบบ sapphire โดยการเปรียบเทียบการทํางาน photoluminescence ที่ 10K และ 300K (อุณหภูมิห้อง),ความประสิทธิภาพคอนเทียมภายใน (IQE) ของชิปทั้งสองชิปคาดว่า 73.2% และ 60.8% ตามลําดับ

จากงานจําลอง นักวิจัยได้ออกแบบและนําไปใช้โครงสร้าง Epitaxial ที่ดีที่สุดบน GaN ที่รองรับตัวเองซึ่งได้ปรับปรุงประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกและการทํางานของแรงดันของไมโครดิสป์ที่ความหนาแน่นของกระแสกระแสที่ต่ํากว่า (รูป 2)โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผสมผสาน homogeneous ทําให้มีขั้วความสามารถบางและการผ่าตัดที่คมขณะที่โครงสร้างเดียวกันที่ได้รับใน heteroepitaxy แสดงลักษณะลักษณะที่ไม่ชัดเจนกว่า ภายใต้กล้องจุลินทรีย์อิเล็กตรอน.

รูปที่ 2: ภาพกล้องจุลินทรีย์อิเล็กตรอนการส่งของภูมิภาคหลุมหลายควอนตัม: a) โฮโมเอปิตาคซี่โครงสร้างเดิมและปรับปรุง และ b) โครงสร้างที่ปรับปรุงที่เกิดขึ้นในเอปิตาคซี่ heterogeneousc) ประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกของชิปไมโคร LED อีพิตาซิอัลแบบเดียวกัน, d) กุหลาบกระแสกระแสไฟฟ้าของชิปไมโคร LED อีพิตาซิอัลแบบเดียวกัน

ในปริมาณหนึ่ง, ป้องกันบางซับซ้อนรูปร่าง V ที่มีแนวโน้มที่จะสร้างรอบ dislocation. ใน LEDs heteroepitaxial, รูปร่าง V ได้พบว่ามีผลกระทบการทํางานที่เป็นประโยชน์,เช่น การฉีดรูที่ดีขึ้นเข้าไปในบริเวณที่ปล่อยแสง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการลดความหนาของอุปกรณ์กั้นในโครงสร้างหลุมหลายควอนตัมรอบ V-pit

ณ ความหนาแน่นของกระแสกระแสฉีด 10A / cm2, ประสิทธิภาพควอนตัมภายนอกของ LED ต้นกระดูกแบบเดียวกันเพิ่มขึ้นจาก 7.9% เป็น 14.8%.ความตึงเครียดที่จําเป็นในการขับเคลื่อนกระแส 10μA ลดลงจาก 2.78V ถึง 2.55V