Mikro-LEDs auf Basis von selbsttragendem GaN

Mikro-LEDs auf Basis von selbsttragendem GaN

Chinesische Forscher haben die Vorteile der Verwendung von eigenständigem (FS) Galliumnitrid (GaN) als Substrat für Mikro-Lichtdioden (LED) untersucht [Guobin Wang et al., Optics Express, v32,P31463Im Einzelnen: the team developed an optimized indium gallium nitride (InGaN) multiple quantum well (MQW) structure that performs better at lower injection current densities (around 10 A/cm²) and lower driving voltages, so dass es für fortschrittliche Mikrodisplays geeignet ist, die in Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) -Geräten verwendet werden.die höheren Kosten für freistehendes GaN können durch eine höhere Effizienz kompensiert werden.

Die Forscher sind mit der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas, dem Suzhou-Institut für Nanotechnologie und Nanobionik, dem Jiangsu-Forschungsinstitut für Halbleiter der dritten Generation,Universität von Nanjing, Soochow University und Suzhou NanoLight Technology Co., Ltd.Das Forscherteam ist der Ansicht, dass diese Mikro-LED-Technologie für Displays mit ultrahoher Pixeldichte (PPI) in Submikron- oder Nanometer-LED-Konfigurationen vielversprechend ist.

Die Forscher verglichen die Leistung von Mikro-LEDs, die auf freistehenden GaN-Vorlagen und GaN/Saphir-Vorlagen hergestellt wurden.

Die epitaxiale Struktur der metallorganischen chemischen Dampfdeposition (MOCVD) umfasst eine 100 nm n-Typ AlGaN-Träger-Verbreitungsschicht (CSL), eine 2 μm n-GaN-Kontaktschicht,eine 100 nm unbeabsichtigt doppierte (u-) GaN-Schicht mit hoher Elektronenmobilität mit geringem Silan, eine 20x (2,5 nm/2,5 nm) In0,05Ga0,95/GaN Dehnungsentlastungsschicht (SRL), 6x (2,5 nm/10 nm) blaue InGaN/GaN mehrfache Quantengrube, 8x (1,5 nm/1,5 nm) p-AlGaN/GaN Elektronenblockenschicht (EBL),mit einer Spannung von mehr als 0,01 GPa, und eine 2 nm stark doppierte p+-GaN-Kontaktschicht.

Diese Materialien werden zu LEDs mit einem Durchmesser von 10 μm hergestellt, die mit transparenten Kontakten aus Indiumtinoxid (ITO) und Siliziumdioxid (SiO2) aus der Seitenwand passiviert sind.

Die auf heteroepitaxialen GaN/Saphir-Vorlagen hergestellten Chips zeigten signifikante Leistungsunterschiede.Die Intensität und Spitzenwellenlänge variierten stark je nach Lage im Chip.Bei einer Stromdichte von 10 A/cm2 zeigte ein Chip auf Saphir eine Wellenlängeverschiebung von 6,8 nm zwischen Zentrum und Rand.Die Intensität eines Chips war nur 76% der des anderen..

Im Gegensatz dazu zeigten die auf freistehendem GaN hergestellten Chips eine reduzierte Wellenlängenvariation von 2,6 nm und die Intensitätsleistung zwischen verschiedenen Chips war viel konsistenter.Die Forscher schrieben die Veränderung der Wellenlängen-Einheitlichkeit den unterschiedlichen Belastungszuständen in homoepitaxialen und heteroepitaxialen Strukturen zu: Die Raman-Spektroskopie zeigte Restspannungen von 0,023 GPa bzw. 0,535 GPa.

Die Katodolumineszenz ergab eine Verwerfungsdichte von etwa 108/cm2 für die heteroepitaxielle und etwa 105/cm2 für die homoepitaxielle Wafer."Die niedrigere Verwerfungsdichte kann Leckagewege minimieren und die Effizienz der Lichtemission verbessern."

Obwohl der Umkehrdurchfluss von homoepitaxialen LEDs im Vergleich zu heteroepitaxialen Chips reduziert wurde, war auch die Stromantwort unter Vorwärtsverzerrung niedriger.Die Chips auf frei stehendem GaN zeigten eine höhere externe Quanteneffizienz (EQE)Bei der Vergleiche der Photolumineszenzleistung bei 10K und 300K (Zimmertemperatur) wurde festgestellt, dass dieDie interne Quanteneffizienz (IQE) der beiden Arten von Chips wurde auf 730,2% bzw. 60,8%.

Auf der Grundlage von Simulationsarbeiten entwarfen und implementierten die Forscher eine optimierte Epitaxialstruktur auf freistehendem GaN,Verbesserung der externen Quanteneffizienz und Spannungsleistung von Mikrodisplays bei niedrigeren Einspritzstromdichten (Abbildung 2)Es ist zu beachten, dass durch die Homoepitaxie dünnere Barrieren und schärfere Schnittstellen erreicht wurden.Die gleiche Struktur, die bei der Heteroepitaxie erreicht wurde, zeigte bei der Übertragungselektronenmikroskopie ein verschwommenes Profil..

Bei heteropitaxialen LEDs haben V-förmige Gruben nachweislich positive Leistungseffekte.Die Verringerung der Schadstoffbelastung durch die Verringerung der Schadstoffbelastung durch die Verringerung der Schadstoffbelastung durch die Verringerung der Schadstoffbelastung durch die Verringerung der Schadstoffbelastung, teilweise aufgrund der Verdünnung der Barrieren in den Multi-Quanten-Bohrstrukturen um die V-förmigen Gruben.

Bei einer Einspritzstromdichte von 10 A/cm2 erhöhte sich der externe Quantenwirkungsgrad der homoepitaxialen LED von 7,9% auf 14,8%.78 V bis 2.55 V.

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