研发报告详细内容

微型红光MicroLED

     

InGaN的多孔化为更亮的红色microLED奠定了基础。

 

加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的研究人员首次展示了尺寸小于10微米的InGaN基红色microLED。他们的工作包括测量晶圆上外量子效率(EQE),该值为0.2%。

 

该团队对micro LED的微型化有助于开发基于这些器件以及绿色和蓝色表亲的显示器。与现有技术相比,由大量微型LED形成的屏幕有望提供更大的对比度,更高的亮度和更快的响应时间。

 

在UCSB报告之前,Soitec率先缩小了基于InGaN的红色microLED,并在2020年推出尺寸为50微米的器件。UCSB团队发言人Shubhra Pasayat指出,Soitec没有给出EQE。

 

Pasayat认为,UCSB团队设定的新基准是一个重要的里程碑。"为了实现可行的商业化,10微米以下的microLED是非常必要的。"

 

Pasayat认为,除了这种小尺寸,microLED还需要具有至少2%至5%的EQE才能在显示器中使用。UCSB团队距离这一目标还差得很远,工作也处于起步阶段,但是预期会有实质性的改进。

 

西海岸团队正在寻求基于InGaN的红色microLED,而不是那些由AlGaInP和相关合金制成的microLED,因为后者所在的材料系列容易受到与尺寸相关的效率降低,这与高表面复合速度和较长的载流子扩散长度有关。除了这个只能通过侧壁钝化部分解决的问题外,由于AlGInP型microLED的载流子在较小的势垒高度上泄漏,因此随着温度升高,效率会下降。到目前为止,该类器件的最佳结果是20微米的尺寸。没有给出EQE。

 

UCSB的成功取决于多孔GaN伪衬底上器件的生长。这种基础具有顺应性,可减少在基于InGaN的器件中发出红光的富铟有源区中的应变。

 

Micro LED的制造始于通过在MOCVD腔室中加载蓝宝石衬底,并沉积2微米厚的无掺杂的GaN层,然后是800纳米厚的硅掺杂GaN层和100纳米厚的无掺杂盖帽层。在蚀刻800纳米厚的GaN层之前,干法蚀刻给出了11微米 x 11微米的图案。

 

由此产生的多孔GaN伪衬底为LED结构提供了一个复合基础,该结构具有三周期量子阱3纳米厚In0.26Ga0.74N/11 纳米厚的GaN+1.5 纳米厚的Al0.45Ga0.55N。电子束蒸发在p型层上沉积110 纳米厚的ITO欧姆触点形成的,然后RIE给出6 μm x 6 μm的有源区,Al2O3钝化,然后制备金属触点。

 

在5 A cm -2驱动器件时,测量显示在646 纳米处有一个峰值。与相同工艺的在蓝宝石衬底上器件进行对照,在相同的电流密度下,发光峰值在590 纳米处。Pasayat及其同事将发射波长的显着差异归因于在多孔GaN伪基底上生长的量子阱中更有效地加入铟。

 

在10 A cm-2的驱动下,MicroLED的EQE峰值为0.202%。封装应将这个数字提高到0.6%以上。将电流提高到100 A cm-2,光输出达到76 nW,相当于2.1 W mm-2,这个输出功率密度刚刚超过了最好的AlGaInP MicroLED,后者的尺寸为20微米。

 

团队的下一个目标是提高器件的EQE。“我们计划改善材料质量以及制备工艺” Pasayat说。

 

上图:UCSB的团队已经生产出了黄色和红色的InGaN LED。图像是在5 A cm -2的驱动电流下拍摄的。

 

 

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