ميكرو LED على أساس GaN ذاتية الدعم

ميكرو LED على أساس GaN ذاتية الدعم

وقد استكشف الباحثون الصينيون فوائد استخدام نتريد الغاليوم (GaN) الذي يدعم نفسه (FS) كجزء من الركيزة للديودات المصدرة للضوء المصغرة (LEDs) [غوبين وانغ وآخرون، أوبتيكس إكسبريس،v32، ص 31463، 2024) ، وخاصة 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، حيث يمكن تعويض التكلفة العالية لـ GaN ذاتية الدعم عن طريق زيادة الكفاءة.

الباحثون مرتبطون بجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ومعهد سوزو للتكنولوجيا النانوية والنانو بيونيكس ومعهد جيانغسو للبحوث في أشباه الموصلات من الجيل الثالثجامعة نانجينغ، جامعة سوشو، وشركة سوزو نافي للتكنولوجيا المحدودةيعتقد فريق البحث أن هذا الميكرو LED من المتوقع أن تستخدم في شاشات مع كثافة البكسل فائقة الارتفاع (PPI) التكوينات تحت الميكرون أو النانو LED.

قارن الباحثون أداء المصابيح المجهرية المصنوعة على قوالب GaN ذاتية الدعم وقوالب GaN / الزعفري (الشكل 1).

الشكل 1: أ) مخطط البدائية لـ micro-LED؛ ب) فيلم البدائية لـ micro-LED؛ ج) هيكل رقاقة micro-LED؛ د) صور القسم العرضي للمجهر الإلكتروني الإرسالي (TEM).

التركيب الظهري لتراكم البخار الكيميائي العضوي للمعادن (MOCVD) يتضمن طبقة انتشار / توسع حاملات نتريد الغاليوم الألومنيوم (n-AlGaN) من النوع N 100nm ، طبقة اتصال 2μm n-GaN ،طبقة عالية الحركة الإلكترونية منخفضة السيلان 100nm غير مقصودة (u-) GaN، 20x ((2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN طبقة إطلاق الإجهاد (SRL) ، 6x ((2.5nm/10nm) أزرق InGaN/GaN متعدد الكم ، 8x ((1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN طبقة حاجز الإلكترون (EBL) ،طبقة حقن ثقب P-gan 80nm وطبقة اتصال p +-GaN 2nm مدعومة بشكل كبير.

يتم تصنيع هذه المواد إلى مصابيح LED ذات قطر 10 ميكرومتر مع اتصال شفافة من أكسيد الإنديوم والصين (ITO) ومضغ ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) في الجدران الجانبية.

الشرائح المصنوعة على قوالب غان/النيازك المتعددة البصمات تظهر اختلافات كبيرة في الأداء.كثافة وطول موجة الذروة تختلف اختلافا كبيرا اعتمادا على الموقف داخل الشريحةعند كثافة التيار 10A/cm2، شريحة على الياقوت تظهر تحول طول الموجة من 6.8 نانومتر بين المركز والحواف.شريحة واحدة أقوى بنسبة 76% فقط من الأخرى.

في حالة الرقائق المصنوعة على GaN ذاتية الدعم ، يتم تقليل اختلاف طول الموجة إلى 2.6nm ، وأداء كثافة الرققتين المختلفتين أقرب بكثير.علّق الباحثون التغيير في توحيد طول الموجة إلى حالات الإجهاد المختلفة في الهياكل المتجانسة والمتعددة: أظهرت طيفية رامان أن الإجهادات المتبقية كانت 0.023 GPa و 0.535 GPa على التوالي.

أظهرت الكاثودولومينسيس أن كثافة الانفصال للوافير الهيتروبيتاكسيال كانت حوالي 108/سم2 ، في حين أن الوافيرات البيتاكسيال المتجانسة كانت حوالي 105/سم2. أعرب فريق البحث ،"كثافة الانحراف المنخفضة تقلل من مسار التسرب وتحسين كفاءة الضوء..

بالمقارنة مع الشرائح heteroepitaxial ، على الرغم من أن تيار التسرب العكسي من مصابيح LED epitaxial المتجانسة مخفض ، إلا أن استجابة التيار تحت التحيز الأمامي مخفضة أيضًا. على الرغم من التيار المنخفض ، فإن التيار العكسي يقلل من التيار العكسي.الشرائح على GaN ذات الدعم الذاتي لديها كفاءة كمية خارجية أعلى (EQE): 14٪ في حالة واحدة مقارنة بـ 10٪ على قوالب الزفير. من خلال مقارنة أداء الضوء الضوئي عند 10K و 300K (درجة حرارة الغرفة) ،وقد تم تقدير الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) للشرائح اثنين إلى 73.2% و 60.8% على التوالي

استناداً إلى عمل المحاكاة، صمم الباحثون وطبقوا بنية مُتحسّنة للشعر على GaN المستمر ذاتياً،والتي تحسنت من كفاءة الكم الخارجي وأداء الجهد الكهربائي للمعرض الصغير عند كثافة التيار الدخول المنخفضة (الشكل 2)على وجه الخصوص، يحقق التشريح المتجانس حاجزًا محتملًا رقيقًا وواجهة حادة.في حين أن نفس الهيكل الذي تم تحقيقه في heteroepitaxy يظهر ملامح أكثر غموضا تحت المجهر الإلكتروني النقل.

الشكل 2: صور المجهر الإلكتروني للإرسال لمنطقة البئر الكمية المتعددة: أ) الهياكل المبدئية والمتميزة لـ homoepitaxy ، و ب) الهياكل المثلى التي تم تحقيقها في epitaxy غير متجانس.(ج) الكفاءة الكمية الخارجية للشريحة الموحدة لـ micro-LED، د) منحنى التيار والجهد من رقاقة ميكرو LED epitaxial متجانسة.

إلى حد ما، يحاكي الحاجز الرقيق الحفر ذات الشكل V التي تميل إلى التكوين حول الانفصال. في مصابيح LED heteroepitaxial، تم العثور على حفر ذات شكل V لها آثار مفيدة على الأداء,مثل تحسين حقن الثقب في المنطقة المصدرة للضوء، ويرجع ذلك جزئيا إلى ترقق الحاجز في هيكل البئر متعدد الكم حول حفرة V.

عند كثافة تيار الحقن 10A / cm2 ، تزداد الكفاءة الكمية الخارجية للضوء المكشوف الشامل من 7.9٪ إلى 14.8٪.يتم تخفيض الجهد المطلوب لتشغيل تيار 10μA من 2.78 فولت إلى 2.55 فولت