자부장 GaN에 기반한 마이크로 LED

자부장 GaN에 기반한 마이크로 LED

중국 연구자들은 광발광 다이오드 (LED) 의 기판으로 독립적인 (FS) 갈륨 나트라이드 (GaN) 를 사용하는 이점을 탐구하고 있습니다. [Guobin Wang et al., Optics Express, v32,p31463특히, 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, 증강 현실 (AR) 및 가상 현실 (VR) 장치에서 사용되는 고급 마이크로 디스플레이에 적합합니다.독립적인 GaN의 높은 비용은 효율성 향상으로 보상 할 수 있습니다..

연구원은 중국 과학기술대학, 수저우 나노테크 및 나노바이오닉스 연구소, 제3세대 반도체 연구소,난징 대학교, 수초대학교, 그리고 수저우 나노라이트 테크놀로지 회사연구팀은 이 마이크로-LED 기술이 초고 픽셀 밀도 (PPI) 를 가진 디스플레이에 대해 잠재적인 가능성을 가지고 있다고 믿고 있습니다..

연구자들은 독립적인 GaN 템플릿과 GaN/사피어 템플릿에서 제조된 마이크로 LED의 성능을 비교했다.

금속 유기화학 증기 퇴적 (MOCVD) 의 부지구 구조에는 100 nm n형 AlGaN 운반 스프레딩 레이어 (CSL), 2 μm n-GaN 접촉 레이어,100 nm 무의로 도핑된 (u-) GaN, 낮은 실란으로 높은 전자 이동성 층, 20x (2.5 nm/2.5 nm) In0.05Ga0.95/GaN 스트레인 리리프 레이어 (SRL), 6x (2.5 nm/10 nm) 블루 InGaN/GaN 복수 양자 우물, 8x (1.5 nm/1.5 nm) p-AlGaN/GaN 전자 차단 레이어 (EBL),80nm p-GaN 구멍 주입 층, 그리고 2 nm 가량 도핑된 p+-GaN 접촉 층.

이 물질은 10μm 지름의 LED로 만들어집니다. 인디엄 틴 옥시드 (ITO) 투명한 접촉과 실리콘 이산화물 (SiO2) 측면 벽의 비활성화.

헤테로에피타시얼 GaN/사피어 템플릿으로 제조된 칩은 상당한 성능 차이를 보였다. 특히,칩 내 위치에 따라 강도와 피크 파장이 크게 변했습니다.10A/cm2의 전류 밀도에서, 사피어의 한 칩은 중심과 가장자리 사이에 6.8nm의 파장 이동을 보여주었습니다. 사피어 웨이퍼의 두 칩 사이에서,하나의 칩의 강도는 다른 것보다 76%밖에 되지 않았습니다..

이와는 달리, 독립적인 GaN로 제조된 칩은 2.6nm의 파장 변형을 감소시켰으며, 다른 칩 사이의 강도 성능은 훨씬 더 일관성 있었다.연구원 들 은 물결 길이의 균일성 변화 를 호모 에피타시얼 구조 와 헤테로 에피타시얼 구조 의 다른 스트레스 상태 로 설명 하였다: 라만 분광학은 0.023 GPa와 0.535 GPa의 잔류 스트레스가 나타났습니다.

카토돌루미네센스는 헤테로 에피타시얼 웨이퍼에 대해 약 108/cm2와 호모 에피타시얼 웨이퍼에 대해 약 105/cm2의 굴절 밀도를 나타냈습니다. 연구팀은"저하 변동 밀도는 누출 경로를 최소화하고 빛 방출 효율을 향상시킬 수 있습니다. "

호모에피타시얼 LED의 역 누출 전류는 이성 에피타시얼 칩에 비해 감소했지만, 전류 반응은 앞으로 편향된 상태에서도 낮았습니다.독립적인 GaN의 칩은 더 높은 외부 양자 효율 (EQE) 을 보여주었습니다.: 한 경우에 14% 였으며 사피어 템플릿의 칩에 비해 10%였습니다. 10K와 300K (실 온도) 에서 광 발광 성능을 비교하면이 두 종류의 칩의 내부 양자 효율 (IQE) 은 73각각 0.2%와 60.8%입니다.

시뮬레이션 작업에 기초하여 연구자들은 독립된 GaN에 최적화된 대동맥 구조를 설계하고 구현했습니다.낮은 주입 전류 밀도에서 마이크로 디스플레이의 외부 양자 효율성과 전압 성능을 향상시키는 것 (그림 2)특히, 호모에피타크시는 더 얇은 장벽과 더 날카로운 인터페이스를 달성했습니다.헤테로 에피타크시에서 얻은 동일한 구조는 전송 전자 현미경 검사에서 더 흐릿한 프로필을 보여주었습니다..

더 얇은 장벽은 어느 정도 변형을 둘러싼 V 모양의 구멍의 형성을 시뮬레이션합니다. 이성형 LED에서는 V 모양의 구멍이 유익한 성능 효과를 나타낸 것으로 밝혀졌습니다.예를 들어 방출 지역으로 구멍 주입을 개선하는 것, 부분적으로 V 모양의 덩어리를 둘러싼 멀티 양자 우물 구조의 장벽의 희소화로 인해.

주입 전류 밀도 10 A/cm2에서, 동모 에피타시얼 LED의 외부 양자 효율은 7.9%에서 14.8%로 증가했다. 10 μA 전류를 구동하는 데 필요한 전압은 2에서 감소했다.78V ~ 2V.55V

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