자부장 GaN에 기반한 마이크로 LED

자부장 GaN에 기반한 마이크로 LED

중국 연구자들은 자급자족 (FS) 갈륨 나이트라이드 (GaN) 를 소형 광발광 다이오드 (LED) 의 기판으로 사용하는 것의 이점을 탐구하고 있습니다.v32, p31463, 2024]. 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, 자급자족 GaN의 더 높은 비용은 효율성 증가로 보상 할 수 있습니다.

연구원은 중국 과학 기술 대학, 수저우 나노 기술 및 나노 바이오닉스 연구소, Jiangsu 3세대 반도체 연구소,난징 대학교수초대학교와 수저우 나비 테크놀로지 회사연구팀은 이 마이크로-LED가 초고 픽셀 밀도 (PPI) 인 미크론 이하 또는 나노-LED 구성의 디스플레이에 사용될 것으로 예상됩니다..

연구자들은 자부장 GaN 템플릿과 GaN/사피어 템플릿 (그림 1) 에 제작된 마이크로 LED의 성능을 비교했다.

그림 1: (a) 마이크로 LED 부지계; (b) 마이크로 LED 부지 필름; (c) 마이크로 LED 칩 구조; (d) 전송 전자 현미경 (TEM) 가로 절단 이미지.

금속 유기화학 증기 퇴적 (MOCVD) 에피타시얼 구조는 100nm N형 알루미늄 갈륨 나이트라이드 (n-AlGaN) 운반기 확산/확대층 (CSL), 2μm n-GaN 접촉층을 포함한다.100nm 낮은 실라인 의도하지 않은 도핑 (u-) GaN 높은 전자 이동성 층, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN 스트레인 풀리 레이어 (SRL), 6x(2.5nm/10nm) 블루 InGaN/GaN 멀티 퀀텀 웰, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN 전자 장벽 레이어 (EBL),80nm P-gan 구멍 주입 층과 2nm 가량 도핑 된 p+-GaN 접촉 층.

이 물질은 10μm 지름의 LED로 만들어집니다. 인디엄 틴 옥시드 (ITO) 투명한 접촉과 실리콘 이산화 (SiO2) 측면 벽 소화.

헤테로 에피타시얼 GaN/사피어 템플릿에 제조된 칩은 성능 차이가 크다.강도와 피크 파장은 칩 내 위치에 따라 크게 달라집니다.10A/cm2의 전류 밀도에서, 사피어의 칩은 중심과 가장자리 사이에 6.8nm의 파장 이동을 보여줍니다.하나의 칩은 다른 것보다 76% 더 강합니다..

자부지원 GaN로 제조된 칩의 경우 파장 변이가 2.6nm로 감소하고 두 가지 다른 칩의 강도 성능은 훨씬 더 가깝습니다.연구자들은 다양한 스트레스 상태에서 동질적이고 이질적인 구조에서 파장 균일성 변화를 배정했습니다.: 라만 분광학은 잔류 스트레스가 각각 0.023 GPa와 0.535 GPa로 나타났습니다.

카토돌루미네센스 결과, 헤테로 에피타시얼 웨이퍼의 굴절 밀도는 약 108/cm2이며, 동질적인 에피타시얼 웨이퍼의 밀도는 약 105/cm2입니다. 연구팀은"더 낮은 굴절 밀도는 누출 경로를 최소화하고 빛 효율을 향상.

헤테로 에피타시얼 칩과 비교하면, 동질적인 에피타시얼 LED의 역 누출 전류가 감소하지만, 전류 반응은 앞으로 편향 하에서도 감소합니다.자동 지원 GaN에 칩은 더 높은 외부 양자 효율 (EQE): 한 경우 14%는 사파이어 템플릿에 비해 10%입니다. 10K와 300K (실온) 에서 광 발광 성능을 비교함으로써,두 칩의 내부 양자 효율 (IQE) 은 73각각 0.2%와 60.8%입니다.

시뮬레이션 작업에 기초하여 연구자들은 자부족 GaN에 최적화된 대동맥 구조를 설계하고 구현했습니다.이는 낮은 주입 전류 밀도에서 마이크로 디스플레이의 외부 양자 효율성과 전압 성능을 향상 시켰습니다. (그림 2)특히, 균일한 부각은 더 얇은 잠재적 장벽과 날카로운 인터페이스를 달성합니다.반면 이성인형수술에서 얻은 동일한 구조는 전송 전자 현미경에서 더 흐릿한 윤곽을 나타냅니다..

그림 2: 멀티 양자 우물 지역의 전송 전자 현미경 이미지: a) 원본 및 최적화된 호모 에피타시 구조, b) 이질적인 에피타시에서 구현된 최적화된 구조.c) 동질적 인 대동성 마이크로 LED 칩의 외부 양자 효율성, d) 균일 인 엑시얼 마이크로 LED 칩의 전류-전압 곡선.

어느 정도, 더 얇은 장벽은 굴절 주위에서 형성되는 V 모양의 구멍을 시뮬레이션합니다. 이성형 LED에서는 V 모양의 구멍이 유익한 성능 효과를 나타낸 것으로 밝혀졌습니다.,예를 들어, 빛 방출 영역에 구멍 주입을 개선하는 것, 부분적으로 V-pit 주변의 다중 양자 우물 구조의 장벽의 희소화로 인해.

주입 전류 밀도 10A/cm2에서, 동질적 인 대각선 LED의 외부 양자 효율은 7.9%에서 14.8%로 증가합니다.10μA 전류를 구동하는 데 필요한 전압은 2에서 감소78V에서 2.55V까지