Micro-LED basati su GaN auto-supportabile

Micro-LED basati su GaN auto-supportabile

I ricercatori cinesi hanno studiato i vantaggi dell'uso del nitruro di gallio (GaN) autosostenente (FS) come substrato per i diodi emettitori di luce (LED) in miniatura [Guobin Wang et al, Optics Express,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, in cui il costo più elevato del GaN autosufficiente può essere compensato da una maggiore efficienza.

I ricercatori sono affiliati all'Università di scienza e tecnologia della Cina, all'Istituto di nanotecnologia e nanobionica di Suzhou, all'Istituto di ricerca sui semiconduttori di terza generazione di Jiangsu,Università di Nanchino, Soochow University e Suzhou Navi Technology Co., Ltd.Il team di ricerca ritiene che questo micro-LED dovrebbe essere utilizzato in display con densità di pixel (PPI) sub-micron o nano-LED.

I ricercatori hanno confrontato le prestazioni dei micro-LED fabbricati su un modello di GaN autosostenente e su un modello GaN/zaffiro (figura 1).

Figura 1: a) schema epitassale micro-LED; b) pellicola epitassale micro-LED; c) struttura del chip micro-LED; d) immagini di sezione trasversale del microscopio elettronico a trasmissione (TEM).

La struttura epitaxiale della deposizione di vapore chimico metallico-organico (MOCVD) comprende uno strato di diffusione/espansione (CSL) portatore di 100 nm di nitruro di gallio di alluminio di tipo N (n-AlGaN), uno strato di contatto di 2 μm di n-GaN,100 nm basso silano doping non intenzionale (u-) GaN strato ad alta mobilità elettronica, 20x(2,5 nm/2,5 nm) In0,05Ga0,95/GaN strato di rilascio di deformazione (SRL), 6x(2,5 nm/10 nm) blu InGaN/GaN pozzo multi-quantum, 8x(1,5 nm/1,5 nm) p-AlGaN/GaN strato di barriera elettronica (EBL),Strato di iniezione a fori P-gan da 80 nm e strato di contatto a 2 nm fortemente dopato con p+-GaN.

Questi materiali sono realizzati in LED con un diametro di 10 μm con contatto trasparente con ossido di stagno indio (ITO) e passivazione della parete laterale con biossido di silicio (SiO2).

I chip fabbricati su schemi di GaN/zaffiro eteropitaxiali presentano grandi differenze di prestazione.l'intensità e la lunghezza d'onda di picco variano notevolmente a seconda della posizione all'interno del chipA una densità di corrente di 10 A/cm2, un chip sul zaffiro mostra uno spostamento di lunghezza d'onda di 6,8 nm tra il centro e i bordi.un chip è solo il 76% più forte dell' altro.

Nel caso di chip fabbricati su GaN autosostenente, la variazione della lunghezza d'onda è ridotta a 2,6 nm e le prestazioni di intensità dei due chip diversi sono molto più vicine.I ricercatori hanno attribuito il cambiamento dell'uniformità della lunghezza d'onda a diversi stati di stress in strutture omogenee ed eterogenee: la spettroscopia Raman ha mostrato che le tensioni residue erano rispettivamente di 0,023 GPa e 0,535 GPa.

La catodoluminescenza ha mostrato che la densità di lussazione delle ovette eteropitaxiali era di circa 108/cm2, mentre quella delle ovette epitaxiali omogenee era di circa 105/cm2."La minore densità di dislocazione riduce al minimo il percorso di fuga e migliora l'efficienza luminosa- Sì.

Rispetto ai chip eteropetaxiali, sebbene la corrente di perdita inversa dei LED epitaxiali omogenei sia ridotta, anche la risposta corrente sotto bias in avanti è ridotta.i chip su GaN autosostenente hanno una maggiore efficienza quantistica esterna (EQE)Per quanto riguarda le foto luminescenze, si è verificato un aumento del 14% in un caso rispetto al 10% nei modelli di zaffiro.L'efficienza quantistica interna (IQE) dei due chip è stata stimata a 730,2% e 60,8% rispettivamente.

Sulla base del lavoro di simulazione, i ricercatori hanno progettato e implementato una struttura epitaxiale ottimizzata su GaN autosostenente,che ha migliorato l'efficienza quantistica esterna e le prestazioni di tensione del microdisplay a basse densità di corrente di iniezione (figura 2)In particolare, l'epitaxia omogenea consente di ottenere una barriera potenziale più sottile e un'interfaccia affilata.mentre la stessa struttura ottenuta nell'eteroepitaxia mostra un contorno più sfocato sotto microscopia elettronica di trasmissione.

Figura 2: Immagini al microscopio elettronico di trasmissione della regione del pozzo multi-quantum: a) strutture di omepitaxia originali e ottimizzate e b) strutture ottimizzate realizzate in epitaxia eterogenea.c) Efficienza quantistica esterna di un chip epitaxiale omogeneo a micro-LED, d) curva corrente-tensione di un chip epitaxiale omogeneo a micro-LED.

In una certa misura, la barriera più sottile simula le buche a forma di V che tendono a formarsi intorno alla lussazione.,Come l'iniezione migliorata di fori nella regione di emissione di luce, in parte a causa dell'assottigliamento della barriera nella struttura di pozzo multi-quantum intorno alla fossa in V.

A una densità di corrente di iniezione di 10 A/cm2, l'efficienza quantistica esterna del LED epitaxiale omogeneo aumenta dal 7,9% al 14,8%.La tensione necessaria per alimentare una corrente di 10 μA è ridotta da 2.78V a 2.55V.