Micro-LED baseado em GaN auto-sustentável

Micro-LED baseado em GaN auto-sustentável

Os investigadores chineses têm vindo a explorar os benefícios da utilização de nitreto de gálio (GaN) autossustentável (FS) como substrato para diodos emissores de luz em miniatura (LED) [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, onde o maior custo do GaN auto-sustentável pode ser compensado por uma maior eficiência.

Os pesquisadores estão afiliados à Universidade de Ciência e Tecnologia da China, Instituto de Nanotecnologia e Nanobiônica de Suzhou, Instituto de Pesquisa de Semicondutores de Terceira Geração de Jiangsu,Universidade de Nanjing, Universidade Soochow e Suzhou Navi Technology Co., Ltd.A equipe de pesquisa acredita que este micro-LED deve ser usado em monitores com densidade de pixels ultra-alta (PPI) sub-micron ou nano-LED configurações.

Os investigadores compararam o desempenho dos micro-LED fabricados num modelo de GaN autossustentável e num modelo de GaN/safir (Figura 1).

Figura 1: a) Esquema epitaxial de micro-LED; b) película epitaxial de micro-LED; c) estrutura do chip de micro-LED; d) imagens de secção transversal do microscópio eletrônico de transmissão (TEM).

A estrutura epitaxial de deposição de vapor químico orgânico-metálico (MOCVD) inclui a camada de difusão/expansão de nitreto de álcool de álcool de tipo N (n-AlGaN) de 100 nm, a camada de contato de n-GaN de 2 μm,Capa de alta mobilidade eletrônica de dopagem não intencional (u-) GaN com baixo silano de 100 nm, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN camada de liberação de tensão (SRL), 6x(2.5nm/10nm) azul InGaN/GaN multi-quântico bem, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN camada de barreira de elétrons (EBL),80nm P-gan camada de injeção de buraco e 2nm altamente dopado p +-GaN camada de contato.

Estes materiais são fabricados em LEDs com um diâmetro de 10 μm com contacto transparente de óxido de estanho de ínio (ITO) e passivação da parede lateral de dióxido de silício (SiO2).

Os chips fabricados com modelos heteroepitaxial GaN/safiros apresentam grandes diferenças de desempenho.a intensidade e o comprimento de onda máximo variam muito dependendo da posição dentro do chipA uma densidade de corrente de 10 A/cm2, um chip na safira mostra uma mudança de comprimento de onda de 6,8 nm entre o centro e as bordas.Um chip é apenas 76% mais forte que o outro.

No caso de chips fabricados com GaN auto-suportado, a variação de comprimento de onda é reduzida para 2,6 nm, e o desempenho de intensidade dos dois chips diferentes é muito mais próximo.Os pesquisadores atribuíram a mudança de uniformidade de comprimento de onda a diferentes estados de estresse em estruturas homogêneas e heterostruturas: A espectroscopia de Raman mostrou que as tensões residuais eram de 0,023 GPa e 0,535 GPa, respectivamente.

A catodoluminescência mostrou que a densidade de deslocação das placas heteroepitaxial era de cerca de 108/cm2, enquanto a das placas epitaxial homogéneas era de cerca de 105/cm2."A menor densidade de deslocamento minimiza o caminho de fuga e melhora a eficiência luminosa- Não.

Em comparação com os chips heteroepitaxial, embora a corrente de vazamento inverso de LEDs epitaxial homogêneo é reduzida, a resposta de corrente sob o viés para a frente também é reduzida.Os chips em GaN auto-suportados têm uma maior eficiência quântica externa (EQE)Comparando o desempenho da fotoluminescência a 10 K e 300 K (temperatura ambiente), a temperatura de um dos modelos de safira foi de 14%, em comparação com 10%.A eficiência quântica interna (IQE) dos dois chips foi estimada em 730,2% e 60,8%, respectivamente.

Com base no trabalho de simulação, os investigadores projetaram e implementaram uma estrutura epitaxial otimizada em GaN auto-sustentável,que melhorou a eficiência quântica externa e o desempenho de tensão do microdisplay em densidades de corrente de injeção mais baixas (Figura 2)Em especial, a epitaxia homogénea obtém uma barreira potencial mais fina e uma interface afiada,enquanto a mesma estrutura obtida na heteroepitaxia mostra um contorno mais borroso sob microscopia eletrônica de transmissão.

Figura 2: Imagens de microscópio eletrônico de transmissão da região do poço multi-quântico: a) estruturas de homoepitaxia originais e otimizadas, e b) estruturas otimizadas realizadas em epitaxia heterogênea.c) Eficiência quântica externa do chip homogéneo epitaxial micro-LED, d) Curva de corrente-voltagem de um chip epitaxial homogéneo de micro-LED.

Até certo ponto, a barreira mais fina simula os buracos em forma de V que tendem a se formar em torno da luxação.,Como a melhoria da injeção de buracos na região emissora de luz, em parte devido ao afinamento da barreira na estrutura de poço multi-quântico em torno do buraco em V.

Em uma densidade de corrente de injeção de 10 A/cm2, a eficiência quântica externa do LED epitaxial homogêneo aumenta de 7,9% para 14,8%.A tensão necessária para conduzir uma corrente de 10μA é reduzida de 2.78V a 2.55V.