Micro-LED basati su GaN auto-supportabile

micro-LED basati su GaN autosostenibile

I ricercatori cinesi hanno studiato i vantaggi dell'uso di nitruro di gallio (GaN) autosostenente (FS) come substrato per diodi emettitori di luce (LED) in miniatura [Guobin Wang et al, Optics Express,V32, p31463, 2024].il team ha sviluppato una struttura multi-quantum (MQW) ottimizzata di nitruro di indio e gallio (InGaN) che funziona meglio a basse densità di corrente di iniezione (circa 10A/cm2) e a basse tensioni di azionamento, adatto a microdisponibili avanzati utilizzati nelle installazioni di realtà aumentata (AR) e di realtà virtuale (VR), nel qual caso,Il costo più elevato dei Gans autoportanti 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, Soozhou University e Suzhou Nawei Technology Co., LTD.Il team di ricerca ritiene che questo micro-LED dovrebbe essere utilizzato in display con configurazioni LED submicroniche o nanometriche con densità di pixel ultra elevata (PPI).

I ricercatori hanno confrontato le prestazioni dei micro-LED fabbricati su un modello di GaN autosostenente e 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 stati trasformati in LED con un diametro di 10 μm e con contatto trasparente di ossido di stagno indio (ITO) e passivazione laterale di biossido di silicio (SiO2).

I chip fabbricati sul modello di GaN/zaffiro eteropitaxiale mostrano una grande differenza di prestazioni.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 ha mostrato uno spostamento di lunghezza d'onda di 6,8 nm tra il centro e il bordo.uno è solo il 76% più forte dell'altro.

Per i chip realizzati su GaN autosostenente, la variazione della lunghezza d'onda è ridotta a 2,6 nm e le prestazioni di resistenza dei due chip diversi sono più simili.I ricercatori attribuiscono la variazione dell'uniformità della lunghezza d'onda a diversi stati di stress nelle strutture omogenee ed eterogenee: la spettroscopia di Raman mostra sollecitazioni residue di 0,023 GPa e 0,535 GPa, rispettivamente.

La luminescenza al catodo mostra che la densità di lussazione delle piastre eteropitaxiali è di circa 108/cm2, mentre quella delle piastre omeopitaxiali è di circa 105/cm2."La minore densità di dislocazione può ridurre al minimo il percorso di fuga e migliorare l'efficienza luminosa," ha commentato il team di ricerca.

Rispetto ai chip eteropepiassiali, sebbene la corrente di perdita inversa dell'LED omeopepiassiale sia ridotta, anche la risposta corrente sotto il bias in avanti è ridotta.I chip su G auto-supportanti hanno una maggiore efficienza quantistica esterna (EQE) Per quanto riguarda le foto luminescenze, si è riscontrato un aumento del 14% in un caso, rispetto al 10% per i chip sui modelli di zaffiro.L'efficienza quantistica interna (IQE) dei due chip è stimata a 730,2% e 60,8% rispettivamente.

Sulla base del lavoro di simulazione, the researchers designed and implemented an optimized epitaxial structure on a self-supporting GaN that improves the external quantum efficiency and voltage performance of the microdisplay at lower injection current densities (Figure 2)In particolare, l'omoepitaxia raggiunge una barriera più sottile e un'interfaccia più nitida, mentre le stesse strutture ottenute con l'eteroepitaxia mostrano un profilo più sfocato sotto l'esame TEM.

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.

La barriera più sottile simula in parte i pozzi a forma di V che possono facilmente formarsi intorno alla lussazione.come un miglioramento dell'iniezione di fori nella regione luminosa, in parte a causa di una barriera di diradamento nella struttura del pozzo multi-quantum attorno alle fosse a forma di V.

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

ZMSH Soluzione per wafer GaN

La crescente domanda di capacità di gestione ad alta velocità, alta temperatura e alta potenza ha indotto l'industria dei semiconduttori a ripensare la scelta dei materiali utilizzati come semiconduttori.

Con l'emergere di dispositivi di calcolo più piccoli e veloci, l'uso del silicio sta rendendo difficile il mantenimento della legge di Moore.Quindi il Wafer semiconduttore GaN è cresciuto per le esigenze.

A causa delle sue caratteristiche uniche (alta corrente massima, alta tensione di rottura e alta frequenza di commutazione), il nitruro di gallio GaN èIlSistemi basati sul GaN hanno una maggiore efficienza energetica, riducendo così le perdite di potenza, interrompono a frequenza più elevata, riducendo così dimensioni e peso.