Estructura básica de las capas epitaxiales de LED basadas en GaN

01 Introducción

La estructura de la capa epitaxial de los LED basados en nitruro de galio (GaN) es el determinante principal del rendimiento del dispositivo, lo que requiere una cuidadosa consideración de la calidad del material, la eficiencia de inyección del portador,eficiencia luminiscenteCon la evolución de las demandas del mercado para una mayor eficiencia, rendimiento y rendimiento, la tecnología epitaxial continúa avanzando.Mientras que los fabricantes tradicionales adoptan estructuras fundamentales similaresLos principales diferenciadores se encuentran en las optimizaciones matizadas que reflejan las capacidades de I + D. A continuación se muestra una descripción general de la estructura epitaxial de GaN LED más común.

02 Resumen de la estructura epitaxial

Las capas epitaxiales, cultivadas secuencialmente en el sustrato, suelen incluir:

1. Capa de amortiguador

2. Capa de GaN sin dopar ((Capa de AlGaN de tipo n opcional)

3. capa de GaN de tipo N

4. capa de GaN de tipo n ligeramente dopada

5. capa de alivio de la tensión

6. Capa de pozo cuántico múltiple (MQW)

7. Capa de bloqueo de electrones de AlGaN (EBL)

8Capa de GaN de tipo p a baja temperatura

9. Capa de GaN de tipo p a alta temperatura

10.Capa de contacto con la superficie

Estructuras epitaxiales comunes de GaN LED

Funciones detalladas de las capas

1) Capa de amortiguador

Se cultiva a 500 ∼ 800 °C utilizando materiales binarios (GaN/AlN) o ternários (AlGaN).

Objetivo: Mitigar el desajuste de la rejilla entre el sustrato (por ejemplo, zafiro) y las capas de epilación para reducir los defectos.

Tendencia de la industria: la mayoría de los fabricantes ahora depositan previamente AlN a través de pulverización PVD antes del crecimiento de MOCVD para mejorar el rendimiento.

2)Capa de GaN sin dopar

Crecimiento en dos etapas: islas iniciales de GaN 3D seguidas de planarización de GaN 2D a alta temperatura.

Resultado: Proporciona superficies atomicamente lisas para las capas posteriores.

3)Capa de GaN de tipo N

Si-dopado (8 × 1018 ¢ 2 × 1019 cm−3) para el suministro de electrones.

Opción avanzada: algunos diseños insertan una capa intermedia n-AlGaN para filtrar las dislocaciones de roscado.

4)Capa de n-GaN ligeramente dopada

El dopaje más bajo (1×10182×1018 cm−3) crea una región de alta resistencia de propagación de corriente.

Ventajas: mejora las características de voltaje y la uniformidad de la luminiscencia.

5)Capa de alivio de la tensión

Capa de transición basada en InGaN con composición graduada en In (entre los niveles de GaN y MQW).

Variantes de diseño: Superrejas o estructuras de pozo poco profundo para acomodar gradualmente la deformación de la red.

6)MQW (pozo cuántico múltiple)

Las pilas periódicas de InGaN/GaN (por ejemplo, 515 pares) para la recombinación radiativa.

Optimización: las barreras de GaN dopadas con Si reducen el voltaje de operación y mejoran el brillo.

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7)Capa de bloqueo de electrones AlGaN (EBL)

Barrera de banda ancha para confinar electrones dentro de MQW, aumentando la eficiencia de la recombinación.

8)Capa de p-GaN de baja duración

Capa dopada con Mg, crecida ligeramente por encima de la temperatura de MQW hasta:

Mejorar la inyección de agujeros

Proteger los MQW de daños posteriores por alta temperatura

9)Capa de p-GaN de alta temperatura

Cultivado a ~ 950 °C hasta:

Agujeros de suministro

Planar los pozos en V que se propagan a partir de MQW

Reducir las corrientes de fuga

10)Capa de contacto de la superficie

GaN fuertemente dopado con Mg para la formación de contacto ómico con electrodos metálicos, minimizando el voltaje de funcionamiento.

03 Conclusión

La estructura epitaxial de GaN LED ejemplifica la sinergia entre la ciencia de materiales y la física de dispositivos, donde cada capa tiene un impacto crítico en el rendimiento electroóptico.Los avances futuros se centrarán en la ingeniería de defectos, gestión de la polarización y nuevas técnicas de dopaje para ampliar los límites de eficiencia y permitir aplicaciones emergentes.

Como pionera en la tecnología epitaxial LED de nitruro de galio (GaN), ZMSH ha sido pionera en soluciones epitaxiales avanzadas de GaN sobre zafiro y GaN sobre SiC, leveraging proprietary MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) systems and precision thermal management to deliver high-performance LED wafers with defect densities below 10⁶ cm⁻² and uniform thickness control within ±1.5%. Nuestros sustratos personalizables, incluidos el GaN en zafiro, zafiro azul, carburo de silicio y sustratos compuestos metálicos, permiten soluciones a medida para LEDs de ultra alto brillo, pantallas micro-LED,la iluminación automotriz y las aplicaciones UV-C. Al integrar la optimización de procesos impulsada por IA y el recocido por láser pulsado ultrarrápido, obtenemos un cambio de longitud de onda <3% y una confiabilidad >95%,apoyado por certificaciones de grado automotriz (AEC-Q101) y escalabilidad de producción en masa para retroiluminación 5G, óptica AR/VR y dispositivos industriales de IoT.

El siguiente es un sustrato GaN y una oblea de zafiro de ZMSH:

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