micro-LED basados en GaN autoportante
Los investigadores chinos han estado explorando los beneficios de utilizar el nitruro de galio (GaN) autoportante (FS) como sustrato para diodos emisores de luz en miniatura (LED) [Guobin Wang et al., Optics Express,V32, p31463, 2024.El equipo ha desarrollado una estructura multi-cuántica (MQW) optimizada de nitruro de indio y galio (InGaN) que funciona mejor a densidades de corriente de inyección más bajas (aproximadamente 10A/cm2) y voltajes de accionamiento más bajos, adecuado para microdisplays avanzados utilizados en instalaciones de realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR), en cuyo caso,El mayor coste de los Gans autosuficientes puede compensarse con una mayor eficiencia.
Los investigadores están afiliados a la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, el Instituto de Nanotecnología y Nanobiónica de Suzhou, el Instituto de Investigación de Semiconductores de Tercera Generación de Jiangsu,Universidad de Nanjing, Universidad de Soozhou y Suzhou Nawei Technology Co., LTD.El equipo de investigación cree que se espera que este micro-LED se utilice en pantallas con configuraciones de LED submicrónicos o nanométricos de densidad de píxeles (PPI) ultra alta.
Los investigadores compararon el rendimiento de los micro-LED fabricados con una plantilla de GaN autoportante y una plantilla de GaN/zafiro (Figura 1).
Figura 1: a) esquema epitaxial de micro-LED; b) película epitaxial de micro-LED; c) estructura del chip de micro-LED; d) imágenes de sección transversal del microscopio electrónico de transmisión (TEM).
La estructura epitaxial de la deposición de vapor químico metálico-orgánico (MOCVD) incluye una capa de difusión/expansión portadora de nitruro de galio de aluminio (n-AlGaN) de tipo N de 100 nm (CSL), una capa de contacto de n-GaN de 2 μm,Capa de alta movilidad de electrones de doping no intencional (u-) GaN de 100 nm baja en silano, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN capa de liberación de deformación (SRL), 6x(2.5nm/10nm) azul InGaN/GaN multicuántico bien, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN capa de barrera electrónica (EBL),Capa de inyección por agujero de P-gan de 80 nm y capa de contacto de p+-GaN fuertemente dopada de 2 nm.
Estos materiales se fabricaron en LEDs con un diámetro de 10 μm y con contacto transparente de óxido de estaño indio (ITO) y pasivación de la pared lateral de dióxido de silicio (SiO2).
Los chips fabricados en la plantilla heteroepitaxial GaN/zafiro muestran una gran diferencia de rendimiento.la intensidad y la longitud de onda de pico varían mucho dependiendo de la ubicación dentro del chipA una densidad de corriente de 10A/cm2, un chip en el zafiro mostró un desplazamiento de longitud de onda de 6.8nm entre el centro y el borde.uno es sólo el 76 por ciento más fuerte que el otro.
Para los chips hechos con GaN autoportante, la variación de longitud de onda se reduce a 2.6nm, y el rendimiento de resistencia de los dos chips diferentes es más similar.Los investigadores atribuyen la variación de la uniformidad de la longitud de onda a diferentes estados de tensión en las estructuras homogéneas y heterogéneas: La espectroscopia de Raman muestra tensiones residuales de 0,023 GPa y 0,535 GPa, respectivamente.
La luminiscencia del cátodo muestra que la densidad de dislocación de las placas heteroepitaxiales es de aproximadamente 108/cm2, mientras que la de las placas homoepitaxiales es de aproximadamente 105/cm2."La menor densidad de dislocación puede minimizar la ruta de fuga y mejorar la eficiencia luminosa," comentó el equipo de investigación.
En comparación con los chips heteroepitaxiales, aunque la corriente de fuga inversa del LED homoepitaxial se reduce, la respuesta de corriente bajo el sesgo hacia adelante también se reduce.Los chips de G autosostenibles tienen una mayor eficiencia cuántica externa (EQE).En un caso, el porcentaje fue del 14%, comparado con el 10% para las fichas de las plantillas de zafiro.La eficiencia cuántica interna (IQE) de los dos chips se estima en 73El 0,2% y el 60,8% respectivamente.
Basado en el trabajo de simulación, 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)En particular, la homoepitaxia logra una barrera más delgada y una interfaz más nítida, mientras que las mismas estructuras obtenidas en la heteroepitaxia muestran un perfil más borroso bajo el examen TEM.
Figura 2: Imágenes por microscopio electrónico de transmisión de la región del pozo multicántico: a) estructuras de homoepitaxia originales y optimizadas, y b) estructuras optimizadas realizadas en epitaxia heterogénea.c) Eficiencia cuántica externa del chip epitaxial homogéneo de micro-LED, d) Curva de corriente y voltaje de un chip epitaxial homogéneo de micro-LED.
La barrera más delgada simula en parte las fosas en forma de V que pueden formarse fácilmente alrededor de la luxación.como la inyección mejorada de agujeros en la región luminosa, en parte debido a una barrera de adelgazamiento en la estructura de pozo multi-cuántico alrededor de los pozos en forma de V.
Cuando la densidad de corriente de inyección es de 10A/cm2, la eficiencia cuántica externa del LED epitaxial homogéneo aumenta del 7,9% al 14,8%.La tensión requerida para impulsar la corriente de 10 μA se ha reducido de 2.78V a 2.55V. ¿Qué quieres decir?
ZMSH Solución para obleas de GaN
La creciente demanda de capacidades de manejo de alta velocidad, alta temperatura y alta potencia ha hecho que la industria de semiconductores replantease la elección de los materiales utilizados como semiconductores.
A medida que surgen varios dispositivos de computación más rápidos y más pequeños, el uso de silicio está dificultando el mantenimiento de la Ley de Moore.Así que la oblea de semiconductor GaN se ha desarrollado para la necesidad.
Debido a sus características únicas (alta corriente máxima, alto voltaje de ruptura y alta frecuencia de conmutación), el nitruro de galio GaN esElLos sistemas basados en GaN tienen una mayor eficiencia energética, reduciendo así las pérdidas de energía, cambiando a mayor frecuencia, reduciendo así el tamaño y el peso..
