Micro-LED basado en GaN autoportante

Micro-LED basado en GaN autoportante

Los investigadores chinos han estado explorando las ventajas de utilizar el nitruro de galio (GaN) autoportante (FS) como sustrato para diodos emisores de luz (LED) en 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, donde el mayor coste del GaN autosuficiente puede ser compensado por 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 Soochow y Suzhou Navi Technology Co., Ltd.El equipo de investigación cree que se espera que este micro-LED se utilice en pantallas con densidad de píxeles (PPI) sub-micrón o nano-LED.

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 fabrican en LEDs con un diámetro de 10 μm con contacto transparente de óxido de estaño indio (ITO) y pasivación de la pared lateral de dióxido de silicio (SiO2).

Los chips fabricados con plantillas heteroepitaxiales de GaN/zafiro presentan grandes diferencias de rendimiento.la intensidad y la longitud de onda de pico varían mucho dependiendo de la posición dentro del chipA una densidad de corriente de 10 A/cm2, un chip en el zafiro muestra un desplazamiento de longitud de onda de 6,8 nm entre el centro y los bordes.un chip es sólo un 76% más fuerte que el otro.

En el caso de los chips fabricados con GaN autoportante, la variación de longitud de onda se reduce a 2,6 nm, y el rendimiento de intensidad de los dos chips diferentes es mucho más cercano.Los investigadores atribuyeron el cambio de uniformidad de longitud de onda a diferentes estados de estrés en estructuras homogéneas y heterogéneas: La espectroscopia de Raman mostró que las tensiones residuales eran de 0,023 GPa y 0,535 GPa, respectivamente.

La catodoluminescencia mostró que la densidad de dislocación de las obleas heteroepitaxiales era de aproximadamente 108/cm2, mientras que la de las obleas epitaxiales homogéneas era de aproximadamente 105/cm2."La menor densidad de dislocación minimiza la trayectoria de fuga y mejora la eficiencia luminosa- ¿ Por qué?

En comparación con los chips heteroepitaxiales, aunque la corriente de fuga inversa de los LED epitaxiales homogéneos se reduce, la respuesta de la corriente bajo sesgo hacia adelante también se reduce.Los chips en GaN auto-sustentados tienen una mayor eficiencia cuántica externa (EQE)En un caso, el 14% frente al 10% de las plantillas de zafiro.La eficiencia cuántica interna (IQE) de los dos chips fue estimada en 73El 0,2% y el 60,8% respectivamente.

Sobre la base del trabajo de simulación, los investigadores diseñaron e implementaron una estructura epitaxial optimizada en GaN autoportante,que mejoró la eficiencia cuántica externa y el rendimiento de voltaje de la microdisplay a densidades de corriente de inyección más bajas (Figura 2)En particular, la epitaxia homogénea consigue una barrera potencial más delgada y una interfaz nítida.mientras que la misma estructura obtenida en heteroepitaxia muestra un contorno más borroso bajo microscopía electrónica de transmisión.

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.

En cierta medida, la barrera más delgada simula los hoyos en forma de V que tienden a formarse alrededor de la dislocación.,Como la mejor inyección de agujeros en la región emisora de luz, en parte debido al adelgazamiento de la barrera en la estructura de pozo multi-cuántico alrededor del pozo en V.

A una densidad de corriente de inyección de 10A/cm2, la eficiencia cuántica externa del LED epitaxial homogéneo aumenta del 7,9% al 14,8%.La tensión requerida para impulsar una corriente de 10 μA se reduce de 2.78V a 2.55V. ¿Qué quieres decir?