Micro-LED op basis van zelfdragend GaN

micro-LED's op basis van zelfdragend GaN

Chinese onderzoekers onderzoeken de voordelen van het gebruik van zelfdragend (FS) galliumnitride (GaN) als substraat voor miniatuur lichtdioden (LED's) [Guobin Wang et al, Optics Express,V32, blz. 31463, 2024.het team heeft een geoptimaliseerde structure van indium-galliumnitride (InGaN) met een multi-quantum well (MQW) ontwikkeld die beter presteert bij lagere injectie-stroomdichten (ongeveer 10A/cm2) en lagere aandrijvingsspanningen, geschikt voor geavanceerde microdisplays die worden gebruikt in installaties voor augmented reality (AR) en virtual reality (VR), in welk gevalDe hogere kosten van zelfvoorzienende Gans kunnen worden gecompenseerd door een betere efficiëntie.

De onderzoekers zijn verbonden aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, Suzhou Institute of Nanotechnology and Nanobionics, Jiangsu 3rd Generation Semiconductor Research Institute,Universiteit van Nanjing, Soozhou University en Suzhou Nawei Technology Co., LTD.Het onderzoeksteam is van mening dat deze micro-LED verwacht wordt gebruikt in schermen met ultra-hoge pixeldichtheid (PPI) submicron of nanometer LED-configuraties.

De onderzoekers vergeleken de prestaties van micro-LED's die zijn vervaardigd op een zelfdragend GaN-sjabloon en een GaN/saffier-sjabloon (figuur 1).

Figuur 1: a) micro-LED-epitaxiale schema; b) micro-LED-epitaxiale film; c) micro-LED-chipstructuur; d) doorsnedebeelden van een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM).

De epitaxiale structuur van metaal-organische chemische dampdepositie (MOCVD) omvat een dragerdifusie-/uitbreidingslaag (CSL) van 100 nm N-type aluminiumgalliumnitride (n-AlGaN), een contactlaag van 2 μm n-GaN,100 nm lage silane onopzettelijke doping (u-) GaN laag met hoge elektronenmobiliteit, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN strain release laag (SRL), 6x(2.5nm/10nm) blauwe InGaN/GaN multi-quantum well, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN Electron Barrier laag (EBL),80 nm P-gan gat injectie laag en 2 nm zwaar gedopeerde p+-GaN contactlaag.

Deze materialen werden vervaardigd in LED's met een diameter van 10 μm en met transparant contact met indiumtin-oxide (ITO) en siliciumdioxide (SiO2) zijdelingse passivatie.

De chips die zijn vervaardigd op het heteroepitaxiale GaN/saffier sjabloon vertonen een groot prestatieverschil.de intensiteit en de piekgolflengte variëren sterk afhankelijk van de locatie binnen de chipBij een stroomdichtheid van 10 A/cm2 toonde een chip op de saffier een golflengteverschuiving van 6,8 nm tussen het midden en de rand.De ene is maar 76 procent sterker dan de andere..

Voor chips die zijn gemaakt op zelfdragende GaN, wordt de golflengte variatie verminderd tot 2,6 nm, en de sterkteprestaties van de twee verschillende chips zijn vergelijkbaarder.De onderzoekers schrijven de variatie van de golflengte-eenvormigheid toe aan verschillende spanningsstanden in de homogene en heterogene structuren.: Raman spectroscopie toont residuele spanningen van respectievelijk 0,023 GPa en 0,535 GPa.

De kathode luminescentie laat zien dat de dislocatie dichtheid van heteroepitaxiale platen ongeveer 108/cm2 is, terwijl die van homoepitaxiale platen ongeveer 105/cm2 is."De lagere verplaatsingsdichtheid kan het lekpad minimaliseren en het lichtvermogen verbeteren," merkte het onderzoeksteam op.

In vergelijking met heteroepitaxiale chips, hoewel de omgekeerde lekkage stroom van de homoepitaxiale LED is verminderd, de huidige reactie onder de forward bias is ook verminderd.Gans hebben een hogere externe kwantumefficiëntie (EQE).Bij een vergelijking van de fotoluminescentieprestaties bij 10 K en 300 K (kamertemperatuur) wordt vastgesteld dat de lichtverlichting van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's van de foto's op de foto's op de foto's op de foto's op de foto's op de foto's op de foto's op de foto's op de foto's op de foto's.De interne kwantum efficiëntie (IQE) van de twee chips wordt geschat op 730,2% en 60,8% respectievelijk.

Gebaseerd op het simulatiewerk, 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)Vooral bij homoepitaxie wordt een dunnere barrière en een scherpere interface bereikt, terwijl bij heteroepitaxie dezelfde structuren een waziger profiel vertonen.

Figuur 2: Transmissie-elektronenmicroscoopbeelden van het multi-quantumputgebied: a) originele en geoptimaliseerde homo-epitaxy-structuren, en b) geoptimaliseerde structuren gerealiseerd in heterogene epitaxy.c) Externe kwantum efficiëntie van homogene epitaxiale micro-LED-chip, d) stroom-spanningscurve van een homogene epitaxiale micro-LED-chip.

De dunnere barrière simuleert de V-vormige putten die zich gemakkelijk rond de dislocatie kunnen vormen.zoals verbeterde gatinjectie in het lichtgebied, mede door een dunner wordende barrière in de multi-quantum putstructuur rond de V-vormige putten.

Wanneer de injectie-stroomdichtheid 10 A/cm2 is, neemt de externe kwantumdoeltreffendheid van de homogene epitaxiale LED toe van 7,9% tot 14,8%.De spanning die nodig is om 10 μA stroom aan te drijven is verlaagd van 2.78V tot 2.55V.

ZMSH-oplossing voor GaN-wafers

De toenemende vraag naar snelheids-,temperatuur- en vermogenshandleiding heeft de halfgeleiderindustrie ertoe gebracht de keuze van de als halfgeleider gebruikte materialen te heroverwegen.

Als er verscheidene snellere en kleinere computerapparaten ontstaan, maakt het gebruik van silicium het moeilijk om de wet van Moore te handhaven.Dus GaN halfgeleider wafer is gegroeid uit voor de behoefte.

Vanwege zijn unieke kenmerken (hoge maximale stroom, hoge afbraakspanning en hoge schakelfrequentie) is Gallium Nitride GaNDeGaN-gebaseerde systemen hebben een hogere energie-efficiëntie, waardoor energieverliezen worden verminderd, schakelen met een hogere frequentie, waardoor grootte en gewicht worden verminderd.