μικρο-LED βασισμένα σε αυτοσυντηρούμενο GaN
Οι Κινέζοι ερευνητές διερεύνησαν τα οφέλη της χρήσης αυτοεξουσιαζόμενου νιτρικού γαλλίου (GaN) ως υποστρώματος για μικροσκοπικές διόδους εκπομπής φωτός (LED) [Guobin Wang et al, Optics Express,v32Ειδικότερα,η ομάδα έχει αναπτύξει μια βελτιστοποιημένη δομή πολλαπλών κβαντικών πηγών (MQW) νιτρικού ενδίου γαλλίου (InGaN) που λειτουργεί καλύτερα σε χαμηλότερες πυκνότητες ρεύματος ένεσης (περίπου 10A/cm2) και χαμηλότερες τάσεις κίνησης, κατάλληλη για προηγμένες μικροεπιφάνσεις που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις επαυξημένης και εικονικής πραγματικότητας, οπότε:Το υψηλότερο κόστος των αυτοσυντηρούμενων Gans μπορεί να αντισταθμιστεί με βελτιωμένη αποδοτικότητα.
Οι ερευνητές είναι συνδεδεμένοι με το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας, το Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας και Νανοβιονικής Suzhou, το Ινστιτούτο Έρευνας Ημιαγωγών 3ης Γενιάς Jiangsu,Πανεπιστήμιο της Ναντζίνγκ, Πανεπιστήμιο Soozhou και Suzhou Nawei Technology Co., LTD.Η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι αυτό το μικρο-LED αναμένεται να χρησιμοποιηθεί σε οθόνες με υπερ-υψηλή πυκνότητα pixel (PPI) σε διαμορφώσεις submicron ή nanometer LED.
Οι ερευνητές συνέκριναν τις επιδόσεις των μικρο- LED που κατασκευάστηκαν σε ένα αυτο- υποστηριζόμενο πρότυπο GaN και ένα πρότυπο GaN/ σαφείρι (Σχήμα 1).
Σχήμα 1: α) επιταξιακό σχήμα μικρο-LED, β) επιταξιακό φιλμ μικρο-LED, γ) δομή τσιπ μικρο-LED, δ) εικόνες διατομής με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM).
Η επιταξιακή δομή της χημικής εναπόθεσης χημικών ατμών μετάλλων-οργανικών (MOCVD) περιλαμβάνει στρώμα διασποράς/επέκτασης φορέα νιτρίδου γαλλίου αλουμινίου (n-AlGaN) τύπου N 100nm, στρώμα επαφής n-GaN 2μm,100nm χαμηλό σιλανικό μη σκόπιμο ντόπινγκ (u-) GaN υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων στρώμα, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN στρώμα απελευθέρωσης συμπίεσης (SRL), 6x(2.5nm/10nm) μπλε InGaN/GaN πολυκβαντικό πηγάδι, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN στρώμα ηλεκτρονικού φραγμού (EBL),στρώμα ένεσης από τρύπα P-gan 80nm και στρώμα επαφής p+-GaN 2nm με ισχυρή ντόπιση.
Τα υλικά αυτά κατασκευάστηκαν σε LED διαμέτρου 10 μm και με διαφανή επαφή με οξείδιο του ινδίου και του κασσίτερου (ITO) και παθητικοποίηση πλευρικού τοιχώματος διοξειδίου του πυριτίου (SiO2).
Τα τσιπάκια που κατασκευάζονται στο ετεροεπιταξικό πρότυπο GaN/σαφείρι παρουσιάζουν μεγάλη διαφορά απόδοσης.η ένταση και το μέγιστο μήκος κύματος ποικίλλουν σημαντικά ανάλογα με τη θέση μέσα στο τσιπΣε πυκνότητα 10A/cm2, ένα τσιπ στο ζαφείρι έδειξε μετατόπιση μήκους κύματος 6,8nm μεταξύ του κέντρου και της άκρης.Το ένα είναι μόνο 76% πιο δυνατό από το άλλο..
Για τα τσιπ που κατασκευάζονται με αυτο-υποστηριζόμενο GaN, η διακύμανση μήκους κύματος μειώνεται σε 2,6nm και η απόδοση αντοχής των δύο διαφορετικών τσιπ είναι πιο παρόμοια.Οι ερευνητές αποδίδουν τη διαφορά της ομοιομορφίας μήκους κύματος σε διαφορετικές καταστάσεις άγχους στις ομοιογενείς και ετερογενείς δομές: Η φασματοσκόπηση Ραμάν δείχνει υπολειμματικές πιέσεις 0,023 GPa και 0,535 GPa, αντίστοιχα.
Η φωτεινότητα του καθοδίου δείχνει ότι η πυκνότητα εξάρθρωσης των ετεροεπιταξιακών πλάκων είναι περίπου 108/cm2, ενώ αυτή των ομοεπιταξιακών πλάκων είναι περίπου 105/cm2."Η χαμηλότερη πυκνότητα εξάρθρωσης μπορεί να ελαχιστοποιήσει την διαδρομή διαρροής και να βελτιώσει την φωτεινή απόδοση," σχολίασε η ερευνητική ομάδα.
Σε σύγκριση με τα ετεροεπιταξιακά τσιπ, αν και το αντίστροφο ρεύμα διαρροής του ομοεπιταξιακού LED μειώνεται, η τρέχουσα ανταπόκριση υπό την εμπρόσθια κλίση μειώνεται επίσης.Τα τσιπάκια στα αυτοσυγκρατούμενα Gans έχουν υψηλότερη εξωτερική κβαντική απόδοση (EQE) Η ανάλυση της φωτεινότητας σε 10K και 300K (περιοριώδης θερμοκρασία)Η εσωτερική κβαντική απόδοση (IQE) των δύο τσιπ υπολογίζεται σε 730,2% και 60,8% αντίστοιχα.
Με βάση την προσομοίωση, 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)Ειδικότερα, η ομοεπιταξία επιτυγχάνει ένα λεπτότερο φράγμα και μια απότομη διεπαφή, ενώ οι ίδιες δομές που επιτυγχάνονται στην ετεροεπιταξία παρουσιάζουν ένα πιο θολό προφίλ κατά την εξέταση TEM.
Σχήμα 2: Εικόνες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης της περιοχής του πολλαπλού κβαντικού πηγάδι: α) πρωτότυπες και βελτιστοποιημένες δομές ομοεπιταξίας και β) βελτιστοποιημένες δομές που πραγματοποιούνται σε ετερογενή επιταξία.γ) Εξωτερική κβαντική απόδοση ομοιογενούς επιταξιακού μικρο-LED chip, δ) καμπύλη τάσης-ρεύματος ομοιογενούς επιταξιακού μικρο-LED τσιπ.
Το λεπτότερο φράγμα προσομοιώνει εν μέρει τα V- σχήμα λάκκων που μπορούν εύκολα να σχηματιστούν γύρω από την εξάρθρωση.όπως βελτιωμένη ένεση τρύπας στην φωτεινή περιοχή, εν μέρει λόγω ενός φραγμού αραιώσεως στην πολυκβαντική δομή του πηγάδι γύρω από τα V-ειδικά λάκκια.
Όταν η πυκνότητα του ρεύματος ένεσης είναι 10A/cm2, η εξωτερική κβαντική απόδοση του ομοιογενούς επιταξιακού LED αυξάνεται από 7,9% σε 14,8%.Η τάση που απαιτείται για την παροχή ρεύματος 10μA έχει μειωθεί από 2.78V έως 2.55V.
Λύσιμο ZMSH για πλάκες GaN
Η αυξανόμενη ζήτηση για δυνατότητες χειρισμού υψηλών ταχυτήτων, υψηλών θερμοκρασιών και υψηλής ισχύος έχει αναγκάσει την βιομηχανία των ημιαγωγών να επανεξετάσει την επιλογή των υλικών που χρησιμοποιούνται ως ημιαγωγοί.
Καθώς αναπτύσσονται διάφορες ταχύτερες και μικρότερες συσκευές υπολογιστών, η χρήση του πυριτίου δυσκολεύει τη διατήρηση του νόμου του Μουρ.Έτσι, η GaN ημιαγωγός πλάκα είναι αναπτυγμένη για την ανάγκη.
Λόγω των μοναδικών χαρακτηριστικών του (υψηλό μέγιστο ρεύμα, υψηλή τάση διάσπασης και υψηλή συχνότητα διασύνδεσης), το νιτρώδιο του γαλλίου GaN είναιΤοΤα συστήματα με βάση το GaN έχουν υψηλότερη απόδοση ενέργειας, μειώνοντας έτσι τις απώλειες ισχύος, αλλάζουν σε υψηλότερη συχνότητα, μειώνοντας έτσι το μέγεθος και το βάρος.
