Maatskappy Nuus
0102
Rooi InGaN mikro-LED op silikon prospektering
2024-08-15
Nuusbron：
Navorsers gebaseer in Korea rapporteer oor grootte-afhanklike eienskappe van indiumgalliumnitried (InGaN) rooi mikroskaalse lig-emitterende diodes (mikro-LED's) vervaardig op 4-duim silikon (Si) substrate [Juhyuk Park et al, Optics Express, v32, p24242, 2024].
Die span van die Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Korea Advanced Nano Fab Center (KANC), en Chungbuk National University, beskou hul werk as baanbrekerswerk en voeg by: “Hierdie werk is die eerste ondersoek na die grootte-afhanklike eienskappe van InGaN/GaN rooi mikro-LED's wat op Si-substrate met afmetings onder 100 μm gekweek word.”
LED Skikkings gebaseer op die toestelle het 'n resolusie van so hoog as 4232 pixels per duim (PPI) bereik. Relatief swak rooi LED-prestasie is 'n struikelblok op die pad na volkleurskerms gebaseer op InGaN LED-tegnologie. Afgesien van baie laer koste, sluit die voordeel van die gebruik van silikonsubstrate beter termiese geleidingsvermoë in as die meer gewone saffier-gebaseerde epitaksie.
Die epitaksiale struktuur vir die rooi mikro-LED-skikkings is gekweek deur metaal-organiese chemiese dampafsetting (MOCVD) op 4-duim Si (111) wafers (Figuur 1). Die buffergebied was 1.3μm, gevolg deur 2μm n-GaN-kontak. Die superrooster het bestaan uit 10 pare van 0.9/5nm Al0.04Ga0.96N/In0.05Ga0.95N.
Figuur 1: (a) InGaN/GaN rooi mikro-LED epitaksiale struktuur. (b) Transmissie-elektronmikroskoop (TEM) beeld. (c) Vervaardigingsprosesvloei en foto-insetsel van InGaN/GaN rooi mikro-LED's op 4-duim silikonwafel.
Die aktiewe liggenererende gebied het bestaan uit 'n drie-put veelvuldige kwantumput (MQW). Die putte was 2.4 nm In0.23Al0.05Ga0.72N geskei deur 10 nm GaN-versperrings. Die MQW was bedek met 12 nm AlGaN wat in Al-inhoud in drie stappe gewissel het (13%, 7%, 42%). Die struktuur is voltooi met 150 nm p-GaN as die kontaklaag.
Die navorsers het die materiaal gebruik om die rooi mikro-LED-skikkings te vervaardig. Die eerste stap was die afsetting van 200 nm gegloeide indiumtinoksied (ITO) as 'n deursigtige ohmiese geleier p-elektrode. Die mesa-strukture vir die individuele LED's is vervaardig deur 'n driestap-induktief gekoppelde plasma-reaktiewe ioon-etsproses. Die stappe het bestaan uit ITO-etsing, soutsuurbehandeling om ITO-residue te verwyder, en die finale etsing tot by die n-GaN-laag.
Die metaalkontakte met die gemeenskaplike n-elektrode en ITO p-kontak het bestaan uit chroom/goud (Cr/Au), neergelê na 500 nm silikonnitried (SiNx) CVD-passivering. 'n Passiewe matriks (PM) skikkingsformaat is gebruik om die LED's in pixels aanmekaar te bedraad.
Die navorsers wys daarop dat al hierdie prosesse op die 4-duim-waferskaal uitgevoer is. Die span lewer kommentaar: “In halfgeleiervervaardiging is die mees effektiewe manier om koste te verlaag deur grootskaalse wafervlakvervaardiging, aangesien dit die produksie van 'n groter aantal toestelle in 'n enkele proses moontlik maak.”
Die donkerstroomdigtheid onder omgekeerde voorspanning was onder 1μA/cm2 vir alle toestelgroottes van 5μm tot 100μm.
Die LED's het 'n blouverskuiwing in golflengte ondervind namate die inspuitstroomdigtheid toegeneem het. Vir skikkings van 12μm LED's het die golflengte verskuif van 648 nm na 624 nm vir inspuitings tussen onderskeidelik 3A/cm2 en 30A/cm2. Standaard rooi 642 nm-emissie het teen 5A/cm2 voorgekom.
Die volle breedte teen half maksimum (FWHM) vir die LED's was ongeveer 65 nm teen lae inspuiting, wat vernou het tot 50 nm teen 30 A/cm2. Dit het 'n groot deel van die emissies in die 'oranje' reeks (590–625 nm) eerder as 'rooi' (625–750 nm) geplaas.
Die navorsers lewer kommentaar: “Die piekgolflengteverskuiwing in InGaN-kwantumputte is toegeskryf aan die kwantumbeperkte Stark-effek (QCSE) en die bandvul-effek.”
Die QCSE is die gevolg van verskuiwings in die energievlakke as gevolg van die verskillende kombinasies van toegepaste elektriese veld en elektriese velde wat voortspruit uit die spanningsafhanklike kontraste in die ladingspolarisasie van die verskillende In AlGaN-legerings wat die epitaksiale struktuur uitmaak.
Die bandvul-effek verwys na die opvulling van die geleidings- en valensbande en gelokaliseerde toestande (soos algemeen is in InGaN met 'n hoë indiuminhoud, wat geneig is om meer nie-uniforme indiumkonsentrasies te hê) by hoër stroominspuiting - 'n elektron vanaf die bokant van die geleidingsband moet 'n groter energieverskil oorsteek om met 'n gat te rekombineer, wat 'n foton met hoër energie/korter golflengte skep.
Die 'dominante' golflengte, met inagneming van die persepsie van 'n normale menslike oog en die vermindering daarvan tot 'n enkele golflengte, is bepaal, wat toon dat die LED's meer oranje as rooi was. Die grootste 100μm LED's het 'n dominante golflengte tussen 612nm en 588nm aangeteken vir inspuitings tussen onderskeidelik 10 en 130A/cm2. Die ooreenstemmende dominante golflengtebereik vir die 5μm-toestelle was 610–583nm.
Figuur 2: EQE van InGaN/GaN MQW rooi mikro-LED's met verskillende toestelgroottes.
Die piek eksterne kwantumdoeltreffendheid (EQE) het gewissel van 0.52% vir die 5μm LED tot 0.36% vir 100μm (Figuur 2). Die inspuitings waarby die piek plaasgevind het, het gewissel tussen 3A/cm2 en 5A/cm2, maar sonder enige duidelike tendens, wat daarop dui dat die verskille te wyte was aan prosesvariasies. In teenstelling hiermee ly die mededingende rooi LED-tegnologie gebaseer op III-fosfiedmateriale 'n groot verskuiwing in piek EQE-inspuitstroom met grootte.
Die hoër EQE vir die kleiner InGaN-toestelle word verduidelik as gevolg van beide die vermindering van sywandrekombinasie, relatief tot fosfied-gebaseerde LED's, en hoër lig-ekstraksie-doeltreffendheid (LEE).
Die draers in InGaN is meer geneig om in gelokaliseerde toestande vasgevang te word, eerder as om na die sywande te reis vir nie-stralende rekombinasie. Die klein toestelle laat ook meer lig ontsnap eerder as om vasgevang te word deur totale interne weerkaatsingseffekte, wat LEE verhoog.
Die span vergelyk ook hul werk met onlangse verslae van die Universiteit van Kalifornië in Santa Barbara (UCSB) en die South China Normal University vir rooi InGaN-mikro-LED's op silikon. Die USCB- en Suid-China-datapunte vir piek-EQE was onderskeidelik 0,021% en 2,3%.
Die span beskou die 5μm-toestel as veral geskik vir skerms: die piek-EQE kom voor rondom 3A/cm2, wat ooreenstem met 'n lae aandrywingsstroom van 0.75μA, wat deur hoofstroom-silikon CMOS-toesteldrywers verskaf kan word.
Die navorsers stel voor dat verdere ontwikkelings die EQE kan verbeter, soos deur die silikonsubstraat deur middel van waferbinding te verwyder, deur die toestelstruktuur vir hoër LEE te optimaliseer, en deur die buffer te optimaliseer om spanning wat deur hoë indiuminkorporasie veroorsaak word, te verlig.
Die span demonstreer ook die vermoë om beelde te produseer deur selektiewe bedrading op 5μm en 12μm LED-skikkings (Figuur 3). Die kleiner toestelle het natuurlik 'n hoër resolusie behaal.
Figuur 3: Beelde van verskeie skikkings wat by verskillende inspuitings aangedryf word.
Gegewe die beperkings van InGaN LED-toestelle, stel die navorsers voor dat pulswydtemodulasie (PWM), eerder as pulsamplitudemodulasie (PAM), 'n beter metode kan wees om LED-helderheid te beheer. Die genoemde beperkings sluit in doeltreffendheid en golflengtevariasies met stroominspuiting, vandaar die wenslikheid om 'n vaste stroominspuitingsamplitude te gebruik.
Die navorsers het 'n lineêre afhanklikheid van ligluminansie tussen 476 nits en 4148 nits (candela/m2) gevind vir pulsduursiklusse wat wissel tussen onderskeidelik 10% en 90% op 'n 12μm LED bevooroordeel teen 3.3V, wat 'n stroominspuiting van 3A/cm2 gee.
Die navorsers lewer kommentaar: “Hierdie metings het bevestig dat dit moontlik is om grysskale met rooi emissie sonder piekverskuiwing voor te stel deur PWM in InGaN/GaN rooi mikro-LED-toestelle te gebruik.”
Vrystelling: 31 Mei / 30 November 2024
Taal: Tradisionele Chinees / Engels
Formaat: PDF
Bladsy: 160-180