Mikro-LEDs auf Basis von selbsttragendem GaN
Chinesische Forscher haben die Vorteile der Verwendung von selbsttragendem (FS) Galliumnitrid (GaN) als Substrat für Miniaturlichtdioden (LED) untersucht [Guobin Wang et al, Optics Express,V32, S. 31463, 2024.Das Team hat eine optimierte Multi-Quantum Well (MQW) -Struktur aus Indium-Galliumnitrid (InGaN) entwickelt, die bei niedrigeren Einspritzstromdichten (ca. 10A/cm2) und niedrigeren Antriebsspannungen besser funktioniert, geeignet für fortschrittliche Mikrodisplays, die in Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) -Installationen verwendet werden, wobeiDie höheren Kosten für selbstständige Gans können durch eine höhere Effizienz kompensiert werden.
Die Forscher sind mit der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas, dem Suzhou Institute of Nanotechnology and Nanobionics, dem Jiangsu 3rd Generation Semiconductor Research Institute,Universität von Nanjing, Soozhou University und Suzhou Nawei Technology Co., LTD.Das Forschungsteam glaubt, dass diese Mikro-LED in Displays mit ultrahoher Pixeldichte (PPI) in Submikron- oder Nanometer-LED-Konfigurationen verwendet werden soll..
Die Forscher verglichen die Leistung von Mikro-LEDs, die auf einer selbsttragbaren GaN-Vorlage und einer GaN/Saphir-Vorlage hergestellt wurden (Abbildung 1).
Abbildung 1: a) Mikro-LED-Epitaxialschema; b) Mikro-LED-Epitaxialschicht; c) Mikro-LED-Chip-Struktur; d) Querschnittsbilder aus dem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM).
Die epitaxiale Struktur der metallorganischen chemischen Dampfdeposition (MOCVD) umfasst eine 100 nm N-Typ-Aluminium-Galliumnitrid (n-AlGaN) -Trägerdiffusions-/Expansionsschicht (CSL), eine 2 μm n-GaN-Kontaktschicht,100 nm niedriges Silanschicht mit unbeabsichtigtem Doping (u-) GaN mit hoher Elektronenmobilität, 20x(2,5 nm/2,5 nm) In0,05Ga0,95/GaN Dehnungsfreisetzungsschicht (SRL), 6x(2,5 nm/10 nm) blaue InGaN/GaN-Multiquantenquelle, 8x(1,5 nm/1,5 nm) p-AlGaN/GaN Elektronenbarriere (EBL),80 nm P-GAN-Hole-Injektionsschicht und 2 nm stark doppierte p+-GaN-Kontaktschicht.
Diese Materialien wurden zu LEDs mit einem Durchmesser von 10 μm hergestellt und mit einem durchsichtigen Kontakt mit Indiumtinoxid (ITO) und Siliziumdioxid (SiO2) seitlich passiviert.
Die auf der heteroepitaxialen GaN/Saphir-Vorlage hergestellten Chips weisen einen großen Leistungsunterschied auf.Die Intensität und die Spitzenwellenlänge variieren stark je nach Lage im ChipBei einer Stromdichte von 10 A/cm2 zeigte ein Chip auf dem Saphir eine Wellenlängeverschiebung von 6,8 nm zwischen Zentrum und Rand.Einer ist nur 76 Prozent so stark wie der andere..
Für Chips, die auf selbsttragendem GaN hergestellt werden, wird die Wellenlängenvariation auf 2,6 nm reduziert, und die Festigkeitsleistung der beiden verschiedenen Chips ist ähnlicher.Die Forscher führen die Wellenlängenuniformitätsvariation auf verschiedene Belastungszustände in den homogenen und heterogenen Strukturen zurück.: Die Raman-Spektroskopie zeigt Restspannungen von 0,023 GPa bzw. 0,535 GPa.
Die Kathodenlumineszenz zeigt, dass die Verwerfungsdichte von Heteroepitaxialplatten etwa 108/cm2 beträgt, während die von Homoepitaxialplatten etwa 105/cm2 beträgt."Die niedrigere Verwerfungsdichte kann den Leckpfad minimieren und die Lichtwirksamkeit verbessern," kommentierte das Forscherteam.
Im Vergleich zu heteroepitaxialen Chips wird der gegenwärtige Leckstrom der homoepitaxialen LED zwar reduziert, aber auch die Stromantwort unter der Vorwärtsverschiebung wird reduziert.Chips auf selbsttragende Gans haben eine höhere externe Quanteneffizienz (EQE) Bei der Vergleiche der Photolumineszenzleistung bei 10 K und 300 K (Zimmertemperatur) wurde festgestellt, daß dieDie interne Quanteneffizienz (IQE) der beiden Chips wird auf 73 geschätzt.0,2% bzw. 60,8%.
Basierend auf der Simulationsarbeit 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)Insbesondere erreicht die Homoepitaxie eine dünnere Barriere und eine scharfe Schnittstelle, während dieselben Strukturen, die bei der Heteroepitaxie erreicht werden, bei der TEM-Untersuchung ein verschwommenes Profil aufweisen.
Abbildung 2: Transmissions-Elektronenmikroskopbilder der Multiquantum-Bohrregion: a) ursprüngliche und optimierte Homoepitaxiestrukturen und b) optimierte Strukturen, die in heterogener Epitaxi realisiert wurden.c) Externe Quanteneffizienz eines homogenen epitaxialen Mikro-LED-Chips, d) Strom-Spannungskurve eines homogenen epitaxialen Mikro-LED-Chips.
Die dünnere Barriere simuliert teilweise die V-förmigen Gruben, die sich leicht um die Ausrutschung bilden können.wie eine verbesserte Lochinspritzung in die Leuchtregion, teilweise aufgrund einer Ausdünnungsschranke in der Multi-Quanten-Bohrstruktur um die V-förmigen Gruben.
Wenn die Einspritzstromdichte 10A/cm2 beträgt, steigt der externe Quantenwirkungsgrad der homogenen epitaxialen LED von 7,9% auf 14,8%.Die für den Antrieb von 10 μA-Strom erforderliche Spannung wurde von 2.78V bis 2.55V.
ZMSH Lösung für GaN-Wafer
Die wachsende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-, Hochtemperatur- und Hochleistungsfunktionen hat die Halbleiterindustrie dazu veranlasst, die Wahl der als Halbleiter verwendeten Materialien zu überdenken.
Da verschiedene schnellere und kleinere Rechengeräte entstehen, macht die Verwendung von Silizium es schwierig, das Moore'sche Gesetz aufrechtzuerhalten.Also ist GaN Halbleiterwafer für die Notwendigkeit gewachsen.
Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften (hoher maximaler Strom, hohe Abbruchspannung und hohe Schaltfrequenz) ist Galliumnitrid GaNDieeinzigartiges Material zur Lösung von Energieproblemen der Zukunft. GaN-basierte Systeme haben eine höhere Energieeffizienz, wodurch Stromverluste reduziert werden, schalten mit höherer Frequenz, wodurch Größe und Gewicht reduziert werden.
