Micro-LED basé sur GaN autoportant

Micro-LED basé sur GaN autoportant

Des chercheurs chinois ont étudié les avantages de l'utilisation du nitrure de gallium (GaN) autoportant (FS) comme substrat pour les diodes électroluminescentes miniatures (LED) [Guobin Wang et al, Optics Express,V32, p. 31463, 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, où le coût plus élevé de l'autosuffisance de GaN peut être compensé par une efficacité accrue.

Les chercheurs sont affiliés à l'Université des sciences et de la technologie de Chine, à l'Institut de nanotechnologie et de nanobionique de Suzhou, à l'Institut de recherche sur les semi-conducteurs de troisième génération de Jiangsu,Université de Nanjing, l'Université Soochow et la société Suzhou Navi Technology Co., Ltd.L'équipe de recherche estime que cette micro-LED devrait être utilisée dans les écrans avec une densité de pixels ultra-haute (PPI) sous-microne ou nano-LED configurations.

Les chercheurs ont comparé les performances des micro-LED fabriquées sur un modèle GaN autoportant et un modèle GaN/saphir (figure 1).

Figure 1: a) schéma épitaxial des micro-LED; b) film épitaxial des micro-LED; c) structure de la puce des micro-LED; d) images de section transversale du microscope électronique de transmission (TEM).

La structure épitaxielle du dépôt de vapeur chimique organique-métallique (MOCVD) comprend une couche de diffusion/d'expansion (CSL) porteur de 100 nm de nitrure de gallium d'aluminium de type N (n-AlGaN), une couche de contact de 2 μm de n-GaN,couche à haute mobilité électronique à faible silane (u-) GaN de dopage involontaire à 100 nm, 20x(2,5 nm/2,5 nm) In0,05Ga0,95/GaN couche de libération de déformation (SRL), 6x(2,5 nm/10 nm) bleu puits multi-quantum InGaN/GaN, 8x(1,5 nm/1,5 nm) p-AlGaN/GaN couche de barrière électronique (EBL),Couche d'injection de trou P-gan de 80 nm et couche de contact P+-GaN fortement dopée de 2 nm.

Ces matériaux sont transformés en LED d'un diamètre de 10 μm avec un contact transparent à l'oxyde d'indium-étain (ITO) et une passivation des parois latérales au dioxyde de silicium (SiO2).

Les puces fabriquées à partir de modèles hétéroépitaxiaux de GaN/saphir présentent des différences de performances importantes.l'intensité et la longueur d'onde maximale varient considérablement selon la position dans la puceÀ une densité de courant de 10 A/cm2, une puce sur le saphir montre un décalage de longueur d'onde de 6,8 nm entre le centre et les bords.Une puce est seulement 76% plus forte que l'autre..

Dans le cas des puces fabriquées sur GaN autoportant, la variation de longueur d'onde est réduite à 2,6 nm, et les performances d'intensité des deux puces différentes sont beaucoup plus proches.Les chercheurs ont attribué le changement d'uniformité de longueur d'onde à différents états de stress dans les structures homogènes et hétérogènes: la spectroscopie Raman a montré que les contraintes résiduelles étaient respectivement de 0,023 GPa et 0,535 GPa.

La cathodoluminescence a montré que la densité de dislocation des plaquettes hétéroépitaxiales était d'environ 108/cm2, alors que celle des plaquettes épitaxiales homogènes était d'environ 105/cm2."La faible densité de dislocation réduit au minimum le chemin de fuite et améliore l'efficacité lumineuseJe suis désolée.

Comparé aux puces hétéroépitaxiales, bien que le courant de fuite inverse des LED épitaxiales homogènes soit réduit, la réponse du courant sous biais vers l'avant est également réduite.Les puces sur GaN autoportant ont un rendement quantique externe (EQE) plus élevéEn comparant les performances de photoluminescence à 10 K et à 300 K (température ambiante), on constate que la luminescence de la lumière est supérieure à la luminescence de la lumière.L'efficacité quantique interne (IQE) des deux puces a été estimée à 730,2% et 60,8% respectivement.

Sur la base du travail de simulation, les chercheurs ont conçu et mis en œuvre une structure épitaxielle optimisée sur GaN autoportant,qui a amélioré l'efficacité quantique externe et les performances de tension du microdisplay à des densités de courant d'injection inférieures (figure 2)En particulier, l'épitaxie homogène permet d'obtenir une barrière potentielle plus fine et une interface nette,alors que la même structure obtenue dans l'hétéroépitaxie montre un contour plus flou sous microscopie électronique de transmission.

Figure 2: Images au microscope électronique de transmission de la région du puits multi-quantum: a) structures d'homoépitaxie originales et optimisées, et b) structures optimisées réalisées en épitaxie hétérogène.c) Efficacité quantique externe d'une puce micro-LED épitaxielle homogène, d) courbe courant-tension d'une puce micro-LED épitaxielle homogène.

Dans une certaine mesure, la barrière plus mince simule les fosses en forme de V qui ont tendance à se former autour de la dislocation.,L'expérience a montré que la fréquence d'écoulement de l'eau dans les puits est plus élevée que dans les autres puits, comme l'injection améliorée de trous dans la région émettrice de lumière, en partie en raison de l'amincissement de la barrière dans la structure de puits multi-quantum autour du puits en V.

À une densité de courant d'injection de 10 A/cm2, l'efficacité quantique externe de la LED épitaxielle homogène augmente de 7,9% à 14,8%.La tension requise pour entraîner un courant de 10 μA est réduite de 2.78V à 2.55V.