مایکرو ال ای دی مبتنی بر GaN مستقل

میکرو ال ای دی مبتنی بر GaN خود پشتیبانی

محققان چینی در حال بررسی مزایای استفاده از نترید گالیوم (GaN) خودپذیر (FS) به عنوان یک زیربنای دیودهای تابش نور کوچک (LED) هستند [گوبین وانگ و همکاران، اپتیک اکسپرس،v32، ص 31463، 2024) ، به ویژه، 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، جایی که هزینه های بالاتر از GaN خودپذیر می تواند با افزایش کارایی جبران شود.

محققان با دانشگاه علوم و فناوری چین، موسسه نانوتکنولوژی و نانوبیونیک سوژو، موسسه تحقیقات نیمه هادی نسل سوم جیانگسو،دانشگاه نانجینگ، دانشگاه سوچو و شرکت فناوری ناو سوزوگروه تحقیقاتی معتقدند که انتظار می رود این میکرو ال ای دی در صفحه نمایش با تراکم پیکسل فوق العاده بالا (PPI) در پیکربندی زیر میکرو یا نانو ال ای دی استفاده شود..

محققان عملکرد میکرو ال ای دی های ساخته شده بر روی یک الگوی خودپذیر GaN و یک الگوی GaN / سفیر را مقایسه کردند (شکل 1).

شکل 1: a) طرح اپیتاسیال میکرو LED؛ b) فیلم اپیتاسیال میکرو LED؛ c) ساختار تراشه میکرو LED؛ d) تصاویر برش متقابل میکروسکوپ الکترونی انتقال (TEM).

ساختار اپیتاکسیال رسوب بخار شیمیایی فلزی آلی (MOCVD) شامل لایه پخش / گسترش حامل 100nm N-type gallium nitride (n-AlGaN) ، لایه تماس 2μm n-GaN،لایه ای با تحرک الکترون بالا با استفاده از سیلان کم 100nm، 20x ((2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN لایه آزادسازی کشش (SRL) ، 6x ((2.5nm/10nm) آبی InGaN/GaN چند کوانتومی خوب، 8x ((1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN لایه مانع الکترون (EBL) ،لایه تزریق سوراخ P-gan 80nm و لایه تماس p+-GaN 2nm بسیار زیاد.

این مواد به LED هایی با قطر 10 μm با تماس شفاف اکسید قلعین ایندیوم (ITO) و غیرفعال سازی دی اکسید سیلیکون (SiO2) در دیوارهای جانبی ساخته می شوند.

تراشه های ساخته شده بر روی قالب های هیتروپیتاکسیال GaN / سفیر تفاوت های بزرگی در عملکرد دارند.شدت و طول موج اوج بستگی به موقعیت داخل تراشه دارددر دنياي جاري 10A/cm2، يک تراشه بر روي سفير نشان مي دهد يک جابجايي طول موج 6.8 nm بين مرکز و لبه ها.يک تراشه فقط 76 درصد از ديگري قوي تر است.

در مورد تراشه های ساخته شده بر روی GaN خودپذیر، تغییرات طول موج به 2.6nm کاهش می یابد و عملکرد شدت دو تراشه مختلف بسیار نزدیک تر است.محققان تغییر یکنواخت طول موج را به حالت های مختلف استرس در ساختارهای همگن و هیتروگنیس نسبت دادند.: طیف سنجی رامان نشان داد که تنش های باقیمانده به ترتیب 0.023 GPa و 0.535 GPa بود.

کاتودولومینیسنس نشان داد که تراکم انحلال وافرهای هیتروپیتکسیال حدود 108 / cm2 بود، در حالی که وافرهای اپیتکسیال همگن حدود 105 / cm2 بود. تیم تحقیقاتی اظهار داشت:چگالي نزول كاهش به حداقل رساندن مسیر نشت و بهبود كارايي نور..

در مقایسه با تراشه های هیتروپیتاکسیال، اگرچه جریان نشت معکوس LED های اپیتاکسیال همگن کاهش می یابد، اما پاسخ فعلی تحت تعصب جلو نیز کاهش می یابد.تراشه هایی که GaN خود را پشتیبانی می کنند دارای بهره وری کوانتومی خارجی بالاتر هستند (EQE)با مقایسه عملکرد نورپردازی در 10K و 300K (در دمای اتاق)بهره وری کوانتومی داخلی (IQE) دو تراشه تخمین زده شده است 73.2 درصد و 60.8 درصد

بر اساس کار شبیه سازی، محققان یک ساختار اپیتاکسیال بهینه شده را بر روی GaN خودپذیر طراحی و پیاده سازی کردند.که کارایی کوانتومی خارجی و عملکرد ولتاژ میکرودیسپلی را در تراکم های جریان تزریق پایین تر بهبود بخشیده است (شکل 2)به طور خاص، epitaxy همگن به یک مانع پتانسیل نازکتر و یک رابط تیزتر می رسد.در حالی که همان ساختار به دست آمده در heteroepitaxy نشان می دهد یک طرح مبهم تر تحت انتقال میکروسکوپی الکترونی.

شکل 2: تصاویر میکروسکوپ الکترونی انتقال منطقه چاه چند کوانتومی: a) ساختارهای هوموپیتاکسی اصلی و بهینه شده و b) ساختارهای بهینه شده در اپیتاکسی ناهمگن.ج) کارایی کوانتومی خارجی تراشه ی میکرو LED اپیتاسیال همگن، د) منحنی جریان و ولتاژ تراشه ی میکرو LED اپیتاسیال همگن.

تا حدودی، موانع نازک تر حفره های شکل V را شبیه سازی می کنند که تمایل به شکل گیری در اطراف انحلال دارند. در LED های heteroepitaxial، حفره های شکل V اثرات عملکردی مفید دارند.,مانند تزریق سوراخ بهبود یافته به منطقه تولید کننده نور، تا حدی به دلیل نازک شدن مانع در ساختار چاه چند کوانتومی در اطراف V-pit.

در یک تراکم جریان تزریق 10A / cm2 ، کارایی کوانتومی خارجی LED اپیتاسیال همگن از 7.9٪ به 14.8٪ افزایش می یابد.ولتاژ مورد نیاز برای هدایت یک جریان 10μA از 2 کاهش می یابد.78ولت تا 2.55ولت