Structure de base des couches épitaxiales LED à base de GaN

Structure de base des couches épitaxiales LED à base de GaN

01 Présentation

La structure de la couche épitaxielle des LED à base de nitrure de gallium (GaN) est le déterminant principal des performances du dispositif, ce qui nécessite une prise en compte attentive de la qualité du matériau, de l'efficacité d'injection du support,Efficacité luminescenteAvec l'évolution des demandes du marché pour une plus grande efficacité, un rendement et un débit plus élevés, la technologie épitaxielle continue de progresser.Alors que les principaux fabricants adoptent des structures fondamentales similaires, les principaux différenciateurs résident dans des optimisations nuancées qui reflètent les capacités de R&D. Ci-dessous, un aperçu de la structure épitaxielle de la LED GaN la plus courante.

02 Vue d' ensemble de la structure épitaxienne

Les couches épitaxiales, cultivées séquentiellement sur le substrat, comprennent généralement:

1Couche tampon

2. couche GaN non dopée ((couche AlGaN de type n facultative)

3. couche GaN de type N

4. couche GaN de type n légèrement dopée

5. couche de soulagement de la contrainte

6. couche de puits quantiques multiples (MQW)

7. couche de blocage des électrons AlGaN (EBL)

8. couche GaN de type p à basse température

9. couche GaN de type p à haute température

10Couche de contact avec la surface

Structures épitaxiales communes à GaN LED

Fonctions détaillées des couches

1) Couche tampon

Il est cultivé à 500°C à 800°C à l'aide de matériaux binaires (GaN/AlN) ou ternaires (AlGaN).

Objectif: atténuer le déséquilibre de la grille entre le substrat (par exemple, le saphir) et les épilateurs afin de réduire les défauts.

Tendance de l'industrie: la plupart des fabricants déposent maintenant de l'AlN par pulvérisation PVD avant la croissance de la MOCVD pour améliorer le débit.

2)Couche de GaN non dopée

Croissance en deux étapes: îles GaN 3D initiales suivies d'une planarisation GaN 2D à haute température.

Résultat: fournit des surfaces atomiquement lisses pour les couches suivantes.

3) couche GaN de type N

Si-dopé (8 × 1018 ‰ 2 × 1019 cm−3) pour l'alimentation en électrons.

Option avancée: certaines conceptions insèrent une couche intermédiaire n-AlGaN pour filtrer les dislocations de filetage.

4)Couche de n-GaN légèrement dopée

Un dopage inférieur (1×1018 ∆2×1018 cm−3) crée une région de haute résistance à propagation de courant.

Avantages: améliore les caractéristiques de tension et l'uniformité de la luminescence.

5)Couche de soulagement des contraintes

Couche de transition à base d'InGaN avec composition In graduée (entre les niveaux de GaN et de MQW).

Variantes de conception: superréseaux ou structures de puits peu profonds pour accueillir progressivement la déformation du réseau.

6)MQW (puits quantique multiple)

Les piles périodiques d'InGaN/GaN (par exemple, 5×15 paires) pour la recombinaison radiative.

Optimisation: Les barrières GaN dopées en Si réduisent la tension de fonctionnement et améliorent la luminosité.

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7)AlGaN couche de blocage des électrons (EBL)

Barrière à bande passante élevée pour confiner les électrons dans les MQW, augmentant l'efficacité de la recombinaison.

8)Couche de p-GaN à température basse

Couche dopée en Mg légèrement élevée au-dessus de la température MQW jusqu'à:

Améliorer l'injection de trou

Protéger les MQW contre les dommages ultérieurs à haute température

9)Couche de p-GaN à haute température

Cultivé à ~ 950°C à:

Des trous d'alimentation

Planariser les fosses en V qui se propagent à partir de MQW

Réduire les courants de fuite

10) Couche de contact de surface

GaN fortement dopé en Mg pour la formation d'un contact ohmique avec des électrodes métalliques, réduisant la tension de fonctionnement.

03 Conclusion

La structure épitaxielle GaN LED illustre la synergie entre la science des matériaux et la physique des dispositifs, où chaque couche a un impact critique sur les performances électro-optiques.Les progrès futurs se concentreront sur l'ingénierie des défauts, la gestion de la polarisation et de nouvelles techniques de dopage pour repousser les limites de l'efficacité et permettre des applications émergentes.

En tant que pionnière dans la technologie d'épitaxie LED au nitrure de gallium (GaN), ZMSH a été pionnière dans les solutions épitaxielles GaN-sur-saphir et GaN-sur-SiC, leveraging proprietary MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) systems and precision thermal management to deliver high-performance LED wafers with defect densities below 10⁶ cm⁻² and uniform thickness control within ±1.5%. Nos substrats personnalisables, y compris le GaN sur le saphir, le saphir bleu, le carbure de silicium et les substrats composites métalliques, permettent des solutions sur mesure pour les LED ultra-haute luminosité, les écrans micro-LED,En intégrant l'optimisation des processus basée sur l'IA et le recuit au laser pulsé ultra-rapide, nous obtenons un décalage de longueur d'onde de < 3% et une fiabilité > 95%,supporté par des certifications de qualité automobile (AEC-Q101) et l'évolutivité de la production de masse pour les rétroéclairages 5G, les optiques AR/VR et les appareils IoT industriels.

Les éléments suivants sont le substrat GaN et la gaufre Sapphire de ZMSH:

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