micro-LED basé sur GaN autoportant
Des chercheurs chinois ont exploré 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.l'équipe a développé une structure de puits multi-quantum (MQW) optimisée en nitrure d'indium-gallium (InGaN) qui fonctionne mieux à des densités de courant d'injection plus faibles (environ 10A/cm2) et à des tensions d'entraînement plus faibles, adapté aux microdisplays avancés utilisés dans les installations de réalité augmentée (RA) et de réalité virtuelle (RV), auquel cas,Le coût plus élevé des Gans autosuffisants peut être compensé par une meilleure efficacité.
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, Université de Soozhou et Suzhou Nawei Technology Co., LTD.L'équipe de recherche estime que cette micro-LED devrait être utilisée dans les écrans avec des configurations de LED submicrone ou nanométrique à densité de pixels ultra-haute (PPI)..
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 ont été transformés en LED de 10 μm de diamètre et avec un contact transparent d'oxyde d'indium-étain (ITO) et une passivation de la paroi latérale de dioxyde de silicium (SiO2).
Les puces fabriquées sur le modèle hétéroépitaxial GaN/saphir présentent une grande différence de performance.l'intensité et la longueur d'onde maximale varient considérablement selon l'emplacement dans la puceÀ une densité de courant de 10 A/cm2, une puce sur le saphir a montré un décalage de longueur d'onde de 6,8 nm entre le centre et le bord.L'un est seulement 76% plus fort que l'autre..
Pour les puces fabriquées sur GaN autoportant, la variation de longueur d'onde est réduite à 2,6 nm et les performances de résistance des deux puces différentes sont plus similaires.Les chercheurs attribuent la variation de l'uniformité de la longueur d'onde à différents états de contrainte dans les structures homogènes et hétérogènes: la spectroscopie Raman montre des contraintes résiduelles de 0,023 GPa et 0,535 GPa, respectivement.
La luminescence cathodique montre que la densité de dislocation des plaques hétéro-épitaxiennes est d'environ 108/cm2, tandis que celle des plaques homo-épitaxiennes est d'environ 105/cm2."La faible densité de dislocation peut minimiser le chemin de fuite et améliorer l'efficacité lumineuse" a commenté l'équipe de recherche.
Comparé aux puces hétéroépitaxiennes, bien que le courant de fuite inverse de la LED homoépitaxienne soit réduit, la réponse actuelle sous le biais vers l'avant est également réduite.Les puces sur les G autonomes ont une efficacité quantique externe (EQE) plus élevée En comparant les performances de photoluminescence à 10 K et à 300 K (température ambiante), on constate que la luminescence de l'air est supérieure à la luminescence de l'air.l'efficacité quantique interne (IQE) des deux puces est estimée à 730,2% et 60,8% respectivement.
D'après le travail de simulation, 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)En particulier, l'homoépitaxie obtient une barrière plus fine et une interface plus nette, alors que les mêmes structures obtenues par l'hétéroépitaxie présentent un profil plus flou lors de l'examen TEM.
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.
La barrière plus mince simule en partie les fosses en forme de V qui peuvent facilement se former autour de la dislocation.comme l'injection améliorée de trous dans la région lumineuse, en partie en raison d'une barrière d'amincissement dans la structure de puits multi-quantum autour des fosses en forme de V.
Lorsque la densité du courant d'injection est de 10 A/cm2, l'efficacité quantique externe de la LED épitaxielle homogène passe de 7,9% à 14,8%.La tension requise pour entraîner le courant de 10 μA a été réduite de 2.78V à 2.55V.
ZMSH Solution pour plaquette GaN
La demande croissante de capacités de traitement à haute vitesse, à haute température et à haute puissance a amené l'industrie des semi-conducteurs à repenser le choix des matériaux utilisés comme semi-conducteurs.
Comme divers appareils informatiques plus rapides et plus petits apparaissent, l'utilisation du silicium rend difficile le maintien de la loi de Moore.Donc GaN plaquettes de semi-conducteurs est cultivé pour le besoin.
En raison de ses caractéristiques uniques (courant maximum élevé, tension de rupture élevée et fréquence de commutation élevée), le GaN de nitrure de gallium estLeLes systèmes basés sur le GaN ont une efficacité énergétique plus élevée, réduisant ainsi les pertes de puissance, la commutation à une fréquence plus élevée, réduisant ainsi la taille et le poids.
