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基于外延層殘余應變調控的InGaN基紅光LED器件

第三代半導體產業 ? 來源:第三代半導體產業 ? 2023-12-28 09:15 ? 次閱讀

III族氮化物半導體可用于固態照明、電源射頻設備的節能。Micro-LED顯示器滿足各種場景,性能優于OLED和LCD。與AlInGaP材料相比,InGaN更有利于紅色Micro-LED。基于C平面InGaN的紅色LED在幾種技術中仍然占主導地位。InGaN量子阱晶體質量差導致效率降低。

近日,第九屆國際第三代半導體論壇(IFWS)&第二十屆中國國際半導體照明論壇(SSLCHINA)于廈門召開。期間,“Mini/Micro-LED及其他新型顯示技術”分會上,南京大學助理教授莊喆做了“基于外延層殘余應變調控的InGaN基紅光LED器件”的主題報告,分享了最新研究成果。涉及InGaN紅色LED外延生長面臨的挑戰,InGaN基紅色LED的外延生長策略、InGaN紅色量子阱生長壓力的優化,應變調制,使GaN模板更厚、在β-Ga2O3襯底上選擇GaN、InGaN原位分解層(DL),PSS上厚GaN模板上的InGaN紅色LED,具有InGaN原位DL的InGaN紅色LED,屏障中不同Al含量的性能比較,不同芯片尺寸的InGaN紅色微型LED,PSS上高效的紅色InGaN微發光二極管,InGaN紅色LED的溫度穩定性等。

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InGaN基發光二極管(LED)是藍綠光波段的高效光源,并在過去幾十年成功商業化。將其光譜范圍擴展到紅色區域會導致InGaN基LED效率顯著降低。這種降低主要歸因于高In含量的InGaN量子阱(QWs)的晶體質量差,這是由于晶格失配和低生長溫度所致。

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其研究通過優化外延結構和生長條件來展示了紅色LEDs 及微型LEDs的改進性能。InGaN基紅色LEDs是通過金屬有機氣相外延法在傳統的c面圖案化藍寶石襯底上生長的。研究使用了升高生長壓強從200到550Torr的方法將InGaN量子阱的發射波長擴展至黃紅光區域。這種方法獲得的4英寸外延片發光波長具有很好的均勻性,標準偏差為3.3 nm。提出了一種原位InGaN分解層(DL)和多個GaN保護層的模板結構,使用這種結構可以使GaN模板的殘余應變得到緩解,從而使峰值波長平均紅移了15 nm。盡管插入分解層會使表面形貌略有惡化,但4英寸外延片上的發光波長仍然保持均勻,標準偏差為3.4 nm,同時,外量子效率(EQE)和插座效率(WPE)分別約為8.2%和7.2%。

研究還優化了勢壘中的Al組分以進行應變補償。這是一種在實現具有高插座效率的InGaN紅色微型LEDs方面的權衡方法。較高的Al組分可以有助于提高銦并入,但會阻礙載流子注入而導致工作電壓升高。結果發現,微量的5%Al摻雜是實現1A/cm2下低電壓2.15V的最佳方法,同時,直徑為10μm的微型LEDs的插座效率在1A/cm2下約為4%。此外,研究還使用光致發光和壽命分布情況來檢查微型LEDs中的側壁效應。這些紅色InGaN微型LEDs的結果表明了InGaN材料在未來全彩顯示應用中的巨大潛力。







審核編輯:劉清

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原文標題:南京大學莊喆:基于外延層殘余應變調控的InGaN基紅光LED器件

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