Micro-LED baseados em GaN auto-sustentável
Os investigadores chineses têm vindo a explorar os benefícios da utilização de nitreto de gálio (GaN) autossustentável (FS) como substrato para diodos emissores de luz em miniatura (LED) [Guobin Wang et al, Optics Express,V32, p31463, 2024].A equipe desenvolveu uma estrutura multi-quântica (MQW) de nitruro de ídio e gálio (InGaN) otimizada que funciona melhor em densidades de corrente de injeção mais baixas (cerca de 10A/cm2) e voltagens de acionamento mais baixas, adequado para microdisplays avançados utilizados em instalações de realidade aumentada (RA) e realidade virtual (RV), caso em que:Os custos mais elevados dos Gans autossustentáveis podem ser compensados por uma maior eficiência.
Os pesquisadores estão afiliados à Universidade de Ciência e Tecnologia da China, Instituto de Nanotecnologia e Nanobiônica de Suzhou, Instituto de Pesquisa de Semicondutores de 3a Geração de Jiangsu,Universidade de Nanjing, Universidade de Soozhou e Suzhou Nawei Technology Co., LTD.A equipe de pesquisa acredita que este micro-LED deve ser usado em telas com configurações de LEDs de submicrônio ou nanômetro de densidade de pixels ultra-alta (PPI).
Os investigadores compararam o desempenho dos micro-LED fabricados num modelo de GaN autossustentável e num modelo de GaN/safiras (Figura 1).
Figura 1: a) Esquema epitaxial de micro-LED; b) película epitaxial de micro-LED; c) estrutura do chip de micro-LED; d) imagens de secção transversal do microscópio eletrônico de transmissão (TEM).
A estrutura epitaxial de deposição de vapor químico orgânico-metálico (MOCVD) inclui a camada de difusão/expansão de nitreto de álcool de álcool de tipo N (n-AlGaN) de 100 nm, a camada de contato de n-GaN de 2 μm,Capa de alta mobilidade eletrônica de dopagem não intencional (u-) GaN com baixo silano de 100 nm, 20x(2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN camada de liberação de tensão (SRL), 6x(2.5nm/10nm) azul InGaN/GaN multi-quântico bem, 8x(1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN camada de barreira de elétrons (EBL),80nm P-gan camada de injeção de buraco e 2nm altamente dopado p +-GaN camada de contato.
Estes materiais foram fabricados em LEDs com um diâmetro de 10 μm e com contacto transparente de óxido de estanho de ínio (ITO) e passivação da parede lateral de dióxido de silício (SiO2).
Os chips fabricados no modelo heteroepitaxial GaN/safiras mostram uma grande diferença de desempenho.a intensidade e o comprimento de onda máximo variam muito dependendo da localização dentro do chipA uma densidade de corrente de 10 A/cm2, um chip na safira mostrou uma mudança de comprimento de onda de 6,8 nm entre o centro e a borda.Uma é só 76 por cento mais forte que a outra..
Para chips feitos em GaN autossustentável, a variação de comprimento de onda é reduzida para 2,6 nm, e o desempenho de resistência dos dois chips diferentes é mais semelhante.Os investigadores atribuem a variação da uniformidade do comprimento de onda a diferentes estados de tensão nas estruturas homogéneas e heterogéneas: A espectroscopia de Raman mostra tensões residuais de 0,023 GPa e 0,535 GPa, respectivamente.
A luminescência do cátodo mostra que a densidade de deslocação das placas heteroepitaxial é de cerca de 108/cm2, enquanto a das placas homoepitaxial é de cerca de 105/cm2."A menor densidade de deslocamento pode minimizar o caminho de fuga e melhorar a eficiência luminosa," comentou a equipa de investigação.
Em comparação com os chips heteroepitaxial, embora a corrente de vazamento inverso do LED homoepitaxial seja reduzida, a resposta de corrente sob o viés para a frente também é reduzida.Os Gans auto-sustentáveis têm uma maior eficiência quântica externa (EQE).Comparando o desempenho da fotoluminescência a 10 K e 300 K (temperatura ambiente), a temperatura de absorção da luz é de cerca de 10%, em comparação com 10% para as fichas de safiras.A eficiência quântica interna (IQE) dos dois chips é estimada em 730,2% e 60,8%, respectivamente.
Com base no trabalho de simulação, 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)Em particular, a homoepitaxia obtém uma barreira mais fina e uma interface nítida, enquanto as mesmas estruturas obtidas na heteroepitaxia apresentam um perfil mais turvo no exame TEM.
Figura 2: Imagens de microscópio eletrônico de transmissão da região do poço multi-quântico: a) estruturas de homoepitaxia originais e otimizadas, e b) estruturas otimizadas realizadas em epitaxia heterogênea.c) Eficiência quântica externa do chip homogéneo epitaxial micro-LED, d) Curva de corrente-voltagem de um chip epitaxial homogéneo de micro-LED.
A barreira mais fina simula parcialmente os buracos em forma de V que podem se formar facilmente em torno da luxação.como a injecção melhorada de buracos na região luminosa, em parte devido a uma barreira de afinamento na estrutura do poço multi-quântico em torno dos poços em forma de V.
Quando a densidade de corrente de injeção é de 10 A/cm2, a eficiência quântica externa do LED epitaxial homogêneo aumenta de 7,9% para 14,8%.A tensão necessária para conduzir a corrente de 10μA foi reduzida de 2.78V a 2.55V.
ZMSH Solução para wafer de GaN
A crescente procura de capacidades de manipulação de alta velocidade, alta temperatura e alta potência levou a indústria dos semicondutores a repensar a escolha dos materiais utilizados como semicondutores.
Como surgem vários dispositivos de computação mais rápidos e menores, o uso de silício está dificultando a manutenção da Lei de Moore.Então, o Wafer de semicondutor GaN é crescido para a necessidade.
Devido às suas características únicas (alta corrente máxima, alta tensão de ruptura e alta frequência de comutação), o Nitruro de Gállio GaN éOSistema baseado em GaN tem maior eficiência energética, reduzindo assim as perdas de energia, comutação em maior frequência, reduzindo assim tamanho e peso.
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