Микросветодиоды InGaN зеленого цвета со стабильной длиной волны, монолитно выращенные на кремниевой подложке

72
Источник новостей:


ИЗОБРАЖЕНИЕ: (A) СХЕМА МАСШТАНА НАНОПРОВОДОВ ИНГАН/АГАН С МНОЖЕСТВОМ КВАНТОВЫХ ЯМ. (B) ПИКОВАЯ ДЛИНА ВОЛНЫ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ УСТРОЙСТВА ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ НА ОДНОМ ПОРЯДКЕ ВЕЛИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ В ТЕКУЩЕЙ ИНЖЕКЦИИ. (C) ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРЯЖЕНИЯ ТОКА УСТРОЙСТВА, КОТОРЫЕ ПОКАЗЫВАЮТ ХОРОШИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И СИЛЬНОЕ ЗЕЛЕНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ВИДИМОЕ ГЛАЗАМИ.

ПРЕДОСТАВЛЕНО: ЮАНПЭН ВУ, ИСИНЬ СЯО, ИШТИАКЕ НАВИД, КАЙ СУН, ЯКШИТА МАЛЬХОТРА, ПИН ВАН, ДИН ВАН, ЮАНЬСЯН СЮ, АЮШ ПАНДЕЙ, РЕДДЕППА МАДДАКА, ВАЛЬТЕР ШИН, ДЖАННАН ЛЮ, ЧЖУНВУК МИН, ЗЕТЯН МИ

-->
-->

Благодаря превосходным характеристикам эффективности, стабильности и объема устройства обычные светодиоды (LED) уже произвели революцию в мире освещения и дисплеев. Светодиоды обычно представляют собой пакеты тонких полупроводниковых пленок с поперечными размерами порядка миллиметров, которые намного меньше, чем традиционные устройства, такие как лампы накаливания и катодные трубки. Тем не менее, новые оптоэлектронные приложения, такие как виртуальная и дополненная реальность, требуют светодиодов с размерами в микрометрах или меньше. Желательно, чтобы светодиоды микро- или субмикронного масштаба (µLED) продолжали обладать многими превосходными качествами, которыми уже обладают обычные светодиоды, такими как высокостабильное излучение, высокая эффективность и яркость, сверхнизкое энергопотребление и полноцветное излучение. в миллион раз меньше по площади, что позволяет использовать гораздо более компактный дисплей. Такие микросветодиоды также проложат путь для гораздо более мощных фотонных схем, если их можно будет монолитно выращивать на кремнии для интеграции с комплементарной электроникой металл-оксид-полупроводник (КМОП).

Однако на сегодняшний день такие микросветодиоды остаются труднодостижимыми, особенно в диапазоне длин волн излучения от зеленого до красного. Традиционный подход к µLED представляет собой нисходящий процесс, в котором тонкие пленки InGaN с квантовыми ямами (QW) формируются в устройства с размерами в микромасштабе с помощью процессов травления. В то время как тонкопленочные µLED на основе InGaN QW привлекли большое внимание из-за многих желательных свойств InGaN, таких как эффективный перенос носителей заряда и возможность перестройки длины волны во всем видимом диапазоне, до сих пор они страдали от таких проблем, как травление боковых стенок, которое ухудшается. по мере уменьшения размера устройства. Кроме того, они страдают нестабильностью длины волны/цвета из-за поляризационных полей, для которых были предложены такие решения, как неполярный и полуполярный резонатор InGaN и фотонный кристалл, но до сих пор они были неудовлетворительными.

В новой статье, опубликованной в журнале Light Science & Application, исследователи под руководством профессора Зетиана Ми из Мичиганского университета в Анн-Арборе, США, разработали зеленые µLED субмикронного масштаба из нитрида III, которые одновременно преодолевают все эти барьеры. Эти микросветодиоды синтезируются методом молекулярно-лучевой эпитаксии с селективной плазмой. В отличие от традиционного подхода «сверху вниз», µLED здесь состоят из массивов нанопроволок, каждая из которых имеет диаметр всего 100–200 нм и находится на расстоянии десятков нанометров друг от друга. Такой подход «снизу вверх» позволяет избежать повреждения боковой стенки травлением.

Светоизлучающая часть устройства, также известная как активная область, состоит из структуры «ядро-оболочка» с несколькими квантовыми ямами (MQW), уникальной для морфологии нанопроволоки. В частности, МКЯ состоит из ям InGaN и барьеров AlGaN. Из-за различий в миграции адатомов на боковой стенке между элементами группы III из индия, галлия и алюминия индий отсутствует на боковых стенках нанопроволоки, где оболочка GaN/AlGaN обертывает ядро ​​МКЯ наподобие буррито. Исследователи обнаружили, что содержание Al в этой оболочке GaN/AlGaN уменьшается от стороны инжекции электронов к стороне инжекции дырок нанопроволоки. Из-за разницы во внутреннем поле поляризации между GaN и AlN такой объемный градиент содержания Al в слоях AlGaN индуцирует свободные электроны, которые могут легко течь в ядро ​​МКЯ, чтобы смягчить нестабильность цвета за счет ослабления поля поляризации.

Действительно, исследователи обнаружили, что пиковая длина волны электролюминесценции или светового излучения, вызванного электрическим током, остается постоянной в течение одного порядка величины изменения подачи тока для устройства диаметром менее одного микрометра. Кроме того, группа профессора Ми ранее разработала метод выращивания высококачественного эпитаксиального слоя GaN на кремнии, поверх которого выращиваются микросветодиоды из нанопроволоки. Таким образом, µLED изначально размещаются на кремниевой подложке, готовой к интеграции с другой электроникой CMOS.

Такие µLED легко имеют множество потенциальных сценариев применения. Платформа устройства станет более надежной благодаря расширению длины волны излучения до красного цвета для встроенного в чип дисплея RGB.

Тенденции в области самоизлучающих дисплеев Micro LED на 2022 год и анализ стратегий поставщиков
Дата выпуска: 31 мая 2022 г. / 30 ноября 2022 г.
Язык: традиционный китайский/английский
Формат: PDF