Порификация InGaN обеспечивает основу для более ярких красных светодиодов microLED.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) утверждают, что впервые продемонстрировали красные микро-светодиоды на основе InGaN с размерами менее 10 мкм. Их работа включает измерение внешней квантовой эффективности на пластине (EQE) – значение 0,2 процента.
Миниатюрный microLED, созданный командой, поможет в разработке дисплеев на основе этих устройств и их зеленых и синих собратьев. Экраны, сформированные из огромного количества крошечных светодиодов, обещают обеспечить большую контрастность, большую яркость и более быстрое время отклика, чем экраны, произведенные с использованием существующих технологий.
До отчета UCSB компания Soitec лидировала в масштабировании красных микро-светодиодов на основе InGaN, сообщив об устройстве с размерами 50 мкм в 2020 году. Шубхра Пасаят, представитель команды UCSB, отмечает, что Soitec не привел данные для EQE. .
Пасаят утверждает, что новый ориентир, установленный командой UCSB, является важной вехой: «Для жизнеспособной коммерциализации чрезвычайно необходимы микро-светодиоды размером менее 10 микрон».
«Наряду с этим маленьким размером, microLED должны иметь EQE не менее 2–5 процентов, чтобы работать на дисплеях», – утверждает Пасаят. Хотя команде UCSB не хватает этой цели, работа находится в зачаточном состоянии, и можно ожидать существенных улучшений.
Команда с западного побережья разрабатывает красные микро-светодиоды на основе InGaN, а не те, которые сделаны из AlGaInP и связанных сплавов, потому что последнее семейство страдает от зависящего от размера снижения эффективности, связанного с высокими скоростями поверхностной рекомбинации и большей длиной диффузии носителей. В дополнение к этой проблеме, которая может быть решена лишь частично путем пассивирования боковых стенок, микросветодиоды на основе AlGInP сталкиваются с более высоким падением эффективности при повышении температуры из-за утечки носителей на малую высоту барьера. На сегодняшний день лучшими результатами для этого класса устройств являются размеры 20 мкм. Цифры для EQE не приводятся.
Успех UCSB зависит от роста устройств на пористых псевдоподложках из GaN. Эта основа имеет податливый характер, уменьшая напряжение в богатой индием активной области, которая обеспечивает красное излучение в устройствах на основе InGaN.
Изготовление микро-светодиодов началось с загрузки сапфировой подложки в камеру MOCVD и нанесения непреднамеренно легированного слоя GaN толщиной 2 мкм, затем слоя GaN, легированного кремнием, толщиной 800 нм и непреднамеренно легированного колпачка толщиной 100 нм. Сухое травление определило узор плитки размером 11 мкм на 11 мкм до пористости слоя GaN толщиной 800 нм.
Полученная в результате пористая псевдоподложка из GaN обеспечила податливую основу для светодиодной структуры с тремя квантовыми ямами In0.26Ga0.74N толщиной 3 нм, каждая из которых покрыта колпачком из Al0,45Ga0,55N толщиной 1,5 нм и GaN толщиной 11 нм. барьер. Микро-светодиоды были сформированы с использованием электронно-лучевого испарения для добавления омического контакта оксида индия и олова толщиной 110 нм на слой p-типа перед переходом к реактивно-ионному травлению для определения активных областей 6 мкм на 6 мкм, пассивируя структуру Al2O3. , а затем добавление металлических контактов.
Измерения на пластине выявили пик на 646 нм при нагрузке на устройство 5 А / см2. Для контроля, изготовленного по той же технологии, но на сапфире, пик приходится на 590 нм при той же плотности тока. Пасаят и его сотрудники объясняют существенную разницу в длине волны излучения более эффективным внедрением индия в квантовые ямы, выращенные на пористых псевдоподложках GaN.
При напряжении 10 А / см2 эквалайзер microLED достигает пика 0,202%. Инкапсуляция должна увеличить этот показатель до более чем 0,6 процента. Повышение силы тока до 100 А / см2 привело к увеличению светоотдачи до 76 нВт, что соответствует 2,1 Вт / мм2 – эта выходная плотность мощности лишь превосходит таковую у лучших микро-светодиодов AlGaInP, размер которых составляет 20 мкм.
Следующая цель команды – увеличить EQE своих устройств. «Мы планируем улучшить качество материалов, а также этапы производства», – говорит Пасаят.
На фото выше: команда UCSB создала желтые и красные светодиоды InGaN. Изображения сделаны для управляющего тока 5 А / см2.
Источник: Compound Semiconductor.
Просмотреть исходную версию на Compound Semiconductor: https://compoundsemiconductor.net/article/112941/Miniaturising_red_microLEDs
.
