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江風益院士團隊創Micro LED新突破,大幅提升橙-紅光LED發光性能

發布時間 : 2021-3-31 10:05:32    點擊量 : 217

InGaN薄膜因其寬帶隙可調的優點,在可見光領域內擁有廣闊的應用前景,用于Micro LED全彩顯示是其中最有潛力的應用之一,未來的智能手機、手表、虛擬現實眼鏡等小尺寸顯示屏都將受益于Micro LED技術。

目前Micro LED技術正面臨兩大挑戰,首先是大家熟知的實現巨量轉移技術非常困難,另一個就是缺乏高效可靠的紅光Micro LED芯片。目前的紅光LED是由AlGaInP材料制成,在正常芯片尺寸下,其效率高達60%以上。然而,當芯片尺寸縮小到微米量級時,其效率會急劇降低到1%以下。此外,AlGaInP材料較差的力學性能給巨量轉移增加了新的困難,因為巨量轉移要求材料具有良好的機械強度,以避免在芯片抓取和放置過程中出現開裂。

InGaN材料在具有較好機械穩定性和較短空穴擴散長度的同時,又與InGaN基綠光、藍光Micro LED兼容,是紅光Micro LED的較佳選擇。然而,InGaN基紅光量子阱存在嚴重的銦偏析問題,這將導致紅光量子阱中的非輻射復合增加,從而引起效率降低。在過去20年的研究中,InGaN基紅光LED功率轉換效率不足2.5%。銦偏析問題嚴重阻礙了InGaN基紅光LED的發展。因此,如何解決銦偏析問題是獲得高效InGaN基紅光LED的關鍵。

近日,南昌大學的江風益院士課題組在Photonics Research  2020年第8卷第11期上展示了他們最新研制的高光效InGaN基橙-紅光LED結果。




(a) 高光效橙光LED外延材料結構示意圖
(b) 其斷面TEM測試結果

此項工作基于硅襯底氮化鎵技術,引入了銦鎵氮紅光量子阱與黃光量子阱交替生長方法,并結合V形坑技術,從而大幅緩解了紅光量子阱中高In組分偏析問題。再依據V形p-n結和量子阱帶隙工程大幅提升了紅光量子阱中的輻射復合速率。

使用該技術成功制備了一系列高效的InGaN基橙-紅光LED。當發光波長分別為594、608和621 nm時,其功率轉換效率分別為30.1% 、24.0%以及 16.8%,光效相較于以往報道的相同波段InGaN基LED結果整體提高了約十倍。

研究人員認為,該項技術在未來還有較大的進步空間,同時該團隊的實驗結果也證明了InGaN材料在制作顯示應用的紅光像素芯片上將有巨大潛力和美好前景。

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