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美国高校研究人员改善了氮化镓Micro LED的MOCVD隧道结

2020-07-17    

中国照明网报道

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导语: 最近,美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)声称具有通过金属有机化学气相沉积法生长的具有外延隧道结(TJ)的氮化镓(GaN)基微型发光二极管(μLED)的最低正向电压( MOCVD)[Panpan Li等人,Optics Express,第28卷,第18707页,2020年]。该电压仅略高于使用铟锡氧化物(ITO)透明导电电极的电压。

  最近,美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)声称具有通过金属有机化学气相沉积法生长的具有外延隧道结(TJ)的氮化镓(GaN)基微型发光二极管(μLED)的最低正向电压( MOCVD)[Panpan Li等人,Optics Express,第28卷,第18707页,2020年]。该电压仅略高于使用铟锡氧化物(ITO)透明导电电极的电压。

  UCSB团队使用选择性区域生长(SAG)技术来创建带有穿孔的隧道结层。TJ中的穿孔孔用于在退火期间释放氢,以激活结的下层p-GaN层。氢钝化p-GaN的镁受体能级,抑制其捕获电子的能力并在价带中产生空穴。尽管可以使用分子束外延(MBE)来避免GaN TJ结构中的氢,但MOCVD在制造中是优选的。

  业界正在寻求在各种应用中使用Micro LED:“本文提到了可穿戴设备,大面积显示器,增强现实(AR)和虚拟现实(VR)以及高速可见光通信(VLC)”。 。μLED比液晶显示器(LCD)或有机LED的潜在优势包括超高分辨率和更低的功耗。

  与传统的p电极相比,使用TJ结构带来的好处包括简化制造,改善电流扩散和降低光子吸收率。通过将蓝色/绿色/红色μLED直接集成在与TJ连接的级联结构中,可以启用新的设备架构。

  UCSB研究人员使用在图案化蓝宝石衬底(PSS)上生长的标准工业蓝氮化铟镓(InGaN)LED外延晶片,目标发射波长在440nm附近。选择性地添加硅掺杂的n + -/ n-GaN层,以提供穿孔的隧道结。(图1)。


图1:(a)通过SAG的GaN TJμLED的示意图结构; (b)显微镜和(c)制成的80μmx80μm器件的扫描电子显微镜图像。

  实际上,在MOCVD工艺之前,先将二氧化硅生长并构图成p-GaN表面上的柱,这为孔穿孔提供了牺牲结构。然后在目标硅掺杂浓度分别为1.5x10 20 / cm 3和3x10 18 / cm 3的情况下,在1000°C下生长n + -和n-GaN层。

  LED的制造包括用四氟化硅反应离子进行台面蚀刻,使用缓冲氢氟酸去除二氧化硅柱,在氮气中进行700°C退火以从p-GaN中驱除氢,从7中形成全向反射器对二氧化硅和五氧化二钽层,以及用于触点和金属焊盘的铝/镍/金沉积。

  使用安装在银接头上并封装在硅树脂中的切块设备进行测试。已发现,与没有n + -/ n-GaN层穿孔的类似参考MOCVDTJ-μLED相比,在整个器件上发射的辐射更加均匀。实际上,在参考器件的边缘处的发射更大,这很可能是由于退火过程中氢的侧壁向外扩散所致。

  带有穿孔的TJ-μLED的电气性能也很出色,对于给定的注入电流密度,可提供更紧密和更低的正向电压。相比之下,参考器件在更大的面积上显示出增加的正向电压,这表明在这些情况下,退火期间氢侧壁向外扩散的有效性降低。

  为20A /厘米的正向电压2 3.7V在100微米:注射大约线性区域在参考设备降低2在10000μm和4.6V 2。相比之下,类似尺寸的穿孔TJ-μLED在20A / cm 2下的性能仅在3.24V和3.31V之间变化。

  该团队指出,穿孔的TJ-μLED的正向电压仅比在p-GaN上带有ITO电极的传统μLED的正向电压高0.2-0.3V。研究人员评论说:“据我们所知,这些正向电压对于MOCVD生长的TJ的GaN LED最低,与MBE生长的TJ的GaN LED最低。”


图2:(a)具有SAG和ITOμLED的TJμLED的各种尺寸下20mA输出功率; (b)40μmx40μm器件的EQE与电流密度的关系

  实际上,穿孔的TJ-μLED在更高的注入电流下在光输出功率方面显示出比基于ITO的器件更高的性能(图2)。在20mA时,在所有器件尺寸下,输出功率的增加约为10%。

  对于40μmx40μmTJ-μLED,在注入100A / cm 2时,外部量子效率(EQE)为40%,而类似尺寸的参考器件为35%。研究人员认为,改进的EQE可以改善穿孔TJ层的光提取。研究小组说,进一步的积极因素可能是“改善了TJ的电流散布和减少了的光吸收”。

编辑:严志祥

来源:行家说

标签:美国  研究人眼  氮化镓  Micro  LED  MOCVD  隧道结  

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