مصابيح LED الصغيرة القائمة على GaN ذاتية الدعم
وقد استكشف الباحثون الصينيون فوائد استخدام نتريد الغاليوم (GaN) الذي يدعم نفسه (FS) كجزء من الركيزة للديودات المصدرة للضوء المصغرة (LEDs) [Guobin Wang et al، Optics Express،v32، ص 31463، 2024) ، وخاصةقام الفريق بتطوير هيكل متعدد الكميات (MQW) محسّن لنيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN) الذي يعمل بشكل أفضل عند كثافة تيار حقن أقل (حوالي 10A / cm2) وقلة فولتات المحرك، مناسبة لمظاهر صغيرة متقدمة تستخدم في تثبيتات الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR) ، وفي هذه الحالة ،يمكن تعويض التكلفة العالية لـ (غانز) ذاتية الدعم عن طريق تحسين الكفاءة.
الباحثون مرتبطون بجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين ومعهد سوزو للتكنولوجيا النانوية والنانو بيونيكس ومعهد جيانغسو للبحوث في أشباه الموصلات من الجيل الثالثجامعة نانجينغ، جامعة سوزو وشركة سوزو ناوي للتكنولوجيا ، LTD.يعتقد فريق البحث أن هذا الميكرو LED من المتوقع أن تستخدم في شاشات مع كثافة بكسل فائقة عالية (PPI).
قام الباحثون بمقارنة أداء المصابيح الدقيقة المصنعة على قوالب GaN ذاتية الدعم وقوالب GaN / الياقوت (الشكل 1).
الشكل 1: أ) مخطط البدائية لـ micro-LED؛ ب) فيلم البدائية لـ micro-LED؛ ج) هيكل رقاقة micro-LED؛ د) صور القسم العرضي للمجهر الإلكتروني الإرسالي (TEM).
التركيب الظهري لتراكم البخار الكيميائي العضوي للمعادن (MOCVD) يتضمن طبقة انتشار / توسع حاملات نتريد الغاليوم الألومنيوم (n-AlGaN) من النوع N 100nm ، طبقة اتصال 2μm n-GaN ،طبقة عالية الحركة الإلكترونية منخفضة السيلان 100nm غير مقصودة (u-) GaN، 20x ((2.5nm/2.5nm) In0.05Ga0.95/GaN طبقة إطلاق الإجهاد (SRL) ، 6x ((2.5nm/10nm) أزرق InGaN/GaN متعدد الكم ، 8x ((1.5nm/1.5nm) p-AlGaN/GaN طبقة حاجز الإلكترون (EBL) ،طبقة حقن ثقب P-gan 80nm وطبقة اتصال p +-GaN 2nm مدعومة بشكل كبير.
تم تصنيع هذه المواد إلى LEDs بقطر 10μm ومع اتصال شفافة أكسيد الإنديوم والصين (ITO) ومضغ الجدار الجانبي لثاني أكسيد السيليكون (SiO2).
الشرائح المصنعة على نموذج غان / الزعفرة المتعدد الأبعاد تظهر فرق كبير في الأداء.كثافة وطول موجة الذروة تختلف اختلافا كبيرا اعتمادا على الموقع داخل الشريحةعند كثافة التيار 10A/cm2، أظهرت رقاقة على الزعفرة تحولاً في طول الموجة 6.8nm بين المركز والحافة.واحد فقط 76 في المئة أقوى من الآخر.
بالنسبة للشرائح المصنوعة على GaN ذاتية الدعم ، يتم تقليل اختلاف طول الموجة إلى 2.6nm ، وأداء قوة الشرائح المختلفة هو أكثر تشابهًا.يُعزى الباحثون التباين في توحيد طول الموجة إلى حالات الإجهاد المختلفة في الهياكل المتجانسة والمتجانسة: يظهر طيف رامان الضغوطات المتبقية من 0.023GPa و 0.535GPa ، على التوالي.
يظهر إنارة الكاثود أن كثافة الانفصال للصفائح الهيتروبيتاكسيال حوالي 108/سم 2 ، في حين أن صفائح هوموبيتاكسيال حوالي 105/سم 2."كثافة الانحراف المنخفضة يمكن أن تقلل من مسار التسرب وتحسين كفاءة الضوء،" قال فريق البحث.
بالمقارنة مع الرقائق heteroepitaxial، على الرغم من انخفاض تيار التسرب العكسي من LED homoepitaxial، فإن استجابة التيار تحت التحيز الأمامي تقل أيضا. على الرغم من التيار المنخفض،الشرائح على Gs ذات الدعم الذاتي لديها كفاءة كمية خارجية أعلى (EQE) : 14٪ في حالة واحدة، مقارنة مع 10٪ للشرائح على قوالب الزفير. من خلال مقارنة أداء الضوء في 10K و 300K (درجة حرارة الغرفة) ،الكفاءة الكمية الداخلية (IQE) للشريحتين تقدر بنحو 73.2% و 60.8% على التوالي
بناءً على عمل المحاكاة 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)على وجه الخصوص ، يحقق homoepitaxy حاجزًا رقيقًا وواجهة حادة ، في حين أن نفس الهياكل التي يتم تحقيقها في heteroepitaxy تظهر ملفًا أكثر ضبابية تحت فحص TEM.
الشكل 2: صور المجهر الإلكتروني للإرسال لمنطقة البئر الكمية المتعددة: أ) الهياكل المبدئية والمتميزة لـ homoepitaxy ، و ب) الهياكل المثلى التي تم تحقيقها في epitaxy غير متجانس.(ج) الكفاءة الكمية الخارجية للشريحة الموحدة لـ micro-LED، د) منحنى التيار والجهد من رقاقة ميكرو LED epitaxial متجانسة.
الحاجز الأرق يحاكي جزئيًا الحفر ذات الشكل V التي يمكن أن تتشكل بسهولة حول الانفصال. في LEDs heteroepitaxial ، تم العثور على حفر ذات شكل V لها آثار مفيدة على الأداء ،مثل تحسين حقن الثقب في المنطقة المضيئة، ويرجع ذلك جزئيا إلى حاجز الرق في بنية البئر متعددة الكم حول الحفر ذات الشكل V.
عندما تكون كثافة تيار الحقن 10A / cm2 ، تزداد الكفاءة الكمية الخارجية للضوء المزدوج من 7.9٪ إلى 14.8٪.تم تخفيض الجهد المطلوب لتشغيل تيار 10μA من 2.78 فولت إلى 2.55 فولت
ZMSH محلول لفولفير GaN
وقد دفع الطلب المتزايد على القدرات عالية السرعة وارتفاع درجة الحرارة وارتفاع الطاقة صناعة أشباه الموصلات إلى إعادة التفكير في اختيار المواد المستخدمة كاشباه الموصلات.
مع ظهور أجهزة حاسوبية مختلفة أسرع وأصغر، استخدام السيليكون يجعل من الصعب الحفاظ على قانون مور.لذا فإن رقاقة نصف الموصلات GaN تنمو من أجل الحاجة.
بسبب خصائصها الفريدة (التيار القصوى العالي ، وجهد الانهيار العالي ، ووتيرة التبديل العالية) ، غاليوم نتريد غانالـالمواد الفريدة من نوعها من اختيار لحل مشاكل الطاقة في المستقبل. النظم القائمة على GaN لديها كفاءة طاقة أعلى، وبالتالي تقليل خسائر الطاقة، والتحويل في تردد أعلى، وبالتالي تقليل الحجم والوزن.
