光效提升10倍!江风益院士团队LED技术又有新突破

InGaN因其宽带隙可调的优点,在 Micro-LED全彩显示中应用被寄予厚望。目前micro-LED技术正面临两大挑战:1. 巨量转移技术;2. 缺乏高效可靠的红光Micro-LED芯片。

目前常规的红光LED是由AlGaInP材料制成,在普通芯片尺寸下,其效率为60%以上。然而,当芯片尺寸缩小到微米量级时,其效率会急剧降低到1%以下。此外,AlGaInP机械强度较弱,巨量转移难度更大,容易在芯片抓取和放置过程中出现开裂。

InGaN材料在具有较好机械稳定性和较短空穴扩散长度的同时,又与InGaN基绿光、蓝光Micro-LED兼容,是Micro-LED红光芯片的较佳材料选择。然而,InGaN基红光量子阱存在严重的铟偏析问题,这将导致红光量子阱中的非辐射复合增加,从而引起效率降低。在过去20年的研究中,InGaN基红光LED功率转换效率不足2.5%。铟偏析问题严重阻碍了InGaN基红光LED的发展。因此,如何解决铟偏析问题是获得高效InGaN基红光LED的关键。

近日,南昌大学的江风益院士课题组在Photonics Research  2020年第8卷第11期上展示了他们最新研制的高光效InGaN基橙-红光LED结果。

此项研究基于硅衬底氮化镓技术,引入了铟镓氮红光量子阱与黄光量子阱交替生长方法,并结合V形坑技术,从而大幅缓解了红光量子阱中高In组分偏析问题。再依据V形p-n结和量子阱带隙工程大幅提升了红光量子阱中的辐射复合速率。使用该技术成功制备了一系列高效的InGaN基橙-红光LED,基于InGaN的黄色LED的结构对基于InGaN的橙色和红色LED进行了研究。

没有将所有黄色的QW更改为橙色,而是提出了一种优化的QW结构,该结构仅将9个黄色的QW中的两个更改为橙色。发现具有优化结构的LED效率更高,在0.8A / cm2的峰值波长为608 nm时,WPE达到了24.0%;效率的提高归因于橙色QW的质量提高和活性重组量减少。

基于优化的QW结构,开发了一系列高效的基于InGaN的橙色和红色LED,其峰值波长为594nm至621nm,相应的WPE在0.8 A / cm2时为30.1%至16.8%,光效相较于以往报道的相同波段InGaN基LED结果整体提高了约十倍。

研究人员认为,基于InGaN的红色LED的材料质量非常接近满足微型显示器的要求。随着微型LED芯片技术的发展以及材料增长的进一步改善,相信在不久的将来用于微型显示器的基于InGaN的红色LED是可行的。

(0)

相关推荐