Epiwafer Diod Pemancar Cahaya Merah (LED) GaN

Dengan kemunculan era pintar, teknologi paparan memainkan peranan yang semakin penting dalam kehidupan seharian. Kelebihan seperti resolusi tinggi, kecerahan tinggi, kontras tinggi, tindak balas pantas dan penggunaan kuasa yang rendah menjadikan Mini/Mikro-LED memaparkan pesaing yang kuat untuk teknologi paparan generasi akan datang. Pada masa ini, LED biru dan hijau boleh direalisasikan dengan cekap menggunakan sistem bahan InGaN, manakala diod pemancar cahaya merah bergantung terutamanya pada sistem bahan AlGaInP. Walau bagaimanapun, diod pemancar cahaya merah berasaskan AlGaInP mengalami kejatuhan teruk dalam kecekapan kuantum luaran apabila saiz cip dikurangkan kepada skala mikrometer, dan ia juga menunjukkan ketidakserasian dengan LED biru/hijau berasaskan InGaN dari segi julat voltan dan pengedaran medan cahaya. Isu-isu ini mengekang penyepaduan dan pembuatan paparan Mini/Mikro-LED berwarna penuh. Oleh itu, membangunkan diod pemancar cahaya merah berdasarkan sistem bahan InGaN untuk mencapai paparan warna penuh semua nitrida telah menjadi laluan kritikal untuk mengatasi kesesakan semasa dalam teknologi paparan.

1. Spesifikasi Epiwafer Diod Pemancar Cahaya Merah

Walaupun penyelidikan akademik terus berkembang, beberapa syarikat semikonduktor telah mencapai pengeluaran berskala kecil bagi epiwafer diod pemancar cahaya merah berasaskan GaN. PAM-XIAMEN menawarkan epiwafer LED merah GaN-on-sapphire 4-inci dengan struktur tipikal dan parameter prestasi berikut:

1.1 Struktur Epitaxial Diod Pemancar Cahaya Merah GaN 4 Inci Berasaskan Nilam

Struktur Lapisan	ketebalan	Jenis Doping
lapisan p-GaN	*	*
Kawasan aktif telaga kuantum berbilang	*	*
lapisan n-GaN	*	Si-doped
Lapisan penimbal UID GaN	*	—
Substrat nilam bercorak	650μm	—

Nota: Ketebalan khusus dan kepekatan doping boleh disesuaikan mengikut keperluan pelanggan.

1.2 Prestasi GaN pada Epitaksi LED Merah Nilam

parameter	Nilai Biasa	Sisihan Piawai (STD)
Panjang gelombang puncak photoluminescence	590–600nm	≤7nm
XRD (002) FWHM	≤250arcsec	—
XRD (102) FWHM	≤350arcsec	—

 

2. Kesesakan Teknikal dan Mekanisme Fizikal Epitaksi Diod Pemancar Cahaya Merah InGaN

2.1 Cabaran Telaga Kuantum InGaN Komposisi Tinggi-Indium

Untuk mencapai pelepasan merah dengan panjang gelombang melebihi 600 nm, komposisi indium dalam telaga kuantum InGaN mesti melebihi 30%. Walau bagaimanapun, bahan InGaN indium tinggi menghadapi tiga cabaran teknikal utama semasa epitaksi MOCVD:

• Tegasan mampatan kuat daripada ketidakpadanan kekisi:Terdapat perbezaan pemalar kekisi yang ketara antara InN dan GaN. Lapisan InGaN dengan komposisi tinggi mengalami tekanan mampatan yang kuat daripada templat GaN asas, yang menindas penggabungan indium yang berkesan.
• Kemerosotan kualiti bahan:Di bawah komposisi indium tinggi, bahan InGaN terdedah kepada pemisahan fasa, pengasingan permukaan, dan pembentukan kecacatan berketumpatan tinggi, mengurangkan kecekapan bercahaya dengan teruk.
• Isu keserasian dengan proses sedia ada:Kebanyakan penyelesaian kejuruteraan terikan (seperti GaN berliang atau pertumbuhan berbantukan bahan 2D) tidak serasi dengan proses epitaksi LED biru/hijau berasaskan nilam matang, menghalang perindustrian.

2.2 Logik Teras Kejuruteraan Terikan

Oleh kerana jejari atom indium lebih besar daripada gallium, mengembangkan pemalar kekisi permukaan GaN adalah kunci untuk meningkatkan kecekapan penggabungan indium. Dengan memasukkan tegasan tegangan ke dalam templat GaN, tegasan mampatan yang disebabkan oleh ketidakpadanan kekisi boleh diimbangi sebahagiannya, dengan itu mewujudkan keadaan terikan yang lebih baik untuk pertumbuhan telaga kuantum InGaN indium tinggi.

3. Perbandingan Teknik Kejuruteraan Terikan Berkecekapan Tinggi untuk Epiwafer LED Merah GaN

3.1 Lapisan Penampan Komposit Mengaruhkan Gabungan Bijian Tegasan Tegangan dalam Wafer LED Merah

Chen et al. (2023) mencadangkan lapisan penampan komposit yang terdiri daripada lapisan nukleasi AlN terpercik dan lapisan GaN suhu rendah MOCVD. Dengan mengoptimumkan ketebalan lapisan GaN suhu rendah (nilai optimum: 7nm), semasa epitaksi GaN suhu tinggi berikutnya, butiran GaN 3D bergabung dan menjana tegasan tegangan, dengan itu mengembangkan pemalar permukaan GaN dan meningkatkan kecekapan penggabungan indium dengan ketara dalam telaga kuantum InGaN.

• Prestasi peranti:Panjang gelombang puncak 629nm, EQE sebanyak 7.4% (@0.5A/cm²)
• Kelebihan ketumpatan arus rendah:Tiada kecekapan menurun di bawah 0.5A/cm²
• Paparan aplikasi:Panel LED Mini berwarna penuh berdasarkan cip diod pemancar cahaya merah InGaN ini mencapai 74.1% Rek. gamut warna 2020

3.2 Templat Relaksasi Terikan Lapisan Penguraian InGaN

Hu et al. (2023) mencadangkan lapisan penguraian InGaN dan struktur lapisan berhenti penguraian (DL-DSL SRT). Dalam pendekatan ini, lapisan InGaN ultranipis diperkenalkan sebelum pertumbuhan GaN suhu tinggi. Penguraian terma pada suhu tinggi menghasilkan lompang nano yang membebaskan tegasan mampatan secara berkesan dalam lapisan GaN di atasnya. Lapisan perlindungan GaN yang ditanam pada suhu berbeza mengawal proses penguraian dengan tepat, mencapai kelonggaran terikan sambil mengekalkan kekasaran permukaan di bawah 1nm.

• Keseragaman panjang gelombang:Sisihan piawai panjang gelombang pelepasan hanya 3.4nm merentasi wafer 4 inci
• Prestasi peranti:Panjang gelombang puncak 634nm, EQE sebanyak 1.3% (@10A/cm²)
• Keserasian proses:Sangat serasi dengan proses MOCVD konvensional, sesuai untuk pengeluaran besar-besaran

Pada masa hadapan, dengan peningkatan selanjutnya dalam kecekapan kuantum luaran, pengoptimuman berterusan keseragaman panjang gelombang, dan pengurangan ketumpatan kecacatan yang berkesan, teknologi paparan warna penuh semua nitrida akan mempercepatkan peralihannya daripada penyelidikan makmal kepada aplikasi komersial. Pembangunan diod pemancar cahaya merah berprestasi tinggi berdasarkan GaN adalah pemboleh utama transformasi ini, membuka jalan untuk paparan Mini/Mikro-LED warna penuh yang benar-benar bersepadu.

Sama ada anda memerlukan wafer LED GaN untuk penyelidikan atau untuk aplikasi industri, sila hubungi kami e-mel di[email protected] dan [email protected].

 

Rujukan:

1. Chen, Z., Sheng, B., Liu, F., Liu, S., Li, D., Yuan, Z., … & Wang, X. (2023). Mini-LED Merah InGaN Berkecekapan Tinggi pada Nilam Ke Arah Paparan Nitrida Penuh Warna: Kesan Modulasi Terikan. Bahan Fungsian Lanjutan, 33(26), 2300042.
2. Hu, J., Xing, K., Xia, Z., Sang, Y., Yang, X., Tao, T., … & Liu, B. (2023). Keseragaman pancaran skala wafer bagi diod pemancar cahaya merah berasaskan InGaN pada templat penguraian InGaN in situ. Surat Fizik Gunaan, 123(11).