InGaN薄膜因其寬帶隙可調(diào)的優(yōu)點，在可見光領(lǐng)域內(nèi)擁有廣闊的應(yīng)用前景，用于Micro LED全彩顯示是其中最有潛力的應(yīng)用之一，未來的智能手機、手表、虛擬現(xiàn)實眼鏡等小尺寸顯示屏都將受益于Micro LED技術(shù)。
目前Micro LED技術(shù)正面臨兩大挑戰(zhàn)，首先是大家熟知的實現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)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(dāng)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(xué)性能給巨量轉(zhuǎn)移增加了新的困難，因為巨量轉(zhuǎn)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(xiàn)開裂。
InGaN材料在具有較好機械穩(wěn)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(yán)重的銦偏析問題，這將導(dǎo)致紅光量子阱中的非輻射復(fù)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(zhuǎn)換效率不足2.5%。銦偏析問題嚴(yán)重阻礙了InGaN基紅光LED的發(fā)展。因此，如何解決銦偏析問題是獲得高效InGaN基紅光LED的關(guān)鍵。
近日，南昌大學(xué)的江風(fēng)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(jié)果。
(a) 高光效橙光LED外延材料結(jié)構(gòu)示意圖
(b) 其斷面TEM測試結(jié)果
此項工作基于硅襯底氮化鎵技術(shù)，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(jié)合V形坑技術(shù)，從而大幅緩解了紅光量子阱中高In組分偏析問題。再依據(jù)V形p-n結(jié)和量子阱帶隙工程大幅提升了紅光量子阱中的輻射復(fù)合速率。
使用該技術(shù)成功制備了一系列高效的InGaN基橙-紅光LED。當(dāng)發(fā)光波長分別為594、608和621 nm時，其功率轉(zhuǎn)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(jié)果整體提高了約十倍。
研究人員認為，該項技術(shù)在未來還有較大的進步空間，同時該團隊的實驗結(jié)果也證明了InGaN材料在制作顯示應(yīng)用的紅光像素芯片上將有巨大潛力和美好前景。（來源：愛光學(xué))
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