江风益院士团队创Micro LED新突破,大幅提升橙-红光LED发光性能

InGaN薄膜因其宽带隙可调的优点,在可见光领域内拥有广阔的应用前景,用于Micro LED全彩显示是其中最有潜力的应用之一,未来的智能手机、手表、虚拟现实眼镜等小尺寸显示屏都将受益于Micro LED技术。

目前Micro LED技术正面临两大挑战,首先是大家熟知的实现巨量转移技术非常困难,另一个就是缺乏高效可靠的红光Micro LED芯片。目前的红光LED是由AlGaInP材料制成,在正常芯片尺寸下,其效率高达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材料较差的力学性能给巨量转移增加了新的困难,因为巨量转移要求材料具有良好的机械强度,以避免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,是红光Micro LED的较佳选择。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。


(a) 高光效橙光LED外延材料结构示意图
(b) 其断面TEM测试结果

此项工作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。当发光波长分别为594、608和621 nm时,其功率转换效率分别为30.1% 、24.0%以及 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,该项技术在未来还有较大的进步空间,同时该团队的实验结果也证明了InGaN材料在制作显示应用的红光像素芯片上将有巨大潜力和美好前景。(来源:爱光学)

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