解决峰移问题,Saphlux用半极性氮化镓助力Mini/Micro LED

随着业内各大企业在巨量转移等技术上的突破,Mini/Micro LED技术正日趋成熟,而在微小尺寸下传统LED光源一些局限也渐渐浮出水面。

近日,于全球小间距电视领域领先的利亚德光电股份有限公司在2018年半年度报告中,披露了其Mini LED产品已经完成研发,进入中试阶段,并与初创公司Saphlux成立联合实验室,利用Saphlux的半极性氮化镓材料来解决Mini/Micro LED晶圆的波长一致性和峰移问题。

传统的氮化镓基蓝、绿光LED芯片在电流变化时会产生波峰(色彩)偏移。Micro/Mini LED的对比度高,并且在很多应用中需要频繁转换场景,导致其驱动电流会有较大幅度的变化,带来峰移。

例如,便携的VR、AR(如谷歌眼镜)等设备在夜间环境下的平均亮度约为1 nit,而在日光环境则需要500至700 nit。从测试数据来看,随着电流的变化,Mini/Micro LED绿光的峰移可超过20纳米,带来明显色飘,严重影响了显示效果。绿光峰移20nm的情况下对mini LED显色情况如下图所示:

绿光发生波峰偏移后的变化

峰移主要是由c面氮化镓材料中固有的极化场导致的:它使得量子阱的能带倾斜,因此随着电流(电子、空穴)的增加,能带会被拉平,导致能隙变宽,从而引起发光光子能量的增加及波峰的移动。

峰移问题在氮化镓体系的蓝、绿光LED中普遍存在,且在绿光(铟组分高导致能带更加倾斜)以及小电流(初始能带更倾斜)时更加明显。

传统GaN材料能带

半极性氮化镓是一种新型的、与c面氮化镓有偏角的氮化镓材料。通过晶体方向的改变,半极性材料能够从根本上提高电子和空穴的结合率,极大地降低或去除极化效应,使得能带较平,电子和空穴的复合率高。利用这种特性,半极性Micro/Mini LED能够在电流变化时保持带隙的宽度,极大地减小峰移,保持色彩稳定。

半极性GaN材料能带

此外,Micro/Mini LED芯片的小尺寸导致了波长分选困难和高成本,因此对整片晶圆的波长一致性有更高的要求。而半极性LED的外延结构比传统材料简单,更容易实现较好的晶圆波长一致性,大幅降低分选成本。

半极性氮化镓材料有如此多优势,但之前一直未能取得大规模工业化应用。其本质原因是业内一直未能找到规模量产高质量半极性氮化镓材料的方法。

而经过近十年的研发,来自耶鲁大学的Saphlux公司使用独有的面控外延方式,实现了技术突破,在今年年初量产了4英寸半极性氮化镓,并已成功点亮峰移小、一致性好的半极性蓝、绿光LED。

据了解,除了目前透露的与利亚德光电的联合实验室以外,Saphlux还与国际上多家著名企业建立了合作,提供半极性光源解决方案,助力Mini/Micro LED显示技术的发展。

 


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