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美国加州大学在红光Micro LED芯片获突破!

MicroLED.cn 技术文章 2021-05-12 13:23:04 4287 0 | 文章出自:ALLOS MicroLED
近年来,随着MicroLED的市场认可度和需求逐渐提升,生产技术难题也加速取得了进展,例如技术瓶颈之一的红光Micro LED芯片问题。
今年3月,美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)宣布首次展示了尺寸小于10μm的InGaN基红光Micro LED芯片。
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                                                                             图片来源:UCSB
近日,沙特阿卜都拉国王科技大学(KAUST)团队在研究InGaN基红光Micro LED芯片方面也获得了突破性进展。
据外媒报道,KAUST宣布开发出一款新型InGaN基红光Micro LED芯片,外量子效率(EQE)有所提升,可望助力实现基于单一半导体材料的全彩化Micro LED显示器。
业界皆知,制造蓝光和绿光Micro LED所用的材料是氮化物半导体,而目前红光Micro LED采用的则是磷化物半导体。需要注意的是,不同半导体材料的结合会增加RGB全彩Micro LED的生产难度和制造成本。并且,随着尺寸的微缩,磷化物Micro LED芯片的效率将显著降低。
另外,发射红光的InGaN可通过增加材料中的铟含量实现,但这种方式会降低所得LED的效率,因为GaN和InGaN晶格里的原子间距的不匹配问题会造成原子级缺陷。
同时,在制造InGaN基Micro LED过程中会产生芯片侧壁损伤,从而降低效率。对此,KAUST团队通过化学处理消除了损伤,并保持InGaN和GaN侧壁界面的高晶体质量。

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边长47μm的红光Micro LED芯片
基于此,KAUST团队制造了一系列边长为98μm或47μm的方形芯片。其中,47μm芯片的峰值波长为626nm,外量子效率可达0.87%;而且,红光Micro LED的颜色接近行业标准Rec. 2020定义的原红色,因此KAUST认为颜色纯度达到了最佳状态。
值得关注的是,改善红光Micro LED芯片效率仍是相关厂商研究的重点。此前UCSB就指出,小尺寸及高效率对生产Micro LED而言都至关重要,其中,Micro LED芯片的外量子效率必须至少为2-5%才能够满足Micro LED显示器的要求。
尽管UCSB成功研发出了尺寸小于10μm的红光Micro LED芯片,但外量子效率仅为0.2%,远达不到目标。不过,UCSB已开始计划提升材料的质量,改善生产步骤,以此来提升红光Micro LED芯片的外量子效率。
同样地,KAUST团队下一步计划也将力争改善尺寸更小(或小于20μm)的红光Micro LED芯片的效率。未来,KAUST期望通过集成基于氮化物的RGB LED来制造全彩化显示器。
据了解,KAUST团队一直致力于研究InGaN基红光Micro LED。去年,KAUST与德国硅基氮化镓专家ALLOS Semiconductors宣布达成合作关系。

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                                                                              图片来源:ALLOS
双方旨在解决限制氮基红光LED在实际工业应用的晶格失配(lattice mismatch )和量子限制斯塔克效应(quantum-confined Stark effect,QCSE)等问题,共同研发高效硅基InGaN红光Micro LED。
在此之前,KAUST通过采用局部应变补偿(Local Strain Compensation)和改良后的MOCVD反应腔设计,在开发正向电压(Forward Voltage)低于2.5V且高效的InGaN红光Micro LED方面获得了一些突破,并已在蓝宝石衬底和Ga2O3(氧化镓)衬底上生长出红光LED。
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