光效提升10倍！江風(fēng)益院士團(tuán)隊(duì)InGaN基橙-紅光LED最新成果

InGaN因其寬帶隙可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，在 Micro-LED全彩顯示中應(yīng)用被寄予厚望。目前micro-LED技術(shù)正面臨兩大挑戰(zhàn)，

目前常規(guī)的紅光LED是由AlGaInP材料制成，在普通芯片尺寸下，其效率為60%以上。然而，當(dāng)芯片尺寸縮小到微米量級(jí)時(shí)，其效率會(huì)急劇降低到1%以下。此外，AlGaInP機(jī)械強(qiáng)度較弱，巨量轉(zhuǎn)移難度更大，容易在芯片抓取和放置過(guò)程中出現(xiàn)開裂。

InGaN材料在具有較好機(jī)械穩(wěn)定性和較短空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度的同時(shí)，又與InGaN基綠光、藍(lán)光Micro-LED兼容，是Micro-LED紅光芯片的較佳材料選擇。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(guò)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。

此項(xiàng)研究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(zhǎng)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，基于InGaN的黃色LED的結(jié)構(gòu)對(duì)基于InGaN的橙色和紅色LED進(jìn)行了研究。

沒有將所有黃色的QW更改為橙色，而是提出了一種優(yōu)化的QW結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)僅將9個(gè)黃色的QW中的兩個(gè)更改為橙色。發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)化結(jié)構(gòu)的LED效率更高，在0.8A / cm2的峰值波長(zhǎng)為608 nm時(shí)，WPE達(dá)到了24.0％；效率的提高歸因于橙色QW的質(zhì)量提高和活性重組量減少。

基于優(yōu)化的QW結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一系列高效的基于InGaN的橙色和紅色LED，其峰值波長(zhǎng)為594nm至621nm，相應(yīng)的WPE在0.8 A / cm2時(shí)為30.1％至16.8％，光效相較于以往報(bào)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(rèn)為，基于InGaN的紅色LED的材料質(zhì)量非常接近滿足微型顯示器的要求。隨著微型LED芯片技術(shù)的發(fā)展以及材料增長(zhǎng)的進(jìn)一步改善，相信在不久的將來(lái)用于微型顯示器的基于InGaN的紅色LED是可行的。