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【新技术】美研发出单片集成三色LED,未来将包含更多颜色组合

新材料产业 2020-08-04 13:58:12

 

  基于铟镓氮化物(InGaN)多量子阱的应变工程,美国密歇根大学已经开发出单片集成的琥珀-绿-蓝色LED(图1)。该应变工程是通过蚀刻不同直径的纳米柱来实现。

 

图1.各种直径的纳米柱LED阵列自上向下制造示意图

 

  研究人员希望未来能用635nm光致发光的量子阱生产出红-绿-蓝LED,为基于这种像素LED的微显示器提供可行的方法。其他潜在应用包括照明、生物传感器和光遗传学。

 

  除了美国国家科学基金会(NSF)的支持外,三星还为制造和设备设计提供了支持。研究人员希望开发出基于现有制造基础设施的芯片级多色LED平台。

 

  外延材料通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在2英寸无图案蓝宝石上生长。发光有源区域由5个2.5nm InGaN阱组成,由12nm GaN栅极隔开。电子阻挡层和p-接触层分别由20nm的氮化铝镓(p-Al0.2Ga0.8N)和150nm的p-GaN组成。

 

  将平整后的结构进行干式回蚀,以暴露柱的尖端。用硝酸溶液除去镍掩模材料。 p接触的镍/金金属化在空气中进行热退火。

 

  像素由具有不同直径、发出不同颜色的柱构成(图2)。随着直径的增加,波长变长,变化更大。研究人员将变化归因于晶圆上量子阱厚度的变化。

 

 

图2.(a)从50nm、100nm和800nm直径的纳米柱和薄膜LED像素获得的蓝色(487nm)、绿色(512nm)、橙色(575nm)和琥珀色(600nm)光的室温电致发光光谱。(b)采用一维应力松弛理论得出的光波长。(c)各种施加偏置电压下的主峰位置。

 

  随着电压和电流注入的增加,越来越宽松的窄纳米管也显示较少的波长蓝移。 800nm直径纳米柱像素的蓝移在2.8V和4V之间为40nm。这归功于研究团队筛选阱中依赖于应变的压电场。

 

  该团队通过脉冲频率调制固定偏置电压及改变强度,因此来稳定像素的输出波长。通过这个试验表明,所有像素类型给出了稳定的波长和相对电致发光强度,其与脉冲信号的占空比呈现几乎线性地变化。脉冲宽度为400μs。 脉冲频率在200Hz和2000Hz之间变化。



来源:LEDinside



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