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Micro-LED新突破!江風益院士團隊大幅提升橙-紅光LED發光性能

來源:顯示世界|

發表時間:2020-11-24

點擊:2592

Photonics Research 2020年第11期 Editors’ Pick:



Shengnan Zhang, Jianli Zhang, Jiangdong Gao, et al. Efficient emission of InGaN-based light-emitting diodes: toward orange and red[J]. Photonics Research, 2020, 8(11): 11001671.


InGaN薄膜因其寬帶隙可調的優點,在可見光領域內擁有廣闊的應用前景,用于micro-LED全彩顯示是其中最有潛力的應用之一,未來的智能手機、手表、虛擬現實眼鏡等小尺寸顯示屏都將受益于micro-LED技術。


目前micro-LED技術正面臨兩大挑戰,首先是大家熟知的實現巨量轉移技術非常困難,另一個就是缺乏高效可靠的紅光micro-LED芯片。目前的紅光LED是由AlGaInP材料制成,在正常芯片尺寸下,其效率高達60%以上。然而,當芯片尺寸縮小到微米量級時,其效率會急劇降低到1%以下。此外,AlGaInP材料較差的力學性能給巨量轉移增加了新的困難,因為巨量轉移要求材料具有良好的機械強度,以避免在芯片抓取和放置過程中出現開裂。


InGaN材料在具有較好機械穩定性和較短空穴擴散長度的同時,又與InGaN基綠光、藍光micro-LED兼容,是紅光micro-LED的較佳選擇。然而,InGaN基紅光量子阱存在嚴重的銦偏析問題,這將導致紅光量子阱中的非輻射復合增加,從而引起效率降低。在過去20年的研究中,InGaN基紅光LED功率轉換效率不足2.5%。銦偏析問題嚴重阻礙了InGaN基紅光LED的發展。因此,如何解決銦偏析問題是獲得高效InGaN基紅光LED的關鍵。


近日,南昌大學的江風益院士課題組在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結果。



(a) 高光效橙光LED外延材料結構示意圖 與 (b) 其斷面TEM測試結果


此項工作基于硅襯底氮化鎵技術,引入了銦鎵氮紅光量子阱與黃光量子阱交替生長方法,并結合V形坑技術,從而大幅緩解了紅光量子阱中高In組分偏析問題。再依據V形p-n結和量子阱帶隙工程大幅提升了紅光量子阱中的輻射復合速率。


使用該技術成功制備了一系列高效的InGaN基橙-紅光LED。當發光波長分別為594、608和621 nm時,其功率轉換效率分別為30.1% 、24.0%以及 16.8%,光效相較于以往報道的相同波段InGaN基LED結果整體提高了約十倍。


研究人員認為,該項技術在未來還有較大的進步空間,同時該團隊的實驗結果也證明了InGaN材料在制作顯示應用的紅光像素芯片上將有巨大潛力和美好前景。


作者簡介


張建立

南昌大學 國家硅基LED工程技術研究中心

主要研究方向: 

發光材料與器件、MOCVD裝備技術、半導體照明技術


張建立,南昌大學國家硅基LED工程技術研究中心研究員,博士生導師,教育部發光材料與器件工程研究中心主任。2014年于南昌大學獲材料物理與化學博士學位。主要從事硅襯底氮化鎵發光材料與器件相關研究,包括MOCVD裝備研制、硅上氮化鎵材料生長、銦鎵氮長波段LED制備、LED材料與器件分析、多基色LED封裝等。主持/參與國家重點研發計劃、國家自然科學基金6項,發表SCI論文40余篇,獲授權發明專利9項。


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1. F. Piva, C. De Santi, M. Deki, M. Kushimoto, et al. Modeling the degradation mechanisms of AlGaN-based UV-C LEDs: from injection efficiency to mid-gap state generation[J]. Photonics Research, 2020, 8(11): 11001786.

2. Lingling Xie, Bingkun Chen, Fa Zhang, et al. Highly luminescent and stable lead-free cesium copper halide perovskite powders for UV-pumped phosphor-converted light-emitting diodes[J]. Photonics Research, 2020, 8(6): 06000768.

3. Yufeng Li, Chenyu Wang, Ye Zhang, et al. Analysis of TM/TE mode enhancement and droop reduction by a nanoporous n-AlGaN underlayer in a 290 nm UV-LED[J]. Photonics Research, 2020, 8(6): 06000806.

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