近日，外媒報(bào)道，日本名城大學(xué)與沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）共同研發(fā)了像素密度為330PPI的單片疊層RGB氮化鎵銦（GaInN）Micro LED陣列。
研究人員表示，該產(chǎn)品可應(yīng)用在AR/VR/MR等頭戴智能設(shè)備上，這些設(shè)備所需的微米級(jí)像素顯示無(wú)法通過(guò)機(jī)械組裝技術(shù)制造，因此需要用到單片制造技術(shù)。
對(duì)于氮化鎵銦材料的應(yīng)用，研究人員解釋到，雖然基于氮化鎵銦的LED在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下遇到了較大的效率問(wèn)題，但對(duì)于可見(jiàn)光譜里的紅光效率，氮化鎵銦已取得了新的進(jìn)展。此外，相較常用的紅光LED材料磷化鋁鎵銦，氮化鎵銦LED的發(fā)光效率受Micro LED尺寸縮小的影響較小。
在Micro LED外延制造階段，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)金屬有機(jī)氣相外延 (MOVPE) 技術(shù)，分兩個(gè)階段在 GaN 基板上生長(zhǎng)RGB Micro LED陣列材料。其中，藍(lán)光和綠光層由名城大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)生長(zhǎng)，最后的紅光階段由KAUST團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)生長(zhǎng)，RGB層間由隧道結(jié)(Tunnel Junctions,TJ) 分隔。
LED 多重堆疊結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖
為了提高紅光層的發(fā)光效率，紅光層特別包含了超晶格外延堆疊層以及紅光和藍(lán)光單量子阱（SQW）。研究人員表示，在紅光LED結(jié)構(gòu)中的n型GaN層和有源層之間插入藍(lán)光氮化鎵銦超晶格和氮化鎵銦SQW，對(duì)于提高紅光LED的發(fā)射效率起到了有效作用。
研究人員還指出，Micro LED所使用的GaN襯底非常昂貴，為了生產(chǎn)，有必要改用更便宜的材料，如藍(lán)寶石材料。
在外延制造完成后，該材料被制作成密度為330PPI的RGB 像素（如圖2）。Micro LED的尺寸為73μm x 20μm，器件臺(tái)面尺寸為35μm x 15μm。
圖2：Micro LED陣列工藝流程示意圖
經(jīng)研究人員測(cè)試，從基板側(cè)收集到的數(shù)據(jù)顯示，在電流密度為50A/cm2下的藍(lán)-綠-紅 Micro LED 電致發(fā)光 (EL) 光譜的峰值波長(zhǎng)分別為486nm、514nm 和 604nm（圖 3）。相應(yīng)的半峰全寬 (FWHM) 為 29nm、31nm 和 52nm。研究人員表示，這些數(shù)值與單獨(dú)制造的LED器件數(shù)值相似。
藍(lán)-綠-紅 Micro LED電致發(fā)光 (EL) 光譜
而在 10A/cm2的注入電流下，綠光Micro LED的光輸出功率 (LOP) 幾乎達(dá)到 0.8 μW，紅光和藍(lán)光的LOP分別小于0.2μW和0.1μW。
DOI 10.35848/1882-0786/aced7c（文：集邦化合物半導(dǎo)體）
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