光效提升10倍！江风益院士团队InGaN基橙-红光LED最新成果

行家说Talk · 2020-11-25

InGaN因其宽带隙可调的优点，在 Micro-LED全彩显示中应用被寄予厚望。目前micro-LED技术正面临两大挑战，

1. 巨量转移技术；

2. 缺乏高效可靠的红光Micro-LED芯片。

目前常规的红光LED是由AlGaInP材料制成，在普通芯片尺寸下，其效率为60%以上。然而，当芯片尺寸缩小到微米量级时，其效率会急剧降低到1%以下。此外，AlGaInP机械强度较弱，巨量转移难度更大，容易在芯片抓取和放置过程中出现开裂。

InGaN材料在具有较好机械稳定性和较短空穴扩散长度的同时，又与InGaN基绿光、蓝光Micro-LED兼容，是Micro-LED红光芯片的较佳材料选择。然而，InGaN基红光量子阱存在严重的铟偏析问题，这将导致红光量子阱中的非辐射复合增加，从而引起效率降低。在过去20年的研究中，InGaN基红光LED功率转换效率不足2.5%。铟偏析问题严重阻碍了InGaN基红光LED的发展。因此，如何解决铟偏析问题是获得高效InGaN基红光LED的关键。

近日，南昌大学的江风益院士课题组在Photonics Research 2020年第8卷第11期上展示了他们最新研制的高光效InGaN基橙-红光LED结果。

此项研究基于硅衬底氮化镓技术，引入了铟镓氮红光量子阱与黄光量子阱交替生长方法，并结合V形坑技术，从而大幅缓解了红光量子阱中高In组分偏析问题。再依据V形p-n结和量子阱带隙工程大幅提升了红光量子阱中的辐射复合速率。使用该技术成功制备了一系列高效的InGaN基橙-红光LED，基于InGaN的黄色LED的结构对基于InGaN的橙色和红色LED进行了研究。

没有将所有黄色的QW更改为橙色，而是提出了一种优化的QW结构，该结构仅将9个黄色的QW中的两个更改为橙色。发现具有优化结构的LED效率更高，在0.8A / cm2的峰值波长为608 nm时，WPE达到了24.0％；效率的提高归因于橙色QW的质量提高和活性重组量减少。

基于优化的QW结构，开发了一系列高效的基于InGaN的橙色和红色LED，其峰值波长为594nm至621nm，相应的WPE在0.8 A / cm2时为30.1％至16.8％，光效相较于以往报道的相同波段InGaN基LED结果整体提高了约十倍。

研究人员认为，基于InGaN的红色LED的材料质量非常接近满足微型显示器的要求。随着微型LED芯片技术的发展以及材料增长的进一步改善，相信在不久的将来用于微型显示器的基于InGaN的红色LED是可行的。

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