谢菲尔德大学取得超小型,超紧凑,超高效InGaN Micro LED制造的重大突破

行家说LED快讯 · 2020-07-06

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谢菲尔德大学的王涛教授及其团队在制造超小型μLED方面取得了创纪录的效率和创纪录的光谱线宽。

对开发III氮化物micro LED(μLED)的兴趣日益增长,这是微显示器的关键组件,对于智能手机,智能手表,AR和VR设备至关重要。这些类型的设备需要具有超小直径(≤5μm),高外部量子效率(EQE)和窄谱线宽度的μLED。

直径小至3.6μm且节距小至2μm的μLED的超高最大EQE约为9%,比不具有分布式布拉格反射器(DBR)的μLED的EQE高50%。更重要的是,光谱线宽度已显着减小至25 nm,这是迄今为止报告的III型氮化物绿色μLED的最窄值。

干法刻蚀是目前制造μLED的最关键步骤,这会带来严重的损害,这对于实现具有高EQE的超小型μLED来说似乎是一项不可克服的挑战。此外,众所周知,需要InGaN层作为发光区域的μLED自然地表现出非常宽的光谱线宽度,这对于诸如绿色的长波长变得越来越严重。

研究团队确定了该方法成功的关键是由于在预先构图的模板上直接外延生长的利用,这种方法不涉及任何干法蚀刻工艺,从而消除了由此而产生的蚀刻损伤。

他们的策略是将晶格匹配的DBR与选择性过度生长方法相结合。用作进一步在顶部进行SiO2微孔阵列构图的模板。通过采用标准的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,将厚度为500 nm的SiO2膜沉积在模板上。之后,使用标准光刻和干法蚀刻技术来选择性地将介电层蚀刻至n型GaN表面,从而形成直径为3.6μm,间距为2μm的规则排列的微孔。

接下来,通过标准的金属有机气相外延(MOVPE)技术在这种图案化的模板上选择性地生长基于标准的基于InGaN的LED结构。

由于采用了电介质掩膜,LED结构的生长被限制在微孔内,从而自然形成了μLED阵列。物理参数完全由SiO2微孔掩模确定,这意味着μLED阵列的形成不涉及任何μLED台面蚀刻工艺。

为了清楚地显示发射的μLED像素,已使用其微电致发光(EL)测量系统记录显微镜图像。LCS-100表征系统用于在CW模式下测量其裸芯片LED上的光输出和EQE,该系统配有积分球系统和CCD APRAR光谱仪。

对于高性能微型显示器,仍需要进一步提高EQE,并且必须显着减小μLED的固有宽谱线宽度。谢菲尔德GaN材料和器件中心将继续开发尖端技术,并对III型氮化物材料和器件进行高级研究。