成果推送：“微組分差異階梯狀”量子阱實現穩(wěn)定波長的InGaN/GaN 黃光Micro-LED

為彌補顯示領域長波長Micro-LED的不足，針對GaN基黃光Micro-LED的發(fā)光效率問題，天津賽米卡爾科技有限公司技術團隊提出了一套切實可行的器件設計方案，并對其器件物理機理進行了詳細闡述。該成果被發(fā)表在應用物理及光學領域權威SCI期刊Applied Optics [Appl. Optics, 60(11), 3006-3012 (2021)]。

“階梯阱”多量子阱結構先前已被多次報道，并且該量子阱結構有助于提高GaN基藍、綠光LED器件的空穴注入效率和載流子波函數重疊率，從而使器件外量子效率得到提升。然而，技術團隊發(fā)現當該結構應用于量子阱InN組分更高的黃光Micro-LED時，如果階梯阱InN組分的設計不恰當，會使器件的發(fā)光波長產生嚴重藍移現象【如表1和圖1所示】，從而無法獲得理想的黃光波段的發(fā)光波長；在這種情況下，即使器件的發(fā)光效率得到大幅提升，也無法應用于顯示領域。

表1不同“階梯狀”量子阱結構的Micro-LED

圖1不同階梯狀量子阱結構的Micro-LED的發(fā)光波長

為此，技術團隊提出了“微組分差異階梯狀”多量子阱結構。該結構可有效降低價帶勢壘高度，提高有源區(qū)中的空穴注入效率，從而降低載流子朝側壁缺陷區(qū)的擴散系數，因此可抑制側壁非輻射復合【如圖2所示】；更重要的是，相比傳統(tǒng)InN組分差異巨大的階梯阱結構而言，該“微組分差異階梯狀”多量子阱結構能保證空穴的波函數依然被限制在“淺阱”內，因此在提高量子阱內電子-空穴波函數重疊率的同時，又不會減小有源區(qū)的有效面積，從而可有效提升電子的注入效率。此外，該結構不會導致有源區(qū)內電子-空穴波函數的顯著移動，從而可以穩(wěn)定輸出580 nm 的峰值波長。綜上所示，該“微組分差異階梯狀”多量子阱結構可實現發(fā)光波長穩(wěn)定的、高效率InGaN/GaN基黃光Micro-LED。

圖 2 (a)橫向空穴濃度分布圖，(b)歸一化的橫向空穴濃度分布圖，(c)橫向SRH非輻射復合率。