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MicroLED新突破!江风益院士团队大幅提升橙-红光LED发光性能

MicroLED.cn 技术文章 2020-11-24 13:13:12 34703 0 | 文章出自:MicroLED MicroLED


Photonics Research 2020年第11期 Editors’ Pick

MicroLED新突破!江风益院士团队大幅提升橙-红光LED发光性能  第1张



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薄膜因其宽带隙可调的优点,在可见光领域内拥有广阔的应用前景,用于micro-LED全彩显示是其中最有潜力的应用之一,未来的智能手机、手表、虚拟现实眼镜等小尺寸显示屏都将受益于micro-LED技术。

目前micro-LED技术正面临两大挑战,首先是大家熟知的实现巨量转移技术非常困难,另一个就是缺乏高效可靠的红光micro-LED芯片。目前的红光LED是由AlGaInP材料制成,在正常芯片尺寸下,其效率高达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材料较差的力学性能给巨量转移增加了新的困难,因为巨量转移要求材料具有良好的机械强度,以避免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,是红光micro-LED的较佳选择。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。

MicroLED新突破!江风益院士团队大幅提升橙-红光LED发光性能  第2张


(a) 高光效橙光LED外延材料结构示意图 与 (b) 其断面TEM测试结果

此项工作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。当发光波长分别为594、608和621 nm时,其功率转换效率分别为30.1% 、24.0%以及 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,该项技术在未来还有较大的进步空间,同时该团队的实验结果也证明了InGaN材料在制作显示应用的红光像素芯片上将有巨大潜力和美好前景。

张建立

南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心

主要研究方向: 

发光材料与器件、MOCVD装备技术、半导体照明技术

张建立,南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心研究员,博士生导师,教育部发光材料与器件工程研究中心主任。2014年于南昌大学获材料物理与化学博士学位。主要从事硅衬底氮化镓发光材料与器件相关研究,包括MOCVD装备研制、硅上氮化镓材料生长、铟镓氮长波段LED制备、LED材料与器件分析、多基色LED封装等。主持/参与国家重点研发计划、国家自然科学基金6项,发表SCI论文40余篇,获授权发明专利9项。

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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