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

為彌補(bǔ)顯示領(lǐng)域長波長Micro-LED的不足，針對(duì)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(shù)團(tuán)隊(duì)提出了一套切實(shí)可行的器件設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其器件物理機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)闡述。該成果被發(fā)表在應(yīng)用物理及光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威SCI期刊Applied Optics [Appl. Optics, 60(11), 3006-3012 (2021)]。

“階梯阱”多量子阱結(jié)構(gòu)先前已被多次報(bào)道，并且該量子阱結(jié)構(gòu)有助于提高GaN基藍(lán)、綠光LED器件的空穴注入效率和載流子波函數(shù)重疊率，從而使器件外量子效率得到提升。然而，技術(shù)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于量子阱InN組分更高的黃光Micro-LED時(shí)，如果階梯阱InN組分的設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，會(huì)使器件的發(fā)光波長產(chǎn)生嚴(yán)重藍(lán)移現(xiàn)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(yīng)用于顯示領(lǐng)域。

表1不同“階梯狀”量子阱結(jié)構(gòu)的Micro-LED

圖1不同階梯狀量子阱結(jié)構(gòu)的Micro-LED的發(fā)光波長

為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了“微組分差異階梯狀”多量子阱結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可有效降低價(jià)帶勢(shì)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(cè)壁缺陷區(qū)的擴(kuò)散系數(shù)，因此可抑制側(cè)壁非輻射復(fù)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(jié)構(gòu)而言，該“微組分差異階梯狀”多量子阱結(jié)構(gòu)能保證空穴的波函數(shù)依然被限制在“淺阱”內(nèi)，因此在提高量子阱內(nèi)電子-空穴波函數(shù)重疊率的同時(shí)，又不會(huì)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(jié)構(gòu)不會(huì)導(dǎo)致有源區(qū)內(nèi)電子-空穴波函數(shù)的顯著移動(dòng)，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(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)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(fù)合率。