KAUST团队改进了大功率InGaN红色LED

By | 2020年7月25日

  阿卜杜拉国王科技年夜学(KAUST)的迷信家不断正在钻研高功率InGaN白色LED的成长以及特点。经过准确管制InGaN量子阱中的应力,他们开发了第一个超越630nm的LED,电流为20
mA,工作电压为3.3V。


第一款超越20nm的630nm LED,工作电压为3.3V

  他们说,这些基于InGaN的白色LED正在特色温度以及电致发光(EL)峰移方面优于基于InGaP的白色LED。他们正在《使用物理快报》的两篇最新论文中陈诉了他们的发现。Daisuke
Iida等人的“ 633nm基于InGaN的白色LED正在厚的上层GaN层上成长,具备减小的面内剩余应力”。Zhe
Zhuang等人的“尺寸对InGaN基白色发光二极管的电学以及光学功能的影响”。

  InGaN已用于经过调理铟的量来开发正在整个可见光谱范畴(380-780
nm)内具备呼应的各类光学器件。然而,跟着铟含量的添加,制作器件的难度成倍添加,这使患上开发基于InGaN的白色LED(620 nm至780
nm)特地艰难。

  这是由于具备高铟含量的InGaN层蒙受与它们的高温成长无关的要害成绩。此中包罗显著的晶格失配以及量子限度的斯塔克效应(QCSE)。为了制作高功能的基于InGaN的LED,必需克服这两个成绩。

  2012年,日本东京年夜学的年夜川一弘(Kazuhiro Ohkawa)的钻研小组正在20 mA电流下完成了740 nm InGaN
LED。然而,效率十分低。这些LED应用低温MOVPE成长技巧正在c面蓝宝石衬底上成长。低温成长光鲜明显改善了InGaN层的晶体品质,标明温度是影响成长的InGaN层品质的要害要素。疾速成长促成了较高成长温度的应用。

  东芝公司(日本)报导了正在20 mA,4.4 V下的629 nm LED。这些LED用树脂模制而成,输入功率x
1.5。墙插效率(WPE)为1.3%,因而输入为1.1 mW。年夜阪年夜学的一个小组报导了正在20 mA,4.8-6.3 V时具备1.25 mW的Eu掺杂的GaN
621 nm LED。

  8μm的n-GaN层进步了EL强度

  当根底n-GaN层的厚度从2μm添加到8μm时,KAUST的Ohkawa及其共事如今在应用包罗加强型MOVPE办法的技巧,已将基于InGaN的白色LED的EL强度进步了1.3倍。

  正如他们正在论文中所诠释的:“咱们察看到正在扭转上面的n-GaN层厚度时进步的EL效率。具备较低面内应力的较厚的上层GaN层可缩小白色LED上的外表缺点;这可能归因于InGaN白色DQW的成长温度降低。经过应用较厚的上层,能够进步白色LED的光输入功率。正在20
mA时,咱们辨别取得0.64 mW,3.3
V以及1.6%的光输入功率,正向电压以及EQE。钻研标明,升高上层GaN层中的立体内压应力关于加强惯例蓝宝石衬底上基于InGaN的白色LED的光输入功率至关首要。“

  KAUST电气工程传授年夜川说:“咱们试图管制InGaN
QW中作为白色LED有源区域的应力。经过升高应力,咱们能够引入更多的铟或进步InGaN层的成长温度。成长温度的降低是完成InGaN晶体高品质的要害。因为采纳了高品质的InGaN,与传统构造中的缺点密度7×108
cm -2相比,InGaN QW处孕育发生的缺点缩小了五分之一。”

  他持续说:“咱们曾经取得了首个20 mA时超越630
nm的LED,工作电压低至3.3V。与其余产物相比,它升高了25%-50%,而且正在不树脂模压的状况下WPE达到1.0%。 。”

  尺寸若何影响基于InGaN的白色LED的功能


图1(a)显示了矩形LED芯片的图案。芯片的恒定台面宽度为250μm,而台面长度辨别为350μm,450μm,550μm以及650μm。图1(b)-1(e)显示了正在20 mA时具备没有同尺寸的白色LED芯片的EL图象。


图2.(a)台面长度为650μm的LED器件的IV特点。(b)正在20 mA时,没有同尺寸的10个LED器件的正向电压与1 /无效面积的关系。(c)正在5
V电压下,十个没有同尺寸的LED器件的反向电流作为无效面积的函数。星号代表10个器件的均匀值,虚线是均匀值的线性拟合

  正在钻研白色LED的特点时,KAUST团队钻研了输入功率以及峰值波长的温度依赖性,并比拟了InGaN白色LED以及惯例InGaP的后果。

  特色温度界说为光输入的温度依赖性,关于更高的值更好。InGaN白色LED显示为399 K,弘远于InGaP
LED的303.8K。并且,因为带隙的温度依赖性等,光峰值波长随温度而挪动。较小的偏偏移正在实际应用中更好。InGaN白色LED的红移系数很小,为0.066 nm
/ K。关于InGaP LED,该值小于0.142 nm / K的一半。

  该团队经过设计具备没有同台面长度的矩形芯片,钻研了尺寸对基于InGaN的白色发光二极管(LED)的电学以及光学功能的影响。他们发现,较年夜的芯片因为其较低的串连电阻而具备较低的正向电压。更年夜的芯片有助于完成更长的发射波长,更窄的半峰全宽以及更高的内部量子效率。

  但是,取决于温度的电致发光丈量标明,较年夜的芯片无益于需求低温耐受性的使用。相比之下,较小的白色LED芯片可完成399 K的高特色温度以及0.066 nm
/ K的小红移趋向,因而显示了耐温照明使用的后劲。

编纂:严志祥

起源:里手说