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郭浩中、刘召军、毕文刚及张紫辉四位教授新研究成果,有望破除高性能μLED发展瓶颈

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-07-28   来源:中国半导体照明网  浏览次数:494
 近日,SSLCHINA&IFWS程序委员会专家台湾交通大学郭浩中教授与南方科技大学刘召军教授和河北工业大学毕文刚及张紫辉教授合作,使用Crosslight计算平台的数值模拟结合实验制备研究,分析不同的量子位障层对于InGaNμLED外部量子效率的改进,所提出的方法有望消除高性能μLED发展的瓶颈。
 
并且,在该项工作中所提出的组件物理将增进对于InGaN的μLED的理解,研究成果被刊登在国际知名期刊《Nanoscale Research Letters》上[1]。
 
III族氮化物的发光二极管(LED)由于具有高亮度、低功耗和使用寿命长的独特性,迄今为止,已引起了广泛的研究兴趣,大尺寸InGaN/GaN蓝光LED已经取得了巨大进步并实现了商品化,并已在固态照明和大尺寸面板显示器中得到应用。但常规的InGaN/GaN LED的调变带宽很小,因此不适用于可见光通信(VLC)。同时,较大的芯片尺寸使得智能型手机的显示器和可穿戴手表显示器的像素容量低。因此,在当前阶段,芯片尺寸小于100μm的InGaN/GaN微型LED(Micro LED,μLED)引起了广泛的关注。
 
尽管具有上述优点,但μLED的进一步开发仍需要解决许多问题,例如高精度的巨量转移和与芯片尺寸相关的效率之提升。芯片尺寸相关效率的下降是由制造台面(mesa)时的干蚀刻所引起的表面损伤,会产生大量缺陷,从而引起表面非辐射复合。对于不同类型的光电组件,组件的晶体质量和电荷传输是影响光电性能的基本参数。对于μLED,缺陷区域的表面复合会降低μLED的内部量子效率(IQE)。在我们先前的研究中[2],进一步发现,随着芯片尺寸的缩小,电洞会更容易被缺陷捕获,并且随着芯片尺寸的减小,μLED的电洞注入能力可能会变得更差。因此,减小侧壁缺陷密度对效率而言非常重要。比较简易的方法是使用电浆辅助化学气相沉积(PECVD)或原子层沉积(ALD)沉积电介质钝化层,来减少侧壁的缺陷。
 
当芯片尺寸变小时,由于横向电阻降低,电流扩展的效果会变得更好。因此,我们提出另一种途径来降低另一方向(纵向)的电阻,以更好地将电流限制在台面内,并使载子远离侧壁缺陷,抑制表面非辐射复合。为了实现该目标,我们减小量子位障层(quantum barriers)的厚度来控制能障(energy barriers)和纵向电阻。通过数值模拟计算,电流可以更好的限制在台面内,因此降低表面非辐射复合会减少电洞的消耗。此外,变薄的量子位障层使多重量子井(MQWs)上的电洞分布均匀化。结果表明,量子位障层厚度的减少,使μLED的外部量子效率(EQE)得到改善。

 
Fig. 1 Calculated EQE and Optical power density in terms of the injection current density for μLEDsI, II and III, respectively.Inset figure of(a) shows the experimentally measured EQE for μLEDsI and III, respectively. Insetfigures of (b) and(c) present the measured and numerically calculated EL spectra frμLEDsI, and III. Data for inset figures (b) and (c) are collected at the injection current density level of 40 A∕cm2.
 
Reference
 
[1] Le Chang, Yen-Wei Yeh, Sheng Hang, Kangkai Tian, Jianquan Kou, Wengang Bi, Yonghui Zhang,Zi-Hui Zhang , Zhaojun Liu and Hao-Chung Kuo (2020) Alternative Strategy to Reduce Surface Recombination for InGaN/GaN Micro-light- Emitting Diodes-Thinning the Quantum Barriers to Manage the Current Spreading. Nanoscale Research Letters.
 
[2]J. Kou, C.-C. Shen, H. Shao, J. Che, X. Hou, C. Chu, K. Tian Y. Zhang, Z.-H. Zhang and H. -C Kuo (2019) Impact of the surface recombination on InGaN/ GaN-based blue micro-light emitting diodes. Opt Express 27(12):0-0.
 
SSLCHINA&IFWS程序委员会专家档案:
 
SSLCHINA&IFWS程序委员会是中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA)及国际第三代半导体论坛(IFWS)背后强大“产·学·研·用”专家智囊团。台湾交通大学郭浩中教授、南方科技大学刘召军教授、河北工业大学毕文刚及张紫辉教授均是SSLCHINA&IFWS程序委员会专家成员,他们除了专注自身领域科研与技术攻关,还积极参与国内外学术交流,推动国际半导体照明及第三代半导体产业的发展。
 
SSLCHINA是中国地区举办的具有国际影响力的半导体照明及智能照明行业性年度盛会。SSL国际系列论坛以促进半导体照明技术和应用的国际交流与合作,引领半导体照明产业的发展方向为活动宗旨,全面覆盖行业工艺装备、原材料,技术、产品与应用的创新发展,提供全球范围的全产业链合作平台,致力于拓展业界所关注的目标市场,以专业精神恒久缔造企业的商业价值。SSLCHINA 已经成功举办了十六届,在过去的16年中,SSLCHINA 的参会嘉宾覆盖了全球70个国家和地区、邀请了超过2300位演讲人、举办了超过380场技术及产业峰会、迎来了27000多人次注册参会代表、收录技术论文超过2000篇。
 
IFWS是引领全球第三代半导体新兴产业发展,促进相关产业、技术、人才、资金、政策合力发展的全球性、全产业链合作的高端平台。至今会议已成功举办三届,以第三代半导体在电力电子技术、新一代移动通信技术、固态紫外技术等应用的国际交流与合作为重点,带动创新合作和技术转移,为全球范围的技术与商业合作缔造价值。
郭浩中
 
郭浩中教授是台湾国立交通大学的特聘教授。他在在III-V光学设备/材料(砷化镓,磷化铟,氮化镓)有超过20年的研究经验。他发表过论文300余篇(6611总引用和38的H因子)。他曾担任2015年美国电子电气工程师协会(IEEE)会士,2012年美国光学学会(OSA)会士,2013年国际光学工程学会(SPIE)院士,2012年英国工程技术学会(IET)会士。
 
郭教授长期深耕于光电元件的开发与制作,专长于MOCVD磊晶、GaN VCSEL的研制,近年更深入GaN Micro-LED的相关研究。共发表525篇以上SCI期刊论文,共获引用达>7000次,H-index为50,是光电元件领域的杰出研究学者。
刘召军
南方科技大学刘召军教授是中山大学电子与信息工程学院副教授、中山大学卡内基梅隆大学联合工程学院助理教授、中山大学卡内基梅隆大学顺德国际联合研究院助理教授、卡内基梅隆大学电气与计算机工程系访问教授、博士生导师、广东省“珠江人才计划”第五批创新团队核心成员。2011年毕业于香港科技大学电子与计算机工程系,获得博士学位;2006年10月至2007年4月,刘博士在先进显示与光电子技术国家重点实验室香港科技大学伙伴实验室担任研究助理;2011年至2013年,他于香港科技大学电子与计算机工程系担任博士后研究员;2013年8月至2014年8月,他在该系担任客座助理教授。2014年8月起,刘博士加入中山大学-卡内基梅隆大学联合工程学院并担任助理教授,博士生导师,并双聘为中山大学移动信息工程学院副教授、中山大学卡内基梅隆大学顺德国际联合研究院助理教授。
 
刘博士在国内外知名杂志以及学术会议上发表论文50余篇;他拥有10项美国专利,其中2项已授权;50余项中国专利,其中20余项已授权。刘博士及其团队在2011年香港科技大学“百万港元创业大赛”中取得第二名的成绩。他还是两家LED相关公司的创始人之一。研究方向包括:LED微型显示以及LED固态照明;化合物半导体高速电子迁移率器件(HEMTs);二维材料与器件;微纳结构与器件;以及平板显示等。
毕文刚
 
河北工业大学毕文刚教授是河北工业大学特聘教授,博士生导师,信息与电气工程学部副主任。美国加州大学圣地亚哥分校电气与计算机工程系博士。
 
曾先后在美国惠普(HP)实验室、安捷伦(Agilent)实验室、飞利浦Lumileds 公司担任资深科学家,NNCrystal US Corporation/纳晶科技股份有限公司担任副总经理及董事会董事等职务,主持前沿技术研发及成果转化。在国际杂志和会议上发表论文60 余篇,单篇SCI 论文引用次数最高400余次。做过多次国际学术会议报告, 获得多项专利。长期从事半导体材料,量子点超晶格光电器件,固态照明和量子点显示领域的前沿科技研究及成果转化。以实现产业化为终极目标,领导和参与过多项大型科研项目, 并组建和培养了一批科技中坚力量。
 
张紫辉
河北工业大学张紫辉教授2006年毕业于山东大学并获得理学学士学位,2015年毕业于新加坡南洋理工大学并获博士学位,后留校担任南洋理工大学研究员,目前担任河北工业大学教授、博士生导师、河北省“百人计划”入选者、省级特聘专家、河北省政府特殊津贴专家、河北省“青年拔尖人才”、天津市青年优秀科技人才。
 
主要研究半导体器件工艺、器件仿真、器件物理。目前已经在Applied Physics Letters、Journal of Applied Physics、Optics Express、Optics Letters等领域内权威SCI 期刊发表科研论文近80余篇。先后承担国家级、省部级及人才项目9项,作为骨干人员参与科技部重点研发计划1项。目前担任Optics Letters、Optics Material Express、Optics Express、IEEE/OSA Journal of Display Technology、Journal of Applied Physics、Applied Physics Letters、中国半导体学报等期刊的特邀审稿专家。
 
温馨提示:第十七届中国国际半导体照明论坛暨2020国际第三代半导体论坛(SSLCHINA&IFWS 2020)将于11月23-25日在深圳会展中心举行,目前征文正在进行中!论坛长期与IEEE合作。投稿的录取论文会被遴选在IEEE Xplore 电子图书馆发表,IEEE是EI检索系统的合作数据库。欢迎点击投稿~~~~
 
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