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稀磁氮化物引发红光LED革新_0

时间:2018-10-10编辑: admin 点击率:

  稀磁氮化物引发红光LED革新

  

作者:Vladimir Odnoblyudo

   红光、橙光和黄光稀磁氮化物LED具有更高的功率和低的温度灵敏度。拿传统的红光AlGaInP LED和新式InGaNP LED作比较,发现后者发光亮度更强,合适做大屏幕彩显的背光单元。
在参加到一般照明商场的竞赛之后,蓝光和白光LED的功能有了巨大的进步,这与运用在大型五颜六色屏幕、交通灯和修建照明等范畴的赤色、琥珀色和黄色发光管形成了明显的比照,后者功能进步缓慢。

   可是,一家刚从加州大学圣地亚哥分校(UCSD)分离出来的新公司Quanlight,现已开发了一种彻底不同的芯片制作工艺,它能够战胜这些阻止并极大地进步LED的功能。经过把传统的AlGaInP资料替换成新式的稀磁氮化物资料InGaPN,就有可能制备出高亮度LED,而且它对温度改变不甚灵敏。这将对那些需求安稳红光输出的高质量图画来说有协助,合适大屏幕五颜六色显现等运用。

   这项关键技能的中心来自加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的研讨成果。由charles Tu领导的UCSD团队,在Quanlight公司树立之前现已在InGaPN方面取得了一些发展。这种资料含有大约1%的氮,看起来是赤色发光管另一种抱负的资料。InGaPN和GaP一经结合,就能发生比AlInGaP基LED更大的能带差的异质结。核算标明由于更大的电流处理才能它能发生更高亮度的LED。此外,虽然这种资料系统还不老练,对它知之甚少并难以成长,InGaPN就现已有了一些令人振奋的开端成果。

   传统的红光LED现已用在轿车的刹车灯上,当转向根据InGaPN的器材今后,车灯的亮度得到进步,所需器材数目得到下降。来历:BMW公司

  
UCSD的研讨人员设法规划了一个有用的原型LED,在器材功能方面如预料中那样完结了几项进步,包含缩短了发射波长跟着温度的漂移巨细。虽然这些设备关于开端的研讨来说是满足的,可是用MBE设备会污染资料,这点约束了LED的亮度。因而,进一步的研制作业还需转向商业化出产厂,而且里边选用的工艺和设备是根据MOCVD渠道的。

   学术研讨的商业化
为此咱们创立了Quanlight公司,并组成了一支研制部队。从私家投资者处征集到了两笔基金合计400万美元后,在2006年8月初咱们经过Bandwidth Semiconductor代工效劳来开发外延片,现在取得了很好的发展,并于上一年年末依照方案制作并出售赤色LED外延片给芯片制作商。现在咱们方案将外延片的规模扩展至包括585nm到660nm的橙色和黄色波段。此外,咱们也开端授权专有的工艺技能,或与其它公司树立伙伴关系。

   InGaPN LED相关于AlGaInP LED的优势主要有三:更低的制作本钱,更好的色温安稳性和大电流下更高的亮度。

   更低的制作本钱来历于更简化的制作工艺,它运用的出产设备与传统红光LED的共同。传统的AlInGaP基发光管是在GaAs衬底上成长的,为了进步输出功率,外延片通常是放到一个通明的GaP衬底或许镜面的支撑体上。咱们的工艺稀磁氮化物能够直接地成长在GaP衬底上,这就削减了传统制作所需的“外延层去除和压焊”两大工艺进程;然后下降了资料本钱。

   在咱们的器材中,GaP衬底和InGaPN资料之间存在小小的晶格失配,这意味着外延片是赝势应变的,可是它答应在LED中整合满足的量子阱以完结大功率的输出。这样发生的结构其质量和在GaAs衬底上成长的AlInGaP资料的相似,但缺陷是市面上不供给选用笔直梯度冷凝法(VGF)制备的GaP衬底。VGF是一种能够成长十分低位错密度梨晶的制作工艺。

   咱们现在用的衬底是用液封直拉(LEC)工艺成长的,它适用于LED的量产,所得器材在亮度和可靠性方面具有商业竞赛力。一起咱们也在和PVA TePla合作开发新的技能,运用VGF办法制备GaP梨晶。咱们期望这个冒险能够取得成功,由于VGF办法被业界熟知,并早已用来成长其它原料的衬底了。虽然不能猜测转用VGF资料之后能有多大赢利,但咱们估计它能够进步InGaPN基LED的寿数和功率输出。咱们现已开端对初期丈量在这个渠道上制取的LED,并期望在很短的时刻内能取得开端的成果。

  
InGaNP的本征特点保证了器材的峰值波长随温度的漂移将小于AlInGaP器材的。关于那些需求安稳光源的运用如五颜六色显现器,发光器材更具吸引力。在UCSB实验室,咱们发现了用MBE法制成的赤色发光管其颜色安稳性得到了进步,但这对MOCVD法制成的LED也相同有用。经过外部加热法将LED从25℃升温至125℃,并记载不同温度下的峰值发光波长。测验成果如图1所示,LED的峰值发射波长在整个温度规模只是改变了3nm,相关于一家抢先的红光LED制作商所出产的AlInGaP芯片,3nm偏移量仅是后者的五分之一。

   InGaPN LED的第三个优势是在高温下发光更亮,它源于一种优异的能带结构,能进步有源区的载流子约束效应。带有GaP势垒的InGaPN LED发生的能带带偏移量较大,通常是AlGaInP量子阱与AlGaInP势垒能带偏移量的2-3倍。

   在25℃到125℃规模内,经过比较Quanlight LED和传统红光LED的输出功率,成果验证了前者在更高温度下功能更强(图2)。

   Quanlight器材在125℃时的发射功率是它在25℃时的48%,可是参阅的LED只是是其初始值的25%。当咱们完结器材工艺的研制作业之时,期望咱们的资料能制备出和室温下AlInGaP芯片相同亮堂的器材,并比150℃时AlInGaP芯片的亮度高2倍左右。在高温下InGaNP LED的功能得到进步,这个特性对赤色和黄色交通灯更具吸引力。它们在美国的最小熔化标准是25℃和74℃。省工商局公布八大维权案例 产品质量为主要问题

有源区中增强的载流子约束效应相同有益于电流处理,在研制阶段的测验器材现已发生了高达9A/mm2的电流密度(图3)。这些测验是在外延片上进行的,而不是对每个划开的芯片进行的。因而能够合理地猜测新生成的产品的有用参数会低一些。虽然如此,咱们还能猜测InGaPN LED的饱满电流密度是根据AlInGaP同类产品的2-3倍。

  
从传统的红光芯片转向InGaPN器材优点有三:更高的电流处理才能,对LED封装和运用工程师有协助;在更大的驱动电流下运用更小的器材,并能宣布相同亮度的光;或许在大功率阵列中可选用更少的大尺度LED。这些方法都能够削减LED尺度并下降整体的本钱,无论是选用更少数LED仍是相同个数的LED,总的本钱会由于LED尺度小而愈加廉价。

   现在咱们正测验这款赤色发光管的可靠性,将对研制中的器材进行5000小时的测验;咱们也方案比较LEC和VGF法成长的衬底所制成LED的功能。

   预备发动

   咱们现已将器材的成长搬运到了MOCVD渠道上,并选用了最优化的外延层规划。从咱们的器材中观测到了光输出的进步。与稀磁氮化物的本征特点有关,咱们无需危害发光器的颜色和热安稳性就能取得上述优势。

  
虽然咱们范畴的许多人可能以为稀磁氮化物是一种难明的资料,没有在电信部分发挥它应有的效果。咱们有理由以为这款器材将会是一个商业上的成功。稀磁氮化物通讯激光器的外延层需求高浓度的铟含量,增加了资料的应力并下降了器材的寿数和可靠性。可是赤色、橙色和黄色InGaPN LED的含铟量很少,它就不会呈现这个问题。

  

   咱们在制备稀磁氮化物中取得了丰厚的经历,相关于其他可能正预备开发根据此资料的产品的公司,这为咱们赢得了很强的竞赛力。虽然外延片是在Bandwidth Semiconductor成长的,但咱们仍是将工艺常识和常识产权把握在自己的手中,技能团队在现场参加一切的开发成长进程。这个团队带动了这种资料的研制。

   当咱们发动更多组合产品如掩盖585nm到660nm的大功率赤色、褐色和黄色外延片LED时,咱们现已进入了一个方针5亿美元的快速增长的高亮度商场。咱们产品的功能优势将合适需求大功率和安稳颜色输出的运用。发光芯片的温度诱发的波长漂移削减,让LCD TV背光单元、投影机的光引擎、野外显现和其它红绿蓝混色运用从中获益,也即显现设备的操控机制得到简化。一起,此款高强度输出的新式红光LED也合适用在运送、危险地、剧院和修建物等方面的照明。

   比方交通灯和轿车刹车灯的运用都运用AlInGaP LED来下降动力和本钱,关于这种类型的大功率运用,InGaPN LED使工程师规划更多更低本钱的灯具,原因在前面提到了:在更高的电流下运用更小尺度的芯片,或许在阵列中运用更少的大尺度LED。由于Quanlight LED在高温下能有用地作业,需求运用一个更紧凑结构或能加强散热的外壳。

   在短少严厉输出标准的低功率运用范畴,比方圣诞树照明,这对InGaPN LED而言是仅有不略胜一筹的当地,现在Quanlight没有积极进取这个低功率运用商场,由于贱价的低功率AlInGaP芯片现已遍及供给了。

   作者简介
Vladimir Odnoblyudov是Quanlight的CTO,他是加州大学圣地亚哥分校的博士,专心于InGaPN LED的研讨,他还在圣彼得堡Ioffe物理技能研讨院研制1.3祄稀磁氮化物激光器,为期五年。
Neil Senturia是Quanlight的CEO,他是技能身世,具有25年创建和办理草创公司的经历。
 

  

   稀磁氮化物红光LED

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