在光電新創企業Ostendo Technologies的產品開發藍圖中有一款可攜式的光場顯示器,能夠利用由標準半導體製程設備製造的微型晶片投射出完整的三維(3D)全像圖。

當然,為了提供合適的解析度,這種投影機晶片的各個立體畫素和微光學元件必須顯著縮小尺寸,才能讓整個晶片很容易地安裝到目前纖薄的智慧型手機中。

因此,在朝此方向發展的一個步驟是開發單晶整合的全彩LED陣列,其中的每個LED都能經由驅動輸出包括全白混合色彩組合的任何顏色。Ostendo Technologies的研究人員日前就為LED設計領域帶來了這個小小的改善,而其研究結果也發表在《AIP Advances》期刊的「帶中介載子阻障層的GaN單晶全彩LED生長」(Growth of monolithic full-color GaN-based LED with intermediate carrier blocking layers)一文中。

這篇文章的第一作者——Ostendo Technologies創辦人兼執行長Hussein S. El-Ghoroury分享了透過通用金屬有機化學沉積(MOCVD)製程實現基於氮化鎵(GaN)的創新三色LED設計。

20170220 colourled NT01P1 圖1:基於InGaN的單晶三色多層LED結構示意圖

Hussein的研究團隊利用特殊設計的中介載子阻擋層(ICBL),控制多個量子阱(QW)彼此堆疊的主動區內載子注入分佈,從而有效地將多數載子導入經設計的量子阱內,使其得以重新組合,並根據整個元件的電流密度產生QW的特定波長光源。

研究人員設計的這種InGaN單晶LED能夠從具有某種選定電流密度的元件中發出三原色的光——從650nm開始,然後隨著注入電流的增加,逐漸減少到460nm或更低。

這些單晶LED的外延結構生長在c平面(0001)藍寶石基板上,同時在多量子阱(MQW)主動區整合各種基於AlGaN的合金層,控制載子的分佈以及提高材料品質。藍色和綠色阱之間的ICBL是由兩個5nm GaN夾層間的10nm Al0.07Ga0.93N組成。綠色和紅色阱之間的ICBL則由兩個5nm GaN夾層間的10nm Al0.20Ga0.80N組成。

在改變注入電流時,發射出的光線分別在15mA、200mA和400mA時從紅色(650nm)改變為綠色(530nm),再逐漸變成藍色(460nm)。

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圖2:(a)-(f),在不同注入電流下發射的全彩影像

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圖3:從三色LED晶圓發出的三種光致發光(紅色、綠色和藍色)

在低電流(約5mA)時,這種元件首先會發射紅光,然後隨著電流的增加逐漸變為琥珀色、黃色、綠色和藍色。研究人員在其論文中表示,透過使用不同的電流脈衝密度和寬度組合,就能夠組合出所有的顏色。Ostendo Technologies如今正忙著於利用相鄰不同畫素之間的相關色溫而改善這種顏色混合技術,以便取得包括白光等其它各種顏色。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Researchers make single LED dice electrically tunable from red to blue,by Julien Happich)