往这个方向发展的一个步骤是开发单片集成的全彩LED阵列,其中的每个LED可以经驱动输出包括全白混合颜色的任何颜色。在LED设计领域这种小小的改进已经被Ostendo公司的研究人员实现,并成为AIP Advances期刊最近发表的题为“带中间载流子阻挡层的基于氮化镓的单片全彩LED的成长(Growth of monolithic full-color GaN-based LED with intermediate carrier blocking layers)”论文的主题。

在这篇论文中,第一作者、也是Ostendo科技公司的创始人兼首席执行官Hussein S. El-Ghoroury博士,分享了通过通用金属有机化学沉积(MOCVD)工艺实现的基于InGaN的三色创新型LED设计。 20170310led-die-1 图1:基于InGaN的单片三色多层LED结构的简化横截面示意图。

Hussein团队利用特殊设计的中间载流子阻挡层(ICBL)来控制彼此堆叠的多个量子阱(QW)的有源区内的载流子注入分布,从而有效地将多数载流子导入设计好的量子阱内,以便它们重新组合并根据在整个器件内贯通运行的电流密度产生QW的特定波长光。

他们设计的这种基于InGaN的单片LED能够从一个选定电流密度的器件发出三原色的光——从650nm开始,然后随着注入电流的增加减小到460nm或更低。

这些单片LED的外延结构生长在c平面(0001)蓝宝石基板上,同时在多量子阱(MQW)有源区采用了各种基于AlGaN的合金层来控制载流子的分布并提高材料质量。蓝色和绿色阱之间的ICBL由夹在两个5nm GaN层之间的10nm Al0.07Ga0.93N组成。绿色和红色阱之间的ICBL由夹在两个5nm GaN层之间的10nm Al0.20Ga0.80N组成。

在改变注入电流时,发射出的光线分别在15mA、200mA和400mA时从红色(650nm)改变到绿色(530nm)再到蓝色(460nm)。

20170310led-die-2 图2:(a)-(f),在不同注入电流下发射的全色图像。

20170310led-die-3 图3:来自三色LED晶圆的三种光致发光(红色、绿色和蓝色)。

研究人员在他们的论文中写道,在小电流(约5mA)时,器件首先发射红光,然后随着电流的增加颜色逐渐变为琥珀色、黄色、绿色和蓝色,通过使用不同的电流脉冲密度和宽度组合可以合成所有的颜色。Ostendo科技公司现在正忙于利用相邻不同像素间的关联色温改进这种颜色混合技术,以便获得包括白光在内的其它颜色。