东京大学使用溅射法实现在玻璃基板上造LED

东京大学使用溅射法实现在玻璃基板上造LED

  东京大学出产技能研究所教授藤冈洋的研究室开发出了运用溅射法在玻璃基板上构成氮化镓(GaN)结晶构成LED的技能。

  该技能使基板及结晶成长的本钱大幅下降,有望促进LED完成低价格化。别的还存在低本钱完成大面积LED的或许性,因而还有望完成大屏幕高精密LED显示器,以及可替代以面发光为特色的有机EL照明的大面积LED照明。
  还试制了RGB发光元件
  藤冈等在约5cm见方的玻璃基板上转印了石墨烯多层膜。然后在石墨烯多层膜上用脉冲溅射法(PSD)构成了AlN、n型GaN、由GaN与InGaN的多层结构构成的量子阱(MQWs),以及p型GaN各层(图1(a))。据称已承认经过光激起及电流注入均可作为LED发光。别的,此次还别离制作出了以赤色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三原色发光的LED。
  制作功率超越MOCVD
  用溅射法来构成包含量子阱等在内的高质量GaN结晶,这在曾经是公认简直不或许的,但仍有许多研究机构及企业在测验开发,不过“成功的只需咱们,这在全球尚属初次”。
  藤冈早在约10年前就已开端致力于该技能的开发。“尽管最初时GaN结晶质量较低,但质量及出产功率逐渐得到了进步。现在,出产功率要比LED制作中常用的MOCVD*要高,并且还可完成被称之为Layer By Layer的、以原子为单位的成膜”。
  *MOCVD=有机金属化学气相堆积法。由于需求运用毒性强的有机金属原料及氨气(NH3)等,因而需求更多的本钱。
  注1)“献身功能来进步制作功率没有任何含义,因而此次的LED是运用与MOCVD相同的数μm/h的成膜速度制作的”。
  此次开发的技能“归于结晶成长条件及过程等经历的领域,溅射设备可运用已有的产品”。现在已运用该技能“试制出了LED以及由GaN构成的高电子迁移率晶体管(HEMT)”。
  可低本钱取得石墨烯
  别的,之所以要在玻璃上铺上石墨烯,是由于这样做可使氧化铝(AlN)及GaN的结晶质量得到大幅进步(图1(b、c))。

  藤冈于2008年开发了在石墨片材上使AlN结晶及GaN结晶成长的技能。石墨烯可所以只需一层原子的石墨片材,近三年来,已可以低本钱制作数层且多结晶的石墨烯大面积片材了。此次运用的石墨烯据称便是市售产品。“石墨烯是二维的,因而即使是多结晶,c轴的朝向也是一致的,晶界状况也很好”。
  在LED的发光功能方面,现在还没有可与已有产品比较的WPE(Wall Plug Efficiency,发光功率)等数据。不过,在对极低温条件下光激起发生的内部量子功率进行检测时,“成果比已有LED低数成。往后的课题是怎么进步内部量子功率”。
  还可在大面积玻璃上制作
  假如发光功能没有大的问题,此次的技能便有或许不坚定已有的LED技能,甚至液晶显示器及有机EL技能(图2)。

  首要,经过将基板改为玻璃,省去了LED的蓝宝石基板。玻璃基板的本钱只需蓝宝石基板的数十分之一。即使与运用比蓝宝石廉价的Si基板的“GaNon-Si”技能比较,也有望完成更低的本钱。并且,经过运用溅射法,结晶成长设备的本钱也比MOCVD法下降。别的,假如可以别离制作RGB发光元件,还可省去荧光体的本钱。不过,只凭仗这些方面的改善,LED的制作本钱还降不到1/2。由于封装的本钱占到全体的6成。
  对此,藤冈以为“LED封装本钱高是由于在小的LED芯片中流过大电流的散热对策上耗费了本钱。而溅射法也遍及用于在数m见方的玻璃上制作液晶显示屏,适于大面积的成膜。这样,在制作大面积LED时,封装本钱就可得到大幅下降”。这时单位面积的制作本钱挨近已有LED的1/10。
  假如可以低本钱制作大面积LED,在完成不必液晶的自发光LED显示屏时,门槛就会大为下降。并且与有机EL比较,还具有可靠性高的优势。
  此次尽管运用的是玻璃基板,但“只需可转印石墨烯,并具有可接受约500℃处理温度的耐热性,基板可运用任何原料”。别的,假如运用超薄可曲折的玻璃基板等,还可制作具有柔性的大面积LED。

中华玻璃网(www.glass.cn)新闻编辑部

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