臺(tái)灣交通大學(xué)郭浩中教授與南方科技大學(xué)劉召軍教授和河北工業(yè)大學(xué)畢文剛及張紫輝教授合作，使用Crosslight計(jì)算平臺(tái)的數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)制備研究，分析不同的量子位障層對(duì)于InGaN μLED外部量子效率的改進(jìn)，所提出的方法有望消除高性能μLED發(fā)展的瓶頸。此外，這項(xiàng)工作中提出的組件物理將增進(jìn)對(duì)于InGaN的μLED的理解，研究成果被刊登在國(guó)際知名期刊《Nanoscale Research Letters》[1]。
 

III族氮化物的發(fā)光二極管(LED)由于具有高亮度、低功耗和使用壽命長(zhǎng)的獨(dú)特性，迄今為止，已引起了廣泛的研究興趣，大尺寸InGaN/GaN藍(lán)光LED已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步并實(shí)現(xiàn)了商品化，并已在固態(tài)照明和大尺寸面板顯示器中得到應(yīng)用。但常規(guī)的InGaN/GaN LED的調(diào)變帶寬很小，因此不適用于可見光通信(VLC)。同時(shí)，較大的芯片尺寸使得智能型手機(jī)的顯示器和可穿戴手表顯示器的像素容量低。因此，在當(dāng)前階段，芯片尺寸小于100 μm的InGaN/GaN微型LED (Micro LED，μLED)引起了廣泛的關(guān)注。
 

盡管具有上述優(yōu)點(diǎn)，但μLED的進(jìn)一步開發(fā)仍需要解決許多問題，例如高精度的巨量轉(zhuǎn)移和與芯片尺寸相關(guān)的效率之提升。芯片尺寸相關(guān)效率的下降是由制造臺(tái)面(mesa)時(shí)的干蝕刻所引起的表面損傷，會(huì)產(chǎn)生大量缺陷，從而引起表面非輻射復(fù)合。對(duì)于不同類型的光電組件，組件的晶體質(zhì)量和電荷傳輸是影響光電性能的基本參數(shù)。對(duì)于μLED，缺陷區(qū)域的表面復(fù)合會(huì)降低μLED的內(nèi)部量子效率(IQE)。在我們先前的研究中[2]，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，隨著芯片尺寸的縮小，電洞會(huì)更容易被缺陷捕獲，并且隨著芯片尺寸的減小，μLED的電洞注入能力可能會(huì)變得更差。因此，減小側(cè)壁缺陷密度對(duì)效率而言非常重要。比較簡(jiǎn)易的方法是使用電漿輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)或原子層沉積(ALD)沉積電介質(zhì)鈍化層，來減少側(cè)壁的缺陷。
 

當(dāng)芯片尺寸變小時(shí)，由于橫向電阻降低，電流擴(kuò)展的效果會(huì)變得更好。因此，我們提出另一種途徑來降低另一方向(縱向)的電阻，以更好地將電流限制在臺(tái)面內(nèi)，并使載子遠(yuǎn)離側(cè)壁缺陷，抑制表面非輻射復(fù)合。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，我們減小量子位障層(quantum barriers)的厚度來控制能障(energy barriers)和縱向電阻。通過數(shù)值模擬計(jì)算，電流可以更好的限制在臺(tái)面內(nèi)，因此降低表面非輻射復(fù)合會(huì)減少電洞的消耗。此外，變薄的量子位障層使多重量子井(MQWs)上的電洞分布均勻化。結(jié)果表明，量子位障層厚度的減少，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 μLEDs I, II and III, respectively. Inset figure of(a) shows the experimentally measured EQE for μLEDs I and III, respectively. Inset figures of (b) and (c) present the measured and numerically calculated EL spectra fr μLEDs I, and III. Data for inset figures (b) and (c) are collected at the injection current density level of 40 A∕cm2.
 

[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.