｜文章介紹｜
Competitive mechanism between light extraction efficiency and sidewall passivated effect in the green micro-LEDs with varied thickness of Al2O3 layer
Youcai Deng(鄧有財), Denghai Li（李登海）, Yurong Dai, Zongmin Lin, Youqin Lin, Zongyuan Liu, Xinxing Chen, Hao-Chung Kuo, Zhong Chen, Shouqiang Lai(賴壽強) and Tingzhu Wu(吳挺竹)
通訊作者：
■ 賴壽強，廈門大學電子科學與技術學院
■ 吳挺竹，廈門大學電子科學與技術學院
DOI：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/adb852
研究背景：
基于氮化鎵的綠光微型發(fā)光二極管（Micro-LED）因其體積小、功耗低、亮度高以及在全彩顯示和可見光通信中的廣泛應用而備受重視。然而，隨著芯片尺寸的微縮，側壁缺陷對Micro-LED性能的影響將變得更加顯著，非輻射復合占比的增加將嚴重影響Micro-LED的光輸出功率和外量子效率。為了解決這一問題，研究人員提出了多種側壁處理和缺陷修復技術，其中原子層沉積（ALD）技術因其能夠精確控制薄膜厚度、均勻性和保形性而成為小尺寸Micro-LED側壁鈍化的有效手段。然而，隨著鈍化層厚度的增加，鈍化效果與光提取效率之間存在著一定的競爭關系，為此，本研究在綠光Micro-LEDs上沉積了不同厚度的Al2O3鈍化層，對比研究了這些器件的性能，并揭示鈍化效應與光提取效率之間的競爭機制。
研究內容：
研究采用通過CBATCH Batch ALD（Xiamen Yunmao Technology Ltd., Co.）設備在綠光Micro-LED上制備了不同厚度的（0、30、60 和 90 nm）Al2O3鈍化層，并采用IS測試系統(tǒng)、電流源(Keithley 2400, Keith Inc.)對器件進行了系統(tǒng)性分析：（1）其電流-電壓特性測試結果表明，ALD側壁鈍化層能夠有效降低了器件的漏電流，顯著提升了器件的電學性能；（2）通過采用ABC + f(n)模型對制備得到的綠光Micro-LEDs外量子效率進行分析，探究了ALD鈍化層對缺陷密度和非輻射復合的影響情況；（3）研究還采用仿真模型探索了不同厚度Al2O3鈍化層的透射率變化規(guī)律，并闡明了鈍化層厚度對綠光Micro-LEDs光提取效率的影響。研究結果表明：隨著ALD鈍化層厚度的增大，其對綠光Micro-LEDs的鈍化效果逐漸增強，但其透射率的非線性變化將同時對器件的光提取效率產生影響，因此二者之間存在一定的競爭關系，需綜合考慮鈍化效果對內量子效率的影響、在測試的四種器件中，LED-60表現(xiàn)出最高的透射率，并實現(xiàn)了最高的外量子效率，該結果為鈍化層厚度的優(yōu)化提供了重要參考。
此外，研究還在85°C溫度、85%濕度條件下對器件進行了老化測試，評估了不同厚度Al2O3鈍化層對綠光Micro-LEDs穩(wěn)定性的影響，結果表明：ALD鈍化層能夠顯著提高器件穩(wěn)定性、抑制器件性能退化。該結果為提高綠光Micro-LEDs的發(fā)光效率和可靠性提供了重要依據(jù)。
｜作者介紹｜
吳挺竹 教授
廈門大學
● 吳挺竹，廈門大學電子科學與技術學院教授、博士生導師，國家高層次青年人才計劃入選者，福建省杰出青年科學基金獲得者，福建省高層次人才，廈門市高層次留學人員，廈門市高層次人才，廈門大學2023年“我最喜愛的十位老師”之一，全球前2%頂尖科學家。近5年以第一/通訊作者在Opto-Electronic Advances、Small、Photonics Research、ACS Photonics、Optics Express等國際高水平期刊上發(fā)表學術論文逾50篇，其中2篇論文入選ESI高被引論文。
鄧有財
廈門大學
● 鄧有財，廈門大學在職博士生/泉州三安半導體氮化鎵部部長，碩士畢業(yè)于臺灣元智大學，長期從事mini/micro-LED、激光器等半導體光電器件的研究開發(fā)工作。
期刊介紹
