載流子輸運與復(fù)合模型數(shù)據(jù)庫在臺面二次刻蝕的Micro-LED中的應(yīng)用

Micro-LED顯示技術(shù)憑借高分辨、快響應(yīng)、長壽命、低能耗等優(yōu)勢已應(yīng)用在智能手機、平板、電腦等高分辨率全彩顯示產(chǎn)品中，預(yù)計到2026年或?qū)⒛軒?.96億美金的芯片產(chǎn)值。因此，提高單個Micro-LED芯片的發(fā)光效率成為目前急需解決的問題之一。天津賽米卡爾科技有限公司技術(shù)團隊基于TCAD仿真平臺開發(fā)了載流子輸運與復(fù)合模型數(shù)據(jù)庫，并將其應(yīng)用于具有二次刻蝕臺面的GaN基Micro-LED器件的性能研究中。如圖1所示，兩種芯片的尺寸均為40×40 μm2，器件A為傳統(tǒng)Micro-LED結(jié)構(gòu)，器件B為具有二次刻蝕臺面的Micro-LED結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：利用空穴加速效應(yīng)可以有效地提高具有二次刻蝕臺面的Micro-LED的器件光電性能。

圖1（a）器件A和（b）器件B的結(jié)構(gòu)示意圖；（c）Micro-LED器件的掃描電鏡圖像；（d）器件A和（e）器件B的p型區(qū)域的橫截面透射電鏡圖像

為了揭示具有二次刻蝕臺面的Micro-LED結(jié)構(gòu)中載流子的輸運與復(fù)合機制以及對器件的發(fā)光效率影響的物理機制，技術(shù)團隊利用載流子輸運與復(fù)合模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)地研究了器件結(jié)構(gòu)內(nèi)部電場對載流子輸運的影響以及載流子的分布與復(fù)合情況。如圖2所示，通過仿真計算可以發(fā)現(xiàn)，GaN/AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處形成的極化電場可以增加空穴動能，提高空穴注入到量子阱區(qū)域發(fā)生的輻射復(fù)合。同時，通過橫向空穴分布看出二次刻蝕臺面可以抑制空穴輸運到器件的側(cè)壁缺陷區(qū)域并減少側(cè)壁缺陷引起的非輻射復(fù)合，同時也可以更大程度地改善空穴的注入效率。

圖2（a）器件A和器件B的電場分布圖；（b）量子阱區(qū)域空穴濃度分布；（c）靠近p型區(qū)的量子阱中橫向空穴濃度分布

另外，我司技術(shù)團隊也對上述器件結(jié)構(gòu)進行了對比實驗制備，并將測試結(jié)果與仿真結(jié)果進行了比較：如圖3所示，利用極化效應(yīng)和二次刻蝕臺面的載流子限制作用可以有效地提高器件B的外量子效率（EQE）和光功率密度。

圖3（a）器件A和（b）器件B在不同注入電流密度下的外量子效率和光功率密度

該成果已被物理類SCI期刊Chinese Physics B (vol. 32, no. 1, 018509, 2023)收錄，

審核編輯黃宇