利用側(cè)壁高阻結(jié)構(gòu)調(diào)控Micro-LED中電流的橫向擴展

現(xiàn)如今，智能手機、平板、電腦等高分辨率顯示產(chǎn)品的快速發(fā)展，促使整個行業(yè)對高性能顯示器的需求不斷增加。?在過去的幾十年里，主流的顯示系統(tǒng)都是基于液晶顯示（LCD）和有機發(fā)光二極管（OLED）這兩種技術(shù)，這兩種顯示技術(shù)幾乎占據(jù)了整個智能顯示領(lǐng)域。然而，現(xiàn)階段對于LCD和OLED這兩種顯示技術(shù)仍存在一些不完善的地方，比如，LCD存在顏色轉(zhuǎn)換效率差、色彩飽和度和對比度低等問題；OLED的亮度以及壽命也有待進一步提升。基于Micro-LED的顯示技術(shù)在亮度、壽命、分辨率和效率等方面具備優(yōu)異性，因此Micro-LED的相關(guān)產(chǎn)品逐漸走進人們的視野。

在此之前，我司技術(shù)團隊揭示出隨著LED的尺寸逐漸減小，臺面刻蝕造成的側(cè)壁缺陷會引起嚴重的Shockley-Read-Hall（SRH）非輻射復(fù)合，進而影響GaN基Micro-LED器件的性能（https://doi.org/10.1364/OE.27.00A643）。為此，我司技術(shù)團隊選擇性地去除GaN基Micro-LED器件外圍的p+-GaN層，利用器件臺面邊緣形成的高阻ITO/p-GaN結(jié)來有效地限制載流子在器件中心位置的輸運。如圖1所示，本團隊設(shè)計并研究了三種器件尺寸分別為30 × 30 μm2、60 × 60 μm2和100 × 100 μm2的GaN基Micro-LED器件。

圖1.（a）參考器件和（b）具有ITO/p-GaN結(jié)的新器件結(jié)構(gòu)示意圖；（Ⅰ）、（Ⅱ）和（Ⅲ）為不同尺寸的LED器件在8 V的外加偏壓下的電致發(fā)光圖

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表1. Device A1、A2、B1、B2、C1和C2的器件尺寸和結(jié)構(gòu)

我司技術(shù)團隊通過建立理論計算模型分析了器件內(nèi)部存在的物理機理，并通過實驗制備進一步驗證理論模型設(shè)計的合理性及可靠性。研究分析發(fā)現(xiàn)，對于尺寸較小的Micro-LED而言，即器件A2和器件B2，這種高阻式ITO/p-GaN結(jié)不僅可以有效地抑制空穴輸運到器件的側(cè)壁缺陷區(qū)域，并且這種橫向注入電流的限制作用可以將空穴聚集在p型區(qū)的中間區(qū)域，從而很大程度地促進空穴的注入；而且也可以有效地抑制側(cè)壁缺陷引起的非輻射復(fù)合和由側(cè)壁缺陷引起的漏電流。因此，如圖2（a）-（d）所示，具備側(cè)壁高阻ITO/p-GaN結(jié)的Micro-LED器件A2和器件B2通過表征測試和理論計算得到的外量子效率（EQE）和光輸出功率與參考器件A1和B1相比都有所提高。然而，如圖2（e）和（f）所示，由于側(cè)壁高阻ITO/p-GaN結(jié)的存在，大尺寸的器件C2中會產(chǎn)生額外的結(jié)溫從而導(dǎo)致器件的工作溫度增加，最終使得器件C2的輸出特性比參考器件C1的低。因此，側(cè)壁高阻ITO/p-GaN結(jié)的設(shè)計方案更適用于散熱性能良好的Micro-LED。

圖2.?不同器件實驗測試和仿真計算的EQE和光功率

該成果最近被應(yīng)用物理及光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威SCI期刊Optics Express收錄，文章鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.442093.

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