｜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、電流源(Keithley 2400, Keith Inc.)對器件進行了系統性分析：（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表現出最高的透射率，并實現了最高的外量子效率，該結果為鈍化層厚度的優化提供了重要參考。

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穩定性的影響，結果表明：ALD鈍化層能夠顯著提高器件穩定性、抑制器件性能退化。該結果為提高綠光Micro-LEDs的發光效率和可靠性提供了重要依據。

｜作者介紹｜

●2023年影響因子：2.9  Citescore：7.1

Nanotechnology（NANO）創刊于1990年，是第一本納米科研和技術領域的專業期刊。NANO發表納米技術研究發展前沿的高水平研究論文及納米研究進展的綜述，主要集中在納米能源、生物和醫學、電子和光子、圖案和納米加工、傳感和驅動、材料合成和材料性能等領域。