首爾Viosys和美加州大學分校探索縮小Micro LED直徑的影響

　　首爾Viosys和美國加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)一直在探索縮小綠色和藍色InGaN Micro LED直徑的影響。由于尺寸縮小是由于器件表面的非輻射復合導致，LED中的外部量子效率(EQE)通常會降低。

　　首爾Viosys/UCSB團隊發(fā)現(xiàn)藍色LED具有明顯的這種效果，但是綠色LED受到的影響較小。實際上，在LED直徑小于10μm的情況下，綠色LED比藍色LED的效率更高。

　　研究人員還建議，與標準的商用鋁鎵銦磷化物(AlGaInP)產(chǎn)品相比，紅色InGaN LED可能具有類似的直徑交叉效應(yīng)。紅色InGaN LED會遭受更高的載流子定位效應(yīng)，從而進一步降低表面復合速度(SRV)。

　　該團隊報告說：“紅色AlGaInP的SRV甚至高于藍色InGaN的SRV，而紅色InGaN的SRV低于綠色InGaN的SRV。因此，很可能在紅色的AlGaInP和紅色的InGaN Micro LED之間存在類似的EQE交叉，其中InGaN器件將以較小的尺寸勝出?！?/p>

　　研究人員希望，諸如提高亮度和可靠性、降低功耗、延長使用壽命和縮小InGaN Micro LED等因素，將促使其應(yīng)用于4K電視、智能手機和增強現(xiàn)實(AR)眼鏡等領(lǐng)域。

　　研究人員開發(fā)了一種聯(lián)合干法蝕刻工藝，從而無需精確的單獨步驟(下圖)。介電孔是通過自對準濕式底切蝕刻形成的。該過程始于在LED外延晶片上毯式沉積30nm的銦錫氧化物(ITO)透明導體、300nm的二氧化硅(SiO 2)和200nm的氮化硅(SiN)。

　　LED制造流程：(a)毯式ITO / SiO2 / SiN沉積;(b)干臺面蝕刻;(c)選擇性的SiO2底切; (d)鈍化濺射沉積;(e)SiO2剝離;(f)干法蝕刻鈍化和形成接觸/探針墊

　　使用干蝕刻，同時使用緩沖的氫氟酸(HF)溶液選擇性地底切SiO 2。通過濺射250nm氧化鋁(Al 2 O 3)提供鈍化。剝離工藝使用蒸氣HF 選擇性去除了SiO 2材料。Al 2 O 3的干法蝕刻暴露了n-GaN接觸層。最后，使用電子束蒸發(fā)和剝離技術(shù)施加反射性600/100 / 600nm鋁/鎳/金(Al / Ni / Au)的普通觸點/探針板。

　　制造流程是在用于綠色(532nm波長)和藍色(467nm)LED的C面藍寶石上的商用外延材料上進行的。圓形LED的直徑范圍從1μm到30μm。

　　隨著直徑減小到5μm，藍色LED的EQE下降，但在1-5μm范圍內(nèi)保持大致相同的水平(下圖)。相比之下，綠色LED在整個1-30μm的直徑范圍內(nèi)表現(xiàn)出較小的性能下降。

　　對于(a)藍色和(b)綠色波長，1-30μm器件的EQE與對數(shù)電流密度。顯示了具有最 高測量峰值EQE的設(shè)備的結(jié)果。

　　藍色LED也顯示出向峰值EQE值的電流密度增加的轉(zhuǎn)變。同樣，綠色LED峰值電流密度顯然不受影響。

　　就峰值EQE值而言，兩種器件在10-30μm直徑范圍內(nèi)均具有相當穩(wěn)定的性能，藍色LED性能的主要下降超過1-10μm范圍。實際上，綠色器件在10μm直徑以下顯示出優(yōu)異的峰值EQE。

　　研究人員評論說：“這種交叉現(xiàn)象非常顯著，因為眾所周知，塊狀綠色InGaN材料的內(nèi)部量子效率(IQE)低于藍色。”材料質(zhì)量較低導致 IQE較低，部分原因是維持銦含量需要生長溫度較低，以及InGaN和周圍的GaN層之間的拉力增加。其他因素包括來自化學鍵的不同離子性質(zhì)的內(nèi)建電場，這些離子鍵抑制輻射重組(量子限制的斯塔克效應(yīng))，以及由于InGaN合金成分的不均勻性，載流子局部化導致的俄歇型重組增加。

　　研究人員將載流子定位作為一種可能的解釋，來解釋較小直徑的綠色LED具有更高的峰值EQE。由于載流子被捕獲/定位，它們更不容易到達LED表面，避免了非輻射復合的路徑。