｜文章介绍｜

Competitive mechanism between light extraction efficiency and sidewall passivated effect in the green micro-LEDs with varied thickness of Al2O3 layer

Youcai Deng(邓有财), Denghai Li（李登海）, Yurong Dai, Zongmin Lin, Youqin Lin, Zongyuan Liu, Xinxing Chen, Hao-Chung Kuo, Zhong Chen, Shouqiang Lai(赖寿强) and Tingzhu Wu(吴挺竹)

通讯作者：

■ 赖寿强，厦门大学电子科学与技术学院

■ 吴挺竹，厦门大学电子科学与技术学院

DOI：

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/adb852 

研究背景：

基于氮化镓的绿光微型发光二极管（Micro-LED）因其体积小、功耗低、亮度高以及在全彩显示和可见光通信中的广泛应用而备受重视。然而，随着芯片尺寸的微缩，侧壁缺陷对Micro-LED性能的影响将变得更加显著，非辐射复合占比的增加将严重影响Micro-LED的光输出功率和外量子效率。为了解决这一问题，研究人员提出了多种侧壁处理和缺陷修复技术，其中原子层沉积（ALD）技术因其能够精确控制薄膜厚度、均匀性和保形性而成为小尺寸Micro-LED侧壁钝化的有效手段。然而，随着钝化层厚度的增加，钝化效果与光提取效率之间存在着一定的竞争关系，为此，本研究在绿光Micro-LEDs上沉积了不同厚度的Al2O3钝化层，对比研究了这些器件的性能，并揭示钝化效应与光提取效率之间的竞争机制。

研究内容：

研究采用通过CBATCH Batch ALD（Xiamen Yunmao Technology Ltd., Co.）设备在绿光Micro-LED上制备了不同厚度的（0、30、60 和 90 nm）Al2O3钝化层，并采用IS测试系统、电流源(Keithley 2400, Keith Inc.)对器件进行了系统性分析：（1）其电流-电压特性测试结果表明，ALD侧壁钝化层能够有效降低了器件的漏电流，显著提升了器件的电学性能；（2）通过采用ABC + f(n)模型对制备得到的绿光Micro-LEDs外量子效率进行分析，探究了ALD钝化层对缺陷密度和非辐射复合的影响情况；（3）研究还采用仿真模型探索了不同厚度Al2O3钝化层的透射率变化规律，并阐明了钝化层厚度对绿光Micro-LEDs光提取效率的影响。研究结果表明：随着ALD钝化层厚度的增大，其对绿光Micro-LEDs的钝化效果逐渐增强，但其透射率的非线性变化将同时对器件的光提取效率产生影响，因此二者之间存在一定的竞争关系，需综合考虑钝化效果对内量子效率的影响、在测试的四种器件中，LED-60表现出最高的透射率，并实现了最高的外量子效率，该结果为钝化层厚度的优化提供了重要参考。

此外，研究还在85°C温度、85%湿度条件下对器件进行了老化测试，评估了不同厚度Al2O3钝化层对绿光Micro-LEDs稳定性的影响，结果表明：ALD钝化层能够显著提高器件稳定性、抑制器件性能退化。该结果为提高绿光Micro-LEDs的发光效率和可靠性提供了重要依据。

｜作者介绍｜

●2023年影响因子：2.9  Citescore：7.1

Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。