Micro LED以其優(yōu)越的性能被應用于微型顯示器、可見光通信、光學生物芯片、可穿戴設備和生物傳感器等諸多領域。目前，Micro LED顯示的技術挑戰(zhàn)是如何獲得高分辨率和高像素密度。由于像素尺寸縮小，芯片的周長面積比增大，導致側壁的表面復合增多，非輻射復合速率變大，從而導致光電效率下降。器件制備過程中的ICP刻蝕，加重了側壁缺陷。
另外，對于磷化Micro LED，在較高的驅動電流下，熱刺激LED的多量子阱有源區(qū)和電子阻擋層中的注入電子泄漏到LED結構的P側，導致效率下降，即efficiency droop現(xiàn)象。因此，LED的散熱性能對于磷化LED格外重要。
針對以上問題，中科院長春光機所應用光學國家重點實驗室梁靜秋研究團隊使用晶圓鍵合和襯底轉移技術，通過制備五種像素尺寸（最小尺寸為10μm）的硅襯底AlGaInP紅光Micro LED來研究其尺寸效應。通過采用低損傷刻蝕技術減小LED芯片側壁缺陷；通過采用散熱性能更好的硅襯底代替GaAs襯底，即改善了LED芯片的散熱性，又避免GaAs襯底對紅光的吸收。
實驗結果表明，隨著尺寸的減小，Micro LED芯片的外量子效率有所下降，但可承受的最大電流密度增加，高注入電流下散熱性改善，且中心波長隨注入電流的偏移減小。
以上研究工作以“Size effects of AlGaInP red vertical Micro LEDs on silicon substrate”為題發(fā)表在《Results in Physics》期刊上（DOI: 10.1016/j.rinp.2022.105449）。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、吉林省科技發(fā)展計劃及應用光學國家重點實驗室自主基金等項目的支持。
圖1 硅襯底上垂直結構紅光Micro LED的制備工藝流程
圖2 (a)不同芯片尺寸下的電流-電壓特性；(b)不同芯片尺寸的電流密度-電壓特性；
(c)電壓和電流密度與芯片尺寸的關系；(d)不同芯片尺寸下理想系數(shù)對電流密度的影響
圖3 (a)不同尺寸Micro LED的電致發(fā)光圖像；(b)不同芯片尺寸的光輸出功率特性
來源：中科院長春光機
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