臺灣交通大學郭浩中教授與南方科技大學劉召軍教授和河北工業大學畢文剛及張紫輝教授合作，使用Crosslight計算平臺的數值模擬結合實驗制備研究，分析不同的量子位障層對于InGaN μLED外部量子效率的改進，所提出的方法有望消除高性能μLED發展的瓶頸。此外，這項工作中提出的組件物理將增進對于InGaN的μLED的理解，研究成果被刊登在國際知名期刊《Nanoscale Research Letters》[1]。
 

III族氮化物的發光二極管(LED)由于具有高亮度、低功耗和使用壽命長的獨特性，迄今為止，已引起了廣泛的研究興趣，大尺寸InGaN/GaN藍光LED已經取得了巨大進步并實現了商品化，并已在固態照明和大尺寸面板顯示器中得到應用。但常規的InGaN/GaN LED的調變帶寬很小，因此不適用于可見光通信(VLC)。同時，較大的芯片尺寸使得智能型手機的顯示器和可穿戴手表顯示器的像素容量低。因此，在當前階段，芯片尺寸小于100 μm的InGaN/GaN微型LED (Micro LED，μLED)引起了廣泛的關注。
 

盡管具有上述優點，但μLED的進一步開發仍需要解決許多問題，例如高精度的巨量轉移和與芯片尺寸相關的效率之提升。芯片尺寸相關效率的下降是由制造臺面(mesa)時的干蝕刻所引起的表面損傷，會產生大量缺陷，從而引起表面非輻射復合。對于不同類型的光電組件，組件的晶體質量和電荷傳輸是影響光電性能的基本參數。對于μLED，缺陷區域的表面復合會降低μLED的內部量子效率(IQE)。在我們先前的研究中[2]，進一步發現，隨著芯片尺寸的縮小，電洞會更容易被缺陷捕獲，并且隨著芯片尺寸的減小，μLED的電洞注入能力可能會變得更差。因此，減小側壁缺陷密度對效率而言非常重要。比較簡易的方法是使用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)或原子層沉積(ALD)沉積電介質鈍化層，來減少側壁的缺陷。
 

當芯片尺寸變小時，由于橫向電阻降低，電流擴展的效果會變得更好。因此，我們提出另一種途徑來降低另一方向(縱向)的電阻，以更好地將電流限制在臺面內，并使載子遠離側壁缺陷，抑制表面非輻射復合。為了實現該目標，我們減小量子位障層(quantum barriers)的厚度來控制能障(energy barriers)和縱向電阻。通過數值模擬計算，電流可以更好的限制在臺面內，因此降低表面非輻射復合會減少電洞的消耗。此外，變薄的量子位障層使多重量子井(MQWs)上的電洞分布均勻化。結果表明，量子位障層厚度的減少，使μLED的外部量子效率(EQE)得到改善。
 

Fig. 1 Calculated EQE and Optical power density in terms of the injection current density for μLEDs I, II and III, respectively. Inset figure of(a) shows the experimentally measured EQE for μLEDs I and III, respectively. Inset figures of (b) and (c) present the measured and numerically calculated EL spectra fr μLEDs I, and III. Data for inset figures (b) and (c) are collected at the injection current density level of 40 A∕cm2.
 

[1] Le Chang, Yen-Wei Yeh, Sheng Hang, Kangkai Tian, Jianquan Kou, Wengang Bi, Yonghui Zhang, Zi-Hui Zhang , Zhaojun Liu and Hao-Chung Kuo (2020) Alternative Strategy to Reduce Surface Recombination for InGaN/GaN Micro-light- Emitting Diodes-Thinning the Quantum Barriers to Manage the Current Spreading. Nanoscale Research Letters.

[2] J. Kou, C.-C. Shen, H. Shao, J. Che, X. Hou, C. Chu, K. Tian Y. Zhang, Z.-H. Zhang and H. -C Kuo (2019) Impact of the surface recombination on InGaN/ GaN-based blue micro-light emitting diodes. Opt Express 27(12):0-0.