N型In0.03Ga0.97N/GaN为活动区提供基础,包含了5层2nm厚的In0.4Ga0.6N量子阱,由7.5nm厚的In0.03Ga0.97N阻挡层隔开。其中,15nm厚的电子阻挡层由Al0.1Ga0.9N制成。用高清透射式电子显微镜观察该异质结构,能够发现由于局部应力松弛,活动区及电子阻挡层中有额外的错位。
此前,研究团队采用传统LED芯片制备工艺来生产300μm×300μm至10μm×10μm的LED。而之前制备的器件组合受V形缺陷的限制,即当它们经过整个结构时,就会从阳极到阴极之间产生一个电气通路。为了解决这个问题,用于生产最新一代发射器的制造工艺包括增加一层保形层,通过化学机械抛光实现平面化。
同时,光致发光测量表明,衬底中铟含量的提升可推动Micro LED发射峰从635nm升高至653nm,波长更长,晶格参数就更高。
光提取效率、工作电压、晶体质量是关键影响因素
从终端应用层面来看,Micro LED要在潜力较大的VR/AR显示器等应用中采用,尺寸需要缩小至10微米以下,且据UCSB介绍,外量子效率应至少为2%-5%才能满足Micro LED显示器的需求。
研究团队指出,10μm的Micro LED芯片在8A·cm-2条件下,外量子效率最高仅为0.14%,低于UCSB团队0.2%的研发成果,而这主要是受光提取效率低的影响。
具体而言,法国研究团队制备的Micro LED芯片,光从背面收集,但与P型接触的衬底没有覆盖所有顶层的结构,也没有金属能够阻止光从侧壁流失。同时,由于经过背面的光需穿过超晶格、隐埋氧化物及蓝宝石衬底,这一过程也影响了光提取效率。因此,光提取效率的实际数值难以预估,不过根据模拟显示,光提取效率小于4%。
下一步,研究团队还需努力提升光提取效率、降低工作电压以及提高LED的晶体质量,才能改善Micro LED芯片的性能。尽管提升红光Micro LED芯片效率道阻且长,但相信在研究团队和技术开发商的共同努力下,只要“对症下药”,未来终将取得更进一步的胜利。