Micro LED以其優(yōu)越的性能被應(yīng)用于微型顯示器、可見光通信、光學(xué)生物芯片、可穿戴設(shè)備和生物傳感器等諸多領(lǐng)域。目前，Micro LED顯示的技術(shù)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(dǎo)致側(cè)壁的表面復(fù)合增多，非輻射復(fù)合速率變大，從而導(dǎo)致光電效率下降。器件制備過程中的ICP刻蝕，加重了側(cè)壁缺陷。
另外，對于磷化Micro LED，在較高的驅(qū)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(jié)構(gòu)的P側(cè)，導(dǎo)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(jī)所應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室梁靜秋研究團(tuán)隊(duì)使用晶圓鍵合和襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)，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(yīng)。通過采用低損傷刻蝕技術(shù)減小LED芯片側(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(diǎn)研發(fā)計劃、吉林省科技發(fā)展計劃及應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主基金等項(xiàng)目的支持。
圖1 硅襯底上垂直結(jié)構(gòu)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(guān)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(jī)
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