首爾Viosys和美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）一直在探索縮小綠色和藍(lán)色I(xiàn)nGaN Micro LED直徑的影響。由于尺寸縮小是由于器件表面的非輻射復(fù)合導(dǎo)致，LED中的外部量子效率（EQE）通常會(huì)降低。
首爾Viosys/UCSB團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)藍(lán)色LED具有明顯的這種效果，但是綠色LED受到的影響較小。實(shí)際上，在LED直徑小于10μm的情況下，綠色LED比藍(lán)色LED的效率更高。
研究人員還建議，與標(biāo)準(zhǔn)的商用鋁鎵銦磷化物（AlGaInP）產(chǎn)品相比，紅色I(xiàn)nGaN LED可能具有類(lèi)似的直徑交叉效應(yīng)。紅色I(xiàn)nGaN LED會(huì)遭受更高的載流子定位效應(yīng)，從而進(jìn)一步降低表面復(fù)合速度（SRV）。
該團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)：“紅色AlGaInP的SRV甚至高于藍(lán)色I(xiàn)nGaN的SRV，而紅色I(xiàn)nGaN的SRV低于綠色I(xiàn)nGaN的SRV。因此，很可能在紅色的AlGaInP和紅色的InGaN Micro LED之間存在類(lèi)似的EQE交叉，其中InGaN器件將以較小的尺寸勝出。”
研究人員希望，諸如提高亮度和可靠性、降低功耗、延長(zhǎng)使用壽命和縮小InGaN Micro LED等因素，將促使其應(yīng)用于4K電視、智能手機(jī)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)眼鏡等領(lǐng)域。
研究人員開(kāi)發(fā)了一種聯(lián)合干法蝕刻工藝，從而無(wú)需精確的單獨(dú)步驟（下圖）。介電孔是通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)濕式底切蝕刻形成的。該過(guò)程始于在LED外延晶片上毯式沉積30nm的銦錫氧化物（ITO）透明導(dǎo)體、300nm的二氧化硅（SiO 2）和200nm的氮化硅（SiN）。
LED制造流程：（a）毯式ITO / SiO2 / SiN沉積；（b）干臺(tái)面蝕刻；（c）選擇性的SiO2底切; （d）鈍化濺射沉積；（e）SiO2剝離；（f）干法蝕刻鈍化和形成接觸/探針墊
使用干蝕刻，同時(shí)使用緩沖的氫氟酸（HF）溶液選擇性地底切SiO 2。通過(guò)濺射250nm氧化鋁（Al 2 O 3）提供鈍化。剝離工藝使用蒸氣HF 選擇性去除了SiO 2材料。Al 2 O 3的干法蝕刻暴露了n-GaN接觸層。最后，使用電子束蒸發(fā)和剝離技術(shù)施加反射性600/100 / 600nm鋁/鎳/金（Al / Ni / Au）的普通觸點(diǎn)/探針板。
制造流程是在用于綠色（532nm波長(zhǎng)）和藍(lán)色（467nm）LED的C面藍(lán)寶石上的商用外延材料上進(jìn)行的。圓形LED的直徑范圍從1μm到30μm。
隨著直徑減小到5μm，藍(lán)色LED的EQE下降，但在1-5μm范圍內(nèi)保持大致相同的水平（下圖）。相比之下，綠色LED在整個(gè)1-30μm的直徑范圍內(nèi)表現(xiàn)出較小的性能下降。
對(duì)于（a）藍(lán)色和（b）綠色波長(zhǎng)，1-30μm器件的EQE與對(duì)數(shù)電流密度。顯示了具有最高測(cè)量峰值EQE的設(shè)備的結(jié)果。
藍(lán)色LED也顯示出向峰值EQE值的電流密度增加的轉(zhuǎn)變。同樣，綠色LED峰值電流密度顯然不受影響。
就峰值EQE值而言，兩種器件在10-30μm直徑范圍內(nèi)均具有相當(dāng)穩(wěn)定的性能，藍(lán)色LED性能的主要下降超過(guò)1-10μm范圍。實(shí)際上，綠色器件在10μm直徑以下顯示出優(yōu)異的峰值EQE。
研究人員評(píng)論說(shuō)：“這種交叉現(xiàn)象非常顯著，因?yàn)楸娝苤瑝K狀綠色I(xiàn)nGaN材料的內(nèi)部量子效率（IQE）低于藍(lán)色。”材料質(zhì)量較低導(dǎo)致 IQE較低，部分原因是維持銦含量需要生長(zhǎng)溫度較低，以及InGaN和周?chē)腉aN層之間的拉力增加。其他因素包括來(lái)自化學(xué)鍵的不同離子性質(zhì)的內(nèi)建電場(chǎng)，這些離子鍵抑制輻射重組（量子限制的斯塔克效應(yīng)），以及由于InGaN合金成分的不均勻性，載流子局部化導(dǎo)致的俄歇型重組增加。
研究人員將載流子定位作為一種可能的解釋?zhuān)瑏?lái)解釋較小直徑的綠色LED具有更高的峰值EQE。由于載流子被捕獲/定位，它們更不容易到達(dá)LED表面，避免了非輻射復(fù)合的路徑。
