载流子输运与复合模型数据库在台面二次刻蚀的Micro-LED中的应用

Micro-LED显示技术凭借高分辨、快响应、长寿命、低能耗等优势已应用在智能手机、平板、电脑等高分辨率全彩显示产品中，预计到2026年或将能带来1.96亿美金的芯片产值。因此，提高单个Micro-LED芯片的发光效率成为目前急需解决的问题之一。天津赛米卡尔科技有限公司技术团队基于TCAD仿真平台开发了载流子输运与复合模型数据库，并将其应用于具有二次刻蚀台面的GaN基Micro-LED器件的性能研究中。如图1所示，两种芯片的尺寸均为40×40 μm2，器件A为传统Micro-LED结构，器件B为具有二次刻蚀台面的Micro-LED结构。研究结果发现：利用空穴加速效应可以有效地提高具有二次刻蚀台面的Micro-LED的器件光电性能。

图1（a）器件A和（b）器件B的结构示意图；（c）Micro-LED器件的扫描电镜图像；（d）器件A和（e）器件B的p型区域的横截面透射电镜图像

为了揭示具有二次刻蚀台面的Micro-LED结构中载流子的输运与复合机制以及对器件的发光效率影响的物理机制，技术团队利用载流子输运与复合模型数据库系统地研究了器件结构内部电场对载流子输运的影响以及载流子的分布与复合情况。如图2所示，通过仿真计算可以发现，GaN/AlGaN/GaN异质结界面处形成的极化电场可以增加空穴动能，提高空穴注入到量子阱区域发生的辐射复合。同时，通过横向空穴分布看出二次刻蚀台面可以抑制空穴输运到器件的侧壁缺陷区域并减少侧壁缺陷引起的非辐射复合，同时也可以更大程度地改善空穴的注入效率。

图2（a）器件A和器件B的电场分布图；（b）量子阱区域空穴浓度分布；（c）靠近p型区的量子阱中横向空穴浓度分布

另外，我司技术团队也对上述器件结构进行了对比实验制备，并将测试结果与仿真结果进行了比较：如图3所示，利用极化效应和二次刻蚀台面的载流子限制作用可以有效地提高器件B的外量子效率（EQE）和光功率密度。

图3（a）器件A和（b）器件B在不同注入电流密度下的外量子效率和光功率密度

该成果已被物理类SCI期刊Chinese Physics B (vol. 32, no. 1, 018509, 2023)收录，

审核编辑黄宇