近日，電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院梅洋助理教授等在氮化鎵Micro LED方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Improvement of the Emission Intensity of GaN-Based Micro-Light Emitting Diodes by a Suspended Structure”為題發(fā)表于期刊ACS Photonics。

    一、研究背景

    氮化鎵（GaN）基Micro LED由于在新一代顯示技術(shù)、高速可見光通信等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，吸引了眾多研究者的關(guān)注。相比于常規(guī)尺寸LED，Micro LED可實現(xiàn)更高的顯示分辨率與更高的調(diào)制速率。

圖1. 半懸浮Micro LED器件制備流程及SEM照片

    二、研究內(nèi)容

    外量子效率（EQE）是表征GaN基Micro LED性能的一個重要參數(shù)，代表了有多少電注入載流子能最終轉(zhuǎn)化為器件出射的光子。由于GaN材料具有較大的折射率，LED與空氣界面會出現(xiàn)光的全反射，這就使得器件內(nèi)部發(fā)光層所產(chǎn)生的大部分光子不能有效地逃逸出器件。

    而且傳統(tǒng)LED中傳播方向朝向襯底一側(cè)的光子則往往會被吸收或被困在襯底內(nèi)，不能被有效地提取利用，器件整體光提取效率較低。較低的光提取效率很大程度上限制了器件的光輸出功率與外量子效率。

    張保平教授課題組通過制備具有半懸浮結(jié)構(gòu)的GaN基Micro LED，有效提升了器件的光提取效率。半懸浮Micro LED器件中發(fā)光層與原有藍(lán)寶石襯底分離，并被支撐于鍍有金屬反射鏡的銅微米柱與銅基板上，因此其光逃逸面大幅度增加。發(fā)光層產(chǎn)生的光子不僅能從器件上表面出射，也能從發(fā)光層下表面逃逸出器件并被反射鏡反射向上輸出。

    此外，由于發(fā)光層與襯底分離，其內(nèi)部應(yīng)力也得到較大程度釋放，進(jìn)一步提升了發(fā)光層中輻射復(fù)合速率與發(fā)光效率。相比于普通結(jié)構(gòu)的GaN基Micro LED，半懸浮器件的光提取效率提升了68%，輸出光功率提升了114%，為制備高性能GaN基Micro LED提供了新的思路。

圖2. 半懸浮Micro LED與普通器件光致發(fā)光光譜對比

    三、研究相關(guān)

    上述工作由廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張保平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組與華東師范大學(xué)陳少強教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組合作完成，第一作者為梅洋助理教授，通訊作者為翁國恩副教授和張保平教授。

    課題組長期進(jìn)行GaN基發(fā)光器件如諧振腔LED（RCLED）、Micro LED、以及垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）研究，目前已成功實現(xiàn)藍(lán)紫光、藍(lán)光、綠光器件的電注入激射，并且在國際上首次實現(xiàn)了深紫外波段（UVC）VCSEL的光泵浦激射。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金以及國家重點研發(fā)計劃重點專項的資助。