摘要gydF4y2Ba
基于氮化铟镓(InGaN)的微型led (μ led)具有高效率、高亮度和高稳定性，适合于满足日益增长的高性能显示器需求gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．但是，μ led存在一个较大的问题，即外部量子效率(EQE)随着尺寸的减小而降低gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba．在这里，我们展示了具有高EQE的蓝色InGaN/GaN多量子阱(MQW)纳米棒led (nLED)。克服尺寸依赖的EQE缩减问题gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，通过各种分析研究了GaN表面与侧壁钝化层之间的相互作用。最小化在钝化过程中产生的点缺陷对于制造高性能nled至关重要。值得注意的是，由于SiO的存在，溶胶-凝胶法有利于钝化gydF4y2Ba2gydF4y2Ba纳米颗粒被吸附在GaN表面，从而最大限度地减少其原子相互作用。制备的nled的EQE为20.2±0.6%，是迄今为止报道的纳米级LED的最高EQE值。这项工作为制造自发射nLED显示器开辟了道路，可以成为下一代显示器的使能技术。gydF4y2Ba
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确认gydF4y2Ba
我们感谢J. Kwag和D. Kim的鼓励和全力支持;Y. Choi和S. Yoon为nLED制造提供支持和技术建议;研究所。感谢乔的宝贵建议;H. Cho在nLED制造和表征方面的帮助;H. Cha和S. Kim对nled测试的协助;Han Y.和Shim Y.为LEE模拟;M. Kim在首尔国立大学进行了深刻的讨论。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者及隶属关系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
y。c。和j。h。制作了外延晶圆和纳米棒。d - uk和j。y用纳米棒制造了nled和像素。y.k.， i.k.， C.J.和N.H.合成了溶胶凝胶SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在纳米棒上分层。j.k和j.h b.s分析和解释了STEM-EELS数据。k.y.y.， d.k.， j.j.， J.C.和R.K.进行了PL, DLTS, ESR和XPS分析。Joohee Lee和s.h.j计算了GaN的缺陷水平。S.H.O.和Jaekwang Lee对实验结果进行了解释，并对数据进行了计算。N.A.和C.L.负责监督研究并协调工作。M.S.对实验和分析做出了贡献。M.S.和C.L.撰写了手稿，并听取了所有其他作者的意见。gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba
同行评审gydF4y2Ba
同行评审信息gydF4y2Ba
自然gydF4y2Ba感谢Steven DenBaars、Zhaojun Liu和Shin-Tson Wu对本工作的同行评审所作的贡献。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
扩展数据gydF4y2Ba
这篇论文的地址是gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586-022-04933-5gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba
扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba
图1 μ led尺寸相关的EQE。gydF4y2Ba
EQE值是根据文献中最近的结果给出的。gydF4y2Ba
扩展数据图2热ALD SiO的比较gydF4y2Ba2gydF4y2Ba血浆增强ALD SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，含60nm厚SiO nled的EQE曲线gydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化层沉积与热ALD和等离子体增强ALD工艺。gydF4y2BabgydF4y2Ba，热解吸光谱(TDS)用于测量HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba出气。gydF4y2BacgydF4y2Ba，薄膜密度的x射线反射率测量。gydF4y2BadgydF4y2Ba，从20 nm厚的SiO中获得的Si 2p和o1s的XPS核级光谱gydF4y2Ba2gydF4y2Ba用热ALD和等离子体辅助ALD工艺在Si衬底上沉积一层。gydF4y2Ba
图3 GaN衬底对纳米棒PL光谱中黄色发光的影响。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba，等离子体增强ALD SiO的PL图像gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(60纳米厚度)涂层纳米棒分散在晶圆上(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)和玻璃(gydF4y2BabgydF4y2Ba)．比较了晶片和玻璃样品的发光光谱gydF4y2BacgydF4y2Ba．PL光谱的YL区域放大gydF4y2BadgydF4y2Ba．溶胶凝胶SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba(25纳米厚度)涂层纳米棒在gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba同样的方式。YL被比较在gydF4y2Ba我gydF4y2Ba用于晶圆试样和内gydF4y2BajgydF4y2Ba对于玻璃标本。gydF4y2Ba
扩展数据图4 nLED器件的LEE模拟和EQE测量设置。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba， nLED像素结构示意图。gydF4y2BabgydF4y2Ba， nLED器件的横截面光场分布。gydF4y2BacgydF4y2Ba， nLED TEG电池用积分球(ISP 40-101)和校准光谱仪系统的EQE测量示意图。每个TEG单元由60个像素组成，每个像素由6-9个平行连接的纳米棒组成。gydF4y2BadgydF4y2Ba，用于nled阵列芯片的全积分球EQE测量(ISP 250-211)和校准光谱辐射计系统示意图。gydF4y2BaegydF4y2Ba的构型下测量的EQE曲线gydF4y2BacgydF4y2Ba而且gydF4y2BadgydF4y2Ba与60纳米厚的SiO相比gydF4y2Ba2gydF4y2Ba用等离子体增强ALD工艺沉积钝化层。gydF4y2Ba
图5 GaN表面与SiO之间的原子结构gydF4y2Ba2gydF4y2Ba绝缘子。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaegydF4y2Ba，根据制作步骤，即干蚀刻，得到侧壁区域mqw的STEM-HAADF图像。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)，湿蚀刻(gydF4y2BabgydF4y2Ba)，溶胶-凝胶SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba沉积(gydF4y2BacgydF4y2Ba)和血浆增强ALD SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba沉积厚度为2纳米(gydF4y2BadgydF4y2Ba)和60纳米(gydF4y2BaegydF4y2Ba)．随着SiO厚度的增加，量子阱侧壁等离子体诱导的非晶化增加gydF4y2Ba2gydF4y2Ba层距2 nm (gydF4y2BadgydF4y2Ba)至60纳米(gydF4y2BaegydF4y2Ba)是显而易见的。gydF4y2Ba
扩展数据图6 nled根据其制造步骤的表面缺陷。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，分散在Si衬底上的nled的光学显微图。gydF4y2BabgydF4y2Ba，利用XPS估计Ga三维状态比。Ga 3d干蚀纳米棒XPS核级谱拟合(gydF4y2BacgydF4y2Ba)和N个1s (gydF4y2BadgydF4y2Ba)．Si 2p (gydF4y2BaegydF4y2Ba)， o1s (gydF4y2BafgydF4y2Ba)及c1s (gydF4y2BaggydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
扩展数据图7利用dlt分析陷阱水平及其浓度gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba，散装LED芯片。gydF4y2BaggydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BalgydF4y2Ba， nled阵列芯片。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba，芯片原理图。在正向偏压下获得的dlt光谱(gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba)和放大光谱(gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2Ba我gydF4y2Ba)在山顶周围的地区。反向偏压获得的dlt光谱(gydF4y2BaegydF4y2Ba，gydF4y2BakgydF4y2Ba)和放大光谱(gydF4y2BafgydF4y2Ba，gydF4y2BalgydF4y2Ba)在山顶周围的地区。gydF4y2BadgydF4y2Ba，gydF4y2BajgydF4y2Ba，陷阱水平与其浓度。它们清楚地表明，空穴陷阱占主导地位，在nled阵列芯片中浓度很高。gydF4y2Ba
图8溶胶-凝胶SiO的后处理gydF4y2Ba2gydF4y2Ba涂布nLEDs。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba， nled的PL衰减轨迹在下图所示区域上的平均值。在250°C烘烤1 h后，载流子寿命增加。gydF4y2BabgydF4y2Ba，像素结构中nled的EL效率与电流密度的关系。退火前后的EL性能基本相同。在注入大电流时，放电效率略有提高。gydF4y2BacgydF4y2Ba， SiO之间的除气比较gydF4y2Ba2gydF4y2Ba层采用热裂解-气相色谱-质谱与进化气体分析-质谱。gydF4y2Ba
扩展数据图9 SiO的合成gydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化层采用溶胶-凝胶法。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BacgydF4y2Ba，溶胶-凝胶SiO钝化nled的透射电镜图像gydF4y2Ba2gydF4y2Ba反应时间为15分钟(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)， 30分钟(gydF4y2BabgydF4y2Ba)及60分钟(gydF4y2BacgydF4y2Ba)．gydF4y2BadgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba此外，在相同的合成条件下重复反应两次以增加其厚度。gydF4y2BaggydF4y2Ba， SiO的厚度gydF4y2Ba2gydF4y2Ba反应60 min后，层在23 nm处饱和。gydF4y2BahgydF4y2Ba，纳米棒的PL强度。我们从一块4英寸晶圆上的三个不同位置获得了PL光谱。PL强度随位置的变化很小。此外，随着溶胶-凝胶SiO厚度的增加，发光强度增加gydF4y2Ba2gydF4y2Ba层。gydF4y2Ba
图10 PL光谱与EL光谱的比较。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，等离子体增强ALD SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化。gydF4y2BabgydF4y2Ba，溶胶-凝胶SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化。在10ma cm的电流密度下获得了EL谱gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba，接近EQE的峰值位置。gydF4y2Ba
图11 KOH湿法蚀刻与KOH湿法蚀刻加等离子体增强ALD SiO的比较gydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化过程。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba， PL谱(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)和445nm的单色CL图像(gydF4y2BabgydF4y2Ba)的纳米棒用于KOH湿蚀刻和等离子体ALD SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba沉积。gydF4y2BacgydF4y2Ba，纳米棒侧壁的HAADF-STEM图像。黄色箭头表示KOH情况下的原生GaOx和等离子体SiO的钝化产生的GaOxgydF4y2Ba2gydF4y2Ba的情况。gydF4y2BadgydF4y2Ba， XPS核级谱:Ga 3d和N 1s。gydF4y2Ba
图12理想因子的提取。gydF4y2Ba
红色虚线表示用于计算等离子体增强ALD SiO器件J-V曲线中理想因子的线性配件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba钝化。gydF4y2Ba
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辛，M，高，Y，金，杜。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba高效蓝色InGaN纳米级发光二极管。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba608gydF4y2Ba， 56-61(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04933-5gydF4y2Ba
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在硅和蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜的光谱分析和二维共聚焦光致发光特性gydF4y2Ba
韩国物理学会杂志gydF4y2Ba(2022)gydF4y2Ba
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