近日，实验室在Micro-LED辐射复合机理的理论研究方面取得了突破性进展，研究成果以“Exciton distribution-induced efficiency droop in green microscale light-emitting diodes at cryogenic temperatures”为题，发表在国际物理学顶级期刊Applied Physics Letters上。研究中，发现了低温下Micro-LED中由于“局域激子分布”诱导形成的效率降低现象，提出并论证了在低温诱变下，势阱定位激子与有效复合区域体积的关系，重构了Micro-LED在低温强局域定位下的辐射复合模型。该论文第一作者为厦门大学国家集成电路产教融合创新平台的郑曦博士，通讯作者为厦门大学电子科学与技术学院的陈忠教授和郭伟杰助理教授。

       研究背景 

      由于氮化镓基微型发光二极管（Micro-LED）所具有的高亮度、高对比度、高稳定性等特点，被认为是未来显示的重要组成部分之一，并且在增强现实、虚拟现实等高分辨率显示领域都具有广阔的应用前景。然而，Micro-LED的外量子效率仍受到尺寸效应的影响而显著降低，其中对于绿光Micro-LED尤为明显，绿光芯片中影响外量子效率降低的机理成为亟待解决的研究课题和产业难题。

       研究内容 

       该研究以绿光氮化镓基Micro-LED和红光Micro-LED作为比较，对两种尺寸为10μm的芯片的低温辐射复合模型进行了讨论分析。经研究发现：绿光芯片的低温外量子效率受到明显抑制，这与传统的ABC模型有明显差异，而红光芯片的效率变化则遵循于ABC模型，这是由于低温抑制了缺陷相关的SRH非辐射复合。

团队通过低温下变电流电声子耦合的变化，论证了绿光Micro-LED局域化激子的广泛存在。局域化密度系数、热猝灭激活能及激子解离激活能随电流的关系基本遵循极化场的库仑屏蔽和带填充效应的变化规律。绿光Micro-LED中局域势阱的产生可能源于侧壁缺陷、非均匀晶格形变及量子阱中铟组分的波动，低温下激子在势阱中显著的局域化效应将导致局部辐射复合的不均匀性，因此也限制了Micro-LED的进一步发展。本工作系统性地回顾了以往工作中辐射复合模型的适用性，并提出了针对绿光Micro-LED局域化发光的模型，由于低温下有效辐射复合区域的降低，参与复合的注入载流子浓度降低，由此提出的修正ABC模型

该模型很好的解释了电致发光的反向热淬灭现象，首次提出了低温下局域激子对辐射复合、外量子效率的影响，完整地阐述了绿光Micro-LED中激子随激发强度及温度的变化规律。

论文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0117476