美国纳米技术公司NS Nanotech于5月19日宣布，在联合创始人Zetian Mi教授指导下，与密歇根大学实验团队合作成功开发了世界首款具有重大突破的红光nano LED。最令人瞩目的是，这款LED的外量子效率（EQE）达到了8.3%，为商业应用需求提供了高效发光解决方案。

基于麦吉尔大学和密歇根大学独家许可的技术专利组合，NS Nanotech引入了在单一基板上，自下而上直接生长亚微米级红光、绿光、蓝光和UVC nano LED的新技术方法。

该团队最新研究成果(如图1星标所示)，通过优化p型掺杂提高器件发光效率，对于面积为~750x750nm2的红光sub-micro LED，在电流密度 1A/cm2下，可实现8.3%的峰值外量子效率(EQE)，插座效率(WPE) 4.6%，这是横向尺寸在1μm2范围或更小的红光LED所报告报道的最高值。

图1：已报道的发光峰值大于600nm的红光InGaN LED的EQE峰值随器件有源区域面积的分布图

该研究在N极性GaN/蓝宝石模板上，利用金属Ti作为掩膜，通过分子束外延（MBE）选区生长N极性GaN纳米线及LED结构，如图2所示。纳米线结构具有几个关键优势，包括采用自下而上生长来避免Micro LED制备过程中的刻蚀损伤，纳米线中有效的应变弛豫可显著降低位错密度、提高In并入效率。该研究同时使用富N的生长条件来抑制N空位相关缺陷的形成。利用该技术开发的nano LED产品尺寸小于1微米，比常见的Micro LED产品更加微小。

图2 (a) N极性InGaN/GaN纳米线LED异质结示意图，(b) N极性纳米线阵列SEM图像，(c) InGaN纳米线的光致发光(PL)光谱

研究人员比较了不同Mg掺杂浓度p-GaN的纳米线LED器件性能。与器件B相比，器件A具有较高的Mg掺杂浓度。Mg掺杂浓度较低的器件B自由空穴浓度较低，对等离子体损伤补偿的敏感性较高，因此在正向偏压和反向偏压存在较大漏电流，光输出效率低，如图3所示。Mg掺杂的优化有效减少等离子体对接触层的损伤，从而器件A的漏电流显著降低，输出功率较器件B大幅提升。研究表明，器件A具有较器件B更高的峰值EQE和WPE，并能够在更小的电流密度下达到峰值，如图4所示。当电流密度为1A/cm2时，器件A的外量子效率(EQE)峰值为8.3%，此时器件的的输出功率密度为15mW/cm2，足以用于显示应用。  

图3：器件A和器件B的（a）EQE和（b）电光转换效率（WPE）随注入电流密度的变化关系

图4:器件A和器件B的（a）J-V特性曲线和（b）L-I特性曲线

除了尺寸更小外，利用该技术制备的nano LED可在~1A/cm2的微小电流密度下达到EQE的峰值，同时nano LED的功耗更低，发射光的亮度、饱和度和稳定性更高，方向性更佳。在提高红光nano LED效率的同时，NS Nanotech也在绿光nano LED效率提升方面有新的研究进展。据悉，Zetian Mi教授的研究团队于今年初成功打造出了EQE大于25%的绿光nano LED产品，创下了新的记录。

NS Nanotech CEO表示，nano LED技术具有高显示性能，能够成为显示市场上重要的新型技术，尤其是在AR/VR设备应用方面，该领域需易于制造的高性能nano LED。因此AR/VR领域是公司未来几年积极开拓的目标。此外，大型显示器、紫外线UVC消毒等也是nano LED技术的潜在应用领域。

 参考文献

1. Appl. Phys. Lett. 122, 151103 (2023); doi: 10.1063/5.0129234

2. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04220

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