具有图形化衬底与空气腔反射镜混合结构的深紫外Micro-LED阵列芯片

具有图形化衬底与空气腔反射镜混合结构的深紫外Micro-LED阵列芯片具有倾斜侧壁结构的深紫外Micro-LED的侧壁反射率是影响器件光提取
效率的重要因素。由于TM模式偏振光在发生全反射时，产生的倏逝波诱导的金属表面等离子激元降低了倾斜侧壁处的集成全向反射镜（ODR）的
反射率，从而导致光提取效率降低。近期，河北工业大学和广东工业大学联合设计并制备了采用纳米图案化蓝宝石衬底（NPSS）与空气腔反射镜
相结合的倾斜侧壁型深紫外Micro-LED阵列，旨在消除侧壁的金属表面等离子激元共振吸收，并利用NPSS消除波导效应，提高倾斜侧壁
型深紫外Micro-LED阵列的光提取效率。图1展示了设计有NPSS的深紫外Micro-LED阵列芯片的工艺流程，其中Device
1具有倾斜侧壁ODR结构，Device 2具有空气腔反射镜结构，空气腔反射镜制备工艺采用的是正负光刻胶混合工艺。图2（a）和（b
）分别展示了Device 1和Device 2的SEM纵向剖面图。从图2（b）中可以清楚地观察到台面之间形成的空气腔结构。图1.
具有倾斜侧壁ODR（Process A）和空腔反射镜（Process B）的深紫外Micro-LED阵列工艺流程图2.（a）Dev
ice 1和（b）Device 2的SEM纵剖面图，其中插图分别为Device 1和Device 2的鸟瞰图图3（a）-（c）分别
展示了Device A、Device B与Device 2的TM模式偏振光在XY截面上的光强分布和光传播路径，其中Device A
具有平面蓝宝石衬底和倾斜侧壁ODR结构，Device B具有平面蓝宝石衬底和空气腔反射镜结构，Device 2具有NPSS和空气腔
反射镜结构。通过对比分析可以看出，相比于Device A，Device B的空气腔反射镜结构设计可以提高器件台面倾斜侧壁反射镜的反
射率，增加倾斜侧壁的散射作用，并提供额外的光逃逸路径，提高器件的光提取效率。相比于Device B，Device 2中设计了NPS
S与空气腔反射镜混合结构，NPSS可以作为散射中心破坏波导效应，最终将光散射到空气腔中，这些散射的光子经历了底部反射镜的反射，可以
被有效地提取到空气中，如图3（c）中路径所示。图3（d）展示了三种器件所提取出的光强与位置的关系，区域（4）中Device 2的光
强度最大，说明NPSS结构可以进一步提高具有空气腔反射镜结构的深紫外Micro-LED阵列的光提取效率。图3.（a）Device
A、（b）Device B和（c）Device 2的TM偏振光在XY截面上的光强分布和传播路径；（d）Device A、Devic
e B和Device 2所提取出的光强与位置之间的关系图4（a）和（b）分别展示了实验测试的电流-电压特性曲线和光输出功率结果，其
中参考器件Reference为传统平面结构。与参考器件相比，由于p型有效欧姆接触面积减小，Device 1和Device 2的正向
电压更高。而Device 1和Device 2的p型有效欧姆接触面积相同，因此它们的电学特性几乎没有差异，这也表明空气腔反射镜对电
流传输的影响很小。图4（b）为三种器件的电流-功率曲线，可以看出具有空气腔反射镜的深紫外Micro-LED阵列的光功率最高。图4.
Reference、Device 1与Device 2的（a）电流-电压特性曲线和（b）光输出功率研究结果最近被物理-光学领域权
威SCI期刊Optics Express收录，文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.518163http
s://doi.org/10.1364/OE.518163。Z. Liu, T. Jia, C. Chu, et al., “En
hancing light extraction efficiency of the inclined-sidewall-shap
ed DUV Micro LED array by hybridizing nanopatterned sapphire subs
trate and air-cavity reflector,” Optics Express, 32(9), 14953-14962, 2024.