廈門大學(xué)張榮研究團隊：Micro LED關(guān)鍵攻關(guān)方向

    廈門大學(xué)張榮、陳忠、郭偉杰團隊，在國際權(quán)威期刊《Progress in Quantum Electronics》發(fā)表題為“Research progresses on epitaxy and sidewall treatment for micro-LEDs”的邀稿綜述。

    系統(tǒng)綜述了近年來Micro LED外延生長、像素隔離、側(cè)壁處理及全彩集成等領(lǐng)域的研究進展，重點闡述了有效揭示微觀結(jié)構(gòu)與器件光電性能間構(gòu)效關(guān)系的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并展望了該領(lǐng)域的關(guān)鍵攻關(guān)方向。

    全彩集成

    全彩化是Micro LED顯示的核心目標，目前主流技術(shù)分為異質(zhì)集成與垂直堆疊兩大路線。將InGaN基藍光、綠光Micro LED陣列與AlGaInP基紅光Micro LED陣列，通過倒裝鍵合與CMOS背板集成形成異質(zhì)集成架構(gòu)，兼具InGaN基器件高量子效率與AlGaInP基器件窄光譜優(yōu)勢。通過RGB量子阱垂直堆疊與選擇性刻蝕相結(jié)合的單片集成方案，已經(jīng)實現(xiàn)了30μm像素間距的像素陣列。這些工作都為全彩器件性能的突破奠定了基礎(chǔ)。

圖1 全彩Micro LED的多元化堆疊集成結(jié)構(gòu)設(shè)計

    關(guān)于Micro LED全彩化進展，在《2025 MLED顯示白皮書》中提到：

    “......長期以來，"紅光效率低"和"三色集成難"等問題一直制約著MicroLED技術(shù)的發(fā)展。業(yè)內(nèi)企業(yè)通過量子點色轉(zhuǎn)換技術(shù)(QDPR)與混合堆疊結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新結(jié)合，成功實現(xiàn)了單片全彩集成，打破了產(chǎn)業(yè)化的最大障礙。

    如鴻石智能推出的"基于混合堆疊結(jié)構(gòu)的單片全彩微顯示光芯片"，該方案將量子點材料與半導(dǎo)體光刻工藝深度融合，在藍綠Micro LED晶圓像素點上實現(xiàn)納米級精準沉積紅光量子點，使單紅光亮度峰值達到200萬nits，顯著超越了傳統(tǒng)AIGalnP材料的紅光芯片性能。此外，量子點色轉(zhuǎn)換技術(shù)的可靠性也取得了顯著提升......”

    側(cè)壁處理

    高分辨率Micro LED顯示，要求Micro LED芯片尺寸要足夠小。但是，器件制備的干法蝕刻過程，會在Micro LED臺面?zhèn)缺谝�入缺陷，造成載流子非輻射復(fù)合，導(dǎo)致Micro-LED的發(fā)光效率隨尺寸縮小而快速下降。近期的相關(guān)研究表明，干法蝕刻后的側(cè)壁處理，可以有效地削弱側(cè)壁缺陷的不利影響。側(cè)壁區(qū)域不僅影響Micro-LED的內(nèi)量子效率，還影響其光提取效率。在側(cè)壁處理過程中，內(nèi)量子效率與光提取效率之間面臨競爭關(guān)系，精準地調(diào)節(jié)兩者間競合關(guān)系，才能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率的有效優(yōu)化。

圖2 Micro LED側(cè)壁調(diào)控技術(shù)及相關(guān)構(gòu)效關(guān)系

    總結(jié)與展望

    本綜述指出，盡管Micro LED在效率提升、全彩集成等方面仍存挑戰(zhàn)，但外延設(shè)計、刻蝕工藝、側(cè)壁后處理的協(xié)同優(yōu)化已顯著提升器件性能。未來仍需深化載流子動力學(xué)定量研究，推動外延、蝕刻、側(cè)壁處理、光分布調(diào)控協(xié)同優(yōu)化，攻克驅(qū)動背板集成與制造成本難題，以加速其顯示領(lǐng)域的規(guī)�；�落地。

    該工作得到國家自然科學(xué)基金（62474149）、福建省自然科學(xué)基金（2024J01052）、廈門市科技計劃項目（項目編號3502Z20241021、3502Z20241019和3502Z2019101）等項目資助，廈門大學(xué)為第一署名單位，郭偉杰、陳忠為通訊作者。