Micro-LED顯示被認(rèn)為是頗具潛力的新一代顯示技術(shù)，可能的應(yīng)用涵蓋增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）顯示、可穿戴顯示、大尺寸無(wú)縫拼接顯示、座艙透明顯示、可見(jiàn)光通信（VLC）以及無(wú)掩模光刻技術(shù)等領(lǐng)域。但是，受限于外延結(jié)構(gòu)、側(cè)壁構(gòu)造等關(guān)鍵因素與Micro-LED光電性能間構(gòu)效關(guān)系依然不清晰，實(shí)現(xiàn)滿足顯示應(yīng)用需求的高性能器件依然面臨挑戰(zhàn)。 

近日，廈門(mén)大學(xué)張榮、陳忠、郭偉杰團(tuán)隊(duì)，在國(guó)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(lái)Micro-LED外延生長(zhǎng)、像素隔離、側(cè)壁處理及全彩集成等領(lǐng)域的研究進(jìn)展，重點(diǎn)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。

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(guò)程，會(huì)在Micro-LED臺(tái)面?zhèn)缺谝肴毕?，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(guò)程中，內(nèi)量子效率與光提取效率之間面臨競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)兩者間競(jìng)合關(guān)系，才能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光效率的有效優(yōu)化。

圖1 Micro-LED側(cè)壁調(diào)控技術(shù)及相關(guān)構(gòu)效關(guān)系 

全彩集成

全彩化是Micro-LED顯示的核心目標(biāo)，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(lán)光、綠光Micro-LED陣列與AlGaInP基紅光Micro-LED陣列，通過(guò)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(shì)。通過(guò)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(shí)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3 全彩Micro-LED的多元化堆疊集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

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(jì)、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(lái)仍需深化載流子動(dòng)力學(xué)定量研究，推動(dòng)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(dòng)背板集成與制造成本難題，以加速其顯示領(lǐng)域的規(guī)模化落地。 

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