技術(shù) | 東北大學團隊開發(fā)出低電流下也可高效發(fā)光的GaN Micro LED!

產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)總研）和東北大學于2019年7月宣布，他們開發(fā)了一種在電流密度較低情況下也能保持發(fā)光效率的GaN（氮化鎵）Micro LED。他們試做的GaN Micro LED尺寸僅為6μm見方，如果把這款GaN Micro LED以較高的密度排列的話，就可以獲得高效率、高分辨率的Micro LED顯示屏。

也適應于分辨率為2000ppi以上的顯示屏

此次研究成果得益于以下成員：產(chǎn)總研氮化物半導體先進設備（Device）開放創(chuàng)新實驗室(Open Innovation Laboratory ) GaN光設備小組的王學論(實驗室組長)、電子光學技術(shù)研究部門的朱俊元客座研究員、納米電子（Nano Electronics）研究部門的遠藤和彥(研究小組組長)、日本東北大學流體科學研究所創(chuàng)新能源（Innovative Energy）研究中心負責人兼材料科學高等研究所主任研究員的寒川誠二教授（同時兼任產(chǎn)綜研納米電子研究部門的特定研究員(Fellow) ）。

Micro LED作為可穿戴設備的顯示設備而頗受關(guān)注。然而，如果是采用一般的電感耦合等離子體（ICP,Inductive Coupled Plasma）蝕刻技術(shù)的制造工藝，因等離子的影響，LED的側(cè)面容易出現(xiàn)缺陷。特別是，LED的尺寸越小，有缺陷的側(cè)面的比例就越高。據(jù)說電流密度區(qū)域如果在20A/cm2以下，發(fā)光效率會急劇下降。

本次研究中，產(chǎn)總研致力于研究通過中性粒子光束蝕刻（Beam Etching）技術(shù)制作具有GaN納米結(jié)構(gòu)的LED；日本東北大學開發(fā)了對半導體材料幾乎不會產(chǎn)生損傷的中性粒子光束蝕刻技術(shù)（Beam Etching）。兩家單位通過合作，共同開發(fā)了GaN Micro LED。

該研究小組此次采用了中性粒子光束蝕刻（Beam Etching）技術(shù)和傳統(tǒng)的ICP蝕刻（Etching）技術(shù)，分別制作了4種不同尺寸（40μm見方、20μm見方、10μm見方、6μm見方）的GaN Micro LED。

產(chǎn)總研和東北大學合作制作的GaN Micro LED模式圖 （圖片來源：產(chǎn)總研、東北大學）

關(guān)于此次試做的Micro LED，調(diào)查了作為表示發(fā)光效率的指標之一的外部量子效率和電流密度的依存關(guān)系。結(jié)果，通過ICP蝕刻技術(shù)制作的Micro LED的尺寸在20μm以下的情況下，且電流密度區(qū)域為20A/cm2以下時，發(fā)光效率急劇下降。然而，利用中性粒子光束蝕刻技術(shù)制作的Micro LED的尺寸即使減小到6μm，發(fā)光效率也幾乎沒有下降。

分別采用ICP蝕刻技術(shù)（左）、中性粒子光束蝕刻技術(shù)（右）試做的Micro LED的外部量子效率和電流的依存關(guān)系（圖片來源：產(chǎn)總研、東北大學）

此外，關(guān)于6μm的Micro LED，當電流密度為5A/cm2時，比較了采用兩種技術(shù)后的發(fā)光效率。結(jié)果，利用中性粒子光束蝕刻技術(shù)試做的產(chǎn)品的發(fā)光效率幾乎是ICP蝕刻技術(shù)的5倍。

利用新技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)試做的GaN Micro LED 的發(fā)光效率的比較（圖片來源：產(chǎn)總研、東北大學）

若使用6μm的Micro LED，顯示屏的分辨率就會超過2000像素（Pixel）/英寸，那么就可以應用于虛擬現(xiàn)實（AR）、擴展現(xiàn)實（XR）的頭戴式顯示屏（Head Mount Display）等用途。

與傳統(tǒng)的液晶屏、有機EL顯示屏相比，Micro LED 顯示屏的功耗不及它們的1/10，輝度是它們1萬多倍，分辨率是它們的10倍左右。此次開發(fā)的Micro LED的發(fā)光色為藍色。今后，計劃制作綠色、紅色的Micro LED，并實現(xiàn)全彩色（Full Color）的Micro LED顯示屏。