近日，廈門大學(xué)與廈門市未來顯示技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊在Micro-LED研究領(lǐng)域取得了重要突破，相關(guān)研究成果作為封面文章發(fā)表在《Advanced Optical Materials》期刊。團(tuán)隊提出了一種氮化物Micro-LED側(cè)壁鈍化新方法，利用輕質(zhì)離子對氮化物側(cè)壁進(jìn)行原子層面的電子態(tài)修復(fù)鈍化。研究團(tuán)隊深入探討了氮化物器件側(cè)壁原子構(gòu)形演化機制，以及側(cè)壁重構(gòu)對缺陷態(tài)的影響。并根據(jù)電子態(tài)鈍化理論開發(fā)了氫原子鈍化側(cè)壁的新方法，能夠有效抑制側(cè)壁損傷及其對器件性能的負(fù)面影響。通過這一創(chuàng)新性技術(shù)，成功制備出了電光轉(zhuǎn)換效率（WPE）高達(dá)36.9%的5 μm藍(lán)光Micro-LED器件。該研究為提高氮化物Micro-LED性能提供了可靠的技術(shù)方案，為未來顯示技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
1、研究背景
Micro-LED技術(shù)作為下一代顯示技術(shù)的核心，正向更高分辨率、低功耗和長壽命方向發(fā)展。然而隨著器件尺寸的減小，干法刻蝕等制造工藝引起的側(cè)壁損傷成為限制Micro-LED光效的主要問題。已有的表面處理技術(shù)在一定程度上緩解了側(cè)壁損傷效應(yīng)，但其缺陷演化過程尚未厘清。因此，深入理解側(cè)壁缺陷演化過程并開發(fā)新型鈍化技術(shù)對提升GaN基Micro-LED的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。
2、研究內(nèi)容
本研究通過DFT計算揭示了Micro-LED側(cè)壁電子態(tài)的演化及載流子復(fù)合機制，特別是GaN側(cè)壁中懸掛鍵和氧雜質(zhì)對電子結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，氫原子在側(cè)壁上的吸附能夠有效消除懸掛鍵引起的表面能帶彎曲和缺陷電子態(tài)。同時，氫原子與側(cè)壁上吸附的氧雜質(zhì)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的-OH配合物，從而消除了氧雜質(zhì)引入的深能級缺陷。由此表明氫原子的吸附不僅對側(cè)壁缺陷有鈍化修復(fù)作用，還起到了側(cè)壁隔絕和保護(hù)作用，防止氧原子在制造過程中再次污染側(cè)壁，有望優(yōu)化側(cè)壁表面電子結(jié)構(gòu)，減少非輻射復(fù)合并提高M(jìn)icro-LED的穩(wěn)定性。
圖1.不同表面構(gòu)型的（10-10）面?zhèn)缺谑疽鈭D及電子結(jié)構(gòu)
在上述研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊開發(fā)出輕質(zhì)離子修復(fù)鈍化技術(shù)，在濕法刻蝕后采用氫等離子體處理器件側(cè)壁表面。結(jié)果表明，通過濕法刻蝕去除干法刻蝕造成的損傷后，O的吸附將大幅影響器件的光電性能，而氫等離子體處理恢復(fù)了O污染區(qū)域的電子結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步有效鈍化了暴露的側(cè)壁，抑制了側(cè)壁的非輻射復(fù)合，顯著提升了PL強度。這些實驗結(jié)果與理論計算一致，驗證了氫鈍化在改善和保護(hù)Micro-LED性能方面的關(guān)鍵作用。
圖2. Micro LED側(cè)壁O雜質(zhì)的影響以及H鈍化對O雜質(zhì)的還原修復(fù)作用
基于輕質(zhì)離子修復(fù)鈍化技術(shù)，團(tuán)隊制作出的不同尺寸GaN基藍(lán)光Micro-LED性能顯著提升，表現(xiàn)出“逆向尺寸效應(yīng)”，即隨著尺寸減小峰值WPE增加，其中5 μm器件的WPE從15.3%大幅提高至36.9%；同時，各尺寸器件的峰值電流密度均低于5 A/cm²。
圖3. 基于輕質(zhì)離子修復(fù)鈍化技術(shù)制備的Micro LED光電性能
3、研究相關(guān)
本工作由廈門大學(xué)、廈門市未來顯示技術(shù)研究院張榮院士團(tuán)隊完成，物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生閆金健為該論文的第一作者，物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/廈門市未來顯示技術(shù)研究院盧衛(wèi)芳副教授、李金釵教授以及黃凱教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFB3603604）、國家自然科學(xué)基金項目62404184、62174141）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（20720230019）以及廈門市科技重點計劃（3502Z20231048）的資助。
原文鏈接：
J. Yan, W. Lu, J. Li, K. Huang, J. Kang, and R. Zhang, “Enhancing the Performance of Micro LEDs via Lightweight Atomic Charge-Matching Passivation.” Adv. Optical Mater. 13, no. 24 (2025): 13, 2500796.
來源：廈門市未來顯示技術(shù)研究院
