沙特KAUST大学李晓航团队：无刻蚀损伤的microLED像素制造技术

佚名　2024-05-29

Micro-LED的高对比度，强亮度，优能效和长寿命使其成为最具潜力的下一代显示技术。然而，传统的micro-LED制造过程中使用的等离子体刻蚀工艺会导致器件台面侧壁严重受损。等离子体刻蚀产生的缺陷充当非辐射复合中心和电流泄漏通道，致使micro-LED的效率随着器件尺寸的缩小迅速下降。

最近，沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）先进半导体实验室论证了一种名为选择性热氧化（STO）的新型micro-LED像素定义方法。这种方法免除了像素制造工艺中等离子刻蚀的需要，为进一步提升micro-LED性能提供了新的解决方案。

此文章被国际权威期刊《Light- Science & Applications》（IF= 19.4）收录并已经在线发表。

KAUST的工程师们通过高温热退火工艺选择性的氧化了芯片中的非像素区域，致使非像素区域内的p层和InGaN/GaN多量子阱结构发生改变，并使该区域失去发光功能。相反，像素区域被预沉积的SiO2层覆盖并有效保护起来。值得注意的是，在SiO2的保护下，即使处于900°C的高温环境中，像素区域的外延结构仍保持完好无损。通过STO工艺, micro-LED像素得以定义, 并显示出低漏电和高效率等卓越的器件性能。该方法普遍适用于InGaN/GaN的不同颜色（蓝，绿，红）的micro-LED制造，有望在未来微型显示、可见光通信和基于光学互连的存储器等多项应用中发挥重要作用。

此外，所提出的选STO工艺是一种自对准的micro-LED制造技术，无需传统工艺中绝缘介质材料的钝化和选择性移除。由于不再引入等离子体刻蚀，像素“台面”不再存在，芯片表面的平面化几何构型也为驱动电路与micro-LED的单片集成提供了更好的可能性。

李晓航教授表示：“我们的目标是将micro-LED应用于增强现实/虚拟现实（AR/VR）的产品中。目前，利用所提出STO技术已实现小至2.3微米的micro-LED像素发光。实验室正在计划将制造的器件转移到商用的微型显示面板上做进一步的验证。

作者简介：

通讯作者：李晓航教授是沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）电子与计算机工程学院副教授及先进半导体实验室的PI兼博士生导师。现为Photonics Research副编辑和Journal of Semiconductor编委。担任IWN等多个国际主要会议的程序或组织委员会成员。李晓航教授团队致力于第三代半导体超宽禁带材料、器件、物理、设备的研究，涉及器件包括LED、激光器、晶体管、光电探测器和传感器等。这些领域预期会在未来对光电电子通信生化和生命科学等领域带来革命性的影响。

第一作者：刘志远是沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）先进半导体实验室博士研究生。研究方向为基于III-Nitride 的LED器件建模与工艺技术。目前以第一作者及共同第一作者身份在Light: Science & Application, Optics Letter等知名国际期刊发表文章共7篇。他曾于2022年International Workshop on Nitride Semiconductors （IWN）获得最佳海报奖，并在2023年International Conference on Nitride Semiconductors （ICNS）荣获最佳学生奖。

来源：李晓航教授团队供稿

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