Micro-LED具有強烈亮度，高對比度，長工作壽命，良好的能量轉換效率等技術優勢。這使其成為下一代顯示技術的有力競爭者，在近年來引發廣泛關注。優化製造流程以持續提升裝置性能是目前Micro-LED 研究的重點之一。

常規的Micro-LED製程需要引入等離子蝕刻技術定義像素檯面。在蝕刻過程中，檯面側壁受到等離子體轟擊和紫外線光子輻照，導致嚴重的表面損傷和缺陷，例如晶格畸變和雜質污染。這些缺陷可作為電流洩漏路徑和非輻射複合中心，嚴重危害Micro-LED效率。隨著裝置尺寸的減小，等離子體損傷帶來的不利影響愈加嚴重，使Micro-LED裝置效率呈現顯著的尺寸依賴性。

針對這一痛點，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）李曉航教授團隊研發了一種名為選擇性熱氧化（STO）的Micro-LED 像素定義技術，免除了傳統像素定義必須的等離子體刻蝕工藝。

相關研究成果以「Etching-free pixel definition in InGaN green micro-LEDs」為題發表在Light: Science & Applications。

如圖1所示，科學研究人員首先在LED外延片表面沉積SiO2層並將其圖形化。之後將晶片放置於管式爐中在900度空氣環境下退火四小時。在退火過程中，沒有SiO2覆蓋的區域，LED結構將被氧化和破壞，失去原有發光功能。而覆蓋有SiO2的區域被有效保護, 成為被定義的Micro-LED像素。其原理為，SiO2在此充當保護層，由於其緻密的結構可有效阻擋空氣中的氧元素擴散至LED內部。 SiO2的圖形化實現了「選擇性的」熱氧化，也定義了最終Micro-LED像素的形狀和尺寸。

圖1：用於製作Micro-LED的選擇性熱氧化STO製程。

圖2示範了製作的綠色Micro-LED陣列的裝置光學圖片，發光光譜，以及透射電子顯微鏡（TEM）的表徵結果等。從所獲得的TEM影像中可清晰的看到有無SiO2保護下LED結構的不同。受SiO2保護的區域保留了完整的量子阱結構，而未受保護區域中的p層和量子阱均被氧化和重塑。

圖2：綠色Micro-LED陣列。 （a）裝置光學照片；（b）像素點發光範例；（c）隨電流變化的Micro-LED發光光譜；（df）TEM 透射電子顯微鏡表徵結果；（g）EDX 元素分佈分析。

進一步的測試表明，由選擇性熱氧化技術製造的Micro-LED具有低漏電特性，在反向10 V的偏壓下，所製作的10~50微米綠色Micro-LED漏電流密度僅為10–7至10-6 A/cm²，並具有較弱的尺寸依賴性。未封裝的10微米Micro-LED元件測得片上6.48% 的外量子效率。此外，為了使透過STO製程製造的Micro-LED在未來應用於AR/VR等微顯示應用，團隊進一步驗證了小至2.3微米的像素發光，如圖3所示。以上這些結果顯示選擇性熱氧化製程有望成為一種無蝕刻損傷，高性能的，下一代Micro-LED製造技術，並為優化其他III族氮化物電子和光電器件性能提供了理論和實驗參考。

圖3：2.3微米Micro-LED的製造和像素發光

李曉航教授表示，他們的下一個計畫是將選擇性熱氧化技術擴展應用於InGaN基藍色和紅色LED的製造。同時，他們正在將製造的像素轉移到實際的顯示面板上，進行進一步應用層面的驗證。 （圖片來源：中國光學）

 

TrendForce 2024 Micro LED 市場趨勢與技術成本分析
出刊日期: 2024年05月31日 / 11月 30 日
語系: 中文 / 英文
格式: PDF
頁數: 160 頁 / 年