Light：InGaN 微型 LED 制造中的先进技术可减轻侧壁效应
新春快乐，今天给大家分享的是Light: Science & Applications上的文章“Non-fullerene acceptors with high crystallinity and photoluminescence quantum yield enable >20% efficiency organic solar cells”
【摘要】
为了满足各种新兴应用的需求，尤其是在 AR/VR 等微型显示器中，InGaN 微型 LED 的尺寸正在不断减小。然而，基于等离子蚀刻的传统像素定义会严重损坏台面侧壁，导致效率随着微型 LED 尺寸的减小而严重降低。这严重阻碍了微型 LED 的开发和应用。在本文中，我们全面解释了微型 LED 侧壁效应的起源和相应的物理模型。随后，我们系统地回顾了旨在抑制侧壁效应的微型 LED 制造的最新进展。此外，我们讨论了采用“无损”技术的微型 LED 制造的进步，这些进步有可能从根本上解决微型 LED 工艺中的等离子损伤问题。我们相信这篇综述将加深对微型 LED 侧壁效应的理解，并为高效 InGaN 微型 LED 的最新相关制造技术提供更好的见解。
图1 Micro-LED侧壁损坏示意图。
图 2 微型 LED 台面侧壁附近的晶格扭曲。
图3 表面复合模型。
图 4 微型 LED 台面上的 CL 强度和寿命分布。
图5 Micro-LED台面上的荧光强度和载流子寿命分布
图 6 Micro-LED“死区”模型。
图 7 微型 LED 侧壁效应的建模与仿真。
图 8 TMAH 处理前后的 Micro-LED 侧壁。
图 9 采用 ALD 钝化的 Micro-LED 性能。
图 10 埋藏隧道结形成的电流孔径。
图 11 采用 H2 等离子体对 Micro-LED 表面进行钝化。
图 12 在 h-BN 模板上通过选择性区域生长制备的 Micro-LED。
图 13 在蓝宝石纳米膜上生长的核壳微型 LED。
图 14 用于超小型微型 LED 直接生长的受限选择性外延。
图 15 用于亚微米 LED 制造的定制离子注入技术。
图 16 氢等离子体选择性钝化用于超小型微型 LED 制造
图 17 用于微型 LED 制造的选择性热氧化。
图 18 InGaN 微型 LED 的先进制造技术。
【结论】
图 18a–g 和表 1 总结了本文讨论的 InGaN 微型 LED 的先进制造技术。引用的参考文献是所采用技术的经典示例。前面的讨论中提供了更全面的参考资料。表 2 总结了基于 RIE 台面绝缘和侧壁处理的最新蓝色微型 LED（1-10 μm）性能。符号“~”表示数据是根据参考文献中的数字重新计算或估算的，仅供参考。信息表明，优化蚀刻条件、去除侧壁损伤层、钝化侧壁表面等工艺对于实现高性能微型 LED 至关重要。值得一提的是，Yu 等人对 1 µm 蓝色微型 LED 实现了 13.02% 的 EQE，而 Xu 等人对尺寸为 1.3 × 1.5 µm2 的蓝色微型 LED 实现了 22.3% 的 EQE 56,129。此外，采用类似的工艺方法，Xu 等人和 Yu 等人分别实现了 1.3×1.5 µm2 微绿光 LED 的 EQE 为 19.3%，1 µm 微绿光 LED 的 EQE 为 9.57%。对于 InGaN 红光微 LED，材料质量差是限制器件效率的主要因素。近期，Li 等人在波长为 601 nm 的 10 µm 微 LED 上实现了 5.5% 的 EQE86。Li 等人还在 5 µm InGaN 红光微 LED 上实现了 4.5% 的 EQE187。Lim 等人在波长为 643 nm 的 5 µm 微 LED 上实现了 0.44% 的 EQE188。Yu 等人在 GaN 衬底上实现了波长为 613.6 nm 的 1 µm 微 LED 的 EQE 为 0.86%189。表 3 总结了基于无 RIE 微型 LED 制造方法的最新微型 LED（1-10 μm）性能。值得强调的是，Xu 等人使用离子注入方法实现了 10 μm 蓝色微型 LED 的 20.4% EQE。Wang 等人利用中性束蚀刻技术实现了 3.5 μm 蓝色微型 LED 的 37.5% EQE174。这些高水平验证充分证明了无 RIE 微型 LED 制造工艺的有效性。值得注意的是，EQE 受材料外延质量和器件封装等多种因素的影响。因此，不应仅根据 EQE 值来评估该技术的优点。基于 RIE 的侧壁工程和无 RIE 技术都为未来高性能微型 LED 的发展提供了宝贵的见解。这些技术具有进一步发展的潜力，并可能对下一代微型 LED 显示器市场产生重大影响。
总之，我们研究了等离子体损伤对基于 InGaN 的微型 LED 的影响，并分析了相关机制和模型。我们回顾了提高微型 LED 效率的各种设备工艺。此外，还研究了用于微型 LED 制造的新型 “无损坏 ”工艺。我们希望这项工作能为社会各界提供有关微发光二极管侧壁效应的物理知识和解决方案。这将有利于在不久的将来实现高效率、超小型和低成本的微型 LED。相关技术还可扩展到其他 III 族氮化物电子和光电子领域，以优化器件性能。
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原文DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01751-y
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