技术 | 东北大学团队开发出低电流下也可高效发光的GaN Micro LED!

产业技术综合研究所（产总研）和东北大学于2019年7月宣布，他们开发了一种在电流密度较低情况下也能保持发光效率的GaN（氮化镓）Micro LED。他们试做的GaN Micro LED尺寸仅为6μm见方，如果把这款GaN Micro LED以较高的密度排列的话，就可以获得高效率、高分辨率的Micro LED显示屏。

也适应于分辨率为2000ppi以上的显示屏

此次研究成果得益于以下成员：产总研氮化物半导体先进设备（Device）开放创新实验室(Open Innovation Laboratory ) GaN光设备小组的王学论(实验室组长)、电子光学技术研究部门的朱俊元客座研究员、纳米电子（Nano Electronics）研究部门的远藤和彦(研究小组组长)、日本东北大学流体科学研究所创新能源（Innovative Energy）研究中心负责人兼材料科学高等研究所主任研究员的寒川诚二教授（同时兼任产综研纳米电子研究部门的特定研究员(Fellow) ）。

Micro LED作为可穿戴设备的显示设备而颇受关注。然而，如果是采用一般的电感耦合等离子体（ICP,Inductive Coupled Plasma）蚀刻技术的制造工艺，因等离子的影响，LED的侧面容易出现缺陷。特别是，LED的尺寸越小，有缺陷的侧面的比例就越高。据说电流密度区域如果在20A/cm2以下，发光效率会急剧下降。

本次研究中，产总研致力于研究通过中性粒子光束蚀刻（Beam Etching）技术制作具有GaN纳米结构的LED；日本东北大学开发了对半导体材料几乎不会产生损伤的中性粒子光束蚀刻技术（Beam Etching）。两家单位通过合作，共同开发了GaN Micro LED。

该研究小组此次采用了中性粒子光束蚀刻（Beam Etching）技术和传统的ICP蚀刻（Etching）技术，分别制作了4种不同尺寸（40μm见方、20μm见方、10μm见方、6μm见方）的GaN Micro LED。

产总研和东北大学合作制作的GaN Micro LED模式图 （图片来源：产总研、东北大学）

关于此次试做的Micro LED，调查了作为表示发光效率的指标之一的外部量子效率和电流密度的依存关系。结果，通过ICP蚀刻技术制作的Micro LED的尺寸在20μm以下的情况下，且电流密度区域为20A/cm2以下时，发光效率急剧下降。然而，利用中性粒子光束蚀刻技术制作的Micro LED的尺寸即使减小到6μm，发光效率也几乎没有下降。

分别采用ICP蚀刻技术（左）、中性粒子光束蚀刻技术（右）试做的Micro LED的外部量子效率和电流的依存关系（图片来源：产总研、东北大学）

此外，关于6μm的Micro LED，当电流密度为5A/cm2时，比较了采用两种技术后的发光效率。结果，利用中性粒子光束蚀刻技术试做的产品的发光效率几乎是ICP蚀刻技术的5倍。

利用新技术和传统技术试做的GaN Micro LED 的发光效率的比较（图片来源：产总研、东北大学）

若使用6μm的Micro LED，显示屏的分辨率就会超过2000像素（Pixel）/英寸，那么就可以应用于虚拟现实（AR）、扩展现实（XR）的头戴式显示屏（Head Mount Display）等用途。

与传统的液晶屏、有机EL显示屏相比，Micro LED 显示屏的功耗不及它们的1/10，辉度是它们1万多倍，分辨率是它们的10倍左右。此次开发的Micro LED的发光色为蓝色。今后，计划制作绿色、红色的Micro LED，并实现全彩色（Full Color）的Micro LED显示屏。