近日，湖南大學(xué)科研人員在硅片（4英寸和6英寸）上設(shè)計(jì)并生長出晶圓級均勻的綠色 GaN 外延層，該外延層均勻性極高，性能優(yōu)異。利用該晶圓，科研人員開發(fā)出亮度超過 1000 萬尼特的綠色 Micro-LED 顯示屏。該研究論文于本月已刊登在 Nature 雜志上。

基于氮化鎵 (GaN) 的微發(fā)光二極管 (Micro-LED) 具有高像素密度和亮度，被認(rèn)為是革命性的顯示技術(shù)，在微顯示和虛擬顯示領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。然而，像素尺寸小于 10 μm 的 Micro-LED 仍然面臨側(cè)壁損傷、光提取效率有限等技術(shù)挑戰(zhàn)，導(dǎo)致發(fā)光效率降低和亮度不均勻性嚴(yán)重。

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)在硅襯底上生長 4 英寸晶圓級均勻綠光 GaN 外延層，該外延層具有 5.25 × 10⁸ cm⁻² 的低位錯(cuò)密度、16.7 μm 的小晶圓彎曲和高波長均勻性（標(biāo)準(zhǔn)差 STDEV < 1 nm），可擴(kuò)展至 6 英寸尺寸。

基于高質(zhì)量 GaN 外延層，采用垂直非對準(zhǔn)鍵合技術(shù)設(shè)計(jì)了 5μm 像素尺寸的綠色 Micro-LED，通過原子側(cè)壁鈍化法結(jié)合濕法處理，成功解決了 Micro-LED 側(cè)壁損傷問題并在像素頂部穩(wěn)定產(chǎn)生納米級表面織構(gòu)，從而釋放了高質(zhì)量綠色硅基 GaN 外延片的內(nèi)量子效率，獲得了超過 10⁷ cd/m² (nits) 的超高亮度。

此外，研究人員還將 Micro-LED 與硅基 CMOS 電路集成，實(shí)現(xiàn)了分辨率高達(dá) 1080×780 的綠色 Micro-LED 顯示，實(shí)現(xiàn)電影和圖像的高清播放，該研究為在大尺寸硅基 GaN 外延片上量產(chǎn)高亮度  Micro-LED 顯示屏奠定了基礎(chǔ)。