Micro-LED雖然經過多年快速的發(fā)展，但目前仍然有幾個關鍵技術問題阻礙了其前進的步伐。首先，受到紅光LED低效率和熱光衰的困擾，限制了顯示器的性能；第二、制備間距小于10μm的Micro-LED芯片器件具有挑戰(zhàn)性，而這是用于AR和MR的微型顯示器的必要要求；第三、隨著LED尺寸的不斷縮小，器件的分揀變得更加艱難且昂貴。當然最后一點是最令人擔憂，那就是生產成本太高。

 

目前來看，能夠解決所有問題的方法是色彩轉換MicroLED，它使用在紫外或藍光的芯片來激發(fā)量子點（QD），以這種方式工作的器件具有許多特性，包括高量子產率、與尺寸有關的發(fā)射波長、窄的發(fā)射線寬和較短的發(fā)光壽命。

 

 

圖1.（a）電化學蝕刻工藝產生納米多孔GaN。（b）GaN電化學蝕刻工藝的相圖

 

為了解決這些問題，來自康涅狄格州Branford市的Saphlux團隊開發(fā)了一種納米孔技術，可以將量子點嵌入到Micro-LED中，這樣就可以得到非常高效、可靠和低成本的器件。

 

據(jù)介紹，該團隊通過將材料浸入酸性溶液中并施加偏壓，在LED中形成納米級孔隙，從而驅動n型GaN的電化學蝕刻（見圖1（a））。通過改變施加的偏壓或GaN中硅摻雜濃度，這樣能夠在電化學蝕刻行為中產生戲劇性的變化。如果向硅摻雜濃度低的GaN施加低偏置電壓，則不會出現(xiàn)蝕刻現(xiàn)象；如果使用高偏置電壓或高硅摻雜濃度，則會將GaN完全蝕刻掉（這稱為電拋光）。為了形成納米多孔GaN，我們繪制了這兩種極端之間的變化過程，選擇了適當?shù)钠秒妷汉凸钃诫s濃度。

 

 

圖2.（a-c）具有不同孔隙率的納米多孔GaN在不同的偏置電壓下蝕刻的俯視圖和（d-f）截面掃描電子顯微鏡圖像。經美國化學學會許可轉載。

 

根據(jù)Saphlux團隊模擬結果顯示，將納米孔融入LED中可以大大提高器件效率，而且可靠性也得到了提高。

 

 

圖4.（a）GaN藍寶石晶片上的紅色納米多孔量子點樣品和量子點薄膜的紅色發(fā)射的歸一化功率強度的比較。兩種樣品均用420 nm藍色激光激發(fā)3小時。（b）納米多孔GaN吸收藍光的模擬映射結果。（c）納米多孔膜吸收藍光的模擬映射結果。

 

通過實驗得出上述結果，Saphlux團隊據(jù)此開始制作顯示器。據(jù)介紹，制作顯示器需要形成納米多孔藍色發(fā)光LED，然后將其中一部分放在一邊，在另一部分涂上紅色發(fā)光或綠色發(fā)光量子點（見圖5）。在將紅色和綠色發(fā)光量子點加載到不同區(qū)域之前，團隊將裸露的納米多孔GaN鍵合到電流驅動面板上。如果這些區(qū)域沒有量子點，則發(fā)射藍光；如果它們加載了量子點，則通過顏色轉換產生紅光或綠光。

 

 

圖5. Saphlux的制造單片RGB microLED的方法。（a）將帶有裸露的納米多孔GaN的垂直藍色LED鍵合在電流驅動器面板上。（b）紅色量子點被選擇性地加載到紅色區(qū)域中。（c）將綠色量子點選擇性地加載到綠色區(qū)域中。（d）分別從紅色量子點區(qū)域，綠色量子點區(qū)域和沒有任何量子點的區(qū)域發(fā)出的紅色，綠色和藍色光

 

利用這種方法，Saphlux團隊演示了一個尺寸為36μm×36μm的microLED陣列。它具有一個濾光片，可以阻擋紅色和綠色子像素的藍色背光。通過組合許多microLED，我們制作了一個帶有我們公司標志的顯示屏（見圖6(b)）。

 

目前該團隊正在制造納米多孔GaN microLED陣列，并根據(jù)客戶的需求定制像素尺寸。許多應用提供了廣闊的市場前景，包括可穿戴設備、車輛顯示器、智能手機以及各種形式的增強和虛擬現(xiàn)實設備。

 

 

圖6.（a）Saphlux RGB單片微型LED由背面的藍色LED光源激發(fā)。（b）由紅色和綠色納米多孔量子點microLED制成的公司徽標“ SAPHLUX”的圖片。