無須巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)就能實現(xiàn)全彩顯示的Micro-LED概念

***交通大學(xué)光電工程學(xué)系郭浩中教授研究團隊與廈門大學(xué)電子科學(xué)系吳挺竹博士和Flex-Photonics佘慶威博士、SIJ Technology Inc公司合作，在單一磊芯片上采用奈米結(jié)構(gòu)應(yīng)力調(diào)變技術(shù)與高精度的量子點噴涂技術(shù)，合作開發(fā)出單片式集成RGB Micro-LED元件，該研究成果展示了無須巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)就能實現(xiàn)全彩顯示的Micro-LED概念，研究成果也分別被刊登在國際知名期刊《Scientific Reports》與《Photonics Research》。

由于藍綠光的LED是由銦氮化鎵基材料為主，因為晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，是一種壓電材料，本身具有很強的內(nèi)建電場，會影響主動區(qū)的發(fā)光波長與載子復(fù)合效率，這個現(xiàn)象稱為量子史侷限塔克效應(yīng)(quantum confined Stark effect; QCSE)，是困擾LED發(fā)光效率的主要原因之一，因此該研究團隊利用QCSE的特性，在綠光磊芯片上通過環(huán)型奈米結(jié)構(gòu)的制作，釋放LED主動區(qū)的應(yīng)力來實現(xiàn)波長調(diào)變的效果，并將發(fā)光波長由綠光調(diào)變至藍光；由于奈米結(jié)構(gòu)會犧牲掉部分發(fā)光面積而降低發(fā)光強度，且Micro-LED隨著尺寸的減小，側(cè)壁缺陷對芯片的影響程度則會變大，進而導(dǎo)致芯片發(fā)光效率的降低，因此郭教授研究團隊導(dǎo)入了原子層沉積(ALD)薄膜鈍化保護技術(shù)取代傳統(tǒng)的電漿輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式，藉由ALD鈍化保護層具有高致密度、高階梯覆蓋能力及有效的缺陷修復(fù)等特性，避免載子在芯片表面被缺陷捕捉，大幅提高了元件的發(fā)光強度，進而提升效率。

由于制備的每個RGB子像素的尺寸僅為3 μm * 10 μm，因此在小面積上實現(xiàn)量子點材料的精確噴涂也是該研究的一大亮點所在。該研究團隊所采用的高精度量子點噴涂技術(shù)，可實現(xiàn)1.65 μm線寬的均勻噴涂（如圖所示），噴涂精度可以很好地滿足要求。

圖片來源：Photonics Research

此外，因為奈米結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得外露的主動區(qū)面積增加，多數(shù)的量子點與主動區(qū)直接接觸，如圖所示，進階的實現(xiàn)了非輻射能量轉(zhuǎn)移（NRET）效應(yīng)，提高了量子點材料的色轉(zhuǎn)換效率。非輻射能量轉(zhuǎn)移(NRET)是一種發(fā)生在兩個發(fā)色團之間能量轉(zhuǎn)移的一種機制，由德國科學(xué)家Theodor F?rster提出?？蓪⑵涿枋鰹榧ぐl(fā)態(tài)上的施體發(fā)色團，在距離極靠近的情況下，可以透過偶極耦合的方式將能量傳遞給受體發(fā)色團，屬于一種類似近場傳輸(即反應(yīng)的作用距離遠小于激發(fā)波長)，而LED的多重量子井與量子點即可視為兩個發(fā)色團，并存在著施體與受體關(guān)系，只要在適當?shù)木嚯x之內(nèi)，就可以發(fā)生非輻射能量轉(zhuǎn)移機制，過去許多研究都利用這個機制來提升量子點的色彩轉(zhuǎn)換效率。

圖片來源：Photonics Research

綜上所述，該聯(lián)合研究團隊開發(fā)了可實現(xiàn)全彩微顯示的新型Micro-LED，并利用原子層沉積ALD技術(shù)改善了Micro-LED的發(fā)光效率，同時利用非輻射能量轉(zhuǎn)移機制提升了量子點的色轉(zhuǎn)換效率。該研究開發(fā)制備的量子點與奈米環(huán)Micro-LED技術(shù)，為實現(xiàn)Micro-LED的全彩顯示提供了一種新思路與新方向。