米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）氮化物半导体先进器件开放创新实验室[实验室主任Misato Shimizu]GaN光学器件团队Xueron Wang实验室团队负责人电子与光子技术研究部[研究部主任 Masahiko Mori] 朱顺，前客座研究员，纳米电子研究部[研究部部长中野隆]研究小组组长远藤和彦等人、国立大学法人东北大学[校长大野英夫]（以下简称“东北大学”）流体科学研究所未开发能源研究中心主任、材料科学研究所首席研究员寒川精二教授、产业技术研究院纳米电子学研究本部特别研究员是微观GaN（氮化镓）LED（微型LED)开发了一种高效技术。
Micro LED显示器以Micro LED高密度排列，有望成为下一代可穿戴信息终端的高效、高亮度、高分辨率显示器。然而，传统的制造方法会对LED的侧面造成严重的加工损伤，导致发光效率随着尺寸的减小而显着下降，这已成为一个主要问题。这次可知加工造成的损伤极小中性粒子束蚀刻技术在GaN micro-LED的制造中，我们开发了即使LED尺寸缩小到6微米(μm)，发光效率也几乎没有下降的GaN micro-LED。
这项技术的详细信息将于2019年7月7日至7月12日在美国华盛顿州贝尔维尤举行的氮化物半导体国际会议上公布。
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| 使用该中性粒子束蚀刻技术和传统技术制造的GaN micro LED的发光效率 |
近年来，随着可穿戴式和便携式信息终端的快速普及，作为信息终端与人类之间接口的显示器对更低功耗、更高亮度和更高分辨率的需求越来越强烈。最近，微型LED显示器（尺寸约为10微米的密集排列的微型LED）引起了广泛的关注。与传统液晶和有机EL显示器相比，Micro LED显示器被认为能够将功耗降低不到1/10，将亮度提高10,000倍以上，并将分辨率提高约10倍。
传统的micro LED一般是电感耦合等离子体 (ICP) 蚀刻技术LED晶圆而制成的。然而，由于Micro LED的侧面暴露在等离子体中，因此在LED的侧面会出现对发光没有贡献的高密度缺陷。随着LED尺寸的减小，具有缺陷的侧面的比例增加，并且被对发光没有贡献的缺陷捕获的电子数量增加。因此，传统的 micro-LED 需要低电流密度（<20 A/cm2)区域，随着LED尺寸的减小，发光效率迅速下降，难以实现高效率、高亮度、高分辨率的Micro-LED显示器。
AIST 一直致力于研究和开发，以提高可见光半导体 LED 的效率。此外，我们最近一直致力于使用中性粒子束蚀刻技术制造GaN纳米结构，旨在提高使用纳米结构的LED的功能。同时，东北大学开发了一种中性粒子束蚀刻技术，可以以超低损伤蚀刻半导体材料。因此，两家公司致力于利用通过创建和评估 GaN 纳米结构获得的知识来创建 GaN micro-LED。这项技术开发的一部分是通过 AIST 和东北大学之间签订的交叉任命协议进行的。
本次我们采用中性粒子束刻蚀技术和传统的电感耦合等离子体刻蚀技术制作了40μm见方、20μm见方、10μm见方、6μm见方四种GaN microLED，进行比较。图 1 显示了所制造的 micro-LED 的示意图。 LED 晶圆有金属有机气相外延在蓝宝石衬底上生长的蓝光材料被使用了。此外，采用5层GaN/InGaN（氮化镓铟）复用层作为LED的有源层。量子阱使用结构。 Micro LED 发出的光从 p 型 Ni（镍）/Au（金）半透明电极侧提取。
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| 图1本次制作的GaN micro LED示意图 |
图 2(a) 和 2(b) 分别是使用传统电感耦合等离子体蚀刻技术和这种新型中性粒子束蚀刻技术制造的 Micro-LED 的发光效率指标外量子效率显示。对于电感耦合等离子体蚀刻样品，当 LED 尺寸低于 20 μm 时，低电流密度区域 (20 A/cm2及以下），发光效率迅速下降。相比之下，采用中性粒子束蚀刻技术制造的Micro-LED的发光效率几乎没有表现出尺寸依赖性，即使尺寸缩小到6μm，发光效率也几乎没有下降。 6 μm micro LED 的电流密度为 5 A/cm2的发光效率，使用中性粒子束蚀刻制造的发光效率比使用电感耦合等离子体蚀刻制造的发光效率高大约五倍。将尺寸为 6 μm 的 Micro LED 转换为虚拟现实/增强现实的分辨率头戴式显示器所需的。
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| 图 2：使用 (a) 传统电感耦合等离子体蚀刻技术和 (b) 新型中性粒子束蚀刻技术制造的 Micro-LED 的外部量子效率与电流密度的关系 |
未来，我们计划利用该技术来制造绿色和红色Micro-LED，以实现全彩Micro-LED显示器。