华林科纳半导体-----Micro LED的发展

引言

microLED被公认为终极显示技术，也是世界上发展最快的技术之一，因为科技巨头将其应用于从大型平板显示器和电视、可穿戴显示器和虚拟现实显示器到神经接口和光遗传学光源的广泛产品中。预计R&D在全球范围内的集体努力将不仅为大众消费电子市场带来小额贷款产品，还将通过涵盖医疗/健康、能源、交通、通信和娱乐领域，为社会提供最广泛的服务。

介绍

发光二极管的形式从300毫米300毫米的标准尺寸指示器和1毫米1毫米的功率发光二极管转变为10–30毫米3–7的微型尺寸，这在第三代氮化物和显示器研究领域开创了一个新的领域，并在开发新兴的第三代氮化物器件和产品方面投入了大量精力.8消费电子领域的巨大机遇是基于微型发光二极管(或微型发光二极管)的创新技术和产品的最新发展背后的主要驱动力。新兴的microLED产品包括用于高速三维/增强现实/虚拟现实(3D/AR/VR)显示应用的可穿戴显示器、高亮度/对比度的大型平板显示器和电视，以及用于神经接口和光遗传学以及可见光通信(Li-Fi)的光源。

图。1.通过谷歌学术搜索绘制了2000年至2019年与微LED或微尺寸LED相关的出版物项目对比图。

从传统的ⅲ-ⅴ族半导体可知，光电子器件，包括具有微腔的发射器和检测器，具有独特的优势，例如低功耗、高量子效率、增强的速度、降低的激射阈值、小型化和2D阵列集成的能力以及降低的成本.14–16在2000年之前，不同的研究小组已经成功地制造了各种ⅲ族氮化物微结构，包括微盘、环、金字塔、棱镜、波导和光泵垂直腔面发射激光器(VCSEL).17–29在中观察到增强的量子效率、光共振模式和光泵激射作用。

实验

接下来的一个自然步骤是实施各种方案，在一个线性阵列中寻址多片集成电路，以创建实用的器件。很快，许多潜在的应用开始出现在集成电路和阵列中。一个例子是互连的l型发光二极管，与相同器件面积的传统发光二极管相比，发光效率有所提高.4另一个例子是通过串联多个发光二极管，使单个发光二极管上的压降之和与高压交流或DC电源的电压相加，形成单片机高压交流/DC发光二极管，以匹配照明基础设施.31–33截至今天，氮化镓高压单芯片交流/DC发光二极管已广泛商业化，用于一般照明和汽车前灯。第三个例子是具有独立寻址像素或微显示器(ldi display)的lLED阵列，该阵列由作者团队在2000年至2001年间首次引入.5，6为了演示该概念，首先演示了10×10阵列(像素大小为12毫米)被动驱动“ldi display”，它只能显示字符.6大约在同一时间， 结果表明，lLED具有亚纳秒级的响应时间.7几个小组很早就参与了lLED技术及其应用的开发.34–43例如，用于Li-Fi和医疗应用的微LEDs的概念很早就被研究出来.34–40开发了一种矩阵寻址方案来演示具有128个96像素的无源矩阵微显示器.35还开发了倒装键合微显示器和硅衬底上的lLED的概念.41–43

图2。第一个基于量子阱的电流注入微器件微透镜阵列的示意性层结构图。(b)具有12 lm的栅状像素直径和10 lm的p型镍金接触直径的栅状阵列的SEM图像。正在运行的蓝色警报的光学图像。(d)用于比较的常规蓝色发光二极管(0.3毫米0.3毫米)的光学图像。转载自金等，应用物理。2011年，作者团队展示了全销售高分辨率(视频图形阵列或VGA格式的640 480像素)单色蓝绿微显示器，能够使用有源矩阵驱动方案传输视频图形图像，从而实现了电致发光显示器的真正突破.44–46实现基于电致发光显示器的有源驱动的挑战在于

ⅲ族氮化物集成电路不能直接在硅集成电路上制造。为了实现主动驱动方案，采用了混合显示概念。通过使用铟金属凸块44–48的倒装芯片接合，微透镜阵列与CMOS有源矩阵驱动器异质集成，如图1。

NInGaNn-GaN量子阱的电流注入微器件。(a)InGaNGaN QW微透镜阵列的示意性层结构图。(b)具有12 lm的栅状像素直径和10 lm的p型镍金接触直径的InGaNGaN QW栅状阵列的SEM图像。正在运行的蓝色警报的光学图像。(d)用于比较的常规蓝色发光二极管(0.3毫米0.3毫米)的光学图像。转载自金等，应用物理。76, 631 (2000).版权所有(2000) AIP出版。

结论

管取得了显著的进步，但仍有许多机会可以利用对基本的第三族氮化物材料特性和生长器件工艺的更好理解，来促进微透镜技术的进一步发展。例如，对于许多新兴应用来说，微型贷款预计将在高电流密度下运行。因此，需要对高电流密度下的翻转量子效率(或效率下降效应)现象进行更多的研究，这可能是由于可见和紫外发光二极管中的俄歇或镁杂质带传导效应，89–95适用于微激光器。众所周知，生长在氮化镓体衬底上的第三族氮化物发光二极管结构比生长在蓝宝石衬底上的发光二极管结构具有更理想的特性。然而，到目前为止，在氮化镓和碳化硅衬底上制作微透镜的工作还很少。将这种器件结构86–109与生长在蓝宝石上的微透镜晶片的结构进行比较，可以提供关于位错密度对微透镜效率的影响的有用见解，以及进一步降低微透镜中漏电流密度和增强p型导电性的方法。同样，对由极性、半极性和非极性InGaN量子阱制成的微EDs进行的比较工作也很少。因此，半极性或非极性微透镜的性质和性能非常稀缺，但它们非常受关注，因为这些结构能够提供应变和自发极化对微透镜的效率、工作速度和光学极化性质的潜在影响的见解。