引言

microLED被公認(rèn)為終極顯示技術(shù)，也是世界上發(fā)展最快的技術(shù)之一，因?yàn)榭萍季揞^將其應(yīng)用于從大型平板顯示器和電視、可穿戴顯示器和虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器到神經(jīng)接口和光遺傳學(xué)光源的廣泛產(chǎn)品中。預(yù)計(jì)R&D在全球范圍內(nèi)的集體努力將不僅為大眾消費(fèi)電子市場帶來小額貸款產(chǎn)品，還將通過涵蓋醫(yī)療/健康、能源、交通、通信和娛樂領(lǐng)域，為社會提供最廣泛的服務(wù)。

介紹

發(fā)光二極管的形式從300毫米300毫米的標(biāo)準(zhǔn)尺寸指示器和1毫米1毫米的功率發(fā)光二極管轉(zhuǎn)變?yōu)?0–30毫米3–7的微型尺寸，這在第三代氮化物和顯示器研究領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)新的領(lǐng)域，并在開發(fā)新興的第三代氮化物器件和產(chǎn)品方面投入了大量精力.8消費(fèi)電子領(lǐng)域的巨大機(jī)遇是基于微型發(fā)光二極管(或微型發(fā)光二極管)的創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品的最新發(fā)展背后的主要驅(qū)動(dòng)力。新興的microLED產(chǎn)品包括用于高速三維/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)(3D/AR/VR)顯示應(yīng)用的可穿戴顯示器、高亮度/對比度的大型平板顯示器和電視，以及用于神經(jīng)接口和光遺傳學(xué)以及可見光通信(Li-Fi)的光源。

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?圖。1.通過谷歌學(xué)術(shù)搜索繪制了2000年至2019年與微LED或微尺寸LED相關(guān)的出版物項(xiàng)目對比圖。

從傳統(tǒng)的ⅲ-ⅴ族半導(dǎo)體可知，光電子器件，包括具有微腔的發(fā)射器和檢測器，具有獨(dú)特的優(yōu)勢，例如低功耗、高量子效率、增強(qiáng)的速度、降低的激射閾值、小型化和2D陣列集成的能力以及降低的成本.14–16在2000年之前，不同的研究小組已經(jīng)成功地制造了各種ⅲ族氮化物微結(jié)構(gòu)，包括微盤、環(huán)、金字塔、棱鏡、波導(dǎo)和光泵垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL).17–29在中觀察到增強(qiáng)的量子效率、光共振模式和光泵激射作用。

實(shí)驗(yàn)

接下來的一個(gè)自然步驟是實(shí)施各種方案，在一個(gè)線性陣列中尋址多片集成電路，以創(chuàng)建實(shí)用的器件。很快，許多潛在的應(yīng)用開始出現(xiàn)在集成電路和陣列中。一個(gè)例子是互連的l型發(fā)光二極管，與相同器件面積的傳統(tǒng)發(fā)光二極管相比，發(fā)光效率有所提高.4另一個(gè)例子是通過串聯(lián)多個(gè)發(fā)光二極管，使單個(gè)發(fā)光二極管上的壓降之和與高壓交流或DC電源的電壓相加，形成單片機(jī)高壓交流/DC發(fā)光二極管，以匹配照明基礎(chǔ)設(shè)施.31–33截至今天，氮化鎵高壓單芯片交流/DC發(fā)光二極管已廣泛商業(yè)化，用于一般照明和汽車前燈。第三個(gè)例子是具有獨(dú)立尋址像素或微顯示器(ldi display)的lLED陣列，該陣列由作者團(tuán)隊(duì)在2000年至2001年間首次引入.5，6為了演示該概念，首先演示了10×10陣列(像素大小為12毫米)被動(dòng)驅(qū)動(dòng)“l(fā)di display”，它只能顯示字符.6大約在同一時(shí)間， 結(jié)果表明，lLED具有亞納秒級的響應(yīng)時(shí)間.7幾個(gè)小組很早就參與了lLED技術(shù)及其應(yīng)用的開發(fā).34–43例如，用于Li-Fi和醫(yī)療應(yīng)用的微LEDs的概念很早就被研究出來.34–40開發(fā)了一種矩陣尋址方案來演示具有128個(gè)96像素的無源矩陣微顯示器.35還開發(fā)了倒裝鍵合微顯示器和硅襯底上的lLED的概念.41–43

圖2。第一個(gè)基于量子阱的電流注入微器件微透鏡陣列的示意性層結(jié)構(gòu)圖。(b)具有12 lm的柵狀像素直徑和10 lm的p型鎳金接觸直徑的柵狀陣列的SEM圖像。正在運(yùn)行的藍(lán)色警報(bào)的光學(xué)圖像。(d)用于比較的常規(guī)藍(lán)色發(fā)光二極管(0.3毫米0.3毫米)的光學(xué)圖像。轉(zhuǎn)載自金等，應(yīng)用物理。2011年，作者團(tuán)隊(duì)展示了全銷售高分辨率(視頻圖形陣列或VGA格式的640 480像素)單色藍(lán)綠微顯示器，能夠使用有源矩陣驅(qū)動(dòng)方案傳輸視頻圖形圖像，從而實(shí)現(xiàn)了電致發(fā)光顯示器的真正突破.44–46實(shí)現(xiàn)基于電致發(fā)光顯示器的有源驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)在于

ⅲ族氮化物集成電路不能直接在硅集成電路上制造。為了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)方案，采用了混合顯示概念。通過使用銦金屬凸塊44–48的倒裝芯片接合，微透鏡陣列與CMOS有源矩陣驅(qū)動(dòng)器異質(zhì)集成，如圖1。

NInGaNn-GaN量子阱的電流注入微器件。(a)InGaNGaN QW微透鏡陣列的示意性層結(jié)構(gòu)圖。(b)具有12 lm的柵狀像素直徑和10 lm的p型鎳金接觸直徑的InGaNGaN QW柵狀陣列的SEM圖像。正在運(yùn)行的藍(lán)色警報(bào)的光學(xué)圖像。(d)用于比較的常規(guī)藍(lán)色發(fā)光二極管(0.3毫米0.3毫米)的光學(xué)圖像。轉(zhuǎn)載自金等，應(yīng)用物理。76, 631 (2000).版權(quán)所有(2000) AIP出版。

結(jié)論

管取得了顯著的進(jìn)步，但仍有許多機(jī)會可以利用對基本的第三族氮化物材料特性和生長器件工藝的更好理解，來促進(jìn)微透鏡技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。例如，對于許多新興應(yīng)用來說，微型貸款預(yù)計(jì)將在高電流密度下運(yùn)行。因此，需要對高電流密度下的翻轉(zhuǎn)量子效率(或效率下降效應(yīng))現(xiàn)象進(jìn)行更多的研究，這可能是由于可見和紫外發(fā)光二極管中的俄歇或鎂雜質(zhì)帶傳導(dǎo)效應(yīng)，89–95適用于微激光器。眾所周知，生長在氮化鎵體襯底上的第三族氮化物發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)比生長在藍(lán)寶石襯底上的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有更理想的特性。然而，到目前為止，在氮化鎵和碳化硅襯底上制作微透鏡的工作還很少。將這種器件結(jié)構(gòu)86–109與生長在藍(lán)寶石上的微透鏡晶片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，可以提供關(guān)于位錯(cuò)密度對微透鏡效率的影響的有用見解，以及進(jìn)一步降低微透鏡中漏電流密度和增強(qiáng)p型導(dǎo)電性的方法。同樣，對由極性、半極性和非極性InGaN量子阱制成的微EDs進(jìn)行的比較工作也很少。因此，半極性或非極性微透鏡的性質(zhì)和性能非常稀缺，但它們非常受關(guān)注，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)能夠提供應(yīng)變和自發(fā)極化對微透鏡的效率、工作速度和光學(xué)極化性質(zhì)的潛在影響的見解。

審核編輯：符乾江