Micro-LED具有強亮度，高對比度，長工作壽命，良好的能量轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)優(yōu)勢。這使其成為下一代顯示技術(shù)的有力競爭者，在近些年引發(fā)廣泛關(guān)注。優(yōu)化制造工藝以持續(xù)提升器件性能是當(dāng)前 Micro-LED 研究的重點之一。

常規(guī)的Micro-LED工藝需要引入等離子刻蝕技術(shù)定義像素臺面。在刻蝕過程中，臺面?zhèn)缺谑艿降入x子體轟擊和紫外光子輻照，導(dǎo)致嚴(yán)重的表面損傷和缺陷，例如晶格畸變和雜質(zhì)污染。這些缺陷充當(dāng)電流泄露路徑和非輻射復(fù)合中心，嚴(yán)重危害Micro-LED效率。隨著器件尺寸的減小，等離子體損傷帶來的不利影響愈加嚴(yán)重，使Micro-LED器件效率呈現(xiàn)顯著的尺寸依賴性。

針對這一痛點，阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）李曉航教授團隊研發(fā)了一種名為選擇性熱氧化（STO）的 Micro-LED 像素定義技術(shù)，免除了傳統(tǒng)像素定義必須的等離子體刻蝕工藝。

相關(guān)研究成果以“Etching-free pixel definition in InGaN green micro-LEDs”為題發(fā)表在Light: Science & Applications。

如圖1所示，科研人員首先在LED外延片表面沉積SiO2層并將其圖形化。之后將芯片放置于管式爐中在900度空氣環(huán)境下退火四個小時。在退火過程中，沒有SiO2覆蓋的區(qū)域，LED結(jié)構(gòu)將被氧化和破壞，失去原有發(fā)光功能。而覆蓋有SiO2的區(qū)域被有效保護, 成為被定義的Micro-LED像素。其原理為，SiO2在此充當(dāng)保護層，由于其致密的結(jié)構(gòu)可有效阻擋空氣中的氧元素擴散至LED內(nèi)部。SiO2的圖形化實現(xiàn)了“選擇性的”熱氧化，也定義了最終Micro-LED像素的形狀和尺寸。

圖1：用于制作Micro-LED的選擇性熱氧化STO工藝流程。

圖2演示了制作的綠色Micro-LED陣列的器件光學(xué)圖片，發(fā)光光譜，以及透射電子顯微鏡（TEM）的表征結(jié)果等。從獲得的TEM圖像中可清晰的看到有無SiO2保護下LED結(jié)構(gòu)的不同。受SiO2保護的區(qū)域保留了完整的量子阱結(jié)構(gòu)，而未受保護區(qū)域中的p層和量子阱均被氧化和重塑。

圖2：綠色Micro-LED陣列。（a）器件光學(xué)照片；（b）像素點發(fā)光示例；（c）隨電流變化的Micro-LED發(fā)光光譜；（d-f）TEM 透射電子顯微鏡表征結(jié)果；（g）EDX 元素分布分析。

進一步的測試表明，由選擇性熱氧化技術(shù)制造的Micro-LED具有低漏電特性，在反向10 V的偏壓下，所制作的10~50微米綠色Micro-LED漏電流密度僅為10–7 至10-6 A/cm²，并具有較弱的尺寸依賴性。未封裝的10微米Micro-LED器件測得片上6.48% 的外量子效率。此外，為了使通過STO工藝制造的Micro-LED在未來應(yīng)用于AR/VR等微顯示應(yīng)用，團隊進一步驗證了小至2.3微米的像素發(fā)光，如圖3所示。以上這些結(jié)果表明選擇性熱氧化工藝有望成為一種無刻蝕損傷，高性能的，下一代Micro-LED制造技術(shù)，并為優(yōu)化其他III族氮化物電子和光電器件性能提供了理論和實驗參考。

圖3：2.3微米Micro-LED的制造和像素發(fā)光

李曉航教授表示，他們的下一個計劃是將選擇性熱氧化技術(shù)擴展應(yīng)用到InGaN基藍色和紅色LED的制造。同時，他們正在將制造的像素轉(zhuǎn)移到實際的顯示面板上，進行進一步應(yīng)用層面的驗證。（來源：中國光學(xué)）

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