?近日，廈門大學與廈門市未來顯示技術研究院的研究團隊在Micro-LED研究領域取得了重要突破，相關研究成果作為封面文章發表在《Advanced Optical Materials》期刊。團隊提出了一種氮化物Micro-LED側壁鈍化新方法，利用輕質離子對氮化物側壁進行原子層面的電子態修復鈍化。研究團隊深入探討了氮化物器件側壁原子構形演化機制，以及側壁重構對缺陷態的影響。并根據電子態鈍化理論開發了氫原子鈍化側壁的新方法，能夠有效抑制側壁損傷及其對器件性能的負面影響。通過這一創新性技術，成功制備出了電光轉換效率（WPE）高達36.9%的5 μm藍光Micro-LED器件。該研究為提高氮化物Micro-LED性能提供了可靠的技術方案，為未來顯示技術的發展奠定了基礎。

1、研究背景

Micro-LED技術作為下一代顯示技術的核心，正向更高分辨率、低功耗和長壽命方向發展。然而隨著器件尺寸的減小，干法刻蝕等制造工藝引起的側壁損傷成為限制Micro-LED光效的主要問題。已有的表面處理技術在一定程度上緩解了側壁損傷效應，但其缺陷演化過程尚未厘清。因此，深入理解側壁缺陷演化過程并開發新型鈍化技術對提升GaN基Micro-LED的性能和穩定性至關重要。

2、研究內容

本研究通過DFT計算揭示了Micro-LED側壁電子態的演化及載流子復合機制，特別是GaN側壁中懸掛鍵和氧雜質對電子結構的影響。研究發現，氫原子在側壁上的吸附能夠有效消除懸掛鍵引起的表面能帶彎曲和缺陷電子態。同時，氫原子與側壁上吸附的氧雜質反應，形成穩定的-OH配合物，從而消除了氧雜質引入的深能級缺陷。由此表明氫原子的吸附不僅對側壁缺陷有鈍化修復作用，還起到了側壁隔絕和保護作用，防止氧原子在制造過程中再次污染側壁，有望優化側壁表面電子結構，減少非輻射復合并提高Micro-LED的穩定性。

圖1.不同表面構型的（10-10）面側壁示意圖及電子結構

在上述研究基礎上，團隊開發出輕質離子修復鈍化技術，在濕法刻蝕后采用氫等離子體處理器件側壁表面。結果表明，通過濕法刻蝕去除干法刻蝕造成的損傷后，O的吸附將大幅影響器件的光電性能，而氫等離子體處理恢復了O污染區域的電子結構并進一步有效鈍化了暴露的側壁，抑制了側壁的非輻射復合，顯著提升了PL強度。這些實驗結果與理論計算一致，驗證了氫鈍化在改善和保護Micro-LED性能方面的關鍵作用。

圖2. Micro LED側壁O雜質的影響以及H鈍化對O雜質的還原修復作用

基于輕質離子修復鈍化技術，團隊制作出的不同尺寸GaN基藍光Micro-LED性能顯著提升，表現出“逆向尺寸效應”，即隨著尺寸減小峰值WPE增加，其中5 μm器件的WPE從15.3%大幅提高至36.9%；同時，各尺寸器件的峰值電流密度均低于5 A/cm2。

圖3. 基于輕質離子修復鈍化技術制備的Micro LED光電性能

3、研究相關

本工作由廈門大學、廈門市未來顯示技術研究院張榮院士團隊完成，物理科學與技術學院博士生閆金健為該論文的第一作者，物理科學與技術學院/廈門市未來顯示技術研究院盧衛芳副教授、李金釵教授以及黃凱教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了國家重點研發計劃項目（2022YFB3603604）、國家自然科學基金項目62404184、62174141）、中央高校基本科研業務費專項資金（20720230019）以及廈門市科技重點計劃（3502Z20231048）的資助。

原文鏈接：

J. Yan, W. Lu, J. Li, K. Huang, J. Kang, and R. Zhang, “Enhancing the Performance of Micro LEDs via Lightweight Atomic Charge-Matching Passivation.” Adv. Optical Mater. 13, no. 24 (2025): 13, 2500796.

來源：廈門市未來顯示技術研究院