破尺寸效应，通全彩路径，中日高校Micro LED双突破
【时间】2026-09-17 【浏览】6
Micro LED正加速迈向AR/VR等超高像素密度场景发展，但效率随尺寸微缩而衰减的尺寸效应，与全彩化制备的复杂结构，始终是产业化路上的两道难关。
近日，中日高校先后传来突破：中国团队以原位修复钝化技术逆转尺寸效应，日本团队则首次实现铽掺杂AlGaN电致发光，为单片全彩开辟新路径。
厦大物理公众号消息，厦门大学张荣院士、黄凯教授团队联合南京大学、复旦大学在Nature Photonics发表论文，提出原位干法修复钝化（IDRP）技术，从原子结构修复与表面电子态调控两个维度同步入手，实现刻蚀损伤原位修复与表面钝化一体化。
研究揭示，尺寸微缩导致效率衰减的核心并非传统认知的侧壁非辐射复合增强，而是等离子体刻蚀对多量子阱、电子阻挡层等结构造成的损伤，与载流子横向输运效应相互耦合，触发"载流子黑洞"效应，将载流子吸附至芯片边缘并经非辐射复合通道消耗。
IDRP将修复环节直接嵌入标准干法刻蚀流程，系统修复晶格损伤与表面缺陷，重构侧壁载流子复合与输运行为，突破传统表面钝化局限，实现"原子结构修复"与"电子态重构"的协同调控。得益于此，Micro LED长期受困的尺寸效应被逆转，呈现显著的"反向尺寸效应"。
基于该技术，团队制备的2μm蓝光与绿光Micro LED峰值外量子效率分别达64.7%和55.1%，刷新该尺寸量级氮化物Micro LED效率世界纪录，并同步完成3387 PPI微显示模块验证，打通从原子尺度损伤修复、超小尺寸高效率芯片制备到高PPI显示系统集成的全链条。
更重要的是，IDRP采用全干法、原位、兼容现有半导体制造流程的路线，为Micro LED突破高效率、小尺寸、高良率与规模制造难以兼顾的瓶颈提供底层支撑；其针对的氮化物刻蚀界面共性损伤问题，对功率电子、射频器件及光探测器等微纳器件的界面工程同样具有借鉴意义。
日本大阪大学与立命馆大学研究人员首次展示了铽掺杂AlGaN基LED的电致发光，有望推动单片Micro LED全彩显示发展。
据研究团队介绍，传统Micro LED依赖带间跃迁发光，外延完成后颜色即固定，全彩显示需堆叠多个发光层或横向排列子像素，结构复杂，而铽掺杂AlGaN LED仅凭铽离子发射即可产生四种颜色，无需复杂集成结构。
器件在MOCVD反应器中于蓝宝石衬底上生长，铝组分从0.36逐步提升至0.62。二次离子质谱显示，铝含量增加时活性区铽浓度从2.0×10¹⁹ cm⁻³略降至1.5×10¹⁹ cm⁻³；外部量子效率随铝浓度提高而上升，高铝组分器件较低铝组分高出10倍以上——铝浓度升高虽劣化电学特性，但合金向掺杂剂的能量传递增强，使Tb³⁺发射显著增强。
实现单色发射是制备全彩显示的关键。加装带通滤波器虽可筛色，但会牺牲效率。研究团队指出，四种可见光发射均源于Tb³⁺同一⁵D₄激发态的弛豫过程，借助等离子体共振或谐振腔结构耦合特定波长、缩短辐射寿命，即有望调控分支比使单色占优，铽掺杂玻璃中绿光主导即为佐证。
当前器件EQE仍低于0.01%，但该团队已在铕掺杂GaN红色LED上实现接近10%的峰值EQE，通过优化晶体生长条件并发展氧原子等杂质共掺杂技术，铽掺杂AlGaN的效率有望大幅提升，且其前驱体可液态鼓泡，量产难度预计与常规LED相当。
近日，中日高校先后传来突破：中国团队以原位修复钝化技术逆转尺寸效应，日本团队则首次实现铽掺杂AlGaN电致发光，为单片全彩开辟新路径。
厦大团队破解尺寸效应，2μm Micro LED效率刷新纪录
厦大物理公众号消息，厦门大学张荣院士、黄凯教授团队联合南京大学、复旦大学在Nature Photonics发表论文，提出原位干法修复钝化（IDRP）技术，从原子结构修复与表面电子态调控两个维度同步入手，实现刻蚀损伤原位修复与表面钝化一体化。
研究揭示，尺寸微缩导致效率衰减的核心并非传统认知的侧壁非辐射复合增强，而是等离子体刻蚀对多量子阱、电子阻挡层等结构造成的损伤，与载流子横向输运效应相互耦合，触发"载流子黑洞"效应，将载流子吸附至芯片边缘并经非辐射复合通道消耗。
IDRP工艺修复Micro-LED侧壁原子并钝化侧壁电子态（图片来源：厦大物理）
IDRP将修复环节直接嵌入标准干法刻蚀流程，系统修复晶格损伤与表面缺陷，重构侧壁载流子复合与输运行为，突破传统表面钝化局限，实现"原子结构修复"与"电子态重构"的协同调控。得益于此，Micro LED长期受困的尺寸效应被逆转，呈现显著的"反向尺寸效应"。
基于该技术，团队制备的2μm蓝光与绿光Micro LED峰值外量子效率分别达64.7%和55.1%，刷新该尺寸量级氮化物Micro LED效率世界纪录，并同步完成3387 PPI微显示模块验证，打通从原子尺度损伤修复、超小尺寸高效率芯片制备到高PPI显示系统集成的全链条。
氮化物Micro LED尺寸效应破解与微显示样机演示（图片来源：厦大物理）
更重要的是，IDRP采用全干法、原位、兼容现有半导体制造流程的路线，为Micro LED突破高效率、小尺寸、高良率与规模制造难以兼顾的瓶颈提供底层支撑；其针对的氮化物刻蚀界面共性损伤问题，对功率电子、射频器件及光探测器等微纳器件的界面工程同样具有借鉴意义。
大阪大学实现铽掺杂AlGaN电致发光，Micro LED单片全彩迎新路径
日本大阪大学与立命馆大学研究人员首次展示了铽掺杂AlGaN基LED的电致发光，有望推动单片Micro LED全彩显示发展。
据研究团队介绍，传统Micro LED依赖带间跃迁发光，外延完成后颜色即固定，全彩显示需堆叠多个发光层或横向排列子像素，结构复杂，而铽掺杂AlGaN LED仅凭铽离子发射即可产生四种颜色，无需复杂集成结构。
图片来源：Compound semiconductor
器件在MOCVD反应器中于蓝宝石衬底上生长，铝组分从0.36逐步提升至0.62。二次离子质谱显示，铝含量增加时活性区铽浓度从2.0×10¹⁹ cm⁻³略降至1.5×10¹⁹ cm⁻³；外部量子效率随铝浓度提高而上升，高铝组分器件较低铝组分高出10倍以上——铝浓度升高虽劣化电学特性，但合金向掺杂剂的能量传递增强，使Tb³⁺发射显著增强。
LED在约620nm、580nm、550nm和490nm处产生极稳定的电致发光峰，对应铽离子⁵D₄–⁷FJ（J=3,4,5,6）能级跃迁。
实现单色发射是制备全彩显示的关键。加装带通滤波器虽可筛色，但会牺牲效率。研究团队指出，四种可见光发射均源于Tb³⁺同一⁵D₄激发态的弛豫过程，借助等离子体共振或谐振腔结构耦合特定波长、缩短辐射寿命，即有望调控分支比使单色占优，铽掺杂玻璃中绿光主导即为佐证。
当前器件EQE仍低于0.01%，但该团队已在铕掺杂GaN红色LED上实现接近10%的峰值EQE，通过优化晶体生长条件并发展氧原子等杂质共掺杂技术，铽掺杂AlGaN的效率有望大幅提升，且其前驱体可液态鼓泡，量产难度预计与常规LED相当。
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