转向单片多色microLED阵列的隧道结

隧道结解决了在等离子蚀刻p型表面上产生欧姆接触的挑战

由于采用microLED显示器生产中的取放方法所涉及的良率和吞吐量问题，单片技术引发了广泛关注。

在这方面，名城大学和阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的工程师之间进行合作，正在取得实质性进展。他们表示已经生产出首个基于GaN并通过隧道结连接的红色、绿色和蓝色（RGB）单片microLED阵列。

名城大学的团队发言人Motoaki Iwaya表示：“我们还成功地通过使用隧道结，最大限度地减少了因蚀刻损坏而导致的电压升高。我们认为这种方法对于实现采用microLED的单片显示器极为有效。”

名城大学的工程师们生产出一种外延结构，其中包括一个发蓝光的双量子阱区域，后面是一个隧道结，然后是一个发绿光的双量子阱区域，后面也有一个隧道结。在将该外延结构送到阿卜杜拉国王科技大学后，该团队添加了一个红光发射结构，其特点是在蓝色单量子阱顶部生长红色单量子阱，以提高发射效率。

采用多个步骤在外延片形成每英寸330像素的microLED阵列。首先通过溅射添加ITO，然后用氯气进行感应耦合等离子体反应离子蚀刻以形成台阶结构。随后退火激活隧道结中的p型GaN，然后用SiO₂层钝化并通过电子束沉积添加n型电极。

通过该工艺生产的microLED器件尺寸为73μm×20μm，台阶面积为35μm×15μm。然而，Motoaki Iwaya表示，缩小到更小的尺寸是有可能的，他透露，他们已经从边长约为3μm的方形单个元件中实现了高效发光。Motoaki Iwaya补充说，团队尚未掌握实现3μm器件的技术，不过一旦掌握了可用的组装技术，他们希望能够展示出比2000 ppi更精细的显示器。

在50 mA驱动下，阵列中的蓝色、绿色和红色microLED产生峰值发射在486 nm、514 nm和604 nm。蓝色microLED在380 nm时还产生一个额外的弱峰值，可以通过应用AlN覆盖层，将n型AlGaN层的生长温度降低到蓝色LED有源层的生长温度来消除该峰值。另一个问题是红色LED的宽条纹发射，发生在450 nm左右，可能是由于非最佳生长条件造成的。

△ 由于采用了隧道结，一对n型电极可以驱动红色、绿色和蓝色microLED。

蓝色、绿色和红色LED的开启电压分别为2.8 V、3.2 V和3.2 V。对于绿色和红色LED，这些值比理想LED的值高0.5 V和1 V。绿色MicroLED的发光受阻被认为是因为阳极在生长界面形成了电屏障，而红色MicroLED可能受到p型GaN与电极间高接触电阻以及电极面积小的影响，这些因素共同导致其发光受阻。

光学测量表明，绿色microLED的发射强度远远高于其蓝色和红色同类产品的发射强度。

Motoaki Iwaya表示：“对于蓝色microLED，如果热效应得到抑制，则可以将亮度提高约一个数量级并控制波长。”他预计红色microLED的改进将更难实现。他承认，生产在更长波长下发出更高亮度的红色microLED将是一项挑战。“不过，其亮度已经比OLED高出大约一个数量级，所以我认为将其提升到实用水平是有可能的。”

参考文献

T. Saito et. al. Appl. Phys. Express 16 084001 (2023)