近日，厦门大学与厦门市未来显示技术研究院的研究团队在Micro-LED研究领域取得了重要突破，相关研究成果作为封面文章发表在《Advanced Optical Materials》期刊。团队提出了一种氮化物Micro-LED侧壁钝化新方法，利用轻质离子对氮化物侧壁进行原子层面的电子态修复钝化。研究团队深入探讨了氮化物器件侧壁原子构形演化机制，以及侧壁重构对缺陷态的影响。并根据电子态钝化理论开发了氢原子钝化侧壁的新方法，能够有效抑制侧壁损伤及其对器件性能的负面影响。通过这一创新性技术，成功制备出了电光转换效率（WPE）高达36.9%的5 μm蓝光Micro-LED器件。该研究为提高氮化物Micro-LED性能提供了可靠的技术方案，为未来显示技术的发展奠定了基础。
1、研究背景
Micro-LED技术作为下一代显示技术的核心，正向更高分辨率、低功耗和长寿命方向发展。然而随着器件尺寸的减小，干法刻蚀等制造工艺引起的侧壁损伤成为限制Micro-LED光效的主要问题。已有的表面处理技术在一定程度上缓解了侧壁损伤效应，但其缺陷演化过程尚未厘清。因此，深入理解侧壁缺陷演化过程并开发新型钝化技术对提升GaN基Micro-LED的性能和稳定性至关重要。
2、研究内容
本研究通过DFT计算揭示了Micro-LED侧壁电子态的演化及载流子复合机制，特别是GaN侧壁中悬挂键和氧杂质对电子结构的影响。研究发现，氢原子在侧壁上的吸附能够有效消除悬挂键引起的表面能带弯曲和缺陷电子态。同时，氢原子与侧壁上吸附的氧杂质反应，形成稳定的-OH配合物，从而消除了氧杂质引入的深能级缺陷。由此表明氢原子的吸附不仅对侧壁缺陷有钝化修复作用，还起到了侧壁隔绝和保护作用，防止氧原子在制造过程中再次污染侧壁，有望优化侧壁表面电子结构，减少非辐射复合并提高Micro-LED的稳定性。
图1.不同表面构型的（10-10）面侧壁示意图及电子结构
在上述研究基础上，团队开发出轻质离子修复钝化技术，在湿法刻蚀后采用氢等离子体处理器件侧壁表面。结果表明，通过湿法刻蚀去除干法刻蚀造成的损伤后，O的吸附将大幅影响器件的光电性能，而氢等离子体处理恢复了O污染区域的电子结构并进一步有效钝化了暴露的侧壁，抑制了侧壁的非辐射复合，显著提升了PL强度。这些实验结果与理论计算一致，验证了氢钝化在改善和保护Micro-LED性能方面的关键作用。
图2. Micro LED侧壁O杂质的影响以及H钝化对O杂质的还原修复作用
基于轻质离子修复钝化技术，团队制作出的不同尺寸GaN基蓝光Micro-LED性能显著提升，表现出“逆向尺寸效应”，即随着尺寸减小峰值WPE增加，其中5 μm器件的WPE从15.3%大幅提高至36.9%；同时，各尺寸器件的峰值电流密度均低于5 A/cm²。
图3. 基于轻质离子修复钝化技术制备的Micro LED光电性能
3、研究相关
本工作由厦门大学、厦门市未来显示技术研究院张荣院士团队完成，物理科学与技术学院博士生闫金健为该论文的第一作者，物理科学与技术学院/厦门市未来显示技术研究院卢卫芳副教授、李金钗教授以及黄凯教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划项目（2022YFB3603604）、国家自然科学基金项目62404184、62174141）、中央高校基本科研业务费专项资金（20720230019）以及厦门市科技重点计划（3502Z20231048）的资助。
原文链接：
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.
来源：厦门市未来显示技术研究院
