日本产业技术综合研究所与日本东北大学合作，开发出了提高GaN（氮化镓）微型发光二极管（微型LED）效率的技术。
高密度配置微型LED的微型LED显示屏作为实现新一代可穿戴信息终端的高效率、高亮度和高分辨率显示屏备受期待，但以往的制造方法由于LED侧面的加工损伤较大，尺寸变小的话，发光效率会大幅降低。此次通过采用加工损伤非常小的中性粒子束蚀刻技术制作GaN微型LED，开发出了即使将LED的尺寸削减至6微米（μm），发光效率也几乎不会降低的GaN微型LED。
相关技术详情已在2019年7月7日～7月12日于美国华盛顿州贝尔维尤市举行的国际会议“国际氮化物半导体会议（International Conference on Nitride Semiconductors）”上发表。
图1：分别利用此次的中性粒子束蚀刻技术和以往的技术制作的GaN微型LED的发光效率
此次，研究小组利用中性粒子束蚀刻技术和用来做比较的电感耦合等离子体蚀刻技术（以往的技术），分别制作了40μm见方、20μm见方、10μm见方和6μm见方的4种GaN微型LED。图2是制作的微型LED的模式图。LED晶圆采用的是利用有机金属化学气相沉积法在蓝宝石基板上生长的蓝色发光晶圆。另外，LED的活性层采用5重GaN/InGaN（氮化镓/氮化铟镓）多量子阱结构。微型LED从p型Ni（镍）/Au（金）半透明电极一侧发光。
图2：此次制作的GaN微型LED的模式图
图3（a）和3（b）分别表示利用以往的电感耦合等离子体蚀刻技术和利用此次的中性粒子束蚀刻技术制作的微型LED的发光效率指标之一——外部量子效率对电流密度的依赖性。利用电感耦合等离子体蚀刻技术制作的样品，当LED的尺寸削减至20μm以下，在对显示操作至关重要的低电流密度区域（20A/cm2以下），发光效率急剧降低。
图3：利用（a）以往的电感耦合等离子体蚀刻技术和（b）此次的中性粒子束蚀刻技术制作的微型LED的外部量子效率对电流密度的依赖性
而利用中性粒子束蚀刻技术制作的微型LED的发光效率对尺寸几乎没有依赖性，即使尺寸削减至6μm，发光效率也几乎不会降低。关于6μm的微型LED，研究小组对电流密度为5A/cm2时的发光效率进行比较发现，利用中性粒子束蚀刻法制作的微型LED，发光效率比利用电感耦合等离子体蚀刻技术制作的微型LED高出约5倍。将尺寸为6μm的微型LED换算成分辨率的话，可实现虚拟现实和增强现实用头戴式显示器所需的2000ppi（pixel per inch：每英寸像素数）以上的超高分辨率。
今后，为实现全彩微型LED显示屏，研究小组还预定利用该技术制作绿色和红色的微型LED。
（日文新闻发布全文）
文：JST客观日本编辑部翻译整理
