近日，香港科技大学、南方科技大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所等多家单位合作，在氮化镓（GaN）同质外延Micro-LED领域取得多项关键技术突破。相关研究发表于PhotoniX、Advanced Science等国际专业期刊。

研究团队成员刘弈镈博士、李子纯博士分别为相关研究第一作者，刘召军博士为通讯作者，思坦科技作为关键支持与合作单位，为相关研究承担制备表征与示范应用工作，助力实现高性能、高效率、高稳定性GaN-on-GaN Micro-LED微显示器件，为下一代近眼显示应用奠定坚实基础。

首次展示高质量GaN-on-GaN Micro-LED显示器

氮化镓（GaN）材料的Micro-LED因其卓越的亮度和稳定性，被认为是AR/MR应用的最佳选择。然而，传统的蓝宝石基底(GaN-on-Sapphire)异质外延生长Micro-LED器件面临着诸多挑战，如高位错密度导致的显著波长偏移和效率下降等。这些问题不仅影响了显示屏的整体性能，还限制了其在高亮度环境下的应用效果。

在研究中，团队对同质外延GaN-on-GaN Micro-LED进行了从材料层面到系统集成的全面分析，这些内容在其他研究中尚未涉及或验证。

在材料特性方面，团队成功开发出基于自支撑GaN衬底（GaN-on-GaN）的同质外延Micro-LED，该结构表现出卓越的晶体质量，位错密度低至约10⁵ cm⁻²，相比传统蓝宝石基GaN外延降低了3–4个数量级。同时本征的应变得到缓解，仅为异质外延应力的1.4%，接近于理想的无应力状态。

在器件表征层面，同质外延结构Micro-LED均表现出优异的波长稳定性和单色性。当电流密度从10 A/cm2增大至500 A/cm2时，GaN-on-GaN蓝光与绿光的峰值波长仅分别偏移4.79 nm和1.21 nm。此外，器件色域覆盖达到Rec. 2020的103.57%，显著优于现有显示标准。特别值得注意的是，蓝光器件在高电流密度下仍能保持稳定的色坐标数值，并展现出优异的高亮度输出特性。这种性能使得GaN-on-GaN Micro-LED在高亮度和高色彩准确度的应用场景中具有极大的潜力，尤其是AR/MR等需要高显示质量的领域。

研究还成功实现了3000 PPI超高像素密度的微显示阵列，面板尺寸为6.5*10.9 mm2，分辨率达1300*720，在强环境光下仍具备优异的亮度和色彩均匀性，满足AR/MR设备对高亮度、高对比度的苛刻要求。

本研究以“Ultra-low-defect homoepitaxial micro-LEDs with enhanced efficiency and monochromaticity for high-PPI AR/MR displays”为题发表于高影响力国际科技期刊PhotoniX。

垂直结构+离子注入隔离，突破近眼显示性能瓶颈

在另一项研究中，研究团队通过对比不同尺寸显示产品的视场角需求，强调提升轴向亮度比扩大视场角更关键。

由此，研究团队在技术路线与器件结构上实现突破，提出并制备了基于GaN-on-GaN衬底的垂直结构Micro-LED，并创新性地采用氟离子注入（F⁻ implantation） 实现像素隔离，取代传统感应耦合等离子体（ICP）刻蚀工艺。

这一技术路线有效避免了ICP刻蚀导致的侧壁损伤、非辐射复合和光学串扰问题，显著改善了器件的电学与光学性能。实验结果表明，离子注入器件的串联电阻大幅降低，相同电压下电流输出能力更强，漏电流低至创纪录的10⁻¹¹ A量级，开启电压稳定约2.8 V，具备优异的电接触特性。

在光学方面，离子注入隔离的器件表现出更均匀的发光分布、更锐利的像素边缘和更稳定的发射波长（约413 nm），半高宽收窄至14 nm左右，显示分辨率潜力显著提升。

研究还提出了“显示有效外量子效率（EQEeffective）”这一新评价指标，通过FDTD光学仿真量化了实际观看条件下的有效发光效率。结果表明，传统台面刻蚀结构仅有约33.87%的光对显示有效，而离子注入结构因无侧壁发光，其EQE几乎全部为有效效率，特别适合AR/VR设备在高电流密度（＞100 A/cm2）环境下工作。

本研究以“Vertical GaN-On-GaN Micro-LEDs for Near-Eye Displays”为题发表于国际高级开放获取期刊Advanced Science。