思坦科技助力氮化镓（GaN）同质外延Micro-LED多项关键技术突破

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。

01 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。

02 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。

通过以上研究分析，我们可以看到，GaN-on-GaN Micro-LED不仅实现了优越的单色性和波长稳定性，还在高电流密度下表现出优越的发光特性。随着材料科学和器件设计的不断进步，同质外延Micro-LED有望在提高亮度、降低功耗和扩展色域等方面取得更大突破。此外，结合先进的制造工艺和集成技术，Micro-LED的应用范围将不断拓展，推动下一代显示与光电子技术的创新与发展。

思坦科技在研究中发挥了重要的技术支持与平台支撑作用，尤其在器件性能测试与微显示系统集成等关键环节提供了扎实的资源与专业能力。

思坦科技目前已具备相关技术储备，下一步将继续与高校、科研院所及产业链伙伴深入合作，进一步优化器件结构、扩展全彩制备能力，加速下一代显示技术的创新与产业化进程。

相关文献检索：
 

• Ultra-low-defect homoepitaxial micro-LEDs with enhanced efficiency and monochromaticity for high-PPI AR/MR displays.PhotoniX 5, 23 (2024). https://doi.org/10.1186/s43074-024-00137-4
• Vertical GaN-On-GaN Micro-LEDs for Near-Eye Displays.Adv. Sci. 2025, e06784.https://doi.org/10.1002/advs.202506784