麻省理工《Nature》：最高阵列密度和最小尺寸的全彩垂直堆叠µLED

微型LED（µLED）已被用于要求极高像素和亮度的增强和虚拟现实显示应用。然而，基于红、绿和蓝（RGB）µLED横向组装的传统制造工艺在提高像素密度方面存在局限性。最近，垂直µLED试图通过堆叠独立的RGB LED膜来解决这个问题，但最小化堆叠µLED的横向尺寸一直很困难。

在这里，来自麻省理工等单位的研究人员报告了全彩色垂直堆叠的µLED，它们实现了迄今为止报告的最高阵列密度（每英寸5100像素）和最小尺寸（4µm）。这是通过基于二维材料的层转移技术实现的，该技术允许通过远程或范德华外延、机械释放和堆叠LED，在二维材料涂层基板上生长近亚微米厚度的RGB LED。有史以来最小的堆叠高度约为9µm，是实现创纪录的高µLED阵列密度的关键因素。作者还展示了蓝色µLED与硅膜晶体管的垂直集成，用于有源矩阵操作。这些结果确立了为增强现实和虚拟现实创建全彩µLED显示器的路线，同时也为更广泛的三维集成设备提供了通用平台。相关论文以题目为“Vertical full-colour micro-LEDs via 2D materials-based layer transfer”发表在Nature期刊上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05612-1

微型发光二极管（µLED）由于其尺寸小、亮度高，被认为是增强和虚拟现实（AR/VR）显示器的理想构建块，这对于近眼和/或户外应用至关重要。然而，通过传统的传质工艺实现全彩µLED显示屏一直是一个挑战。这些工艺要求从各自的外延晶片GaAs中提取红色、绿色和蓝色（RGB）µLED芯片，用于红色LED，蓝宝石用于绿色和蓝色LED，例如，随后连续精密转移R、G和B LED芯片，以横向组装RGB像素。尽管在分辨率、产量和吞吐量方面有了巨大的提高，但这些方法尚未产生足够高像素密度的µLED显示器。

为了解决这些问题，许多研究人员开发了具有垂直排列的RGB子像素的µLED显示器，通过独立RGB LED膜的单片集成，然后进行自上而下的制造。然而，用于生产独立LED的传统外延剥离技术可能不足以构建AR/VR显示器所需的10µm以下像素。具体而言，用于基于铟镓氮化物（InGaN）的LED的常规异质外延和激光剥离工艺需要在有源层下的厚缓冲层，以分别最小化晶格失配引起的位错和防止激光引起的损伤。因此，这些LED膜的厚度为5–10µm，这使得制造低于10µm的垂直µLED变得不切实际，因为高纵横比阻碍了高分辨率光刻。释放过程的缓慢速度和昂贵晶片的有限重复使用给制造商带来了额外的担忧。因此，迫切需要一种剥离技术，该技术可以产生超薄、易于操作的独立LED膜，进一步推进垂直µLED微显示器技术。（文：爱新觉罗星）