香港科技大學（港科大）工學院成功研發一款全球首創的深紫外Micro LED顯示陣列晶元，此高光效晶元可配合無掩模紫外光光刻技術，提升其光輸出功率密度準確性，并以較低成本及更速效的方法推動半導體晶片生產的技術發展。
這項研究由港科大先進顯示與光電子技術國家重點實驗室創始主任郭海成教授指導，并與南方科技大學和中國科學院蘇州納米所合作。
是次研究由港科大先進顯示與光電子技術國家重點實驗室創始主任郭海成教授（中）指導，研究團隊核心成員馮鋒博士（左）為第一作者，團隊亦包括劉弈镈博士（右），兩位均為港科大電子及計算機工程學系的博士后研究員。
光刻機是用以制造半導體的重要設備，它利用短波長的紫外光構成不同圖案，從而生產出各種集成電路晶片。然而，這種運用傳統汞燈和深紫外LED光源的制作有不足之處，例如器件尺寸大、解析度低、能源消耗高、輸出的光效低且功率密度不足，不利于晶片制作。
為了解決上述難題，研究團隊制造了一個無掩模光刻原型機平臺，利用它制作了首個由深紫外Micro LED無掩模曝光的Micro LED顯示陣列晶元。過程中提高了紫外光萃取效率、增強其熱分布效能，并改善了晶體外延的應力釋放。
上圖的電致發光圖像顯示出其光輸出質量高，測試在日常運作電流密度的范圍內，晶元都能提供穩定的光輸出，即使是細小至三微米的器件中亦然。下圖顯示深紫外microLED顯示陣列晶元能提供穩定的光輸出功率，成功顯出影像供圖案轉移使用。
郭教授特別提到：「團隊制作的Micro LED顯示陣列晶元成功實現了多項關鍵性技術突破，包括提高了光源的功率及效能、圖案顯示解析度、提升熒幕性能及快速曝光能力。此Micro LED顯示晶元有效地將紫外光源和掩模版上的圖案融為一體，迅速地提供足夠的輻照劑量為光阻劑進行光學曝光，推進半導體生產技術發展?！?/p>
郭教授進一步指出：「近年來，低成本、高精度的無掩模光刻技術已成為半導體行業的新興研發熱點。由于這種技術能夠更靈活調整曝光圖案，從而提供更多樣化的定制選項，并節省制造光刻掩模版的成本。因此，對于自主開發半導體設備而言，有助提高光阻劑敏感度的短波長Micro LED技術顯得尤為關鍵?！?/p>
港科大電子及計算機工程學系博士后研究員馮鋒博士總結道：「與其他具代表性的研究相比，我們實現了更小的器件尺寸、更低的驅動電壓、更高的外量子效率、更高的光功率密度、更大規模的陣列尺寸，以及更高的顯示解析度。這些都是關鍵的性能提升，各項指標均顯示，本研究的成果領先全球?！?/p>
論文題為「High-Power AlGaN Deep-Ultraviolet Micro-Light-Emitting Diode Displays for Maskless Photolithography」，全文刊登于頂尖期刊《自然光子》。自發表以來，本研究在業界內獲得廣泛認可，并于「第十屆國際第三代半導體論壇」被評為2024年度中國第三代半導體技術十大進展之一。
展望下一階段的研究，團隊計劃繼續提升AlGaN深紫外Micro LED的各項性能，并改進原型機，開發2k至8k高解析度的深紫外Micro LED顯示熒幕。
本研究的第一作者為馮鋒博士，通訊作者則為港科大電子及計算機工程學系的客席副教授兼南方科技大學副教授劉召軍。團隊成員還包括港科大電子及計算機工程學系的博士后研究員劉弈镈博士、博士畢業生張珂博士，以及來自各合作機構的研究人員。
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