张荣院士团队研究进展：原位干法修复钝化技术破解氮化物Micro-LED尺寸效应瓶颈

面向增强现实/虚拟现实（AR/VR）、近眼显示等超高像素密度应用场景，Micro-LED像素尺寸正加速向数微米级微缩。长期以来，器件效率随尺寸减小而衰减的“尺寸效应”是制约Micro-LED超高PPI显示技术发展的核心瓶颈。

近日，厦门大学张荣院士、黄凯教授团队联合南京大学、复旦大学等单位，在Nature Photonics发表题为《In situ dry repair and passivation unlocks size-independent performance in III-nitride micro-LEDs》的研究论文。

该研究创新提出原位干法修复钝化（IDRP）技术，从原子结构修复与表面电子态调控两个维度，同步实现了刻蚀损伤的原位修复和表面钝化，突破了氮化物Micro-LED长期受困于“尺寸减小导致效率骤降”的瓶颈，实现了“尺寸减小—效率提升”的性能跨越。

（DOI:10.1038/s41566-026-01990-4）

长期以来，Micro-LED效率随尺寸微缩下降的现象通常被归因于侧壁面积占比提升带来的侧壁表面非辐射复合增强。团队通过系统研究揭示，尺寸微缩过程中效率衰减的核心在于等离子体刻蚀引入的多量子阱（MQW）、电子阻挡层（EBL）等结构损伤，与载流子横向输运效应之间的耦合作用。这种耦合作用触发了“载流子黑洞”效应，把载流子“吸”到芯片边缘，并通过非辐射复合通道消耗，导致芯片效率大幅下降。

图1. IDRP工艺修复Micro-LED侧壁原子并钝化侧壁电子态。

针对上述问题，团队提出IDRP技术，将修复直接嵌入标准干法刻蚀流程，实现原子尺度结构修复与电子态钝化一体化。通过原子分辨结构表征、界面电子态分析及光电特性测试验证，IDRP能够系统修复刻蚀引起的晶格损伤和表面缺陷，重构侧壁载流子复合与输运行为。该技术突破了传统表面钝化的局限，实现了“原子结构修复”与“电子态重构”的协同调控。得益于此，Micro-LED长期受困的尺寸效应被逆转，呈现出显著的“反向尺寸效应”。

基于该技术，团队制备出的2 μm蓝光与绿光Micro-LED峰值外量子效率（EQE）分别高达64.7%和55.1%，刷新了该尺寸量级氮化物Micro-LED的效率世界纪录；同步完成3387 PPI Micro-LED微显示模块验证，打通了从原子尺度损伤修复、超小尺寸高效率芯片制备到高PPI显示系统集成的全技术链条。

图2. 氮化物Micro-LED尺寸效应破解与微显示样机演示。

更具产业意义的是，IDRP采用全干法、原位、可兼容现有半导体制造流程的技术路线，为Micro-LED突破高效率、小尺寸、高良率与规模制造难以兼顾的产业瓶颈提供底层工艺支撑，推动Micro-LED由“能够做小”进一步迈向“高效地做小、稳定地做小、规模化地做小”。同时，IDRP所解决的是氮化物等离子体刻蚀界面的共性损伤问题，其原位修复思想也为氮化物功率电子、射频器件及光探测器等微纳器件的界面工程提供了新的技术路径。

厦门大学张荣院士、黄凯教授和复旦大学季力教授为该论文的共同通讯作者。厦门大学闫金健博士和李金钗教授为共同第一作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持，同时得到嘉庚创新实验室的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41566-026-01990-4