［本站讯］集成电路学院刘超教授团队在微型发光二极管（Micro-LED）显示技术领域取得重要进展，实现了单片集成全氮化镓（GaN）有源驱动的Micro-LED显示模块。相关成果以“All-GaN monolithic integration of 2T1C pixel circuits with μLEDs”为题，发表于光学领域权威期刊Optics Letters。山东大学集成电路学院博士研究生高一品为论文第一作者，刘超教授为通讯作者。
Micro-LED凭借其高亮度、高对比度、长寿命、低能耗等优势，被视为下一代高端显示技术的有力竞争者之一。然而，当前主流的硅基CMOS或薄膜晶体管（TFT）像素驱动方案与GaN基Micro-LED之间存在本质的材料与工艺不兼容问题，通常需要引入复杂的巨量转移与金属键合工艺。这一混合集成路线不仅易引发热失配、寄生效应和对准误差等关键技术难题，还会显著增加制造成本，制约了大面积、高密度Micro-LED显示阵列的规模化制备与产业化进程。因此，在单一GaN材料平台上实现像素电路与Micro-LED的单片集成，成为突破现有集成路线技术瓶颈、构建高性能，低成本Micro-LED显示芯片的关键研究方向。
图1 单片集成全GaN基2T1C-μLED显示模块的（a）结构示意图，（b）等效电路图和（c）光学显微镜图像，以及（d）亮度调控与（e）开关切换测试结果。
针对这一产业难题，刘超教授团队开发了一种自对准选区外延再生长技术，基于4英寸GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）外延结构，研究团队成功实现了晶圆级Micro-LED的精准再生长与无缝电学互连，外延生长的Micro-LED结构展示出了优异的厚度一致性与组分均匀性。所研制的单片集成全GaN基2T1C-μLED显示模块能够实现有效的亮度调控以及可靠、稳定的开关切换能力，体现了全GaN单片集成架构在精细灰度调控和高刷新率等方面的巨大潜力。
全GaN单片集成方案从根本上规避了传统混合集成路线中复杂的转移与键合工艺，在简化集成复杂度、降低成本的同时，有望充分发挥GaN材料体系在高频、高效、高可靠性方面的本征优势。单片集成2T1C-μLED显示模块的实现标志着全GaN单片集成技术从简单的器件级开关调光迈向了实用的电路级像素驱动架构，为下一代高性能有源矩阵Micro-LED显示芯片的制备提供了关键技术支撑与可行的发展路径。
该研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目的资助。
