具有寿命长、功耗低、缺陷密度低、应力极化场小和高亮度等优点的氮化镓基Micro-LED显示技术被认为是未来显示界的主流。随着高分辨率低功耗显示需求的不断增加,Micro-LED显示技术中单个像素点尺寸和像素点间距也会随着分辨率的要求日趋减小。但随之而来的是发光效率的降低及像素点之间光串扰增加的问题。Micro-LED器件发光效率随着像素点尺寸的减小而急剧降低的原因是由于Micro-LED器件尺寸减小,刻蚀产生的侧壁缺陷占比增加,而侧壁缺陷将严重影响器件发光效率。另外,器件尺寸及像素点间距减小,会增加侧壁出光及光的横向传播,这会导致像素点间的光串扰效应。合理设计器件结构将有助于改善Micro-LED器件发光效率和减少光串扰效应。本文围绕Micro-LED器件侧壁缺陷和光串扰效应展开。具体取得的研究成果如下:1.量子垒的合理设计有利于减少Micro-LED侧壁缺陷复合。我们通过对比不同的量子垒厚度的Micro-LED器件,发现适当减少量子垒的厚度可以有效控制电流的横向扩展,使量子阱中的空穴更集中分布在电极下面,从而减少电流向侧壁缺陷处的输运,因此侧壁缺陷处对载流子的捕获机率将明显减少。此外,我们进一步的研究发现随着量子垒厚度的减小,有源区的空穴注入效率也得到改善。同时,我们也制备了不同量子垒厚度的Micro-LED器件,实验结果与我们理论计算结果相互吻合。因此我们推荐Micro-LED器件采用薄量子垒,这样侧壁缺陷处的非辐射复合占比将减少,进而有效减少侧壁缺陷的影响并且提高空穴注入,从而改善Micro-LED发光效率。2.利用超低折射率的纳米蓝宝石图形衬底减少倒装Micro-LED芯片光串扰效应。由于蓝宝石之间的光通路作用,使倒装Micro-LED像素点之间存在严重的光串扰现象。虽然蓝宝石中的光串扰,可以通过完全剥离蓝宝石来减少,但同时带来的是光提取效率的急剧降低及工艺成本的增加。蓝宝石图形衬底在常规LED中已经被大量应用,但是其对Micro-LED的影响很少有报道。我们研究发现,尽管普通纳米蓝宝石图形衬底可以有效增加Micro-LED的光提取效率,但是也严重增加了Micro-LED的光串扰。但是如果利用超低折射率的纳米图形衬底,其不但能进一步的提高光提取效率,还非常好的抑制了Micro-LED的光串扰效应。这主要是由于超低折射率的纳米蓝宝石图形衬底可以使发射的光更偏向于垂直传播而不是横向传播。另外,我们利用纳米球光刻技术和原子层沉积技术成功制备一种超低折射率的超薄空腔型纳米图形衬底。此超薄空腔纳米图形衬底能有效改善外延层的生长质量,为提高Micro-LED发光效率并减少光串扰提供了新的物理思想和研究方向。