Micro-LED是近年来备受关注的新一代显示技术。南方科技大学电子系刘召军副教授课题组专注于Micro-LED发光材料、器件设计与制备、彩色化等研究领域，并结合实际应用场景进行探索，取得了系统性的研究成果。
近来，刘召军课题组综述了Micro-LED全彩显示技术的研究进展，包括Micro-LED器件制备、巨量转移及结合量子点（QD）的单片全彩显示技术，成果以“Micro-light-emitting diodes with quantum dots in display technology”为题，发表在《Light: Science & Applications》论文1。刘召军副教授为该篇文章第一作者，文章获得该期刊2020年高下载量荣誉证书。
近来，刘召军课题组在基于量子点颜色转换层的Micro-LED全彩显示方面取得了研究进展。成果以“Dual Role of Quantum Dots as Color Conversion Layer and Suppression of Input Light for Full-Color Micro-LED Displays”为题，发表在《The Journal of Physical Chemistry Letters》论文2。
该工作指出，由于量子点高消光系数，作为颜色转换层可以显著抑制残余的蓝色激发光，对于绿色和红色核/壳结构的CdSe/ZnS量子点薄膜的厚度小于17µm，只有0.1%的蓝光透过率，并且产生绿色和红色，TiO2纳米粒子加入到量子点溶液中，通过散射效应增加了超过10%的发光强度。同时表明抑制量子点的重吸收是实现高的颜色转换效率的关键。图1为量子点颜色转换层在GaN基蓝光Micro-LED的原理图。
图1量子点颜色转换层在GaN基蓝光Micro-LED上的原理图
研究结果为低成本制造量子点转换层Micro-LED显示提供了清晰的路径。文章的通讯作者为南方科技大学电子系刘召军副教授和台湾交通大学郭浩中教授，南方科技大学Byung-Ryool Hyun博士和香港科技大学霍英东研究院佘庆威博士为文章第一作者。
随着Micro-LED器件尺寸的不断减小，Micro-LED器件的效率衰减成为需要解决的关键问题。为了探究如何提高Micro-LED器件的效率，刘召军题组通过模拟仿真研究，以“Exploring Superlattice DBR Effect on Micro-LED as Electron Blocking Layer”为题在《Optics Express》期刊论文3上提出了一种新方法在外延生长层面提高器件的插座效率，并讨论了内在的物理机制。具体方法为通过将超晶格结构和分布式布拉格反射器相结合并替代传统AlGaN电子阻挡层的方式，在通过增强辐射复合的同时提高光出射效率。文章第一作者为南方科技大学本科学生严格维，通讯作者为刘召军。
图2 器件结构示意图
图3 不同器件的外量子效率、输出功率-电流密度曲线
刘召军副教授课题组在关于Micro-LED器件热稳定方面取得了研究进展，以“Thermal Characteristics of InGaN-based Green Micro-LEDs”为题目在《AIPadvances》期刊论文4上报告了对绿光Micro-LED器件温度稳定性的相关研究。该工作中制备了基于InGaN的绿光Micro-LED器件，使用正向电压法得到不同尺寸的绿光Micro-LED器件的结温校准曲线，并在298K-453 K较宽结温范围内对绿光Micro-LED器件进行了光电特性分析。图4是Micro-LED器件的制备流程图。
图4 绿光Micro-LED制备流程示意图
实验结果表明制备的绿光Micro-LED器件在298 K-453 K结温范围内性能稳定，在未来的彩色高清显示应用中具有较大的潜力。南方科技大学19级硕士研究生冯玚为文章第一作者，通讯作者为刘召军。
目前普遍认为，Micro-LED器件的效率衰减是由器件侧壁的刻蚀损伤所导致的，但目前依然没有清晰明确的理论模型。基于此问题，电子系刘召军副教授课题组通过模拟仿真，研究Micro-LED器件效率衰减的内在物理机制，并提出其表面复合模型，进一步利用实验验证此模型的正确性。该研究结果以“Role of Intrinsic Surface States in Efficiency Attenuation of GaN-Based Micro-Light-Emitting-Diodes”为题，并作为封面文章发表在Physica Status Solidi Rapid Research Letters论文5期刊上。文章第一作者为课题组博士后蒋府龙博士，通讯作者为刘召军。
图5《Physica status solidi rapid research letters》2021年第2期封面
此外，刘召军副教授课题组综述了GaN基Micro-LED显示技术目前存在的技术问题及研究现状，主要包括：应用于Micro-LED显示的晶圆外研技术、Micro-LED器件效率衰减的内在物理机制、利用颜色转换媒介实现单片Micro-LED全彩显示技术。该论文以“氮化镓基Micro-LED显示技术研究进展”为题论文6，发表在《人工晶体学报》北大核心期刊，并人工晶体学报评选为2019-2020年度优秀综述论文。文章共同第一作者为南方科技大学博士后蒋府龙和南京大学博士研究生徐非凡，通讯作者为南京大学郑有炓院士、刘斌教授、南方科技大学刘召军副教授。
刘召军教授与邱成峰教授指导的研究生孙天皓提出了采用WO3作为变色层的材料并制备电致变色器件,研究了以 Ag-WO3复合层作为变色层的改进方案来制备电致变色器件对响应时间的影响.该研究成果以“WO3薄膜电致变色器件的响应时间测试及其改善方案”为题论文7发表于《液晶与显示》核心期刊2021年第5期，并被选为封面文章。
Micro-LED及宽禁带半导体光电器件在水下无线光通信（Underwater Wireless Optical Communication, UWOC）应用中可以实现水下中长距离下的高速通信，受到了海内外广泛研究人员的关注。刘召军课题组也在UWOC方面取得了新进展。
失准是基于激光光源的UWOC系统中的关键问题，因为水下运动很容易对光通信链路产生影响。因此，基于激光光源的UWOC系统需要严格的对准系统。基于此，课题组以“CMOS monolithic photodetector with a built-in 2-dimensional light direction sensor for laser diodes based underwater wireless optical communications”为题在《Optics Express》论文8提出了一种新颖的方法来将接收器的视场扩大到120°，并增强了基于激光光源的UWOC系统的鲁棒性。
具体实现方式是将具有内置二维光方向传感器的CMOS光电探测器器集成到单个芯片中，该芯片通过标准的0.5 µm CMOS工艺制成。图7展示了效果图。文章第一作者为南方科技大学研究助理教授吕志坚，通讯作者为刘召军。
图7（a）带有内置二维光向传感器的CMOS光电探测器的照片（b）单个传感器单元的结构
过去的研究往往集中在海水对光线的吸收和散射作用上，但海洋湍流效应可能对UWOC造成更为严重的影响。基于此，刘召军课题组以“Investigation of underwater wireless optical communications links with surface currents and tides for oceanic signal transmission”为题在《IEEE Photonics Journal》论文9上报道了存在海洋湍流的情况下，纯水和盐水对基于520 nm激光光源的UWOC系统的影响。通过使用长直水管、三通管、软管和潜水泵组成一个封闭循环系统，在实验室中实现海洋湍流现象的模拟，其示意图如图8所示。文章第一作者为南方科技大学研究助理教授吕志坚，通讯作者为刘召军。
图8 基于520 nm激光光源的UWOC系统装置示意图
实验测试了在纯水条件下，通信速率为3.4Gb/s和3.5Gb/s，洋湍流对于UWOC系统的性能影响较小。进一步实验采用加入的食盐来模拟海水，首先测试了在通信速率为3.0 Gb/s下，不同盐度与UWOC系统BER之间的关系，实验结果表明随着盐浓度的增加，在相同通信速率的情况下，UWOC系统的BER变差。
为了使实验条件更接近真实海洋环境，实验测试了35.4 g/L盐浓度下的UWOC系统的BER与不同水流流速之间的关系，结果表明在35.4 g/L盐度条件下，海洋湍流对UWOC系统的性能有一定的影响，但这种影响有限，其相应的眼图情况如图9所示。
图9 盐浓度为35.4 g/L下，水流流速为0 m/s的眼图（a）2.5 Gbps,（b）3 Gbps, （c）3.4 Gbps; 水流流速为1.08 m/s的眼图（a）2.5 Gbps,（b）3 Gbps,（c）3.4 Gbps
来源：南科大电子系
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