垂直结构的全彩化Micro-LED器件及制备方法与流程

本发明涉及一种涉及半导体制造，具体为垂直结构的全彩化micro-led器件及制备方法。

背景技术：

1、近年来,micro-led显示技术的迅速发展得到众多企业和研究者的青睐,相比于广泛应用的lcd和oled显示, micro-led具备高发光效率、高亮度、高可靠性和响应时间短等优异的特性，将micro-led显示定义为下一代显示技术,基于市场对于显示要求更高ppi的虚拟现实、增强现实、混合现实以及平视显示，而言传统的lcd和oled显示技术难以满足显示需求，然而，作为第三代最具潜力优势的半导体材料氮化镓micro-led显示技术有望弥补新兴应用市场。

2、和一般的大尺寸led芯片相比，micro-led芯片的侧壁面积和台面面积之比更大，而且在器件制备过程中采用干法刻蚀工艺会不可避免的在芯片侧壁附近造成损伤，对于小尺寸micro-led芯片，尤其是作为 ar、vr关键器件的尺寸小于5μm的micro-led芯片，会导致micro-led芯片表面非辐射复合比例上升，辐射复合下降，从而使得内量子效率下降，外量子效率也因而下降。

技术实现思路

1、针对传统的干法刻蚀工艺对于micro-led芯片造成的侧壁损失问题，本发明提出一种垂直结构的全彩化micro-led器件及制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

3、垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于该器件在ic驱动电路上设置有多层复合结构，依次为：金属层、p-gan层、多量子阱层、n-gan层、钝化层、透明电极和颜色转换单元，所述多层复合结构由刻蚀技术分割为p-n结像素台面；在p-n结像素台面间隔处设置黑胶。

4、所述金属层采cr/pt/au沉积制得，金属层厚度为2000-3000å。

5、所述多量子阱层为多对inxga 1-x n/inyga 1-y n，其中mqw活性区为8个3nm厚的ingan阱层和8nm厚的gan势垒层组成。多量子阱层发出的为波长在454nm的蓝光。

6、所述n-gan层厚度为2-4μm。

7、所述钝化层为二氧化硅绝缘层和氮化硅绝缘层组成的复合膜层，厚度为1-2μm。

8、所述黑胶采用环氧树脂，其厚度为2-3μm，极大程度的减少了光串扰现象。

9、所述颜色转换单元由红色量子点光胶、绿色量子点光胶和透明光胶组成，所述红色量子点和绿色量子点由光刻胶制得，厚度为2-3μm。

10、一种垂直结构的全彩化micro-led器件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

11、s1. 提供硅衬底，利用mocvd技术在衬底上依次生长n-gan层、多量子阱层、 p-gan层；

12、s2. 利用磁控溅射技术在p-gan上沉积金属层，得到多层复合结构；

13、s3. 将得到的多层复合结构与ic驱动电路键合；

14、s4. 通过化学机械平坦化技术将衬底去除，得到氮化镓芯片；

15、s5. 利用标准光刻技术将掩模版上的像素阵列图形转移到得到的氮化镓芯片上；

16、s6. 利用icp和ibe技术刻蚀氮化镓芯片以得到p-n结像素台面；

17、s7. 在芯片表面利用化学气相沉积法制作钝化层；

18、s8. 利用光刻技术把像素用光刻胶保护起来露出像素间距，之后用旋涂机把黑胶填充于p-n结像素台面的间隔中；

19、s9. 利用icp技术在芯片绝缘层表面刻蚀出欧姆孔阵列；

20、s10. 利用标准光刻以及磁控溅射技术在欧姆孔阵列生长ito透明电极；

21、s11.通过标准光刻技术制备颜色转换单元。

22、所述s3的键合方法为：在金属层上沉积二氧化硅绝缘层，将绝缘层上刻蚀出微孔阵列，微孔阵列中沉积一层铟金属后再进行起铟球处理。

23、所述s7中的钝化层制备方法为：在芯片表面利用化学气相沉积法依次生长氮化硅绝缘层和二氧化硅绝缘层。

24、和一般的micro-led器件彩色化方案相比，基于量子点的彩色转换微led显示器效率更高和功耗更低。量子点通常包含一个直径为几纳米的无机核心，并被一层薄薄的无机外壳包裹以保持量子点的稳定性。利用同尺寸的量子点在短波长紫外光激发下可以发出不同的颜色光。本发明在氮化镓上分割出单色micro-led器件通过量子点光转换组成rgb像素，以实现颜色转换的全彩显示。

25、本发明的优点及有益效果如下：

26、本发明利用一种新的方法定义垂直结构micro-led芯片像素阵列，采用多层钝化的方法避免了传统干法刻工艺在芯片侧壁附近造成损伤，从而降低芯片表面非辐射复合效率，提高了芯片的外量子效率。通过胶体量子点实现了rgb颜色转换，并通过填充黑胶减少了光串扰，提高了颜色转换效率，实现了全彩显示，提高了显示性能，得到了体积小、能耗低、亮度高、响应快的蓝光micro-led器件。

技术特征：

1.垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于该器件在ic驱动电路上设置有多层复合结构，依次为：金属层、p-gan层、多量子阱层、n-gan层、钝化层、透明电极和颜色转换单元，所述多层复合结构由刻蚀技术分割为p-n结像素台面；在p-n结像素台面间隔处设置黑胶。

2.如权利要求1所述的垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于金属层采cr/pt/au沉积制得，金属层厚度为2000-3000å。

3.如权利要求1所述的垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于多量子阱层为多对inxga 1-x n/inyga 1-y n，其中mqw活性区为8个3nm厚的ingan阱层和8nm厚的gan势垒层组成。

4.多量子阱层发出的为波长在454nm的蓝光。

5.如权利要求1所述的垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于n-gan层厚度为2-4μm。

6.如权利要求1所述的垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于钝化层为二氧化硅绝缘层和氮化硅绝缘层组成的复合膜层，厚度为1-2μm。

7.如权利要求1所述的垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于黑胶采用环氧树脂，其厚度为2-3μm，极大程度的减少了光串扰现象。

8.如权利要求1所述的垂直结构的全彩化micro-led器件，其特征在于颜色转换单元由红色量子点光胶、绿色量子点光胶和透明光胶组成，所述红色量子点和绿色量子点由光刻胶制得，厚度为2-3μm，

9.如权利要求8所述的垂直结构的全彩化micro-led器件的制备方法，其特征在于s3的键合方法为：在金属层上沉积二氧化硅绝缘层，将绝缘层上刻蚀出微孔阵列，微孔阵列中沉积一层铟金属后再进行起铟球处理。

10.如权利要求8所述的垂直结构的全彩化micro-led器件的制备方法，其特征在于s7中的钝化层制备方法为：在芯片表面利用化学气相沉积法依次生长氮化硅绝缘层和二氧化硅绝缘层。

技术总结
本发明涉及一种涉及半导体制造技术领域，具体为垂直结构的全彩化Micro‑LED器件及制备方法，所述器件在IC驱动电路上设置有多层复合结构，依次为金属层、p‑GaN层、多量子阱层、n‑GaN层、钝化层、透明电极和颜色转换单元，所述多层复合结构由刻蚀技术分割为p‑n结像素台面；在p‑n结像素台面间隔处设置黑胶。所述器件采用多层钝化的方法避免了传统干法刻工艺在芯片侧壁附近造成损伤，从而降低芯片表面非辐射复合效率，提高了芯片的外量子效率。通过胶体量子点实现了RGB颜色转换，并通过填充黑胶减少了光串扰，提高了颜色转换效率，实现了全彩显示，提高了显示性能，得到了体积小、能耗低、亮度高、响应快的蓝光Micro‑LED器件。

技术研发人员：鲁朝宇,王光华,杨文运,高树雄,孟泽阳,钱福丽,高思博,邓枫,张杰,刘颖琪,管涛,孟宇芳,柴圆媛
受保护的技术使用者：云南北方奥雷德光电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16