一种有源寻址全彩显示阵列及其制作方法

本发明涉及的集成光电子，尤其涉及一种有源寻址全彩显示阵列及其制作方法。

背景技术：

1、led显示阵列是led显示屏的核心单元，在虚拟现实和增强现实技术上具有重要应用前景。作为电流驱动型发光器件，led常见的驱动方式有有源寻址驱动和无源寻址驱动两种，其中有源寻址驱动有明显的优势，包括驱动能力更强、亮度均匀性更好、可实现低功耗高效率以及电串扰更小等等；

2、在有源寻址驱动方式中，每个发光单元通过两个晶体管和一个电容构成的像素电路单元进行独立控制，实现像素电路单元和发光单元的集成具有重要意义，不仅有利于制造出结构紧凑、质量轻和可靠性高的显示屏，此外还有助于实现高密度的发光阵列、提升显示的分辨率以及降低显示屏的功耗；

3、目前有源寻址显示阵列的集成方案中，像素电路大多采用薄膜晶体管(氧化铟镓锌、低温多晶硅或二维半导体材料)或者si基mos电路，并通过异质集成的方式与ganled实现互连，然而，异质集成的工艺过程相对复杂，在性能、成本、工艺要求和可靠性等方面都存在着诸多限制，考虑制备led的gan系材料本身具有优异的电学性能(较高的电子迁移率以及较宽的禁带宽度等等)，在同一块ganled外延片上同时实现led和像素电路的单片同质集成是一种更为理想的方案。

技术实现思路

1、鉴于上述现有有源寻址全彩显示阵列存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明目的是提供一种有源寻址全彩显示阵列，其目的在于：简化了材料体系、加工过程以及互连复杂度。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，其中由位于地址线、数据线、地线和高电位线上的多个基本显示像素点组成，所述基本显示像素点包括依次排列开的红色发光单元、绿色发光单元和蓝色发光单元，上述发光单元由开关晶体管、驱动晶体管、存储电容和微型led构成，所述地址线提供栅控信号来通过开关晶体管控制发光单元的开启或关闭，所述开关晶体管的漏极与显示阵列的所述数据线相连；所述驱动晶体管源极与显示阵列的地线相连；所述微型led的正极与显示阵列的高电位线相连。

4、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列的一种优选方案，其中：所述驱动晶体管与微型led串联，在一帧内为所述微型led提供稳定的驱动电流，所述驱动晶体管的栅极与所述开关晶体管的源极相连，所述驱动晶体管的漏极与微型led的负极相连。

5、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列的一种优选方案，其中：所述存储电容的一端与驱动晶体管的栅极相连，且所述存储电容的另一端与所述驱动晶体管的源极相连，依靠所述存储电容来存储数据信号。

6、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列的一种优选方案，其中：所述微型led发光区域的层结构包括led正电极和自上而下依次设置在所述led正电极上的ito区、p型gan区、电子扩散阻挡区、多量子阱区、n型gan区、algan/aln沟道区和dbr反射区，以及设置在所述dbr反射区底部的硅衬底。

7、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列的一种优选方案，其中：所述n型gan区包括设置在其上的栅极介质、设置在所述栅极介质上方的驱动晶体管栅极金属层。

8、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列的一种优选方案，其中：所述n型gan区还包括设置在所述n型gan区上的驱动晶体管源极金属层、设置在所述驱动晶体管源极金属层上的电容中间介质层和设置在所述电容中间介质层上的电容上极板。

9、本发明的有益效果：驱动电路和全彩微型led阵列均基于单色led晶圆的iii-v族外延层设计并制备，开辟一种显著区别于传统异质集成的全新同质集成显示路线，该有源驱动全彩显示芯片未引入量子点或其他薄膜晶体管材料，简化了材料体系、加工过程以及互连复杂度，具有可靠性和成本优势。

10、鉴于上述现有有源寻址全彩显示阵列制作方法存在的问题，提出了本发明。

11、因此，本发明目的是提供一种有源寻址全彩显示阵列制作方法，其目的在于：简化了材料体系、加工过程以及互连复杂度。

12、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，其中由红色发光单元、绿色发光单元和蓝色发光单元组成基本显示像素点，利用多个基本显示像素点组成全彩显示阵列；

13、红色发光单元、绿色发光单元和蓝色发光单元位于同一芯片，三者由开关晶体管、驱动晶体管、存储电容和微型led构成；

14、三种颜色的微型led均基于氮化镓红光外延片进行设计与制备，无需引入额外的离子注入和氮化物外延生长过程；

15、开关晶体管和驱动晶体管采用n型gan层作为晶体管的源漏区，采用algan/aln缓冲层中的algan层作为导电沟道，刻蚀形成深入algan沟道的凹槽，沟道表面及凹槽的侧壁均匀覆盖栅极介质，栅极介质上方为驱动晶体管栅极金属层；

16、红色发光单元的微型led为完整的正六棱柱结构，绿色发光单元和蓝色发光单元的发光区域设为纳米柱簇，绿色发光单元设置的绿光纳米柱粗于蓝色发光单元的蓝光纳米柱。

17、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列制作方法的一种优选方案，其中：所述微型led发光区域的层结构由自上而下依次设置的led正电极、ito区、p型gan区、电子扩散阻挡区、多量子阱区、n型gan区、algan/aln沟道区和dbr反射区，以及设置在所述dbr反射区底部的硅衬底；

18、具体的制作方法：准备gan红光外延片，减薄硅衬底并抛光其下表面；

19、利用纳米球刻蚀技术完成rgb三色发光区域的定义；

20、在外延片上表面涂覆一层光刻胶，光刻后暴露出平台上需要刻蚀的区域，接着进行icp干法刻蚀，刻蚀到n型gan区停止，形成发光区域台阶；

21、在外延片上表面涂覆一层光刻胶，光刻后暴露出平台上需要刻蚀的区域，接着进行icp干法刻蚀，刻蚀到硅衬底停止，形成器件的电学隔离槽；

22、在外延片上表面涂覆一层光刻胶，光刻后暴露出平台上需要刻蚀的区域，接着进行icp干法刻蚀，刻蚀到algan/aln沟道区停止，形成晶体管的沟道；

23、在外延片上表面涂覆一层光刻胶并光刻，沉积第一层驱动晶体管源极金属层，采用剥离法实现图形化，形成晶体管的源漏电极；

24、采用原子层沉积沉积一层栅极介质，接着涂覆一层光刻胶并光刻，暴露出需要刻蚀的区域，使用湿法或者干法刻蚀完成栅极介质层的图形定义；

25、在外延片上表面涂覆一层光刻胶并光刻，沉积驱动晶体管栅极金属层，采用剥离法实现图形化，形成晶体管的栅极；

26、涂覆一层旋涂玻璃实现平坦化，接着涂覆一层光刻胶并光刻，暴露出需要刻蚀的区域，使用湿法或者干法刻蚀完成隔离层的图形定义；

27、在外延片上表面涂覆一层光刻胶并光刻，沉积第二层金属，采用剥离法实现图形化，形成芯片的互连金属和led正电极；

28、在外延片下表面涂覆一层光刻胶并光刻，暴露出需要刻蚀的硅衬底区域，采用深硅刻蚀工艺去除未保护区域的硅材料，完成背面开孔，进一步通过icp干法刻蚀控制悬空薄膜结构的厚度；

29、在悬空薄膜结构的背面沉积dbr反射区，完成器件的最终制备。

30、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列制作方法的一种优选方案，其中：algan/aln沟道区开设栅极凹槽并覆盖一层栅极介质，栅极介质能够选用的材料包括sio2、si3n4、al2o3和tio2，栅极介质上方为驱动晶体管栅极金属层。

31、作为本发明所述有源寻址全彩显示阵列制作方法的一种优选方案，其中：当微型led两端施加一定的正向偏置电压时，即p型gan区的电压高于n型gan区，空穴由p型gan区注入到多量子阱区，电子由n型gan区注入到多量子阱区，利用多量子阱对载流子的限制作用，大部分电子和空穴被限制在二极管多量子阱区中发生辐射复合，进而实现发光。

32、本发明的另一有益效果：融合多量子阱纳米柱和氮化物悬空薄膜来构建独特的微纳复合光子结构，增大多量子阱色彩调控自由度，通过悬空薄膜实现复杂应力边界条件下的色彩调控，相比已报道的纳米柱结构引入了薄膜结构变量增加了设计的自由度，有助于增大色彩调控范围和显示色域，该方法也具有其独特性，利用algan和n型gan之间的载流子浓度和异质结能带差异实现增强型器件，也是本专利mosfet的一个独特之处，并且利用金属与半导体之间的功函数差异以及f离子表面处理等方法实现了阈值电压可调。