一种全色微型LED阵列垂直外延制备方法技术

一种全色微型LED阵列垂直外延制备方法，属于半导体技术领域。所述的全色微型LED阵列包括一导电衬底、红光发光单元、堆栈式蓝绿光发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区。采用MOCVD外延技术与芯片刻蚀技术相结合的方式，在同一外延衬底上外延红光发光单元(630nm)、绿光发光单元(520nm)、蓝光发光单元(450nm)三种发光单元，再利用芯片刻蚀技术形成高集成度的微小二维矩阵，且每个发光单元的尺寸可能在保证器件性能的前提下尽可能缩小，从而有效解决目前LED显示屏中单颗发光单元尺寸较大，无法高度集成装配，导致的屏幕分辨率较低的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种全色微型LED阵列垂直外延制备方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种红、绿、蓝全色微型LED阵列垂直外延的制备方法。
技术介绍
全彩色LED显示屏通常由RGB三基色(红、绿、蓝)发光单元按照一定排列方式装配而成，靠控制每组发光单元的亮灭来显示色彩丰富、饱和度高、显示频率高的动态图像。但全彩色的LED显示屏的制作过程很繁琐，通常需在显示面板上嵌入上万颗LED光源，对每颗LED的波长、寿命、效率的一致性要求很高，因而造成其生产成本高、生产效率低，导致最终LED显示屏的可靠性低大大降低。而且LED显示屏的最终尺寸又受到单颗LED发光单元大小尺寸的制约，在近距离观测时色差尤其明显，因此在实现高集成化和高分辨率上存在较大的难度。而如果采用MOCVD技术在衬底上分别外延红、蓝、绿三色LED，其工序也十分复杂，需要多次取出、清洗、再外延，对操作过程中的污染物控制要求十分严格，最终也导致成品率下降。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术目的在于提出一种全色微型LED阵列的制备方法，采用MOCVD外延技术与芯片刻蚀技术相结合的方式，在同一外延衬底上外延红光发光单元(630nm)、绿光发光单元(520nm)、蓝光发光单元(450nm)三种发光单元，再利用芯片刻蚀技术形成高集成度的微小二维矩阵，且每个发光单元的尺寸可能在保证器件性能的前提下尽可能缩小，从而有效解决目前LED显示屏中单颗发光单元尺寸较大，无法高度集成装配，导致的屏幕分辨率较低的难题。本专利技术为实现以上目的，采用的技术方案如下：本专利技术公开了一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，所述的全色微型LED阵列包括一导电衬底、红光发光单元、堆栈式蓝绿光发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区。所述的红光发光单元结构自下而上包括GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、多量子阱有源区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层。所述的堆栈式蓝绿光发光单元，采用蓝、绿光量子阱有源区堆叠方式生长，在红光发光单元右侧同时制备两列，自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱有源区、InGaN/GaN绿光多量子阱有源区、p型AlGaN上限制层、p型GaN接触层；第二列利用湿法刻蚀技术，刻蚀到蓝光量子阱有源区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层；第三列的表面直接制备蓝光光学屏蔽层以滤除蓝光波段光谱，而让绿光波段光谱通过，从而分别形成蓝光发光单元和绿光发光单元；所述微隔离结构，利用沉积、掩膜、刻蚀技术在所述导电衬底上制备厚度为0.5um～1um的SiO2或者SiNx栅格状微隔离结构，栅格中裸露出所述导电衬底，作为红光发光单元和堆栈式蓝绿光发光单元的外延窗口。所述p侧电极引线区域和电流注入区，采用电子束蒸镀技术在列排布微隔离结构表面制备金属铝(Al)，再利用SiO2钝化层掩盖其他区域，其中p侧电极引线区域位于每个发光单元右侧，电流注入区位于微型LED阵列最外侧，并与每列的p侧电极引线区域相连。GaAs缓冲层包括GaAs低温缓冲层和GaAs高温缓冲层；AlN缓冲层为AlN高温缓冲层；GaN缓冲层包括GaN低温缓冲层和GaN高温缓冲层。进一步，上述全色微型LED阵列垂直外延制备方法由以下步骤实现：(1)选取一种导电衬底，该衬底可以是硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者砷化镓(GaAs)；(2)在所述导电衬底上，采用PECVD方法沉积厚度为0.5um～1um的SiO2或者SiNx薄膜；(3)利用掩膜和干法ICP刻蚀方法，按照设定的发光单元尺寸和隔离结构尺寸大小，将导电衬底表面沉积的SiO2或者SiNx薄膜刻蚀成栅格状，栅格中的SiO2或者SiNx完全刻蚀掉，露出生长红光发光单元所需的外延窗口；(4)严格清洗所述导电衬底后，放入红光MOCVD中，在H2环境下高温处理衬底表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始生长红光发光单元的外延结构，自下而上分别为GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs材料的DBR、n型AlGaInP下限制层、AlGaInP/GaInP多量子阱有源区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；(5)取出外延片之后，在所有的红光发光单元表面沉积SiO2钝化层，以保护红光外延结构，再利用掩膜和干法ICP刻蚀方法，同时刻蚀出两列堆栈式蓝绿光发光单元的外延窗口；(6)严格清洗衬底后，放入蓝绿光MOCVD中，在H2环境下高温处理衬底表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始生长蓝绿光发光单元的外延结构，自下而上分别为AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱有源区、InGaN/GaN绿光多量子阱有源区、p型AlGaN上限制层、p型GaN欧姆接触层；(7)取出外延片之后，在第三列的蓝绿光发光单元表面沉积SiO2钝化层，以保护其外延结构，再利用掩膜和湿法刻蚀方法，将第二列堆栈式蓝绿光发光单元刻蚀到InGaN/GaN蓝光量子阱有源区；(8)严格清洗衬底后，放入蓝绿光MOCVD中，在H2环境下高温处理衬底表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始继续生长p型AlGaN上限制层、p型GaN欧姆接触层；(9)取出外延片，利用干法ICP刻蚀，去除外延片表面沉积的SiO2钝化层；(10)在每颗发光单元p侧表面利用电子束蒸镀制备ITO透明电极，作为p型欧姆接触电极；(11)利用湿法刻蚀去掉除发光单元表面之外的ITO透明电极；(12)在第三列堆栈式蓝绿光发光单元表面直接制备蓝光光学屏蔽层，以滤除蓝光波段光谱，而让绿光波段光谱通过；(13)利用电子束蒸镀方法在每列微隔离结构表面蒸镀一层金属铝(Al)，作为p侧导电层，再利用PECVD方法在金属铝(Al)上沉积一层SiO2钝化层，利用掩膜和干法ICP刻蚀，露出p侧电极引线区域以及电流注入区。蓝、绿光多量子阱有源区中，绿光发光单元的InGaN量子阱中的In含量高于蓝光发光单元InGaN量子阱中的In含量。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的制备方法中，采用MOCVD外延技术与芯片沉积、刻蚀技术相结合的方式，实现在同一导电衬底上外延红、绿、蓝三种发光单元作为发光单元，其中蓝光发光单元和绿光发光单元采用堆叠式外延生长技术一次性完成，从而有效减小取出、刻蚀、清洗、外延的次数，大大降低受污染的概率，增加器件成品率，之后利用芯片刻蚀技术形成高集成度的微小二维矩阵，最终得到全色微型LED阵列，且每个发光单元的尺寸可以在保证器件性能的前提下尽可能缩小，同时缩小每个发光单元之间的间距，从而能最大程度提高微型LED阵列显示屏的分辨率。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例的全色微型LED阵列的俯视结构示意图(图1中的3-6与下面附图中的符号不对应，你可以直接采用列的表述形式)。图2是本专利技术一种全色微型LED阵列的制备方法的流程图。图3为实施例在导电衬底上利用PECVD技术沉积一层SiO2或者SiNx薄膜的结构示意图。图4为实施例中利用掩膜和干法ICP刻蚀技术在图3中SiO2或者Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，全色微型LED阵列包括一导电衬底、红光发光单元、堆栈式蓝绿光发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区；所述的红光发光单元结构自下而上包括GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、多量子阱有源区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；所述的堆栈式蓝绿光发光单元，采用蓝、绿光量子阱有源区堆叠方式生长，在红光发光单元右侧同时制备两列，自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱有源区、InGaN/GaN绿光多量子阱有源区、p型AlGaN上限制层、p型GaN接触层；第二列利用湿法刻蚀技术，刻蚀到蓝光量子阱有源区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层；第三列的表面直接制备蓝光光学屏蔽层以滤除蓝光波段光谱，而让绿光波段光谱通过，从而分别形成蓝光发光单元和绿光发光单元；所述微隔离结构，利用沉积、掩膜、刻蚀技术在所述导电衬底上制备SiO2或者SiNx栅格状微隔离结构，栅格中裸露出所述导电衬底，作为红光发光单元和堆栈式蓝绿光发光单元的外延窗口；所述p侧电极引线区域和电流注入区，采用电子束蒸镀技术在列排布微隔离结构表面制备金属铝(Al)，再利用SiO2钝化层掩盖其他区域，其中p侧电极引线区域位于每个发光单元右侧，电流注入区位于微型LED阵列最外侧，并与每列的p侧电极引线区域相连。...

【技术特征摘要】
1.一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，全色微型LED阵列包括一导电衬底、红光发光单元、堆栈式蓝绿光发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区；所述的红光发光单元结构自下而上包括GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、多量子阱有源区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；所述的堆栈式蓝绿光发光单元，采用蓝、绿光量子阱有源区堆叠方式生长，在红光发光单元右侧同时制备两列，自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱有源区、InGaN/GaN绿光多量子阱有源区、p型AlGaN上限制层、p型GaN接触层；第二列利用湿法刻蚀技术，刻蚀到蓝光量子阱有源区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层；第三列的表面直接制备蓝光光学屏蔽层以滤除蓝光波段光谱，而让绿光波段光谱通过，从而分别形成蓝光发光单元和绿光发光单元；所述微隔离结构，利用沉积、掩膜、刻蚀技术在所述导电衬底上制备SiO2或者SiNx栅格状微隔离结构，栅格中裸露出所述导电衬底，作为红光发光单元和堆栈式蓝绿光发光单元的外延窗口；所述p侧电极引线区域和电流注入区，采用电子束蒸镀技术在列排布微隔离结构表面制备金属铝(Al)，再利用SiO2钝化层掩盖其他区域，其中p侧电极引线区域位于每个发光单元右侧，电流注入区位于微型LED阵列最外侧，并与每列的p侧电极引线区域相连。2.按照权利要求1所述的一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，SiO2或者SiNx栅格状微隔离结构的厚度为0.5um～1um。3.按照权利要求1所述的一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，该衬底选自硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者砷化镓(GaAs)。4.按照权利要求1所述的一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，GaAs缓冲层包括GaAs低温缓冲层和GaAs高温缓冲层；AlN缓冲层为AlN高温缓冲层；GaN缓冲层包括GaN低温缓冲层和GaN高温缓冲层。5.按照权利要求1所述的一种全色微型LED阵列垂直外延的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)选取一种导电衬底；(2)在所述导电衬底上，采用PECVD方法沉积SiO2或者SiNx薄膜；(3)利用掩膜和干法ICP刻蚀方法，按照设定的发光单元尺寸和隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11