一种GaN基LED与TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构制造技术

本发明专利技术提供一种TFT与GaN基LED异质单片集成的LED微显示像素单元结构，该结构由GaN基LED结构与TFT结构两部分组成：GaN基LED在蓝宝石衬底依次外延生长u‑GaN缓冲层、n‑GaN层、InGaN/GaN量子阱有源层、p‑GaN层、InGaN基接触层；TFT结构是在已经制作成LED芯片单元结构上面进行生长，依次生长绝缘层、TFT源极（也是LED的P电极）、TFT漏极、半导体层作为TFT有源层、栅极绝缘层、栅极。本发明专利技术实现了LED与TFT集成到同一衬底上，实现异质单片集成TFT直接调制LED灰度，提升LED微显示的电学稳定性和集成度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作技术及显示领域，尤其涉及一种GaN基LED与TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构。
技术介绍
LED工作耗电小，发光亮度高，对人体辐射小，寿命长，能够在极端环境下工作，属于节能环保型材料。根据红绿蓝三原色，可以将LED光源进行不同光色组合，实现图像显示。LED作为一种微型阵列器件，还具有响应时间短、调制带宽高等特点，在微显示以及通信领域都具有很广阔的应用前景。LED显示分为无源寻址结构和有源寻址结构两大类，对于无源寻址比较适合小区域的显示，当显示区域增大使得驱动电压增大，同时增加像素点之间的串扰，降低显示质量。在有源寻址结构中，像素点的亮度和灰度由有源器件如场效应薄膜晶体管（TFT）控制，具有消除像素点之间的串扰，提高显示分辨率，使像素点亮度更加均匀，高阶的灰度提高显示质量等优点。因此为了利用LED实现更好的显示功能以及提高集成度，目前已经存在的关于实现LED显示功能如利用倒装焊工艺实现LED微型阵列和CMOS集成电路的混合集成；以及将从蓝宝石衬底转移LED到硅衬底，实现集成电路与LED的集成，并运用到可穿戴电子设备显示中。
技术实现思路
为了更大提高LED显示的集成度，提高LED显示技术工艺的成品率，本专利技术提出一种GaN基LED与TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，将LED和TFT生长在同一衬底上，实现LED和TFT的异质单片集成，以此来实现LED微显示，且提高LED微显示的稳定性和可靠性，提高有源寻址光电集成显示器件的性能。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种GaN基LED和TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，该结构由GaN基LED结构和TFT结构两部分组成，其中TFT结构生长在GaN基LED结构表面上，其中TFT结构和GaN基LED结构之间生长有绝缘层作为两个结构的隔离层。本专利技术实现了LED与TFT集成到同一衬底上，实现异质单片集成TFT直接调制LED发光亮度，提升LED微显示的电学稳定性和集成度。优选地，所述GaN基LED结构包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次外延生长u-GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱有源层、p-GaN层和InGaN接触层。优选地，所述TFT结构是生长在GaN基LED结构的InGaN接触层表面，依次生长绝缘层、TFT源极、TFT漏极、TFT有源层、TFT栅极绝缘层和TFT栅极，其中TFT有源层作为导电沟道，采用半导体材料，TFT源极还作为LED的P电极（即TFT源极和LED的P电极共用电极）。其中的TFT栅极绝缘层还可以作为TFT漏极和LED的n电极的保护层。优选地，所述TFT源极、TFT漏极通过绝缘层开孔沉积金属，其中沉积金属可为铝Al金属、钛Ti金属或铝钛混合金属，可根据实际情况对沉积金属层厚度及材料作出相应调整。另外，TFT栅极是通过沉积金属形成的，TFT栅极用于控制TFT的开关以及导通电阻，其中沉积金属可为铝Al金属、钛Ti金属或铝钛混合金属，也可根据实际情况对沉积金属层厚度及材料作出相应调整。优选地，所述绝缘层为SiO2，但不仅限于此，可根据实际情况对厚度和所用绝缘层材料作出相应调整；半导体材料为多晶硅或IGZO，但不仅限于这两种，根据具体情况可作出相应调整，TFT栅极绝缘层还能作为漏极和LED的n电极的保护层，其材料采用Al2O3，但不仅限于此，可根据实际情况作出相应调整。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：1）本LED微显示像素单元结构是将LED和TFT生长在同一衬底上，实现LED和TFT的异质单片集成，以此来实现LED微显示，提高了LED微显示的稳定性和可靠性，提高有源寻址光电集成显示器件的性能。2）本LED微显示像素单元结构是用TFT和LED实现单片集成，通过外延生长层面实现TFT驱动电路和LED的单片集成，不需要倒装焊或者LED转移，极大的降低LED显示的制作成本以及提高系统的可靠性。3）本LED微显示像素单元结构中的TFT对像素点的功率驱动大小可根据像素点的大小对TFT栅宽尺寸、有源区沟道长度作出对应调整，以满足对LED显示的要求。附图说明图1是常规GaN基LED结构示意图；图2是常规TFT结构示意图；图3是在实例一中LED外延结构下采用掩膜对表面进行mesa图案化后结构示意；图4是在本实例一中形成金属引线孔的结构示意图；图5是在本实例一中形成源漏电极以及LED负电极和正电极的结构示意图；图6是在本实例一中形成TFT有源区的结构示意图；图7是在本实例一中形成栅极绝缘层示意图；图8是在本实例一中形成栅极结构图。图9a是形成LED微显示的一个2T1C电路结构图；图9b在本实例二中形成T1源漏电极结构示意图；图10是在本实例二中形成T1有源区结构图；图11是在本实例二中形成T1栅极绝缘层结构图；图12是在本实例二中形成T1栅极结构图；图13是在实例二中形成LED微显示的一个2T1C电路驱动像素点，基于该像素点形成LED微显示的一个发光像素结构图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。附图标记说明：图1中，101-蓝宝石衬底、102-u-GaN缓冲层、103-n-GaN层、104-InGaN/GaN量子阱有源层、105-p-GaN层、106-InGaN基接触层、107-n电极、108-p电极。图2中，201-基板、202-栅极、203-栅极绝缘层、204-TFT有源层、205-TFT源极、2016-TFT漏极。图3-图12中，301-蓝宝石衬底、302-u-GaN缓冲层、303-n-GaN层、304-InGaN/GaN量子阱有源层、305-p-GaN层、306-InGaN基接触层、401-线孔图形层、501-LED的p电极和T2的TFT的源极、502-T2的TFT漏极、503-LED的n电极、601-T2的TFT有源层、701-T2的TFT栅极绝缘层、801-T2的TFT栅极、901-T1的TFT源极、902-T1的TFT漏极、1001-T1的TFT有源层、1101-T1的TFT栅极绝缘层、1201-T1的TFT栅极。本专利技术提供的一种GaN基LED与TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，是在常规LED工艺结构上面进一步生长TFT结构，实现TFT和LED的异质单片集成，在常规LED结构上进行相关的工艺，依次生长绝缘层、TFT源极（也是LED的P电极）、TFT漏极、半导体层作为TFT有源层、栅极绝缘层、栅极。实现LED和TFT的异质单片集成，实现TFT对LED发光像素单元灰度的调控。如图1，图1是常规LED结构图，该结构是在蓝宝石衬底依次外延生长u-GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱有源层、p-GaN层，n电极和p电极构成。如图2，图2是常规TFT结构图，其结构是在基板上形成的栅极、栅极绝缘层、沉积半导体层作为有源层、源极/漏极接触区。本实施部分首先提供的一种TFT和LED异质单片集成的制作方法，包括以下所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基LED和TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，其特征在于，该结构由GaN基LED结构和TFT结构两部分组成，其中TFT结构生长在GaN基LED结构表面上。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED和TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，其特征在于，该结构由GaN基LED结构和TFT结构两部分组成，其中TFT结构生长在GaN基LED结构表面上。2.根据权利要求1所述的GaN基LED和TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，其特征在于，所述GaN基LED结构包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次外延生长u-GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱有源层、p-GaN层和InGaN接触层。3.根据权利要求1或2所述的GaN基LED和TFT异质单片集成的LED微显示像素单元结构，其特征在于，所述TFT结构是生长在Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立林，张向英，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44