一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列制备方法技术

一种全色堆栈式外延的Micro‑LED阵列制备方法，属于半导体技术领域。堆栈式红、蓝、绿三色发光单元以三列为一周期，其外延结构自下而上在同一导电衬底上堆栈式外延红、绿、蓝三种发光单元作为发光单元，之后再利用掩膜和湿法刻蚀技术制成红、蓝、绿三种发光单元。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，作为发光单元的外延窗口。

【技术实现步骤摘要】
一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列制备方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种红、绿、蓝全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法。
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堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，采用MOCVD外延技术与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ICP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堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，所述的全色堆栈式外延的Micro-LED阵列包括一导电衬底、堆栈式红、蓝、绿三色发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区；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1um～2um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，作为发光单元的外延窗口；在在每一个外延窗口沉积一个堆栈式红、蓝、绿三色发光单元，以三列为一周期，每一列的堆栈式红、蓝、绿三色发光单元是一样的，堆栈式红、蓝、绿三色发光单元外延结构自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区、InGaN/GaN绿光多量子阱发光区、GaN保护层、GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、红光AlGaInP/AlGaInP多量子阱发光区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；然后第一列直接在其覆盖红光窄带滤光片，只让红光波段光谱通过，从而形成红光发光单元(630nm)；第二列利用掩膜和湿法刻蚀技术，刻蚀到InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，从而形成蓝光发光单元(450nm)；第三列利用掩膜和湿法刻蚀技术，刻蚀到InGaN/GaN绿光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，再在表面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，从而形成绿光发光单元(550nm)；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)，除p侧电极引线区和电流注入区外再利用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。AlN缓冲层为高温AlN缓冲层，GaN缓冲层包括GaN高温缓冲层和GaN低温缓冲层；GaAs缓冲层包括GaAs低温缓冲层和GaAs高温缓冲层。进一步，上述全色堆栈式外延的Micro-LED阵列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1um～2um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，露出生长发光单元所需的所有外延窗口；(4)严格清洗衬底后，放入蓝绿光MOCVD机台中，在H2环境下高温处理衬底表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始连续生长蓝、绿光发光单元的外延结构，依次为AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区、InGaN/GaN绿光多量子阱发光区、GaN保护层；(5)从蓝绿MOCVD机台取出外延片，放入红光MOCVD机台中，在H2环境下高温处理衬底表面，去掉表面吸附的水、氧，之后继续生长红光发光单元的外延结构，依次为GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、红光AlGaInP/AlGaInP多量子阱发光区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；(6)从红光MOCVD机台取出外延片，以三列为一个周期。在第一列和第三列外延结构表面沉积SiO2钝化层，以保护其外延结构，再利用掩膜和湿法刻蚀方法，将第二列堆栈式红、蓝、绿发光单元刻蚀到InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区；(7)严格清洗衬底后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，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，从而形成蓝光发光单元；(8)从蓝绿MOCVD机台取出外延片，在第二列蓝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，将第三列堆栈式红、蓝、绿发光单元刻蚀到绿光InGaN/GaN多量子阱发光区；(9)严格清洗衬底后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，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；(10)从蓝绿MOCVD机台取出外延片，利用掩膜和干法ICP刻蚀，去除外延片表面其他区域沉积的SiO2钝化层；(11)在每颗发光单元p侧表面利用电子束蒸镀技术制备ITO透明电极，作为p型欧姆接触电极，再利用湿法刻蚀去除栅格状隔离结构表面的ITO透明电极；(12)在第一列堆栈式红、蓝、绿发光单元表面覆盖红光窄带滤光片，只让红光波段光谱通过，有效屏蔽蓝、绿光波段光谱，从而形成红光发光单元；(13)在第三列堆栈式红、蓝、绿发光单元表面制备蓝光光学屏蔽层，只让绿光波段光谱通过，有效屏蔽蓝光波段光谱，从而形成绿光发光单元；(14)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、绿光多量子阱发光区中，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堆栈式外延红、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全色堆栈式外延的Micro‑LED阵列的制备方法，其特征在于，全色堆栈式外延的Micro‑LED阵列包括一导电衬底、堆栈式红、蓝、绿三色发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区；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，作为发光单元的外延窗口；在在每一个外延窗口沉积一个堆栈式红、蓝、绿三色发光单元，以三列为一周期，每一列的堆栈式红、蓝、绿三色发光单元是一样的，堆栈式红、蓝、绿三色发光单元外延结构自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区、InGaN/GaN绿光多量子阱发光区、GaN保护层、GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、红光AlGaInP/AlGaInP多量子阱发光区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；然后第一列直接在其覆盖红光窄带滤光片，只让红光波段光谱通过，从而形成红光发光单元；第二列利用掩膜和湿法刻蚀技术，刻蚀到InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，从而形成蓝光发光单元；第三列利用掩膜和湿法刻蚀技术，刻蚀到InGaN/GaN绿光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，再在表面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，从而形成绿光发光单元；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)，除p侧电极引线区和电流注入区外再利用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】
1.一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，全色堆栈式外延的Micro-LED阵列包括一导电衬底、堆栈式红、蓝、绿三色发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区；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，作为发光单元的外延窗口；在在每一个外延窗口沉积一个堆栈式红、蓝、绿三色发光单元，以三列为一周期，每一列的堆栈式红、蓝、绿三色发光单元是一样的，堆栈式红、蓝、绿三色发光单元外延结构自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区、InGaN/GaN绿光多量子阱发光区、GaN保护层、GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的DBR、n型AlGaInP下限制层、红光AlGaInP/AlGaInP多量子阱发光区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；然后第一列直接在其覆盖红光窄带滤光片，只让红光波段光谱通过，从而形成红光发光单元；第二列利用掩膜和湿法刻蚀技术，刻蚀到InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，从而形成蓝光发光单元；第三列利用掩膜和湿法刻蚀技术，刻蚀到InGaN/GaN绿光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，再在表面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，从而形成绿光发光单元；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)，除p侧电极引线区和电流注入区外再利用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所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，SiO2或者SiNx栅格状微隔离结构的厚度为1um～2um。3.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，该衬底是硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者砷化镓(GaAs)。4.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，AlN缓冲层为高温AlN缓冲层，GaN缓冲层包括GaN高温缓冲层和GaN低温缓冲层；GaAs缓冲层包括GaAs低温缓冲层和GaAs高温缓冲层。5.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，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...

【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