一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种全彩有源寻址Micro‑LED芯片结构及其制作方法，包括具有驱动电路阵列的支撑衬底、位于支撑衬底上的堆叠层，以及贯穿堆叠层与驱动电路阵列连接的互联电极，其中堆叠层从下至上包括有衬底金属键合层、多色发光外延层上下表面覆盖有透明导电层的多层夹心结构、介质填充层、滤光层、钝化层，互联电极包括连接第一外延层的p型面与驱动像素的阵列电极、连接第二外延层p型面与驱动像素的贯穿阵列电极、连接第三外延层p型面与驱动像素的贯穿阵列电极、贯穿堆叠层分别与多色发光外延层n型面连接的共用电极。本发明专利技术技术方案可制造出高分辨率且高效的全彩驱动融合Micro‑LED芯片。

【技术实现步骤摘要】
一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体光电子器件
，特别是一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构及其制作方法。
技术介绍
作为一种主动发光显示技术，Micro-LED其每个红色、绿色以及蓝色子发光像素均是一个独立可调光源。Micro-LED不仅具有类似于有机发光二极管(OLED)的高对比度、高速度和宽视角，而且可以提供更宽色域、更高亮度、更低功耗、更长使用寿命、更强耐用性与环境稳定性。此外，Micro-LED能够集成传感器和电子线路构成薄膜显示器，嵌入在如指纹识别、手势控制等传感系统中。因此，Micro-LED显示技术在可穿戴设备、增强现实、智能手机、电视等各种消费应用领域具有广阔应用前景。当前，仅通过外延生长技术，在同一衬底上一步生长出能够发射红色、绿色、蓝色高效Micro-LED仍面临较大困难，基于微纳结构的外延生长及加工技术、转移打印技术(即巨量转移技术)、色转换技术成为实现全彩Micro-LED的主要技术发展方向。然而，随着Micro-LED芯片尺寸的进一步缩小，芯片阵列的排列或对准的精度与速度及其进而影响到的芯片良率与产量使上述技术的成熟产业化面临着重要挑战。为避免芯片阵列在水平方向上排列或对准的实现技术能力制约，晶圆键合技术由于可实现在单一衬底垂直方向上集成多种功能薄膜，即将红、绿、蓝(RGB)三种不同外延层形成垂直堆叠阵列，使其成为Micro-LED全彩化一种优选方案，能够应用于需高亮度与高分辨率的微显示应用场景，如虚拟现实、增强现实、微投影、平视显示器等。Geum等人在学术期刊Nanoscale(《纳米尺度》)第11卷、第23139-23148页发表了一种垂直堆叠型全彩Micro-LED制造方法，包括将RGB三种外延层通过二氧化硅/氮化硅(SiO2/SiNx)分布式布拉格反射镜(DBR)分别晶圆键合在已预制备完成CMOS驱动电路阵列的支撑衬底上，DBR层即作为晶圆键合层也作为滤光层，在键合界面反射或透射所设计的发光波长；通过半导体制造工艺形成发光像素阵列；最后制造引线将每个单色发光像素与驱动电路阵列互联。上述制造方法使发光像素无需通过转移打印或色转换即可实现高分辨率全彩Micro-LED芯片阵列。但是，该方法制造出的芯片阵列引线结构较复杂，每个发光像素需6根引线，引线密度增加会造成芯片寄生电阻与电容增大，大量功耗将损失在引线上，降低芯片效率。此外，大量的引线会占用更多的芯片发光区域，发光面积比例受限进而制约显示分辨率的提升。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的垂直堆叠型全彩Micro-LED芯片电极引线数量多，从而导致芯片效率不良的缺陷，提出一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构及其制作方法。本专利技术采用如下技术方案：一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，包括具有驱动电路的支撑衬底、位于支撑衬底上的堆叠层，以及贯穿堆叠层与驱动电路电性连接的互联电极，该驱动电路设有第一驱动像素、第二驱动像素和第三驱动像素；其特征在于：所述堆叠层包括由下至上的第一堆叠层、第一介质填充层、第二堆叠层、第二介质填充层、第三堆叠层和钝化层；该第一堆叠层设有金属键合层和第一外延层，且通过金属键合层与支撑衬底键合，该金属键合层位于第一外延层的p型面；该第一介质填充层沉积于第一堆叠层上表面；该第二堆叠层设有第一滤光层与第二外延层，该第一滤光层与第一介质填充层键合；该第二介质填充层沉积于第二堆叠层表面；该第三堆叠层设有第三外延层和第二滤光层，该第二滤光层与第二介质填充层键合；所述互联电极包括第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极和共用电极，该第一p型电极与第一驱动像素和第一外延层的p型面电性连接，该第二p型电极与第二驱动像素和第二外延层的p型面电性连接，该第三p型电极与第三驱动像素和第三外延层的p型面电性连接，该共用电极位于堆叠层外周且设有分别与第一外延层的n型面、第二外延层的n型面和第三外延层的n型面电性连接的第一n型接触电极、第二n型接触电极和第三n型接触电极；该钝化层沉积于第三堆叠层和互联电极的上表面。优选的，所述第一堆叠层还包括第一透明导电层，该第一透明导电层位于所述第一外延层n型面；金属键合层中的与第一驱动像素电性连接的部分构成所述第一p型电极；所述第一n型接触电极与该第一透明导电层电性连接；所述第一介质层沉积于该第一n型接触电极上表面。优选的，所述第二堆叠层还包括第二透明导电层和第三透明导电层，该第二透明导电层沉积于所述第二外延层p型面和所述第一滤光层上表面，该第三透明导电层沉积于所述第二外延层n型面；所述第二p型电极贯穿第一堆叠层和第二堆叠层并与第二透明导电层电性连接；所述第二n型接触电极与该第三透明导电层电性连接；所述第二介质层也沉积于该第二n型接触电极上表面。优选的，所述第一滤光层或第二滤光层为多层介质薄膜和/或介质微纳结构；该第一滤光层对于第二外延层所发射的光线具有高反射率，而对于第一外延层所发射的光线具有高透射率；或者第二滤光层对于第三外延层所发射的光线具有高反射率，而对于第一外延层和第二外延层所发射的光线具有高透射率。优选的，所述第三堆叠层还包括有第四透明导电层和第五透明导电层，该第四透明导电层沉积于所述第三外延层p型面和所述第二滤光层上表面，该第五透明导电层沉积于所述第三外延层n型面；所述第三p型电极贯穿第三堆叠层、第二堆叠层和第一堆叠层并与第四透明导电层231电性连接；所述第三n型接触电极与该第五透明导电层电性连接。优选的，所述共用电极与所述堆叠层外周之间还设有钝化层；所述第二p型电极和所述第三p型电极与所述堆叠层之间也设有钝化层，所述第一p型电极位于所述二电极和所述第三p型电极之间。优选的，所述钝化层的材质为SiO2、SiNx、Al2O3或HfO2中的任意一种。优选的，所述互联电极材质为铝、银、铑、锌、金、锗、镍、铬、铂、锡、铜、钨、钯、铟、钛中的任意一种或多种复合。一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制作具有第一外延层和金属键合层的第一堆叠层，将具有驱动电路阵列的支撑衬底与第一外延层通过金属键合层键合；2)通过半导体制造工艺，图形化第一堆叠层形成发光像素，每个发光像素包括有第一驱动像素、第二驱动像素和第三驱动像素；在第一堆叠层上制作第一p型电极与第一驱动像素和第一外延层的p型面电性连接；在第一堆叠层外周制作与第一外延层的n型面电性连接的第一n型接触电极；3)在第一堆叠层上表面和第一n型接触电极上表面沉积第一介质填充层；制作具有第一滤光层和第二外延层的第二堆叠层，并将第一滤光层与第一介质填充层键合；制作第二p型电极与第二驱动像素和第二外延层的p型面电性连接，在第二堆叠层外周制作与第二外延层的n型面电性连接的第二n型接触电极；4)在第二堆叠层上表面和第二n型接触电极上表面沉积第二介质填充层；制作具有第二滤光层和第三外延层的第三堆叠层，并将第二滤光层与第二介质填充层键合；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，包括具有驱动电路的支撑衬底、位于支撑衬底上的堆叠层，以及贯穿堆叠层与驱动电路电性连接的互联电极，该驱动电路设有第一驱动像素、第二驱动像素和第三驱动像素；其特征在于：所述堆叠层包括由下至上的第一堆叠层、第一介质填充层、第二堆叠层、第二介质填充层、第三堆叠层和钝化层；该第一堆叠层设有金属键合层和第一外延层，且通过金属键合层与支撑衬底键合，该金属键合层位于第一外延层的p型面；该第一介质填充层沉积于第一堆叠层上表面；该第二堆叠层设有第一滤光层与第二外延层，该第一滤光层与第一介质填充层键合；该第二介质填充层沉积于第二堆叠层表面；该第三堆叠层设有第三外延层和第二滤光层，该第二滤光层与第二介质填充层键合；所述互联电极包括第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极和共用电极，该第一p型电极与第一驱动像素和第一外延层的p型面电性连接，该第二p型电极与第二驱动像素和第二外延层的p型面电性连接，该第三p型电极与第三驱动像素和第三外延层的p型面电性连接，该共用电极位于堆叠层外周且设有分别与第一外延层的n型面、第二外延层的n型面和第三外延层的n型面电性连接的第一n型接触电极、第二n型接触电极和第三n型接触电极；该钝化层沉积于第三堆叠层和互联电极的上表面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，包括具有驱动电路的支撑衬底、位于支撑衬底上的堆叠层，以及贯穿堆叠层与驱动电路电性连接的互联电极，该驱动电路设有第一驱动像素、第二驱动像素和第三驱动像素；其特征在于：所述堆叠层包括由下至上的第一堆叠层、第一介质填充层、第二堆叠层、第二介质填充层、第三堆叠层和钝化层；该第一堆叠层设有金属键合层和第一外延层，且通过金属键合层与支撑衬底键合，该金属键合层位于第一外延层的p型面；该第一介质填充层沉积于第一堆叠层上表面；该第二堆叠层设有第一滤光层与第二外延层，该第一滤光层与第一介质填充层键合；该第二介质填充层沉积于第二堆叠层表面；该第三堆叠层设有第三外延层和第二滤光层，该第二滤光层与第二介质填充层键合；所述互联电极包括第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极和共用电极，该第一p型电极与第一驱动像素和第一外延层的p型面电性连接，该第二p型电极与第二驱动像素和第二外延层的p型面电性连接，该第三p型电极与第三驱动像素和第三外延层的p型面电性连接，该共用电极位于堆叠层外周且设有分别与第一外延层的n型面、第二外延层的n型面和第三外延层的n型面电性连接的第一n型接触电极、第二n型接触电极和第三n型接触电极；该钝化层沉积于第三堆叠层和互联电极的上表面。


2.如权利要求1所述的一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，其特征在于，所述第一堆叠层还包括第一透明导电层，该第一透明导电层位于所述第一外延层n型面；金属键合层中的与第一驱动像素电性连接的部分构成所述第一p型电极；所述第一n型接触电极与该第一透明导电层电性连接；所述第一介质层沉积于该第一n型接触电极上表面。


3.如权利要求1所述的一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，其特征在于，所述第二堆叠层还包括第二透明导电层和第三透明导电层，该第二透明导电层沉积于所述第二外延层p型面和所述第一滤光层上表面，该第三透明导电层沉积于所述第二外延层n型面；所述第二p型电极贯穿第一堆叠层和第二堆叠层并与第二透明导电层电性连接；所述第二n型接触电极与该第三透明导电层电性连接；所述第二介质层也沉积于该第二n型接触电极上表面。


4.如权利要求1所述的一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，其特征在于，所述第一滤光层或第二滤光层为多层介质薄膜和/或介质微纳结构；该第一滤光层对于第二外延层所发射的光线具有高反射率，而对于第一外延层所发射的光线具有高透射率；或者第二滤光层对于第三外延层所发射的光线具有高反射率，而对于第一外延层和第二外延层所发射的光线具有高透射率。


5.如权利要求1所述的一种全彩有源寻址Micro-LED芯片结构，其特征在于，所述第三堆叠层还包括有第四透明导电层和第五透明导电层，该第四透明导电层沉积于所述第三外延层p型面和所述第二滤光层上表面，该第五透明导...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，李金钗，李书平，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35