全彩化Micro-LED倒装芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开的全彩化Micro

【技术实现步骤摘要】
全彩化Micro
‑
LED倒装芯片结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于Micro LED显示
，具体涉及一种全彩化Micro
‑
LED倒装芯片结构。本专利技术还涉及一种全彩化Micro
‑
LED倒装芯片结构的制备方法。

技术介绍

[0002]Micro LED显示技术是以自发光的微米级的LED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成LED阵列的显示技术，由于其尺寸小、集成度高、自发光等特点，相比传统的LCD、OLED技术，Micro LED 在亮度、对比度、分辨率、能耗、响应速度等方面具有更大的优势，因此被誉为LED显示行业的终极显示技术。虽然Micro LED显示技术具有显著的优势，但在全彩化、巨量转移、芯片等方面仍然存在一些技术瓶颈。在Micro LED全彩化实现方案中，目前通常采用的是量子点色彩转换法，目前有报道通过蓝光LED激发玻璃基板色彩转换层上的红色或绿色量子点膜实现RGB三色配比，量子点分散在胶水中形成的量子点膜存在量子点分散均匀性不佳，纯度、亮度偏低等问题；还有报道使用纳米压印技术制备的GaN纳米孔阵列和量子点混合结构实现色彩转换，但纳米压印技术制备纳米孔阵列需将纳米孔图形在多层膜层中重复通过光刻、刻蚀工艺进行转移，存在制备流程繁琐，出片效率低等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种全彩化Micro
‑
LED倒装芯片结构，解决了现有量子点膜色彩转换方案存在的量子点分散均匀性不佳，红绿光亮度、纯度偏低的问题。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种全彩化Micro
‑
LED倒装芯片结构的制备方法，解决了现有纳米压印方法存在的工艺流程繁琐，出片效率低的问题。
[0005]本专利技术所采用的第一种技术方案是：全彩化Micro
‑
LED倒装芯片结构，包括GaN基LED外延片，GaN基LED外延片上并列开设有三个Micro LED台面区，每个Micro LED台面区上均开设有矩形沟槽区，LED外延片内嵌入有与三个矩形沟槽区连通的纳米孔色彩转换层。
[0006]本专利技术第一种技术方案的特点还在于，GaN基LED外延片的结构自下而上为：双面抛光的蓝宝石衬底；生长在蓝宝石衬底上的缓冲层；生长在缓冲层上的第一本征GaN层；生长在第一本征GaN层上的N型GaN层；生长在N型GaN层上的第二本征GaN层；生长在第二本征GaN层上多量子阱发光层；生长在多量子阱发光层上的P型GaN层。
[0007]Micro LED台面区和矩形沟槽区的开设深度由P型GaN层向下延伸至N型GaN层厚度的1/6。
[0008]GaN基LED外延片等分为并列排布的三个Micro LED矩形区，三个Micro LED台面区
分别开设于三个Micro LED矩形区内，每相邻两个Micro LED矩形区之间均开设有填充挡光材料的深隔离沟道，挡光材料可为黑色环氧树脂。
[0009]深隔离沟道的刻蚀深度由P型GaN层向下延伸至N型GaN层厚度的5/6。
[0010]纳米孔色彩转换层包括开设于N型GaN层内的纳米孔结构，纳米孔结构的孔径大小为50nm~80nm之间，三个Micro LED矩形区中两个的纳米孔结构中分别注入有红色量子点和绿色量子点。
[0011]每个Micro LED矩形区中的N型GaN层上均设置有N型电极、P型GaN层上均设置有P型电极，P型电极和N型电极分别位于同一Micro LED矩形区上矩形沟槽区的两侧，P型电极和N型电极的材料为Ti、Ni、Au金属。
[0012]GaN基LED外延片上蒸镀有露出矩形沟槽区底部的第一SiO2介质层，第一SiO2介质层厚度为500nm。
[0013]本专利技术所采用的第二种技术方案是：全彩化Micro
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LED倒装芯片结构的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、利用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）在双面抛光的蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、第一本征GaN层、N型GaN层、第二本征GaN层、多量子阱发光层和、P型GaN层，形成蓝宝石衬底的GaN基LED外延片；步骤2、依次利用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀（ICP）在GaN基LED外延片上光刻并刻蚀出三个Micro LED台面区及每个Micro LED台面区上Micro LED两电极间的矩形沟槽区，Micro LED台面区和矩形沟槽区的刻蚀深度均由P型GaN层上表面向下延伸至N型GaN层的1/6厚度位置；假设P型GaN层上表面到第二本征GaN层下表面的厚度为t um，N型GaN层的厚度为n um，则Micro LED台面区及矩形沟槽区的刻蚀深度保持在（t+n/6）um左右；步骤3、基于三个Micro LED台面区利用紫外光刻在GaN基LED外延片上光刻出三个Micro LED矩形区，并利用感应耦合等离子体刻蚀（ICP）在相邻两个Micro LED矩形区之间刻蚀出深隔离沟道，深隔离沟道的刻蚀深度由P型GaN层上表面向下延伸至N型GaN层的5/6厚度位置，即ICP刻蚀深度保持在（t+5n/6）um，剩余的未被刻蚀的N型GaN层作为电化学腐蚀工艺的电流导通层，并在深隔离沟道中填充挡光材料，防止RGB Micro LED芯片间的光串扰问题；步骤4、利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在步骤3所得GaN基LED外延片上蒸镀厚度为500nm的第一SiO2介质层；利用紫外光刻定义第一SiO2介质层打开区域不大于矩形沟槽区底部区域，保证ICP刻蚀后，矩形沟槽区侧壁被第一SiO2介质层保护，只有矩形沟槽区底部介质层被刻蚀掉，露出N型GaN层；步骤5、利用阳极氧化机台将GaN腐蚀成纳米孔结构，电化学腐蚀液例如草酸溶液从矩形沟槽区底部区域露出的N型GaN层处开始对其进行腐蚀，草酸浓度可选10%~80%，根据电化学腐蚀各向同性特性，通过控制腐蚀电压和时间形成腐蚀面积覆盖每个Micro LED矩形区，深度贯穿N型GaN层的纳米孔结构，腐蚀电压可选1V~50V，腐蚀时间根据腐蚀面积和腐蚀深度确定；步骤6、在步骤5所得每个Micro LED矩形区上矩形沟槽区的两侧依次利用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀（ICP）分别光刻并刻蚀出N型电极接触孔和P型电极接触孔，对应N型电极接触孔和P型电极接触孔首先利用紫外光刻光刻出N型电极和P型电极区域，光刻
时使用负性光刻胶，再利用真空电子束蒸发设备（Ebeam）蒸镀电极金属，最后利用负胶金属剥离制备出N型电极和P型电极；步骤7、使用紫外光刻分别定义步骤6所得不同Micro LED矩形区中红色色彩转换区和绿色色彩转换区，分别将红色量子点和绿色量子点经矩形沟槽区注入到定义好的红色色彩转换区和绿色色彩转换区的N型GaN层纳米孔结构中；步骤8、使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在步骤7所得GaN基LED外延片上蒸镀厚度为200nm的第二SiO2介质层，依次利用紫外光刻和感应耦合等离子体刻蚀（ICP）光刻并刻蚀露出N型电极和P型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，包括GaN基LED外延片，GaN基LED外延片上并列开设有三个Micro LED台面区（13），每个Micro LED台面区（13）上均开设有矩形沟槽区（11），LED外延片内嵌入有与三个矩形沟槽区（11）连通的纳米孔色彩转换层。2.如权利要求1所述的全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，所述GaN基LED外延片的结构自下而上为：蓝宝石衬底（1），生长在蓝宝石衬底（1）上的缓冲层（2），生长在缓冲层（2）上的第一本征GaN层（3），生长在第一本征GaN层（3）上的N型GaN层（4），生长在N型GaN层（4）上的第二本征GaN层（5），生长在第二本征GaN层（5）上多量子阱发光层（6），生长在多量子阱发光层（6）上的P型GaN层（7）。3.如权利要求2所述的全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，所述Micro LED台面区（13）和矩形沟槽区（11）的开设深度由P型GaN层（7）向下延伸至N型GaN层（4）厚度的1/6。4.如权利要求2所述的全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，所述GaN基LED外延片等分为并列排布的三个Micro LED矩形区（14），三个Micro LED台面区（13）分别开设于三个Micro LED矩形区（14）内，每相邻两个Micro LED矩形区（14）之间均开设有填充挡光材料的深隔离沟道（15）。5.如权利要求4所述的全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，所述深隔离沟道（15）的刻蚀深度由P型GaN层（7）向下延伸至N型GaN层（4）厚度的5/6。6.如权利要求4或5所述的全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，所述纳米孔色彩转换层包括开设于N型GaN层（4）内的纳米孔结构（12），三个Micro LED矩形区（14）中两个的纳米孔结构（12）中分别注入有红色量子点（18）和绿色量子点（19）。7.如权利要求4所述的全彩化Micro
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LED倒装芯片结构，其特征在于，每个所述Micro LED矩形区（14）中的N型GaN层（4）上均设置有N型电极（9）、P型GaN层（7）上均设置有P型电极（10），P型电极（10）和N型电极（9）分别位于同一Micro LED矩形区（14）上矩形沟槽区（11）的两侧。8.如权利要求1所述的全彩化Mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡青，宋杰，陈辰，孙恒阳，
申请(专利权)人：西安赛富乐斯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：