CN102790144A

CN102790144A - 一种单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法

Info

Publication number: CN102790144A
Application number: CN2012102557044A
Authority: CN
Inventors: 田超; 梁静秋; 梁中翥; 王维彪
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: CN102790144B

Abstract

本发明公开了一种平面电极结构LED阵列微显示器件的制作方法，步骤包括：在所述器件本体上刻蚀出多条相互交叉的第一沟槽；在所述沟槽的底部生长下电极金属层，形成下电极金属层；在所述下电极上方生长绝缘介质层；下电极图形外的下电极金属层区域进行腐蚀，向下腐蚀至N型衬底层的一定深度，形成多个第二沟槽；向第二沟槽内和下电极的保护介质上方处填充不透明光阑；在所述发光单元上方制作上电极；并电铸上、下电极引线。本发明提出的平面电极结构LED阵列微显示器件的制作方法，可以避免正、背面分别做电极带来的工艺困难，制作的微显示器件具有异面垂直的双条形的上、下电极，可以得到较为均匀的电流分布，从而得到发光均匀的微显示器件。

Description

一种单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法

技术领域

本发明属于发光显示技术领域，涉及一种微显示器件的制作工艺，具体的说是涉及一种基于AlGaInP发光层的，单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法。

背景技术

基于LED阵列的微型显示系统，是一种采用无机发光二极管芯片制备的微显示器件，具有结构简单、牢固、响应快等优点。

微显示器件的常规器件为上、下面电极的双面电极结构。双面电极结构剖面图由图1所示，即上电极102和下电极104分别位于发光单元103的上下两面。发光单元103内包括有衬底和隔离光阑101。上述微显示器件中，上、下电极分别位于器件的两面，这样虽然可以使上、下电极异面分离，但是会对衬底厚度要求很高：如果衬底太厚，则会影响下电极电流，从而影响发光效率；如果衬底太薄，则器件韧性较差，会给正面和背面的工艺带来很大的制作难度。而且对器件衬底的减薄会给器件造成损伤，进而影响器件的发光性能。

发明内容

本发明要解决现有技术中的微显示器件在制作过程中对衬底厚度要求很高，不容易制作的技术问题，提供一种基于AlGaInP发光层的，正负电极均位于衬底上方的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法。

为了实现本发明的以上目的，本发明的技术方案如下：

一种单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：在N型衬底层上依次生长出反射层、下限制层、发光层、上限制层、透光层、P型层，得到器件本体；

步骤2：在所述器件本体上刻蚀出多条相互交叉的第一沟槽，以分隔出多个发光单元，所述第一沟槽的底部为所述N型衬底层；

步骤3：在所述第一沟槽的底部生长下电极金属层；

步骤4：在所述下电极金属层上方生长绝缘介质层；

步骤5：对下电极金属层部分区域进行向下腐蚀至N型衬底层一定深度，形成第二沟槽，以及在每一行或每一列的多个所述发光单元底部的两侧分别形成条状的下电极；

步骤6：向所述第二沟槽内和绝缘介质层上方处填充不透明光阑；

步骤7：在每一列或每一行的所述发光单元上方的两边分别形成条状的上电极。

在上述技术方案中，在步骤7之后还包括：

步骤8：电铸上、下电极引线。

在上述技术方案中，步骤2和5中的刻蚀方法为感应耦合等离子体干法刻蚀方法。

在上述技术方案中，步骤4中生长绝缘层的方法为PECVD或溅射或蒸发。

在上述技术方案中，步骤4中的绝缘层为Si₃N₄层或SiO₂层。

本发明的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法具有以下优点：

本发明的制作方法提出了采用微电子平面工艺来制备具有单面电极结构的新型AlGaInP-LED微显示器件，其省略了对于器件衬底减薄的步骤，避免了正、背面分别做电极带来的工艺困难，避免了对器件造成物理损伤，不会影响器件的发光性能，并且该器件结构简单、牢固，响应快；

应用本发明的制作方法制作的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件，其上、下电极结构分别为以双条形结构为重复单元组成的图形，方向呈异面垂直，这种对称的电极分布有利于得到均匀的电流分布，从而提高发光均匀度。本发明的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法可用于制作更多像素点的阵列微显示器件。

附图说明

图1是传统的体结构微显示器件的电极结构剖面图；

图2是本发明的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法的一种具体实施方式中，制作得到的单面电极结构的LED集成微显示器件的俯视图；

图3是图2中所示具体实施方式中的A-A位置剖视图；

图4是图2中所示具体实施方式中的B-B位置剖视图；

图5是图2中所示具体实施方式中的C-C位置剖视图；

图6是图2中所示具体实施方式中的D-D位置剖视图；

图7是图2中所示具体实施方式中的单面电极结构的LED集成微显示器件的制作方法流程图；

图中附图标记表示为：

101-隔离光阑；102-上电极；103-发光单元；104-下电极；

1-N型衬底层；2-反射层；3-下限制层；4-发光层；5-上限制层；6-透光层；7-P型层；8-上电极；9-下电极；10-隔离沟槽；11-不透明光阑；12-绝缘介质层；

701-器件本体；702-第一沟槽；703-下电极；704-绝缘介质层；705-第二沟槽；706-上电极；707-发光单元。

具体实施方式

本发明的发明思想为，对于LED阵列微显示器件，其电极形状是决定其发光效率和发光均匀性的重要因素，电极形状的设计要综合考虑透光窗口的面积和电极下方电流的分布均匀度。

本发明提出的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法可以避免正、背面分别做电极带来的工艺困难，这种制作工艺不仅简单易行，而且不会对器件产生损伤，因而不会对器件发光产生任何影响。采用本发明提出的制作工艺制作的器件具有异面垂直的双条形的上、下电极，可以在理论上得到较高的发光效率，并且通过电流分布的仿真，可以得到较为均匀的电流分布。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图2~6所示，应用本发明的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法制作的微显示器件的结构包括：N型衬底层1（N型GaAs衬底层）、反射层2、下限制层3、发光层4、上限制层5、透光层6、P型层7、上电极8、下电极9、隔离沟槽10，不透明光阑11，绝缘介质层12，以及通过电铸形成的上、下电极引线。

其中，反射层2位于N型衬底层1的上面，将发光层4发射到反射层2的光经过反射层被反射到透光层6，从透光区发出，从而提高发光效率；下限制层3位于反射层2的上面；发光层4位于下限制层3的上面；上限制层5位于发光层4的上面，上限制层5、下限制层3分别位于发光层4两端，用以限制电子和空穴，以使器件获得更高的发光效率；下电极9位于N型衬底层1的上面，并按照若干双线条单元规则排列，绝缘介质层12覆盖在下电极9的正上方，用以保护下电极；透光层6位于上限制层5的上面；P型层7位于透光层6的上面；上电极8位于P型层7的上面，并按照若干平行双线条单元规则排列，上电极7与下电极8的线条呈异面垂直，交错部分由沟槽内填充的不透明光阑11隔开。反射层2、下限制层3、发光层4、上限制层5、透光层6、P型层7共同组成发光区，若干条相互垂直的隔离沟槽10位于N型衬底层1上，并将整个发光区隔离为独立的发光单元，在沟槽内和下电极上的绝缘介质层12上方填充不透明光阑11，以实现独立的发光单元之间的光学隔离，上电极引线和下电极引线分别位于芯片的上下两侧和左右两侧，以方便在测试和连接驱动电路时的连线。

本发明的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件，其上下电极同时位于器件的同一侧，因而称其为单面电极结构。其工作过程是，电流从上电极8注入，从下电极9流出，在器件中形成电场，使正负载流子在发光层4复合发光。其中部分光向上穿过透光层6和P型层7，从透器件上方射出；部分光向下到达反射层2，被反射层2反射，穿过发光层4、透光层6和P型层7，从器件上方射出。由于该发光器件的发光原理是p-n结内的载流子复合发光，因此具有二极管电流电压的非线性特性，发光亮度也随注入电流的大小具有非线性特性。本发明通过控制不同像素单元的上、下电极的导通，来实现不同单元的独立发光显示。

如图7所示，本发明提出的单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法步骤如下：

首先，在N型衬底层上依次生长出反射层、下限制层、发光层、上限制层、透光层、P型层，得到器件本体701。

然后，在所述器件本体701上刻蚀出多条相互交叉的第一沟槽702，以分隔出多个发光单元707，所述第一沟槽702的底部为所述N型衬底层。具体的说，是用感应耦合等离子体（ICP）干法刻蚀将器件表面刻出下电极台面（即所述第一沟槽702的底部），刻蚀到衬底层，以保证蒸发的金属落在N型层上方形成欧姆接触。

然后，在刻蚀出的下电极台面处蒸发金属形成电极金属层。

然后，在电极金属层上方生长绝缘介质层704。具体的说，在整个芯片表面通过PECVD的方法生长一层Si₃N₄层的绝缘介质层704，经过光刻形成光刻胶的掩膜图形，然后通过RIE刻蚀和去胶的步骤，只保留下电极上方的绝缘介质层704，以便在后续步骤中形成下电极703，以及保护所述下电极703不被损坏。在其他的具体实施方式中，绝缘介质层704也可以为SiO₂层。

然后，在下电极703中间位置和垂直下电极方向上不需要做下电极的区域，向下腐蚀至N型衬底层的一定深度，形成多个第二沟槽705。具体的说，是在下电极台面的两行发光单元707之间的中间部分的区域，以及每一行发光单元707中相邻发光单元707之间的区域，通过光刻胶掩膜和腐蚀，除去上述不需要做下电极的区域上的绝缘介质层704和下电极金属层，并继续刻蚀衬底，以形成不同发光单元707之间的隔离沟槽（第二沟槽705），隔离沟槽的目的是使不同发光单元707之间形成物理隔离。在每一行多个所述发光单元707底部的两侧分别形成条状的下电极703。

然后，向第二沟槽705内和绝缘介质层704上方处填充不透明光阑。具体的说，去胶后，向隔离沟槽和下电极703上方的绝缘介质层704上部填充不透明光阑，以形成不同发光单元707之间的光学隔离。

然后，在每一列的所述发光单元707上方的两边分别形成条状的上电极706。利用光刻胶形成的图形掩膜，通过腐蚀除去发光单元707上覆盖的不透明光阑。并通过光刻胶掩膜形成用于蒸镀上电极706的图形，蒸发上电极金属，并采用丙酮剥离的方法，除去多余部分的上电极金属。形成的上电极706位于每一列的所述发光单元707上方两侧的位置，条状上电极706的条状方向与所述下电极703呈异面垂直。

最后，电铸上、下电极引线，即电铸LED器件四周的引线区域，以方便与驱动测试电路相连。在测试时，只要选出某一列上电极和某一行下电极，连通电源即可对上述一行一列上下电极相交叉的位置发光单元进行测试。测试过程不是本发明的重点，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种单面电极结构的AlGaInP-LED集成微显示器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在N型衬底层上依次生长出反射层、下限制层、发光层、上限制层、透光层、P型层，得到器件本体（701）；

步骤2：在所述器件本体（701）上刻蚀出多条相互交叉的第一沟槽（702），以分隔出多个发光单元（707），所述第一沟槽的底部为所述N型衬底层；

步骤3：在所述第一沟槽的底部生长下电极金属层；

步骤4：在所述下电极金属层上方生长绝缘介质层（704）；

步骤5：对下电极金属层部分区域进行向下腐蚀至N型衬底层一定深度，形成第二沟槽（705），以及在每一行或每一列的多个所述发光单元（707）底部的两侧分别形成条状的下电极（703）；

步骤6：向所述第二沟槽（705）内和绝缘介质层（704）上方处填充不透明光阑；

步骤7：在每一列或每一行的所述发光单元（707）上方的两边分别形成条状的上电极（706）。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在步骤7之后还包括：

步骤8：电铸上、下电极引线。

3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，步骤2和5中的刻蚀方法为感应耦合等离子体干法刻蚀方法。

4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，步骤4中生长绝缘层的方法为PECVD或溅射或蒸发。

5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，步骤4中的绝缘层为Si₃N₄层或SiO₂层。