CN106206872A - Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法 - Google Patents
Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106206872A CN106206872A CN201610635841.9A CN201610635841A CN106206872A CN 106206872 A CN106206872 A CN 106206872A CN 201610635841 A CN201610635841 A CN 201610635841A CN 106206872 A CN106206872 A CN 106206872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- array
- type
- drive circuit
- layer
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 29
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 27
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 17
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 6
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 claims description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 52
- 239000000306 component Substances 0.000 description 8
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 101100439661 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) chr4 gene Proteins 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001194 electroluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0054—Processes for devices with an active region comprising only group IV elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其结构自下至上依次包括：蓝宝石衬底、n型GaN层、InxGa1‑xN/GaN量子阱有源层、p型GaN层；所述微米柱LED器件刻蚀形成贯穿p型GaN层、量子阱有源层，深至n型GaN层的微米柱阵列，还包括一p型阵列电极，蒸镀在微米柱阵列的p型GaN层上，一n型电极，蒸镀在n型GaN层上；Si‑CMOS阵列驱动电路的阵列电路一一对应的键合到p型阵列电极上，Si‑CMOS阵列驱动电路的电极键合到n型电极上。并公开了其制备方法。本发明通过将Si‑CMOS阵列驱动电路与微米柱阵列LED器件进行对应连接，可以实现CMOS阵列驱动电路对每个像素点的单独控制，能应用于超高分辨照明与显示，可见光通讯，生物传感等众多领域。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法，属于半导体照明领域。
背景技术
III族氮化物材料是直接带隙半导体，其带隙覆盖了光谱从红外-可见-紫外波段，在显示器、信号灯和固态照明等领域取得了巨大的成功。半导体固态照明是一项革命性的照明技术，与传统的照明方式不同，它是以半导体芯片为发光源，把电能直接转换为光能，转换效率高。LED作为固态照明半导体光源的核心部件，其优势明显，例如亮度高、能耗低、寿命长、体积小、绿色环保、使用安全、可靠性以及稳定性优良、能够在恶劣的环境下工作，是继白炽灯、荧光灯之后的新一代照明光源。随着发光二极管(LED)的不断发展，固态照明技术正在逐步取代现有照明技术，并占领照明市场。
微米柱LED由于其尺寸小、局部光发射以及散热快等特性，具有广泛的应用，如可见光通讯(VLC)，光遗传学、微显示等领域。和平面大尺寸LED相比，微米柱LED能够在特别高的注入电流密度(传统LED的注入电流密度大约100A/cm2，微米柱LED可以达到5kA/cm2)下工作，使得其具有高密度的光输出功率和大的调制带宽。
另外，微米柱LED在光输出、电致发光谱的转移、droop效应以及光学调制带宽等许多方面特性都具有一定的优势。但是，对于III族氮化物微米柱LED阵列器件内部应力的变化以及阵列器件的键合连接部分研究甚少，国内尚未检索到相应的专利技术加以描述。本发明旨在制备不同尺寸的微米柱LED阵列器件，并使用Si-CMOS阵列驱动电路和微米柱阵列LED器件进行对应连接，实现对微米柱LED阵列器件单独控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，包括微米柱LED器件和Si-CMOS阵列驱动电路，所述微米柱LED器件其结构自下至上依次包括：
一双面抛光的蓝宝石衬底；
一生长在蓝宝石衬底上的缓冲层；
一生长在缓冲层上的n型GaN层；
一生长在n型GaN层上的InxGa1-xN/GaN量子阱有源层；
一生长在量子阱有源层上的p型GaN层；
所述微米柱LED器件刻蚀形成贯穿p型GaN层、量子阱有源层，深至n型GaN层的微米柱阵列，还包括一p型阵列电极，蒸镀在微米柱阵列的p型GaN层上，一n型电极，蒸镀在n型GaN层上；
Si-CMOS阵列驱动电路的阵列电路一一对应的键合到p型阵列电极上，Si-CMOS阵列驱动电路的电极键合到n型电极上。
进一步的，蒸镀Cr/Au作为p型阵列电极和n型电极。
进一步的，所述n型GaN层，厚度为3μm，电子浓度为5×1018cm-3；所述的InxGa1-xN/GaN量子阱有源层，InxGa1-xN阱的厚度为1.8～3nm，x范围：0.12≤x≤0.25，GaN势垒的厚度7～9nm，量子阱有源层发光波长在430nm至480nm，量子阱的周期数10～15个；p型GaN层的厚度300～500nm，空穴浓度为5×1017cm-3。
进一步的，所述p型电极阵列的直径为10～80μm，周期为20～120μm，所述微米柱阵列的直径为10～80μm，周期为20～120μm。
进一步的，所述阵列电路与p型电极阵列通过Au柱键合，所述Si-CMOS阵列驱动电路电极与n型电极通过Au柱键合。
进一步的，所述GaN基可见光微米柱阵列LED器件采用倒封装方式，可见光从器件背面的蓝宝石衬底引出。
本发明还提供了上述Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的制备方法，其步骤包括：
(1)利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，在InGaN/GaN量子阱LED基片上沉积一层绝缘层作为掩蔽层；
(2)在掩蔽层表面旋涂光刻胶，对其进行前烘，利用紫外光刻技术，使用掩膜版在光刻胶上形成微米柱LED的阵列，然后进行显影、后烘，
(3)采用反应离子刻蚀(RIE)技术，清除光刻区域残余的光刻胶，随后以光刻胶作为掩膜，采用RIE技术，对掩蔽层进行刻蚀，将微米柱LED阵列图案转移到掩蔽层；
(4)采用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术，以掩蔽层作为掩膜，各向异性刻蚀p型GaN层、量子阱有源层、n型GaN层，形成贯穿p型GaN层、量子阱有源层，深至n型GaN层的微米柱阵列；
(5)清洗ICP刻蚀后的基片，去除刻蚀损伤，然后采用湿法腐蚀去除剩余掩蔽层；
(6)利用PECVD技术，在基片表面沉积一层绝缘层；
(7)在隔离层表面旋涂光刻胶，然后进行前烘，利用光刻技术，使用掩膜版在光刻胶表面制作p型阵列电极区域以及n型电极区域，然后显影、后烘；
(8)采用RIE技术，清除光刻区域残余的光刻胶，随后将光刻胶当做掩膜，采用RIE技术，通入CFH3和O2混合气体对隔离层进行刻蚀，刻蚀时只刻蚀微米柱表面的隔离层，保留微米柱侧面的隔离层，采用RIE技术，将p型阵列电极区域以及n型电极区域转移至LED基片表面；
(9)采用PVD技术，蒸镀Cr/Au作为n型电极和p型阵列电极，然后进行电极剥离，去除光刻胶层及覆盖在光刻胶层上的金属薄膜；
(10)设计并制造横纵独立控制的n×n的Si-CMOS阵列驱动电路，利用晶片键合机进行倒封装键合，键合材料采用Au，将设计好的Si-CMOS阵列驱动电路的阵列电路同上述制备的微米柱LED器件的p型电极阵列一一对应的键合，Si-CMOS阵列驱动电路的电极键合到n型电极。
进一步的，所述绝缘层选用SiO2或Si3N4。
本发明通过将Si-CMOS阵列驱动电路与微米柱阵列LED器件进行对应连接，可以实现CMOS阵列驱动电路对每个像素点的单独控制，能应用于超高分辨照明与显示，通讯，生物传感等众多领域。保留微米柱侧面的隔离层，使得微米柱LED器件漏电流更小，能够有效隔离每个阵列柱LED的作用，有助于实现单独控制，不会相互干扰。
附图说明
图1为采用MOCVD法生长的InGaN/GaN量子阱LED基片的结构示意图。
图2为本发明步骤(1)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图3为本发明步骤(2)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图4为本发明步骤(3)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图5为本发明步骤(4)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图6为本发明步骤(4)后，采用扫描电子显微镜(SEM)观察到的氮化物微米柱阵列。
图7为本发明步骤(6)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图8为本发明步骤(9)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图9为本发明步骤(10)所得的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
图10为一个4X4的GaN基可见光微米柱阵列LED器件键合前俯视结构示意图。
图11为横纵独立控制的4X4微米柱LED阵列器件的Si-CMOS驱动电路图。
图12为完成制备步骤10)所得的微米柱LED阵列器件与CMOS阵列驱动电路键合的x面剖视图。
图13为本发明Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的结构示意图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
本Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的制备方法，其步骤包括：
(1)利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，在发光波长430～480nm的InGaN/GaN量子阱LED基片(如图1所示)上沉积一层绝缘层薄膜，作为掩蔽层6，通入5％SiH4/N2和N2O的混合气体，流量分别是100sccm和400sccm，压强为300mTorr，功率为10W，温度为350℃，厚度为200nm，时间为10分钟；
(2)在掩蔽层6表面旋涂光刻胶7，光刻胶厚度为700～900nm，然后对其进行前烘，如图2所示利用紫外光刻技术，使用掩膜版在光刻胶上形成微米柱LED的阵列，然后进行显影、后烘，如图3所示；
(3)采用反应离子刻蚀(RIE)技术，通入流量10sccm O2压强为23mTorr，功率为30W，清除光刻区域残余的光刻胶，随后把光刻胶当做掩膜，采用RIE技术，通入CFH3和O2混合气体，流量分别是35sccm和5sccm，压强为23mTorr，功率为100W，刻蚀SiO2约200nm，时间～12分钟，对SiO2掩蔽层6进行刻蚀，将微米柱LED阵列图案转移到掩蔽层6，如图4所示；
(4)采用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术，以SiO2掩蔽层6作为掩膜，通入Ar和Cl2混合气体，流量分别是25sccm和5sccm，压强为10mTorr，RF功率为50W，ICP功率为200W，时间8分钟，刻蚀深度～1.2μm，各向异性刻蚀p型氮化镓层5、量子阱有源层4、n型氮化镓层3，形成贯穿p型氮化镓层5、量子阱有源层4，深至n型氮化镓层3的微米柱阵列，如图5和图6所示；
(5)清洗ICP刻蚀后的基片，去除刻蚀损伤，然后采用湿法腐蚀(氢氟酸溶液)去除剩余掩蔽层；
(6)利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，通入5％SiH4/N2和N2O的混合气体，流量分别是100sccm和400sccm，压强为300mTorr，功率为10W，温度为350℃，时间为9.5min，在基片表面沉积一层200nm的SiO2隔离层6，如图7所示；
(7)对基片进行旋涂光刻胶(正胶)，光刻胶厚度为700～900nm，然后进行前烘,利用光刻技术，使用掩膜版在基片表面制作p型电极区域以及n型电极区域，然后显影、后烘；
(8)采用反应离子刻蚀(RIE)技术，通入流量10sccm O2，压强为23mTorr，功率为30W，清除光刻区域残余的光刻胶，随后把光刻胶当做掩膜，采用RIE技术，通入CFH3和O2混合气体，流量分别是35sccm和5sccm，压强为23mTorr，功率为100W，刻蚀SiO2约200nm，时间～12分钟，对隔离层进行刻蚀，刻蚀时只刻蚀微米柱表面的隔离层，保留微米柱侧面的隔离层，将微米柱LED阵列p型电极区域以及n型电极区域转移至LED基片表面，如图8所示；
(9)采用物理气相沉积(PVD)技术，蒸镀n型电极和p型电极，蒸镀速率为和然后进行电极剥离，去除光刻胶层及覆盖在光刻胶层上的金属薄膜，如图9和图10所示；
(10)设计并制造横纵独立控制的4×4的Si-CMOS驱动电路，驱动电路可提供0～10V驱动电压，驱动电流0～1000mA，如图11所示为横纵独立控制的4X4微米柱LED阵列器件的Si-CMOS驱动电路图，使用FINEPLACER lambda多用途亚微米键合贴片机，把设计好的CMOS阵列驱动电路同上述制备的微米柱LED阵列器件一一对应的键合，键合通过Au柱来连接。如图12所示为微米柱LED阵列器件与CMOS阵列驱动电路键合的x面剖视图。
实施例2
本实施例步骤与实施例1基本一致，区别在于采用Si3N4作为隔离层。
实施例3
本Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其结构从下至
上依次为：一双面抛光的蓝宝石衬底1；
一生长在蓝宝石衬底1上的缓冲层2；
一生长在缓冲层2上的n型GaN层3；
一生长在n型GaN层上的InxGa1-xN/GaN量子阱有源层4；
一生长在量子阱有源层上的p型GaN层5；
所述微米柱LED器件刻蚀形成贯穿p型GaN层5、量子阱有源层4，深至n型GaN层3的微米柱阵列，还包括一p型阵列电极8，蒸镀在微米柱阵列的p型GaN层5上，一n型电极9，蒸镀在n型GaN层3上；
Si-CMOS阵列驱动电路的阵列电路11一一对应的通过Au柱10键合到p型阵列电极8上，Si-CMOS阵列驱动电路的电极12通过Au柱10键合到n型电极9上，其中阵列电路和电极通过电子束蒸发技术镀在硅衬底13上；
其中n型GaN层，厚度为3μm，电子浓度为5×1018cm-3；所述的InxGa1-xN/GaN量子阱有源层，InxGa1-xN阱的厚度为1.8～3nm，x范围：0.12≤x≤0.25，GaN势垒的厚度7～9nm，量子阱有源层发光波长在430nm至480nm，量子阱的周期数10～15个；p型GaN层的厚度300～500nm，空穴浓度为5×1017cm-3；所述p型电极阵列的直径为10～80μm，周期为20～120μm，所述微米柱阵列的直径为10～80μm，周期为20～120μm。
Claims (8)
1.一种Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，包括微米柱LED器件和Si-CMOS阵列驱动电路，所述微米柱LED器件其结构自下至上依次包括：
一双面抛光的蓝宝石衬底；
一生长在蓝宝石衬底上的缓冲层；
一生长在缓冲层上的n型GaN层；
一生长在n型GaN层上的InxGa1-xN/GaN量子阱有源层；
一生长在量子阱有源层上的p型GaN层；
所述微米柱LED器件刻蚀形成贯穿p型GaN层、量子阱有源层，深至n型GaN层的微米柱阵列，还包括一p型阵列电极，蒸镀在微米柱阵列的p型GaN层上，一n型电极，蒸镀在n型GaN层上；
Si-CMOS阵列驱动电路的阵列电路一一对应的键合到p型阵列电极上，Si-CMOS阵列驱动电路的电极键合到n型电极上。
2.根据权利要求1所述的Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其特征在于：蒸镀Cr/Au作为p型阵列电极和n型电极。
3.根据权利要求1或2所述的Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其特征在于：所述n型GaN层，厚度为3μm，电子浓度为5×1018cm-3；所述的InxGa1-xN/GaN量子阱有源层，InxGa1-xN阱的厚度为1.8～3nm，x范围：0.12≤x≤0.25，GaN势垒的厚度7～9nm，量子阱有源层发光波长在430nm至480nm，量子阱的周期数10～15个；p型GaN层的厚度300～500nm，空穴浓度为5×1017cm-3。
4.根据权利要求3所述的Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其特征在于：所述p型电极阵列的直径为10～80μm，周期为20～120μm，所述微米柱阵列的直径为10～80μm，周期为20～120μm。
5.根据权利要求1或2所述的Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其特征在于：所述阵列电路与p型电极阵列通过Au柱键合，所述Si-CMOS阵列驱动电路电极与n型电极通过Au柱键合。
6.根据权利要求1或2所述的Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件，其特征在于：所述GaN基可见光微米柱阵列LED器件采用倒封装方式，可见光从器件背面的蓝宝石衬底引出。
7.一种Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的制备方法，其步骤包括：
(1)利用PECVD技术，在InGaN/GaN量子阱LED基片上沉积一层SiO2绝缘层作为掩蔽层；
(2)在掩蔽层表面旋涂光刻胶，对其进行前烘，利用紫外光刻技术，使用掩膜版在光刻胶上形成微米柱LED的阵列，然后进行显影、后烘，
(3)采用RIE技术，清除光刻区域残余的光刻胶，随后以光刻胶作为掩膜，采用RIE技术，对掩蔽层进行刻蚀，将微米柱LED阵列图案转移到掩蔽层；
(4)采用ICP技术，以掩蔽层作为掩膜，各向异性刻蚀p型GaN层、量子阱有源层、n型GaN层，形成贯穿p型GaN层、量子阱有源层，深至n型GaN层的微米柱阵列；
(5)清洗ICP刻蚀后的基片，去除刻蚀损伤，然后采用湿法腐蚀去除剩余掩蔽层；
(6)利用PECVD技术，在基片表面沉积一层SiO2隔离层；
(7)在隔离层表面旋涂光刻胶，然后进行前烘，利用光刻技术，使用掩膜版在光刻胶表面制作p型阵列电极区域以及n型电极区域，然后显影、后烘；
(8)采用RIE技术，清除光刻区域残余的光刻胶，随后将光刻胶当做掩膜，采用RIE技术，通入CFH3和O2混合气体对隔离层进行刻蚀，刻蚀时只刻蚀微米柱表面的隔离层，保留微米柱侧面的隔离层，采用RIE技术，将p型阵列电极区域以及n型电极区域转移至LED基片表面；
(9)采用PVD技术，蒸镀Cr/Au作为n型电极和p型阵列电极，然后进行电极剥离，去除光刻胶层及覆盖在光刻胶层上的金属薄膜；
(10)设计并制造横纵独立控制的n×n的Si-CMOS阵列驱动电路，Si-CMOS阵列驱动电路的每个阵列电路对应一个p型电极，利用晶片键合机进行倒封装键合，键合材料采用Au，将设计好的Si-CMOS阵列驱动电路的阵列电路同上述制备的微米柱LED器件的p型电极阵列一一对应的键合，Si-CMOS阵列驱动电路的电极键合到n型电极。
8.根据权利要求7所述的Si-CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件的制备方法，其特征在于：所述绝缘层选用SiO2或Si3N4。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610635841.9A CN106206872A (zh) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610635841.9A CN106206872A (zh) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106206872A true CN106206872A (zh) | 2016-12-07 |
Family
ID=57498652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610635841.9A Pending CN106206872A (zh) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106206872A (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107611155A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-19 | 华南理工大学 | 照明显示通信共用的GaN基微米尺寸LED阵列芯片及集成模块 |
| CN108281457A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-13 | 澳洋集团有限公司 | Led矩阵显示阵列及其制作方法 |
| CN108428770A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-08-21 | 北京大学 | 一种共面波导结构微米led的制备方法 |
| CN108493306A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-04 | 北京大学 | 一种高压高功率GaN基LED阵列芯片的制备方法 |
| CN108598104A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-09-28 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种并联微led阵列及其制作方法 |
| CN109065689A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-21 | 易美芯光（北京）科技有限公司 | 一种Micro LED封装结构及其制备方法 |
| CN110462834A (zh) * | 2017-03-16 | 2019-11-15 | 康宁股份有限公司 | 大量转移微型led的方法和工艺 |
| CN110494983A (zh) * | 2017-03-16 | 2019-11-22 | 伊文萨思公司 | 直接键合的led阵列和应用 |
| CN110574174A (zh) * | 2016-12-13 | 2019-12-13 | 香港北大青鸟显示有限公司 | 使用粘合剂对微结构进行传质 |
| CN111798764A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-20 | 福州大学 | 一种μLED像素单元结构及显示器件 |
| US11715730B2 (en) | 2017-03-16 | 2023-08-01 | Adeia Semiconductor Technologies Llc | Direct-bonded LED arrays including optical elements configured to transmit optical signals from LED elements |
| US11762200B2 (en) | 2019-12-17 | 2023-09-19 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Bonded optical devices |
| US11860415B2 (en) | 2018-02-26 | 2024-01-02 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Integrated optical waveguides, direct-bonded waveguide interface joints, optical routing and interconnects |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1738066A (zh) * | 2005-07-29 | 2006-02-22 | 东莞市福地电子材料有限公司 | 氮化镓基发光二极管芯片及其制造方法 |
| US20110309378A1 (en) * | 2009-12-09 | 2011-12-22 | Nano And Advanced Materials Institute Limited | Method for manufacturing a monolithic led micro-display on an active matrix panel using flip-chip technology and display apparatus having the monolithic led micro-display |
| CN102820315A (zh) * | 2012-08-20 | 2012-12-12 | 北京工业大学 | 一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法 |
| CN103094434A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-05-08 | 南京大学 | ICP刻蚀GaN基多量子阱制备纳米阵列图形的方法 |
| CN103378244A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 无锡华润华晶微电子有限公司 | 发光二极管器件及其制造方法 |
| CN104681576A (zh) * | 2015-03-04 | 2015-06-03 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种具有双绝缘层的发光二极管阵列及其生产方法 |
| CN105206727A (zh) * | 2015-10-08 | 2015-12-30 | 南京大学 | InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件及其制备方法 |
| CN105374920A (zh) * | 2014-08-27 | 2016-03-02 | 璨圆光电股份有限公司 | 发光二极管结构 |
| CN105742444A (zh) * | 2014-12-26 | 2016-07-06 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件、发光器件阵列和包括发光器件阵列的照明装置 |
-
2016
- 2016-08-04 CN CN201610635841.9A patent/CN106206872A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1738066A (zh) * | 2005-07-29 | 2006-02-22 | 东莞市福地电子材料有限公司 | 氮化镓基发光二极管芯片及其制造方法 |
| US20110309378A1 (en) * | 2009-12-09 | 2011-12-22 | Nano And Advanced Materials Institute Limited | Method for manufacturing a monolithic led micro-display on an active matrix panel using flip-chip technology and display apparatus having the monolithic led micro-display |
| CN103378244A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 无锡华润华晶微电子有限公司 | 发光二极管器件及其制造方法 |
| CN102820315A (zh) * | 2012-08-20 | 2012-12-12 | 北京工业大学 | 一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法 |
| CN103094434A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-05-08 | 南京大学 | ICP刻蚀GaN基多量子阱制备纳米阵列图形的方法 |
| CN105374920A (zh) * | 2014-08-27 | 2016-03-02 | 璨圆光电股份有限公司 | 发光二极管结构 |
| CN105742444A (zh) * | 2014-12-26 | 2016-07-06 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件、发光器件阵列和包括发光器件阵列的照明装置 |
| CN104681576A (zh) * | 2015-03-04 | 2015-06-03 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种具有双绝缘层的发光二极管阵列及其生产方法 |
| CN105206727A (zh) * | 2015-10-08 | 2015-12-30 | 南京大学 | InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JACOB DAY: "III-Nitride full-scale high-resolution microdisplays", 《APPL. PHYS. LETT》 * |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110574174A (zh) * | 2016-12-13 | 2019-12-13 | 香港北大青鸟显示有限公司 | 使用粘合剂对微结构进行传质 |
| CN110574174B (zh) * | 2016-12-13 | 2022-12-23 | 上海显耀显示科技有限公司 | 使用粘合剂对微结构进行传质 |
| CN110494983B (zh) * | 2017-03-16 | 2023-09-15 | 美商艾德亚半导体科技有限责任公司 | 直接键合的led阵列和应用 |
| CN110462834B (zh) * | 2017-03-16 | 2023-09-19 | 康宁股份有限公司 | 形成微型led显示器的方法 |
| US11715730B2 (en) | 2017-03-16 | 2023-08-01 | Adeia Semiconductor Technologies Llc | Direct-bonded LED arrays including optical elements configured to transmit optical signals from LED elements |
| CN110462834A (zh) * | 2017-03-16 | 2019-11-15 | 康宁股份有限公司 | 大量转移微型led的方法和工艺 |
| CN110494983A (zh) * | 2017-03-16 | 2019-11-22 | 伊文萨思公司 | 直接键合的led阵列和应用 |
| CN107611155B (zh) * | 2017-08-30 | 2023-09-26 | 华南理工大学 | 照明显示通信共用的GaN基微米尺寸LED阵列芯片及集成模块 |
| CN107611155A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-19 | 华南理工大学 | 照明显示通信共用的GaN基微米尺寸LED阵列芯片及集成模块 |
| CN108281457A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-13 | 澳洋集团有限公司 | Led矩阵显示阵列及其制作方法 |
| US11860415B2 (en) | 2018-02-26 | 2024-01-02 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Integrated optical waveguides, direct-bonded waveguide interface joints, optical routing and interconnects |
| CN108493306A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-04 | 北京大学 | 一种高压高功率GaN基LED阵列芯片的制备方法 |
| CN108493306B (zh) * | 2018-03-27 | 2020-09-08 | 北京大学 | 一种高压高功率GaN基LED阵列芯片的制备方法 |
| CN108428770A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-08-21 | 北京大学 | 一种共面波导结构微米led的制备方法 |
| CN108598104A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-09-28 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种并联微led阵列及其制作方法 |
| CN109065689A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-21 | 易美芯光（北京）科技有限公司 | 一种Micro LED封装结构及其制备方法 |
| CN109065689B (zh) * | 2018-07-18 | 2023-09-29 | 易美芯光（北京）科技有限公司 | 一种Micro LED封装结构及其制备方法 |
| US11762200B2 (en) | 2019-12-17 | 2023-09-19 | Adeia Semiconductor Bonding Technologies Inc. | Bonded optical devices |
| CN111798764B (zh) * | 2020-06-12 | 2022-07-05 | 福州大学 | 一种μLED像素单元结构及显示器件 |
| CN111798764A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-20 | 福州大学 | 一种μLED像素单元结构及显示器件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106206872A (zh) | Si‑CMOS阵列驱动电路控制的GaN基可见光微米柱阵列LED器件及其制备方法 | |
| TWI255569B (en) | White-light emitting device and method for manufacturing the same | |
| CN107768495A (zh) | 微型发光二极管及其制造方法 | |
| WO2020207009A1 (zh) | 基于深硅刻蚀模板量子点转移工艺的微米全色qled阵列器件及其制备方法 | |
| US7064356B2 (en) | Flip chip light emitting diode with micromesas and a conductive mesh | |
| CN110993762B (zh) | 基于III族氮化物半导体的Micro-LED阵列器件及其制备方法 | |
| CN108878469B (zh) | 基于iii族氮化物半导体/量子点的混合型rgb微米孔led阵列器件及其制备方法 | |
| CN109841710B (zh) | 用于透明显示的GaN Micro-LED阵列器件及其制备方法 | |
| CN113224212B (zh) | 多色堆叠台阶式背出光Micro-LED显示器件及其制备方法 | |
| CN105023984B (zh) | 一种基于GaN厚膜的垂直结构LED芯片的制备方法 | |
| WO2012048506A1 (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| CN103219352A (zh) | 阵列式结构的led组合芯片及其制作方法 | |
| US9257614B2 (en) | Warm white LED with stacked wafers and fabrication method thereof | |
| CN104393131A (zh) | 光泵浦白光led及其制备方法 | |
| CN102651438B (zh) | 衬底、该衬底的制备方法及具有该衬底的芯片 | |
| KR20120077612A (ko) | 발광소자의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 발광소자 | |
| TWI446571B (zh) | 發光二極體晶片及其製作方法 | |
| CN104659167A (zh) | 一种高可靠性GaN基LED芯片及其制备方法 | |
| WO2023134418A1 (zh) | 集成式led结构及制备方法 | |
| Zhan et al. | The design and fabrication of a GaN-based monolithic light-emitting diode array | |
| WO2019037429A1 (zh) | 发光二极管及其制作方法 | |
| CN109920888B (zh) | 一种发光二极管芯片及其制造方法 | |
| CN108735868B (zh) | 一种GaN基LED包覆式电极结构的制作方法 | |
| Lee et al. | High-brightness InGaN–GaN flip-chip light-emitting diodes with triple-light scattering layers | |
| US20080157056A1 (en) | Manufacturing method of poly-wavelength light-emitting diode of utilizing nano-crystals and the light-emitting device therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |