CN108010932B - 一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列制备方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明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。
本发明为实现以上目的，采用的技术方案如下：
本发明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。
本发明的有益效果是：
本发明提供的制备方法中，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、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，从而有效减小取出、刻蚀、清洗、外延的次数，大大降低受污染的概率，增加器件成品率，之后利用芯片刻蚀技术形成高集成度的微小二维矩阵，最终得到全色微型LED阵列，且每个发光单元的尺寸可以在保证器件性能的前提下尽可能缩小，同时缩小每个发光单元之间的间距，从而能最大程度提高微型LED阵列显示屏的分辨率。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的俯视结构示意图。
图2是本发明一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法的流程图。
图3为实施例在导电衬底上利用PECVD技术沉积一层SiO2或者SiNx薄膜的结构示意图。
图4为实施例中利用掩膜和干法ICP刻蚀技术在图3中SiO2或者SiNx薄膜上刻蚀出堆栈式红、蓝、绿发光单元外延窗口的结构示意图。
图5利用MOCVD技术在图4刻蚀的外延窗口中外延堆栈式红、蓝、绿发光单元的结构示意图。
图6为实施例中以三列堆栈式红、蓝、绿发光单元外延层为一个周期，利用沉积、刻蚀和MOCVD外延技术，在堆栈式红、蓝、绿发光单元外延层的基础之上分别制备红、蓝、绿发光单元外延结构，并在发光单元表面利用掩膜和电子束蒸镀技术在发光单元表面制备ITO透明电极的结构示意图。
图7为实施例中在第一列表面覆盖红光窄带滤光片，形成红光发光单元，在第三列表面制备蓝光光学屏蔽层，形成绿光发光单元的结构示意图。
图8为实施例在列排布的为隔离结构表面利用电子束蒸镀技术制备金属铝(Al)，并利用SiO2钝化层覆盖除p侧电极引线区和电流注入区之外的其他区域的结构示意图。其中，附图标记为：
1：导电衬底
2：微隔离结构
3：堆栈式红、蓝、绿Micro-LED发光单元
4：红光Micro-LED发光单元
5：蓝色Micro-LED发光单元
6：绿光Micro-LED发光单元
7：p侧电极引线区
8：电流注入区
9：SiO2或者SiNx薄膜
10：AlN高温缓冲层
11：GaN低温缓冲层
12：GaN高温缓冲层
13：n型GaN包层
14：蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区
15：绿光Inx2Ga1-x2N/GaN量子阱发光区
16：GaN保护层
17：GaAs低温缓冲层
18：GaAs高温缓冲层
19：n型Al0.6Ga0.4As/AlAs的DBR结构
20：n型(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P下限制层
21：红光(Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P/(Alx5Ga1-x5)y5In1-y5P多量子阱发光区
22：p型(Alx6Ga1-x6)y6In1-y6P上限制层
23：p型GaP电流扩展层
24：p型Alx7Ga1-x7N上限制层
25：p型GaN欧姆接触层
26：ITO透明电极
27：红光窄带滤光片
28：蓝光光学屏蔽层
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，其尺寸大小并不代表本发明实际尺寸大小，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1描述根据本发明实施例提供的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列结构。其包括：一导电衬底1、在所述导电衬底1上制备的微隔离结构2、在所述微隔离结构2上有若干按照列排布的p侧电极引线区7和电流注入区8，以及在所述微隔离结构2之间有若干按照三列为一个周期、交叉排布的堆栈式红、蓝、绿Micro-LED发光单元3。
其中，所述导电衬底1的材料可为硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者砷化镓(GaAs)。
微隔离结构2采用PECVD技术直接沉积在所述导电衬底1上，其制备材料为绝缘材料，且易于沉积和剥离，可以为SiO2或者SiNx薄膜。
p侧电极引线区7以及电流注入区8设置在所述微隔离结构2上，更进一步地，设置在列排布的微隔离结构上，其制备材料为导电良好的材料，在本实施例中为金属铝(Al)。
堆栈式红、蓝、绿Micro-LED发光单元3在所述微隔离结构2之间的栅格内，通过MOCVD技术外延生长。
更进一步地，所述堆栈式红、蓝、绿发光单元3利用PECVD沉积、ICP刻蚀和MOCVD外延技术制备为红光Micro-LED发光单元4、蓝光Micro-LED发光单元5和绿光Micro-LED发光单元6。
本发明还提供一种制作上述全色堆栈式外延的Micro-LED阵列结构的方法，请参阅图2，包括以下步骤：
步骤1：提供一导电衬底1，该衬底的材料可为硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者砷化镓(GaAs)，用去离子水反复冲洗10次之后，放置于盐酸、双氧水的混合溶液中(HCl:H2O2:H2O＝7:1:1)，加热至80℃，并维持5分钟。取出所述导电衬底，用去离子水反复冲洗10次，放置于硫酸、双氧水的混合溶液中(H2SO4:H2O2:H2O＝4:1:1)加热至80℃，并维持5分钟。取出所述导电衬底，用去离子水反复冲洗10次。再利用兆声清洗技术，清洗所述导电衬底10分钟后，最后取出衬底，并甩干。
步骤2：将所述导电衬底按照步骤1清洗之后，放入PECVD设备的反应腔室，沉积SiO2或者SiNx薄膜9(如图3～图8所示)，厚度为1um～2um。其中沉积SiO2薄膜的反应温度设置为300℃，反应气源为N20，流量为1000～1500sccm；沉积SiNx薄膜的反应温度设置为250℃，反应气源为NH3，流量为10～50sccm。
步骤3：如图4所示，将步骤2所述的在所述导电衬底1表面沉积的SiO2或者SiNx薄膜9，采用掩膜进行干法ICP刻蚀，露出堆栈式红、蓝、绿发光单元的外延窗口，保留其他区域的SiO2或者SiNx薄膜9。所述堆栈式红、蓝、绿发光单元外延窗口宽度L1可以在保证发光单元性能的前提下，尽可能缩小。所述堆栈式红、蓝、绿发光单元之间的宽度L2＝10um～100um。
步骤4-1：如图5所示，将步骤3中的导电衬底1按照步骤1所述清洗流程清洗完毕之后，放置于蓝绿光MOCVD机台中，逐层生长堆栈式红、蓝、绿发光单元结构。首先在1000℃～1200℃的H2气氛里高温清洁上述外延片表面20min～40min，并通入NH3，去除表面水、氧杂质；保持该反应温度，生长厚度为100nm～200nm的AlN高温缓冲层10；将反应温度降低至500℃～600℃，在AlN高温缓冲层10上继续生长厚度为10nm～30nm的GaN低温缓冲层11，再将温度升至1000℃～1200℃，生长1000nm～2000nm的GaN高温缓冲层12，不掺杂；在所述GaN高温缓冲层12上继续生长厚度为1000nm～2000nm的n型GaN包层13，其n型掺杂源为SiH4，掺杂浓度为(1～2)E18个原子/cm3；在所述n型GaN包层13上继续生长5～20对蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区14，其中Inx1Ga1-x1N量子阱层厚度2nm～6nm，反应温度降低至700℃～800℃，且x1＝0.15～0.20，不掺杂。GaN量子垒层厚度为10nm～20nm，反应温度800℃～900℃，其n型掺杂源为SiH4，掺杂浓度为(1～2)E18个原子/cm3；在所述蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区14之上继续生长5～20对绿光Inx2Ga1-x2N/GaN量子阱发光区15，其中Inx2Ga1-x2N量子阱层厚度2nm～6nm，反应温度降低至600℃～700℃，且x2＝0.20～0.40，不掺杂。GaN量子垒层厚度为10nm～20nm，反应温度800℃～900℃，n型掺杂源为SiH4，掺杂浓度为(1～2)E18个原子/cm3；保持该温度，在绿光Inx2Ga1-x2N/GaN量子阱发光区15上继续生长500nm～1000nm的GaN保护层16；随后，将反应温度逐渐降至室温，取出外延片。
步骤4-2：将步骤4-1中的得到蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区14和绿光Inx2Ga1-x2N/GaN量子阱发光区15的外延片放入红光MOCVD机台中，继续生长红光Micro-LED发光单元的外延结构。首先在1000℃～1200℃的H2气氛里高温清洁所述导电衬底1表面20min～40min，并通入AsH3，去除表面水、氧杂质；将反应温度降低至520℃～580℃，在所述GaN保护层16表面继续生长厚度为100nm～150nm的GaAs低温缓冲层17；将反应温度升至720℃～780℃，在所述GaAs低温缓冲层17上继续在生长厚度为100nm～150nm的GaAs高温缓冲层18。其中，GaAs缓冲层(包括低温缓冲层17和高温缓冲层18)的n型掺杂源是SiH4，掺杂浓度为(1～5)E18个原子/cm3；在所述高温GaAs缓冲层18上继续生长n型Al0.6Ga0.4As/AlAs的DBR结构19，以提高红光出光效率；在所述n型Al0.6Ga0.4As/AlAs的DBR结构19基础之上继续生长500nm～1000nm的n型(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P下限制层20,其n型掺杂源是SiH4，掺杂浓度为(5～8)E17个原子/cm3，且x3＝0.7，y3＝0.5；在所述n型(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P下限制层20上继续生长红光(Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P/(Alx5Ga1-x5)y5In1-y5P多量子阱发光区21，多量子阱的周期数为5～20对，其中，阱层(Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P的x4＝0.1，y4＝0.9，不掺杂，垒层(Alx5Ga1-x5)y5In1-y5P的x5＝0.5，y5＝0.5，不掺杂；在所述(Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P/(Alx5Ga1-x5)y5In1-y5P多量子阱发光区21上继续生长厚度为500nm～1000nm的p型(Alx6Ga1-x6)y6In1-y6P上限制层22,其p型掺杂源为Cp2Mg，掺杂浓度为(5～8)E18个原子/cm3，且x6＝0.7，y6＝0.5；将反应温度升至750℃～820℃，在所述p型(Alx6Ga1-x6)y6In1-y6P上限制层22上继续生长厚度为3umm～10um的p型GaP电流扩展层23，其p型掺杂源为Cp2Mg，掺杂浓度为(1～2)E19个原子/cm3。随后，将反应温度降至500℃～700℃退火10min～30min后，再降至室温，从红光MOCVD机台取出。
步骤4-3：如图6所示，将上述得到堆栈式红、蓝、绿发光单元外延结构的外延片，以三列为一个周期，在第一列和第三列发光单元表面利用PECVD技术沉积一层SiO2钝化层，并采用掩膜和湿法刻蚀技术将第二列的堆栈式红、蓝、绿发光单元外延结构刻蚀到蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区14。严格清洗所述的刻蚀到蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区14的外延片之后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，首先在1000℃～1200℃的H2气氛里进行高温清洁上述外延片表面20min～40min，并通入NH3，去除表面水、氧杂质；在所述蓝光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区14上继续生长厚度为50nm～150nm的p型Alx7Ga1-x7N上限制层24，反应温度升至900℃～1050℃，p型掺杂源为Cp2Mg，掺杂浓度为(1～2)E18个原子/cm3，x7＝0.2～0.4；在所述p型Alx7Ga1-x7N上限制层24上继续生长厚度为50nm～100nm的p型GaN欧姆接触层25，p型掺杂源为Cp2Mg，掺杂浓度为(1～2)E19个原子/cm3；随后，将反应温度降低至700℃～850℃退火15min～30min后，再降至室温，从蓝绿MOCVD机台中取出，完成蓝光Micro-LED发光单元5外延结构的生长；
步骤4-4：将步骤4-3中生长完成蓝光Micro-LED发光单元5外延结构的外延片，在其表面利用PECVD技术沉积一层SiO2钝化层，并采用掩膜和湿法刻蚀技术将第三列的堆栈式红、蓝、绿发光单元外延结构刻蚀到绿光Inx2Ga1-x2N/GaN量子阱发光区15。严格清洗所述外延片之后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，首先在1000℃～1200℃的H2气氛里进行高温清洁上述外延片表面20min～40min，并通入NH3，去除表面水、氧杂质；在所述绿光Inx1Ga1-x1N/GaN量子阱发光区15上继续生长厚度为50nm～150nm的p型Alx7Ga1-x7N上限制层24，反应温度升至900℃～1050℃，p型掺杂源为Cp2Mg，掺杂浓度为(1～2)E18个原子/cm3，x8＝0.2～0.4；在所述p型Alx7Ga1-x7N上限制层24上继续生长厚度为50nm～100nm的p型GaN欧姆接触层25，p型掺杂源为Cp2Mg，掺杂浓度为(1～2)E19个原子/cm3；随后，将反应温度降低至700℃～850℃退火15min～30min后，再降至室温，从蓝绿光MOCVD机台取出，完成绿光Micro-LED发光单元6外延结构的生长；
步骤5：将上述外延片从MOCVD机台取出，利用掩膜和干法ICP刻蚀，去除掉发光单元外延结构表面的SiO2钝化层。采用电子束蒸镀技术在发光单元结构表面制备厚度为100nm～300nm的ITO透明电极，分别形成红光发光单元4、蓝光发光单元5、绿光发光单元6表面的ITO透明电极26。随后，利用掩膜和湿法刻蚀技术去除微隔离结构2表面的多余的ITO透明电极。
步骤6：如图7所示，将步骤5中得到的蒸镀ITO透明电极26的外延片，在第一列红光Micro-LED发光单元4表面覆盖上红光窄带滤光片27，有效屏蔽蓝光和绿光波段光谱，只让红光波段光谱通过。在第三列绿光Micro-LED发光单元6表面利用磁控溅射镀膜技术，在其表面镀上TiO2/SiO2复合膜系，形成蓝光光学屏蔽层28，有效屏蔽蓝光波段光谱，只让绿光波段光谱通过。
步骤7：如图8所示，采用电子束蒸镀技术在所有列排布的隔离结构表面制备厚度为300nm～500nm、宽度为3um～10um的金属铝(Al)，作为金属电极。利用PECVD沉积技术和干法ICP刻蚀技术，将所述列排布的微隔离结构2表面其他区域的金属铝(Al)用SiO2钝化层覆盖，露出p侧电极引线区域7以及电流注入区8。最终得到全色堆栈式外延的Micro-LED阵列。
根据本发明实施例的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列100，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、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，从而有效减小取出、刻蚀、清洗、外延的次数，大大降低受污染的概率，增加器件成品率，之后利用芯片刻蚀技术形成高集成度的微小二维矩阵，最终得到全色堆栈式外延的Micro-LED阵列，且每个发光单元的尺寸可以在保证器件性能的前提下尽可能缩小，同时缩小每个发光单元之间的间距，从而能最大程度提高Micro-LED阵列显示屏的分辨率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

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、堆栈式外延的红、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，是一种利用沉积、掩膜、刻蚀技术在所述导电衬底上制备的SiO2或者SiNx栅格状结构，栅格中裸露出所述导电衬底，作为发光单元的外延区域；在每一个外延区域沉积一个堆栈式红、蓝、绿三色发光单元，以三列为一周期，每一列的堆栈式红、蓝、绿三色发光单元结构一致，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的布拉格光栅(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；然后在第一列所有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，从而形成红光发光单元；利用掩膜和湿法刻蚀技术，将第二列所有发光单元刻蚀到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；利用掩膜和湿法刻蚀技术，将第三列所有发光单元刻蚀到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；采用电子束蒸镀技术在两列发光单元之间的区域表面制备金属铝(Al)，在金属Al表面沉积SiO2钝化层，随后利用掩膜、刻蚀工艺制备出p侧电极引线区和电流注入区；其中p侧电极引线区位于每个发光单元右侧，电流注入区位于Micro-LED阵列最外侧。
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1μm～2μm。
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，该导电衬底是硅(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区域；
(4)清洗导电衬底后，放入蓝绿光MOCVD机台中，在H2环境下高温吹扫导电衬底表面，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环境下高温吹扫外延片表面，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的布拉格光栅(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，以每三列堆栈式红、蓝、绿发光单元为一个周期。在第一列和第三列发光单元表面沉积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)清洗外延片后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，在H2环境下高温吹扫外延片表面，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)清洗外延片后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，在H2环境下高温吹扫外延片表面，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侧电极引线区以及电流注入区。
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