CN109545817A - 一种高发光效率的MicroLED微显示器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于LED微显示屏技术领域，提供一种高发光效率的MicroLED微显示器件，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底正面设有若干个呈阵列分布的MicroLED微显示单元，MicroLED微显示单元间通过深沟槽分开；MicroLED微显示单元包括位于蓝宝石衬底上的缓冲层、N‑GaN层、多量子阱和P‑GaN层，在P‑GaN层上依次设有P电极绝缘层和P电极ITO层，P电极ITO层通过P电极绝缘层内的通孔与P‑GaN层电连接，P电极ITO层及P电极绝缘层上依次设有N电极绝缘层和N电极ITO层，N电极ITO层依次穿过N电极绝缘层和P电极绝缘层内的通孔与N‑GaN层电连接；该微显示器件采用ITO透明电极作为MicroLED芯片的电极，由于ITO退火后能与GaN形成良好的欧姆接触，能有效提高光提取效率，提高MicroLED微显示器件的发光效率。

Description

一种高发光效率的MicroLED微显示器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种MicroLED微显示器件及其制作方法，尤其是一种高发光效率的MicroLED微显示器件及其制作方法，属于LED微显示屏技术领域。
背景技术
随着市场经济的不断发展，人们对LED显示屏的需求也不断在增长着。LED显示技术的快速进步与成熟以及客户要求的提高，微间距LED显示屏的点间距越来越小。它广泛应用在视频会议、指挥调度中心、安防监控中心、广电传媒等领域，微间距LED显示屏的高清显示、高刷新频率、无缝拼接、良好的散热系统、拆装方便灵活、节能环保等特点已经被广大行业用户熟知。
由于MicroLED更具节能效果，且体积微小，有助于薄型化的发展，其分辨率与高亮度也聚优异表现，可突破阳光下的可视角的限制，种种优势在成本日渐降低的趋势下，未来能与OLED展现出差异化竞争关系，使得MicroLED进军AR显示具有优势。在AR的应用中，MicroLED提供更高的亮度与更薄的体积。市场对LED的亮度追求是永恒的话题，如何进一步提高MicroLED的发光效率是设计者们共同关注的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高发光效率的MicroLED微显示器件及其制作方法，该微显示器件采用ITO透明电极作为MicroLED芯片的电极，由于ITO退火后能与GaN形成良好的欧姆接触，能有效提高光提取效率，提高MicroLED微显示器件的发光效率。.
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种高发光效率的MicroLED微显示器件，包括蓝宝石衬底，其特征在于，在所述蓝宝石衬底正面设有若干个呈阵列分布的MicroLED微显示单元，所述MicroLED微显示单元间通过深沟槽分开；所述MicroLED微显示单元包括位于蓝宝石衬底上的缓冲层、N-GaN层、多量子阱和P-GaN层，在所述P-GaN层上依次设有P电极绝缘层和P电极ITO层，所述P电极ITO层通过P电极绝缘层内的通孔与P-GaN层电连接，所述P电极ITO层及P电极绝缘层上依次设有N电极绝缘层和N电极ITO层，所述N电极ITO层依次穿过N电极绝缘层和P电极绝缘层内的通孔与N-GaN层电连接。
所述P电极ITO层和N电极ITO层均为条状排列，且条状排列的P电极ITO层与条状排列的N电极ITO层垂直分布，且呈阵列分布的LED微显示单元中的每行或列P电极ITO层均连在一起，每列或行N电极ITO层均连在一起，且每行或列P电极ITO层与多列或行N电极ITO层通过N电极绝缘层隔离，每列或行N电极ITO层与多行或列P电极ITO层通过N电极绝缘层隔离。
为了进一步实现以上技术目的，本发明还提出一种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一. GaN基外延层的制作：采用GaN基LED外延片生长工艺，在蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、N-GaN层、多量子阱和P-GaN层，完成GaN基外延层的制作；
步骤二. 台面刻蚀：在第一图形化掩膜板的遮挡下，依次刻蚀P-GaN层、多量子阱，直至刻蚀到N-GaN层，暴露部分N-GaN层，得到台面；
步骤三. 深沟槽刻蚀：在第二图形化掩膜板的遮挡下，采用电感耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀GaN基外延层，直至刻蚀深入到蓝宝石衬底内，得到用于将多个LED微显示单元分隔呈阵列排布的深沟槽；
步骤四. 淀积P电极绝缘层：利用PECVD或者磁控溅射技术，在P-GaN层上、台面内及深沟槽内沉积绝缘层，作为P电极绝缘层；
步骤五. 刻蚀 P电极通孔：对P电极绝缘层进行刻蚀，得到P电极通孔；
步骤六. 制作P电极：采用电子束蒸发方法，在P电极绝缘层上及其通孔内淀积ITO导电层，并对ITO导电层进行刻蚀，得到多条用于引出P-GaN层的P电极ITO层，然后对P电极ITO层进行快速退火；
步骤七. 淀积N电极绝缘层：利用PECVD或者磁控溅射技术，在P电极绝缘层及P电极ITO层上沉积绝缘层，作为N电极绝缘层；
步骤八. 刻蚀 N电极通孔：对台面上方的P电极绝缘层和N电极绝缘层进行刻蚀，得到N电极通孔；
步骤九. 制作N电极：采用电子束蒸发方法，在N电极绝缘层及其通孔内淀积ITO导电层，并对ITO导电层进行刻蚀，得到多条用于引出N-GaN层的N电极ITO层，然后对N电极ITO层进行快速退火；
步骤十. 背面减薄：对蓝宝石衬底背面进行研磨减薄，完成MicroLED微显示器件的制作。
进一步地，所述步骤三中，所述第二图形化掩膜板为光刻胶与SiO2层的双层掩膜，且在刻蚀深沟槽前，需将SiO2层腐蚀200S，有利于形成具有一定角度的深沟槽。
进一步地，所述P电极绝缘层和N电极绝缘层的材料包括SiO2或Si3N4，且绝缘层的厚度为100nm~2000nm。
进一步地，在所述步骤六和步骤九中，对ITO导电层进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl3溶液，然后在氮气的环境中对刻蚀后的ITO层进行快速退火，保证良好的欧姆接触。
进一步地，所述深沟槽的高度为6.5±0.5um，所述台面的高度为1.5±0.5um。
从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于：
1）与传统的LED芯片相比，传统LED电极多采用金属作为电极，便于引线键合，由于有金属电极不透光，限制LED的发光效率，在传统LED制备工艺中ITO常用来做透明导电层，而本发明采用ITO透明电极作为MicroLED芯片的电极，且由于ITO退火后能与GaN形成良好的欧姆接触，能有效提高光提取效率，提高MicroLED微显示器件的发光效率；
2）本发明刻蚀深沟槽采用光刻胶和SIO2层的双层掩膜板，并在刻蚀前对SIO2层腐蚀200s，便于形成具有一定角度的深沟槽，这样在深沟槽中的电极条连接不易断裂。
附图说明
图1为本发明实施例1中刻蚀台面和深沟槽后的俯视结构示意图（以一个MicroLED微显示单元为例）。
图2为图1中沿A-A’的剖视结构示意图（以两个MicroLED微显示单元为例）。
图3为本发明实施例1中在P电极绝缘层刻蚀P电极通孔后的俯视结构示意图。
图4为本发明实施例1中形成P电极ITO层的俯视结构示意图。
图5为本发明实施例1中在N电极绝缘层刻蚀N电极通孔后的俯视结构示意图。
图6为本发明实施例1中形成N电极ITO层的俯视结构示意图。
图7为本发明实施例1中阵列分布的MicroLED微显示单元的结构示意图。
附图标记说明：1-MicroLED微显示单元、2-深沟槽、3-蓝宝石衬底、4-缓冲层、5-N-GaN层、6-多量子阱、7- P-GaN层、8-P电极绝缘层、9-P电极ITO层、10-N电极绝缘层、11-N电极ITO层、12-台面。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：根据图6和图7所示，一种高发光效率的MicroLED微显示器件，包括蓝宝石衬底3，在所述蓝宝石衬底3正面设有若干个呈阵列分布的MicroLED微显示单元1，所述MicroLED微显示单元1间通过深沟槽2分开；
如图2所示，所述MicroLED微显示单元1包括位于蓝宝石衬底3上的缓冲层4、N-GaN层5、多量子阱6和P-GaN层7，在所述P-GaN层7上依次设有P电极绝缘层8和P电极ITO层9，所述P电极ITO层9通过P电极绝缘层8内的通孔与P-GaN层7电连接，所述P电极ITO层9及P电极绝缘层8上依次设有N电极绝缘层10和N电极ITO层11，所述N电极ITO层11依次穿过N电极绝缘层10和P电极绝缘层9内的通孔与N-GaN层5电连接；
根据图6和图7所示，所述P电极ITO层9和N电极ITO层11均为条状排列，且条状排列的P电极ITO层9与条状排列的N电极ITO层11垂直分布，且呈阵列分布的LED微显示单元1中的每列P电极ITO层9均连在一起，每行N电极ITO层11均连在一起，且每列P电极ITO层9与多行N电极ITO层11通过N电极绝缘层10隔离，每行N电极ITO层11与多列P电极ITO层9通过N电极绝缘层10隔离。
本发明的P电极ITO层9和N电极ITO层11的行列可以互换。
如上实施例中的一种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，包括如下步骤：
如图1和图2所示，步骤一. GaN基外延层的制作：采用GaN基LED外延片生长工艺，在蓝宝石衬底3上依次生长缓冲层4、N-GaN层5、多量子阱6和P-GaN层7，完成GaN基外延层的制作；
步骤二. 台面刻蚀：在第一图形化掩膜板的遮挡下，依次刻蚀P-GaN层7、多量子阱6，直至刻蚀到N-GaN层5，暴露部分N-GaN层5，得到台面12；
步骤三. 深沟槽刻蚀：在第二图形化掩膜板的遮挡下，采用电感耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀GaN基外延层，直至刻蚀深入到蓝宝石衬底3内，得到用于将多个LED微显示单元1分隔呈阵列排布的深沟槽2；
所述第二图形化掩膜板为光刻胶与SiO2层的双层掩膜，且在刻蚀深沟槽2前，需将SiO2层腐蚀200S，有利于形成具有一定角度的深沟槽2，在电极制作过程中减少电极断层的隐患；
如图3所示，步骤四. 淀积P电极绝缘层：利用PECVD或者磁控溅射技术，在P-GaN层7上、台面12内及深沟槽2内沉积绝缘层，作为P电极绝缘层8；
步骤五. 刻蚀 P电极通孔：对P电极绝缘层8进行刻蚀，得到P电极通孔；
如图4所示，步骤六. 制作P电极：采用电子束蒸发方法，在P电极绝缘层8上及其通孔内淀积ITO导电层，并对ITO导电层进行刻蚀，得到多条用于引出P-GaN层7的P电极ITO层9，然后对P电极ITO层9进行快速退火；
对ITO导电层进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl3溶液，然后在氮气的环境中对刻蚀后的ITO层进行快速退火，保证P电极ITO层9与P-GaN层7良好的欧姆接触；
如图5所示，步骤七. 淀积N电极绝缘层：利用PECVD或者磁控溅射技术，在P电极绝缘层8及P电极ITO层9上沉积绝缘层，作为N电极绝缘层10；
步骤八. 刻蚀 N电极通孔：对台面12上方的P电极绝缘层8和N电极绝缘层10进行刻蚀，得到N电极通孔；
如图6所示，步骤九. 制作N电极：采用电子束蒸发方法，在N电极绝缘层10及其通孔内淀积ITO导电层，并对ITO导电层进行刻蚀，得到多条用于引出N-GaN层5的N电极ITO层11，然后对N电极ITO层11进行快速退火；
对ITO导电层进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl3溶液，然后在氮气的环境中对刻蚀后的ITO层进行快速退火，保证N电极ITO层11与N-GaN层5良好的欧姆接触；
在器件正面还可淀积一层钝化层，同来提高器件的可靠性；
步骤十. 背面减薄：对蓝宝石衬底3背面进行研磨减薄，直至减薄到100！200um，完成MicroLED微显示器件的制作。
本实施例中P电极绝缘层8和N电极绝缘层10的材料包括SiO2或Si3N4，且绝缘层的厚度为100nm~2000nm，所述深沟槽2的高度为6.5±0.5um，所述台面12的高度为1.5±0.5um。
本实施例中N电极ITO层11和P电极ITO层9的均通过阵列分布的MicroLED微显示单元的边缘进行打线引出。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高发光效率的MicroLED微显示器件，包括蓝宝石衬底（3），其特征在于，在所述蓝宝石衬底（3）正面设有若干个呈阵列分布的MicroLED微显示单元（1），所述MicroLED微显示单元（1）间通过深沟槽（2）分开；所述MicroLED微显示单元（1）包括位于蓝宝石衬底（3）上的缓冲层（4）、N-GaN层（5）、多量子阱（6）和P-GaN层（7），在所述P-GaN层（7）上依次设有P电极绝缘层（8）和P电极ITO层（9），所述P电极ITO层（9）通过P电极绝缘层（8）内的通孔与P-GaN层（7）电连接，所述P电极ITO层（9）及P电极绝缘层（8）上依次设有N电极绝缘层（10）和N电极ITO层（11），所述N电极ITO层（11）依次穿过N电极绝缘层（10）和P电极绝缘层（9）内的通孔与N-GaN层（5）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高发光效率的MicroLED微显示器件，其特征在于，所述P电极ITO层（9）和N电极ITO层（11）均为条状排列，且条状排列的P电极ITO层（9）与条状排列的N电极ITO层（11）垂直分布，且呈阵列分布的LED微显示单元（1）中的每行或列P电极ITO层（9）均连在一起，每列或行N电极ITO层（11）均连在一起，且每行或列P电极ITO层（9）与多列或行N电极ITO层（11）通过N电极绝缘层（10）隔离，每列或行N电极ITO层（11）与多行或列P电极ITO层（9）通过N电极绝缘层（10）隔离。
3.一种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一. GaN基外延层的制作：采用GaN基LED外延片生长工艺，在蓝宝石衬底（3）上依次生长缓冲层（4）、N-GaN层（5）、多量子阱（6）和P-GaN层（7），完成GaN基外延层的制作；
步骤二. 台面刻蚀：在第一图形化掩膜板的遮挡下，依次刻蚀P-GaN层（7）、多量子阱（6），直至刻蚀到N-GaN层（5），暴露部分N-GaN层（5），得到台面（12）；
步骤三. 深沟槽刻蚀：在第二图形化掩膜板的遮挡下，采用电感耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀GaN基外延层，直至刻蚀深入到蓝宝石衬底（3）内，得到用于将多个LED微显示单元（1）分隔呈阵列排布的深沟槽（2）；
步骤四. 淀积P电极绝缘层：利用PECVD或者磁控溅射技术，在P-GaN层（7）上、台面（12）内及深沟槽（2）内沉积绝缘层，作为P电极绝缘层（8）；
步骤五. 刻蚀 P电极通孔：对P电极绝缘层（8）进行刻蚀，得到P电极通孔；
步骤六. 制作P电极：采用电子束蒸发方法，在P电极绝缘层（8）上及其通孔内淀积ITO导电层，并对ITO导电层进行刻蚀，得到多条用于引出P-GaN层（7）的P电极ITO层（9），然后对P电极ITO层（9）进行快速退火；
步骤七. 淀积N电极绝缘层：利用PECVD或者磁控溅射技术，在P电极绝缘层（8）及P电极ITO层（9）上沉积绝缘层，作为N电极绝缘层（10）；
步骤八. 刻蚀 N电极通孔：对台面（12）上方的P电极绝缘层（8）和N电极绝缘层（10）进行刻蚀，得到N电极通孔；
步骤九. 制作N电极：采用电子束蒸发方法，在N电极绝缘层（10）及其通孔内淀积ITO导电层，并对ITO导电层进行刻蚀，得到多条用于引出N-GaN层（5）的N电极ITO层（11），然后对N电极ITO层（11）进行快速退火；
步骤十. 背面减薄：对蓝宝石衬底（3）背面进行研磨减薄，完成MicroLED微显示器件的制作。
4.根据权利要求3所述的一种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，其特征在于，所述步骤三中，所述第二图形化掩膜板为光刻胶与SiO2层的双层掩膜，且在刻蚀深沟槽（2）前，需将SiO2层腐蚀200S，有利于形成具有一定角度的深沟槽（2）。
5.根据权利要求3所述的种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，其特征在于，所述P电极绝缘层（8）和N电极绝缘层（10）的材料包括SiO2或Si3N4，且绝缘层的厚度为100nm~2000nm。
6.根据权利要求3所述的一种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，其特征在于，在所述步骤六和步骤九中，对ITO导电层进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl3溶液，然后在氮气的环境中对刻蚀后的ITO层进行快速退火，保证良好的欧姆接触。
7.根据权利要求3所述的一种高发光效率的MicroLED微显示器件的制作方法，其特征在于，所述深沟槽（2）的高度为6.5±0.5um，所述台面（12）的高度为1.5±0.5um。
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