CN109560100B - 一种正装GaN基LED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，提供一种正装GaN基LED微显示器件及其制作方法，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LED微显示单元，LED微显示单元间通过绝缘SU胶隔开；LED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、P‑GaN层和透明导电层，在N‑GaN层上设有N电极，在N电极和绝缘SU胶上设有SiO绝缘层，SiO绝缘层上P电极，P电极穿过SiO绝缘层与透明导电层接触；在蓝宝石衬底背面设有布拉格反射镜DBR；本发明的微显示器件在LED单元隔离槽内填充较厚的绝缘SU8胶，避免了因电极应力因素导致的断路，保证了LED微显示器件的稳定性；同时背面采用布拉格反射镜DBR，使得器件的出光率更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED微显示器件及其制作方法，尤其是一种正装GaN基LED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。市场对LED的亮度追求是永恒的话题，LED微显示器件也是，同时微间距LED器件还存在诸多问题，比如它的稳定性差，单元LED隔离沟槽处的P电极和N电极连接线很容易断裂，常规工艺的LED隔离沟槽用SiO2绝缘，厚度薄且脆弱，也存在漏电隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的缺陷，提供一种正装GaN基LED微显示器件及其制作方法，该微显示器件不需要额外的驱动电路，成本低；背面采用布拉格反射镜DBR，使得器件的出光率更好；同时在单元LED隔离沟槽内通过填充较厚的绝缘SU8胶，避免了因电极应力因素导致的断路，保证了LED微显示器件的稳定性。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种正装GaN基LED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LED微显示单元，所述LED微显示单元间通过绝缘SU胶隔开；所述LED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、P-GaN层和透明导电层，在所述N-GaN层上设有N电极，在所述N电极和绝缘SU胶上设有SiO绝缘层，SiO绝缘层上P电极，所述P电极穿过SiO绝缘层与透明导电层接触；在所述蓝宝石衬底背面设有布拉格反射镜DBR。
进一步地，呈阵列分布的LED微显示单元中的每行或列P电极均连在一起，每列或行N电极均连在一起，且每行或列P电极与多列或行N电极通过SiO绝缘层隔离，每列或行N电极与多行或列P电极通过SiO绝缘层隔离。
进一步地，所述布拉格反射镜DBR包括多组交替分布的SiO层和TiO层。
为了进一步实现以上技术目的，本发明还提出一种正装GaN基LED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. 深沟槽刻蚀：通过电子束蒸发技术，在GaN基外延层上蒸镀透明导电层；
在第一图形化掩膜板的遮挡下，依次刻蚀透明导电层、P-GaN层、多量子阱和N-GaN层，暴露部分N-GaN层，得到深沟槽；
步骤三. 隔离槽刻蚀：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，继续刻蚀暴露出来的部分N-GaN层，直至刻蚀深入到蓝宝石衬底，得到用于将LED微显示单元分隔开的隔离槽；
步骤四. 沉积绝缘SU胶：采用非真空基旋涂技术，在隔离槽中沉积绝缘SU胶；
步骤五. 制作N电极：采用热蒸发方法，在暴露出来的N-GaN层上淀积金属层，对金属层进行刻蚀，得到多条位于N-GaN层上N电极；
步骤六. 制作SiO绝缘层：采用PECVD方法，在透明导电层、N电极和绝缘SU胶上淀积形成SiO绝缘层；
步骤七. 制作P电极注入窗口：对SiO绝缘层进行刻蚀，形成多个阵列排布分的P电极注入窗口；
步骤八. 制作P电极：采用热蒸发方法，在P电极注入窗口内及SiO绝缘层上淀积金属层，对金属层进行刻蚀，形成多条与N电极相垂直分布的P电极；
步骤九. 制作布拉格反射镜DBR：对蓝宝石衬底背面进行研磨减薄，然后在蓝宝石衬底背面采用磁控溅射的方法蒸镀布拉格反射镜DBR，完成LED微显示器件的制作。
进一步地，所述步骤二中，深沟槽刻蚀的具体过程为：
在第一图形化掩膜板的遮挡下，对透明导电层进行湿法蚀刻，并在氮气环境中对透明导电层进行快速退火，得到呈阵列分布的透明导电层；
再采用电感耦合等离子体刻蚀工艺，继续依次刻蚀P-GaN层、多量子阱和N-GaN层，暴露部分N-GaN层。
进一步地，所述步骤三中，对透明导电层进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl溶液。
进一步地，形成N电极和P电极的金属层为Cr/Au金属。
进一步地，所述步骤五中，所述隔离槽的高度为4±0.5um，隔离槽内绝缘SU8胶的厚度为4±0.5um；所述深沟槽的高度为1.5±0.5um。
从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于：
1）背面采用多角度发光的布拉格反射镜DBR，由低折射率材料SiO2和高折射率材料TiO2材料交替生长，总膜层在13-48层不等；并且在0°~60°入射角度出发，在可见光范围390-770nm波长段反射率≥99%，其他波段反射率很小。这样不同角度均提高了LED显示器件的发光亮度，提高了对比度，反光特性更好；
2）每个发光单元之间用防腐蚀性好、透明率高、绝缘性好、导热性能好、热稳定性能好的填充物SU8胶来隔离，SU8厚度正好沉积到隔离槽内，厚度4±0.5um，取代现有的用PECVD沉积10000A的SiO2，大大降低了P电极和N电极连接线在沟槽处出现断路的概率，使用填充物SU8胶可以最小化PECVD沉积过程中发生的潜在损伤，降低了漏电的概率，使得LED显示器件稳定新更好；
3）成行排列的多条P电极，每条P电极分别与位于该行的所有发光单元的ITO透明导电层电性连接；成列排列的多条N电极，每条N电极分别与位于该列的LED发光单元的N-GaN层电性连接，所述SiO2绝缘层分割与所述P电极和N电极之间。
附图说明
图1为本发明实施例1中在蓝宝石衬底上制作外延层和透明导电层后的剖视结构示意图。
图2为本发明实施例1中形成深沟槽后的剖视结构示意图。
图3为本发明实施例1中形成隔离槽后的剖视结构示意图。
图4为本发明实施例1中在隔离槽内填充绝缘SU8胶后的剖视结构示意图。
图5为本发明实施例1中形成条形N电极后的剖视结构示意图。
图6为本发明实施例1中SiO2绝缘层刻蚀后的剖视结构示意图。
图7为本发明实施例1中形成条形P电极和布拉格反射镜DBR后的剖视结构示意图。
图8为本发明实施例1中若干个呈阵列分布的LED微显示单元的俯视结构示意图。
附图标记说明：1-LED微显示单元、2-布拉格反射镜DBR、3-蓝宝石衬底、4-缓冲层、5- N-GaN层、6-多量子阱、7- P-GaN层、8-透明导电层、9-绝缘SU8胶、10-SiO2绝缘层、11-N电极、12-P电极、13-隔离槽和14-深沟槽。
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：如图7和图8所示，一种正装GaN基LED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LED微显示单元1；
所述LED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、P-GaN层7和透明导电层8，透明导电层8包括ITO，在所述N-GaN层5上设有N电极11，在所述N电极11和绝缘SU8胶9上设有SiO2绝缘层10，SiO2绝缘层10上P电极12，所述P电极12穿过SiO2绝缘层10与透明导电层8接触；
在所述蓝宝石衬底1背面设有布拉格反射镜DBR 2；所述布拉格反射镜DBR2包括多组交替分布的SiO2层和TiO2层，低折射率材料SiO2层和高折射率材料TiO2层交替生长，总膜层在13-48层之间；并且在0°~60°入射角度，在可见光范围390-770nm波长段反射率≥99%，其他波段反射率很小。这样不同角度均提高了LED显示器件的发光亮度，提高了对比度，反光特性更好；
所述LED微显示单元1间通过绝缘SU8胶9隔开；绝缘SU8胶9具有防腐蚀性好、透明率高、绝缘性好、导热性能好、热稳定性能好等优良性能，绝缘SU8胶9正好沉积到隔离槽13内，厚度约为4±0.5um，取代现有的用PECVD沉积10000A的SiO2，来隔离LED微显示单元1，大大降低了P电极12和N电极11连接线在隔离槽13处出现断路的概率，同时降低了漏电的概率，使得LED显示器件稳定新更好；
呈阵列分布的LED微显示单元1中的每行P电极12均连在一起，每列N电极11均连在一起，且每行P电极12与多列N电极11通过SiO2绝缘层10隔离，每列N电极11与多行P电极12通过SiO2绝缘层10隔离；成行排列的多条P电极12，每条P电极12分别与位于该行的所有LED微显示单元1的ITO透明导电层8电性连接；成列排列的多条N电极11，每条N电极11分别与位于该列的LED微显示单元1的N-GaN层5电性连接；
本实施例1中的N电极11和P电极12的行列可以互换。
如上实施例1一种正装GaN基LED微显示器件的制作方法，包括如下步骤：
如图1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；
如图2所示，步骤二. 深沟槽刻蚀：通过电子束蒸发技术，在GaN基外延层上蒸镀透明导电层8；
在第一图形化掩膜板的遮挡下，依次刻蚀透明导电层8、P-GaN层7、多量子阱6和N-GaN层5，暴露部分N-GaN层5，得到深沟槽14；
所述步骤二中，深沟槽14刻蚀的具体过程为：
在第一图形化掩膜板的遮挡下，对透明导电层8进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl3溶液，并在氮气环境中对透明导电层8进行快速退火，得到呈阵列分布的透明导电层8；
再采用电感耦合等离子体刻蚀工艺，继续依次刻蚀P-GaN层7、多量子阱6和N-GaN层5，暴露部分N-GaN层5;
如图3所示，步骤三. 隔离槽刻蚀：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，继续刻蚀暴露出来的部分N-GaN层5，直至刻蚀深入到蓝宝石衬底3，得到用于将多个LED微显示单元1分隔开的隔离槽13；
本实施例中，所述隔离槽13的高度为4±0.5um，隔离槽13内绝缘SU8胶9的厚度为4±0.5um；所述深沟槽14的高度为1.5±0.5um；
如图4所示，步骤四. 沉积绝缘SU8胶9：采用非真空基旋涂技术，在隔离槽13中沉积绝缘SU8胶9；
如图5所示，步骤五. 制作N电极：采用热蒸发方法，在暴露出来的N-GaN层5上淀积金属层，对金属层进行刻蚀，得到多条位于N-GaN层5上N电极11；
如图6所示，如图步骤六. 制作SiO2绝缘层10：采用PECVD方法，在透明导电层8、N电极11和绝缘SU8胶9上淀积形成SiO2绝缘层10；
步骤七. 制作P电极注入窗口：对SiO2绝缘层10进行刻蚀，形成多个阵列排布分的P电极注入窗口；
如图7所示，步骤八. 制作P电极：采用热蒸发方法，在P电极注入窗口内及SiO2绝缘层10上淀积金属层，对金属层进行刻蚀，形成多条与N电极11相垂直分布的P电极12；
本实施例中形成N电极11和P电极12的金属层为Cr/Au金属；且在P电极12的金属层上还可制作钝化层，用于提高LED微显示屏的可靠性；
步骤九. 制作布拉格反射镜DBR：对蓝宝石衬底3背面进行研磨减薄，然后在蓝宝石衬底3背面采用磁控溅射的方法蒸镀布拉格反射镜DBR2，完成LED微显示器件的制作；
本实施例中N电极11和P电极12的均通过LED微显示器件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 (5)
1.一种正装GaN基LED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. 深沟槽（14）刻蚀：通过电子束蒸发技术，在GaN基外延层上蒸镀透明导电层（8）；
在第一图形化掩膜板的遮挡下，依次刻蚀透明导电层（8）、P-GaN层（7）、多量子阱（6）和N-GaN层（5），暴露部分N-GaN层（5），得到深沟槽（14）；
步骤三. 隔离槽（13）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，继续刻蚀暴露出来的部分N-GaN层（5），直至刻蚀深入到蓝宝石衬底（3），得到用于将LED微显示单元（1）分隔开的隔离槽（13）；
步骤四. 沉积绝缘SU8胶（9）：采用非真空基旋涂技术，在隔离槽（13）中沉积绝缘SU8胶（9）；
步骤五. 制作N电极：采用热蒸发方法，在暴露出来的N-GaN层（5）上淀积金属层，对金属层进行刻蚀，得到多条位于N-GaN层（5）上N电极（11）；
步骤六. 制作SiO 2 绝缘层（10）：采用PECVD方法，在透明导电层（8）、N电极（11）和绝缘SU8胶（9）上淀积形成SiO 2 绝缘层（10）；
步骤七. 制作P电极注入窗口：对SiO 2 绝缘层（10）进行刻蚀，形成多个阵列排布分的P电极注入窗口；
步骤八. 制作P电极：采用热蒸发方法，在P电极注入窗口内及SiO 2 绝缘层（10）上淀积金属层，对金属层进行刻蚀，形成多条与N电极（11）相垂直分布的P电极（12）；
步骤九. 制作布拉格反射镜DBR：对蓝宝石衬底（3）背面进行研磨减薄，然后在蓝宝石衬底（3）背面采用磁控溅射的方法蒸镀布拉格反射镜DBR（2），完成LED微显示器件的制作。
2.根据权利要求1所述的一种正装GaN基LED微显示器件的制作方法，其特征在于，所述步骤二中，深沟槽（14）刻蚀的具体过程为：
在第一图形化掩膜板的遮挡下，对透明导电层（8）进行湿法蚀刻，并在氮气环境中对透明导电层（8）进行快速退火，得到呈阵列分布的透明导电层（8）；
再采用电感耦合等离子体刻蚀工艺，继续依次刻蚀P-GaN层（7）、多量子阱（6）和N-GaN层（5），暴露部分N-GaN层（5）。
3.根据权利要求1所述的一种正装GaN基LED微显示器件的制作方法，其特征在于，所述步骤二中，对透明导电层（8）进行湿法蚀刻，选用的腐蚀液为FeCl 3 溶液。
4.根据权利要求1所述的一种正装GaN基LED微显示器件的制作方法，其特征在于，形成N电极（11）和P电极（12）的金属层为Cr或Au金属。
5.根据权利要求1所述的一种正装GaN基LED微显示器件的制作方法，其特征在于，所述步骤四中，所述隔离槽（13）的高度为4±0.5um，隔离槽（13）内绝缘SU8胶（9）的厚度为4±0.5um；所述深沟槽（14）的高度为1.5±0.5um。
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