CN111834420A - 一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件及制造方法，包括衬底、第一接触电极以及设置于衬底上且沿横向方向分布的用于显示蓝光的B单元、用于显示绿光的G单元和用于显示红光的R单元。在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间分别施加一个小功率可变输入信号，在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，以驱动B单元与G单元激发出蓝光和绿光；在R单元内的阴极和透明阳极之间施加电压，激发出红光，从而实现全彩化显示。本发明能够采用小功率输入信号来驱动发光芯片发光，实现半导体混合型全彩化显示。
Description
技术领域
本发明涉及显示半导体发光器件设计领域，特别是一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件及制造方法。
背景技术
发光二极管（LED）凭借其寿命长、体积小、低功耗、高亮度、响应速度快等诸多优点，在显示方面的应用越来越广泛。然而，随着信息技术的快速发展，虚拟显示、增强现实以及可穿戴设备的兴起，信息呈现方式越来越多样化，传统的显示技术已无法满足现有的需求，新型低功耗、高亮度、宽色域、超高解析度的微显示技术变得越来越重要。微米级发光二极管（μLED）是指将传统LED微缩化后形成微米级间距LED阵列以达到超高密度像素分辨率，可广泛应用软性、透明显示器、AR、VR等领域，是最具潜力的下一代显示设备之一。相比OLED和LCD显示，μLED显示色彩更容易准确调试，发光寿命长和亮度高，是唯一能够具备驱动、发光、及信号传输为一体的高发光效率低功耗器件，并实现超大规模集成发光单元的显示器件。
通常LED都是单色光源，要想应用在显示上必须实现多种颜色发射或者白光发射，目前μLED全彩显示的方法主要是RGB三基色芯片法，但在同一衬底上生长不同波长的RGB三基色芯片，制备工艺还比较困难。中国专利CN201810863787.2公开了一种基于无机/有机半导体混合杂化结构的全色型μLED器件及其制备方法，在同一衬底上制备了RGB三基色模块，其中，蓝光部分为GaN外延片，红光和绿光为蒸镀的有机材料，此技术结合了有机半导体材料和无机半导体材料，具有高效率、宽色域、低功耗等优点；但其外围放大驱动电路较为复杂，成本较高，不利于高集成度系统的构建。
当下市面上的LED无论是垂直结构还是倒装结构，基本都是两电极驱动，即只存在两接触电极作用于LED两端。而这种驱动方式虽然较为通用，但是控制芯片输出的小功率信号往往不能直接驱动LED，中间需要进行功率放大。这些功率放大电路将显著提高驱动电路的设计复杂度。特别是对于μLED显示，复杂的驱动电路不利于显示系统的高度集成。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件及制造方法，能够采用小功率输入信号来驱动发光芯片发光，实现半导体混合型全彩化显示。
本发明采用以下方案实现：一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，包括衬底、第一接触电极以及设置于衬底上且沿横向方向分布的用于显示蓝光的B单元、用于显示绿光的G单元和用于显示红光的R单元；其中，B单元与G单元采用三极发光管调控的半导体器件，R单元采用OLED或QLED显示器件。
进一步地，所述B单元与所述G单元均自下至上依次包括有缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层、第四半导体层与第三接触电极；在B单元与G单元中的第二半导体层上分别设有一第二接触电极；其中B单元中的发光层为蓝光发光层，G单元中的发光层为绿光发光层；
所述第一接触电极设置在第一半导体层上；
所述R单元自下至上依次包括有阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极；
在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间分别施加一个可变输入信号，在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，以驱动B单元与G单元激发出蓝光和绿光；在R单元内的阴极和透明阳极之间施加电压，激发出红光，从而实现全彩化显示。
其中，第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层以及从第一半导体层引出的第一接触电极、从第二半导体层引出的第二电极构成三极发光管；第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层，以及从第四半导体层B单元内引出的第三接触电极（TCE1）构成蓝光发光芯片；第三半导体层、绿光发光层、第四半导体层，以及从第四半导体层G单元内引出的第三接触电极（TCE2）构成绿光发光芯片。
其中，第三半导体层既是三极发光管的集电极，也是发光芯片的阴极或阳极。所述三极发光管可以起到对所述输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动所述发光芯片发光；同时，所述三极发光管还可以有效降低发光器件的驱动电路设计复杂度，提高显示装置的集成度。
进一步地，所述的第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层分别为P型半导体层；或者所述的第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层分别为N型半导体层。
进一步地，当第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层分别为P型半导体层时，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压信号为正极性，即B单元与G单元中的第二接触电极SCE1和SCE2的电位高于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压信号为正极性，即B单元与G单元中的第三接触电极TCE1和TCE2的电位高于第一接触电极的电位。
进一步地，当第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层分别为N型半导体层时，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压信号为负极性，即B单元与G单元中的第二接触电极SCE1和SCE2的电位低于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压型号为负极性，即B单元与G单元中的第三接触电极TCE1和TCE2的电位低于第一接触电极的电位。
进一步地，所述第一半导体层为重掺杂浓度的半导体层，比所述第二半导体层的掺杂浓度高1至5个数量级。
进一步地，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压幅值小于施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压幅值。
进一步地，当所述R单元为有机发光二级管OLED时，其中的红光发光层为有机红光发光层。
或者，当所述R单元为量子点发光二极管QLED时，其中的红光发光层为量子点红色发光层。
进一步地，所述的缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层、第四半导体层为具有相同掺杂浓度的单层半导体结构，或为具有渐变或缓变掺杂浓度的多层半导体结构。
本发明还提供了一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的制造方法，具体包括以下步骤：
在衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层，且预留出R单元的位置；
将上述层刻蚀至露出部分第二半导体层，形成阵列化的B单元和G单元；
在露出的第二半导体层上继续刻蚀至露出第一半导体；
在第一半导体层上（可以是最右侧）生长第一接触电极，并在B单元、G单元中露出的第二半导体层上分别生长一个第二接触电极SCE1和SCE2；
在B单元内的第三半导体层上依次生长蓝色发光层、第四半导体层和第三接触电极TCE1，在G单元内的第三半导体上依次生长绿色发光层、第四半导体层和第三接触电极TCE2；
在预留位置上制备R单元。
其中，所述制备R单元具体为：在衬底上依次生长阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极；其中，红色发光层为有机红光发光层或量子点红色发光层。其中，阴极的长度大于其他功能层的长度。
较佳的，所述第二半导体层的厚度为0.5nm至2μm。所述第二半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe、石墨烯、黑磷、MoS2、CNT，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
较佳的，所述第一半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第三半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第四半导体层的厚度为10nm至2μm。所述第一半导体层、第三半导体层、第四半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe等无机半导体材料，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
较佳的，所述第一接触电极与所述第一半导体层形成欧姆接触；所述第二接触电极（SCE1和SCE2）和所述第二半导体层形成欧姆接触；所述第三接触电极（TCE1和TCE2）分别与所述第四半导体层形成欧姆接触，且所述第三接触电极为透明电极。
较佳的，所述的发光层（蓝光发光层、绿光发光层、红光发光层）包括多量子阱有源层及用以提高载流子复合效率的空穴阻挡层或者电子阻挡层；也可以但不限于为具有发光功能的有机薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层；也可以但不限于为具有发光功能的纳米材料薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层。
较佳的，所述衬底可以但不限于为蓝宝石、GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe；所述衬底可以保留在器件上，也可以在全彩化三极发光管调控型发光器件的制作过程中去除。
较佳的，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层和第四半导体层可以但不限于用外延、沉积、镀膜、组装、转移、贴合方式形成。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、对比寻常彩色LED显示，本发明提出的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，是将外围放大驱动电路集成在发光芯片中，多出一个驱动电极作为控制端，对输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动发光芯片，有效降低半导体显示装置，特别是μLED显示装置的驱动电路设计复杂度，提高显示装置集成度。
2、与传统彩色化LED相比，本发明中B单元和G单元是三极发光管调控的半导体器件，R单元是成本低廉、加工工艺简单、发光颜色丰富、易于集成OLED或者QLED显示器件，半导体混合型器件既具有无机半导体良好的电学性能，又有机半导体优异的光学性能，能够得到高效率、宽色域、超高分辨率、低功耗、响应快的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件。
3、本发明提供的制造方法简便、成本低，能快速、有效在同一衬底上容易制备R、G、B显色模块，从而实现全彩化显示；且显色性、色纯度及转换效率高，有利于促进半导体显示，特别是μLED显示的产业化效率及市场竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件截面示意图。
图2为本发明实施例的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件立体示意图。
图3为本发明实施例的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的制备过程。
图4为本发明实施例的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的驱动方法示意图。
图5为本发明实施例的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的驱动等效电路。
图中，1为蓝宝石衬底，2为缓冲层，3为B单元，4为G单元，6为R单元，301为第一半导体层，302为第二半导体层，303为第三半导体层，304为蓝光发光层，305为第四半导体层，401为绿光发光层，5为第一接触电极，307和402分别为第二接触电极SCE1和SCE2，306和403分别为第三接触电极TCE1和TCE2，601为阴极，602为电子注入层，603为电子传输层，604为红光发光层，605为空穴传输层，606为空穴注入层，607为透明阳极。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1以及图2所示，本实施例提供了一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，包括衬底、第一接触电极以及设置于衬底上且沿横向方向分布的用于显示蓝光的B单元、用于显示绿光的G单元和用于显示红光的R单元；其中，B单元与G单元采用三极发光管调控的半导体器件，R单元采用OLED或QLED显示器件。
在本实施例中，所述B单元与所述G单元均自下至上依次包括有缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层、第四半导体层与第三接触电极；在B单元与G单元中的第二半导体层上分别设有一第二接触电极；其中B单元中的发光层为蓝光发光层，G单元中的发光层为绿光发光层；
所述第一接触电极设置在第一半导体层上；
所述R单元自下至上依次包括有阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极；
在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间分别施加一个可变输入信号，在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，以驱动B单元与G单元激发出蓝光和绿光；在R单元内的阴极和透明阳极之间施加电压，激发出红光，从而实现全彩化显示。
其中，第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层以及从第一半导体层引出的第一接触电极、从第二半导体层引出的第二电极构成三极发光管；第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层，以及从第四半导体层B单元内引出的第三接触电极（TCE1）构成蓝光发光芯片；第三半导体层、绿光发光层、第四半导体层，以及从第四半导体层G单元内引出的第三接触电极（TCE2）构成绿光发光芯片。
其中，第三半导体层既是三极发光管的集电极，也是发光芯片的阴极或阳极。所述三极发光管可以起到对所述输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动所述发光芯片发光；同时，所述三极发光管还可以有效降低发光器件的驱动电路设计复杂度，提高显示装置的集成度。
在本实施例中，所述的第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层分别为P型半导体层；或者所述的第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层分别为N型半导体层。
在本实施例中，当第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层分别为P型半导体层时，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压信号为正极性，即B单元与G单元中的第二接触电极SCE1和SCE2的电位高于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压信号为正极性，即B单元与G单元中的第三接触电极TCE1和TCE2的电位高于第一接触电极的电位。
在本实施例中，当第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层分别为N型半导体层时，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压信号为负极性，即B单元与G单元中的第二接触电极SCE1和SCE2的电位低于第一接触电极的电位，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压型号为负极性，即B单元与G单元中的第三接触电极TCE1和TCE2的电位低于第一接触电极的电位。
在本实施例中，所述第一半导体层为重掺杂浓度的半导体层，比所述第二半导体层的掺杂浓度高1至5个数量级。
在本实施例中，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压幅值小于施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压幅值。
在本实施例中，所述R单元为有机发光二级管OLED，其中的红光发光层为有机红光发光层。
或者，所述R单元为量子点发光二极管QLED，其中的红光发光层为量子点红色发光层。
在本实施例中，所述的缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层、第四半导体层为具有相同掺杂浓度的单层半导体结构，或为具有渐变或缓变掺杂浓度的多层半导体结构。
如图3所示，本实施例还提供了一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的制造方法，具体包括以下步骤：
在衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层，且预留出R单元的位置；
将上述层刻蚀至露出部分第二半导体层，形成阵列化的B单元和G单元；
在露出的第二半导体层上继续刻蚀至露出第一半导体；
在第一半导体层上（可以是最右侧）生长第一接触电极，并在B单元、G单元中露出的第二半导体层上分别生长一个第二接触电极SCE1和SCE2；
在B单元内的第三半导体层上依次生长蓝色发光层、第四半导体层和第三接触电极TCE1，在G单元内的第三半导体上依次生长绿色发光层、第四半导体层和第三接触电极TCE2；
在预留位置上制备R单元。
其中，所述制备R单元具体为：在衬底上依次生长阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极；其中，红色发光层为有机红光发光层或量子点红色发光层。其中，阴极的长度大于其他功能层的长度。
较佳的，所述第二半导体层的厚度为0.5nm至2μm。所述第二半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe、石墨烯、黑磷、MoS2、CNT，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
较佳的，所述第一半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第三半导体层的厚度为0.5μm至5μm，所述第四半导体层的厚度为10nm至2μm。所述第一半导体层、第三半导体层、第四半导体层的主体材料可以但不限于为GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe等无机半导体材料，也可以但不限于为CuPc、Alq3等有机半导体材料。
较佳的，所述第一接触电极与所述第一半导体层形成欧姆接触；所述第二接触电极（SCE1和SCE2）和所述第二半导体层形成欧姆接触；所述第三接触电极（TCE1和TCE2）分别与所述第四半导体层形成欧姆接触，且所述第三接触电极为透明电极。
较佳的，所述的发光层（蓝光发光层、绿光发光层、红光发光层）包括多量子阱有源层及用以提高载流子复合效率的空穴阻挡层或者电子阻挡层；也可以但不限于为具有发光功能的有机薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层；也可以但不限于为具有发光功能的纳米材料薄膜及用于提高载流子复合效率的功能层。
较佳的，所述衬底可以但不限于为蓝宝石、GaAs、GaP、GaN、ZnSe、SiC、Si、ZnSe；所述衬底可以保留在器件上，也可以在全彩化三极发光管调控型发光器件的制作过程中去除。
较佳的，所述缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层和第四半导体层可以但不限于用外延、沉积、镀膜、组装、转移、贴合方式形成。
以下本实施例以R单元中发光层为AT5441为例为进行说明。
如图1以及图2所示，本实施例的半导体混合型全彩化三极发光管显示器件包括设置于衬底且沿横向方向依次构成用于显示蓝光的B单元、用于显示绿光的G单元以及用于显示红光的R单元。所述B单元包括设置于衬底上的缓冲层，设置于缓冲层上的三极发光管和蓝光发光芯片；所述G单元包括设置于衬底上的缓冲层，设置于缓冲层上的三极发光管和绿光发光芯片；所述R单元从下至上包括阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极。所述三极发光管从下至上包括第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层，以及从第一半导体层引出的第一接触电极、从第二半导体层B单元内引出的第二接触电极（SCE1）及G单元内引出的第二接触电极（SCE2）；所述蓝光发光芯片从下至上包括第三半导体层、蓝光发光层、第四半导体层，以及从第四半导体层B单元内引出的第三接触电极（TCE1）；所述绿光发光芯片从下至上包括第三半导体层、绿光发光层、第四半导体层，以及从第四半导体层G单元内引出的第三接触电极（TCE2）。
其中，衬底为蓝宝石衬底，且为a面，缓冲层采用的材料为AlN，所述外延层的主体材料为GaN基材料，具体的，第一半导体层为N-GaN层, 第二半导体层为P-GaN层，第三半导体层为N-GaN层，所述的蓝光发光层和绿光发光层均为3个周期的InaGa1-aN量子阱有源层和AlbGa1-bN组成的空穴阻挡层或者电子阻挡层构成，但是两者的Al和In的掺杂浓度不同，第四半导体层为P-GaN。第一接触电极采用的是金铜电极，第二接触电极SCE1和SCE2均为金铜电极，透明第三接触电极TCE1和TCE2均为氧化铟锡（ITO）。阴极采用的是Al，电子注入层是LiF，电子传输层是TmPyPB，红光发光层采用的是AT5441，空穴传输层是NPB，空穴注入层是HAT-CN，透明阳极是ITO。
其中，第一半导体层、第三半导体层为Mg掺杂N-GaN，第二、第四半导体层为Si掺杂P-GaN。第一半导体层Mg掺杂浓度为1×1021cm-3，第二半导体层Si掺杂浓度为5×1018cm-3，第三半导体层Mg掺杂浓度为1×1019cm-3，第四半导体层Si掺杂浓度为5×1018cm-3。
如图3所示，上述器件的制造方法如下：
S11：提供一蓝宝石衬底1，将蓝宝石衬底1放置在MOCVD反应室中，温度设定为800℃~1200℃，通入三甲基铝、氨气，利用氢气为载体在蓝宝石衬底1上生长缓冲层2、第一半导体层N-GaN层301、第二半导体层P-GaN层302和第三半导体层N-GaN层303，它们的厚度分别为1000nm、2μm、0.5μm和3μm，同时在衬底上预留出R单元的位置；
S12：采用ICP将上述层刻蚀至露出部分第二半导体层302，形成阵列化模块；
S13：在第二半导体层302上继续刻蚀至露出第一半导体层301；
S14：在第一半导体层301上的最右侧生长第一接触电极5，并在B、G单元中露出的第二半导体层302上分别生长SCE1 307和SCE2 402；
S15：在B单元内的第三半导体303表面依次生长多量子阱蓝色发光层304、第四半导体层P-GaN层305和第三接触电极TCE1 306，厚度分别为200nm、1μm和150nm，在G单元内的第三半导体303表面依次生长多量子阱绿色发光层401、第四半导体层305和第三接触电极TCE2403，厚度分别为200nm、1μm和150nm；
S16：在预留给R单元的位置上沉积红光结构，依次包括Al、LiF、TmPyPB、AT5441、NPB、HAT-CN和ITO，厚度分别为150nm、1nm、20nm、40nm、50nm、5nm和200nm，其中，阴极的长度大于其他功能层的长度。
以下本实施例以R单元中红光发光层为CdSe/ZnS QD为例进行说明。
在本实施例中，衬底1为蓝宝石衬底，且为a面，缓冲层2采用的材料为AlN，所述外延层的主体材料为GaN基材料，具体的，第一半导体层301为N-GaN层, 第二半导体层302为P-GaN层，第三半导体层303为N-GaN层，所述的蓝光发光层304和绿光发光层401均为3个周期的InaGa1-aN量子阱有源层和AlbGa1-bN组成的空穴阻挡层或者电子阻挡层构成，但是两者的Al和In的掺杂浓度不同，第四半导体层305为P-GaN。第一接触电极5采用的是金铜电极，第二接触电极SCE1 307和SCE2 402均为金铜电极，透明第三接触电极TCE1 306和TCE2 403均为氧化铟锡（ITO）。阴极601采用的是Al，电子注入层602和电子传输层603是ZnO，红光发光层604采用的是CdSe/ZnS QD，空穴传输层605是TFB，空穴注入层606是PEDOT，透明阳极是ITO。
其中，第一半导体层、第三半导体层为Mg掺杂N-GaN，第二、第四半导体层为Si掺杂P-GaN。第一半导体层Mg掺杂浓度为1×1021cm-3，第二半导体层Si掺杂浓度为5×1018cm-3，第三半导体层Mg掺杂浓度为1×1019cm-3，第四半导体层Si掺杂浓度为5×1018cm-3。
制造方法如下：
S11：提供一蓝宝石衬底1，将蓝宝石衬底1放置在MOCVD反应室中，温度设定为800℃~1200℃，通入三甲基铝、氨气，利用氢气为载体在蓝宝石衬底1上生长缓冲层2、第一半导体层N-GaN层301、第二半导体层P-GaN层302和第三半导体层N-GaN层303，它们的厚度分别为1000nm、2μm、0.5μm和3μm，同时在衬底上预留出R单元的位置；
S12：采用ICP将上述层刻蚀至露出部分第二半导体层302，形成阵列化模块；
S13：在第二半导体层302上继续刻蚀至露出第一半导体层301；
S14：在第一半导体层301上的最右侧生长第一接触电极5，并在B、G单元中露出的第二半导体层302上分别生长SCE1 307和SCE2 402；
S15：在B单元内的第三半导体303表面依次生长多量子阱蓝色发光层304、第四半导体层P-GaN层305和第三接触电极TCE1 306，厚度分别为200nm、1μm和150nm，在G单元内的第三半导体303表面依次生长多量子阱绿色发光层401、第四半导体层305和第三接触电极TCE2403，厚度分别为200nm、1μm和150nm；
S16：在预留给R单元的位置上沉积红光结构，依次包括Al、ZnO、CdSe/ZnS QD、TFB、PEDOT和ITO，厚度分别为100nm、40nm、20nm、25nm、35nm和150nm，其中，阴极的长度大于其他功能层的长度。
图4为本实施例半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的R、G、B单元的驱动方法示意图，如图4所示，对于G单元和B单元，在第一接触电极和第二接触电极SCE1、SCE2之间施加一个小功率可变输入信号V1，同时在所述第一接触电极和透明第三接触电极TCE1、TCE2之间施加一个正向偏置电压V2，可以使得所述蓝光发光三极发光管芯片和绿光发光三极发光管芯片发光，实现对所述输入信号的功率放大作用，实现用小功率输入信号驱动LED。其等效电路参见图5，NPN三极发光管与LED共发射极连接，基极和发射极构成输入回路，即第一接触电极和第二接触电极之间施加一个小功率可变输入信号V1，集电极和发射极构成输出回路，即第一接触电极和第三接触电极之间施加一个正向偏置电压V2，可实现三极发光管驱动LED发光。而对于R单元，只需要在阴极和阳极之间施加一个固定的正电压便能点亮，从而实现全彩化显示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (12)
1.一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，包括衬底、第一接触电极以及设置于衬底上且沿横向方向分布的用于显示蓝光的B单元、用于显示绿光的G单元和用于显示红光的R单元；其中，B单元与G单元采用三极发光管调控的半导体器件，R单元采用OLED或QLED显示器件。
2.根据权利要求1所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，
所述B单元与所述G单元均自下至上依次包括有缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层、第四半导体层与第三接触电极；在B单元与G单元中的第二半导体层上分别设有一第二接触电极；其中B单元中的发光层为蓝光发光层，G单元中的发光层为绿光发光层；
所述第一接触电极设置在第一半导体层上；
所述R单元自下至上依次包括有阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极；
在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间分别施加一个可变输入信号，在所述第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间分别施加一个正向偏置电压，以驱动B单元与G单元激发出蓝光和绿光；在R单元内的阴极和透明阳极之间施加电压，激发出红光，从而实现全彩化显示。
3.根据权利要求2所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述的第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层分别为P型半导体层；或者所述的第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层分别为N型半导体层。
4.根据权利要求3所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，当第一半导体层为N型半导体层、第二半导体层为P型半导体层、第三半导体层为N型半导体层、第四半导体层分别为P型半导体层时，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压信号为正极性，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压信号为正极性。
5.根据权利要求3所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，当第一半导体层为P型半导体层、第二半导体层为N型半导体层、第三半导体层为P型半导体层、第四半导体层分别为N型半导体层时，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压信号为负极性，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压型号为负极性。
6.根据权利要求2所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述第一半导体层为重掺杂浓度的半导体层，比所述第二半导体层的掺杂浓度高1至5个数量级。
7.根据权利要求2所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第二接触电极之间的电压幅值小于施加在第一接触电极和B单元、G单元中的第三接触电极之间的电压幅值。
8.根据权利要求2所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，当所述R单元为有机发光二级管OLED时，其中的红光发光层为有机红光发光层。
9.根据权利要求2所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，当所述R单元为量子点发光二极管QLED时，其中的红光发光层为量子点红色发光层。
10.根据权利要求2所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件，其特征在于，所述的缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、发光层、第四半导体层为具有相同掺杂浓度的单层半导体结构，或为具有渐变或缓变掺杂浓度的多层半导体结构。
11.一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上依次生长缓冲层、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层，且预留出R单元的位置；
将上述层刻蚀至露出部分第二半导体层，形成阵列化的B单元和G单元；
在露出的第二半导体层上继续刻蚀至露出第一半导体；
在第一半导体层上生长第一接触电极，并在B单元、G单元中露出的第二半导体层上分别生长一个第二接触电极SCE1和SCE2；
在B单元内的第三半导体层上依次生长蓝色发光层、第四半导体层和第三接触电极TCE1，在G单元内的第三半导体上依次生长绿色发光层、第四半导体层和第三接触电极TCE2；
在预留位置上制备R单元。
12.根据权利要求11所述的一种半导体混合型全彩化三极发光管显示器件的制造方法，其特征在于，所述制备R单元具体为：在衬底上依次生长阴极、电子注入层、电子传输层、红光发光层、空穴传输层、空穴注入层和透明阳极；其中，红色发光层为有机红光发光层或量子点红色发光层。
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