CN113437189A - 一种可寻址纳米led发光显示阵列结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构及其制备方法，该结构包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的隔离区域，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底、n型半导体层和公共n接触电极，以及各个纳米LED发光像元独立的多量子阱、p型半导体层和p接触电极，所述多量子阱、p型半导体层和p接触电极自下而上依次层叠在n型半导体层上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出，所述像元与像元独立部分之间的隔离区域包括为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构，以及具有高电阻率的p型半导体层。该结构及其制备方法简化了制备工艺流程，可以减少刻蚀工艺中可能会产生的边缘效应和尺寸效应。
Description
技术领域
本发明属于光电子发光器件制造技术领域，具体涉及一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构及其制备方法。
背景技术
LED具有高亮度、高光效、长寿命、高对比度，以及纳秒级的响应时间等优势。同时，LED采用半导体加工工艺进行制备，并且与IC工艺兼容，具有极高的器件加工精度和稳定性，有望实现超高解析度，便于与触觉、听觉、嗅觉等传感器集成，实现高精度空间定位和触觉感知、使更具真实感的AR、VR成为可能。纳米LED发光显示指具有纳米级像素的极高分辨率的LED显示技术。随着显示终端对显示信息量和功能集成度要求越来越高，纳米LED发光显示是显示技术发展的必然趋势。然而，纳米LED发光显示存在诸多科学技术问题，亟需全新的应对策略和变革性技术来解决。
当发光显示像素小至纳米量子，其电极的引出具有巨大的挑战，是纳米LED发光显示要解决的关键技术难题之一，传统LED显示阵列是采用光刻和刻蚀手段来定义像素，像素与像素之间凹凸不平，如何在这些突起的极小尺寸像素表面引出独立的超细和超高密度电极是实现可寻址纳米LED发光显示的核心关键技术。同时，刻蚀过程中产生的边缘效应和尺寸效应等会降低发光效率，需要复杂的钝化和修复工艺来提高发光效率。
发明内容
本发明的目的在于提供两种可寻址纳米LED发光显示阵列结构及其制备方法，该结构及其制备方法简化了制备工艺流程，可以减少刻蚀工艺中可能会产生的边缘效应和尺寸效应。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的隔离区域，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底、n型半导体层和公共n接触电极，以及各个纳米LED发光像元独立的多量子阱、p型半导体层和p接触电极，所述多量子阱、p型半导体层和p接触电极自下而上依次层叠在n型半导体层上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出，所述像元与像元独立部分之间的隔离区域包括为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构，以及具有高电阻率的p型半导体层。
本发明还提供了上述可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤S11：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱以及p型半导体层；
步骤S12：在p型半导体层表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成与纳米LED发光像元一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成与纳米LED发光显示像元一一对应的离子注入保护层图案；
步骤S13：采用离子注入方法，控制注入深度，依次破坏没有保护层区域，即隔离区域的多量子阱结构，使其不能发光，并提高隔离区域p型半导体层的电阻率；去除离子注入保护层图案，形成像元之间具有隔离区域的纳米LED发光像元阵列；
步骤S14： 在步骤S13得到的纳米LED发光像元阵列表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与p接触电极一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与纳米LED发光显示像元一一对应的p接触电极；
步骤S15：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成可寻址纳米LED发光显示阵列。
本发明又提供了另一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的绝缘区域，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底、n型半导体层、多量子阱、高电阻率p型半导体层和公共n接触电极，以及各个纳米LED发光像元独立的p接触电极，所述多量子阱、高电阻率p型半导体层和p接触电极自下而上依次层叠在n型半导体层上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出。
本发明也提供了上述可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤S21：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱以及具有高电阻率的p型半导体层；
步骤S22：在p型半导体层表面沉积一层绝缘层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在绝缘层上形成与纳米LED发光像元一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的绝缘层，露出与纳米LED发光显示像元一一对应的p型半导体层；剩下的绝缘层即为绝缘区域，用于隔离像元；
步骤S23： 在步骤S22得到的局部覆盖有绝缘层的纳米LED发光像元阵列表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与p接触电极一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与纳米LED发光像元一一对应的p接触电极；
步骤S24：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成可寻址纳米LED发光显示阵列。
进一步地，所述纳米LED发光像元的边长为1纳米~1000纳米，相邻像元之间距离为1纳米~2000纳米。
进一步地，所述公共n接触电极和p接触电极为由Pt、Ti、Au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜。
进一步地，离子注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是F离子。
进一步地，提高隔离区域p型半导体层的电阻率采用的方法为B离子注入。
进一步地，所述p型半导体层经离子注入后所形成的隔离区域的p型半导体层的电阻率不小于0.45Ω∙m。
进一步地，所述绝缘层的材料为SiO2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用离子注入破坏多量子阱结构和形成具有高电阻率的P型半导体层，从而形成像元与像元之间的隔离区域或者通过高电阻的p型半导体层和独立的p电极将像元隔离。与传统的可寻址纳米LED阵列制备工艺相比较，本发明简化了制备工艺流程，降低了可寻址纳米LED阵列独立驱动电极的制备刻蚀工艺中可能会产生的边缘效应和尺寸效应，对于降低芯片成本，提高芯片质量方面具有重要意义。
附图说明
图1是本发明第一实施例的可寻址纳米LED发光显示阵列结构的示意图。
图2-6是本发明第一实施例的可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备流程示意图。
图7是本发明第二实施例的可寻址纳米LED发光显示阵列结构的示意图。
图8-11是本发明第二实施例的可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备流程示意图。
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所示，本发明第一实施例提供了一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的隔离区域，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底1、n型半导体层201和公共n接触电极301，以及各个纳米LED发光像元独立的多量子阱202、p型半导体层203和p接触电极302，所述多量子阱、p型半导体层和p接触电极自下而上依次层叠在n型半导体层上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出，所述像元与像元独立部分（多量子阱202、p型半导体层203和p接触电极302）之间的隔离区域包括为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构205，以及具有高电阻率的p型半导体层204。
如图2-6所示，本发明第一实施例还提供了上述可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤S11：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱以及p型半导体层；
步骤S12：在p型半导体层表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成与纳米LED发光像元一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成与纳米LED发光显示像元一一对应的离子注入保护层图案；
步骤S13：采用离子注入方法，控制注入深度，依次破坏没有保护层区域，即隔离区域的多量子阱结构，使其不能发光，并提高隔离区域p型半导体层的电阻率；去除离子注入保护层图案，形成像元之间具有隔离区域的纳米LED发光像元阵列；
步骤S14： 在步骤S13得到的纳米LED发光像元阵列表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与p接触电极一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与纳米LED发光显示像元一一对应的p接触电极；
步骤S15：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成可寻址纳米LED发光显示阵列。
其中，所述纳米LED发光像元的边长为1纳米~1000纳米，相邻像元之间距离为1纳米~2000纳米。所述公共n接触电极和p接触电极可以为由Pt、Ti、Au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜，也可以是其他导电材料和结构。
在第一实施例中，离子注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是F离子。提高隔离区域p型半导体层的电阻率可以采用B离子注入的方法。所述p型半导体层经离子注入后所形成的隔离区域的p型半导体层的电阻率不小于0.45Ω∙m。
如图7所示，本发明第二实施例提供了另一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的绝缘区域2，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底1、n型半导体层201、多量子阱202、高电阻率p型半导体层203和公共n接触电极301，以及各个纳米LED发光像元独立的p接触电极302，所述多量子阱202、高电阻率p型半导体层203和p接触电极302自下而上依次层叠在n型半导体层201上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出。
如图8-11所示，本发明第二实施例还提供了上述可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤S21：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱以及具有高电阻率的p型半导体层；
步骤S22：在p型半导体层表面沉积一层绝缘层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在绝缘层上形成与纳米LED发光像元一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的绝缘层，露出与纳米LED发光显示像元一一对应的p型半导体层；剩下的绝缘层即为绝缘区域，用于隔离像元；
步骤S23： 在步骤S22得到的局部覆盖有绝缘层的纳米LED发光像元阵列表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与p接触电极一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与纳米LED发光像元一一对应的p接触电极；
步骤S24：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成可寻址纳米LED发光显示阵列。
其中，所述纳米LED发光像元的边长为1纳米~1000纳米，相邻像元之间距离为1纳米~2000纳米。所述公共n接触电极和p接触电极为由Pt、Ti、Au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜，也可以是其他导电材料和结构。
在第二实施例中，所述绝缘层的材料为SiO2。所述高电阻率p型半导体层的电阻率不小于0.45Ω∙m。
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 (10)
1.一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，其特征在于，包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的隔离区域，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底、n型半导体层和公共n接触电极，以及各个纳米LED发光像元独立的多量子阱、p型半导体层和p接触电极，所述多量子阱、p型半导体层和p接触电极自下而上依次层叠在n型半导体层上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出，所述像元与像元独立部分之间的隔离区域包括为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构，以及具有高电阻率的p型半导体层。
2.根据权利要求1所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S11：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱以及p型半导体层；
步骤S12：在p型半导体层表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成与纳米LED发光像元一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成与纳米LED发光显示像元一一对应的离子注入保护层图案；
步骤S13：采用离子注入方法，控制注入深度，依次破坏没有保护层区域，即隔离区域的多量子阱结构，使其不能发光，并提高隔离区域p型半导体层的电阻率；去除离子注入保护层图案，形成像元之间具有隔离区域的纳米LED发光像元阵列；
步骤S14： 在步骤S13得到的纳米LED发光像元阵列表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与p接触电极一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与纳米LED发光显示像元一一对应的p接触电极；
步骤S15：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成可寻址纳米LED发光显示阵列。
3.一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，其特征在于，包括纳米LED发光像元阵列以及像元与像元独立部分之间的绝缘区域，所述纳米LED发光像元包括纳米LED发光像元阵列共用的衬底、n型半导体层、多量子阱、高电阻率p型半导体层和公共n接触电极，以及各个纳米LED发光像元独立的p接触电极，所述多量子阱、高电阻率p型半导体层和p接触电极自下而上依次层叠在n型半导体层上，所述公共n接触电极从n型半导体层引出。
4.根据权利要求3所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S21：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱以及具有高电阻率的p型半导体层；
步骤S22：在p型半导体层表面沉积一层绝缘层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在绝缘层上形成与纳米LED发光像元一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的绝缘层，露出与纳米LED发光显示像元一一对应的p型半导体层；剩下的绝缘层即为绝缘区域，用于隔离像元；
步骤S23： 在步骤S22得到的局部覆盖有绝缘层的纳米LED发光像元阵列表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与p接触电极一一对应的光刻胶图案，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与纳米LED发光像元一一对应的p接触电极；
步骤S24：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成可寻址纳米LED发光显示阵列。
5.根据权利要求1或权利要求3所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，其特征在于，所述纳米LED发光像元的边长为1纳米~1000纳米，相邻像元之间距离为1纳米~2000纳米。
6.根据权利要求1或权利要求3所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构，其特征在于，所述公共n接触电极和p接触电极为由Pt、Ti、Au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜。
7.根据权利要求2所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，其特征在于，离子注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是F离子。
8.根据权利要求2所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，其特征在于，提高隔离区域p型半导体层的电阻率采用的方法为B离子注入。
9.根据权利要求2所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，其特征在于，所述p型半导体层经离子注入后所形成的隔离区域的p型半导体层的电阻率不小于0.45Ω∙m。
10.根据权利要求4所述的一种可寻址纳米LED发光显示阵列结构的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的材料为SiO2。
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