CN114300501B - micro-LED原位驱动单元制作方法及micro-LED器件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种micro‑LED原位驱动单元制作方法及micro‑LED器件，该方法包括：获取位于衬底的micro‑LED阵列；在micro‑LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，在刻蚀后的非简并态氧化物半导体制备顶栅介质层；对顶栅介质层进行互连和源漏电极区开窗，在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro‑LED单元互连；在顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极，得到与micro‑LED单元串联的MOS结构原位驱动单元。在micro‑LED单元上制备形成与micro‑LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，实现了micro‑LED器件的原位驱动功能，相比于传统的将micro‑LED发光单元与驱动电路分开制备然后集成的工艺路线，大大简化了工艺流程，降低了制作成本。

Description

micro-LED原位驱动单元制作方法及micro-LED器件

技术领域

本申请涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种micro-LED原位驱动单元制作方法及micro-LED器件。

背景技术

微型发光二极管(micro light emitting diode，micro-LED)阵列器件是指在同一基底上集成的微尺寸，超高密度LED像素的二维阵列，其应用领域广泛，如微显示设备、生命细胞探测、可见光通讯等。目前micro-LED的发光单元与驱动单元属于两个独立工艺部分，要实现micro-LED阵列的显示需要将这两部分进行集成，涉及的相关工艺复杂，存在制作成本高的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可降低制作成本的micro-LED原位驱动单元制作方法及micro-LED器件。

一种micro-LED原位驱动单元制作方法，包括：

获取位于衬底的micro-LED阵列；所述micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元；

在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，在刻蚀后的非简并态氧化物半导体制备顶栅介质层；

对所述顶栅介质层进行互连和源漏电极区开窗，在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连；

在顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极，得到与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元。

在其中一个实施例中，所述在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，包括：在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体，并对位于micro-LED单元高台面部分的非简并态氧化物半导体进行刻蚀。

在其中一个实施例中，所述在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体，包括：在所述micro-LED单元通过化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积的方式制备非简并态氧化物半导体。

在其中一个实施例中，所述互连和源漏电极区包括位于micro-LED单元高台面部分的互连区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区。

在其中一个实施例中，所述在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连，包括：

对位于micro-LED单元高台面部分的互连区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积简并态氧化物半导体，在micro-LED单元低台面部分以及高台面部分形成与micro-LED单元的P型半导体接触的源漏电极。

在其中一个实施例中，所述互连和源漏电极区包括位于micro-LED单元高台面部分的P电极区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区。

在其中一个实施例中，所述在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连，包括：

对位于micro-LED单元高台面部分的P电极区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积简并态氧化物半导体，在micro-LED单元高台面部分形成与micro-LED单元的P型半导体接触的P电极，以及在micro-LED单元低台面部分形成与micro-LED单元的N型半导体接触的源漏电极。

在其中一个实施例中，在顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极，包括：

在位于micro-LED单元高台面部分、源漏电极之间的顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极。

在其中一个实施例中，所述micro-LED单元包括依次设置的介质层、P型半导体、量子阱、N型半导体以及缓冲层，所述缓冲层设置于衬底。

一种micro-LED器件，包括micro-LED阵列以及位于micro-LED阵列中micro-LED单元上且与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，所述MOS结构原位驱动单元根据上述的方法制作得到。

上述micro-LED原位驱动单元制作方法及micro-LED器件，在micro-LED单元上制备形成与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，实现了micro-LED器件的原位驱动功能，相比于传统的将micro-LED发光单元与驱动电路分开制备然后集成的工艺路线，大大简化了工艺流程，降低了制作成本。而且，MOS结构原位驱动单元采用的非简并态氧化物半导体和简并态氧化物半导体均为透明的氧化物半导体，对于可见光的吸收更少，可实现更大的开口比和发光面积，提升整体的器件性能。

附图说明

图1为一实施例中micro-LED原位驱动单元制作方法的流程图；

图2-7为一实施例中micro-LED原位驱动单元制作方法的工艺流程示意图；

图8为一实施例中原位驱动串联P极的器件结构示意图；

图9为一实施例中micro-LED阵列互联示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

micro-LED阵列根据驱动方式可以分为两类，第一类为通过扫描寻址的无源驱动，其芯片内部没有互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)或薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)驱动电路，而是通过外部驱动电路对micro-LED的N极和P极施加行列动态扫描信号来实现不同功能的显示，这种逐行逐列扫描显示的无源驱动结构简单，制备成本低，但难以实现高分辨率的显示。为实现更高效的micro-LED应用，第二类驱动方式即通过电路独立寻址的有源驱动具有更好的发展前景，现有的采用有源矩阵寻址方式制作的一款像素尺寸为300μm×300μm，像素数量为8×8的LED阵列，像素间距为50μm。通过实验证明，有源矩阵下LED阵列显示特性优异，同时可独立驱动像素单元，这是无源矩阵难以实现的。而在通过电路独立寻址的有源驱动中，又分为单片集成和巨量转移结构，驱动电路主要有利用CMOS以及TFT键合micro-LED的两种驱动集成系统，其中CMOS已成为硅片上制造电子集成电路(integrated circuits，ICs)的主导技术，CMOS工艺的基础结构为金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor fieldeffect，MOSFET)，通过NMOS以及PMOS管互补构成CMOS集成电路。要实现用CMOS控制micro-LED阵列的目的，需要通过金倒装、铟倒装以及微管金属倒装等键合技术将micro-LED与CMOS器件键合在一起。以TFT方式驱动的micro-LED，以显示阵列为例，其与传统薄膜晶体管OLED(TFT-OLED)技术类似，常用键合技术将micro-LED阵列转移到TFT-OLED的驱动背板上。现有的使用低温多晶Si TFT技术驱动了32×32像素的有源驱动micro-LED，像素间距为10μm，亮度达到40000cd/m²，发射波长为455nm，半峰宽为15nm。现有的使用创新的超净工艺通过单晶MoS2-TFT技术同样驱动了32×32像素的有源驱动micro-LED，介于二维材料在电子迁移率以及转移方面的优势，器件显示亮度达到7.1×10⁷cd/m²，分辨率达到1270PPI,但由于大尺寸晶圆MoS₂在制备上的难度，其器件尺寸仅为2英寸还未实现大尺寸的器件显示。

micro-LED的阵列在驱动以及键合工艺、电极材料上均存在相关发展瓶颈。进而严重影响micro-LED阵列在显示器件中的应用。如上一部分背景介绍所述，虽然被动驱动方式结构简单，但其连线复杂且像素之间容易产生串扰。而在传统的有源驱动技术中CMOS/micro-LED或者TFT/micro-LED由于驱动部分与micro-LED发光单元集成工艺的不兼容性，因此难以在同一外延片上直接完成驱动单元与发光单元的原位集成，而是需要采取正装、倒装或垂直芯片结构再与驱动单元进行键合构成阵列显示系统。以CMOS单元来驱动micro-LED发光单元的集成技术中，传统的键合工艺方法有金倒装键合、铟倒装键合以及微管金属倒装键合等方式。金倒装键合集成micro-LED和CMOS是使用金来提供发光单元与驱动单元之间的电学与机械互联工艺，由于需要通过热、电以及超声等工艺融化金丝来进行键合，键合过程带来的高温容易对两个单元器件带来损耗；铟倒装键合是指通过热蒸发沉积的铟实现micro-LED发光单元与CMOS驱动单元的集成，涉及退火以及铟回流处理等过程，难以控制不同直径焊料凸点以进行后续集成；微管金属倒装键合是指首先在micro-LED电极上制备铟凸点，然后在CMOS驱动芯片上生长金属微管，将驱动单元与micro-LED阵列对齐，然后将微管插入到micro-LED阵列电极上，虽然此种键合方法能够将像素间距缩小到10μm以下实现更高的分辨率，但是微管工艺涉及的工艺复杂成本较高，并且以上CMOS/micro-LED键合工艺的材料都存在不同程度的可见光吸收问题，影响micro-LED器件的发光性能。而常用于有源驱动的TFT技术如低温多晶硅TFT虽然有着低功耗、高迁移率、工艺相对成熟等优点，但受限于玻璃尺寸，成本较高。

基于此，本申请提供了一种将驱动单元与micro-LED器件单元相结合的原位驱动集成技术，具体采用一种控制工艺在micro-LED的正极或负极串联一个金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effect，MOSFET)结构单元，该单元基于非简并态的氧化物半导体并在这部分之上添加一层介质层，通过光刻定义互连及栅极，与简并态氧化物半导体构成的源漏极一起形成原位驱动单元，通过栅极控制micro-LED发光单元的开关，以此简化后续键合工艺实现micro-LED原位驱动功能，且micro-LED的电极及驱动单元很少涉及金属接触，均为透明的(非简并态/简并态)氧化物半导体，对于可见光的吸收更少，因此可实现更大的开口比和发光面积，提升整体的器件性能。基于以上说明，本发明在工艺上利用氧化物半导体低温合成的特点将驱动单元直接设计于micro-LED单晶粒上，实现了micro-LED器件的原位驱动功能，相比于传统的将micro-LED发光单元与驱动电路分开制备然后集成的工艺路线，基于氧化物半导体的原位驱动micro-LED大大简化了工艺流程降低了成本。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种micro-LED原位驱动单元制作方法，包括：

步骤S100：获取位于衬底的micro-LED阵列；micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元。

具体地，获取在衬底上加工得到的micro-LED阵列，以便于后续在micro-LED单元上制作原位驱动单元。其中，micro-LED阵列由多个micro-LED单元阵列排布组成，micro-LED单元的结构并不唯一，在一个实施例中，如图2所示，micro-LED单元包括依次设置的介质层110、P型半导体120、量子阱130、N型半导体140以及缓冲层150，缓冲层150设置于衬底160。其中，电极材料可以采用透明的简并态氧化物半导体。本实施例中，P型半导体120为p-GaN层，量子阱130为MQW(Metallic Quantum Well，金属量子阱)层，N型半导体140为p-GaN层。缓冲层150可采用半导体材料，该半导体材料主要是GaN、InGaN、AlGaN等三五族材料的化合物及其多元合金。衬底160可以是蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓等材质的衬底。在衬底160依次形成缓冲层150和N型半导体140后，再在N型半导体140的部分区域形成量子阱130和P型半导体120，最后整体形成介质层110。介质层110包含对应P型半导体120位置的高台面部分，以及对应N型半导体140位置的低台面部分。

步骤S200：在micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，在刻蚀后的非简并态氧化物半导体制备顶栅介质层。具体地，如图3所示，可以是在micro-LED单元上通过化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积的方式制备非简并态氧化物半导体210，作为有源区的沟道材料。采用非简并态氧化物半导体是由于其透明的特性可以减少相关结构对于发的吸收，有效提高器件开口率，且氧化物半导体的生长对衬底要求不高。例如，通过磁控溅射的方法即使室温条件下也可以生长高质量氧化物半导体薄膜且具有较好的载流子迁移率，因此以简并态氧化物半导体作为驱动单元的沟道材料可以有效提高开口率，提高显示器的亮度，进而降低功耗。

在micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体210后，在micro-LED单元上进行刻蚀，形成隔离驱动单元与micro-LED单元的沟道。在一个实施例中，步骤S200中在micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，包括：在micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体，并对位于micro-LED单元高台面部分的非简并态氧化物半导体进行刻蚀。如图4所示，通过蚀刻掉micro-LED单元高台面部分的非简并态氧化物半导体，并保留micro-LED单元低台面部分的非简并态氧化物半导体用作后续制作MOS结构原位驱动单元。将原位驱动单元垂直集成于micro-LED单元上方更有利于缩小发光单元之间的间距，进一步实现高密度和微缩化的micro-LED集成。而且，在micro-LED单元低台面部分制作驱动单元还能降低器件整体厚度。可以理解，在其他实施例中，步骤S200中也可以是将位于micro-LED单元低台面部分的非简并态氧化物半导体蚀刻掉，保留micro-LED单元高台面部分的非简并态氧化物半导体以用作后续制作MOS结构原位驱动单元。

如图5所示，完成对非简并态氧化物半导体210的刻蚀后，在micro-LED单元上制备顶栅介质层220，制作工艺可以是原子层沉积、磁控溅射等，顶栅介质层的材料与micro-LED单元的介质层110的材料可以相同，也可以不同。具体地，顶栅介质层的材料可以是HfOx、AlOx等。

步骤S300：对顶栅介质层进行互连和源漏电极区开窗，在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连。

具体地，如图6和图7所示，可根据实际需求先通过光刻定义互连和源漏电极区的位置，然后利用刻蚀进行开窗得到互连和源漏电极区，在互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体230实现与micro-LED单元互连。在电极材料上选择透明的简并态氧化物半导体，对于可见光的吸收更少，因此可实现更大的开口比和发光面积，提升整体的器件性能。且氧化物半导体电极可以在室温下制备，可在一定程度上避免对LED发光单元的损坏，且保持整体工艺的兼容性。

可以理解，为了实现与micro-LED单元互连，可以是将MOS结构的源电极或漏电极与micro-LED单元连接进行串联，以MOS结构的源电极连接micro-LED单元为例，具体可以是MOS结构的源电极与micro-LED单元的P极连接实现串联；也可以是MOS结构的源电极与micro-LED单元的N极连接实现串联。而根据MOS结构原位驱动单元与micro-LED单元的串联方式的不同，互连和源漏电极区的具体结构，以及沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连的方式也会对应有所不同。

在一个实施例中，互连和源漏电极区包括位于micro-LED单元高台面部分的互连区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区。对应地，步骤S300中在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连，包括：对位于micro-LED单元高台面部分的互连区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积简并态氧化物半导体，在micro-LED单元低台面部分以及高台面部分形成与micro-LED单元的P型半导体接触的源漏电极。

具体地，如图7所示，对micro-LED单元低台面部分的顶栅介质层220进行刻蚀开窗，以及对micro-LED单元高台面部分的顶栅介质层220和micro-LED单元的介质层110进行刻蚀开窗，分别得到源漏电极区和互连区。位于micro-LED单元低台面部分的简并态氧化物半导体230与非简并态氧化物半导体210接触，作为MOS结构原位驱动单元的源电极和漏电极，且其中一个电极延伸到位于micro-LED单元高台面部分的互连区与micro-LED单元的P型半导体120接触，micro-LED单元的N型半导体140用作接地，从而实现原位驱动串联micro-LED单元的P极。

在另一个实施例中，互连和源漏电极区包括位于micro-LED单元高台面部分的P电极区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区。对应地，步骤S300中在开窗得到的互连和源漏电极区沉积简并态氧化物半导体实现与micro-LED单元互连，包括：对位于micro-LED单元高台面部分的P电极区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积简并态氧化物半导体，在micro-LED单元高台面部分形成与micro-LED单元的P型半导体接触的P电极，以及在micro-LED单元低台面部分形成与micro-LED单元的N型半导体接触的源漏电极。

具体地，如图8所示，对micro-LED单元低台面部分的顶栅介质层220，以及与源漏电极区的其中一个电极区对应位置的micro-LED单元的介质层110进行刻蚀开窗形成源漏电极区，还对micro-LED单元高台面部分的顶栅介质层220和micro-LED单元的介质层110进行刻蚀开窗，得到P电极区。位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积的简并态氧化物半导体230与非简并态氧化物半导体210接触，作为MOS结构原位驱动单元的源电极和漏电极，且其中一个电极延伸至与micro-LED单元的N型半导体140接触，位于micro-LED单元高台面部分的P电极区沉积的简并态氧化物半导体230与P型半导体120接触，作为micro-LED单元的P电极，用作接入电源，从而实现原位驱动串联micro-LED单元的N极。

步骤S400：在顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极，得到与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元。具体地，在一个实施例中，步骤S400中的在顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极，包括：在位于micro-LED单元高台面部分、源漏电极之间的顶栅介质层积淀简并态氧化物半导体形成顶栅电极。

如图7和图8所示，通过在micro-LED单元低台面部分，位于源电极和漏电极之间的顶栅介质层220上积淀简并态氧化物半导体240形成顶栅电极，从而得到与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元。对于LED来说其驱动单元的类型选择取决于LED发光单元的实际功率。对于micro-LED来说，其大部分应用场景在于VR/AR等高功率显示器上，因此选取MOS管作为驱动是更优的选择，因为MOS驱动单元的导通电阻低，且作为电压控制原件，MOS管的损耗小，压降低，相比于三极管具有更好的温度特性，驱动效率更高。

上述micro-LED原位驱动单元制作方法，在micro-LED单元上制备形成与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，实现了micro-LED器件的原位驱动功能，相比于传统的将micro-LED发光单元与驱动电路分开制备然后集成的工艺路线，大大简化了工艺流程，降低了制作成本。而且，MOS结构原位驱动单元采用的非简并态氧化物半导体和简并态氧化物半导体均为透明的氧化物半导体，对于可见光的吸收更少，可实现更大的开口比和发光面积，提升整体的器件性能。

为便于更好地理解上述micro-LED原位驱动单元制作方法，下面结合具体实施例进行详细解释说明。

本申请展示了一种基于氧化物半导体的原位驱动micro-LED技术，通过将micro-LED单晶粒的N极或P极串联一个基于氧化物半导体的MOSFET结构，实现单个晶粒外接引线的原位自驱动系统，通过对micro-LED单晶粒的原位驱动自开关控制集成，省去了后续与驱动单元键合的工艺步骤，有效简化工艺流程降低成本。这样自驱动单元的优势在于：一方面省去了接收衬底CMOS或TFT基板的设计，采用一种简单的自驱动单元，简化了集成工艺，对每个单晶粒来说不再需要步骤复杂的键合工艺来实现阵列的功能显示。另一方面，本发明采用全透明电极且金属接触较少，因此有效降低可见光范围内的光吸收，提高了micro-LED器件发光效率。

具体地，本申请通过采用一种基于氧化物半导体的原位驱动micro-LED技术，将驱动单元直接制备于micro-LED单元上，基于氧化物半导体原位MOSFET作为驱动主体，通过外接相关控件实现micro-LED开关控制并实现器件功能，原位驱动MOSFET的最小沟道可以达到几十纳米，提高了开关响应速度，同时由于驱动电路模块基于低温合成的透明氧化物半导体直接设计在原位micro-LED器件上，从而省去了传统工艺后续的驱动模块键合过程，简化了工艺流程并降低功耗，在原位驱动单元的材料上，氧化物半导体相较于晶圆级别的薄膜半导体更易实现大尺寸制备，且透明的电极材料使得micro-LED具有更大的发光面积和可见光发光效率。

本申请设计了一种基于MOS结构的micro-LED原位驱动功能单元，该结构利用MOS结构的栅极连接引线外接控件，实现micro-LED像素单元的自开关功能大大简化整体工艺流程，并采用全透明氧化物半导体电极，有效提升开关比和发光效率。具体地，本申请采用如下技术方案和步骤：

第一步：加工得到位于衬底材料上的micro-LED阵列。

以硅基外延为例，实例中，该衬底可以是蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓等材料。LED外延层从上到下包含介质层、P型半导体、量子阱、N型半导体以及与衬底间的缓冲层半导体材料，该半导体材料主要是GaN、InGaN、AlGaN等三五族材料的化合物及其多元合金，并采用台面刻蚀至介质层。沉积电极形成触点，电极材料是透明的简并态氧化物半导体。

第二步：在micro-LED单元上制备非简并态氧化物半导体，制备方法可以是化学气相沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积等。

第三步：在micro-LED阵列上进行刻蚀，形成隔离驱动部分与发光单元的沟道。

第四步：在非简并态氧化物半导体层上制备顶栅介质，工艺可以是原子层沉积、磁控溅射等，介质材料可以是HfOx、AlOx等。

第五步：通过光刻定义互连和源漏电极区，利用刻蚀将该区域开窗。

第六步：沉积简并态氧化物半导体电极材料实现互连。通过光刻定义顶栅电极区，沉积顶栅电极，电极材料同样是简并态氧化物半导体。以原位驱动单元串联P极为例，通过将n-GaN接地并在左端外接高电位实现通过MOS结构控制整个micro-LED器件的开关，继而构成原位驱动的micro-LED阵列器件。

图2-7为基于氧化物半导体的原位驱动micro-LED单元结构的工艺流程图。图中为了说明驱动单元与发光单元(即micro-LED单元)的串联关系，选择将高台面部分的非简并态氧化物半导体刻蚀掉，并以底台面部分作为驱动单元。但在实际应用中，高台面和低台面都可以作为驱动单元，且将驱动单元垂直集成于发光单元上方更有利于缩小发光单元之间的间距，进一步实现高密度和微缩化的micro-LED集成。

在互连和源漏电极区基于非简并态氧化物半导体沟道材料构成驱动单元，原位驱动单元的目的是通过制作源极、漏极两个电极，以及将其中一个电极与发光单元的串联，最终通过控制栅极电压实现LED发光单元的开关。具体地，对互连和源漏电极区开窗之后沉积简并态氧化物半导体电极材料，得到位于介质层两侧的电极，分别作为源极和漏极。根据MOS管型号以及与发光单元的连接关系，需要使源极和漏极中的一个与发光单元的P极或N极接触，实现串联，最后在位于源极和漏极之间的顶栅介质层上形成栅极。最终，通过栅极来控制发光单元的开关，实现原位驱动，由于工艺上的兼容性因此省去了传统的键合过程，大大简化制备流程降低生产成本。

图7、图8分别为原位驱动串联P极和N极的器件结构示意图，图8的串联N极结构示意图中，在发光单元介质层上开窗以简并态氧化物半导体材料制备发光单元的P电极。左端的原位驱动单元与发光单元的N电极串联，以此通过栅极电压控制器件的发光。

传统micro-LED阵列器件的驱动形式分为无源驱动和有源驱动。对于无源驱动来说，虽然驱动micro-LED阵列形成显示背板的电路以及工艺较简单，但其阵列图像刷新率和亮度较低。而对于有源驱动来说，主要分为CMOS/micro-LED和TFT/micro-LED两种集成方式，虽然通过键合技术能实现几微米级别芯片的集成，但是其工艺复杂制备成本较高，且较多的金属接触使得micro-LED在可见光范围内的光吸收较多，从而影响器件的发光性能。以上的发光单元与驱动单元由于制备工艺均存在一定程度的不兼容，因此难以在同一外延片上进行micro-LED发光器件的制备，从产业化和降低成本的角度来说，将驱动单元与发光单元进行高效集成是一种较为可行的方案。现有技术中通过改进薄膜晶体管以适应micro-LED更高的驱动电流，以晶圆级二维材料MoS₂薄膜晶体管原位驱动micro-LED，虽然其利用二维材料原子级别的尺寸和高的载流子迁移率实现器件的高效发光，但是晶圆级别大尺寸的MoS₂薄膜制备难度较高，目前只能实现2英寸的micro-LED原位驱动阵列器件。而本申请利用串联在micro-LED单元P极和N极的MOS结构实现发光单元的原位驱动，与二维MoS₂薄膜晶体管不同，本申请的MOS结构基于氧化物半导体材料，其制备可以通过化学气相沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积等方法实现大尺寸的制备，有效提升了制备效率降低了制备成本。与现有技术相比，本申请通过原位驱动的micro-LED，将显示阵列的功能与能效得到最优化。

在一个实施例中，还提供了一种micro-LED器件，包括micro-LED阵列以及位于micro-LED阵列中micro-LED单元上且与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，MOS结构原位驱动单元根据上述的方法制作得到。如图9所示为micro-LED阵列的互联示意图。

上述micro-LED器件，在micro-LED单元上制备形成与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，实现了micro-LED器件的原位驱动功能，相比于传统的将micro-LED发光单元与驱动电路分开制备然后集成的工艺路线，大大简化了工艺流程，降低了制作成本。而且，MOS结构原位驱动单元采用的非简并态氧化物半导体和简并态氧化物半导体均为透明的氧化物半导体，对于可见光的吸收更少，可实现更大的开口比和发光面积，提升整体的器件性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，包括：

获取位于衬底的micro-LED阵列；所述micro-LED阵列包括两个以上的micro-LED单元；

在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，在刻蚀后的非简并态氧化物半导体上制备顶栅介质层；

对所述顶栅介质层进行互连和源漏电极区开窗，在开窗得到的互连和源漏电极区沉积电极材料实现与micro-LED单元互连；所述电极材料采用透明的简并态氧化物半导体；

在顶栅介质层积淀所述电极材料形成顶栅电极，得到与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元；

所述micro-LED单元包括P型半导体，所述在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体并进行刻蚀，包括：在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体，并刻蚀去掉位于micro-LED单元高台面部分的非简并态氧化物半导体；所述micro-LED单元高台面部分为所述P型半导体对应的部分。

2.根据权利要求1所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述在所述micro-LED单元制备非简并态氧化物半导体，包括：在所述micro-LED单元通过化学气相沉积、磁控溅射或脉冲激光沉积的方式制备非简并态氧化物半导体。

3.根据权利要求1所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述互连和源漏电极区包括位于micro-LED单元高台面部分的互连区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区；所述micro-LED单元低台面部分为，所述micro-LED单元中除所述micro-LED单元高台面部分之外的部分。

4.根据权利要求3所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述在开窗得到的互连和源漏电极区沉积电极材料实现与micro-LED单元互连，包括：

对位于micro-LED单元高台面部分的互连区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积所述电极材料，在micro-LED单元低台面部分以及高台面部分形成与micro-LED单元的P型半导体接触的源漏电极。

5.根据权利要求1所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述互连和源漏电极区包括位于micro-LED单元高台面部分的P电极区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区；所述micro-LED单元低台面部分为，所述micro-LED单元中除所述micro-LED单元高台面部分之外的部分。

6.根据权利要求5所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述在开窗得到的互连和源漏电极区沉积电极材料实现与micro-LED单元互连，包括：

对位于micro-LED单元高台面部分的P电极区，以及位于micro-LED单元低台面部分的源漏电极区沉积所述电极材料，在micro-LED单元高台面部分形成与micro-LED单元的P型半导体接触的P电极，以及在micro-LED单元低台面部分形成原位驱动单元的源电极和漏电极。

7.根据权利要求1所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，在顶栅介质层积淀所述电极材料形成顶栅电极，包括：

在位于micro-LED单元低台面部分、源漏电极之间的顶栅介质层积淀所述电极材料形成顶栅电极；所述micro-LED单元低台面部分为，所述micro-LED单元中除所述micro-LED单元高台面部分之外的部分。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述micro-LED单元还包括在所述P型半导体上方设置的介质层、在所述P型半导体下方设置的量子阱、在所述量子阱下方设置的N型半导体以及在所述N型半导体下方设置的缓冲层，所述缓冲层设置于衬底。

9.根据权利要求8所述的micro-LED原位驱动单元制作方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石材质、硅材质、碳化硅材质或氮化镓材质的衬底。

10.一种micro-LED器件，其特征在于，包括micro-LED阵列以及位于micro-LED阵列中micro-LED单元上且与micro-LED单元串联的MOS结构原位驱动单元，所述MOS结构原位驱动单元根据权利要求1-9任意一项所述的方法制作得到。

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