CN117038699A - 基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法 - Google Patents
基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117038699A CN117038699A CN202311047113.2A CN202311047113A CN117038699A CN 117038699 A CN117038699 A CN 117038699A CN 202311047113 A CN202311047113 A CN 202311047113A CN 117038699 A CN117038699 A CN 117038699A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chip
- micro led
- electrode
- micro
- led array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 124
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 17
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 15
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 8
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- -1 Ni/Au Chemical class 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
- H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/38—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
- H01L33/382—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending partially in or entirely through the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body
Abstract
本发明公开了一种基于GaN基发光材料的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法,属于半导体发光芯片和显示应用技术领域,包括Micro LED阵列芯片和支撑电路板,Micro LED阵列芯片包括衬底、缓冲层、共N极高掺杂GaN层、N型GaN导电层、GaN/InGaN多量子阱有源区、P型GaN导电层、P电极点、N电极点、二次发光材料层;支撑电路板包括基板、N极线路和P极线路,Micro LED阵列芯片和支撑电路板采用倒装键合的方式连接;本发明能够减少近25%的芯片电极面积损失,提高材料利用率;避免了金属共N极对Micro LED芯片阵列面积的占用,提升分辨率。
Description
技术领域
本发明属于半导体发光芯片和显示应用技术领域,具体涉及一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法。
背景技术
以III-V化合物半导体发光材料为基础的微发光二极管(Micro LED)阵列器件是在同一显示芯片上集成的高密度微小尺寸的二维阵列,或者在同一外延衬底材料上进行高密度集成排列的微小尺寸高亮度发光二极管阵列,器件尺寸仅维持在几微米尺度范围。作为一种全固态的主动发光器件,具有工作电压低、发光效率较高、响应速度快、性能稳定可靠、工作温度范围宽特点。
Micro LED构成的显示阵列,具有高亮度、超高分辨率与色彩饱和度,且每个像素都能独立驱动,因此,Micro LED微显示器件的已经成为未来显示行业发展的主流,可以很好地满足自发光微显示、照明及通信等应用需求,在未来可穿戴显示设备,可见光通信设备、虚拟现实显示设备等领域应用前景广泛,Micro LED被认为是下一代显示技术的核心技术和产品。但是,目前Micro LED芯片显示技术在生产和加工过程中也存在着一些挑战,限制了其大规模应用,推高相关产品的成本,主要问题如下:
1、正装结构的Micro LED阵列芯片制备完成成后需要做衬底剥离或去除,之后通过巨量转移到支撑电路上焊接,该方法在工艺实现上存在着耗时长、良率低的问题。
2、通用Micro LED显示采用红绿蓝(RGB)三色芯片集成,三色芯片采用不同外延材料和加工技术完成后进行三次巨量转移集成,集成工艺复杂,集成过程产品良率降低。
3、Micro LED阵列芯片的驱动方式需要在每颗芯片上做N电极点、P电极点,再将N电极点、P电极点与驱动电路的N极电路、P极线路连接。芯片加工难度提升、工序复杂,且在远离电路接入点的芯片会因导通电阻的增加发生线路损耗。
和本专利的改进措施:
1、本发明在工序上不需要做衬底剥离,且采用Micro LED阵列芯片整片倒装焊接的方式,一次性对位焊接,避免了巨量转移带来的Micro LED单颗芯片巨量转移良率低下问题。
2、本发明采用蓝光芯片和二次发光转换材料实现Mirco LED显示阵列芯片单衬底、单片集成,降低红绿蓝(RGB)彩色芯片加工难度,集成加工难度降低。
3、本发明采用共N极高掺杂GaN层联通整行芯片的N型GaN导电层,即整行的芯片共用N电极点,该方法在工艺上降低了芯片加工难度,同时因为采用高掺杂的GaN作为共N极材料可以缓解芯片在远离电极点的线路损耗问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题,提供一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法。
本发明的第一目的是提供一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,包括MicroLED阵列芯片和支撑电路板,其中:
所述Micro LED阵列芯片包括衬底(1),位于所述衬底(1)上表面一侧的缓冲层(2),位于所述缓冲层(2)上表面且按行刻蚀形成的共N极高掺杂GaN层(3),位于共N极高掺杂GaN层(3)上表面按每颗芯片尺寸和位置生长刻蚀形成的N型GaN导电层(4),位于N型GaN导电层(4)上表面生长并刻蚀形成的GaN/InGaN多量子阱有源区(5),位于GaN/InGaN多量子阱有源区(5)上表面生长后刻蚀形成的P型GaN导电层(6),位于P型GaN导电层(6)上的P电极点(7),位于共N极高掺杂GaN层(3)上方、阵列芯片两端的N电极点(8);在衬底(1)的下表面一侧通过挖槽后填充(RGB)红绿蓝二次发光材料层(10);
所述支撑电路板包括基板(2-1),在基板(2-1)上刻蚀形成不发生交叠的N极线路(2-2)和P极线路(2-3),所述N极线路(2-2)和P极线路(2-3)引出外接引脚;
所述Micro LED阵列芯片的P电极点(7)、N电极点(8)和支撑电路板的P极线路(2-3)和N极线路(2-2)采用倒装键合的方式连接。
优选地,所述衬底层(1)、缓冲层(2)、N极高掺杂GaN层(3)、N型GaN导电层(4)、GaN/InGaN多量子阱有源区(5)和P型GaN导电层(6)组成Micro LED阵列芯片的外延材料结构。
优选地,由绝缘层(9)互相隔离的微尺寸LED阵列构成Micro LED阵列芯片的器件结构,阵列中每个Micro LED构成单独发光点,Micro LED阵列芯片每颗芯片具有单独的P电极点(7),Micro LED阵列芯片每行芯片通过共N极高掺杂GaN层(3)互联,每行共用N电极点(8)。
优选地,Micro LED阵列芯片的阵列中每个Micro LED为一个发光点,原始MicroLED工作时发光颜色为蓝光,阵列中每行相邻三个Micro LED组成显示像素点,其中一个Micro LED与衬底(1)下表面二次发光材料层(10)中的红光发光材料位置对应,另一个Micro LED与衬底(1)下表面二次发光材料层(10)中的绿光发光材料位置对应,三个MicroLED透过衬底共同组成一个红绿蓝三色像素点。
优选地,所述N极线路(2-2)和P极线路(2-3)互相绝缘,P电极列线路为导通,每列共用一列P电极线路。
优选地,Micro LED阵列芯片和支撑电路板键合连接后,Micro LED阵列芯片由支撑电路板供电,Micro LED阵列芯片每行共用N极线路(2-2),每列共用P电极线路(2-3),阵列中行列电极线路交叉选中位置的Micro LED由P极线路(2-3)和N极线路(2-2)的引脚外接供电发光。
优选地,所述N极线路为行电极,P极线路为列电极。
优选地,所述P极线路为行电极,N极线路为列电极。
本发明的第二目的是提供一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列的制作方法,包括:
S1、制作权利要求1所述的Micro LED阵列芯片;
S2、制作权利要求1所述支撑电路板;
S3、采用倒装键合的方式实现Micro LED阵列芯片与支撑电路板的连接。
优选地,制作Micro LED阵列芯片的过程包括:
S101、在所述衬底(1)上表面一侧生长缓冲层(2);
S102、在所述缓冲层(2)上表面生长共N极高掺杂GaN层(3);
S103、在共N极高掺杂GaN层(3)上生长N型GaN导电层(4);
S104、在N型GaN导电层(4)生长GaN/InGaN多量子阱有源区(5);
S105、在GaN/InGaN多量子阱有源区(5)上表面生长P型GaN导电层(6);
S106、光刻定义Micro LED阵列区域后,刻蚀外延芯片至N极高掺杂GaN层(3),形成Micro LED阵列;
S107、光刻定义Micro LED阵列区域对应的衬底(1)下表面二次发光材料层区域,干法刻蚀后形成二次发光材料层(10)的填充槽;
S108、光刻定义Micro LED阵列P电极区域,制作Micro LED金属P电极(7);
S109、光刻定义Micro LED阵列N电极区域,制作Micro LED金属N电极(8);
S110、Micro LED阵列表面填充绝缘层(9);
S111、衬底(1)下表面填充槽填充(RGB)红绿蓝二次发光材料;
S112、衬底(1)下表面沉积介质保护层;
S113、Micro LED阵列芯片单元划片、裂片,完成Micro LED阵列芯片制作。
优选地,制作支撑电路板的过程包括:
S201、在基板(2-1)表面制作金属粘附层和金属连接层,构成支撑电路板金属层;
S202、在金属层表面光刻N极线路(2-2)和P极线路(2-3)图形,电极图形设计尺寸和位置分别与Micro LED阵列芯片中N电极点(8)、P电极点(7)对应;
S203、通过干法刻蚀或湿法腐蚀制作得到N极线路(2-2)和P极线路(2-3);
采用倒装键合的方式实现Micro LED阵列芯片与支撑电路板的连接工艺为:
S301、将Micro LED阵列芯片上表面向下,将其N电极点(8)、P电极点(7)与支撑电路板N极线路(2-2)和P极线路(2-3)对准;
S302、对Micro LED阵列芯片和支撑电路板加热、加压力,完成Micro LED阵列芯片P电极、N电极与支撑电路板N极线路(2-2)、P极线路(2-3)的焊接互联;
S303、支撑电路板通过外接引脚对Micro LED阵列芯片供电和控制。
本发明具有的优点和积极效果是:
本发明在芯片结构设计上因使用共N极结构,避免对Micro LED芯片表面进行N电极的刻蚀,节省了近25%的芯片电极面积,提高LED材料利用率;避免了金属共N极对MicroLED芯片阵列面积的占用,提升分辨率、较其它发光单元阵列排布结构有更高的屏幕利用率;以高掺杂N型材料为共N极,有效缓解了电流在远离电极点而衰减的问题;支撑电路的设计在无源寻址的点亮方式上实现优化,在匹配的驱动电路驱动下,可实现列同时选中,提高阵列显示的刷新速度;倒装键合的焊接方式避免了其它结构工艺流程中的衬底剥离工序,也同时避免了后序工序中面临的Micro LED巨量转移带来的工艺复杂、成品率下降问题。
附图说明
图1为本发明实施例中Micro LED阵列芯片的剖面图;
图2为本发明实施例中Micro LED阵列芯片的俯视图;
图3为本发明实施例中支撑电路板的俯视图;
图4为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
本发明的技术方案为:
请参阅图1至图4,便于对文档进行说明,附图以3行9列阵列结构为例进行说明,实际应用可以无限拓展阵列中Micro LED数量。
一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,包括Micro LED阵列芯片和支撑电路板,其中:
所述Micro LED阵列芯片包括衬底1,位于所述衬底1上表面一侧的缓冲层2,位于所述缓冲层2上表面且按行刻蚀形成的共N极高掺杂GaN层3,位于共N极高掺杂GaN层3上表面按每颗芯片尺寸和位置生长刻蚀形成的N型GaN导电层4,位于N型GaN导电层4上表面生长并刻蚀形成的GaN/InGaN多量子阱有源区5,位于GaN/InGaN多量子阱有源区5上表面生长后刻蚀形成的P型GaN导电层6,位于P型GaN导电层6上的P电极点7,位于共N极高掺杂GaN层3上方、阵列芯片两端的N电极点8;在衬底1的下表面一侧通过挖槽后填充RGB红绿蓝二次发光材料层10;
所述支撑电路板包括基板2-1,在基板2-1上刻蚀形成不发生交叠的N极线路2-2和P极线路2-3,所述N极线路2-2和P极线路2-3引出外接引脚;
所述Micro LED阵列芯片的P电极点7、N电极点8和支撑电路板的P极线路2-3和N极线路2-2采用倒装键合的方式连接。
本申请中的Micro LED阵列芯片由共N极Micro LED行芯片阵列构成,支撑电路板采用共P极线路连接,Micro LED阵列芯片和支撑电路板倒装焊接后,Micro LED阵列芯片中的像素点可以通过行列选通工作。本发明在芯片结构设计上使用Micro LED底部公共N电极,可以减少近25%的芯片电极面积损失,提高材料利用率;避免了金属共N极对Micro LED芯片阵列面积的占用,提升分辨率、较其它发光单元阵列排布结构有更高的屏幕利用率;以高掺杂N型材料为共N极,缓解了Micro LED因线路损耗导致的发光衰减问题;Micro LED阵列芯片和支撑电路板倒装键合的焊接方式避免了其它结构工艺流程中的衬底剥离工序,也同时避免了Micro LED巨量转移带来的良率下降问题。
所述衬底层1、缓冲层2、N极高掺杂GaN层3、N型GaN导电层4、GaN/InGaN多量子阱有源区5和P型GaN导电层6组成Micro LED阵列芯片的外延材料结构。
由绝缘层9互相隔离的微尺寸LED阵列构成Micro LED阵列芯片的器件结构,阵列中每个Micro LED构成单独发光点,Micro LED阵列芯片每颗芯片具有单独的P电极点7,Micro LED阵列芯片每行芯片通过共N极高掺杂GaN层3互联,每行共用N电极点8。
Micro LED阵列芯片的阵列中每个Micro LED为一个发光点,原始Micro LED工作时发光颜色为蓝光,阵列中每行相邻三个Micro LED组成显示像素点,其中一个Micro LED与衬底1下表面二次发光材料层10中的红光发光材料位置对应,另一个Micro LED与衬底1下表面二次发光材料层10中的绿光发光材料位置对应,三个Micro LED透过衬底共同组成一个红绿蓝三色像素点。
所述N极线路2-2和P极线路2-3互相绝缘,P电极列线路为导通,每列共用一列P电极线路。
Micro LED阵列芯片和支撑电路板键合连接后,Micro LED阵列芯片由支撑电路板供电,Micro LED阵列芯片每行共用N极线路2-2,每列共用P电极线路2-3,阵列中行列电极线路交叉选中位置的Micro LED由P极线路2-3和N极线路2-2的引脚外接供电发光。
所述N极线路为行电极,P极线路为列电极。
所述P极线路为行电极,N极线路为列电极。
所述Micro LED阵列芯片,其外延材料结构为
(1)包括不限于蓝宝石或碳化硅衬底。
(2)GaN缓冲层,缓冲层厚度5μm。
(3)N极高掺杂GaN层,厚度3μm,N型掺杂浓度1019/cm3;
(4)N型GaN导电层,厚度1μm,N型掺杂浓度1018/cm3;
(5)GaN/InGaN多量子阱有源区,多量子阱周期10,多量子阱组分GaN/In0.25Ga0/75N,多量子阱GaN厚度7nm,InGaN厚度3nm;
(6)P型GaN导电层,厚度1.5μm,包括1μm的P型掺杂浓度5×1017/cm3的电极层和0.5微米1×1018/cm3欧姆接触层。
所述Micro LED阵列芯片,其器件结构为:
(1)Micro LED阵列芯片每颗芯片单独P电极点。P电极点采用高反射率金属Cr/Al/Ti/Au制作完成,整体厚度2μm;
(2)Micro LED阵列芯片每行芯片通过共N极高掺杂GaN层(3)互联,每行共用N电极点,N电极点采用金属Ti/Au制作完成,为了便于后期焊接工艺,调整N电极金属厚度,表面与P电极表面高度达到一致。
(3)芯片绝缘层。绝缘层使用SiO2或SiNx。绝缘层互相隔离阵列中的Micro LED,阵列中每个Micro LED构成单独发光点。
所述Micro LED阵列芯片,其红绿蓝三色转换结构为:
阵列中每个Micro LED为一个发光点,原始Micro LED工作时发光颜色为蓝光;
阵列中每行相邻三个Micro LED组成显示像素点;
其中一个Micro LED与衬底(1)下表面二次发光材料层(10)中的红光发光材料位置对应;
另一个Micro LED与衬底(1)下表面二次发光材料层(10)中的绿光发光材料位置对应;
所述二次发光材料层可以但不限于荧光粉材料、量子点材料等。
三个相邻Micro LED透过衬底共同组成一个红绿蓝三色像素点。
在形成的Micro LED阵列只是为说明本发明而提供的一种示例,实际上Micro LED阵列可以以任意芯片形状、任意排布方式分布。
所述支撑电路板结构中:
基板2-1,本发明基板材料可以包括但不限于Si基板、玻璃基板或其他绝缘材料,其电极线路材料可以采用但不限于Ni/Au等金属,利用电镀、沉积、光刻、刻蚀等工艺制备完成。
N极线路2-2采用金属Ti/Au,整体厚度3μm,向外引出焊接引脚;
P极线路2-3采用金属Ti/Au,整体厚度3μm,向外引出焊接引脚;
N极线路和P极线路互相绝缘。
P电极列线路为导通,每列共用一列P电极线路。
所述Micro LED阵列芯片和支撑电路板:
Micro LED阵列芯片P电极点7和N电极点8与支撑电路板P极线路2-3和N极线路2-2尺寸和位置分别对应;
Micro LED阵列芯片P电极点7、N电极点8和支撑电路板的P极线路2-3和N极线路2-2采用倒装键合的方式连接;
所述Micro LED阵列芯片和支撑电路板二者互相键合连接后,Micro LED阵列芯片可以由支撑电路板供电;
Micro LED阵列芯片每行共用N极线路2-2,每列共用P电极线路2-3;
阵列中行列电极线路交叉选中的位置的Micro LED由P极线路2-3和N极线路2-2的引脚外接供电发光。
一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列的制作方法,包括:
S1、制作Micro LED阵列芯片:
S101、在衬底1上表面一侧生长5μm GaN缓冲层2;
S102、在缓冲层2上表面生长共N极高掺杂GaN层3,生长厚度3μm,N型掺杂浓度1019/cm3;
S103、在共N极高掺杂GaN层3上生长N型GaN导电层4,厚度1μm,N型掺杂浓度1018/cm3;
S104、在N型GaN导电层4生长GaN/InGaN多量子阱有源区5,多量子阱周期10,多量子阱组分GaN/In0.25Ga0/75N,多量子阱GaN厚度7nm,InGaN厚度3nm;
S105、在GaN/InGaN多量子阱有源区5上表面生长P型GaN导电层6,厚度1.5μm,包括1μm的P型掺杂浓度5×1017/cm3的电极层和0.5微米1×1018/cm3欧姆接触层;
S106、光刻定义Micro LED阵列区域后,刻蚀外延芯片深度至N极高掺杂GaN层3,形成Micro LED阵列;
S107、光刻定义Micro LED阵列区域对应的衬底2下表面二次发光材料层区域,干法刻蚀形成二次发光材料层10的填充槽,填充槽尺寸与Micro LED尺寸一致,刻蚀深度5微米;
S108、光刻定义Micro LED阵列P电极区域,制作Micro LED金属P电极7,P电极点采用高反射率金属Cr/Al/Ti/Au制作完成,整体厚度2μm;
S109、光刻定义Micro LED阵列N电极区域,制作Micro LED金属N电极8,Micro LED阵列芯片每行芯片通过共N极高掺杂GaN层3互联,每行共用N电极点,N电极点采用金属Ti/Au制作完成,为了便于后期焊接工艺,调整N电极金属厚度,表面与P电极表面高度达到一致;
S110、Micro LED阵列表面填充绝缘层9,绝缘层使用SiO2或SiNx,填充高度与MicroLED一致。绝缘层互相隔离阵列中的Micro LED,阵列中每个Micro LED构成单独发光点;
S111、Micro LED阵列衬底1下表面填充槽填充(RGB)红绿蓝二次发光材料,填充二次发光材料对应光谱为红光、绿光和蓝光(或无光转换材料,直接使Micro LED光谱透过);
S112、Micro LED阵列衬底1下表面沉积SiO2或SiNx介质保护层,厚度2μm;
S113、Micro LED阵列芯片单元划片、裂片,完成Micro LED阵列芯片制作。
S2、制作Micro LED支撑电路板过程:
S201、在基板2-1表面制作金属粘附层和金属连接层,构成支撑电路板金属层,采用金属Ti/Au,整体厚度3μm;
S202、在金属层表面制作SiNx钝化膜,在钝化膜上光刻N极线路2-2和P极线路2-3图形,刻蚀P、N电极线路图形。设计尺寸和位置分别与Micro LED阵列芯片中N电极点8、P电极点7对应。
S203、以SiNx钝化膜为掩膜,通过干法刻蚀或湿法腐蚀制作得到N极线路2-2和P极线路2-3。
S3、倒装键合的方式实现Micro LED阵列芯片与支撑电路板的连接过程:
S301、将Micro LED阵列芯片上表面向下,将其N电极点8、P电极点7与支撑电路板N极线路2-2和P极线路2-3对准。
S302、对Micro LED阵列芯片和支撑电路板加热、加压力,完成Micro LED阵列芯片P电极、N电极与支撑电路板N极线路2-2、P极线路2-3的焊接互联。
S303、支撑电路板通过外接引脚对Micro LED阵列芯片供电和控制。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,包括Micro LED阵列芯片和支撑电路板,其中:
所述Micro LED阵列芯片包括衬底(1),位于所述衬底(1)上表面一侧的缓冲层(2),位于所述缓冲层(2)上表面且按行刻蚀形成的共N极高掺杂GaN层(3),位于共N极高掺杂GaN层(3)上表面按每颗芯片尺寸和位置生长刻蚀形成的N型GaN导电层(4),位于N型GaN导电层(4)上表面生长并刻蚀形成的GaN/InGaN多量子阱有源区(5),位于GaN/InGaN多量子阱有源区(5)上表面生长后刻蚀形成的P型GaN导电层(6),位于P型GaN导电层(6)上的P电极点(7),位于共N极高掺杂GaN层(3)上方、阵列芯片两端的N电极点(8);在衬底(1)的下表面一侧通过挖槽后填充红绿蓝二次发光材料层(10);
所述支撑电路板包括基板(2-1),在基板(2-1)上刻蚀形成不发生交叠的N极线路(2-2)和P极线路(2-3),所述N极线路(2-2)和P极线路(2-3)引出外接引脚;
所述Micro LED阵列芯片的P电极点(7)、N电极点(8)和支撑电路板的P极线路(2-3)和N极线路(2-2)采用倒装键合的方式连接。
2.根据权利要求1所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,所述衬底层(1)、缓冲层(2)、N极高掺杂GaN层(3)、N型GaN导电层(4)、GaN/InGaN多量子阱有源区(5)和P型GaN导电层(6)组成Micro LED阵列芯片的外延材料结构。
3.根据权利要求1所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,由绝缘层(9)互相隔离的微尺寸LED阵列构成Micro LED阵列芯片的器件结构,阵列中每个Micro LED构成单独发光点,Micro LED阵列芯片每颗芯片具有单独的P电极点(7),Micro LED阵列芯片每行芯片通过共N极高掺杂GaN层(3)互联,每行共用N电极点(8)。
4.根据权利要求1~3任一项所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,Micro LED阵列芯片的阵列中每个Micro LED为一个发光点,原始Micro LED工作时发光颜色为蓝光,阵列中每行相邻三个Micro LED组成显示像素点,其中一个Micro LED与衬底(1)下表面二次发光材料层(10)中的红光发光材料位置对应,另一个Micro LED与衬底(1)下表面二次发光材料层(10)中的绿光发光材料位置对应,三个Micro LED透过衬底共同组成一个红绿蓝三色像素点。
5.根据权利要求1所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,所述N极线路(2-2)和P极线路(2-3)互相绝缘,P电极列线路为导通,每列共用一列P电极线路。
6.根据权利要求1所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,MicroLED阵列芯片和支撑电路板键合连接后,Micro LED阵列芯片由支撑电路板供电,Micro LED阵列芯片每行共用N极线路(2-2),每列共用P电极线路(2-3),阵列中行列电极线路交叉选中位置的Micro LED由P极线路(2-3)和N极线路(2-2)的引脚外接供电发光。
7.根据权利要求1所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列,其特征在于,所述N极线路为行电极,P极线路为列电极;或者,所述P极线路为行电极,N极线路为列电极。
8.一种基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列的制作方法,其特征在于,包括:
S1、制作权利要求1所述的Micro LED阵列芯片;
S2、制作权利要求1所述支撑电路板;
S3、采用倒装键合的方式实现Micro LED阵列芯片与支撑电路板的连接。
9.根据权利要求8所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列的制作方法,其特征在于,制作Micro LED阵列芯片的过程包括:
S101、在所述衬底(1)上表面一侧生长缓冲层(2);
S102、在所述缓冲层(2)上表面生长共N极高掺杂GaN层(3);
S103、在共N极高掺杂GaN层(3)上生长N型GaN导电层(4);
S104、在N型GaN导电层(4)生长GaN/InGaN多量子阱有源区(5);
S105、在GaN/InGaN多量子阱有源区(5)上表面生长P型GaN导电层(6);
S106、光刻定义Micro LED阵列区域后,刻蚀外延芯片至N极高掺杂GaN层(3),形成Micro LED阵列;
S107、光刻定义Micro LED阵列区域对应的衬底(1)下表面二次发光材料层区域,干法刻蚀后形成二次发光材料层(10)的填充槽;
S108、光刻定义Micro LED阵列P电极区域,制作Micro LED金属P电极(7);
S109、光刻定义Micro LED阵列N电极区域,制作Micro LED金属N电极(8);
S110、Micro LED阵列表面填充绝缘层(9);
S111、衬底(1)下表面填充槽填充(RGB)红绿蓝二次发光材料;
S112、衬底(1)下表面沉积介质保护层;
S113、Micro LED阵列芯片单元划片、裂片,完成Micro LED阵列芯片制作。
10.根据权利要求8所述的基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列的制作方法,其特征在于,制作支撑电路板的过程包括:
S201、在基板(2-1)表面制作金属粘附层和金属连接层,构成支撑电路板金属层;
S202、在金属层表面光刻N极线路(2-2)和P极线路(2-3)图形,电极图形设计尺寸和位置分别与Micro LED阵列芯片中N电极点(8)、P电极点(7)对应;
S203、通过干法刻蚀或湿法腐蚀制作得到N极线路(2-2)和P极线路(2-3);
采用倒装键合的方式实现Micro LED阵列芯片与支撑电路板的连接工艺为:
S301、将Micro LED阵列芯片上表面向下,将其N电极点(8)、P电极点(7)与支撑电路板N极线路(2-2)和P极线路(2-3)对准;
S302、对Micro LED阵列芯片和支撑电路板加热、加压力,完成Micro LED阵列芯片P电极、N电极与支撑电路板N极线路(2-2)、P极线路(2-3)的焊接互联;
S303、支撑电路板通过外接引脚对Micro LED阵列芯片供电和控制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311047113.2A CN117038699A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311047113.2A CN117038699A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117038699A true CN117038699A (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=88633386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311047113.2A Pending CN117038699A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117038699A (zh) |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202311047113.2A patent/CN117038699A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106876406B (zh) | 基于iii-v族氮化物半导体的led全彩显示器件结构及制备方法 | |
US9306117B2 (en) | Transfer-bonding method for light emitting devices | |
US20160104695A1 (en) | Transfer-bonding method for the light emitting device and light emitting device array | |
CN110676282B (zh) | 一种无电学接触的全彩化μLED微显示器件及其制造方法 | |
CN108281456A (zh) | Micro-LED器件结构及制作方法 | |
US20230109132A1 (en) | Display panel and manufacturing method thereof | |
CN106935151B (zh) | 晶圆级的微米-纳米级半导体led显示屏及其制备方法 | |
CN111048497B (zh) | 一种有源矩阵彩色显示器件的制造方法 | |
CN110034212A (zh) | 垂直结构条形Micro-LED的制备方法及转印方法 | |
CN109478547A (zh) | 显示装置 | |
WO2023071910A1 (zh) | Micro-LED芯片结构及其制作方法 | |
KR102078643B1 (ko) | 원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 | |
CN108352423A (zh) | 半导体器件 | |
US8044416B2 (en) | Method for fabricating high-power light-emitting diode arrays | |
CN114843317A (zh) | 一种无机-有机led混合彩色显示器件及其制备方法 | |
CN110880522A (zh) | 基于极性面和非极性面生长的微型led集成全色显示芯片及其制备方法 | |
KR102073572B1 (ko) | 디스플레이 장치 및 그의 제조 방법 | |
CN215342604U (zh) | Led芯片结构及显示模组 | |
CN116314162A (zh) | 垂直结构全彩Micro-LED芯片及其制备方法 | |
CN117038699A (zh) | 基于GaN的倒装共N极全彩微显示阵列及制作方法 | |
CN215815879U (zh) | Led芯片结构、显示模组及电子设备 | |
CN112289899B (zh) | Micro LED晶圆结构及其制备方法 | |
CN210092086U (zh) | 一种半导体发光器件 | |
CN111048496B (zh) | 倒装led红光器件结构及其制备方法 | |
CN113270441B (zh) | Led芯片结构及其制备方法、显示模组以及电子设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |