[发明专利]GaN基LED阵列微显示器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光器件的领域，涉及一种微型显示器件，具体涉及一种基于选择性区域外延生长技术的GaN基LED阵列微显示器件及其制作方法。

背景技术

三族氮化物GaN、AlN（禁带宽度6.2eV）、InN（禁带宽度0.7eV）及其组成的合金禁带宽度覆盖了从红外到可见光、紫外光的能量范围，因此在半导体发光器件的领域有着广泛的应用。近年来，随着电子产业的发展与工业技术的进步，基于三族氮化物的微型发光器件发展迅速，开拓了三族氮化物基发光器件的新应用领域。

目前，微显示器件已经凭借其独特的优势成为各国关注的热点。LED微显示器件具有许多独特的优点，如主动发光、超高亮度、长寿命、工作电压低、发光效率高、响应速度快、性能稳定可靠、工作温度范围宽等。传统的LED微显示器件是在LED外延片上采用自上至下的制备方法，通过电感耦合等离子体（ICP）刻蚀隔离并制备各个独立的微型LED芯片，然后将多个微型LED芯片进行引线和封装制备成阵列结构的LED微显示器件。受ICP刻蚀工艺的精度限制，此方法制作的显示器件的发光像元尺寸难以做小，因此分辨率受到一定限制，并不适应今后的小型化、清晰化的发展需要。另一方面，ICP刻蚀会导致微型LED芯片表面形成大量的晶格损伤，引入大量的漏电通道，影响了器件的发光效率。因此，将MOCVD的选择性区域外延生长技术与半导体工艺制备技术相结合应用在LED阵列微显示器件上具有广阔的产业前景。

发明内容

为解决基于现有技术制备出的LED微显示器件的漏电流问题和难以实现小尺寸发光像元的限制，本发明首先提出一种基于选择性区域外延生长技术的GaN基LED阵列微显示器件的制作方法，采用该方法能制造出超低漏电流和超低功耗的LED阵列微显示器件，且微显示器件显示像元尺度可以达到微米尺度。

本发明的又一目的是提出一种采用上述方法制作的GaN基LED阵列微显示器件。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于选择性区域外延生长技术的GaN基LED阵列微显示器件制作方法，包括下列步骤：

（A）在衬底上沉积介质掩蔽膜，通过湿法腐蚀的方法把介质掩蔽膜制备成条形排列的掩蔽膜；

（B）在上述带有条形排列的掩蔽膜的衬底上选择性区域外延生长条型结构n型GaN阵列；

（C）在条型结构n型GaN阵列上沉积介质掩蔽膜，通过湿法腐蚀的方法把沉积在条型结构n型GaN阵列上的介质掩蔽膜制备成带周期性排布开孔的掩蔽膜；

（D）在带周期性排布开孔的掩蔽膜的n型GaN阵列上选择性区域外延生长三维结构微型LED阵列；

（E）在三维结构微型LED阵列的p型GaN层表面，制备延伸方向垂直于条型结构n型GaN阵列的条形透明导电层，实现每一行的三维结构微型LED阵列的行互联；

（F）分别在条形透明导电层和条型结构n型GaN阵列末端制备正电极和负电极。

进一步的，所述条型结构n型GaN阵列是通过金属有机物化学气相沉积MOCVD选择性区域外延生长在衬底上的，其形貌结构是横截面为梯形的条形，而且条型结构n型GaN阵列的生长位置和条宽由带有条形排列的掩蔽膜的窗口区域位置和窗口宽度控制。

进一步的，所述条型结构n型GaN阵列的条宽为1~50 μm，而且其宽度须大于后续生长在其上面的三维结构微型LED。

进一步的，所述三维结构微型LED阵列是通过金属有机物化学气相沉积MOCVD选择性区域外延生长在条型结构n型GaN阵列上，其形貌为六边金字塔状或六边截棱锥状，材料结构从里到外依次为金字塔结构、InGaN/GaN多量子阱发光层和p型GaN层，而且三维结构微型LED阵列的生长位置和直径由带周期性排布开孔的掩蔽膜的窗口区域位置和窗口直径控制；材料结构中的金字塔结构能更换为六边截棱锥状n型GaN基底。

进一步的，所述三维结构微型LED阵列构成的单一显示像元直径大小为1~50μm，而且其直径须小于条型结构n型GaN阵列的条宽。

进一步的，所述条型结构n型GaN阵列和条形透明导电层互相垂直排布，分别将三维结构微型LED阵列的n型GaN基底和p型GaN层构成列互联和行互联，使每一行三维结构微型LED阵列得以共用一个正电极，每一列三维结构微型LED阵列得以共用一个负电极，以实现矩阵寻址。

进一步的，所述条形排列的掩蔽膜和带周期性排布开孔的掩蔽膜的材料为二氧化硅或者氮化硅，其沉积方法为等离子体增强化学气相沉积PECVD或磁控溅射，其厚度范围在10 nm-500 nm。