[发明专利]一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列制备方法

权利要求书

1.一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，全色堆栈式外延的Micro-LED阵列包括一导电衬底、堆栈式外延的红、蓝、绿三色发光单元、微隔离结构、p侧电极引线区、电流注入区；所述微隔离结构，是一种利用沉积、掩膜、刻蚀技术在所述导电衬底上制备的SiO₂或者SiNx栅格状结构，栅格中裸露出所述导电衬底，作为发光单元的外延区域；在每一个外延区域沉积一个堆栈式红、蓝、绿三色发光单元，以三列为一周期，每一列的堆栈式红、蓝、绿三色发光单元结构一致，堆栈式红、蓝、绿三色发光单元外延结构自下而上包括AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区、InGaN/GaN绿光多量子阱发光区、GaN保护层、GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的布拉格光栅(DBR)、n型AlGaInP下限制层、红光AlGaInP/AlGaInP多量子阱发光区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；然后在第一列所有发光单元表面覆盖红光窄带滤光片，只让红光波段光谱通过，从而形成红光发光单元；利用掩膜和湿法刻蚀技术，将第二列所有发光单元刻蚀到InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，从而形成蓝光发光单元；利用掩膜和湿法刻蚀技术，将第三列所有发光单元刻蚀到InGaN/GaN绿光多量子阱发光区后再依次重新生长p型AlGaN上限制层和p型GaN接触层，再在表面制备蓝光光学屏蔽层以滤除蓝光波段光谱，而让绿光波段光谱通过，从而形成绿光发光单元；采用电子束蒸镀技术在两列发光单元之间的区域表面制备金属铝(Al)，在金属Al表面沉积SiO₂钝化层，随后利用掩膜、刻蚀工艺制备出p侧电极引线区和电流注入区；其中p侧电极引线区位于每个发光单元右侧，电流注入区位于Micro-LED阵列最外侧。

2.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，SiO₂或者SiN_x栅格状微隔离结构的厚度为1μm～2μm。

3.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，该导电衬底是硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者砷化镓(GaAs)。

4.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，AlN缓冲层为高温AlN缓冲层，GaN缓冲层包括GaN高温缓冲层和GaN低温缓冲层；GaAs缓冲层包括GaAs低温缓冲层和GaAs高温缓冲层。

5.按照权利要求1所述的一种全色堆栈式外延的Micro-LED阵列的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)选取一种导电衬底；

(2)在所述导电衬底上，采用PECVD方法沉积SiO₂或者SiN_x薄膜；

(3)利用掩膜和干法ICP刻蚀方法，按照设定的发光单元尺寸和隔离结构尺寸大小，将导电衬底表面沉积的SiO₂或者SiN_x薄膜刻蚀成栅格状，栅格中的SiO₂或者SiN_x完全刻蚀掉，露出生长发光单元所需的所有外延区域；

(4)清洗导电衬底后，放入蓝绿光MOCVD机台中，在H₂环境下高温吹扫导电衬底表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始连续生长蓝、绿光发光单元的外延结构，依次为AlN缓冲层、GaN缓冲层、n型GaN包层、InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区、InGaN/GaN绿光多量子阱发光区、GaN保护层；

(5)从蓝绿MOCVD机台取出外延片，放入红光MOCVD机台中，在H₂环境下高温吹扫外延片表面，去掉表面吸附的水、氧，之后继续生长红光发光单元的外延结构，依次为GaAs缓冲层、n型AlGaAs/AlAs的布拉格光栅(DBR)、n型AlGaInP下限制层、红光AlGaInP/AlGaInP多量子阱发光区、p型AlGaInP上限制层、p型GaP电流扩展层；

(6)从红光MOCVD机台取出外延片，以每三列堆栈式红、蓝、绿发光单元为一个周期。在第一列和第三列发光单元表面沉积SiO₂钝化层，以保护其外延结构，再利用掩膜和湿法刻蚀方法，将第二列堆栈式红、蓝、绿发光单元刻蚀到InGaN/GaN蓝光多量子阱发光区；

(7)清洗外延片后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，在H₂环境下高温吹扫外延片表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始继续生长p型AlGaN上限制层、p型GaN欧姆接触层，从而形成蓝光发光单元；

(8)从蓝绿MOCVD机台取出外延片，在第二列蓝光发光单元表面沉积SiO₂钝化层，以保护其外延结构。再利用掩膜和湿法刻蚀方法，将第三列堆栈式红、蓝、绿发光单元刻蚀到绿光InGaN/GaN多量子阱发光区；

(9)清洗外延片后，重新放入蓝绿光MOCVD机台中，在H₂环境下高温吹扫外延片表面，去掉表面吸附的水、氧，之后开始继续生长p型AlGaN上限制层、p型GaN欧姆接触层；

(10)从蓝绿MOCVD机台取出外延片，利用掩膜和干法ICP刻蚀，去除外延片表面其他区域沉积的SiO₂钝化层；

(11)在每颗发光单元p侧表面利用电子束蒸镀技术制备ITO透明电极，作为p型欧姆接触电极，再利用湿法刻蚀去除栅格状隔离结构表面的ITO透明电极；

(12)在第一列堆栈式红、蓝、绿发光单元表面覆盖红光窄带滤光片，只让红光波段光谱通过，有效屏蔽蓝、绿光波段光谱，从而形成红光发光单元；

(13)在第三列堆栈式红、蓝、绿发光单元表面制备蓝光光学屏蔽层，只让绿光波段光谱通过，有效屏蔽蓝光波段光谱，从而形成绿光发光单元；

(14)利用电子束蒸镀方法在每列微隔离结构表面蒸镀一层金属铝(Al)，作为p侧导电层，再利用PECVD方法在金属铝(Al)上沉积一层SiO₂钝化层，利用掩膜和干法ICP刻蚀，露出p侧电极引线区以及电流注入区。