[发明专利]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

权利要求书

1.一种基于极性面和非极性面生长的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于：包括衬底、位于衬底上的图形化的n型氮化镓层、在n型氮化镓层的极性面外延获得的绿光微型LED发光单元、在n型氮化镓层非极性面外延获得的蓝光微型LED发光单元和位于蓝光微型LED发光单元内的使用红光波长转换材料得到的红光微型LED发光单元；

每个像素单元包含一个绿光微型LED发光单元和两个蓝光微型LED发光单元，通过使用红光波长转换材料将其中一个蓝光微型LED发光单元转换为红光微型LED发光单元；

微型LED在图形化的n型氮化镓层的极性面和非极性面同时生长In_xGa_1-xN/GaN多量子阱有源层；所述极性面上生长的In_xGa_1-xN/GaN多量子阱有源层为1-20个周期，其阱层和垒层的厚度分别为2-8纳米和10-20纳米，x值为0.15-0.35；所述非极性面上生长的In_xGa_1-xN/GaN多量子阱有源层为1-20个周期，其阱层和垒层的厚度分别为1-5纳米和10-20纳米，x值为0.15-0.35；在n型氮化镓层的极性面上生长的多量子阱有源层发绿光，作为绿光微型LED发光单元，在n型氮化镓层的非极性面上生长的多量子阱有源层发蓝光，作为蓝光微型LED发光单元。

2.如权利要求1所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述微型LED的外延片生长衬底为蓝宝石衬底，或者硅衬底，或者碳化硅衬底，或者同质氮化镓衬底。

3.如权利要求1所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述n型氮化镓层进行图形化处理，形成微米凹槽。

4.如权利要求3所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述微米凹槽的深度为500-2500纳米，长度为5-50微米，宽度为0.5-10微米，间距为20-200微米。

5.如权利要求1所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述红光波长转换材料包含量子点或钙钛矿在内的红光波长转换材料。

6.如权利要求1所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述红光波长转换材料，使用包括蒸镀法或喷墨打印法在内的填充方法，填充于每个像素单元中的一个蓝光微型LED发光单元中，将蓝光转换为红光，得到红光微型LED发光单元。

7.如权利要求6所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述的红光微型LED发光单元，是通过蓝光微型LED发光单元对红光量子点进行泵浦，使红光量子点发出红光。

8.如权利要求1所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述像素单元中的微型LED发光单元其尺寸为1-100微米，间距为5-100微米。

9.如权利要求1所述的微型LED集成全色显示芯片，其特征在于，所述微型LED集成全色显示芯片通过在n型氮化镓层的极性面和非极性面同时生长InGa₁N/GaN多量子阱有源层以及使用红光波长转换材料，提供绿光、蓝光、红光微型LED发光单元，从而在同一晶圆上得到红绿蓝RGB模块，集成RGB像素单元，并将该结构倒装结合至集成电路控制板，实现全色显示。

10.基于极性面和非极性面生长的微型LED集成全色显示芯片制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)在衬底表面生长n型氮化镓层；

(2)对n型氮化镓层进行图形化处理，形成微米凹槽；

(3)在n型氮化镓层的极性面和非极性面上同时生长InGaN/GaN多量子阱有源层，得到绿光和蓝光发光单元；

(4)在多量子阱有源层上生长p型氮化镓层；

(5)在每个像素单元中的一个蓝光发光单元凹槽中填充红光波长转换材料；

(6)将绿光、蓝光、红光三个发光单元隔离；

(7)刻蚀微型LED台面；

(8)沉积绝缘层，在制备电极处刻蚀开孔；

(9)沉积n型电极和p型电极，并退火形成欧姆接触；

(10)将像素单元倒装结合至集成电路控制板。