[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

说明书

本发明公开了一种基于极性面和非极性面生长的微型LED集成全色显示芯片及其制备方法，其器件结构包括：衬底，图形化的n型氮化镓层，多量子阱有源层，p型氮化镓层，绝缘层，n型电极和p型电极，红光波长转换材料。在图形化的n型氮化镓层的极性面和非极性面上同时外延多量子阱有源层，分别获得绿光和蓝光微型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，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。

技术领域

本发明属于半导体光电子技术领域，具体涉及一种基于极性面和非极性面生长的微型LED集成全色显示芯片及其制备方法。

背景技术

微型LED即将LED微小化，使其尺寸缩小至100微米以下。微型LED集低功耗、高亮度、高分辨率、高色彩饱和度、反应速度快、寿命较长、效率较高等优点于一身，在多个应用领域表现出良好的应用前景，如显示技术领域、光通信领域、光遗传学领域等，微型LED更是被广泛认为是显示技术领域的下一大趋势。对于显示应用而言，每一个微型LED可视为一个像素，可单独驱动点亮，当整个模组变小，像素点数大量增加，其亮度、画质、反应速度都能有更好的提升。

目前，将微型LED应用于全色显示仍然存在量产的问题，其原因主要是由于用于全色显示的微型LED设置复杂，需要将不同颜色的微型LED经多次转移，使其与电路基板键合，巨量转移难度大，此外，对于键合的精度要求高，导致产品良品率低，量产困难。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提供一种基于极性面和非极性面生长的微型LED集成全色显示芯片及其制备方法。

本发明的目标通过以下技术方案实现：

基于极性面和非极性面生长的微型LED集成全色显示芯片，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。

所述的微型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。

所述的n型氮化镓层进行图形化处理，形成微米凹槽。

所述的微米凹槽深度为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。

所述的微型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。

所述的红光波长转换材料包含量子点或钙钛矿或其它红光波长转换材料。

所述的量子点或钙钛矿或其它红光波长转换材料，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。