[发明专利]多色堆叠台阶式背出光Micro-LED显示器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多色堆叠台阶式背出光Micro‑LED显示器件，其结构包括：一蓝光LED外延片；若干组发出不同颜色光的InGaN多量子阱结构；在每个多量子阱上下均形成p‑n结；所述Micro‑LED显示器件刻蚀成台阶结构，每级台阶发出不同颜色的光，在每级台阶上形成n/p型GaN电极接触层，使得上下相邻两组多量子阱共用一个n/p型GaN电极接触层，并键合驱动电路，使得驱动电路实现对每级台阶的单独控制。本发明选择在MOCVD生长的蓝光LED外延片上用MBE二次外延绿光和红光多量子阱结构，可以在不破坏已有蓝光LED结构的情况下，实现RGB三色发光。MBE生长的p型层也不需要高温退火激活处理。

技术领域

本发明涉及一种多色堆叠台阶式背出光Micro-LED显示器件及其制备方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

现在传统的白光LED是依靠GaN基LED发光，去激发绿光和红光的荧光粉发光，从而构成RGB三原色发光，结合形成白光。这种传统的方式在能量交换过程中存在损失，绿光和红光的发光效率低下。专利CN108878469A提出了基于Ⅲ族氮化物半导体/量子点的混合型RGB为微米孔LED阵列器件。但是和之前白光LED同样的问题，依然是依靠量子点进行二次辐射发光，发光效率低下。并且这种方案工艺复杂，量子点或者荧光粉不能精准定位。并且荧光粉多由稀土材料制备而成，其对于国防军工的意义重大。将大量的荧光粉用于民用LED，将会是对国家战略资源的一种损害。

又有科研人员提出多个LED并行发光的方案来取代上述依靠荧光粉或者量子点二次激发辐射的全色发光。专利CN107833878B是采用RGB三种LED发光单元按照一定的排列方式进行组合实现三色发光。这种方案也可以通过控制每组单元的亮灭来显示色彩丰富、饱和度高、显示频率高的动态图像，是Micro-LED显示很好的解决方案。但是这种多单元排列的方式，工艺复杂、生产效率低，作为三色LED发光不具有很好的经济效益。

目前，商用的蓝光LED大多是由MOCVD生长的。MOCVD生长的特点就在高温高气流量。因为在MOCVD系统中，低温环境下，氨气的活化程度较低，氮化物难以有效生长，晶体质量难以得到保证。同时又有科研人员研究指出，生长温度约高，InGaN中的In组分就越低。低In组分的InGaN多量子阱发光波长较短，无法实现更长波长例如黄光、红光发光。所以想要实现RGB三色发光，高In组分InGaN多量子阱必须解决。不同于MOCVD生长系统，MBE是在超高真空条件下，利用电离的N原子和高温蒸出的金属原子在衬底表面进行结合成键，是一种物理反应。所以相比于MOCVD，MBE生长氮化物所需的温度不需要太高，更容易实现高In组分的InGaN多量子阱生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多色堆叠台阶式背出光Micro-LED显示器件。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种多色堆叠台阶式背出光Micro-LED显示器件，其结构自下而上依次包括：

一蓝光LED外延片；

若干组发出不同颜色光的InGaN多量子阱结构；

其特征在于：在蓝光LED外延片与InGaN多量子阱结构之间、InGaN多量子阱结构之间，以及最上层的InGaN多量子阱结构上均存在有器件p型GaN层和/或器件n型GaN层，保证多量子阱结构上下均存在一n型GaN层、一p型GaN层实现电子和空穴的注入；

所述Micro-LED显示器件刻蚀成台阶结构，蓝光LED外延片的n型GaN层为第一级台阶，蓝光LED外延片为第二级台阶，其上的每一组InGaN/GaN多量子阱结构均依次形成一级台阶，从第二级台阶开始，每级台阶发出不同颜色的光，在每级台阶上形成n/p型GaN电子/空穴注入层，使得上下相邻两组多量子阱共用一个n/p型GaN电子/空穴注入层，并键合驱动电路，使得驱动电路实现对每级台阶的单独发光控制。