一种Micro-LED芯片结构及其制备方法与流程

本发明属于led半导体的，具体地涉及一种micro-led芯片结构及其制备方法。

背景技术：

1、micro-led是一种将led结构微小化和矩阵化，对每一个像素点单独驱动和定址控制的显示技术。由于micro-led技术的亮度、寿命、对比度、反应时间、能耗、可视角度和分辨率等各种指标均优于lcd和oled技术，被视为能超越oled及传统led的新一代显示技术。但随着led芯片尺寸的降低，芯片间发光强度、发光效率的差异越来越明显。被动驱动电路由于其自身信号易串扰的缺点，已经不能满足这类高品质显示屏幕的需要。因此，采用主动寻址驱动对实现高品质micro-led显示技术是极其必要的。

2、目前，基于主动寻址驱动电路的micro-led芯片通常是基于pob技术，即通过巨量转移将micro-led芯粒转移到驱动电路板上。然而，当前巨量转移技术还存在种种缺陷（诸如：巨量转移对机台精度要求高、芯片转移效率低、转移良率不达标、制造成本高、芯片修复难度大等），这种制备方案不仅良率低，制造成本还格外高昂，并不能应用于大规模量产。

3、因此，如何提供一种能有效降低制造成本，且适用于大规模量产的主动寻址驱动的micro-led显示技术方案，显得尤为重要。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种micro-led芯片结构及其制备方法，通过将具有驱动晶体管及电容的有源寻址驱动电路与led发光芯片同时在gan基外延片上制备出来，适用于大规模量产；并且极大简化制备流程以有效降低制造成本。

2、第一方面，本发明提供一种micro-led芯片结构，包括若干阵列分布的micro-led芯片，所述micro-led芯片包括衬底、micro-led主体和有源寻址驱动电路，所述micro-led主体包括自下而上依次沉积在所述衬底上的si掺杂n型gan层、多量子阱层、mg掺杂p型gan层；所述micro-led主体为具有一个台阶面的台阶结构，所述台阶面为所述si掺杂n型gan层的上表面；所述micro-led主体还包括经第一绝缘层间隔开且分别连接于所述si掺杂n型gan层及所述mg掺杂p型gan层的第一金属层；

3、所述有源寻址驱动电路包括均设置于所述衬底上的第一晶体管、第二晶体管和电容，所述micro-led主体、所述第一晶体管及所述第二晶体管依序分布于所述衬底上；通过所述第一晶体管控制所述micro-led主体的像素电路启闭，所述第二晶体管与电源连通并在特定脉冲时间段为所述micro-led主体提供稳定电流，以及用于存储信号的所述电容在脉冲结束后为所述micro-led主体提供稳定电流，以使有源寻址驱动所述micro-led主体。

4、相比现有技术，本发明的有益效果为：该micro-led芯片结构在gan基外延片上制备出micro-led主体的发光阵列的同时，且在晶圆上原位制备双晶体管及单电容结构的有源寻址驱动电路，实现有源寻址驱动所述micro-led主体的发光阵列的基础上，极大简化了制备流程并降低成本；并配合量子点技术可以实现全彩micro-led显示。

5、较佳地，所述第一晶体管及所述第二晶体管均包括自下而上依次沉积在所述衬底上的所述si掺杂n型gan层、所述多量子阱层、所述mg掺杂p型gan层；所述第一晶体管还包括采用si离子注入方式部分处理所述mg掺杂p型gan层形成的重掺杂p型gan层、经所述第一绝缘层间隔开且分别连接于与其对应设置的重掺杂p型gan层的第一金属层，以及与未采用si离子注入方式处理的部分所述mg掺杂p型gan层对应设置的第二金属层；所述第一金属层及所述第二金属层之间通过第二绝缘层层置分离。

6、较佳地，所述电容包括自下而上依次层置在所述衬底上的所述第一绝缘层、所述第一金属层、所述第二绝缘层、所述第二金属层。

7、较佳地，所述micro-led主体的上表面沉积所述第二绝缘层，以使所述micro-led主体被完全覆盖。

8、较佳地，所述第一金属层及所述第二金属层的材质均为cr、al、pt、au中的至少一种金属。

9、较佳地，所述第一绝缘层及所述第二绝缘层的材质均为sio2或al2o3，且两者厚度均为100nm～400nm。

10、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的micro-led芯片结构的制备方法，所述制备方法包括：

11、s1、提供生长在衬底上的gan基外延片，其中所述gan基外延片包括自下而上依次沉积在所述衬底上的si掺杂n型gan层、多量子阱层、mg掺杂p型gan层；

12、s2、将s1得到的所述gan基外延片进行图像化处理，采用icp针对图形化处理后的gan基外延片进行深刻蚀直至暴露出所述衬底，以使将所述gan基外延片分隔呈具有阵列分布的相互独立的若干micro-led主体；且每一所述micro-led主体具有三种岛状凸台结构；

13、s3、将s2得到的每一所述micro-led主体进行图形化处理，从每一所述micro-led主体的其一岛状凸台结构中的部分mg掺杂p型gan层开始刻蚀直至暴露出所述si掺杂n型gan层，形成一台阶面，其中所述台阶面为部分所述si掺杂n型gan层的上表面；

14、s4、将s3得到的每一所述micro-led主体进行图形化处理，针对每一所述micro-led主体的剩余两岛状凸台结构中的部分mg掺杂p型gan层采用si离子注入方式处理形成重掺杂p型gan层；

15、s5、在经s3及s4处理后的每一所述micro-led主体的三种岛状凸台结构上依次沉积第一绝缘层、第一金属层、第二绝缘层及第二金属层，以使在经s3处理后的其一岛状凸台结构所对应区域形成所述micro-led芯片，在经s4处理后的剩余两岛状凸台结构所对应区域形成所述第一晶体管及所述第二晶体管，以及在经s4处理后的剩余两岛状凸台结构之间所对应区域形成所述电容，得到若干阵列分布的所述micro-led芯片。

16、相比现有技术，本发明的有益效果为：通过在gan基外延片上制备出micro-led主体的发光阵列的同时，且在晶圆上原位制备双晶体管及单电容结构的有源寻址驱动电路，实现有源寻址驱动所述micro-led主体的发光阵列，相较于其他需要在gan基外延片上额外蒸镀多层薄膜来制备晶体管的现有技术方案，无需对数目庞大的micro-led进行转移，极大简化了制备流程并降低成本。并配合量子点技术可以实现全彩micro-led显示且有利于保证结构完整。

17、较佳地，所述第一晶体管及所述第二晶体管均包括自下而上依次沉积在所述衬底上的所述si掺杂n型gan层、所述多量子阱层、所述mg掺杂p型gan层、采用si离子注入方式部分处理所述mg掺杂p型gan层形成的重掺杂p型gan层、第一绝缘层、第一金属层、第二绝缘层以及第二金属层；其中，所述第一金属层经所述第一绝缘层间隔开且分别连接于对应设置的重掺杂p型gan层，所述第二金属层与未采用si离子注入方式处理的部分所述mg掺杂p型gan层对应设置，且所述第一金属层及所述第二金属层之间通过所述第二绝缘层层置分离。

18、较佳地，所述电容包括自下而上依次层置在所述衬底上的所述第一绝缘层、所述第一金属层、所述第二绝缘层、所述第二金属层。

19、较佳地，所述第一绝缘层及所述第二绝缘层采用sio2或al2o3材质通过ald表面蒸镀方式沉积形成；所述第一金属层及所述第二金属层采用cr、al、pt、au中的至少一种金属通过电子束蒸发方式沉积而成。