一种多波长MicroLED芯片及制备方法

本申请涉及半导体，特别涉及一种多波长microled芯片及制备方法。

背景技术：

1、传统的gan基microled芯片通常具有固定的外延层和多量子阱结构，这在很大程度上决定了单个microled芯片只能发出单色光。

2、想要实现全彩microled显示，目前有两种方法，一种是直接将红绿蓝三色microled芯片转印到同一基板上，另一种则是通过结合蓝光或紫外led芯片及纳米荧光粉或量子点材料进行色彩转换以实现全彩化。

3、但目前两种方法均存在不足。

4、使用红绿蓝三色microled芯片可能存在芯片发光效率不均一，需要巨量转移的芯片数量多且转移难度大等问题。

5、使用颜色转化材料容易存在光学串扰或稳定性较差且寿命短的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请实施例提供一种多波长microled芯片及制备方法。

2、第一方面，提供了一种多波长microled芯片，其包括：

3、衬底；

4、以及，设于所述衬底上的外延结构，所述外延结构包括若干个发光单元，所述发光单元包括朝远离所述衬底方向依次布置的第一gan层、ingan/gan多量子阱有源层、第二gan层、分布式布拉格反射镜和绝缘层，以及与第二gan层和第一gan层分别电连接的第一金属电极和第二金属电极；

5、其中，所述第一gan层的表面形成有凸起，以使ingan/gan多量子阱有源层呈起伏构造，所述起伏构造包括至少两个不同坡度以发出不同波长光的区域，每一所述区域均配置有一所述第一金属电极；

6、所述第一gan层和第二gan层中，一个为n型gan层，另一个为p型gan层。

7、一些实施例中，所述凸起为四棱柱，且四棱柱的底面为不等腰的梯形，所述起伏构造包括一个水平的区域和位于该区域两侧的两个倾斜的区域。

8、一些实施例中，所述ingan/gan多量子阱有源层各个区域的in掺入量随坡度增加而减少。

9、一些实施例中，所述第一gan层为n型gan层，第二gan层为p型gan层。

10、一些实施例中，所述衬底采用蓝宝石；

11、和/或，所述衬底的厚度为200μm；

12、和/或，所述第一gan层厚度为4μm；

13、和/或，所述第二gan层厚度为0.5μm；

14、和/或，所述ingan/gan多量子阱有源层的厚度为100nm；

15、和/或，所述第一金属电极和第二金属电极等间距地排列在一条直线上；

16、和/或，所述第一金属电极和第二金属电极的直径为12μm；

17、和/或，所述第一金属电极和第二金属电极由导电金属层形成，所述导电金属层包括依次设置的黏附层金属、功能层金属和覆盖金属层。

18、一些实施例中，所述分布式布拉格反射镜包括堆叠设置的第一中心波长反射镜和第二中心波长反射镜，第二中心波长反射镜位于第一中心波长反射镜与ingan/gan多量子阱有源层之间；

19、第一中心波长为所有区域所发出的光中，波长最大的光的波长；

20、第二中心波长为所有区域所发出的光中，波长最小的光的波长。

21、一些实施例中，所述第一中心波长反射镜和第二中心波长反射镜均由致密晶体ito层和多孔ito薄膜层交替排列形成。

22、一些实施例中，所述起伏构造包括一个用于发出550nm波长光的水平的区域，以及位于该区域两侧的两个分别用于发出450nm和460nm波长光的倾斜的区域；

23、第一中心波长为550nm，第二中心波长为450nm。

24、第二方面，提供了一种如上任一所述的多波长microled芯片的制备方法，其包括如下步骤：

25、在衬底上生长第一gan层；

26、对第一gan层进行图案化处理，以形成由凸起组成的阵列；

27、在第一gan层上继续外延生长ingan/gan多量子阱有源层；

28、在ingan/gan多量子阱有源层上继续生长第二gan层；

29、在第二gan层上沉积分布式布拉格反射镜；

30、在分布式布拉格反射镜上进行刻蚀，直至暴露出衬底以形成分隔各个发光单元的绝缘沟槽；

31、在分布式布拉格反射镜上进行刻蚀，直至暴露出第一gan层以形成第一通孔；

32、在分布式布拉格反射镜表面、绝缘沟槽和第一通孔中沉积绝缘层，并刻蚀掉第一通孔底部的绝缘层；

33、在绝缘层上进行刻蚀，直至暴露出分布式布拉格反射镜以形成第二通孔；

34、在绝缘层、第一通孔与第二通孔上蒸镀导电金属层；

35、在导电金属层上刻蚀以形成第一金属电极和第二金属电极。

36、一些实施例中，蒸镀完后，若导电金属层存在一部分位于绝缘沟槽中，并形成沟槽金属层，则剥离掉绝缘沟槽中的沟槽金属层。

37、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

38、本申请所设计的多波长microled芯片，在第一gan层上进行灰度光刻获得了凸起，以使得ingan/gan多量子阱有源层呈起伏构造，而该起伏构造包括至少两个不同坡度的区域，每个区域对应地发出一种波长光，不同坡度对应不同波长光，每一所述区域均配置有第一金属电极，由于不同坡度对应发出不同波长光，则一个发光单元可以实现多种不同波长的发光，而通过接通多个不同的发光单元还可以实现更多不同波长的发光。所设计的分布式布拉格反射镜有效增加了反射带宽，并提高了平均反射率。

39、可见，本申请仅通过单一外延生长工艺便实现了单个芯片上不同波长的发光，工艺简单且成本较低，同时避免了传统microled芯片在巨量转移工艺中易出现的转移率低、一致性差等问题。

技术特征：

1.一种多波长microled芯片，其特征在于，其包括：

2.如权利要求1所述的多波长microled芯片，其特征在于：

3.如权利要求1所述的多波长microled芯片，其特征在于：

4.如权利要求1所述的多波长microled芯片，其特征在于：

5.如权利要求1所述的多波长microled芯片，其特征在于：

6.如权利要求1所述的多波长microled芯片，其特征在于：

7.如权利要求6所述的多波长microled芯片，其特征在于：

8.如权利要求6所述的多波长microled芯片，其特征在于：

9.一种如权利要求1至8任一所述的多波长microled芯片的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的多波长mi croled芯片的制备方法，其特征在于：

技术总结
本申请涉及一种多波长M icroLED芯片及制备方法，其包括衬底，以及设于衬底上的外延结构，外延结构包括若干个发光单元，发光单元包括朝远离衬底方向依次布置的第一GaN层、I nGaN/GaN多量子阱有源层、第二GaN层、分布式布拉格反射镜和绝缘层，以及与第二GaN层和第一GaN层分别电连接的第一金属电极和第二金属电极；第一GaN层的表面形成有凸起，以使I nGaN/GaN多量子阱有源层呈起伏构造，起伏构造包括至少两个不同坡度以发出不同波长光的区域，每一区域均配置有一第一金属电极；第一GaN层和第二GaN层中，一个为n型GaN层，另一个为p型GaN层。本申请实现了单个芯片上不同波长的发光，工艺简单且成本较低，同时避免了传统MicroLED芯片在巨量转移工艺中易出现的转移率低、一致性差等问题。

技术研发人员：周圣军,宋嘉豪
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4