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CN106356379A - GaN基微显示芯片结构及制作方法 - Google Patents

GaN基微显示芯片结构及制作方法 Download PDF

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CN106356379A CN201610969915.2A CN201610969915A CN106356379A CN 106356379 A CN106356379 A CN 106356379A CN 201610969915 A CN201610969915 A CN 201610969915A CN 106356379 A CN106356379 A CN 106356379A
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黄慧诗
张秀敏
吴永胜
周锋
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Jiangsu Xinguanglian Semiconductors Co Ltd
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Jiangsu Xinguanglian Semiconductors Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种GaN基微显示芯片结构及制作方法，包括透明的衬底，在衬底上沉积N‑GaN层，在N‑GaN层表面设置若干呈阵列分布的像素显示单元；其特征是：每一像素单元包括依次设置在N‑GaN层表面的量子阱、P‑GaN层，在P‑GaN层表面设置ITO透明导电层和反射层，在像素单元的反射层上设置共晶焊阳极；所述每个像素单元的周侧由凹槽相隔离，在每个像素单元的周侧包覆绝缘隔离层；在所述像素单元的阵列外围设置共晶焊阴极，共晶焊阴极与N‑GaN层接触。所述凹槽延伸至N‑GaN层中，凹槽的深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm。本发明提高了LED阵列像素开口率，使显示精度达到5000PPI以上。

Description

GaN基微显示芯片结构及制作方法
技术领域
本发明涉及一种GaN基微显示芯片结构及制作方法，属于半导体技术领域。
背景技术
微显示技术具有移动性和便携性的优点，是未来数字媒体和文化展示的重要平台，目前常见的微型显示器有硅基液晶显示（LCoS：Liquid Crystal On Silicon）、有机电致发光（OLED：Organic Light-Emitting Diode）、数字微镜显示（DMD：DigitalMicromirror Devices）等几种。DMD制造技术本身有难度，成本也很高，核心技术主要掌握在德州仪器公司手中。OLED是近年来新兴的显示技术，被期待可以取代液晶技术，不过因为寿命短，工艺难度高，成品率低等，一直迟迟未能达到预期；并且关键设备以及整套设备的系统化技术等大都掌握在日本、韩国和欧洲企业手中。在现有的微显示技术中，LCoS和DMD技术中的显示屏均不发光，而是采用反射外置光源来实现高亮度的投影显示，因此LCoS和DMD的外置光源利用效率低、较难实现高亮度、微型化的投影显示。基于硅片驱动的OLED显示技术属于自发光显示技术，因此具有光学系统简单，微型化的优势。但是由于目前OLED显示技术使用有机发光材料，仍然存在发光效率低，显示亮度低，器件使用寿命短等问题。
随着GaN基LED技术的发展，内外量子效率、晶圆尺寸、良品率、可靠性和设备技术的发展突飞猛进，直接应用LED单元作为显示像素成为可能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种GaN基微显示芯片结构及制作方法，提高了LED阵列像素开口率，使显示精度达到5000PPI以上。
按照本发明提供的技术方案，所述GaN基微显示芯片结构，包括透明的衬底，在衬底上沉积N-GaN层，在N-GaN层表面设置若干呈阵列分布的像素显示单元；其特征是：每一像素单元包括依次设置在N-GaN层表面的量子阱、P-GaN层，在P-GaN层表面设置ITO透明导电层和反射层，在像素单元的反射层上设置共晶焊阳极；所述每个像素单元的周侧由凹槽相隔离，在每个像素单元的周侧包覆绝缘隔离层；在所述像素单元的阵列外围设置共晶焊阴极，共晶焊阴极与N-GaN层接触。
进一步的，所述衬底采用蓝宝石衬底。
进一步的，所述凹槽延伸至N-GaN层中，凹槽的深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm。
进一步的，所述共晶焊阴极设置于像素单元阵列外围的凸台上，凸台的结构在剖面上与像素单元的结构相同。
所述GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）在衬底上依次生长N-GaN层、量子阱和P-GaN层，形成LED的外延结构；
（2）在步骤（1）生长的外延层上刻蚀凹槽，形成阵列分布的台阶，凹槽由P-GaN层延伸至N-GaN层内；
（3）在步骤（2）得到的台阶表面制作ITO透明导电层；
（4）在步骤（3）得到的ITO透明导电层表面制作反射层；
（5）在步骤（4）处理后的晶圆表面制作绝缘隔离层，再将绝缘隔离层上电流通孔区域进行腐蚀，以露出共晶焊阳极与反射层的接触孔、以及共晶焊阴极与N-GaN层的接触孔；
（6）再在步骤（5）得到的共晶焊阳极与反射层的接触孔处制作共晶焊阳极，在共晶焊阴极与N-GaN层的接触孔处制作共晶焊阴极；
（7）经减薄、研磨处理后将晶圆切割，形成独立的器件单元。
进一步的，所述步骤（2）中，凹槽的刻蚀深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm。
进一步的，所述反射层的材料为Al、Ag或Pt，反射层的厚度为100~500nm。
进一步的，所述绝缘隔离层的材料为SiO2或Si3N4，绝缘隔离层的厚度为100~2000nm。
进一步的，所述共晶焊阴极和共晶焊阳极的金属层依次为Al/Pt/Au/Sn或者Al/Pt/Au/ In，其中Sn或In层的厚度不低于2μm。
进一步的，所述步骤（7）中，晶圆经减薄后厚度为100~200μm。
本发明所述GaN基微显示芯片结构及制作方法，采用共阴极驱动LED阵列，并利用光刻胶和SiO2双层掩膜技术实现超窄隔离槽的制作，LED像素开口率提升20%，显示精度达到5000PPI以上，实现真正意义上的微显示芯片结构。
附图说明
图1为本发明所述GaN基微显示芯片结构的俯视图。
图2为本发明所述GaN基微显示芯片结构的剖视图。
图3为640×480阵列的微显示芯片的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1～图2所示：所述GaN基微显示芯片结构包括共晶焊阴极1、共晶焊阳极2、绝缘隔离层3、反射层4、ITO透明导电层5、P-GaN层6、量子阱7、N-GaN层8、蓝宝石衬底9、像素显示单元10等。
如图1、图2所示，本发明所述GaN基微显示芯片结构，包括蓝宝石衬底9，在蓝宝石衬底9上沉积N-GaN层8，在N-GaN层8表面设置若干呈阵列分布的像素显示单元10，在本实施方式中，像素显示单元10的采用8×8阵列。
如图2所示，每一像素单元10包括依次设置在N-GaN层8表面的量子阱7、P-GaN层6，在P-GaN层6表面设置ITO透明导电层5和反射层4，在像素单元10的反射层4上设置共晶焊阳极2；所述每个像素单元的周侧由凹槽相隔离，在每个像素单元的周侧包覆绝缘隔离层3，凹槽延伸至N-GaN层8中，凹槽的深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm；在所述像素单元10的阵列外围的凸台上设置共晶焊阴极1，共晶焊阴极1与N-GaN层8接触。
如图2所示，所述像素单元10阵列外围的凸台结构在剖面上与像素单元10的结构相同，保证晶圆的高度一致，以便于制作工艺的施行。
所述GaN基微显示芯片结构的制作方法，包括以下步骤：
（1）利用MOCVD设备在蓝宝石衬底9上依次生长N-GaN层8、量子阱7和P-GaN层6，完整LED外延结构；采用现有常规工艺，通过改变量子阱6生长过程中温度和In、Al组分可以改变发光波长，以得到相应颜色的芯片；
（2）利用正性光刻胶和SiO2双层掩膜技术，制作掩膜图形，通过ICP刻蚀技术，在步骤（1）生长的外延层上刻蚀凹槽，形成阵列分布的台阶，凹槽延伸至N-GaN层8内，凹槽的刻蚀深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm；
（3）利用电子束蒸发或磁控溅射技术，在步骤（2）得到的台阶表面制作ITO透明导电层5；再通过正性光刻胶掩膜技术，并通过湿法腐蚀，完成ITO透明导电层5的图形制作；
（4）利用负性光刻胶掩膜技术，制作反射层4的开口图形，并通过电子束蒸镀或磁控溅射技术，制作反射层4，一般反射层材料为：Al、Ag、Pt等高反射率金属材料，反射层厚度：100~500nm；
（5）利用PECVD或者磁控溅射技术制备绝缘隔离层3，绝缘隔离层3的材料一般为SiO2或Si3N4，绝缘隔离层3的厚度为100~2000nm；再利用正性光刻胶掩膜技术，完成电流通孔区域的腐蚀，暴露共晶焊阴极1和共晶焊阳极2处的反射层4；
（6）利用负性光刻胶掩膜技术，制作共晶焊阴极1和共晶焊阳极2的开口图形，在开口图形处通过电子束蒸发设备和热阻蒸发设备制作共晶焊阴极1和共晶焊阳极2，共晶焊阴极1和共晶焊阳极2的金属层依次为Al/Pt/Au/Sn或者Al/Pt/Au/ In，其中Sn或In层的厚度不低于2μm，共晶焊盘电极用于与驱动IC电极连接；
（7）利用减薄、研磨设备将晶圆减薄到100~200μm；
（8）利用激光技术将晶圆上的器件进行切割，并利用裂片技术将芯片分离，形成独立的器件单元。
如图3所示，为640×480阵列的微显示芯片的示意图。图3所示的微显示芯片结构像素大小为16×9μm，精度达到5200PPI，隔离槽宽度为1.8um，中心像素与边缘像素电压差≤0.025V。

Claims (10)

1.一种GaN基微显示芯片结构，包括透明的衬底，在衬底上沉积N-GaN层（8），在N-GaN层（8）表面设置若干呈阵列分布的像素显示单元（10）；其特征是：每一像素单元（10）包括依次设置在N-GaN层（8）表面的量子阱（7）、P-GaN层（6），在P-GaN层（6）表面设置ITO透明导电层（5）和反射层（4），在像素单元（10）的反射层（4）上设置共晶焊阳极（2）；所述每个像素单元的周侧由凹槽相隔离，在每个像素单元的周侧包覆绝缘隔离层（3）；在所述像素单元（10）的阵列外围设置共晶焊阴极（1），共晶焊阴极（1）与N-GaN层（8）接触。
2.如权利要求1所述的GaN基微显示芯片结构，其特征是：所述衬底采用蓝宝石衬底。
3.如权利要求1所述的GaN基微显示芯片结构，其特征是：所述凹槽延伸至N-GaN层（8）中，凹槽的深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm。
4.如权利要求1所述的GaN基微显示芯片结构，其特征是：所述共晶焊阴极（1）设置于像素单元（10）阵列外围的凸台上，凸台的结构在剖面上与像素单元（10）的结构相同。
5.一种GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）在衬底上依次生长N-GaN层（8）、量子阱（7）和P-GaN层（6），形成LED的外延结构；
（2）在步骤（1）生长的外延层上刻蚀凹槽，形成阵列分布的台阶，凹槽由P-GaN层（6）延伸至N-GaN层（8）内；
（3）在步骤（2）得到的台阶表面制作ITO透明导电层（5）；
（4）在步骤（3）得到的ITO透明导电层（5）表面制作反射层（4）；
（5）在步骤（4）处理后的晶圆表面制作绝缘隔离层（3），再将绝缘隔离层（3）上电流通孔区域进行腐蚀，以露出共晶焊阳极（2）与反射层（4）的接触孔、以及共晶焊阴极（1）与N-GaN层（8）的接触孔；
（6）再在步骤（5）得到的共晶焊阳极（2）与反射层（4）的接触孔处制作共晶焊阳极（2），在共晶焊阴极（1）与N-GaN层（8）的接触孔处制作共晶焊阴极（1）；
（7）经减薄、研磨处理后将晶圆切割，形成独立的器件单元。
6.如权利要求5所述的GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是：所述步骤（2）中，凹槽的刻蚀深度为1~1.5μm，凹槽的宽度为2~10μm。
7.如权利要求5所述的GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是：所述反射层（4）的材料为Al、Ag或Pt，反射层（4）的厚度为100~500nm。
8.如权利要求5所述的GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是：所述绝缘隔离层（3）的材料为SiO2或Si3N4，绝缘隔离层（3）的厚度为100~2000nm。
9.如权利要求5所述的GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是：所述共晶焊阴极（1）和共晶焊阳极（2）的金属层依次为Al/Pt/Au/Sn或者Al/Pt/Au/ In，其中Sn或In层的厚度不低于2μm。
10.如权利要求5所述的GaN基微显示芯片结构的制作方法，其特征是：所述步骤（7）中，晶圆经减薄后厚度为100~200μm。
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