[發明專利]一種帶有單片集成驅動電路的μLED顯示芯片

有效

• 申請號: 202010535463.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111834388B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 孫捷;郭太良;吳朝興;黃忠航;張永愛;周雄圖;嚴群
• 申請（專利權）人: 福州大學;閩都創新實驗室
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L25/16;G09F9/33;G09G3/32
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種帶有單片集成驅動電路的μLED顯示芯片，其外延結構從下至上包括襯底、未摻雜緩沖層、第一、第二、第三摻雜半導體層、未摻雜發光層、第四摻雜半導體層。所述芯片的器件結構包括在上述材料上通過半導體工藝制備的各種圖形化結構，具體包括半導體臺面、沉積的絕緣層和透明電極、沉積的金屬接觸電極。芯片工作時，其μLED是發光單元；多個雙極型晶體管、多個電容組成的電路部分是驅動單元，它對發光單元進行一對一的控制。本發明的最大優點是將像素的發光單元和驅動單元直接集成，從而不需將發光單元一對一精準地轉移至驅動襯底上并鍵合，規避了一大技術瓶頸。本發明降低μLED顯示芯片的設計制造復雜度，提高了集成度、良率、可靠性。

技術領域

本發明涉及信息顯示器件設計制備領域，特別是一種帶有單片集成驅動電路的μLED顯示芯片。

背景技術

半導體發光二極管（LED）與其他主動發光的光源相比，具有壽命長、體積小、低功耗、高亮度、響應速度快諸多優點。近年來LED在生活中的應用越來越廣泛，除照明外，在顯示方面的優勢尤為突出。由其衍生出的微型發光二極管（μLED）具備以上所有優點并擁有超高清晰度、高色彩飽和度、更快的速度、更長的使用壽命和更高的工作效率特色，因此μLED作為下一代新型顯示技術核心技術的研究成為了當今一大熱點。

不過，目前μLED還沒有大規模產業化，其原因主要是因為其技術上還有一些挑戰，其中最主要的一個是μLED的巨量轉移。這是因為，μLED一般是用氮化鎵LED外延片制作的，而驅動電路則一般是由另一片互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路或薄膜晶體管（TFT）電路制成，因此，需要將數十萬、數百萬甚至更多個μLED顯示像素一對一地轉移到驅動襯底上，與它的驅動單元精確對準并鍵合，這就是巨量轉移技術。很顯然，它的技術成本非常大、難度非常高（要求成功率在99.9999%以上）。這是當前限制μLED實用化的最主要瓶頸之一，各個國家的學術界和產業界都在努力攻克這個難題，展開了激烈的國際競爭。因此，迫切需要開發、設計新型的μLED材料和器件結構以突破巨量轉移技術難關。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種帶有單片集成驅動電路的μLED顯示芯片，將它的驅動電路直接制備在氮化鎵LED外延片上，解決的巨量轉移的難題。

1、本發明采用以下方案實現：包括外延晶圓材料結構、集成器件結構和金屬電極層、透明電極層，所述集成器件結構制備于外延晶圓材料結構之上；所述外延晶圓材料結構包括：從下至上依次排列的襯底、位于所述襯底上的緩沖層，生長于所述緩沖層上的外延層，所述的外延層從下至上包括第一摻雜半導體層、第二摻雜半導體層、第三摻雜半導體層、發光層、第四摻雜半導體層；所述透明電極層生長在所述第四摻雜半導體層上；所述集成器件結構，包括在同一片襯底上單片集成的μLED像素結構及驅動電路，所述驅動電路與μLED像素結構實現片上互連；還包括沉積在半導體表面起絕緣作用的沉積絕緣層；所述金屬電極層包括從第一、第二、第三摻雜半導體層的不同位置引出的若干金屬接觸電極，以及從第四摻雜半導體層引出的透明接觸電極和在其上制備的金屬接觸電極，用以使所述集成器件結構與外電路連接以及集成器件結構內部互連。

進一步地，所述第一摻雜半導體層、第二摻雜半導體層、第三摻雜半導體層、第四摻雜半導體層分別為n型、p型、n型、p型；或者所述的第一摻雜半導體層、第二摻雜半導體層、第三摻雜半導體層、第四摻雜半導體層分別為p型、n型、p型、n型。

進一步地，所述第一摻雜半導體層、第二摻雜半導體層、第三摻雜半導體層、第四摻雜半導體層每層的厚度為單原子層至2?μm，其中第二摻雜半導體層也能夠采用特殊新型半導體，包括禁帶寬度為零的石墨烯，或其他兩維原子層材料。

進一步地，所述的第一至第四摻雜半導體層的構成材料包括GaN、GaAs、InP、SiC、ZnO、Si、ZnSe以及新型二維原子層材料；所述的發光層包括多量子阱有源層及用以提高載流子復合效率的附屬結構，包括空穴阻擋層或者電子阻擋層。