[發明專利]一種集成結構Micro-LED顯示器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011596113.4
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112701139B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 周圣軍;杜鵬;雷宇
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L21/77;H01L33/32;H01L33/46;H01L33/22
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 李艷景

本發明公開一種集成結構Micro?LED顯示器及其制備方法。包括Micro?LED芯片陣列，芯片包括p?Si襯底、Micro?LED主體、兩個晶體管和電容；Micro?LED主體為臺階結構，從下到上包括：鍵合金屬層、TiO₂/SiO₂DBR、ITO層、Mg摻雜p?GaN層、Mg摻雜p?AlGaN電子阻擋層、InGaN/GaN多量子阱層、InGaN/GaN超晶格應力釋放層、表面粗化的Si摻雜n?GaN層，其中Mg摻雜p?GaN層上表面為臺階面，主體通過鍵合金屬層與襯底相連。該結構無需Micro?LED的大量轉移即可實現有源驅動，改善了GaN外延層的晶體質量，提高了Micro?LED的光電性能。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體涉及一種集成結構Micro-LED顯示器及其制備方法。

背景技術

目前，氮化鎵基二極管主要應用于照明和顯示器。在顯示器領域，與基于LCD或OLED的主流技術相比，Micro-LED具有更高的發光效率、更高的對比度和更高的能效。由于Micro-LED具有這些優勢，它可被應用于可穿戴設備、抬頭顯示、高分辨率顯示屏，具有廣泛的應用前景。

Micro-LED的驅動方式主要有兩種：有源驅動(AM)和無源驅動(PM)。有源驅動中，一個Micro-LED驅動電路至少需要兩個晶體管和一個電容，其結構較無源驅動結構更復雜。但相較于無源驅動，有源驅動具有驅動能力更強、亮度均勻性和對比度更好、獨立可控性和分辨率更高等諸多優勢。因此，配合以有源驅動和Micro-LED陣列是生產制造高分辨率顯示器的一大發展趨勢。

目前制造高分率顯示器的方法有：(1)先制備Micro-LED，然后將其轉移到晶體管驅動矩陣上。這種方法由于轉移的Micro-LED數目龐大，因此良率和成本一直是限制其發展的瓶頸。(2)直接在Si襯底上直接集成制造Micro-LED和晶體管電路。這種方法由于GaN和Si襯底存在較大的熱失配和晶格失配，因此外延層晶體質量低，影響LED的光電性能。

發明內容

為了解決現有技術的上述不足，本發明提出一種集成結構Micro-LED顯示器及其制備方法。該結構無需Micro-LED的大量轉移即可實現有源驅動，同時改善了GaN外延層的晶體質量，提高了Micro-LED的光電性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種集成結構Micro-LED顯示器，包括Micro-LED芯片陣列，所述Micro-LED芯片包括p-Si襯底、Micro-LED主體、第一金屬場效應晶體管、第二金屬場效應晶體管和電容；其中：

所述Micro-LED主體從下到上依次包括：鍵合金屬層、TiO₂/SiO₂ DBR、ITO層、Mg摻雜p-GaN層、Mg摻雜p-AlGaN電子阻擋層、InGaN/GaN多量子阱層(InGaN/GaN MQWs)、InGaN/GaN超晶格應力釋放層(InGaN/GaN SRL)、表面粗化的Si摻雜n-GaN層；

所述Micro-LED主體為具有一個臺階面的臺階結構，所述臺階面為所述Mg摻雜p-GaN層的上表面；

所述Micro-LED主體還包括n電極和p電極，所述n電極連接于表面粗化的n-GaN表面；所述p電極連接于臺階面；

所述Micro-LED主體通過所述鍵合金屬層與所述p-Si襯底連接；

所述第一金屬場效應晶體管、所述第二金屬場效應晶體管和所述電容設置于所述p-Si襯底上，控制所述Micro-LED主體。

按上述方案，所述Micro-LED主體、所述第二金屬場效應晶體管和所述第一金屬場效應晶體管在所述p-Si襯底上按順序排布，其中所述電容設于所述第二金屬場效應晶體管的柵極旁邊。