[发明专利]选区刻蚀外延Micro-LED芯片及其设计、制备方法

说明书

本发明公开了一种选区刻蚀外延Micro‑LED芯片及其设计、制备方法。具体为：在蓝宝石衬底上依次生长n‑GaN层、多量子阱层、p‑GaN层，沉积SiO₂绝缘层，在SiO₂绝缘层上刻蚀微孔阵列，利用改性的p‑GaN的低导电性，电流拓展只在微孔阵列下方，实现微孔像素点的隔离，在衬底上放置颜色转换单元，包括：表面涂覆Ag的超黑矩阵遮光层、GaInP纳米线聚合物薄膜、紫外光AlGaN/GaNDBR反射镜、RGB三色滤光片，得到减少串扰提高颜色转换效率Micro‑LED芯片。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件技术领域，具体涉及一种选区刻蚀外延Micro-LED芯片及其设计、制备方法。

背景技术

将LED芯片的尺寸缩小至几十微米甚至几微米时，则称为Micro-LED芯片，Micro-LED 显示是一种由微米级半导体发光单元组成的阵列显示技术，和传统的OLED、LCD显示技术相比，Micro-LED具有高亮度、宽色域、能耗低、响应时间快、可靠性高等优点，因此在可穿戴设备、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、可见光通信等领域具有十分广阔的应用前景，也被视为下一代显示技术。

和一般的大尺寸LED芯片相比，Micro-LED芯片的侧壁面积和台面面积之比更大，而且在器件制备过程中采用干法刻蚀工艺会不可避免的在芯片侧壁附近造成损伤，对于大尺寸LED 干法刻蚀导致的表面损伤问题可以近似忽略，但是对于小尺寸Micro-LED芯片，尤其是作为 AR、VR关键器件的尺寸小于5μm的Micro-LED芯片，会导致Micro-LED芯片表面非辐射复合比例上升，辐射复合下降，从而使得内量子效率下降，外量子效率也因而下降。由于 Micro-LED在较低电流密度下工作，如何抑制表面非辐射复合从而提高内量子效率是影响器件性能的重要因素。

将Micro-LED用在显示上实现全彩化，需要解决RGB三基色的问题，和一般的将RGB三基色LED芯片分别集成在同衬底上的技术相比，利用短波长紫外光激发纳米线阵列发光实现颜色转换的全彩显示方案无需在不同晶圆上分割出单色Micro-LED芯片组成RGB像素，但是容易出现RGB三基色的串扰，降低Micro-LED的显示性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：减少传统的干法刻蚀工艺对于Micro-LED芯片造成的侧壁损失，提高内量子效率从而提高外量子效率，减少全彩化Micro-LED RGB三基色的串扰，通过颜色转换单元提高全彩化Micro-LED颜色转换效率，提高Micro-LED芯片显示性能。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种选区刻蚀外延Micro-LED芯片，其特征在于：它包括：衬底、衬底上依次外延生长有n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层，沉积SiO₂绝缘层，在SiO₂绝缘层刻蚀直达p-GaN层的特定形状像素点阵列，置于Micro-LED芯片衬底的颜色转换单元，颜色转换单元包括：表面涂覆Ag的超黑矩阵遮光层、放置在遮光层网格内的GaInP纳米线阵列聚合物薄膜、紫外光AlGaN/GaN DBR反射镜、RGB三色滤光片。

按上述方案，所述衬底为蓝宝石衬底，厚度为200-300μm；所述n-GaN层厚度为2-4μm；所述多量子阱层为多对Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN；所述SiO₂绝缘层厚度为5-10μm；所述Micro-LED 芯片有源区发出的为波长在390nm以下的紫外光。

按上述方案，在所述SiO₂绝缘层刻蚀形成的特定形状微孔阵列，刻蚀至暴露出p-GaN层，刻蚀深度与SiO₂绝缘层厚度一致，每个微孔尺寸为边长10-20μm的正方形，相邻微孔间距为 3μm。