CN116979012A - 一种微显示芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显示芯片技术领域，公开了一种微显示芯片及其制备方法，微显示芯片包括驱动基板，驱动基板表面设有若干呈阵列设置的发光单元，发光包括键合金属层，键合金属层与驱动基板相连，键合金属层表面设有外延层，外延层的截面呈梯形，外延层的外壁沉积钝化层，钝化层对应外延层顶部中间开设有出光口，钝化层上方沉积P电极层。本发明通过引入过渡基板完成两次倒置，实现P极位于出光面一侧，N极经金属层与驱动基板相连，减小接触阻抗，实现共阳极连接，减小能量损失，改善发光亮度及器件使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于显示芯片技术领域，具体涉及一种微显示芯片及其制备方法。
背景技术
Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文称作微发光二极体，也可以写作μLED，一般指使用尺寸为1~60um的LED发光单元组成显示阵列的技术，其大小相当于人头发丝的1/10，具有无需背光，光电转换效率高，响应时间在ns级等特点，是将LED进行薄膜化、微小化和阵列化，使其体积达到大小只有主流LED的1%，像素点距离达到由毫米达到微米的一项技术。
Micro LED 底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路，然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列，从而实现了微型显示屏，也就是所说的LED显示屏的缩小版。为OLED之后下一代显示技术。
Micro LED显示面板一般会包括多个LED像素点（即发光单元），目前Micro LED都是通过刻蚀掉连续的功能性外延层来得到多个完全隔离的功能性像素点，MicroLED像素点倒装结构P电极在下经键合金属与驱动基板相连，N电极在上，位于出光面一侧，但P电极阻抗相较Ｎ电极阻抗要大，导致器件能量损耗大，影响器件发光亮度及使用寿命。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种微显示芯片及其制备方法，本发明通过引入过渡基板完成两次倒置，实现P极位于出光面一侧，N极经金属层与驱动基板相连，减小接触阻抗，实现共阳极连接，减小能量损失，改善发光亮度及器件使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种微显示芯片，包括驱动基板，驱动基板表面设有若干呈阵列设置的发光单元，发光包括键合金属层，键合金属层与驱动基板相连，键合金属层表面设有外延层，外延层的截面呈梯形，外延层的外壁沉积钝化层，钝化层对应外延层顶部中间开设有出光口，钝化层上方沉积P电极层。
优选地，驱动基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板。
优选地，外延层包括第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，第一半导体层与键合金属层相连，第二半导体层与P电极层相连，第一半导体层和第二半导体层为ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs中的一种或多种。
优选地，钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节钝化层倾角使外延层形成的光部分全反射到外延层内部，钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺和SU-8光刻胶。
优选地，P电极层材料包括ITO、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge和Ni。
优选地，钝化层和P电极层之间设有反射层，反射层为高反光介质材料。
一种微显示芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1、在过渡基板上沉积牺牲层；
S2、将外延片与过渡基板键合，第二掺杂半导体层位于靠近过渡基板一侧；
S3、去除外延片的衬底及缓冲层，衬底去除后，通过干法刻蚀或湿法刻蚀方式对第一半导体层进行进一步减薄处理；
S4、在第一半导体层上方沉积光刻胶做掩膜保护层，对外延层图案化，形成独立的发光单元；
S5、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延层镀上第一金属膜层，并刻蚀图案化；
S6、采用步骤S5同样的方法在驱动基板上形成第二金属膜层并刻蚀图案化；
S7、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延层和驱动基板进行键合，第一金属膜层和第二金属膜层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S8、通过剥离、湿法刻蚀或机械研磨去除牺牲层及过渡基板；
S9、通过PECVD在外延层表面沉积钝化层，通过IBE进行图形化，将外延层台阶结构的正上方钝化层进行开孔刻蚀，暴露出LED出光面；
S10、通过光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层上制作P电极层，并完成P电极图形化制备，形成共阳极连接。
优选地，过渡基板半导体材料或非导电材料，包括氮化镓、砷化镓、碳化硅、硅、磷化铟、蓝宝石、玻璃或塑料晶片；牺牲层为SiO2、聚酰亚胺、SiNx、聚酰亚胺或SU-8中的一种。
优选地，外延片包括衬底、缓冲层和外延层，衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底，缓冲层与第一半导体层相连。
优选地，键合金属层是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，金属膜和非金属膜均为导体，金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，非金属膜包括ITO膜。
本发明的有益效果：
本发明通过引入过渡基板及牺牲层，先将外延层倒置于过渡基板，经掩膜完成图案化制备，再次倒置键合到驱动基板，完成两次倒置过程，实现P极位于出光面一侧，N极经金属层与驱动基板相连，减小接触阻抗，实现共阳极连接，减小能量损失，改善发光亮度及器件使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明微显示芯片的结构示意图；
图2是本发明步骤S1的工艺流程示意图；
图3是本发明步骤S2的工艺流程示意图；
图4是本发明步骤S3的工艺流程示意图；
图5是本发明步骤S4的工艺流程示意图；
图6是本发明步骤S5的工艺流程示意图；
图7是本发明步骤S6的工艺流程示意图；
图8是本发明步骤S7的工艺流程示意图；
图9是本发明步骤S8的工艺流程示意图；
图10是本发明步骤S9的工艺流程示意图
图11是本发明步骤S10的工艺流程示意图。
图中：1-过渡基板，2-牺牲层，3-外延片，4-衬底，5-缓冲层，6-外延层，7-第一半导体层，8-多量子阱层，9-第二半导体层，10-掩膜保护层，11-第一金属膜层，12-驱动基板，13-第二金属膜层，14-键合金属层，15-钝化层，16-P电极层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种微显示芯片，包括驱动基板12，所述驱动基板12表面设有若干呈阵列设置的发光单元，所述发光包括键合金属层14，所述键合金属层14与驱动基板12相连，所述键合金属层14表面设有外延层6，所述外延层6的截面呈梯形，所述外延层6的外壁沉积钝化层15，所述钝化层15对应外延层顶部中间开设有出光口，所述钝化层15上方沉积P电极层16。
其中，驱动基板12是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板；外延层6包括第一半导体层7、多量子阱层8和第二半导体层9，第一半导体层7与键合金属层相连14，第二半导体层9与P电极层16相连，第一半导体层7和第二半导体层9为ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs中的一种或多种；钝化层15与外延层6具有不同的折射率，通过调节钝化层15倾角使外延层6形成的光部分全反射到外延层6内部；钝化层15材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺和SU-8光刻胶；P电极层16材料包括ITO、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge和Ni。
作为本发明的另一个实施例，钝化层15和P电极层16之间还可以设有反射层，反射层为高反光介质材料，例如Al、Ag等。
如图2-11所示，上述微显示芯片的制备方法包括以下步骤：
S1、在过渡基板1上沉积牺牲层2；
S2、将外延片3与过渡基板1键合，第二掺杂半导体层9位于靠近过渡基板一侧；
S3、去除外延片3的衬底4及缓冲层5，衬底4去除后，通过干法刻蚀或湿法刻蚀方式对第一半导体层7进行进一步减薄处理；
S4、在第一半导体层7上方沉积光刻胶做掩膜保护层10，对外延层6图案化，形成独立的发光单元；
S5、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延层6镀上第一金属膜层11，并刻蚀图案化；
S6、采用步骤S5同样的方法在驱动基板12上形成第二金属膜层13并刻蚀图案化；
S7、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延层6和驱动基板12进行键合，第一金属膜层11和第二金属膜层13键合后得到键合金属层14，形成良好的欧姆接触；
S8、通过剥离、湿法刻蚀或机械研磨去除牺牲层2及过渡基板1；
S9、通过PECVD在外延层6表面沉积钝化层15，通过IBE进行图形化，将外延层6台阶结构的正上方钝化层15进行开孔刻蚀，暴露出LED出光面；
S10、通过光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层15上制作P电极层16，并完成P电极图形化制备，形成共阳极连接。
其中，过渡基板1可以是各种半导体材料或非导电材料，如氮化镓、砷化镓、碳化硅、硅、磷化铟或蓝宝石、玻璃、塑料晶片等。基本可以在起基础上添加其他材料，基板本身可以图案化，也可对添加到基板上的材料就行图案化或者保持不做图案化；牺牲层2材料可以为SiO2、聚酰亚胺、SiNx、聚酰亚胺、SU-8等；外延片3包括衬底4、缓冲层5和外延层6；衬底4为硅基衬底或蓝宝石衬底，当为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除衬底，当为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀实现衬底去除；缓冲层5与第一半导体层7相连。键合金属层14是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，金属膜和非金属膜均为导体，金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，非金属膜包括ITO膜。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种微显示芯片，其特征在于，包括驱动基板，所述驱动基板表面设有若干呈阵列设置的发光单元，所述发光包括键合金属层，所述键合金属层与驱动基板相连，所述键合金属层表面设有外延层，所述外延层的截面呈梯形，所述外延层的外壁沉积钝化层，所述钝化层对应外延层顶部中间开设有出光口，所述钝化层上方沉积P电极层。
2.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述驱动基板是硅基CMOS背板或TFT场效应管显示基板。
3.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述外延层包括第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述第一半导体层与键合金属层相连，所述第二半导体层与P电极层相连，所述第一半导体层和第二半导体层为ZnSe、ZnO、GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs中的一种或多种，。
4.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节钝化层倾角使外延层形成的光部分全反射到外延层内部，所述钝化层材料包括SiO2、Al2O3、SiN或聚酰亚胺和SU-8光刻胶。
5.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述P电极层材料包括ITO、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge和Ni。
6.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述钝化层和P电极层之间设有反射层，所述反射层为高反光介质材料。
7.根据权利要求1-5任一项所述的微显示芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在过渡基板上沉积牺牲层；
S2、将外延片与过渡基板键合，第二掺杂半导体层位于靠近过渡基板一侧；
S3、去除外延片的衬底及缓冲层，衬底去除后，通过干法刻蚀或湿法刻蚀方式对第一半导体层进行进一步减薄处理；
S4、在第一半导体层上方沉积光刻胶做掩膜保护层，对外延层图案化，形成独立的发光单元；
S5、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延层镀上第一金属膜层，并刻蚀图案化；
S6、采用步骤S5同样的方法在驱动基板上形成第二金属膜层并刻蚀图案化；
S7、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延层和驱动基板进行键合，第一金属膜层和第二金属膜层键合后得到键合金属层，形成良好的欧姆接触；
S8、通过剥离、湿法刻蚀或机械研磨去除牺牲层及过渡基板；
S9、通过PECVD在外延层表面沉积钝化层，通过IBE进行图形化，将外延层台阶结构的正上方钝化层进行开孔刻蚀，暴露出LED出光面；
S10、通过光刻、蒸镀或lift-off的方式在钝化层上制作P电极层，并完成P电极图形化制备，形成共阳极连接。
8.根据权利要求7所述的微显示芯片的制备方法，其特征在于，所述过渡基板为半导体材料或非导电材料，包括氮化镓、砷化镓、碳化硅、硅、磷化铟、蓝宝石、玻璃或塑料晶片；所述牺牲层为SiO2、聚酰亚胺、SiNx、聚酰亚胺或SU-8中的一种。
9.根据权利要求7所述的微显示芯片的制备方法，其特征在于，所述外延片包括衬底、缓冲层和外延层，所述衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底，所述缓冲层与第一半导体层相连。
10.根据权利要求7所述的微显示芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中采用对位键合的方式将图案化后的第一金属膜层和第二金属膜层键合，所述键合金属层是由金属膜或非金属膜复合而成的多层结构，所述金属膜和非金属膜均为导体，所述金属膜包括Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt和Pb，所述非金属膜包括ITO膜。
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