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一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法

阅读：1019发布：2020-05-21

专利汇可以提供一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法，所述显示阵列包括衬底外延片、半导体矩阵隔离区、电子型导电层、发光层、空穴型导电层、电子型导电电极、空穴型导电电极、隔离保护层、阳极线、阴极线。所述方法采用干法刻蚀外延层得到电子型导电层，形成多个矩阵单元；采用离子注入电子型导电层，直至衬底，实现相邻单元的隔离，获得半导体矩阵隔离区；电子束蒸发金属形成电子型导电电极，引出阴极线；用PECVD淀积隔离保护层；电子束蒸发金属形成空穴型导电电极，引出阳极线；阳极线与阴极线的在空间上交叉的区域即为显示像素。，下面是一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种直接发光型微显示阵列，其特征在于包括外延片(1)、半导体矩阵单元(17)、半导体矩阵隔离区(2)、n型导电层(3)、发光层(4)、p型导电层(5)、n 电极(6)、p电极(7)、隔离保护层(8)、阳极线(9)、阴极线(10)；外延片(1)包括衬底(18)，以及在衬底(18)上依次生长的n型导电层(3)、发光层(4)、空穴型导电型(5)，在外延片(1)上采用干法刻蚀方法，刻蚀深至n型导电层(3)，形成多个半导体矩阵单元(17)，所述的半导体矩阵单元(17)由未刻蚀到n型导电层(3)的部分组成，在刻蚀露出的n型导电层(3)上注入离子，离子渗透直至衬底(18)，形成高阻区，得到半导体矩阵隔离区(2)，半导体矩阵单元(17)的n型导电层(3)上设置n电极(6)，各个n电极(6)相连构成阴极线(10)，在p型导电层(5)上进行光刻或刻蚀，获得空穴型导电通孔(11)，在p型导电层通孔(11)外设置隔离保护层(8)，半导体矩阵单元(17)的p型导电层(5)上设置p电极(7)，各个p电极(7)相连构成阳极线(9)。
2.根据权利要求1所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：矩阵单元(17)结构包括n型导电层(3)、发光层(4)、p型导电层(5)。
3.根据权利要求1所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：所述半导体矩阵隔离区(2)纵向介于n型导电层(3)与衬底(18)之间，横向介于n电极(6)和半导体矩阵单元(17)之间。
4.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：
所述n电极(6)位于半导体矩阵单元(17)和矩阵隔离区(2)之间，p电极(7)位于半导体矩阵单元(17)内。
5.根据权利要求1所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：所述阳极线(9)和阴极线(10)的在空间上交叉的区域为显示像素。
6.根据基于权利要求1所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：所述半导体
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矩阵隔离区(2)的电阻最低达到10 Ω。
7.根据基于权利要求1所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：所述隔离保护层(8)的材料是SiO2或SiNx或聚酰亚胺绝缘层。
8.根据基于权利要求1所述的一种直接发光型微显示阵列，其特征在于：在所述阳极线(9)和阴极线(10)两端交错设置焊点。

说明书全文

一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体照明领域，具体涉及一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法。技术背景

[0002] 随着人们物质文化生活水平的不断改善，人们对显示技术的要求也越来越高。发光二极管（LED）具有全固体、发光效率高等优点，均开始应用于显示与照明领域。用于固体照明的半导体材料主要是III-V族的化合物，其中以GaN系和AlGaInP系材料为基础的高亮度固体照明器件还具有体积小、寿命长、功率低等优点。LED在全色彩显示显像器件方面得到了广泛的应用，显示技术的发展也因此兴起。发明专利200720093946.2中给出了AlGaInP-LED微显示器件的制造方法，通过ICP技术刻蚀上下隔离槽实现LED发光层和透光层的分割，但存在的诸多缺点使其尚未应用到实际工业生产领域。随着半导体工艺技术日益发展，离子注入已经成为器件隔离的主要方法，本发明利用这一技术实现了LED独立芯片之间的隔离。

[0003] 显示阵列器件制备的关键技术在于器件的隔离，实现隔离可通过干法刻蚀台面或者离子注入实现。目前，器件的隔离主要通过干法刻蚀来实现，然而通过干法刻蚀的台面结构会带来一些问题：如台阶过深会导致爬坡金属容易断裂；若缓冲层绝缘性能差会引起漏电。同时III-V材料所特有的自发极化、压电极化等物理效应，对器件界面特性非常敏感，因此限制了常规ICP等工艺在高密度显示阵列制备的应用。与干法刻蚀相比，离子注入可以实现平面化结构，且有利于实现高密度的显示阵列。离子注入已广泛应用于HEMT器件，且大量报道表明离子注入工艺可以获得很好的隔离，因此有利于实现高密度显示阵列，从而得到高像素的显示器件，同时也避免了干法刻蚀所带来的漏电问题。

发明内容

[0004] 为解决干法刻蚀实现隔离所带来的缺点和不足，本发明提出离子注入实现一种直接发光型微显示阵列器件制备的方法，不仅避免了漏电问题，简化了制备工艺，节约了成本，提高了器件的可靠性，同时可以实现更高密度的显示阵列器件。

[0005] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

[0006] 本发明一种直接发光型微显示阵列，其特征在于包括外延片、半导体矩阵单元、半导体矩阵隔离区、n型导电层、发光层、p型导电层、n电极、p电极、隔离保护层、阳极线、阴极线；在外延片上采用干法刻蚀方法，刻蚀部分至n型导电层，形成多个矩阵单元，在刻蚀露出的n型导电层上注入离子，直至外延片衬底，形成高阻区，得到半导体矩阵隔离区，半导体矩阵单元的n型导电层上设置n电极，各个n电极相连构成阴极线，在p型导电层上上进行光刻或刻蚀，获得空穴型导电通孔，在p型导电层通孔外设置隔离保护层，矩阵单元的p型导电层上设置p电极，各个p电极相连构成阳极线。

[0007] 所述矩阵单元结构包括n型导电层、发光层、p型导电层。

[0008] 所述半导体矩阵隔离区介于n型导电层与衬底之间，同时介于n电极和矩阵单元之间。

[0009] 所述n电极位于矩阵单元和矩阵隔离区之间，p电极位于矩阵单元内。

[0010] 所述阳极线和阴极线的在空间上交叉的区域为显示像素。

[0011] 一种直接发光型微显示阵列的制备方法包括如下步骤：

[0012] 1）清洗外延片；

[0013] 2）干法刻蚀部分外延片至n型导电层，形成多个半导体矩阵单元；

[0014] 3）在刻蚀露出的n型导电层上注入离子，直至衬底，形成高阻区，获得半导体矩阵隔离区；

[0015] 4）在n型导电层上淀积金属，形成n电极，各个n电极相连构成阴极线；

[0016] 5）在整个外延片上用PECVD淀积隔离保护层；

[0017] 6）光刻或干法刻蚀p型导电层，获得p型导电层通孔，最大不超过矩阵单元最上方p型导电层的面积；

[0018] 7）在获得的p型导电层上淀积金属，形成p电极。各个p电极相连构成阳极线；

[0019] 优选地，所述矩阵隔离区的电阻最低达到1011Ω。

[0020] 优选地，所述隔离保护层的材料是SiO2或SiNx或聚酰亚胺等绝缘导电层，最优选择SiO2。

[0021] 优选地，所述阳极线和阴极线分布于两端交错设置焊点。

[0022] 本发明具有如下优点：

[0023] 1）本发明采用离子注入的方法实现了隔离，避免了干法刻蚀实现隔离带来的漏电问题。实现了平面型隔离结构，取代了传统的台面隔离。减少了干法刻蚀的步骤，降低了成本，提高了工艺的稳定性和器件的可靠性，实现了高密度显示阵列集成，大大提高了显示阵列的像素。

[0024] 2）本发明阳极线和阴极线两端焊点的布置方法，减少了淀积金属工艺过程中产生的电极拥挤问题，节约了空间，易于实现高密度显示阵列。

[0025] 本发明一种直接发光型微显示阵列器件及其制备方法中，采用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上结构和实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心思想的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。附图说明

[0026] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0027] 图1是现有干法刻蚀工艺实现隔离的显示阵列剖面图。

[0028] 图2是现有干法刻蚀工艺实现隔离的显示阵列版图。

[0029] 图3是本发明离子注入实现隔离的显示阵列剖面图。

[0030] 图4是本发明离子注入实现隔离的显示阵列版图。

[0031] 图5是直接发光型显示阵列驱动示意图。

[0032] 图中：1是外延片；2是半导体矩阵隔离区；3是n型导电层；4是发光层；5是p型导电层；6是n电极；7是p电极；8是隔离保护层；9是阳极线；10是阴极线；11是p型导电层通孔；12是刻至n型导电层；13是刻至发光区；14是刻至衬底；15是隔离保护层边界；16是显示像素；17是半导体矩阵单元；18是衬底。

具体实施方式

[0033] 下面将结合附图详细阐述本发明直接型发光显示阵列：

[0034] 如图3至5所示，本发明一种直接发光型微显示阵列，其特征在于包括外延片1、半导体矩阵单元17、半导体矩阵隔离区2、n型导电层3、发光层4、p型导电层5、n电极6、p电极7、隔离保护层8、阳极线9、阴极线10；在外延片1上采用干法刻蚀方法，刻蚀部分至n型导电层3，形成多个半导体矩阵单元17，在刻蚀露出的n型导电层3上注入离子，直至衬底，形成高阻区，得到半导体矩阵隔离区2，半导体矩阵单元的n型导电层3上设置n电极6，各个n电极6相连构成阴极线10，在p型导电层上5上进行光刻或刻蚀，获得空穴型导电通孔11，在p型导电层通孔11外设置隔离保护层8，矩阵单元的p型导电层5上设置p电极7，各个p电极7相连构成阳极线9。

[0035] 所述矩阵单元结构包括n型导电层、发光层、p型导电层。

[0036] 所述半导体矩阵隔离区介于n型导电层与衬底之间，同时介于n电极和矩阵单元之间。

[0037] 所述n电极位于矩阵单元和矩阵隔离区之间，p电极位于矩阵单元内。

[0038] 所述阳极线和阴极线的交点为显示像素。

[0039] 本发明方法先采用干法ICP刻蚀出n型导电层台面，得到矩阵单元，形成阵列。利用离子注入法，在露出的n型导电层台面上以及靠近p型导电层的一侧注入离子，用以将相邻独立矩阵单元之间绝缘开来，离子注入的区域从n型电极边缘开始到达相邻矩阵单元的边缘。电子束蒸发金属Ti/Al/Ti/Au，并采用剥离及快速热退火工艺，形成n型欧姆接触，并在两端引出阴极线，用来外接显示驱动电路负极。在整个外延片上用PECVD淀积SiO2，一方面保护侧壁，防止发光层露出，造成短路漏电；另一方面，覆盖在p型导电层上的部分位置，起钝化保护作用。采用光刻或者ICP工艺，在p型导电层表面刻出通孔，此通孔以外的地方均覆盖有SiO2。在p型导电层通孔处电子束蒸发金属Ni/Au,并采用剥离以及退火工艺，形成p型欧姆接触，并在末端引出阳极线，用来外接显示驱动电路正极。从版图来看，阳极线与阴极线纵横交错，交错区域为显示像素。

[0040] 优选地，所述矩阵隔离区的电阻最低达到1011Ω。

[0041] 优选地，所述隔离保护层的材料是SiO2或SiNx或聚酰亚胺等绝缘导电层，最优选择SiO2。

[0042] 优选地，所述阳极线和阴极线两端交错设置焊点。

[0043] 下面将结合附图详细阐述本发明直接型发光显示阵列器件的制备方法：

[0044] 1.清洗外延片1，如图3所示。

[0045] 2.PECVD淀积SiO2层作为掩膜层，ICP干法刻蚀外延片，露出n型导电层3，形成多个半导体矩阵单元17。

[0046] 3.在露出的n型导电层右侧，并且紧贴着矩阵单元的左侧边缘部分，注入离子，离子注入的区域从n型导电层表面开始到达衬底，获得高阻区域，形成半导体矩阵隔离区2。

[0047] 4.在n型导电层上用电子束蒸发方法淀积金属Ti/Al/Ti/Au，并采用剥离技术和快速热退火工艺形成良好的n型欧姆接触，得到n电极6，各个n电极6相连构成阴极线10，用来外接驱动电路负极。

[0048] 5.在以上各部件上采用PECVD淀积SiO2，作为隔离保护层。

[0049] 6.用光刻胶作为掩膜，光刻完p型导电层，得到p型导电层通孔11。

[0050] 7.在p型导电层通孔上，用电子束蒸发方法淀积金属Ni/Au，并采用剥离技术和快速热退火工艺形成良好的p型欧姆接触形成p电极7，各个p电极7相连构成阳极线9，用来外接驱动电路正极。

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