本發(fā)明涉及一種GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)及制作方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微顯示技術(shù)具有移動(dòng)性和便攜性的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)數(shù)字媒體和文化展示的重要平臺(tái)，目前常見(jiàn)的微型顯示器有硅基液晶顯示（LCoS：Liquid Crystal On Silicon）、有機(jī)電致發(fā)光（OLED：Organic Light-Emitting Diode）、數(shù)字微鏡顯示（DMD：Digital Micromirror Devices）等幾種。DMD制造技術(shù)本身有難度，成本也很高，核心技術(shù)主要掌握在德州儀器公司手中。OLED是近年來(lái)新興的顯示技術(shù)，被期待可以取代液晶技術(shù)，不過(guò)因?yàn)閴勖?，工藝難度高，成品率低等，一直遲遲未能達(dá)到預(yù)期；并且關(guān)鍵設(shè)備以及整套設(shè)備的系統(tǒng)化技術(shù)等大都掌握在日本、韓國(guó)和歐洲企業(yè)手中。在現(xiàn)有的微顯示技術(shù)中，LCoS和DMD技術(shù)中的顯示屏均不發(fā)光，而是采用反射外置光源來(lái)實(shí)現(xiàn)高亮度的投影顯示，因此LCoS和DMD的外置光源利用效率低、較難實(shí)現(xiàn)高亮度、微型化的投影顯示?；诠杵?qū)動(dòng)的OLED顯示技術(shù)屬于自發(fā)光顯示技術(shù)，因此具有光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，微型化的優(yōu)勢(shì)。但是由于目前OLED顯示技術(shù)使用有機(jī)發(fā)光材料，仍然存在發(fā)光效率低，顯示亮度低，器件使用壽命短等問(wèn)題。

隨著GaN基LED技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)外量子效率、晶圓尺寸、良品率、可靠性和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，直接應(yīng)用LED單元作為顯示像素成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)及制作方法，提高了LED陣列像素開(kāi)口率，使顯示精度達(dá)到5000PPI以上。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)，包括透明的襯底，在襯底上沉積N-GaN層，在N-GaN層表面設(shè)置若干呈陣列分布的像素顯示單元；其特征是：每一像素單元包括依次設(shè)置在N-GaN層表面的量子阱、P-GaN層，在P-GaN層表面設(shè)置ITO透明導(dǎo)電層和反射層，在像素單元的反射層上設(shè)置共晶焊陽(yáng)極；所述每個(gè)像素單元的周側(cè)由凹槽相隔離，在每個(gè)像素單元的周側(cè)包覆絕緣隔離層；在所述像素單元的陣列外圍設(shè)置共晶焊陰極，共晶焊陰極與N-GaN層接觸。

進(jìn)一步的，所述襯底采用藍(lán)寶石襯底。

進(jìn)一步的，所述凹槽延伸至N-GaN層中，凹槽的深度為1~1.5μm，凹槽的寬度為2~10μm。

進(jìn)一步的，所述共晶焊陰極設(shè)置于像素單元陣列外圍的凸臺(tái)上，凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)在剖面上與像素單元的結(jié)構(gòu)相同。

所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，包括以下步驟：

（1）在襯底上依次生長(zhǎng)N-GaN層、量子阱和P-GaN層，形成LED的外延結(jié)構(gòu)；

（2）在步驟（1）生長(zhǎng)的外延層上刻蝕凹槽，形成陣列分布的臺(tái)階，凹槽由P-GaN層延伸至N-GaN層內(nèi)；

（3）在步驟（2）得到的臺(tái)階表面制作ITO透明導(dǎo)電層；

（4）在步驟（3）得到的ITO透明導(dǎo)電層表面制作反射層；

（5）在步驟（4）處理后的晶圓表面制作絕緣隔離層，再將絕緣隔離層上電流通孔區(qū)域進(jìn)行腐蝕，以露出共晶焊陽(yáng)極與反射層的接觸孔、以及共晶焊陰極與N-GaN層的接觸孔；

（6）再在步驟（5）得到的共晶焊陽(yáng)極與反射層的接觸孔處制作共晶焊陽(yáng)極，在共晶焊陰極與N-GaN層的接觸孔處制作共晶焊陰極；

（7）經(jīng)減薄、研磨處理后將晶圓切割，形成獨(dú)立的器件單元。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中，凹槽的刻蝕深度為1~1.5μm，凹槽的寬度為2~10μm。

進(jìn)一步的，所述反射層的材料為Al、Ag或Pt，反射層的厚度為100~500nm。

進(jìn)一步的，所述絕緣隔離層的材料為SiO₂或Si₃N₄，絕緣隔離層的厚度為100~2000nm。

進(jìn)一步的，所述共晶焊陰極和共晶焊陽(yáng)極的金屬層依次為Al/Pt/Au/Sn或者Al/Pt/Au/ In，其中Sn或In層的厚度不低于2μm。

進(jìn)一步的，所述步驟（7）中，晶圓經(jīng)減薄后厚度為100~200μm。

本發(fā)明所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)及制作方法，采用共陰極驅(qū)動(dòng)LED陣列，并利用光刻膠和SiO₂雙層掩膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)超窄隔離槽的制作，LED像素開(kāi)口率提升20%，顯示精度達(dá)到5000PPI以上，實(shí)現(xiàn)真正意義上的微顯示芯片結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖2為本發(fā)明所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖3為640×480陣列的微顯示芯片的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1～圖2所示：所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)包括共晶焊陰極1、共晶焊陽(yáng)極2、絕緣隔離層3、反射層4、ITO透明導(dǎo)電層5、P-GaN層6、量子阱7、N-GaN層8、藍(lán)寶石襯底9、像素顯示單元10等。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)，包括藍(lán)寶石襯底9，在藍(lán)寶石襯底9上沉積N-GaN層8，在N-GaN層8表面設(shè)置若干呈陣列分布的像素顯示單元10，在本實(shí)施方式中，像素顯示單元10的采用8×8陣列。

如圖2所示，每一像素單元10包括依次設(shè)置在N-GaN層8表面的量子阱7、P-GaN層6，在P-GaN層6表面設(shè)置ITO透明導(dǎo)電層5和反射層4，在像素單元10的反射層4上設(shè)置共晶焊陽(yáng)極2；所述每個(gè)像素單元的周側(cè)由凹槽相隔離，在每個(gè)像素單元的周側(cè)包覆絕緣隔離層3，凹槽延伸至N-GaN層8中，凹槽的深度為1~1.5μm，凹槽的寬度為2~10μm；在所述像素單元10的陣列外圍的凸臺(tái)上設(shè)置共晶焊陰極1，共晶焊陰極1與N-GaN層8接觸。

如圖2所示，所述像素單元10陣列外圍的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)在剖面上與像素單元10的結(jié)構(gòu)相同，保證晶圓的高度一致，以便于制作工藝的施行。

所述GaN基微顯示芯片結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

（1）利用MOCVD設(shè)備在藍(lán)寶石襯底9上依次生長(zhǎng)N-GaN層8、量子阱7和P-GaN層6，完整LED外延結(jié)構(gòu)；采用現(xiàn)有常規(guī)工藝，通過(guò)改變量子阱6生長(zhǎng)過(guò)程中溫度和In、Al組分可以改變發(fā)光波長(zhǎng)，以得到相應(yīng)顏色的芯片；

（2）利用正性光刻膠和SiO₂雙層掩膜技術(shù)，制作掩膜圖形，通過(guò)ICP刻蝕技術(shù)，在步驟（1）生長(zhǎng)的外延層上刻蝕凹槽，形成陣列分布的臺(tái)階，凹槽延伸至N-GaN層8內(nèi)，凹槽的刻蝕深度為1~1.5μm，凹槽的寬度為2~10μm；

（3）利用電子束蒸發(fā)或磁控濺射技術(shù)，在步驟（2）得到的臺(tái)階表面制作ITO透明導(dǎo)電層5；再通過(guò)正性光刻膠掩膜技術(shù)，并通過(guò)濕法腐蝕，完成ITO透明導(dǎo)電層5的圖形制作；

（4）利用負(fù)性光刻膠掩膜技術(shù)，制作反射層4的開(kāi)口圖形，并通過(guò)電子束蒸鍍或磁控濺射技術(shù)，制作反射層4，一般反射層材料為：Al、Ag、Pt等高反射率金屬材料，反射層厚度：100~500nm；

（5）利用PECVD或者磁控濺射技術(shù)制備絕緣隔離層3，絕緣隔離層3的材料一般為SiO₂或Si₃N₄，絕緣隔離層3的厚度為100~2000nm；再利用正性光刻膠掩膜技術(shù)，完成電流通孔區(qū)域的腐蝕，暴露共晶焊陰極1和共晶焊陽(yáng)極2處的反射層4；

（6）利用負(fù)性光刻膠掩膜技術(shù)，制作共晶焊陰極1和共晶焊陽(yáng)極2的開(kāi)口圖形，在開(kāi)口圖形處通過(guò)電子束蒸發(fā)設(shè)備和熱阻蒸發(fā)設(shè)備制作共晶焊陰極1和共晶焊陽(yáng)極2，共晶焊陰極1和共晶焊陽(yáng)極2的金屬層依次為Al/Pt/Au/Sn或者Al/Pt/Au/ In，其中Sn或In層的厚度不低于2μm，共晶焊盤電極用于與驅(qū)動(dòng)IC電極連接；

（7）利用減薄、研磨設(shè)備將晶圓減薄到100~200μm；

（8）利用激光技術(shù)將晶圓上的器件進(jìn)行切割，并利用裂片技術(shù)將芯片分離，形成獨(dú)立的器件單元。

如圖3所示，為640×480陣列的微顯示芯片的示意圖。圖3所示的微顯示芯片結(jié)構(gòu)像素大小為16×9μm，精度達(dá)到5200PPI，隔離槽寬度為1.8um，中心像素與邊緣像素電壓差≤0.025V。