具有自旋调控结构的MicroLED器件及其制备方法与流程

本发明属于microled（micro light emitting diode display，微发光二极管显示器）显示，具体涉及具有自旋调控结构的microled器件。本发明还涉及具有自旋调控结构的microled器件的制备方法。

背景技术：

1、随着microled像素尺寸缩小至10μm以下，台面侧壁面积占比显著增加，侧壁缺陷对器件效率、亮度均匀性及可靠性的影响更加突出。mesa（台面结构）刻蚀过程中产生的空位、悬挂键和深能级缺陷易形成shockley-read-hall（非辐射复合通道），使载流子在侧壁区域损失，导致发光效率下降、漏电增加及像素性能离散。

2、现有湿法修复、热退火及al2o3、sio2、sinx侧壁钝化等方法主要通过降低缺陷密度或缺陷活性抑制非辐射复合，但未对载流子及缺陷中心的自旋状态进行主动调控。缺陷辅助复合除受缺陷密度和俘获截面影响外，还与载流子和缺陷中心的自旋匹配状态有关。

3、因此，有必要在microled侧壁附近引入具有磁交换、自旋过滤、自旋轨道耦合或局部磁场作用的自旋调控结构，以调节侧壁载流子和/或缺陷中心的自旋状态，降低缺陷辅助非辐射复合，提高小尺寸microled的发光效率、均匀性及器件一致性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供具有自旋调控结构的microled器件，解决了现有方式未对载流子及缺陷中心的自旋状态进行主动调控的问题。

2、本发明的另一目的在于提供具有自旋调控结构的microled器件的制备方法。

3、本发明所采用的第一种技术方案是：具有自旋调控结构的microled器件，包括cmos（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）驱动背板及其上设置的microled外延结构，microled外延结构包括依次设置的p型半导体层、多量子阱发光层及n型半导体层，microled外延结构侧壁对应多量子阱发光层设置有包含磁性材料的自旋调控结构。

4、本发明第一种技术方案的特点还在于：

5、自旋调控结构为纵向布置且厚度为1～200nm的磁性功能层，磁性功能层采用fe、co、ni、cofe、nife、cofeb、fept、copt及其合金，或采用磁性氧化物fe3o4、γ-fe2o3、cofe2o4或nife2o4，或采用稀磁半导体材料gamnn、znmno、zncoo、gafen。

6、自旋调控结构还包括设置于磁性功能层外侧且厚度为1～30nm的自旋轨道耦合层，自旋轨道耦合层采用pt、ta、w、bi2se3、bi2te3、sb2te3、wte2或mote2。

7、自旋调控结构为自旋过滤功能层，自旋过滤功能层包括由内向外依次设置的第一磁性功能层、非磁性间隔层和第二磁性功能层，第一磁性功能层与第二磁性功能层具有相同或不同的磁化方向和矫顽力。

8、第一磁性功能层采用cofeb，厚度为3～15nm；非磁性间隔层采用mgo、al2o3、cu或ru，厚度为0.5～5nm；第二磁性功能层采用cofe、nife或cofeb，厚度为3～30nm。

9、自旋调控结构与microled外延结构侧壁之间还设置有厚度为0.5～20nm的绝缘隔离层，绝缘隔离层采用al2o3、hfo2、sio2、sinx、aln或alon。

10、自旋调控结构覆盖多量子阱发光层对应高度的microled外延结构侧壁，并由多量子阱发光层向p型半导体层和n型半导体层分别延伸20～500nm。

11、自旋调控结构沿microled外延结构侧壁周向覆盖比例为20%～100%。

12、自旋调控结构的外侧设置有sio2、sinx、al2o3或聚合物保护层。

13、本发明所采用的第二种技术方案是：具有自旋调控结构的microled器件的制备方法，在衬底上依次形成n型半导体层、多量子阱发光层及p型半导体层得到microled外延结构并与cmos驱动背板键合，去除衬底并减薄n型半导体层后刻蚀制形成mesa结构，在mesa结构侧壁对应多量子阱发光层外侧沉积磁性材料形成自旋调控结构，在mesa结构之间沉积绝缘介质材料并开孔填充导电材料形成金属填充结构，在n型半导体层顶部形成与金属填充结构电连接的透明导电层。

14、本发明的有益效果是：本发明具有自旋调控结构的microled器件及其制备方法，相较现有仅采用介质钝化的microled侧壁，可通过自旋调控结构的磁交换、自旋过滤、自旋轨道耦合或局部磁场作用调节侧壁附近的载流子和/或缺陷中心自旋状态，减少允许缺陷辅助俘获及复合的载流子组合，降低侧壁缺陷辅助非辐射复合概率，从而为抑制侧壁缺陷辅助非辐射复合提供新的调控维度。尤其适用于像素尺寸小于10μm、侧壁面积占比较高的microled微显示器件，有利于改善低电流密度下的发光效率及器件长期稳定性。

1.具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，包括cmos驱动背板（1）及其上设置的microled外延结构，microled外延结构包括依次设置的p型半导体层（22）、多量子阱发光层（23）及n型半导体层（24），microled外延结构侧壁对应多量子阱发光层（23）设置有包含磁性材料的自旋调控结构（25）。

2.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）为纵向布置且厚度为1～200nm的磁性功能层，磁性功能层采用fe、co、ni、cofe、nife、cofeb、fept、copt及其合金，或采用磁性氧化物fe3o4、γ-fe2o3、cofe2o4或nife2o4，或采用稀磁半导体材料gamnn、znmno、zncoo、gafen。

3.如权利要求2所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）还包括设置于磁性功能层外侧且厚度为1～30nm的自旋轨道耦合层，自旋轨道耦合层采用pt、ta、w、bi2se3、bi2te3、sb2te3、wte2或mote2。

4.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）为自旋过滤功能层，自旋过滤功能层包括由内向外依次设置的第一磁性功能层（252）、非磁性间隔层（253）和第二磁性功能层（254），第一磁性功能层（252）与第二磁性功能层（254）具有相同或不同的磁化方向和矫顽力。

5.如权利要求4所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述第一磁性功能层（252）采用cofeb，厚度为3～15nm；非磁性间隔层（253）采用mgo、al2o3、cu或ru，厚度为0.5～5nm；第二磁性功能层（254）采用cofe、nife或cofeb，厚度为3～30nm。

6.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）与microled外延结构侧壁之间还设置有厚度为0.5～20nm的绝缘隔离层（251），绝缘隔离层（251）采用al2o3、hfo2、sio2、sinx、aln或alon。

7.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）覆盖多量子阱发光层（23）对应高度的microled外延结构侧壁，并由多量子阱发光层（23）向p型半导体层（22）和n型半导体层（24）分别延伸20～500nm。

8.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）沿microled外延结构侧壁周向覆盖比例为20%～100%。

9.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件，其特征在于，所述自旋调控结构（25）的外侧设置有sio2、sinx、al2o3或聚合物保护层。

10.如权利要求1所述的具有自旋调控结构的microled器件的制备方法，其特征在于，在衬底上依次形成n型半导体层、多量子阱发光层及p型半导体层得到microled外延结构并与cmos驱动背板键合，去除衬底并减薄n型半导体层后刻蚀制形成mesa结构，在mesa结构侧壁对应多量子阱发光层外侧沉积磁性材料形成自旋调控结构，在mesa结构之间沉积绝缘介质材料并开孔填充导电材料形成金属填充结构，在n型半导体层顶部形成与金属填充结构电连接的透明导电层。