一种超高分辨率Nano-LED发光显示阵列及其制备方法与流程

一种超高分辨率nano-led发光显示阵列及其制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体发光器件制造领域，具体涉及一种超高分辨率nano-led发光显示阵列及其制备方法。


背景技术：

2.led具有高亮度、高光效、长寿命、高对比度，以及纳秒级的响应时间等优势。同时，led采用半导体加工工艺进行制备，并且与ic工艺兼容，具有极高的器件加工精度和稳定性，有望实现超高解析度，便于与触觉、听觉、嗅觉等传感器集成，实现高精度空间定位和触觉感知、使更具真实感的ar、vr成为可能。超高分辨率nano-led发光显示指具有纳米级像素的极高分辨率的led显示技术。随着显示终端对显示信息量和功能集成度要求越来越高，超高分辨率nano-led发光显示是显示技术发展的必然趋势。然而，超高分辨率nano-led发光显示存在诸多科学技术问题，亟需全新的应对策略和变革性技术来解决。
3.当发光显示像素小至纳米量子，其电极的引出具有巨大的挑战，是超高分辨率nano-led发光显示要解决的关键技术难题之一，传统led显示阵列是采用光刻和刻蚀手段来定义像素，像素与像素之间凹凸不平，如何在这些突起的极小尺寸像素表面引出独立的超细和超高密度电极是实现可寻址超高分辨率nano-led发光显示的核心关键技术。同时，刻蚀过程中产生的边缘效应和尺寸效应等会降低发光效率，需要复杂的钝化和修复工艺来提高发光效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超高分辨率nano-led发光显示阵列及其制备方法，简化了制备工艺流程，可以减少刻蚀工艺中可能会产生的边缘效应和尺寸效应。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超高分辨率nano-led发光显示阵列，包括从下至上依次设置的衬底、n型gan层、发光层、p型gan层和p接触电极；所述n型gan层上还设置有公共n接触电极；所述发光层采用多量子阱纳米点阵，所述多量子阱纳米点阵之间的隔离区域厚度相等且连续。
6.进一步的，所述p接触电极与p型gan层之间设置有导热膜。所述导热薄膜所用材料是由cr、ti、v材料中的一种或多种混合而成的吸氢合金。
7.进一步的，所述p型gan层结构为p型gan之间具有相互隔离区域的p型gan纳米阵列。
8.进一步的，所述公共n接触电极和p接触电极为由pt、ti、au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜。
9.进一步的，所述p接触电极通过图形化覆盖n（n≥1）个多量子阱纳米点阵。
10.一种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤s11：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型gan层、多量子阱层；步骤s12：在多量子阱表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光
刻或纳米压印在离子注入保护层上形成光刻胶纳米阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成离子注入保护层纳米阵列；步骤s13：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，破坏没有保护层的多量子阱结构，使其失去发光能力，去除离子注入保护层纳米阵列，形成超高分辨率多量子阱纳米阵列；步骤s14：在步骤s13得到的多量子阱纳米阵列表面继续外延生长p型gan层；步骤s15：在步骤s14得到的p型gan层表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与步骤s13得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与步骤s13得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n的p接触电极阵列；步骤s16：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成超高分辨率nano-led发光显示阵列。
11.一种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤s21：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型gan层、多量子阱层；步骤s22：在多量子阱表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成光刻胶纳米阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成离子注入保护层纳米阵列；步骤s23：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，破坏没有保护层的多量子阱结构，使其失去发光能力，去除离子注入保护层图案纳米阵列，形成超高分辨率多量子阱纳米阵列；步骤s24：在步骤s23得到的多量子阱纳米阵列表面继续外延生长p型gan层；步骤s25：在步骤s24得到的p型gan层表面沉积一层金属薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在金属薄膜上形成与步骤s23得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的金属薄膜，形成与步骤s23得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n的导热层阵列。
12.步骤s26：采用热退火工艺，控制温度，导热层可提高退火效率，消除外延工艺中产生的氢离子，使得导热层下方的p型gan完成激活，增强其导电能力；步骤s27：在步骤s26完成的基础上继续沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与步骤s25得到的导热层阵列一一对应的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与步骤s25得到的导热层一一对应的p接触电极阵列；步骤s28：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成超高分辨率nano-led发光显示阵列。
13.一种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤s31：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型gan层、多量子阱层；步骤s32：在多量子阱表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成光刻胶纳米阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成离子注入保护层纳米阵列；步骤s33：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，注入
离子a破坏没有保护层的多量子阱结构，使其失去发光能力，去除离子注入保护层纳米阵列，形成超高分辨率多量子阱纳米阵列；步骤s34：在步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列表面继续外延生长p型gan层；步骤s35：在步骤s34得到的p型gan层表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一一对应的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一一对应的离子注入保护层阵列；步骤s36：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，注入离子b至没有保护层的区域，即隔离区域的p型gan，使其具有高电阻率特性，去除离子注入保护层纳米阵列，形成p型gan之间具有相互隔离区域的p型gan纳米阵列；步骤s37：在步骤s36得到的结构表面沉积一层金属薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在金属薄膜上形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的金属薄膜，形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n的导热层阵列；步骤s38：采用热退火工艺，控制温度，导热层可提高退火效率，消除外延工艺中产生的氢离子，使得导热层下方的p型gan完成激活，增强其导电能力；步骤s39：在步骤s38完成的基础上继续沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与步骤s37得到的导热层阵列一一对应的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与步骤s37得到的导热层一一对应的p接触电极阵列；步骤s310：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成超高分辨率nano-led发光显示阵列。
14.进一步的，所述注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是氟离子。
15.进一步的，所述导热层所用的金属薄膜材料是由cr、ti、v材料中的一种或多种混合而成的吸氢合金；进一步的，所述的离子注入保护层材料为sio2或其他具有离子阻挡功能的薄膜材料。
16.进一步的，所述提高隔离区域p型gan层的电阻率采用的离子为镁离子注入。
17.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、本发明采用离子注入破坏多量子阱结构和形成具有高电阻率的p型gan层，从而形成多量子阱纳米点阵之间的隔离区域或者通过高电阻的p型gan层和独立的p电极将子像素隔离；2、本发明采用吸氢合金作为导热层材料，一方面可以提高热退火效率，另一方面可以消除p型gan中由于外延工艺所产生不利于器件工作的氢离子，进一步对导热层下方的p型gan进行激活，增强其导电能力；3、本发明简化了制备工艺流程，降低了nano-led阵列独立驱动电极的制备刻蚀工艺中可能会产生的边缘效应和尺寸效应，极大程度上实现器件单元之间的电学隔离，对于降低芯片成本，提高芯片质量方面具有重要意义。
附图说明
18.图1是本发明提供的第一种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法的最终效果示意图，为了描述准确方便，所述一块光刻胶图案对应n个多量子阱（n≥1），示意图中以对应三个多量子阱来示意，所述一块p接触电极对应n个多量子阱（n≥1），示意图中以对应三个多量子阱来示意；图2-7是本发明提供的第一种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备流程示意图；图8是本发明提供的第二种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法的最终效果示意图，为了描述准确方便，所述一块光刻胶图案对应n个多量子阱（n≥1），示意图中以对应三个多量子阱来示意，所述一块导热层对应n个多量子阱（n≥1），示意图中以对应三个多量子阱来示意；图9-15是本发明提供的第二种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备流程示意图；图16是本发明提供的第三种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法的最终效果示意图，为了描述准确方便，所述一块光刻胶图案对应n个多量子阱（n≥1），示意图中以对应三个多量子阱来示意，所述一块导热层对应n个多量子阱（n≥1），示意图中以对应三个多量子阱来示意；图17-25是本发明提供的第三种超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备流程示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
20.请参照图1，本实施例提供一种超高分辨率nano-led发光显示阵列，包括超高分辨率nano-led子像素阵列共用的衬底1、n型gan层201和公共n接触电极202，以及超高分辨率多量子阱纳米点阵301、为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构302、p型gan层401和p接触电极501。
21.如图2-7所示，本发明第一实施例还提供了上述超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法，包括如下步骤：步骤s11：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型gan层、多量子阱层；步骤s12：在多量子阱表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成光刻胶纳米阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成离子注入保护层纳米阵列；步骤s13：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，破坏没有保护层的多量子阱结构，使其失去发光能力，去除离子注入保护层纳米阵列，形成超高分辨率多量子阱纳米阵列；步骤s14：在步骤s13得到的多量子阱纳米阵列表面继续外延生长p型gan层；步骤s15：在步骤s14得到的p型gan层表面沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与步骤s13得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n（n≥1）的光刻胶阵列（一块光刻胶对应n个多量子阱），并以光刻胶作为保
护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与步骤s13得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n（n≥1）的p接触电极阵列（一块p接触电极对应n个多量子阱）。
22.步骤s16：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成超高分辨率nano-led发光显示阵列。
23.优选的，在本实施例中公共n接触电极和p接触电极可以为由pt、ti、au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜，也可以是其他导电材料和结构。
24.优选的，在本实施例中，离子注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是氟离子，所述的离子注入保护层材料为sio2或其他具有离子阻挡功能的薄膜材料。
25.如图8所示，本实施例提供了第二种超高分辨率nano-led发光显示阵列，包括超高分辨率nano-led子像素阵列共用的衬底1、n型gan层201和公共n接触电极202，以及超高分辨率多量子阱纳米点阵301、为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构302、p型gan层401、导热层501和p接触电极601。
26.如图9-15所示，本发明第二实施例还提供了上述超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法，包括如下步骤：步骤s21：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型gan层、多量子阱层；步骤s22：在多量子阱表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成光刻胶纳米阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成离子注入保护层纳米阵列；步骤s23：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，破坏没有保护层的多量子阱结构，使其失去发光能力，去除离子注入保护层图案纳米阵列，形成超高分辨率多量子阱纳米阵列；步骤s24：在步骤s23得到的多量子阱纳米阵列表面继续外延生长p型gan层；步骤s25：在步骤s24得到的p型gan层表面沉积一层金属薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在金属薄膜上形成与步骤s23得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n（n≥1）的光刻胶阵列（一块光刻胶对应n个多量子阱），并以光刻胶作为保护，去除暴露的金属薄膜，形成与步骤s23得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n（n≥1）的导热层阵列（一块导热层对应n个多量子阱）。
27.步骤s26：采用热退火工艺，控制温度，导热层可提高退火效率，消除外延工艺中产生的氢离子，使得导热层下方的p型gan完成激活，增强其导电能力。
28.步骤s27：在步骤s26完成的基础上继续沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与步骤s25得到的导热层阵列一一对应的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与步骤s25得到的导热层一一对应的p接触电极阵列。
29.步骤s28：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成超高分辨率nano-led发光显示阵列。
30.其中，所述公共n接触电极和p接触电极为由pt、ti、au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜，也可以是其他导电材料和结构。
31.在第二实施例中，离子注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是氟离子，所述的离子注入保护层材料为sio2或其他具有离子阻挡功能的薄膜材料，所述导热
薄膜所用材料是由cr、ti、v材料中的一种或多种混合而成的吸氢合金。
32.如图16所示，本实施例提供了第三种超高分辨率nano-led发光显示阵列，包括超高分辨率nano-led子像素阵列共用的衬底1、n型gan层201和公共n接触电极202，以及超高分辨率多量子阱纳米点阵301、为使其不能发光而被破坏的多量子阱结构302、p型gan层401、具有高电阻率的p型gan层402、导热薄膜501和p接触电极601。
33.如图17-25所示，本发明第三实施例还提供了上述超高分辨率nano-led发光显示阵列的制备方法，包括如下步骤：步骤s31：在蓝宝石衬底上依次外延生长n型gan层、多量子阱层；步骤s32：在多量子阱表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成光刻胶纳米阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成离子注入保护层纳米阵列；步骤s33：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，注入离子a破坏没有保护层的多量子阱结构，使其失去发光能力，去除离子注入保护层纳米阵列，形成超高分辨率多量子阱纳米阵列；步骤s34：在步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列表面继续外延生长p型gan层；步骤s35：在步骤s34得到的p型gan层表面沉积一层离子注入保护层，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在离子注入保护层上形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一一对应的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的离子注入保护层，形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一一对应的离子注入保护层阵列；步骤s36：采用离子注入方法，通过注入能量控制注入深度和横向扩散程度，注入离子b至没有保护层的区域，即隔离区域的p型gan，使其具有高电阻率特性，去除离子注入保护层纳米阵列，形成p型gan之间具有相互隔离区域的p型gan纳米阵列。
34.步骤s37：在步骤s36得到的结构表面沉积一层金属薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在金属薄膜上形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n（n≥1）的光刻胶阵列（一块光刻胶对应n个多量子阱），并以光刻胶作为保护，去除暴露的金属薄膜，形成与步骤s33得到的超高分辨率多量子阱纳米阵列一对n（n≥1）的导热层阵列（一块导热层对应n个多量子阱）。
35.步骤s38：采用热退火工艺，控制温度，导热层可提高退火效率，消除外延工艺中产生的氢离子，使得导热层下方的p型gan完成激活，增强其导电能力。
36.步骤s39：在步骤s38完成的基础上继续沉积一层p接触电极薄膜，采用电子束光刻、变参量光刻或纳米压印在p接触电极薄膜上形成与步骤s37得到的导热层阵列一一对应的光刻胶阵列，并以光刻胶作为保护，去除暴露的p接触电极薄膜，形成与步骤s37得到的导热层一一对应的p接触电极阵列。
37.步骤s310：采用光刻和刻蚀手段，形成公共n接触电极窗口，并引出公共n接触电极，形成超高分辨率nano-led发光显示阵列。
38.其中，所述公共n接触电极和p接触电极为由pt、ti、au材料中的一种或多种混合层叠形成的多层薄膜，也可以是其他导电材料和结构。
39.在第三实施例中，离子注入量子阱破坏隔离区域的多量子阱结构采用的离子是氟
离子，所述的离子注入保护层材料为sio2或其他具有离子阻挡功能的薄膜材料，所述导热薄膜所用材料是由cr、ti、v材料中的一种或多种混合而成的吸氢合金，所述提高隔离区域p型gan层的电阻率采用的方法为镁离子注入。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。