本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)及顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種GaN基LED與TFT異質(zhì)單片集成的LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

LED工作耗電小，發(fā)光亮度高，對人體輻射小，壽命長，能夠在極端環(huán)境下工作，屬于節(jié)能環(huán)保型材料。根據(jù)紅綠藍三原色，可以將LED光源進行不同光色組合，實現(xiàn)圖像顯示。LED作為一種微型陣列器件，還具有響應(yīng)時間短、調(diào)制帶寬高等特點，在微顯示以及通信領(lǐng)域都具有很廣闊的應(yīng)用前景。

LED顯示分為無源尋址結(jié)構(gòu)和有源尋址結(jié)構(gòu)兩大類，對于無源尋址比較適合小區(qū)域的顯示，當顯示區(qū)域增大使得驅(qū)動電壓增大，同時增加像素點之間的串擾，降低顯示質(zhì)量。在有源尋址結(jié)構(gòu)中，像素點的亮度和灰度由有源器件如場效應(yīng)薄膜晶體管（TFT）控制，具有消除像素點之間的串擾，提高顯示分辨率，使像素點亮度更加均勻，高階的灰度提高顯示質(zhì)量等優(yōu)點。

因此為了利用LED實現(xiàn)更好的顯示功能以及提高集成度，目前已經(jīng)存在的關(guān)于實現(xiàn)LED顯示功能如利用倒裝焊工藝實現(xiàn)LED微型陣列和CMOS集成電路的混合集成；以及將從藍寶石襯底轉(zhuǎn)移LED到硅襯底，實現(xiàn)集成電路與LED的集成，并運用到可穿戴電子設(shè)備顯示中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了更大提高LED顯示的集成度，提高LED顯示技術(shù)工藝的成品率，本發(fā)明提出一種GaN基LED與TFT異質(zhì)單片集成的LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)，將LED和TFT生長在同一襯底上，實現(xiàn)LED和TFT的異質(zhì)單片集成，以此來實現(xiàn)LED微顯示，且提高LED微顯示的穩(wěn)定性和可靠性，提高有源尋址光電集成顯示器件的性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種GaN基LED和TFT異質(zhì)單片集成的LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由GaN基LED結(jié)構(gòu)和TFT結(jié)構(gòu)兩部分組成，其中TFT結(jié)構(gòu)生長在GaN基LED結(jié)構(gòu)表面上，其中TFT結(jié)構(gòu)和GaN基LED結(jié)構(gòu)之間生長有絕緣層作為兩個結(jié)構(gòu)的隔離層。本發(fā)明實現(xiàn)了LED與TFT集成到同一襯底上，實現(xiàn)異質(zhì)單片集成TFT直接調(diào)制LED發(fā)光亮度，提升LED微顯示的電學穩(wěn)定性和集成度。

優(yōu)選地，所述GaN基LED結(jié)構(gòu)包括藍寶石襯底，在藍寶石襯底上依次外延生長u-GaN緩沖層、n-GaN層、InGaN/GaN量子阱有源層、p-GaN層和InGaN接觸層。

優(yōu)選地，所述TFT結(jié)構(gòu)是生長在GaN基LED結(jié)構(gòu)的InGaN接觸層表面，依次生長絕緣層、TFT源極、TFT漏極、TFT有源層、TFT柵極絕緣層和TFT柵極，其中TFT有源層作為導(dǎo)電溝道，采用半導(dǎo)體材料，TFT源極還作為LED的P電極（即TFT源極和LED的P電極共用電極）。其中的TFT柵極絕緣層還可以作為TFT漏極和LED的n電極的保護層。

優(yōu)選地，所述TFT源極、TFT漏極通過絕緣層開孔沉積金屬，其中沉積金屬可為鋁Al金屬、鈦Ti金屬或鋁鈦混合金屬，可根據(jù)實際情況對沉積金屬層厚度及材料作出相應(yīng)調(diào)整。另外，TFT柵極是通過沉積金屬形成的，TFT柵極用于控制TFT的開關(guān)以及導(dǎo)通電阻，其中沉積金屬可為鋁Al金屬、鈦Ti金屬或鋁鈦混合金屬，也可根據(jù)實際情況對沉積金屬層厚度及材料作出相應(yīng)調(diào)整。

優(yōu)選地，所述絕緣層為SiO₂，但不僅限于此，可根據(jù)實際情況對厚度和所用絕緣層材料作出相應(yīng)調(diào)整；半導(dǎo)體材料為多晶硅或IGZO，但不僅限于這兩種，根據(jù)具體情況可作出相應(yīng)調(diào)整，TFT柵極絕緣層還能作為漏極和LED的n電極的保護層，其材料采用Al₂O₃，但不僅限于此，可根據(jù)實際情況作出相應(yīng)調(diào)整。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：1）本LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)是將LED和TFT生長在同一襯底上，實現(xiàn)LED和TFT的異質(zhì)單片集成，以此來實現(xiàn)LED微顯示，提高了LED微顯示的穩(wěn)定性和可靠性，提高有源尋址光電集成顯示器件的性能。2）本LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)是用TFT和LED實現(xiàn)單片集成，通過外延生長層面實現(xiàn)TFT驅(qū)動電路和LED的單片集成，不需要倒裝焊或者LED轉(zhuǎn)移，極大的降低LED顯示的制作成本以及提高系統(tǒng)的可靠性。3）本LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)中的TFT對像素點的功率驅(qū)動大小可根據(jù)像素點的大小對TFT柵寬尺寸、有源區(qū)溝道長度作出對應(yīng)調(diào)整，以滿足對LED顯示的要求。

附圖說明

圖1是常規(guī)GaN基LED結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是常規(guī)TFT結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是在實例一中LED外延結(jié)構(gòu)下采用掩膜對表面進行mesa圖案化后結(jié)構(gòu)示意；

圖4是在本實例一中形成金屬引線孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是在本實例一中形成源漏電極以及LED負電極和正電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是在本實例一中形成TFT有源區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是在本實例一中形成柵極絕緣層示意圖；

圖8是在本實例一中形成柵極結(jié)構(gòu)圖。

圖9a是形成LED微顯示的一個2T1C電路結(jié)構(gòu)圖；

圖9b在本實例二中形成T1源漏電極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是在本實例二中形成T1有源區(qū)結(jié)構(gòu)圖；

圖11是在本實例二中形成T1柵極絕緣層結(jié)構(gòu)圖；

圖12是在本實例二中形成T1柵極結(jié)構(gòu)圖；

圖13是在實例二中形成LED微顯示的一個2T1C電路驅(qū)動像素點，基于該像素點形成LED微顯示的一個發(fā)光像素結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。

附圖標記說明：

圖1中，101-藍寶石襯底、102- u-GaN緩沖層、103- n-GaN層、104- InGaN/GaN量子阱有源層、105- p-GaN層、106- InGaN基接觸層、107- n電極、108- p電極。

圖2中，201-基板、202-柵極、203-柵極絕緣層、204- TFT有源層、205- TFT源極、2016- TFT漏極。

圖3-圖12中，301-藍寶石襯底、302- u-GaN緩沖層、303- n-GaN層、304- InGaN/GaN量子阱有源層、305- p-GaN層、306- InGaN基接觸層、401-線孔圖形層、501- LED的p電極和T2的TFT的源極、502-T2的 TFT漏極、503- LED的n電極、601- T2的TFT有源層、701-T2的TFT柵極絕緣層、801- T2的TFT柵極、901-T1的TFT源極、902- T1的TFT漏極、1001-T1的TFT有源層、1101- T1的TFT柵極絕緣層、1201-T1的TFT柵極。

本發(fā)明提供的一種GaN基LED與TFT異質(zhì)單片集成的LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)，是在常規(guī)LED工藝結(jié)構(gòu)上面進一步生長TFT結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)TFT和LED的異質(zhì)單片集成，在常規(guī)LED結(jié)構(gòu)上進行相關(guān)的工藝，依次生長絕緣層、TFT源極（也是LED的P電極）、TFT漏極、半導(dǎo)體層作為TFT有源層、柵極絕緣層、柵極。實現(xiàn)LED和TFT的異質(zhì)單片集成，實現(xiàn)TFT對LED發(fā)光像素單元灰度的調(diào)控。

如圖1，圖1是常規(guī)LED結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)是在藍寶石襯底依次外延生長u-GaN緩沖層、n-GaN層、InGaN/GaN量子阱有源層、p-GaN層，n電極和p電極構(gòu)成。

如圖2，圖2是常規(guī)TFT結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)構(gòu)是在基板上形成的柵極、柵極絕緣層、沉積半導(dǎo)體層作為有源層、源極/漏極接觸區(qū)。

本實施部分首先提供的一種TFT和LED異質(zhì)單片集成的制作方法，包括以下所述步驟：

步驟101，如圖3所示，在LED外延結(jié)構(gòu)下采用掩膜對表面進行mesa圖案化，通過感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕，刻到n-GaN作為LED微顯示發(fā)光像素陣列的共N電極。

步驟102，如圖4所示，在已經(jīng)刻蝕臺階的結(jié)構(gòu)上沉積絕緣層，并采用掩膜刻蝕工藝，在p-GaN和n-GaN層上形成線孔圖形。本步驟在上述圖3的基礎(chǔ)上形成的線孔圖形層。生長的絕緣層為SiO₂，但不僅限于此，可根據(jù)實際情況對厚度和所用絕緣層材料作出相應(yīng)調(diào)整。

步驟103，如圖5所示，已經(jīng)形成線孔圖層的圖4的基礎(chǔ)上形成金屬引線層的結(jié)構(gòu)示意圖。通過真空鍍膜物理氣相沉積(PVD)的方法蒸鍍金屬，形成p-GaN金屬接觸層（T2的TFT源極）、T2的TFT漏極、LED的n電極。沉積金屬可為鋁（Al）鈦（Ti）等混合層金屬，可根據(jù)實際情況對沉積金屬層厚度及材料作出相應(yīng)調(diào)整。

步驟104，如圖6所示，在圖形5的基礎(chǔ)上生長半導(dǎo)體層，進行涂膠光刻對半導(dǎo)體層進行選擇性刻蝕，形成T2的TFT的有源層。

需要說明的是半導(dǎo)體層可以為多晶硅、IGZO，但不僅限于這兩種，根據(jù)具體情況可作出相應(yīng)調(diào)整。

在本步驟之后，至少還需要對上述形成的金屬接觸層進行退火處理，形成良好的歐姆接觸。

步驟105，如圖7所示，在圖形6的基礎(chǔ)上生長T2的TFT柵極絕緣層，需要說明的是，T2的TFT柵極絕緣層也充當其他區(qū)域的鈍化層。T2的TFT柵極絕緣層可以為Al₂O₃，但不僅限于此，可根據(jù)實際情況作出相應(yīng)調(diào)整。

步驟106，如圖8所示，在圖形7的基礎(chǔ)上沉積金屬作為T2的TFT柵極，沉積金屬可為鈦（Ti）鋁（Al）等混合層金屬，可根據(jù)實際情況對沉積金屬層厚度及材料作出相應(yīng)調(diào)整。完成TFT和LED異質(zhì)單片集成的制作。

實施例二

在上述實施例一中實現(xiàn)單個TFT和LED的異質(zhì)單片集成的制作，在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種GaN基LED與TFT單片異質(zhì)單片集成的LED微顯示像素單元結(jié)構(gòu)。圖9a是形成LED微顯示的一個2T1C電路結(jié)構(gòu)圖，其中T2和LED已經(jīng)通過實例一完成制作，本實例具體說明圖9a中T1和Cs的制作過程。

本實例通過具體實例進行具體說明。具體步驟如下：

步驟301，如圖9b所示，在圖8的基礎(chǔ)上沉積金屬，進行涂膠光刻，形成T1的TFT源極和T1的TFT漏極結(jié)構(gòu)。沉積金屬可為鋁（Al）鈦（Ti）等混合層金屬，可根據(jù)實際情況對沉積金屬層厚度及材料作出相應(yīng)調(diào)整。

需要說明的是根據(jù)前面所述形成T1的TFT源極與T2的TFT柵極接觸實現(xiàn)互聯(lián)。并且T1的TFT源極與T2的TFT漏極中間存在的T2的TFT柵極絕緣層構(gòu)成一個電容Cs，具有2T1C電路中的電容作用。

步驟302，如圖10所示，在圖形9的基礎(chǔ)上生長半導(dǎo)體層，進行涂膠光刻對半導(dǎo)體層進行選擇性刻蝕，形成T1的TFT有源層。

需要說明的是半導(dǎo)體層可以為多晶硅、IGZO，但不僅限于這兩種，根據(jù)具體情況可作出相應(yīng)調(diào)整。

在本步驟之后，至少還需要對上述形成的金屬接觸層進行退火處理，形成良好的歐姆接觸。

步驟303，如圖11所示，在圖形10的基礎(chǔ)上生長T1的TFT柵極絕緣層，需要說明的是，T1的TFT柵極絕緣層也充當其他區(qū)域的鈍化層。T1的TFT柵極絕緣層可以為Al₂O₃，但不僅限于此，可根據(jù)實際情況作出相應(yīng)調(diào)整。

步驟304，如圖12所示，在圖形11的基礎(chǔ)上進行掩膜沉積金屬作為T1的TFT柵極，沉積金屬可為鈦（Ti）鋁（Al）等混合層金屬，可根據(jù)實際情況對沉積金屬層厚度及材料作出相應(yīng)調(diào)整。完成2T1C集成電路和LED異質(zhì)單片集成的制作，實現(xiàn)異質(zhì)單片集成TFT直接調(diào)制LED發(fā)光灰度。圖13對應(yīng)LED微顯示的一個發(fā)光像素的俯視結(jié)構(gòu)圖。

本發(fā)明的一種GaN基LED與TFT異質(zhì)單片集成的LED顯示結(jié)構(gòu)，考慮到TFT器件的常規(guī)制作方法和器件性能的要求，LED結(jié)構(gòu)上制作TFT各層材料的厚度根據(jù)對應(yīng)情況在做對應(yīng)的厚度生長退火等參數(shù)條件的調(diào)整。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。