Fabrication of high-resolution active matrix driven GaN-based Micro-LED chips

HUANG Ming-shui; NIE Jun-yang; LIU Ming-yang; LI Yang; PAN Kui; DENG Li-ying; YANG Tian-xi; HUANG Zhong-hang; SUN Jie; YAN Qun; GUO Tai-liang

doi:10.37188/CJLCD.2022-0276

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Fabrication of high-resolution active matrix driven GaN-based Micro-LED chips

Device Physics and Device Preparation | 更新时间：2022-11-22

- Fabrication of high-resolution active matrix driven GaN-based Micro-LED chips
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 12, Pages: 1553-1560(2022)
- 作者机构：
  
  1.福州大学物理与信息工程学院，福建福州 350108
  2.中国福建光电信息科学与技术创新实验室，福建福州 350108
  3.晋江市博感电子科技有限公司，福建泉州 362200
  4.西安交通大学电子信息学部，陕西西安 710049
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Fujian Provincial Department of Science and Technology(2021HZ0114;2021J01583;2021L3004);Fujian Science & Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China(2021ZZ122;2020ZZ110);National Key Research and Development Program of China(2021YFB3600104)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0276
  CLC： TN36
- Received：22 August 2022，
  
  Revised：08 September 2022，
  
  Published：05 December 2022
- 稿件说明：
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HUANG Ming-shui, NIE Jun-yang, LIU Ming-yang, et al. Fabrication of high-resolution active matrix driven GaN-based Micro-LED chips[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(12): 1553-1560.
DOI：

HUANG Ming-shui, NIE Jun-yang, LIU Ming-yang, et al. Fabrication of high-resolution active matrix driven GaN-based Micro-LED chips[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(12): 1553-1560. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0276.

摘要

本文设计并制备了一款分辨率为1 920×1 080的氮化镓基Micro-LED芯片。采用单次ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蚀的方法完成电流扩展层的图案化和台面刻蚀，实现了电流扩展层和台面的自对准。同时，在制作过程中用HMDS （Hexamethyldisiloxane）提高光刻胶附着力，从根本上提高小尺寸台面刻蚀的一致性和完整性。此外，通过垫高N型电极解决了传统倒装芯片中P型电极和N型电极不等高的问题，有利于显示芯片与驱动芯片的键合。该芯片尺寸为17.78 mm （0.7 in），发光单元尺寸为6 μm，像素周期为8 μm，像素密度达到3 129 PPI。

I-V

测试数据表明，所制备的Micro-LED的开启电压仅为3.5 V。

Abstract

The fabrication of a high-resolution 1 920×1 080 active matrix GaN-based micro-display chip was presented in this paper. The patterning of the current spreading layer and mesa were completed with ICP （Inductively Coupled Plasma） dry etching in a single step， resulting in the so-called self-alignment processing. At the same time， HMDS （Hexamethyldisiloxane） was used to improve the adhesion of photoresist， that significantly improve the consistency and integrity of small-size mesa etching. Furthermore， the problem of unequal height of P-electrode and N-electrode in traditional flip-chip was solved by padding the N-electrode， which was beneficial to the bonding of display chip and driver chip. This chip had a size of 17.78 mm （0.7 in）， a mesa size of 6 μm and a pixel pitch of 8 μm， and a high density of 3 129 PPI. The

curve of a single Micro-LED pixel was measured and illustrated， which showed a turn-on voltage of 3.5 V.

关键词

Keywords

references

XIONG J H ， HSIANG E L ， HE Z Q ， et al . Augmented reality and virtual reality displays： emerging technologies and future perspectives ［J］. Light： Science & Applications ， 2021 ， 10 （ 1 ）： 216 . doi: 10.1038/s41377-021-00658-8 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-021-00658-8

XIONG J H ， WU S T . Planar liquid crystal polarization optics for augmented reality and virtual reality： from fundamentals to applications ［J］. eLight ， 2021 ， 1 （ 1 ）： 3 . doi: 10.1186/s43593-021-00003-x http://dx.doi.org/10.1186/s43593-021-00003-x

季洪雷，张萍萍，陈乃军，等 . Micro-LED显示的发展现状与技术挑战［J］. 液晶与显示， 2021 ， 36 （ 8 ）： 1101 - 1112 . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0063 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0063

JI H L ， ZHANG P P ， CHEN N J ， et al . Micro-LED display： recent progress and future challenges ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2021 ， 36 （ 8 ）： 1101 - 1112 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0063 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0063

周自平，黎垚，严银菓，等 . Micro-LED应用于近眼显示的现状与趋势［J］. 液晶与显示， 2022 ， 37 （ 6 ）： 661 - 679 . doi: 10.37188/CJLCD.2022-0068 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2022-0068

ZHOU Z P ， LI Y ， YAN Y G ， et al . Current situation and trend of Micro-LED application in near-eye display ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2022 ， 37 （ 6 ）： 661 - 679 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2022-0068 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2022-0068

韩洪松，齐爱想，刘俊国，等 . Micro-LED在机载上的应用［J］. 液晶与显示， 2021 ， 36 （ 3 ）： 439 - 447 . doi: 10.37188/CJLCD.2020-0096 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2020-0096

HAN H S ， QI A X ， LIU J G ， et al . Application of Micro-LED technology in airborne display ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 439 - 447 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2020-0096 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2020-0096

严子雯，严群，李典伦，等 . 高度集成的μLED显示技术研究进展［J］. 发光学报， 2020 ， 41 （ 10 ）： 1309 - 1317 . doi: 10.37188/CJL.20200191 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200191

YAN Z W ， YAN Q ， LI D L ， et al . Research progress of high integration density μLED display technology ［J］. Chinese Journal of Luminescence ， 2020 ， 41 （ 10 ）： 1309 - 1317 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJL.20200191 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200191

LEE V W ， TWU N ， KYMISSIS I . Micro-LED technologies and applications ［J］. Information Display ， 2016 ， 32 （ 6 ）： 16 - 23 . doi: 10.1002/j.2637-496x.2016.tb00949.x http://dx.doi.org/10.1002/j.2637-496x.2016.tb00949.x

李继军，聂晓梦，李根生，等 . 平板显示技术比较及研究进展［J］. 中国光学， 2018 ， 11 （ 5 ）： 695 - 710 . doi: 10.3788/CO.20181105.0695 http://dx.doi.org/10.3788/CO.20181105.0695

LI J J ， NIE X M ， LI G S ， et al . Comparison and research progress of flat panel display technology ［J］. Chinese Optics ， 2018 ， 11 （ 5 ）： 695 - 710 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CO.20181105.0695 http://dx.doi.org/10.3788/CO.20181105.0695

HWANG D ， MUGHAL A ， PYNN C D ， et al . Sustained high external quantum efficiency in ultrasmall blue III-nitride micro-LEDs ［J］. Applied Physics Express ， 2017 ， 10 （ 3 ）： 032101 . doi: 10.7567/apex.10.032101 http://dx.doi.org/10.7567/apex.10.032101

OLIVIER F ， TIRANO S ， DUPRÉ L ， et al . Influence of size-reduction on the performances of GaN-based micro-LEDs for display application ［J］. Journal of Luminescence ， 2017 ， 191 ： 112 - 116 . doi: 10.1016/j.jlumin.2016.09.052 http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.09.052

LIU Z J ， LIN C H ， HYUN B R ， et al . Micro-light-emitting diodes with quantum dots in display technology ［J］. Light： Science & Applications ， 2020 ， 9 （ 1 ）： 83 . doi: 10.1038/s41377-020-0268-1 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-020-0268-1

DING K ， AVRUTIN V ， IZYUMSKAYA N ， et al . Micro-LEDs， a manufacturability perspective ［J］. Applied Sciences ， 2019 ， 9 （ 6 ）： 1206 . doi: 10.3390/app9061206 http://dx.doi.org/10.3390/app9061206

HUANG Y G ， HSIANG E L ， DENG M Y ， et al . Mini-LED， Micro-LED and OLED displays： present status and future perspectives ［J］. Light： Science & Applications ， 2020 ， 9 ： 105 . doi: 10.1038/s41377-020-0341-9 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-020-0341-9

JIN S X ， LI J ， LI J Z ， et al . GaN microdisk light emitting diodes ［J］. Applied Physics Letters ， 2000 ， 76 （ 5 ）： 631 - 633 . doi: 10.1063/1.125841 http://dx.doi.org/10.1063/1.125841

JEON C W ， CHOI H W ， GU E ， et al . High-density matrix-addressable AlInGaN-based 368-nm microarray light-emitting diodes ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2004 ， 16 （ 11 ）： 2421 - 2423 . doi: 10.1109/lpt.2004.835626 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2004.835626

CHONG W C ， CHO W K ， LIU Z J ， et al . 1 700 Pixels per inch （PPI） passive-matrix Micro-LED display powered by ASIC ［C］// Proceedings of 2014 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium （CSICS） . La Jolla， CA， USA ： IEEE ， 2014 ： 1 - 4 . doi: 10.1109/csics.2014.6978524 http://dx.doi.org/10.1109/csics.2014.6978524

CHEN C J ， CHEN H C ， LIAO J H ， et al . Fabrication and characterization of active-matrix 960×540 blue GaN-based Micro-LED display ［J］. IEEE Journal of Quantum Electronics ， 2019 ， 55 （ 2 ）： 3300106 . doi: 10.1109/jqe.2019.2900540 http://dx.doi.org/10.1109/jqe.2019.2900540

LI S T ， JIANG F Y ， FAN G H ， et al . The influence of growth mode on quality of GaN films and blue LED wafers grown by MOCVD ［J］. Physica B： Condensed Matter ， 2007 ， 391 （ 1 ）： 169 - 173 . doi: 10.1016/j.physb.2006.09.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2006.09.014

潘岭峰，李琪，伊晓燕，等 . 低损伤ICP刻蚀技术提高GaN LED出光效率［J］. 微纳电子技术， 2011 ， 48 （ 5 ）： 333 - 337 . doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2011.05.011 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-4776.2011.05.011

PAN L F ， LI Q ， YI X Y ， et al . Extraction efficiency of GaN LEDs improved by low damage ICP etching technique ［J］. Micronanoelectronic Technology ， 2011 ， 48 （ 5 ）： 333 - 337 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2011.05.011 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-4776.2011.05.011

JIN X H ， MA B H ， ZHAO K L ， et al . Effect of annealing on the thermoelectricity of indium tin oxide thin film thermocouples ［J］. Ceramics International ， 2020 ， 46 （ 4 ）： 4602 - 4609 . doi: 10.1016/j.ceramint.2019.10.190 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.10.190

安晖，操彬彬，栗芳芳，等 . ITO退火工艺对HADS型TFT-LCD透过率的影响［J］. 液晶与显示， 2019 ， 34 （ 5 ）： 482 - 488 . doi: 10.3788/yjyxs20193405.0482 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20193405.0482

AN H ， CAO B B ， LI F F ， et al . Influence of ITO anneal on the transmittance property of HADS TFT-LCD ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 482 - 488 . （in Chinese） . doi: 10.3788/yjyxs20193405.0482 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20193405.0482

FUJII A ， OCHI R ， KUROKAWA S ， et al . Alloying effects on the 1G0 contact of Au ［J］. Applied Surface Science ， 2004 ， 228 （ 1/4 ）： 207 - 212 . doi: 10.1016/j.apsusc.2004.01.019 http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.01.019

方瑢 . Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料和ITO薄膜的ICP刻蚀研究［D］. 北京：北京工业大学， 2010 .

FANG R . ICP etching study of Ⅲ-Ⅴ semiconductor materials and ITO films ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2010 . （in Chinese）

宋颖娉，郭霞，艾伟伟，等 . Cl 2 /BCl 3 ICP刻蚀GaN基LED的规律研究［J］. 微纳电子技术， 2006 ， 43 （ 3 ）： 125 - 129 . doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2006.03.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-4776.2006.03.003

SONG Y P ， GUO X ， AI W W ， et al . Study on the ICP etching regularity of GaN-based LED with Cl 2 /BCl 3 ［J］. Micronanoelectronic Technology ， 2006 ， 43 （ 3 ）： 125 - 129 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2006.03.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-4776.2006.03.003

CHOI H W ， JEON C W ， DAWSON M D ， et al . Fabrication and performance of parallel-addressed InGaN micro-LED arrays ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2003 ， 15 （ 4 ）： 510 - 512 . doi: 10.1109/lpt.2003.809257 http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2003.809257

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