高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备

黄铭水; 聂君扬; 刘明洋; 李洋; 潘魁; 邓俐颖; 杨天溪; 黄忠航; 孙捷; 严群; 郭太良

doi:10.37188/CJLCD.2022-0276

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备

器件物理及器件制备 | 更新时间：2022-11-22

- 高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备
- Fabrication of high-resolution active matrix driven GaN-based Micro-LED chips
- 液晶与显示 2022年37卷第12期页码：1553-1560
- 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：
  
  [ "黄铭水（1998－），男，福建泉州人，硕士研究生，2020年于福建工程学院获得学士学位，主要从事氮化镓Micro-LED集成信息显示芯片制备、芯片键合的研究。E-mail：hmsi@foxmail.com" ]
  [ "孙捷（1977－），男，内蒙古阿拉善人，博士，教授，2007年于中国科学院半导体研究所获得博士学位，主要从事氮化镓Micro-LED集成信息显示、二维半导体材料生长及其在纳米电子学中应用的研究。E-mail：jie.sun@fzu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  福建省科技厅项目(2021HZ0114;2021J01583;2021L3004);中国福建光电信息科学与技术创新实验室项目(2021ZZ122;2020ZZ110);国家重点研发计划(2021YFB3600104)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0276
  中图分类号：
扫描看全文
黄铭水, 聂君扬, 刘明洋, 等. 高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备[J]. 液晶与显示, 2022,37(12):1553-1560.

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.
黄铭水, 聂君扬, 刘明洋, 等. 高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备[J]. 液晶与显示, 2022,37(12):1553-1560. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0276.

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

关键词

Micro-LED高分辨率倒装芯片刻蚀

Keywords

Micro-LEDhigh resolutionflip-chipetch

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/s41377-021-00658-8http://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-xhttp://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.2021-0063http://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.2021-0063http://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.2022-0068http://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.2022-0068http://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.2020-0096http://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.2020-0096http://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.20200191http://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.20200191http://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.xhttp://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.20181105.0695http://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.20181105.0695http://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.10.032101http://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.2016.09.052http://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/s41377-020-0268-1http://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/app9061206http://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/s41377-020-0341-9http://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: 10.1063/1.125841http://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.2004.835626http://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.2014.6978524http://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.2019.2900540http://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.2006.09.014http://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.1671-4776.2011.05.011http://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.1671-4776.2011.05.011http://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.2019.10.190http://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/yjyxs20193405.0482http://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/yjyxs20193405.0482http://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.2004.01.019http://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.Cl2/BCl3 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.1671-4776.2006.03.003http://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 Cl2/BCl3 ［J］. Micronanoelectronic Technology， 2006， 43（3）： 125-129. （in Chinese）. doi: 10.3969/j.issn.1671-4776.2006.03.003http://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.2003.809257http://dx.doi.org/10.1109/lpt.2003.809257

浏览量

204

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

液晶与显示·封面｜高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备

Micro-LED器件：从极性c面到非极性或半极性的发展趋势

超微型Micro-LED投影显示光学引擎设计

晶圆级Micro-LED芯片检测技术研究进展

量子点液晶显示技术发展趋势与展望