專利名稱：一種多量子阱tft-led陣列顯示基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED陣列顯示基板及其制造方法，尤其涉及一種多量子阱 TFT-LED陣列顯示基板及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著人們物質(zhì)文化生活水平的不斷改善，人們對(duì)顯示技術(shù)的要求也越來(lái)越高。顯示技術(shù)逐步向著平板化、體積小、重量輕、耗電省等方面發(fā)展。液晶顯示器由于具有體積小、 輻射小和功耗低等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展，成為了當(dāng)前顯示技術(shù)的主流，在不少應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)逐步取代了傳統(tǒng)的CRT顯示技術(shù)。但是液晶顯示器也存在響應(yīng)速度相對(duì)較慢，色彩還原性能較差等方面的不足。上世紀(jì)90年代以來(lái)，InGaN為發(fā)光材料的GaN基藍(lán)光LED器件的制作成功，為L(zhǎng)ED的迅速普及和推廣開(kāi)辟可廣闊的道路。隨著紅、綠、藍(lán)三基色LED器件的研制成功，紅綠藍(lán)三基色光可以混合為白光，白光加現(xiàn)有的彩膜技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)彩色顯示，這就為L(zhǎng)ED顯像技術(shù)提供了良好的基礎(chǔ)，LED具有發(fā)光效率高、顯色性好和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，在目前的大屏幕顯示方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前的LED顯示器主要由單色LED單元拼接而成，具有耗電量少、亮度高、工作電壓低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但目前采用的拼接形式形成的LED顯示器存在分辨率低、色彩均勻性差、體積大等不足，LED顯示器不同拼接部分的協(xié)調(diào)性和一致性難以保證，制作成本相對(duì)較高，大功率器件散熱設(shè)計(jì)困難，僅適用于大屏幕顯示等問(wèn)題，限制了拼接LED顯色器的進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板及其制造方法，它制造得到的 LED顯示器分辨率高、體積小、散熱效果良好，能實(shí)現(xiàn)真彩和小屏幕顯示，能有效克服了現(xiàn)有拼接LED顯示器和TFT-IXD的不足，并具有其他顯示方式所不具備的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，包括襯底，在襯底上方依次為緩沖層，η型GaN層，三基色多量子阱發(fā)光層，三基色多量子阱發(fā)光層構(gòu)成白光發(fā)光區(qū)；在三基色多量子阱發(fā)光層上依次為P型GaN層和透明電極層；η型GaN層、三基色多量子阱發(fā)光層、P型GaN層和透明電極層共同組成顯示單元，在顯示單元上設(shè)有控制區(qū)，在顯示單元之間設(shè)有引線區(qū)；在控制區(qū)內(nèi)設(shè)有由電容器下極板和電容器上極板，以及同處于它們之間的絕緣層所構(gòu)成的電容器；由工作TFT柵極、工作TFT溝道、工作TFT源極、工作TFT漏極以及絕緣層組成的工作TFT ；以及由控制TFT柵極、控制TFT溝道、控制TFT源極和控制TFT漏極以及中間絕緣層組成的控制TFT ；在引線區(qū)內(nèi)設(shè)有η型GaN層接地引線，工作TFT源極引線，控制TFT源極引線及控制TFT柵極引線；其中電容器下極板與η型GaN層接觸，η型GaN 層接地弓丨線與電容器下極板連接；電容器上極板分別與工作TFT柵極及控制TFT漏極連接， 工作TFT漏極與透明電極層連接，工作TFT源極與工作TFT源極引線連接，控制TFT源極與控制TFT源極引線連接，控制TFT柵極與控制TFT柵極引線連接；在各層金屬電極和不同層引線之間有絕緣層，在控制區(qū)及引線區(qū)上有鈍化保護(hù)層，在透明電極層設(shè)有彩膜基板。
襯底材料可以是藍(lán)寶石單晶襯底或SiC單晶襯底。η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層是由不同摻雜濃度的P型或η型GaN外延薄膜組成，其中η型半導(dǎo)體層可摻入Si，p型半導(dǎo)體層可摻入Mg、Si等。三基色多量子阱發(fā)光層是由紅、綠、藍(lán)(RGB)三種多量子阱構(gòu)成，藍(lán)色量子阱發(fā)光層由貧h (In-poor)的InGaN多量子阱層構(gòu)成，可發(fā)出純正的藍(lán)光；而綠色量子阱發(fā)光層由出富h (In-rich)的InGaN多量子阱層構(gòu)成，可得到較理想的綠光發(fā)射；紅色量子阱由 AlInGaP多量子阱層構(gòu)成，可發(fā)出較理想的紅光。三種三基色的生長(zhǎng)順序是可以改變的，每一種顏色的多量子阱層的厚度、材料和生長(zhǎng)條件也是可以改變的。同調(diào)整各層的厚度，多量子阱層的層數(shù)和生長(zhǎng)工藝，可實(shí)現(xiàn)各層發(fā)光性能的最優(yōu)化。通過(guò)三種顏色發(fā)光層所發(fā)色光的混色，可實(shí)現(xiàn)較理想的白光發(fā)射。為實(shí)現(xiàn)發(fā)光層與下一層薄膜之間的晶格匹配，還可選擇在相應(yīng)發(fā)光層生長(zhǎng)之前選擇適當(dāng)?shù)木彌_層(buffer layer),以實(shí)現(xiàn)三基色多量子阱發(fā)光層與η型層的晶格匹配，如在AlInGaP生長(zhǎng)前生長(zhǎng)GaAs等緩沖層。如透明電極層為原位生長(zhǎng)的ITO或性質(zhì)類似的透明電極材料。電容器的下極板、上極板，工作TFT柵極、工作TFT漏極、工作TFT源極，控制TFT柵極、控制TFT漏極、控制TFT源極以及各種引線的材料為Mo、Au、Cu、Ag、Ni或Al等金屬中的一種或一種以上組成的合金，或者它們的搭配或組合。絕緣層和鈍化保護(hù)層可采用SiOx、 SiNx或SiOxNy等絕緣材料。工作TFT的溝道和控制TFT的溝道層采用非晶硅(a_Si)、多晶硅(poly-Si)或者單晶硅(Si)等半導(dǎo)體材料。彩膜基板包括紅色樹(shù)脂、綠色樹(shù)脂和藍(lán)色樹(shù)脂，以及與彩膜相關(guān)的其他組件。本發(fā)明同時(shí)也提供一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板的制造方法，包括以下步驟
步驟一、在襯底上利用MOCVD法依次沉積緩沖層及η型GaN層； 步驟二、在η型GaN層上，采用MOCVD法生長(zhǎng)三基色多量子阱發(fā)光層； 步驟三、在三基色多量子阱發(fā)光層上采用MOCVD法沉積出ρ型GaN層； 步驟四、在P型GaN層上采用MOCVD法沉積透明電極層；
步驟五、在步驟四的基礎(chǔ)上進(jìn)行光刻和刻蝕，刻蝕深度超過(guò)三基色多量子阱發(fā)光層，但不得刻穿η型GaN層，被刻蝕的區(qū)域形成控制區(qū)及引線區(qū)，未被刻蝕的區(qū)域形成發(fā)光區(qū)，它們共同組成顯示陣列；
步驟六、在控制區(qū)及引線區(qū)上采用磁控濺射法沉積出金屬層I，對(duì)金屬層I進(jìn)行光刻和刻蝕，使控制區(qū)的金屬層I形層電容器下極板，使引線區(qū)的金屬層I形成η型GaN層接地引線；
步驟七、在控制區(qū)及引線區(qū)上采用PECVD法沉積絕緣層，然后在絕緣層上采用磁控濺射法沉積出金屬層II，對(duì)金屬層II進(jìn)行光刻和刻蝕后，在控制區(qū)上的金屬層II分別形成了電容器上極板、與電容器上極板連接的工作TFT柵極以及控制TFT柵極，在引線區(qū)上的金屬層II形成了控制TFT柵極引線；
步驟八、在步驟七基礎(chǔ)上，采用PECVD法沉積出絕緣層，再采用PECVD法在絕緣層上沉積出a-Si有源層，并進(jìn)行光刻和刻蝕，分別形成工作TFT和控制TFT溝道部分。同時(shí)，在工作TFT柵極引線末端的上方絕緣層中形成一個(gè)尺寸大小適度的過(guò)孔，露出工作TFT柵極引線末端的一部分，供下一步驟中控制TFT漏極與工作TFT柵極相連接，以達(dá)到通過(guò)控制TFT的開(kāi)關(guān)來(lái)控制工作TFT開(kāi)關(guān)的目的；
步驟九、在步驟八基礎(chǔ)上，采用磁控濺射法沉積出金屬層III，并對(duì)金屬層III進(jìn)行光刻和刻蝕，控制區(qū)上的金屬層III分別形成與透明電極層相連接的工作TFT漏極、工作TFT源極， 以及通過(guò)過(guò)孔與工作TFT柵極相連接的控制TFT漏極，以及控制TFT源極，在引線區(qū)上的
金屬層ΠΙ形成了控制TFT源極引線.
一入 ，
步驟十、采用PECVD法沉積絕緣層，并通過(guò)光刻和刻蝕，在工作TFT源極頂部的絕緣層中形成一個(gè)過(guò)孔，以便工作TFT源極與引線電路連接；采用磁控濺射法沉積出金屬層IV，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成與工作TFT源極連接的工作TFT源極引線；
步驟十一、采用PECVD法沉積出鈍化保護(hù)層，對(duì)控制區(qū)和引線區(qū)電路及相關(guān)部分形成保護(hù)。進(jìn)行光刻和刻蝕，形成基板的pad電路部分，以便與外電路連接，同時(shí)保持發(fā)光區(qū)域的完整和清潔。步驟十二、在陣列基板上方覆蓋與陣列基板配套的彩膜基板。其中三基色多量子阱發(fā)光層的制備是先在η型GaN層上采用MOCVD法生長(zhǎng)貧In 的InGaN藍(lán)色量子阱發(fā)光層，再生長(zhǎng)GaN層，然后生長(zhǎng)出富h的InGaN綠色量子阱發(fā)光層， 接著生長(zhǎng)GaN層，最后長(zhǎng)出AlInGaP紅色量子阱發(fā)光層。通過(guò)調(diào)整各層的厚度，多量子阱層的層數(shù)和生長(zhǎng)工藝，可實(shí)現(xiàn)各層發(fā)光性能的最優(yōu)化。通過(guò)三種顏色發(fā)光層所發(fā)色光的混色， 可實(shí)現(xiàn)較理想的白光發(fā)射。η型GaN層、三基色多量子阱發(fā)光層和ρ型GaN層采用MOCVD (金屬有機(jī)化合物汽相沉積)工藝，或者采用MBE (分子束外延)方法制備。光刻技術(shù)采用半導(dǎo)體技術(shù)上采用的通用方法，刻蝕方法采用干刻(如增強(qiáng)等離子刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕等)、濕刻或以上方法的組合。采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法生長(zhǎng)透明電極層、金屬層I、金屬層II、金屬層 ΠΙ和金屬層IV ；采用PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積法)生長(zhǎng)絕緣層和鈍化保護(hù)層，多晶
硅或單晶硅的有源層需采用與熱處理相結(jié)合的比PECVD更復(fù)雜的工藝生長(zhǎng)。本發(fā)明采用MOCVD法在大面積單晶襯底上沉積出同樣具有完整結(jié)構(gòu)的緩沖層及η 型GaN層，并在η型GaN層上通過(guò)MOCVD工藝和其他薄膜制備工藝，制備紅、綠、藍(lán)三基色多量子阱發(fā)光層、P型GaN層及透明電極層，將三基色多量子阱發(fā)光層、P型GaN層及透明電極層分隔成顯示陣列。在每個(gè)隔離出來(lái)的發(fā)光陣列單元上通過(guò)集成兩個(gè)TFT與一個(gè)電容器作為該發(fā)光單元的控制電路。由于顯示陣列是在大面積單晶襯底上結(jié)合半導(dǎo)體工藝制備而成的，因此每個(gè)象素發(fā)光單元的體積可以比現(xiàn)有的LED大屏幕顯示的單個(gè)LED發(fā)光單元小很多，跟目前的LCD顯示的象素單元大小相當(dāng)，能極大的提高顯示的分辨率，從而可大大提高顯示質(zhì)量。另外，η型GaN層為整塊結(jié)構(gòu)，在η型GaN層上連接金屬引線，在引線區(qū)也有金屬引線，從而能大大改善產(chǎn)品的散熱問(wèn)題。生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝兼容，易于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，產(chǎn)品性能大幅度提高。本發(fā)明中多量子阱TFT-LED陣列顯示基板的工作原理為TFT_LED彩色陣列顯示基板包括一個(gè)電容器、一個(gè)工作TFT及一個(gè)控制TFT ；工作TFT源極通過(guò)工作TFT源極引線
6與驅(qū)動(dòng)電源相連接，控制TFT柵極通過(guò)控制TFT柵極引線與掃描信號(hào)相連接，控制TFT源極通過(guò)控制TFT源極引線與數(shù)據(jù)信號(hào)相連接，電容器下基板與LED與η型層連接，并與接地引線相連接；當(dāng)控制TFT柵極引線有掃描信號(hào)時(shí)，控制TFT處于開(kāi)啟狀態(tài)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)控制 TFT源極傳送到工作TFT柵極，并為電容器充電。假定工作TFT的外驅(qū)動(dòng)電壓恒定，并工作于截止電壓以上的非飽和區(qū)，工作TFT漏極電流的大小由工作TFT柵極電壓決定；當(dāng)控制 TFT柵極引線沒(méi)有掃描信號(hào)時(shí)，控制TFT處于截止?fàn)顟B(tài)，存儲(chǔ)在電容器中的電荷仍能維持工作TFT柵極的電壓并保持恒定，使工作TFT處于開(kāi)啟狀態(tài)，這樣就保證了在整個(gè)幀周期中， LED具有恒定的電流通過(guò)。這個(gè)電路通過(guò)控制TFT源極引線上的數(shù)據(jù)信號(hào)電壓改變工作TFT 柵極的電壓，控制流過(guò)工作TFT的電流，從而控制了流過(guò)LED的電流，達(dá)到控制LED發(fā)光亮度的目的。由于采用上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一種全新的思路，采用半導(dǎo)體集成工藝，將發(fā)光單元(LED單元)與發(fā)光的控制單元(TFT單元)共同集成到同一塊基片上完整的襯底基板上，從而構(gòu)成顯示陣列基板。根據(jù)顯示的需要，每一個(gè)發(fā)光單元的狀態(tài)由與之相對(duì)應(yīng)的控制單元來(lái)控制，即每個(gè)陣列發(fā)光單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和明亮程度(灰度級(jí))可以通過(guò)與電路連接的控制單元來(lái)調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)彩色顯示，采用三基色多量子阱發(fā)光層，它是由紅、綠、藍(lán)(RGB)三種量子阱構(gòu)成，通過(guò)三種顏色混色后實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。在白色發(fā)光的基礎(chǔ)上，通過(guò)與彩膜技術(shù)相配合，選擇與LED陣列基板對(duì)應(yīng)的彩膜(Color Filter)基板，從而將白光還原成顯示所需要的紅、藍(lán)、綠三原色。彩膜基板上的顏色單元分布和透光率要符合彩色顯示對(duì)象素單元的要求。在控制單元的配合下，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。這樣制造的 LED顯示器分辨率高、體積小、散熱效果良好，能實(shí)現(xiàn)真彩和小屏幕顯示，適用家庭及辦公等環(huán)境，能有效克服了現(xiàn)有拼接LED顯示器和TFT-LCD的不足，并具有其他顯示方式所不具備的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為藍(lán)寶石Al2O3 (0001)面襯底上外延生長(zhǎng)緩沖層和n-GaN層后的截面圖； 圖3為n-GaN層上生長(zhǎng)紅、綠、藍(lán)三基色多量子阱發(fā)光層后的截面圖； 圖4為在紅綠藍(lán)三基色多量子阱發(fā)光層上生長(zhǎng)p-GaN層后的截面圖； 圖5為在p-GaN層上生長(zhǎng)透明電極后的截面圖。圖6為在圖5基礎(chǔ)上刻蝕形成控制區(qū)及引線區(qū)后的平面7為圖6中對(duì)應(yīng)A-A截面的截面圖8為沉積金屬層I后，刻蝕形成電容器下極板和η型GaN層接地引線的平面圖； 圖9為圖8中對(duì)應(yīng)A-A截面的截面圖10為沉積金屬層Π后，刻蝕形成電容器上極板、與電容器上極板連接的工作TFT柵
極和控制TFT柵極，以及在引線區(qū)上形成控制TFT柵極引線后的平面圖； 圖11為圖10中對(duì)應(yīng)A-A截面的截面圖12為沉積a-Si有源層，進(jìn)行光刻和刻蝕，形成工作TFT溝道及控制TFT溝道，并在柵絕緣層上形成工作TFT柵極過(guò)孔后的平面圖； 圖13為圖12中對(duì)應(yīng)A-A截面的截面圖； 圖14為圖12中對(duì)應(yīng)B-B截面的截面圖； 圖15為圖12中對(duì)應(yīng)C-C截面的截面圖16為沉積金屬層III，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成工作TFT的源、漏極、控制TFT的源、漏極和控制TFT源極引線后的平面圖17為圖16的中對(duì)應(yīng)A-A截面的截面圖； 圖18為圖16的中對(duì)應(yīng)B-B截面的截面圖； 圖19為圖16的中對(duì)應(yīng)C-C截面的截面圖20為沉積金屬層IV，進(jìn)行光刻和刻蝕，形成工作TFT源極引線的平面圖； 圖21為生長(zhǎng)鈍化保護(hù)層后的平面圖； 圖22為圖21中對(duì)應(yīng)A-A截面的截面圖； 圖23為圖21中對(duì)應(yīng)B-B截面的截面圖； 圖M為圖21中對(duì)應(yīng)C-C截面的截面圖。
附圖標(biāo)記
1、襯底；
2、緩沖層；
3、η型 GaN 層；
4、三基色多量子阱發(fā)光層；
5、ρ型 GaN 層；
6、透明電極層；
7、控制區(qū)；
8、引線區(qū)；
9、發(fā)光區(qū)；
10、電容器下極板； IUn電極接地引線；
12、電容器上極板；
13、工作TFT柵極；
14、工作TFT柵極引線；
15、控制TFT柵極；
16、控制TFT柵極引線；
17、工作TFT溝道；
18、控制TFT溝道；
19、控制TFT源極；
20、控制TFT源極引線；
21、控制TFT漏極；
22、工作TFT源極；
23、工作TFT漏極；
24、工作TFT源極引線；
825、絕緣層；
26、鈍化保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板結(jié)構(gòu)如圖M所示在襯底1上方依次為緩沖層2和η型GaN層3，三基色(RGB)多量子阱發(fā)光層4，三基色多量子阱發(fā)光層構(gòu)成白光發(fā)光區(qū)9 ；在三基色多量子阱發(fā)光層4上依次為ρ型GaN層5和透明電極層6 ；η型GaN 層3、三基色多量子阱發(fā)光層4、ρ型GaN層5和透明電極層6共同組成顯示單元，在顯示單元上設(shè)有控制區(qū)7，在顯示單元之間設(shè)有引線區(qū)8 ；在控制區(qū)7內(nèi)有由電容器下極板10和電容器上極板12，以及同處于它們之間的絕緣層25所構(gòu)成的電容器。由工作TFT柵極13、工作TFT溝道17、工作TFT源極22、工作TFT漏極23以及絕緣層25組成的工作TFT ；以及由控制TFT柵極15、控制TFT溝道18、控制TFT源極19和控制TFT漏極21以及絕緣層25組成的控制TFT;在引線區(qū)內(nèi)有η型GaN層接地引線11，工作TFT源極引線24，控制TFT源極引線20及控制TFT柵極引線16 ；其中電容器下極板10與η型GaN層3良好接觸，η型GaN 層接地引線11為電容器下極板10的延伸；電容器上極板12分別與工作TFT柵極13及控制TFT漏極21連接，工作TFT漏極23與透明電極層6連接，工作TFT源極22與工作TFT 源極引線M連接，控制TFT源極19與控制TFT源極引線20連接，控制TFT柵極15與控制 TFT柵極引線16連接；在各層金屬電極和不同層引線之間有絕緣層25，在控制區(qū)7及引線區(qū)8上有鈍化保護(hù)層沈；在透明電極層6上方覆蓋有配套的彩膜基板。本發(fā)明中MOCVD方法的鎵源為TMGa (三甲基鎵)，氮源為NH3 (氨)，銦源為TMh (三甲基銦)，鋁源為TMAl (三甲基鋁)，鎂源為TMMg (三甲基鎂)、硅源為SiH4 (硅烷)。以下是該實(shí)施例多量子阱TFT-LED陣列顯示基板的制造方法，它包括以下主要步驟
步驟一、采用大面積的整塊藍(lán)寶石單晶作為襯底1，將襯底1放入MOCVD設(shè)備中，先通入 H2氣氛下加熱至1100°C烘烤20min ；然后在800°C下通入氮?dú)鈱?duì)襯底進(jìn)行100s的氮化處理； 處理后通入NH3 (氨氣)和TMAl (三甲基鋁)、在800°C的條件下在襯底上氣相外延生長(zhǎng)厚度為80nm的AlN緩沖層，然后通入TMGa (三甲基鎵)和氨氣在600°C下生長(zhǎng)厚度為200nm的 GaN緩沖層；AlN緩沖層、GaN緩沖層共同組成緩沖層2 ；在600°C的條件下?lián)絊i在緩沖層2 上生長(zhǎng)厚度為2um的η型GaN層3，如圖2所示；
步驟二、在600°C的條件下在η型GaN層3上生長(zhǎng)厚度為IOnm的GaN層緩沖層，在550°C 下生長(zhǎng)厚度為3nm的InGaNan=O. 08)的藍(lán)色量子阱發(fā)光層，再在600°C下生長(zhǎng)厚度為IOnm 的GaN層，重復(fù)以上步驟5-6次，即形成了多量子阱結(jié)構(gòu)的藍(lán)光LED發(fā)光層；然后在550°C下生長(zhǎng)厚度為3nm的InGaNan=O. 08)的綠色量子阱發(fā)光層，接著在600°C下生長(zhǎng)厚度為IOnm 的GaN層，重復(fù)以上步驟5-6次，即形成了多量子阱結(jié)構(gòu)的綠光LED發(fā)光層；繼續(xù)生長(zhǎng)50nm 的GaAs層作為緩沖層，在800°C生長(zhǎng)3nm的AlInGaP紅色量子阱發(fā)光層，繼續(xù)生長(zhǎng)IOnm的 GaAs層，重復(fù)以上的后兩個(gè)步驟5-6次，最后生長(zhǎng)30nm左右的GaN層緩沖層，即形成了多量子阱結(jié)構(gòu)的紅光LED發(fā)光層。紅光LED發(fā)光層、綠光LED發(fā)光層及藍(lán)光LED發(fā)光層共同組成三基色發(fā)光層4，如圖3所示；
步驟三、在650°C的條件下，在三基色三基色多量子阱發(fā)光層4上生長(zhǎng)厚度為120nm的P型GaN層5，在600°C的條件下退火1小時(shí)，并使用H2SO4溶液、H2O2溶液、氫氟酸溶液、鹽酸、NH4OH等結(jié)合超聲波清洗技術(shù)去除所述LED外延片表面的有機(jī)雜質(zhì)和金屬離子，如圖4 所示；
步驟四、在三基色多量子阱發(fā)光層頂部采用磁控濺射法在ρ型GaN層5上沉積出一層厚度為200nm的ITO透明電極層6，如圖5所示；
步驟五、在ITO上涂覆光刻膠，通過(guò)曝光和顯影，露出需要刻蝕的控制區(qū)7及引線區(qū)8， 然后濕刻和干刻相結(jié)合方法的進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度既要保證η型GaN層2裸露，但又不能將 η型GaN層2被穿透，被刻蝕后的的區(qū)域形成控制區(qū)7及引線區(qū)8，未被刻蝕的區(qū)域則形成發(fā)光區(qū)，它們共同組成顯示陣列，如圖6、圖7所示；
步驟六、對(duì)基板進(jìn)行清洗后，采用磁控濺射法在控制區(qū)7和引線區(qū)8沉積金屬層I ；進(jìn)行清洗后，涂光刻膠，對(duì)控制區(qū)7及引線區(qū)8的金屬層I進(jìn)行光刻和刻蝕，得到電容器的下極板10及η型GaN層接地引線11，如圖8、圖9所示；
步驟七、對(duì)基板進(jìn)行清洗后，用PECVD法在控制區(qū)7及引線區(qū)8上生長(zhǎng)一層SiNx或SW2 作為絕緣層25 ；然后繼續(xù)采用磁控濺射法在絕緣層25上沉積出金屬層II，對(duì)金屬層II進(jìn)行光刻和刻蝕，在控制區(qū)上的絕緣層25形成了電容器的介質(zhì)層，在控制區(qū)上的金屬層II分別形成了電容器上極板12、與電容器上極板12連接的工作TFT柵極13和工作TFT柵極引線 14，以及控制TFT柵極15，在引線區(qū)8上的金屬層II形成了控制TFT柵極引線16，如圖10、 圖11所示；
步驟八、用PECVD法在上沉積出SiNx或SW2絕緣層25 ；再采用PECVD法在在絕緣層25 上沉積出a-Si有源層，并進(jìn)行光刻和刻蝕，分別形成工作TFT溝道17及控制TFT溝道18， 在工作TFT柵極13與控制TFT漏極21之間的引線末端的柵絕緣層上形成一個(gè)過(guò)孔，露出工作TFT柵極引線14末端，如圖12、圖13、圖14及圖15所示；
步驟九、在步驟八的基礎(chǔ)上采用磁控濺射法沉積出金屬層III，對(duì)金屬層III進(jìn)行光刻和刻蝕，在控制區(qū)7上的金屬層III分別形成與透明電極層6連接的工作TFT漏極23，工作TFT 源極22，與工作TFT柵極13連接控制TFT漏極21以及控制TFT源極22 ；在引線區(qū)8上的
金屬層ΠΙ形成了控制TFT源極引線20，如圖16、圖17、圖18及圖19所示；
步驟十、在基板的控制區(qū)7及引線區(qū)8上采用PECVD法沉積出絕緣層25，然后在工作 TFT源極22頂部的絕緣層25形成一個(gè)過(guò)孔；然后在的絕緣層25上采用磁控濺射法沉積出金屬層IV，并對(duì)金屬層IV進(jìn)行光刻和刻蝕，形成與工作TFT源極22連接的工作TFT源極引線24，如圖20所示；
步驟十一、在基板的控制區(qū)7及引線區(qū)8上采用PECVD法沉積出鈍化保護(hù)層沈，如圖 21、圖22、圖23和圖24所示；
步驟十二、在每個(gè)發(fā)光單元上分別覆蓋紅綠藍(lán)彩膜實(shí)現(xiàn)了每個(gè)像素的紅、綠、藍(lán)色LED 全彩顯示。按照上述步驟和工藝，可以得到較好質(zhì)量的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板。本發(fā)明以上所述內(nèi)容，僅給出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，但此方案中的各部分結(jié)構(gòu)的形狀、厚度，以及工藝條件是可以改變的，但這種改變不脫離雙TFT結(jié)構(gòu)來(lái)控制 LED發(fā)光，并通過(guò)多量子阱三基色發(fā)光層發(fā)射白光并配合彩膜來(lái)滿足顯示要求的思想和范疇，對(duì)本領(lǐng)域人員自己明了的所有變更應(yīng)當(dāng)包含在所述的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于在襯底(1)上方依次為緩沖層(2)，η型GaN層(3)，三基色多量子阱發(fā)光層(4)，三基色多量子阱發(fā)光層(4)構(gòu)成白光發(fā)光區(qū)(9)；在三基色多量子阱發(fā)光層(4)上依次為ρ型GaN層(5)和透明電極層(6) ;η型GaN 層(3)、三基色多量子阱發(fā)光層(4)、ρ型GaN層(5)和透明電極層(6)共同組成顯示單元，在顯示單元上設(shè)有控制區(qū)(7)，在顯示單元之間設(shè)有引線區(qū)(8)；在控制區(qū)(7)內(nèi)設(shè)有由電容器下極板(10)和電容器上極板(12)，以及同處于它們之間的絕緣層(25)所構(gòu)成的電容器； 由工作TFT柵極(13 )、工作TFT溝道(17 )、工作TFT源極(22 )、工作TFT漏極(23 )以及絕緣層(25)組成的工作TFT ；以及由控制TFT柵極(15)、控制TFT溝道(18)、控制TFT源極(19) 和控制TFT漏極(21)以及中間絕緣層(25)組成的控制TFT ；在引線區(qū)內(nèi)設(shè)有η型GaN層接地引線(11)，工作TFT源極引線(24)，控制TFT源極引線(20)及控制TFT柵極引線(16)； 其中電容器下極板(10 )與η型GaN層(3 )接觸，η型GaN層接地引線(11)與電容器下極板 (10)連接；電容器上極板(12)分別與工作TFT柵極(13)及控制TFT漏極(21)連接，工作 TFT漏極(23)與透明電極層(6)連接，工作TFT源極(22)與工作TFT源極引線(24)連接， 控制TFT源極(19)與控制TFT源極引線(20)連接，控制TFT柵極(15)與控制TFT柵極引線(16)連接；絕緣層(25)處于各層金屬電極和不同層引線之間，在控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8) 上有鈍化保護(hù)層(26 )，在透明電極層(6 )設(shè)有彩膜基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于襯底(1)材料為藍(lán)寶石單晶襯底或SiC單晶襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于η型半導(dǎo)體層(3)和ρ型半導(dǎo)體層(5)是由不同摻雜濃度的ρ型或η型GaN外延薄膜組成，其中η型半導(dǎo)體層摻入Si，ρ型半導(dǎo)體層可摻入Mg或Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于三基色多量子阱發(fā)光層(4)是由紅、綠、藍(lán)三種多量子阱構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于透明電極層 (6)為原位生長(zhǎng)的ITO或ΙΖ0;電容器下極板(10)、上極板(12)，工作TFT柵極(13)、工作 TFT漏極(23)、工作TFT源極(22)，控制TFT柵極(15)、控制TFT漏極(21)、控制TFT源極 (19)以及各種引線的材料為Mo、Au、Cu、Ag、Ni或Al中的一種或一種以上組成的合金，或者它們的搭配或組合；絕緣層(25)和鈍化保護(hù)層(26)采用SiOx、SiNx或SiOxNy絕緣材料制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于工作TFT溝道(17)和控制TFT溝道(18)采用非晶硅、多晶硅或者單晶硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TFT-LED彩膜陣列顯示基板，其特征在于彩膜基板包括紅色樹(shù)脂、綠色樹(shù)脂和藍(lán)色樹(shù)脂組成的顏色單元，彩膜基板位于透明電極層(6)上方。
8.一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板的制作方法，其特征在于步驟一、在襯底(1)基片上利用MOCVD法依次沉積緩沖層(2 )，η型GaN層(3 )；步驟二、在η型GaN層(3 )上，采用MOCVD法生長(zhǎng)三基色多量子阱發(fā)光層(4);步驟三、在三基色多量子阱發(fā)光層(4)上采用MOCVD法沉積出ρ型GaN層(5)；步驟四、在P型GaN層(5 )上采用磁控濺射法沉積透明電極層(6 )；步驟五、在步驟四的基礎(chǔ)上進(jìn)行光刻和刻蝕，刻蝕深度超過(guò)三基色多量子阱發(fā)光層(4)，但不得刻穿η型GaN層(3)，被刻蝕的區(qū)域形成控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8)，未被刻蝕的區(qū)域形成發(fā)光區(qū)(9)，它們共同組成顯示陣列；步驟六、在控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8)上采用磁控濺射法沉積出金屬層I，對(duì)金屬層I進(jìn)行光刻和刻蝕，使控制區(qū)的金屬層I形層電容器下極板(10)，使引線區(qū)(8)的金屬層I形成η型GaN層接地引線(11);步驟七、在控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8)上采用PECVD法沉積出絕緣層(25)，然后在絕緣層 (25)上采用磁控濺射法沉積出金屬層II，對(duì)金屬層II進(jìn)行光刻和刻蝕后，在控制區(qū)上的金屬層II分別形成了電容器上極板(12)、與電容器上極板(12)連接的工作TFT柵極(13)以及控制TFT柵極(15)，在引線區(qū)(8)上的金屬層II形成了控制TFT柵極引線(16);步驟八、在步驟七基礎(chǔ)上，采用PECVD法沉積出絕緣層(25)；再采用PECVD法在在絕緣層(25)上沉積出a-Si有源層，并進(jìn)行掩膜刻蝕，分別形成工作TFT溝道層(17)及控制TFT 溝道層(18)，在工作TFT柵極引線(14)末端的上方絕緣層中形成一個(gè)過(guò)孔，露出工作TFT 柵極引線(14)末端的一部分，供下一步驟中控制TFT漏極(21)與工作TFT柵極(13)相連接，以達(dá)到通過(guò)控制TFT的開(kāi)關(guān)來(lái)控制工作TFT開(kāi)關(guān)的目的；步驟九、在步驟八基礎(chǔ)上，采用磁控濺射法沉積出金屬層III，對(duì)金屬層III進(jìn)行光刻和刻蝕，在控制區(qū)上的金屬層III分別形成與透明電極層連接的工作TFT漏極(23)，工作TFT源極 (22)，與工作TFT柵極(13)連接的控制TFT漏極(21)，控制TFT源極(19)，通過(guò)過(guò)孔與工作 TFT柵極(13)相連接的控制TFT漏極(21)以及控制TFT源極(19)，在引線區(qū)上的金屬層 III形成了控制TFT源極引線(20 )；步驟十、采用PECVD法沉積出絕緣層(25)，并通過(guò)光刻和刻蝕，在工作TFT源極(22)頂部的絕緣層(25)中形成一個(gè)過(guò)孔，以便工作TFT源極(22)與引線電路連接；采用磁控濺射法沉積出金屬層IV，并進(jìn)行光刻和刻蝕，形成與工作TFT源極(22)連接的工作TFT源極引線⑶；步驟十一、采用PECVD法沉積出鈍化保護(hù)層(26 )，對(duì)控制區(qū)(7 )和引線區(qū)(8 )電路及相關(guān)部分形成保護(hù)，對(duì)鈍化保護(hù)層(26)進(jìn)行光刻和刻蝕，形成基板的pad電路部分，以便與外電路連接，同時(shí)保持發(fā)光區(qū)域的完整和清潔；步驟十二、在透明電極層(6)上方覆蓋與配套的彩膜基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多量子阱TFT-LED陣列顯示基板的制作方法，其特征在于 刻蝕的方法采用濕法刻蝕、干法刻蝕相結(jié)合的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多量子阱TFT-LED陣列顯示基板及其制造方法。采用半導(dǎo)體集成工藝，將雙TFT、三基色多量子阱發(fā)光單元共同集成實(shí)現(xiàn)白色發(fā)光和控制，并與彩膜技術(shù)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)TFT-LED的彩色陣列顯示。其特征包括在大面積單晶襯底上沉積出同樣具有完整結(jié)構(gòu)的緩沖層及n型GaN層，并在n型GaN層上通過(guò)MOCVD工藝和制備紅、綠、藍(lán)三基色多量子阱發(fā)光層構(gòu)成白色發(fā)光區(qū)、p型GaN層及透明電極層，將包含三基色多量子阱發(fā)光層、p型GaN層及透明電極層分隔成顯示陣列。在每個(gè)隔離出來(lái)的發(fā)光陣列單元上通過(guò)集成兩個(gè)TFT與一個(gè)電容器作為該發(fā)光單元的控制電路，在基板表面覆蓋紅綠藍(lán)三基色彩膜層，以實(shí)現(xiàn)彩色的顯示。本發(fā)明能一定程度上克服現(xiàn)有LED和LCD顯示的不足，大幅提高顯示質(zhì)量和顯示效果，且制造方法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝相兼容，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)H01L27/15GK102427080SQ20111036750
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者楊利忠, 楊小平, 胡紹璐, 鄧朝勇, 雷遠(yuǎn)清 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)