专利示意图

一、技术领域

半导体技术领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：202211246545.1

发明人：马建设、张纯、苏萍、吴逸凡

2.专利说明书摘要

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种含有量子阱的外延片、Micro-LED阵列芯片及其制备方法。该外延片包括由下至上依次设置的蓝宝石衬底、第一掺杂层、多量子阱层和第二掺杂层；其中，所述蓝宝石衬底上设置有若干个阵列分布的岛状结构，相邻的岛状结构之间形成凹陷结构，所述第一掺杂层、多量子阱层和第二掺杂层设置在所述凹陷结构内。以此外延片为组件制得的Micro-LED阵列芯片，可以实现将更多的像素集成在同一块芯片上，且每个像素可以做到几十微米甚至更小，大大提升了Micro-LED显示的分辨率。由于Micro-LED阵列是通过微纳工艺和新型半导体工艺在同一芯片上加工集成的，因此相比巨量转移后的Micro-LED显示器件就有更高的一致性、紧凑性以及更短的制备周期与成品可靠性。

3.创新点

（1）本发明涉及半导体技术和显示领域，针对GaN基LED在绿光波段存在效率下降和巨量转移技术其高昂的转移设备与转移成本、复杂的工艺流程以及尚未达标的转移精度和良率对制备大面积Micro-LED显示器限制的情况，提出一种高量子效率GaN基蓝光与绿光Micro-LED阵列芯片的制备工艺的方法；

（2）该方法通过设计一种阶梯能级的量子阱结构与制备工艺，可以有效减少GaN基Micro-LED量子阱内部的极化电场，提高其内量子效率。并提供了一种正装Mciro-LED阵列芯片结构，相比巨量转移后的Micro-LED显示器件就有更高的一致性、紧凑性以及更短的制备周期与成品可靠性。

4.痛点问题

该项发明通过设计一种阶梯能级的量子阱结构与制备工艺，有效减少GaN基Micro-LED量子阱内部的晶格失配与极化电场。In含量渐进使得量子阱壁变得平缓，减少了相邻薄层的晶格失配率骤降，缓解了内部极化电场，使得阱内电子与空穴的复合几率增加，从而增加了Micro-LED的内量子效率。同时Micro-LED阵列是通过微纳工艺和新型半导体工艺在同一芯片上加工集成的，因此相比巨量转移后的Micro-LED显示器件就有更高的一致性、紧凑性以及更短的制备周期与成品可靠性。

5.技术优势

（1）本发明通过控制量子阱生长温度制备了阶梯阱量子阱。由于In含量渐进使得量子阱壁变得平缓，减少了相邻薄层的晶格失配率骤降，缓解了内部极化电场，使得阱内电子与空穴的复合几率增加，从而增加了Micro-LED的内量子效率；

（2）本发明中设计的Micro-LED阵列可以实现将更多的像素集成在同一块芯片上，且每个像素可以做到几十微米甚至更小，大大提升了Micro-LED显示的分辨率；

（3）由于Micro-LED阵列是通过微纳工艺和新型半导体工艺在同一芯片上加工集成的，因此相比巨量转移后的Micro-LED显示器件就有更高的一致性、紧凑性以及更短的制备周期与成品可靠性。

三、产业化信息

1.应用场景

可以有效提高Micro-LED阵列芯片的内量子效率，可以提供给科研院所、研发机构，商业公司等科研项目，例如：AR/VR的理想显示技术、显微成像、神经光敏控制、柔性显示器背光、生物检测、可见光通信。

2.商业价值

此项技术拥有巨大的商业前景，对于图像显示行业、Micro-LED制备行业有以下市场价值：

（1）本发明可以应用于AR/VR的理想显示，具有高对比度、高响应速度、宽色域以及低功耗和长寿命等优点；

（2）本发明可以有效提高Micro-LED在蓝光和绿光波段的内量子效率，解决GaN基Micro-LED的绿色鸿沟问题。同时制备成阵列芯片，具有更高的一致性、紧凑性以及更短的制备周期与成品可靠性；

（3）本技术具体高内量子效率、高制备效率等独特优势，在某些领域不可替代。

3.发展规划

该技术未来可应用于AR/VR的理想显示领域，具有高对比度、高响应速度、宽色域以及低功耗和长寿命等优点。同时在神经光敏控制、显微成像、柔性显示器背光、生物检测，耳蜗植入物和可见光通信中也具有巨大的潜力。能够提高我国在Micro-LED制备等领域的水平。

4.合作方式

面议

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