專利名稱：一種tft-led彩色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TFT-LED彩色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、耗電省等方向發(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，InGaN為發(fā)光材料的GaN基藍(lán)光LED器件的研制成功，為L(zhǎng)ED的迅速普及和推廣開辟了廣闊的道路。隨著紅、綠、藍(lán)三基色LED器件的研制成功，為L(zhǎng)ED顯示器件的實(shí)現(xiàn)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，大功率器件散熱困難，且僅適用于大屏幕顯示等問題，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TFT-LED彩色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，，能有效克服現(xiàn)有拼接LED顯示器和TFT-LCD的不足。本發(fā)明提供了一種TFT-LED彩色陣列顯示基板，包括襯底，在襯底上方依次為緩沖層和η型GaN層，厚度相當(dāng)?shù)娜?RGB)發(fā)光層，ρ型GaN層和透明電極層；η型GaN層、三基色發(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層接地引線(11)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源極弓I線連接，控制TFT柵極與控制TFT柵極弓|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。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，ρ型半導(dǎo)體層可摻入Mg、Si等。三基色發(fā)光層是由紅、綠、藍(lán)三種厚度相當(dāng)?shù)陌l(fā)光層組成發(fā)光陣列，陣列的每個(gè)單元獨(dú)立發(fā)光。紅、藍(lán)、綠三種發(fā)光單元按照常規(guī)的三基色發(fā)光陣列的排布方式進(jìn)行排布，以滿足彩色顯示的需要。發(fā)光層由單層的InGaN，AlInGaN，或AKktInP等組成，或者由多層的InGaN, AUnfeiN，或AlGaInP等，形成多量子阱結(jié)構(gòu)。hGaN，AUnfeiN，或AlGaInP的組份根據(jù)發(fā)光顏色的需要調(diào)節(jié)。也可在發(fā)光層下先生長(zhǎng)緩沖層(buffer layer)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)光層與η型層的晶格匹配。如通常的藍(lán)光LED中hGaN外延層，可發(fā)出純正的藍(lán)光；若生長(zhǎng)出富In相(In-rich)的InGaN，則可得到較理想的綠光發(fā)射；而生長(zhǎng)出AlInGaP,則可得到較理想的紅光發(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，如在AlhGaP生長(zhǎng)前生長(zhǎng)GaAs等緩沖層。透明電極層為原位生長(zhǎng)的ITO、IZO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M0、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。絕緣層和鈍化層可采用310!￡工1隊(duì)或SiOxNy等絕緣材料。工作TFT溝道和控制TFT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。本發(fā)明同時(shí)也提供一種TFT-LED彩色陣列顯示基板的制造方法，包括以下步驟步驟一、在襯底基片上利用MOCVD法依次沉積緩沖層，η型GaN層；
步驟二、在η型GaN層上，采用MOCVD法生長(zhǎng)三基色發(fā)光層；三基色發(fā)光層的生長(zhǎng)采用半導(dǎo)體工藝，進(jìn)行光刻和刻蝕，以調(diào)整和控制不同顏色發(fā)光層的空間分布；步驟三、在三基色發(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，刻蝕深度超過三基色發(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)到通過控制TFT的開關(guān)來控制工作TFT開關(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，以及通過過孔與工作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；
步驟十、采用PECVD法沉積絕緣層，并通過光刻和刻蝕，在工作TFT源極頂部的絕緣層中形成一個(gè)過孔，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。其中三基色發(fā)光層的制備是先在η型GaN層上采用MOCVD法生長(zhǎng)藍(lán)光LED發(fā)光層，對(duì)藍(lán)光LED發(fā)光層進(jìn)行光刻和刻蝕，去除多余的非藍(lán)光區(qū)域內(nèi)部分；然后在η型GaN層上生長(zhǎng)綠光LED發(fā)光層，對(duì)綠光LED發(fā)光層進(jìn)行光刻和刻蝕，去除多余的非綠光區(qū)域內(nèi)部分；最后在η型GaN層上生長(zhǎng)紅光LED發(fā)光層，對(duì)紅光LED發(fā)光層光刻和刻蝕，去除多余的非紅光區(qū)域內(nèi)部分。三種發(fā)光區(qū)域的空間分布按照顯示技術(shù)上對(duì)象素顏色分布的規(guī)律和要求排列，并保證三種發(fā)光層的厚度基本一致，這樣就完成了三基色發(fā)光層的制備。三種發(fā)光層的生長(zhǎng)順序是可以相互替換的。η型GaN層、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)a-Si有源層、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MOCVD工藝和其他薄膜制備工藝，并與光刻和刻蝕工藝相結(jié)合，分別在不同的發(fā)光區(qū)域制備對(duì)應(yīng)的紅、綠、藍(lán)LED發(fā)光層、ρ型GaN層及透明電極層，將不同顏色發(fā)光層、P型GaN層及透明電極層分隔成顯示陣列。在每個(gè)隔離出來的發(fā)光陣列單元上通過集成兩個(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。目前的LCD是通過彩膜(ColorFilter)濾光的方式來實(shí)現(xiàn)彩色顯示，屬被動(dòng)發(fā)光，而LED則為主動(dòng)發(fā)光，因此在顯示效果上能比IXD有較大幅度的提高。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)明彩色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源極通過工作TFT源極引線與驅(qū)動(dòng)電源相連接，控制TFT柵極通過控制TFT柵極引線與掃描信號(hào)相連接，控制TFT源極通過控制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處于開啟狀態(tài)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過控制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柵極弓丨線沒有掃描信號(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。這個(gè)電路通過控制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，控制流過工作TFT的電流，從而控制了流過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，將三基色的發(fā)光單元完全集成在同一塊基片上，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)三基色發(fā)光層后的截面圖；圖4為在紅綠藍(lán)三基色發(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)后的平面圖；圖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柵極引線末端過孔后的平面圖；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的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；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、n型 gan 層；
4、發(fā)光層；
5、p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；
25、絕緣層；
26、鈍化保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本發(fā)明中tft-led彩色陣列顯示基板結(jié)構(gòu)如圖m所示，在襯底1上方依 次為緩沖層2和n型gan層3，基本相同的三基色發(fā)光層4，p型gan層5和透明電極層6 ； n型gan層3、三基色發(fā)光層4、p型gan層5和透明電極層6共同組成顯示単元，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，以及同處于上下極板它們之間的絕緣層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以及中間絕緣層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)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，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26。本發(fā)明中鎵源為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TFT-LED彩色陣列顯示基板的制造方法，它包括以下主要步驟 步驟一、采用整塊結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石作為襯底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IOOs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；再利用光刻和刻蝕，去掉非藍(lán)光LED陣列單元區(qū)域的藍(lán)光LED發(fā)光層材料；然后在550°C下生長(zhǎng)厚度為 3nm的InGaN (In=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；再利用光刻和刻蝕，去掉非綠光LED陣列單元區(qū)域的綠光LED發(fā)光層材料；繼續(xù)生長(zhǎng)50nm的GaAs層作為緩沖層，最后長(zhǎng)出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；再利用光刻和刻蝕，去掉非紅光LED陣列單元區(qū)域的紅光LED發(fā)光層材料；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?lián)組g在三基色發(fā)光層4上生長(zhǎng)厚度為120nm的ρ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上涂上光刻膠，露出要刻蝕為控制區(qū)7及引線區(qū)8的區(qū)域，然后進(jìn)行光刻和刻蝕，刻蝕的深度既要保證η型GaN層2裸露，但又不能將η型GaN層2刻穿，刻蝕的方法可以采用增強(qiáng)等離子刻蝕(ICP)(也可以選用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等干法刻蝕的方法)， 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)，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)一層以二氧化硅為材料的絕緣層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，刻蝕掉多余的金屬，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法在上沉積出二氧化硅絕緣層，形成絕緣層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13與控制TFT漏極21之間的引線末端的柵絕緣層上打出一個(gè)過孔，露出工作TFT柵極引線14末端，然后剝離全部的光刻膠；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連接的控制TFT漏極21以及控制TFT源極22 ；在引線區(qū)8上的金屬層111力戊了控制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上打出一個(gè)過孔；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Μ，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法沉積出絕緣層25，如圖21、圖 22、圖23和圖24所示；
按照上述步驟和工藝制造，可以得到較好質(zhì)量的TFT-LED彩色陣列顯示基板。調(diào)整發(fā)光層結(jié)構(gòu)(如多個(gè)材料的量子阱形成復(fù)合量子阱)及材料組分(調(diào)整摻雜濃度以改變發(fā)光波長(zhǎng))，本發(fā)明也涵蓋了在這一 TFT-LED彩色陣列顯示基板范疇。 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)來控制 LED發(fā)光，并通過三基色發(fā)光單元獨(dú)立控制來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TFT-LED彩色陣列顯示基板，其特征在于在襯底(1)上方依次為緩沖層(2)，η型GaN層(3)，三基色發(fā)光層(4)，ρ型GaN層(5)和透明電極層(6) ;n型GaN層(3)、三基色發(fā)光層(4)、p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)，電容器上極板(12)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的溝道(17 )、工作TFT源極(22 )、工作TFT漏極(23 )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)及絕緣層(25 )組成的控制TFT ；在引線區(qū)(8 )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 )；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的源極(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)的頂部設(shè)有鈍化保護(hù)層(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TFT-LED彩色陣列顯示基板，其特征在于襯底(1)的材料為藍(lán)寶石單晶襯底或SiC單晶襯底；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P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)體層摻入Mg或Si ；透明電極層(6)為原位生長(zhǎng)的ITO或ΙΖ0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TFT-LED彩色陣列顯示基板，其特征在于三基色發(fā)光層(4)是由紅、綠、藍(lán)三種厚度相同的發(fā)光層組成發(fā)光陣列，發(fā)光陣列的每個(gè)單元獨(dú)立發(fā)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TFT-LED彩色陣列顯示基板，其特征在于電容器的下極板(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中的一種或幾種的搭配與組合，或者它們的合金，或者金屬與合金的搭配與組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的TFT-LED彩色陣列顯示基板，其特征在于絕緣層(25)和鈍化保護(hù)層(26)采用SiOx、SiNx或SiOxNy絕緣材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TFT-LED彩色陣列顯示基板，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.—種TFT-LED彩色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)三基色發(fā)光層(4)；三基色發(fā)光層(4)的生長(zhǎng)采用半導(dǎo)體工藝進(jìn)行光刻和刻蝕，以調(diào)整和控制不同顏色發(fā)光層的空間分布；步驟三、在三基色發(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，刻蝕深度超過三基色發(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形成電容器下極板(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)引線末端的上方絕緣層(25)中形成一個(gè)過孔，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；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)，工作TFT柵極(13)連接的控制TFT漏極(21)，控制TFT源極(19)，通過過孔與工作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IIl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。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的TFT-LED彩色陣列顯示基板的制作方法，其特征在于三基色發(fā)光層的制備是，先在η型GaN層(3)上采用MOCVD法生長(zhǎng)藍(lán)光LED發(fā)光層，對(duì)藍(lán)光LED發(fā)光層進(jìn)行光刻和刻蝕，去除多余的非藍(lán)光區(qū)域內(nèi)的部分；然后在η型GaN層上生長(zhǎng)綠光LED發(fā)光層，對(duì)綠光LED發(fā)光層進(jìn)行光刻和刻蝕，去除多余的非綠光區(qū)域內(nèi)的部分；最后在η型GaN層上生長(zhǎng)紅光LED發(fā)光層，對(duì)紅光LED發(fā)光層光刻和刻蝕，去除多余的非紅光區(qū)域內(nèi)的部分，所述三種發(fā)光層的生長(zhǎng)順序是可以相互替換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TFT-LED彩色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、三基色的發(fā)光單元共同集成在同一塊基片上，以實(shí)現(xiàn)TFT-LED的陣列顯示。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MOCVD工藝和其他薄膜制備工藝，并與光刻和刻蝕工藝相結(jié)合，分別在不同的發(fā)光區(qū)域制備對(duì)應(yīng)的紅、綠、藍(lán)LED發(fā)光層、p型GaN層及透明電極層，將不同顏色發(fā)光層、p型GaN層及透明電極層分隔成顯示陣列單元。在每個(gè)隔離出來的發(fā)光陣列單元上通過集成兩個(gè)TFT與一個(gè)電容器作為該發(fā)光單元的控制電路。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)H01L21/77GK102394240SQ20111036785
公開日2012年3月28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)