[发明专利]具有梯形侧壁场板肖特基二极管的AC Micro-LED阵列

说明书

本发明为一种具有梯形侧壁场板肖特基二极管的AC Micro‑LED阵列。该器件包括衬底、芯片单元电极，以及阵列排布的MicroLED器件和具有梯形侧壁场板的SBD；所述的具有梯形侧壁场板的SBD，本征GaN缓冲层具体分为两层，下层厚度为全部本征GaN缓冲层厚度的40～60％，而上层分为两部分，一部分为矩形，另外一部分从外侧边缘向内条状凸起，凸起的横截面为梯形；梯形凸起的本征GaN缓冲层的外侧的两个梯形斜面上生长侧壁绝缘层，梯形凸起的上表面上覆盖有肖特基接触电极；具有梯形侧壁场板的SBD的数量为四个，位于阵列的四角。本发明大大提高了芯片利用效率和可靠性，减少芯片制造成本。

技术领域

本发明涉及半导体光电领域，具体地说是一种具有梯形侧壁场板SBD的AC Micro-LED阵列。

背景技术

目前，对于智能手机，平板电脑，电视显示而言，液晶显示(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示是两个主流显示技术。这两种技术都有其优点和缺点。LCD的主要优点是使用寿命长，高亮度和低成本，而OLED的独特优势是容易实现超薄，从而实现灵活的显示。但是，LCD有两个要克服的缺点：对比度和灵活性有限。另一方面，OLED的主要挑战在于其使用的寿命以及高成本。而Mini-LED和Micro-LED用于显示逐渐吸引了广泛关注，Micro-LED作为新一代显示技术，比现有的OLED和LCD技术亮度更高、发光效率更好、功耗更低。2017年5月，苹果已经开始新一代显示技术的开发。2018年2月，三星在CES 2018上推出了Micro LED电视。

如今，III-氮化物半导体已被发现很好的应用在照明技术和电力电子领域。由于氮化物LED空前的高辐射效率，并结合其寿命长和可靠性，使它们成为许多住宅，商业以及工业室内和室外的照明系统的首选。同时，III族氮化物材料也广泛用于开发电力电子器件，例如高性能肖特基势垒二极管(SBD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)，由于其高击穿电场和高饱和速度。

传统的Micro-LED芯片都是通过直流(DC)实现，正常工作下外加偏压很低，一般在3至5V之间，交流(AC)Micro-LED可由市路电压直接供电(220V)，AC Micro-LED设计相较于传统DC Micro-LED省去了外部LED驱动器(变压器和AC-DC转换器)，这大大简化了LED灯内部结构，提高了发光效率和器件可靠性，并降低了Micro-LED芯片成本。当前对于AC Micro-LED芯片的研究仍然存在一系列问题，早期的AC Micro-LED芯片采用的反平行结构，在AC工作条件下，只能实现一半的LED灯亮，这大大降低了芯片利用效率。所以当前AC Micro-LED芯片主要采用的方式是通过添加一个惠斯通(Wheatstone)整流桥来实现AC工作，整流桥的四个分支中的每个分支均由级联的Micro-LED组成，每个分支需要承担220V/2＝110V左右的反向偏压，这意味着每个分支大概需要6-9个Micro-LED，才能保证整流桥可以承担反向220V电压。而有报告提出采用SBD组成整流桥，由于III-氮化物SBD器件相比于普通的二极管具有较高的反向击穿电压，而III-氮化物SBD所能承受的反向击穿电压与它的尺寸以及器件的工艺有着很大关系，基于当前的工艺条件下，对于Micro-LED尺寸下的传统SBD所承受的反向击穿电压为60-80V，那么整流桥的每条支路上还是需要2-3个SBD器件才可以承担反向220V电压。而在这里，我们用具有梯形侧壁场板结构的SBD组成整流桥，由于梯形侧壁场板增加了SBD的反向击穿电压，因此其每个支路上仅需要一个SBD，从而增加了整个芯片的的有效利用面积，提高了芯片工作的可靠性，降低了芯片的成本。

发明内容

本发明的目的是针对当前阵列中存在的不足，提出一种具有梯形侧壁场板SBD的AC Micro-LED阵列。该阵列将当前主流的AC Micro-LED阵列中的整流桥的SBD器件替换成一种具有梯形侧壁场板SBD器件，然后通过Micro-LED器件和梯形侧壁场板SBD器件的新型阵列排布，减少了拐角处的电场，增强多维耗尽，削弱肖特基结界面电场，从而承担更高的反偏击穿电压。本发明大大提高了芯片利用效率，提高阵列可靠性，减少芯片成本。