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一种micro‑LED的制备方法

阅读：651发布：2020-05-25

专利汇可以提供一种micro‑LED的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于半导体光电子技术领域，具体公开一种高效率micro‑LED的制备方法。本发明使用氮化镓（GaN）基LED 外延片制备高效率低功耗micro‑LED芯片，外延片衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或同质氮化镓衬底。制备步骤包括刻蚀 micro‑LED 台面、沉积和刻蚀绝缘层、沉积n型和p型电极、退火形成欧姆接触、沉积互连电极、衬底剥离、衬底转移和表面粗化。所制备的micro‑LED的尺寸范围从1微米到100微米，并形成密集阵列，适用于微显示、光通信、生物医学、高分辨显微镜成像和荧光寿命测试等领域。，下面是一种micro‑LED的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高效率micro-LED的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）在氮化镓（GaN）基LED外延片上刻蚀micro-LED台面阵列；
（2）沉积p型电极，退火形成p型欧姆接触；
（3）沉积绝缘层，并在将要制备电极的位置刻蚀开孔；
（4）沉积n型电极，退火形成n型欧姆接触；
（5）沉积n型和p型互连电极；
（6）衬底剥离、衬底转移和表面粗化。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氮化镓基LED外延片用MOCVD或者MBE方法生长制备，外延片生长衬底为蓝宝石衬底，或者硅衬底，或者同质GaN衬底，氮化镓基LED外延片的发光波长范围从深紫外250nm到红光650nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述micro-LED的尺寸大小从1微米到100微米。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉积p型电极、沉积n型电极、沉积n型和p型互连电极，采用热蒸发、或者电子束蒸发、或者磁控溅射技术。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或者三氧化二铝，作为电极互连，刻蚀开孔使用等离子体刻蚀或者湿法腐蚀方法。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述衬底剥离采用激光剥离去掉原始蓝宝石衬底，或者用机械减薄或者湿法腐蚀技术去掉原始硅衬底；所述衬底转移是将氮化镓外延层结构转移到CMOS驱动芯片上，或者转移到高热导率硅或者铜衬底上，外延层和新转移衬底之间通过金属键合或者范德瓦耳斯力键合；所述表面粗化采用湿法腐蚀粗化或者干法刻蚀粗化技术，以提高micro-LED的出光效率。

说明书全文

一种micro-LED的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体光电子技术领域，具体涉及一种高效率micro-LED的制备方法。

背景技术

[0002] GaN基micro-LED具备尺寸小、可支持电流密度高、光电调制带宽高、阵列制备和发光效率高的优势，适用于微显示、可见光通信、生物医学、高分辨显微镜成像和荧光寿命测试等领域。

[0003] 传统的微显示产品技术主要包括液晶显示（LCD）、有机发光显示（OLED）、数字光处理（Digital light processing）和激光光束转向（Laser beam steering）技术，但是在环境强光、高温等极端的环境中，比如太阳强光下和高温沙漠环境中，基于这些技术的产品就会出现亮度低、效率低、可靠性差的特点。而基于氮化镓（GaN）半导体材料制备的micro-LED微显示弥补了这些缺点，具有高亮度和高可靠性的优势。

[0004] 传统的固态照明商用LED的调制带宽在5MHz左右，严重限制了LED的可见光通信速度；micro-LED的调制带宽可达1GHz，并且可以使用micro-LED阵列进行并行通信，大大提高了通信速率。基于micro-LED的可见光通信具备对人体无辐射、带宽高和通信速率高的特点，还可以用于水下通信，紫外micro-LED还可以用于非视距高速通信和局域组网。

[0005] 本发明提出一种高效率micro-LED的制备方法，进一步提高了micro-LED的效率，尤其可以降低阵列驱动micro-LED的功耗。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种micro-LED的制备方法，以进一步提高micro-LED的效率，降低驱动micro-LED的功耗。

[0007] 本发明提供的高效率micro-LED的制备方法，具体步骤依次为：（1）在氮化镓（GaN）基LED外延片上刻蚀micro-LED台面阵列；
（2）沉积p型电极，退火形成p型欧姆接触；
（3）沉积绝缘层，并在将要制备电极的位置刻蚀开孔；
（4）沉积n型电极，退火形成n型欧姆接触；
（5）沉积n型和p型互连电极；
（6）衬底剥离、衬底转移和表面粗化。

[0008] 步骤（1）中，所述氮化镓基LED外延片用MOCVD或者MBE方法生长制备，外延片生长衬底为蓝宝石衬底，或者硅衬底，或者同质GaN衬底，可以为极性面、或者半极性面、或者非极性面的LED外延片，根据应用需求选择氮化镓基LED外延片的发光波长，波长范围从深紫外250nm到红光650nm；使用光刻技术形成图形，并使用等离子体刻蚀技术刻蚀micro-LED阵列台面，micro-LED的尺寸大小从1微米到100微米。

[0009] 步骤（2）中，所述沉积p型电极采用热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射技术。

[0010] 步骤（3）中，所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或者三氧化二铝，作为电极互连，刻蚀开孔使用等离子体刻蚀或者湿法腐蚀方法。

[0011] 步骤（4）中，所述沉积n型电极采用热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射技术。

[0012] 步骤（5）中，所述沉积n型和p型互连电极是采用热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射技术。

[0013] 步骤（6）中，所述衬底剥离是采用激光剥离去掉原始蓝宝石衬底，或者用机械减薄或者湿法腐蚀技术去掉原始硅衬底；所述衬底转移是将氮化镓外延层结构转移到CMOS驱动芯片上，或者转移到高热导率硅或者铜衬底上，外延层和新转移衬底之间通过金属键合或者范德瓦耳斯力键合；所述表面粗化，采用湿法腐蚀粗化或者干法刻蚀粗化技术，以提高micro-LED的出光效率。

[0014] 本发明中，Micro-LED发光可以从蓝宝石衬底或者GaN同质衬底端提取，或者从p型欧姆接触端提取，或者通过转移衬底后从n-GaN端提取。

[0015] 在实际应用中，根据对micro-LED的需求，上述步骤的先后顺序会有所调整。

[0016] 本发明制备的micro-LED，可进一步提高micro-LED的效率，尤其可以降低阵列驱动micro-LED的功耗。附图说明

[0017] 图1为本发明中提供的micro-LED的台面刻蚀的示意图。

[0018] 图2为本发明中提供的micro-LED 的p型欧姆接触制备的示意图。

[0019] 图3为本发明中提供的micro-LED的台面刻蚀和n型欧姆接触制备的示意图。

[0020] 图4为本发明中提供的micro-LED的绝缘层沉积和开孔的示意图。

[0021] 图5为本发明中提供的p型电极沉积和衬底粗化的示意图。

[0022] 图6为本发明中提供的p型欧姆接触端出光的micro-LED的结构示意图。

[0023] 图7为本发明中提供的经过衬底转移的n-GaN面出光的垂直结构micro-LED的示意图。

[0024] 图8为本发明中提供的同质GaN衬底垂直结构micro-LED的示意图。

[0025] 图中标号：11为衬底，12为n-GaN，13为量子阱发光层，14为p-GaN，15为p-GaN欧姆接触，16为n型电极，17为绝缘层，18为p型电极，19为表面粗化层；21为衬底，22为n-GaN，23为量子阱发光层，24为p-GaN，25为p-GaN欧姆接触，26为n型电极，27为绝缘层，28为p型电极；
31为衬底，32为n-GaN，33为量子阱发光层，34为p-GaN，35为p-GaN欧姆接触，36为n型电极，37为绝缘层，38为键合层和p型电极层,39为粗化层；
41为衬底，42为n-GaN，43为量子阱发光层，44为p-GaN，45为p-GaN欧姆接触，46为n型电极，47为绝缘层，48为p型电极。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，但本发明并不限于以下实施例。

[0027] 实施例1使用MOCVD方法在蓝宝石衬底11极性面方向（0001）上生长n-GaN 12、量子阱 13、p-GaN
14，调整量子阱结构中InGaN的In组分，量子阱发光峰值波长在450nm左右。

[0028] 使用ICP反应耦合等离子刻蚀技术刻蚀micro-LED的GaN台面到n-GaN层，台面呈梯形结构，沉积ITO透明电极15并退火形成p型欧姆接触，沉积n型电极16并退火形成n型欧姆接触，沉积二氧化硅绝缘层17并在p型和n型欧姆接触处开孔，沉积p型和n型互连电极以及反射金属层18，通过表面粗化蓝宝石衬底19提高在蓝宝石面的出光效率。

[0029] 实施例2使用MOCVD方法在氮化镓衬底11半极性方向上生长n-GaN 12、量子阱 13、p-GaN 14，调整量子阱结构中InGaN的In组分，量子阱发光峰值波长在520nm左右。

[0030] 使用ICP反应耦合等离子刻蚀技术刻蚀micro-LED的GaN台面到n-GaN层，台面呈梯形结构，沉积ITO透明电极15并退火形成p型欧姆接触，沉积n型电极16并退火形成n型欧姆接触，沉积二氧化硅绝缘层17并在p型和n型欧姆接触处开孔，沉积p型和n型互连电极以及反射金属层18，通过衬底减薄、表面处理和粗化GaN衬底19提高在GaN衬底端的出光效率。

[0031] 实施例3使用MOCVD方法在硅衬底21（111）方向上生长n-GaN 22、量子阱 23、p-GaN 24，调整量子阱结构中InGaN的In组分，量子阱发光峰值波长在600nm左右。

[0032] 使用ICP反应耦合等离子刻蚀技术刻蚀micro-LED的GaN台面到n-GaN层，沉积ITO透明电极25并退火形成p型欧姆接触，沉积n型电极26并退火形成n型欧姆接触，沉积二氧化硅绝缘层27并在p型和n型欧姆接触处开孔，沉积p型和n型互连电极28，从透明电极25侧提取micro-LED的发光。

[0033] 实施例4使用MOCVD方法在蓝宝石衬底极性方向（0001）上生长n-GaN 32、量子阱 33、p-GaN 34，调整量子阱结构中InGaN的In组分，量子阱发光峰值波长在450nm左右。

[0034] 使用ICP反应耦合等离子刻蚀技术刻蚀micro-LED的GaN台面到蓝宝石衬底，沉积ITO透明电极35并退火形成p型欧姆接触，用金锡键合38转移GaN外延层到高热导率硅衬底31上，并用激光剥离去掉原始蓝宝石衬底，沉积氮化硅绝缘层37并在p型和n型欧姆接触处开孔，沉积n型电极以及互连电极36并退火形成n型欧姆接触，并在n-GaN表面进行粗化39提高在n-GaN面的出光效率。

[0035] 实施例5使用MOCVD方法在硅衬底（111）方向上生长n-GaN 32、量子阱 33、p-GaN 34，调整量子阱结构中InGaN的In组分，量子阱发光峰值波长在450nm左右。

[0036] 使用ICP反应耦合等离子刻蚀技术刻蚀micro-LED的GaN台面到n-GaN层，沉积ITO透明电极35并退火形成p型欧姆接触，用金金键合38转移GaN外延层到高热导率铜衬底31上，并用机械打磨和湿法腐蚀去掉原始硅衬底，沉积氮化硅绝缘层37并在p型和n型欧姆接触处开孔，沉积n型电极以及互连电极36并退火形成n型欧姆接触，并在n-GaN表面进行粗化39提高在n-GaN面的出光效率。

[0037] 实施例6使用MOCVD方法在氮化镓衬底41极性方向上生长n-GaN 42、量子阱 43、p-GaN 44，调整量子阱结构中InGaN的In组分，量子阱发光峰值波长在520nm左右。

[0038] 使用ICP反应耦合等离子刻蚀技术刻蚀micro-LED的GaN台面到n-GaN层，沉积ITO透明电极45并退火形成p型欧姆接触，沉积二氧化硅绝缘层47并在p型和n型欧姆接触处开孔，沉积p型互连电极48，抛光和表面处理氮化镓衬底面后，沉积金属反射层和n型电极46并退火形成n型欧姆接触，提高从透明电极45侧的出光效率。

[0039] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

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