CN103426373A - 发光二极管显示器与其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种发光二极管显示器与其制造方法，其具有结构简单、制造工艺简化和高效的特点。在一实施例，显示器具有纳米柱型发光二极管数组，其被分为多个第一、第二、和第三次像素。两个垂直式排列的电极用于驱动这些次像素。在另一实施例，显示器的所有次像素被形成在导电基板上，因而省化许多步骤。

Description

发光二极管显示器与其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管显示器与其制造方法。
背景技术
传统的全彩发光二极管显示器，利用可发红、绿、蓝光的发光二极管，作为显示器的次像素，借由结合此三种次像素所发出色光，显示彩色画面。
至今，全彩发光二极管显示器的发展，仍有许多困难待克服。例如，制造过程过于复杂与昂贵。通常，发光二极管是分别成长在不同的基板上，再将发光二极管转移至一个显示器基板。由于发光二极管的数量庞大，要转移它们并不容易。例如，一个40英寸的高分辨率(high definition，HD)电视，具有1920×1080×3数量的次像素，亦即，具有与次像素相等数量的发光二极管。因此，必须转移6,220,800总数的发光二极管，其中许多发光二极管可能在转移过程中损毁。
此外，因为现阶段还无法在一超过2或3英寸的基板上制造氮化铟镓基(InGaN-based)或磷化铝镓铟基(AlGaInP-based)的发光二极管，因此常常必须在二或三个不同的基板上，分别制作红光、绿光和蓝光发光二极管。接着，再把所需数量的红光、绿光和蓝光发光二极管转移并固定于一个单一封装(package)，以形成一个表面贴装元件(surface-mounted device，SMD)，其再被安装于印刷电路板上(printed-circuit board)。
此外，为了驱动像素，通常利用打线制造工艺(wire-bonding)电性连接发光二极管与印刷电路板或显示器基板。
而且，发光二极管显示器的发光效率、亮度和其他特性都是基于一种混合(hybrid)的方法，总是无法令人满意。
因此，有需要发展一种新颖的发光二极管显示器，提供更好的结构、制造方法，以及特性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一新颖的发光二极管显示器与其制造方法。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的发光二极管显示器，包含：基板；多个像素，设置于该基板上，每个像素包含：第一次像素，包含一个或多个第一发光二极管，以发出第一颜色的光；第二次像素，包含一个或多个第二发光二极管，以发出第二颜色的光；第三次像素，包含一个或多个第二发光二极管，以发出第三颜色的光；其中每个该第一、第二和第三发光二极管包含：第一电极；第一掺杂纳米柱，与该第一电极欧姆接触；主动发光区域，设置于该第一掺杂纳米柱上；第二掺杂纳米柱，设置于该主动发光区域上；以及第二电极，设置于该第二掺杂纳米柱上；其中，该第一、第二、第三次像素的该主动发光区域皆包含单一材料系统，该单一材料系统所发出的该第一、第二、和第三颜色光的波长，可涵盖全波段可见光频谱范围。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的发光二极管显示器，其中该基板与成长该些第一、第二和第三发光二极管所用的基板相同。
前述的发光二极管显示器，其中该些第一、第二和第三发光二极管的第一电极是整块形成的共享电极，共用电压提供至该共享电极。
前述的发光二极管显示器，其中多个电压被分开提供给每个像素的该第一、第二和第三发光二极管的该第二电极。
前述的发光二极管显示器，其中该第一、第二和第三颜色分别为蓝色、绿色和红色。
前述的发光二极管显示器，其中该第一掺杂纳米柱为N型氮化镓基纳米柱、该第二掺杂纳米柱为P型氮化镓基纳米柱，该主动发光区域包含一个或多个氮化铟镓基纳米碟。
前述的发光二极管显示器，其中每个该些第一发光二极管的该主动发光区域，包含氮化镓阻挡层和用于发蓝光的氮化铟镓基纳米碟。
前述的发光二极管显示器，其中每个该些第二发光二极管的该主动发光区域，包含氮化镓阻挡层和用于发绿光的氮化铟镓基纳米碟。
前述的发光二极管显示器，其中每个该些第二发光二极管的该主动发光区域，包含氮化镓阻挡层和用于发红光的氮化铟镓基纳米碟。
前述的发光二极管显示器，其中每个该些第一、第二和第三发光二极管的该主动发光区域包含两个以上的氮化铟镓基纳米碟，且每两个氮化铟镓基纳米碟之间还具有一个氮化镓阻挡层。
前述的发光二极管显示器，其中该基板是硅基板。
前述的发光二极管显示器，其中该基板的材质，是选自下列群组的其中之一或其组合：碳化硅、半导体、塑胶、金属、玻璃。
前述的发光二极管显示器，其中每个像素更包含第四次像素，其包含一个或多个第四发光二极管，以发出第四颜色的光。
前述的发光二极管显示器，其中每个该第一掺杂纳米柱与该第二掺杂纳米柱具有两端，其中由该第二电极算起的第一端宽于另一端。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的发光二极管显示器的制造方法，包含下列步骤：提供导电基板；形成多个第一掺杂纳米柱在该基板上；形成整体或多个分离的第一电极，以通过该导电基板与该些第一掺杂纳米柱欧姆接触；形成第一主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第一上表面上；形成第二主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第二上表面上；形成第三主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第三上表面上；形成第二掺杂纳米柱在每个该第一、第二和第三主动发光区域上；形成第二电极在每个该第二掺杂纳米柱上；其中当电压分别提供给该第一电极和该第二电极，该第一、第二和第三主动发光区域分别发出第一、第二和第三颜色的光。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的制造方法，其中该整体的第一电极被形成在该基板的下表面上。
前述的制造方法，其中该多个分开的第一电极被形成在该基板的上表面上。
前述的制造方法，其中该导电基板是硅基板或导电半导体基板。
前述的制造方法，其中该第一掺杂纳米柱为n型氮化镓基纳米柱、该第二掺杂纳米柱为p型氮化镓基纳米柱，每个该些第一、第二和第三主动发光区域包含一个或多个氮化铟镓基纳米碟。
前述的制造方法，其中利用电浆辅助分子束磊晶方法制作该些第一掺杂纳米柱、第二掺杂纳米柱、以及第一、第二和第三主动发光区域，其中该电浆辅助分子束磊晶方法，与成长三族–氮化物薄膜时所用的三族分子束与氮气通量比相较下使用高氮含量的条件。
前述的制造方法，其中每个该些第一、第二和第三主动发光区域包含一个或多个氮化铟镓基纳米碟，且该些氮化铟镓基纳米碟的发光波长与发光强度，是由其成长温度与厚度所控制。
前述的制造方法，其中当形成两个以上的氮化铟镓基纳米碟，更包含形成氮化镓阻挡层于每两个该氮化铟镓基纳米碟之间。
前述的制造方法，更包含：形成第四主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第四上表面上；以及形成该第二掺杂纳米柱在每个该第四主动发光区域上；借此，当电压分别提供给该第一电极和该第二电极，该第四主动发光区域发出第四颜色的光。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明发光二极管显示器与其制造方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：本发明所提供的发光二极管显示器，具有简单的结构和制造方法。所有的发光二极管，即使其发光波长不同，也可以在同一基板上形成，且成长基板也可以作为显示器基板。本发明的制造方法可以省去那些复杂的步骤，例如，转移发光二极管的步骤；因而本发明的方法，更为可靠与节省成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1a显示根据本发明一实施例的白光发光二极管的立体图；
图1b显示图1a的发光二极管，被施加20mA的驱动电流时发出白光的照片，而图下方显示在各种驱动电流时的电激发光(micro-electroluminescence，EL)放大10倍的显微照片；
图1c显示图1a的发光二极管，被施加20mA的驱动电流时的电激发光放大100倍的显微照片，该发光二极管可发出全波段的可见光；
图1d显示图1a的发光二极管的国际照明委员会(CIE 1931)xy色度图，其中驱动电流从5mA到25mA。
图2a显示根据本发明实施例的InGaN/GaN纳米柱数组白光发光二极管，其驱动电流为1mA至25mA的电激发光图谱。
图2b显示在图2a的两波峰(448、569nm)与整体的驱动电流与电激发光强度的关系图。
图3a显示根据本发明一实施例的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管的电流—电压曲线。
图3b显示根据本发明一些实施例的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管的电激发光图谱，其中每个发光二极管具有InGaN纳米碟。
图3c显示图3a的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管，当驱动电流由100nA增加至500nA时，发光主波长维持在475nm。
图4a显示图3a的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管，在驱动电流500nA时的偏振(polarized)电激发光图谱。
图4b显示图3a的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管，利用极坐标表示电激发光强度的二维空间分布与纳米柱几何的相对关系。
图5a与图5b显示根据本发明两实施例用于发白光的发光二极管示意图。
图6a至图6f显示根据本发明另一实施例用于制作如图5a或图5b发光二极管的方法。
图7a与7b显示根据本发明两实施例的发光二极管显示器。
图8a至8j显示根据本发明一较佳实施例发光二极管显示器的制造方法。
图9显示根据本发明一实施例发光二极管显示器的驱动结构与方法。
1：N型硅基板/基板
2：(钛/金电极)/第一电极
3：N型GaN纳米柱数组/N型GaN纳米柱/第一型掺杂纳米柱数组/第一掺杂纳米柱
3a/3b/3c：第一/第二/第三上表面
4/4’/4”：InGaN纳米碟/(第一/第二/第三)主动发光区域
5：P型GaN纳米柱数组/P型GaN纳米柱/第二型掺杂纳米柱数组/第二掺杂纳米柱
6：(镍/金电极)/第二电极
7：GaN阻挡层
8/8’/8”：光刻胶层/光罩/(第一/第二/第三屏蔽)
8a：开口
9：像素
R/G/B：发光二极管
T1-T3：(InGaN)纳米碟
具体实施方式
以下将详述本案的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本案的范围内，并以权利要求书的范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。
在本发明实施例的方法中，将利用硅基板上自组装的GaN纳米柱数组当作磊晶样板，再成长InGaN/GaN纳米柱异质接合结构于纳米柱数组上，借此可完成本发明的主要目的。上述方法最主要的特色在于排除了压电极化效应(piezoelectric polarization effects)，因而可形成每个厚度达数十纳米(nm)的InGaN纳米碟结构。利用上述方法，本发明实施例示范了整体、无磷光体的白光(多色变化的)纳米柱数组发光二极管，以及偏振全彩(单色的)单根纳米柱发光二极管。
以下将介绍本发明一较佳实施例的无磷光体、可发白光的多色纳米柱数组发光二极管。首先，根据电浆辅助分子束磊晶方法，在一3英寸、N型硅(111)基板上，沿着六方乌采(wurtzite)结构的c轴(c-axis)成长垂直自我排列的GaN纳米柱数组。上述电浆辅助分子束磊晶方法的详细内容见Chen,H.-Y.,Lin,H.-W.,Shen,C.-H.&Gwo,S.Structure and photoluminescence properties ofepitaxially oriented GaN nanorods grown on Si(111)by plasma-assisted molecular-beamepitaxy.Appl.Phys.Lett.89,243105(2006)，其内容并入本文，视为本案说明书的一部分。根据上述方法成长的纳米柱数组，为无应力(strain-free)、无差排(dislocation-free)缺陷的单结晶结构，其被用来成长具相似晶格结构的无应力InGaN纳米碟。
图1a至图1d显示根据本发明实施例的发光二极管，其中图1a为发光二极管的立体图；图1b显示发光二极管被施加20mA的驱动电流时发出白光的照片，而图下方显示在各种驱动电流时的电激发光显微照片(micro-electroluminescence，EL)，其放大倍率为10倍；图1c显示发光二极管被施加20mA的驱动电流时的电激发光显微照片，其放大倍率为100倍；以及图1d显示发光二极管的国际照明委员会(CIE 1931)xy色度图，其中驱动电流从5mA增加至25mA，色温可保持在自然白光的6000K(由普朗克轨迹显示)。
如图1a所示，本实施例的发光二极管包含N型硅基板1、钛/金(Ti/Au复合层)电极2设置于硅基板1上、N型氮化镓(GaN)纳米柱数组3由许多n型GaN纳米柱构成并与钛/金电极欧姆接触、一个或多个氮化铟镓(InGaN)纳米碟4设置于每个n型GaN纳米柱上、p型GaN纳米柱数组5由许多p型GaN纳米柱构成且设置于InGaN纳米碟4上方，其中一个p型GaN纳米柱对应一个n型GaN纳米柱，以及镍/金(Ni/Au复合层)电极6与p型GaN纳米柱数组5欧姆接触。注意钛/金电极2可不直接接触N型GaN纳米柱数组3，而是通过硅基板1与N型GaN纳米柱数组3欧姆接触。另外，镍/金电极6为透明电极；每个p型GaN纳米柱5具有两端且靠近透明电极的那一端比另一端宽，此结构有助于避免漏电流。
上述发光二极管的白色发光，是借由堆栈在GaN纳米柱p-n异质接合结构中的InGaN纳米碟4来完成所须的混光效果。注意每一个前述的一个或多个InGaN纳米碟4是由许多不同发射波长的发光体构成，其平均发射波长可由磊晶时的温度T与In/Ga的分子束通量(flux)控制。纳米碟可由多个成长温度组合而成在本实施例，发光二极管具有三个不同成长温度(T1、T2、T3)所组合成的InGaN纳米碟，其中有三个T1、一个T2、一个T3的InGaN纳米碟，且其磊晶温度为T1>T2>T3。在本发明其他实施例，依据发光需求，可有不同数量或组合的InGaN纳米碟。另外，在每两个InGaN纳米碟之间，设置GaN阻挡层7。
对于传统的平面式InGaN/GaN多重量子井结构，InGaN主动层的厚度限制在2到4nm。在本发明实施例，由于所成长的纳米碟具有无应力的优点，因此其堆栈成长可控制厚度的纳米碟。例如，每个纳米碟的厚度可介于10至25nm。另外，纳米碟的数量与位置必须精确的控制，才能获得如图1b的白光效果。本实施例所提供的厚InGaN纳米碟提供较大与可调整的主动层，且在高驱动电流时，可减低电子过剩、改善载子捕捉的现象。于本文稍后将提及，厚的纳米碟可有效解决发光二极管效率降低的问题。另外，图1c显示本实施例的纳米柱数组发光二极管，具有发出各种多样颜色(全彩)光的能力。对于传统磷光体发光二极管而言，若要能发出各种颜色的光，必须发展出新的全彩磷光体数组，如果考量其温度稳定性、量子效率、化学可靠性(chemical robustness)，这将会是一个令人气馁的任务。
图2a显示根据本发明上述实施例的InGaN/GaN纳米柱数组白光发光二极管，其驱动电流为1mA至25mA的电激发光图谱。如图，在驱动电流20mA时，两个主要发光波峰分别位于蓝光频带的448nm以及黄光频带的569nm。如图，因为驱动电流增加使发光波长往蓝光偏移的量，小到足以忽略。此表示本发明实施例的发光二极管的发光体可有效排除QCSE效应。在发光二极管的主动层结构中，成长温度T1的纳米碟提供蓝光发射频带、T2纳米碟提供黄光频带，而T3纳米碟提供较少的红光频带与黄光频带混合。随着驱动电流增加，无论蓝光、黄光频带都显示可以忽略波长的偏移量。由这电激发光图谱可看出，蓝光频带与黄光频带的混合造成如图1b所示的白光效果。而相当小的波长偏移表示，InGaN纳米碟发光体的极化效应可以忽略，使得纳米柱数组发光二极管的色温，不受驱动电流的影响，如图1d所示。在蓝光频带的1.3nm与黄光频带的2.4nm小偏移量，可能是由于InGaN与GaN间微小的自发极性不匹配(spontaneous polarization mismatch)所致。
如前所述，在高驱动电流时的效率降低，是现今发展发光二极管的主要障碍。造成效率降低的原因，在学术界引起广泛讨论，并提出一些可能的机制，例如欧格非辐射复合(Auger nonradiativerecombination)、载子溢流(carrier overflow)、极性场(polarization fields)、线差排(threadingdislocation)等等。而本发明实施例所提供的厚的无应力InGaN/GaN纳米柱异质接合结构可成功克服效率降低的问题。
图2b显示在图2a的两波峰(448、569nm)与整体的驱动电流与电激发光强度的关系图。无论是蓝光频带(448nm)或黄光频带(569nm)，当驱动电流增加，其电激发光的强度也随着线性增加，且斜率固定。因此，可证明整体发光二极管所发出的白光，不会受到驱动电流增加而改变。另外，整体发光二极管的电激发光图谱显示出发光强度并未衰减。
注意图中的驱动电流只测试到25mA(电流密度约为53A/cm2)，本实施例的发光二极管其实际驱动电流与电流密度还可远大于此。为了测量在效率降低前的最大电流密度，本发明另一实施例提供单根纳米柱发光二极管，并测量其光电特性。
图3a显示根据本发明一实施例的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管在室温下的电流—电压(I-V)曲线。如图，在—10V的时候并没有漏电流发生。而图中的插图显示该单根纳米柱发光二极管的场发射扫描式电子显微镜(FE-SEM)图谱，以及构造示意图。如图，刻度标示(scale bar)为500nm、单根纳米柱发光二极管的长度约2μm，其包含直径90nm、厚度40nm的单一InGaN纳米碟4。I-V曲线显示出良好的二极管特性。并且，所制备的单根纳米柱发光二极管没有漏电流，适合用来测量通过其自身的实际电流密度值。
图3b显示根据本发明一些实施例的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管的电激发光图谱，其中每个发光二极管仅具有单个InGaN纳米碟。如图谱所示，从单一InGaN纳米碟发出的光皆为单色光，具有窄的光谱频宽，大约25nm。显微镜图像(未显示)显示，在500nA的驱动电流下，这些单根纳米柱发光二极管所呈现的具有绕射限制(diffraction-limited)的点光源分别为紫光、蓝光、青绿光、绿光、黄光。图3c显示图3a的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管，当驱动电流由100nA增加至500nA时，发光波峰维持在475nm。另外，插图显示电激发光强度以及相对外部量子效率(externalquantum efficiency，EQE)与驱动电流密度的关系。相对EQE的值是以一固定的集光装置，在直流电的模式，由电激发光强度除以驱动电流获得。如插图所示，当驱动电流的密度增加，相对EQE也会增加。而传统的发光二极管，相同的EQE增加趋势，只维持在电流密度小于10A/cm2。在本实施例，纳米柱的直径为90nm，借此可换算出电流密度值。如插图所示，本发明实施例的发光二极管，当驱动电流密度达到8000A/cm2时，EQE效率仍然没有衰减的迹象。相较于现有习知的InGaN发光二极管，其驱动电流密度仅约10A/cm2时，对于某些具有较厚InGaN主动层的发光二极管，其驱动电流密度也只有200A/cm2。本实施例发光二极管的高驱动电流密度，可归因于厚达40nm且无应力的纳米碟结构所致。
在一些显示器的应用，例如背光系统，必须将发光二极管发出的光偏振化，以改善系统效率。对于非极性的m-平面InGaN发光二极管，有文献指出其在in-plane方向可发出非等方向性(anisotropy)的光，因此有机会被应用于液晶显示器的背光系统；另外，传统的极性c-平面InGaN发光二极管却缺乏此特性。然而，本发明实施例的发光二极管，其极性纳米柱所发出的光，可以是高度偏振化的。图4a显示如图3a的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管，在驱动电流500nA时的偏振(polarized)电激发光图谱。图中曲线A为偏振方向与GaN纳米柱轴方向平行的电激发光强度(电场EEL//c)、曲线B为偏振方向与GaN纳米柱轴方向垂直的电激发光强度(电场EEL⊥c)，其中纳米柱轴方向即为六方乌采结构(wurtzite crystal structure)的极性c轴方向。另外，定义偏振比(polarization ratio)ρ为ρ=(I//-I⊥)/(I//+I⊥)，其中I//与I⊥分别为平行与垂直c轴方向的电激发光强度。在计算后获得偏振比ρ为-0.85。另外，图4a的插图显示100倍放大的显微镜图像。
图4b显示如图3a的单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管，利用极坐标表示电激发光强度的二维空间分布与纳米柱几何的相对关系。之前所测量的偏振比ρ为-0.85表示单根纳米柱发光二极管发出的光是高度偏振化的，可于图4b获得证实。不同于现有习知的极性纳米柱或纳米线(nanowire)，本发明实施例的发光二极管可发出高度非等方向性的光，而负偏振比-0.85表示偏振方向是垂直于纳米柱长轴方向。一先前的研究指出，宽度小于100nm的单根GaN纳米柱内的光限制效应(opticalconfinement effect)是造成光偏振化的原因。如果根据此理论，偏振比将会是发光波长与纳米柱直径的函数。但相反地，本发明的实验结果显示，偏振光是来自设置于GaN纳米柱中间的InGaN纳米碟结构。另外，负的偏振比显示，偏振光与发光波长以及InGaN纳米碟的直径的依存关系微弱。这些特性将有助于任何需要偏振光的应用上。
总之，本发明实施例提供的纳米柱数组发光二极管与单根纳米柱发光二极管，以不同现有习知技术的厚的、无应力的InGaN纳米碟发光体，克服了现今发光二极管，特别是白光发光二极管的发展限制，例如，在“绿黄光能隙”以及高驱动电流时的效率降低。此外，本发明实施例的发光二极管的制作不需要特殊的纳米制造技术，且具有于半导体基板上大量制造的能力。此外，本发明实施例的InGaN纳米碟的数量、厚度与结构可依照需要设计，有利于所应用发光或显示装置的最佳化。
制作白光InGaN/GaN纳米柱数组发光二极管范例
本实施例是利用前述的电浆辅助分子束磊晶方法(PAMBE)，在一3英寸、N型、电阻率0.001至0.005Ωcm的硅(111)基板上，沿着六方乌采(wurtzite)结构的c轴成长垂直自我排列的N型GaN纳米柱数组、InGaN纳米盘、P型GaN纳米柱数组。其中，与成长三族–氮化物(groupIII–nitride)薄膜时所用的三族分子束与氮气通量比相较之下，本实施例使用更高的氮气比例(nitrogen-rich，高氮含量)。本实施例利用一购自DCA仪器公司，型号DCA-60的PAMBE系统，其装设有一大的射频氮气电浆源。射频功率设为500W、氮气流量设为每分钟3立方公分(3sccm)。由实时的反射式高能量电子绕射(reflection high energy electron diffraction,RHEED)观察到所成长的纳米柱为六方乌采单结晶结构，纳米柱沿着c轴方向成长。另外，纳米柱的in-plane(垂直面)结晶轴符合下列磊晶关系：
Figure BDA00003188752100061
在成长InGaN纳米碟之前，先在前述硅基板上，以770°C、镓分子束平衡压(BEPGa)9×10-8torr的条件，成长掺杂有硅、厚度约1μm的n型GaN纳米柱数组于硅基板上。之后，再于N型GaN纳米柱上成长InGaN纳米碟。每个纳米碟的发光波长是由磊晶温度(T)以及三族的分子束通量所决定。如图1a的发光二极管，三种不同厚度纳米碟的磊晶温度分别为T1的705°C、T2的700°C、T3的690°C。另外，成长T1纳米碟的镓分子束平衡压为7.5×10-8torr、铟分子束平衡压2.6×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为25nm/25nm；成长T2纳米碟的镓分子束平衡压为6.2×10-8torr、铟分子束平衡压3.3×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为10nm/25nm；成长T3纳米碟的镓分子束平衡压为5.7×10-8torr、铟分子束平衡压3.7×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为15nm/25nm。如图1a所示，其中纳米碟T1、T2、T3的厚度介于10至25nm，而GaN阻挡层7的厚度固定在25nm。之后，以690°C的条件，成长掺杂有镁、厚度约1μm的p型GaN纳米柱数组于纳米碟上，其中，在磊晶时，逐渐提高Ga/N的通量比，使侧向磊晶形成P型GaN纳米柱，借此形成“准连续(quasi-continuous)”的p型GaN薄膜。
为形成一发光二极管，本实施例先以感应式耦合电浆法(inductively coupled plasma,ICP)形成一260×280μm2的平台，有效电流通过区域约为47,100μm2。接着在上述平台上以二氧化硅为蚀刻屏蔽，蚀刻形成一区域以在其上成长GaN纳米柱与纳米盘。接着，在10-7torr真空下，以蒸镀方法形成分别与硅基板以及P型GaN纳米柱数组欧姆接触的钛/金电极与镍/金电极，厚度分别是60nm/40nm以及15nm/35nm。镍/金电极的厚度薄到足以使光线穿透。
所制备白光发光二极管的电流电压曲线，是以Keithley 2400电源电表在室温下测量。而电激发光光谱与光激发荧光光谱(photoluminescence，PL)的测量，是以光学分光系统结合一探针量测系统(probing station)作为测量设备。在室温下以10倍物镜(Mitutoyo,折射率NA=0.28)放大，并结合装设有液态氮冷却的电荷耦合元件(CCD)感测芯片的光谱仪(HR460,Jobin-Yvon)量测电激发光光谱。该光谱仪以一NIST可追溯至美国国家标准与技术局的钨卤光源(Ocean Optics,HL-2000-CAL)进行校正。
制作单根InGaN/GaN纳米柱发光二极管范例
本实施例以前述PAMBE方法制作单根纳米柱发光二极管。首先，在3英寸、N型硅(111)基板上，以770°C的条件，成长掺杂有硅、厚度约1.2μm的n型GaN纳米柱于硅基板上。之后，以705°C、镓分子束平衡压为3.5×10-8torr、铟分子束平衡压2.6×10-8torr的条件，于n型GaN纳米柱上成长40nm厚的InGaN纳米碟。最后，再以685°C的条件，成长厚度约800nm的P型GaN纳米柱于InGaN纳米碟上方。
在PAMBE磊晶程序结束后，将所制备的单根纳米柱发光二极管浸没于1wt%的氢氟酸水溶液30秒，以移除在纳米柱表面上的自生氧化层。接着，将单根纳米柱发光二极管以超音波床震洗模式，使之悬浮于异丙醇溶液，之后，将单根纳米柱发光二极管设置于一表面覆盖有约500nm氧化层的硅基板上。两接触电极的图案(pattern)是以标准光学微影制作工艺与掀离法(photolithography andlift off)制作。两接触电极皆为钛/金，厚度皆为20nm/35nm；其制作方法是在腔体内压力约10-7torr的范围下，以电子束蒸镀制作。在蒸镀程序后，所制备的单根纳米柱发光二极管，在真空腔体压力10-9torr的条件，以600°C进行退火处理20秒。
本领域熟悉技艺人士可根据本发明所揭露实施例，作各种修饰、替换或变更，其皆应属于本发明的范围。例如，虽然图1a例示一种水平式发光二极管，但其也可以是其他种形式，例如垂直式发光二极管。其他基板也可能取代硅基板。接触电极可以其他材质制成，具有其他结构或外观，及/或形成于其他位置等。形成于硅基板上方的发光二极管结构，可被转移至另一基板，例如金属基板、塑胶基板、印刷电路板、透明基板，或因应各种需要的其他基板上。此外，本领域已知的技术方法，也许可被用来替换实施例制造方法中的一个或多个步骤。p型基板或可取代n型基板，且p型与n型氮化镓纳米柱数组3/5的位置可互换。于本说明书，“氮化镓(GaN)”与“氮化铟镓(InGaN)”可意指“氮化镓基(GaN-based)”与“氮化铟镓基(InGaN-based)”；其成分可略为调整或改变。例如，以氮化铝铟镓(AlInGaN)取代氮化铟镓(InGaN)，以氮化铝镓(AlGaN)取代氮化镓(GaN)。在本发明其他实施例，也可利用其他三族氮化物单一材料系统，取代前述的(氮化镓/氮化铟镓)单一材料系统。
图5a显示根据本发明另一实施例的垂直式发光二极管。如图，垂直式发光二极管主要具有基板1、第一电极2、第一型掺杂纳米柱数组3、多个主动发光区域4、第二型掺杂纳米柱数组5，以及第二电极6。
此为较佳地例示而非限制式例示，基板1是n型掺杂硅基板；第一电极2是一复合、多层结构电极，例如钛/金(Ti/Au)电极；第一型掺杂纳米柱数组3是n型氮化镓纳米柱数组；每个主动发光区域4包含一或多个氮化铟镓纳米碟；第二型掺杂纳米柱数组5是p型氮化镓纳米柱数组；第二电极6是透明电极，例如氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)电极。
在本较佳实施例，第一电极2与第一型掺杂纳米柱数组3分别位于基板1的两相对表面上。n型掺杂纳米柱数组3由多个n型纳米柱构成，并通过基板1与第一电极2欧姆接触。一个或多个氮化铟镓(InGaN)纳米碟4位于每个n型氮化镓纳米柱3上方。p型掺杂纳米柱数组5由多个p型纳米柱构成，且位于氮化铟镓(InGaN)纳米碟4上方，其中一个P型氮化镓纳米柱对应一个n型氮化镓纳米柱。第二电极6，例如氧化铟锡电极6位于P型氮化镓纳米柱数组5上方并与之欧姆接触。
较佳地，第二电极6是经由图案化(patterned)形成且由透明材质制成，或者因厚度足够薄而具有所需透明度。每一p型纳米柱5及/或每一n型纳米柱3各具有两端，其中靠近第二电极6的一端可较另一端宽，或者说具有较大横截面积，如图5b所示。此结构有助于避免漏电流。如有需要控制发光区域或为了其他目的，第一电极1也可被图案化。注意本说明书中的“及/或”意指“及”或“或”。
如前所述，可经由控制纳米碟发光体的数量与发光波长，得到发光二极管所需的发光颜色，或者说发光波长。而每个纳米碟的发光波长，可由磊晶成长温度T及/或成分间分子束通量比值，例如In/Ga的分子束通量比值决定。
如前述图1c与图3b，本发明发光二极管的发光颜色可涵盖整个可见光谱。在图5a与图5b的实施例中，每个发光二极管包含三个T1氮化铟镓(InGaN)纳米碟、一个T2氮化铟镓纳米碟，以及一个T3氮化铟镓纳米碟，且它们的磊晶成长温度为T1>T2>T3。另外，在每两个InGaN纳米碟4之间，设置GaN阻挡层7。借由上述结构，发光二极管可发出白光。
每个InGaN纳米碟的厚度可介于10nm至25nm(或40nm)之间，但也可能大于或小于这个范围。基板1的材质可选自下列群组其中之一：碳化硅(silicon carbide)、半导体、塑胶、金属、玻璃，或前述材料的各种组合。此外，图5a与图5b的修饰、替换或变更至少与本文其他实施例所述相同。
图6a至图6f显示根据本发明另一实施例的制造方法，用于制造如图5a或5b的发光二极管。
参见图6a，首先提供基板1。基板1可包含，但不限于，硅基板、碳化硅基板、半导体基板，或其他导电材质所制基板。于本实施例，基板1为N型重掺杂硅基板(111)，其电阻值约0.001Ωm至0.005Ωm。可以现有习知的正常清洁程序清洁基板1。另外，可将基板1浸没于蚀刻缓冲液(buffered oxide etching solution，BOE)如氢氟酸(hydrofluoric acid，HF)或氟化铵(ammoniumfluoride，NH4F)水溶液中，以移除基板1表面的自生氧化层。
参见图6b，接着，可利用蒸镀(evaporation)的方法，例如热蒸镀(thermal evaporation)、电子束蒸镀(electron-beam evaporation)、溅镀(sputtering)，或其他本领域已知的方法，形成第一电极2，例如钛/金电极2于基板1的底面上。
参见图6c，接着，形成电激发光(micro-electroluminescence，EL)结构于基板1的上表面。电激发光结构可包含第一型掺杂纳米柱数组3、多个主动发光层区4，以及第二型掺杂纳米柱数组5；其形成方法是利用磊晶程序，例如前述的电浆辅助分子束磊晶方法(PAMBE)。于本实施例，第一型掺杂纳米柱数组3是N型氮化镓纳米柱数组；每个主动发光区域4包含一个或多个氮化铟镓(InGaN)纳米碟；第二型掺杂纳米柱数组5是p型氮化镓纳米柱数组。
以下例示一个可发白光的电激发光结构的制造方法。利用前述的电浆辅助分子束磊晶方法(PAMBE)，在一3英寸、n型、电阻率0.001至0.005Ωcm的硅(111)基板上，沿着六方乌采(wurtzite)结构的c轴，成长垂直自我排列的N型GaN纳米柱数组、InGaN纳米盘、P型GaN纳米柱数组。其中，与成长三族–氮化物(group III–nitride)薄膜时所用的三族分子束与氮气通量比相较之下，本实施例使用更高的氮气比例(nitrogen-rich，高氮含量)。PAMBE系统装设有一大的射频氮气电浆源。射频功率设为500W、氮气流量设为每分钟3立方公分(3sccm)。由实时的反射式高能量电子绕射(reflection high energy electron diffraction,RHEED)观察到所成长的纳米柱为六方乌采单结晶结构，纳米柱沿着c轴方向成长。另外，纳米柱的in-plane(垂直面)结晶轴符合下列磊晶关系：
Figure BDA00003188752100081
在成长InGaN纳米碟之前，先在前述硅基板上，以770°C、镓分子束平衡压(BEPGa)9×10-8torr的条件，成长掺杂有硅、厚度约1μm的N型GaN纳米柱数组于硅基板上。之后，再于n型GaN纳米柱上成长InGaN纳米碟。每个纳米碟的发光波长是由磊晶温度(T)以及三族的分子束通量所决定。如图5a与5b的发光二极管，三种不同厚度纳米碟的磊晶温度分别为T1的705°C、T2的700°C、T3的690°C。另外，成长T1纳米碟的镓分子束平衡压为7.5×10-8torr、铟分子束平衡压2.6×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为25nm/25nm；成长T2纳米碟的镓分子束平衡压为6.2×10-8torr、铟分子束平衡压3.3×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为10nm/25nm；成长T3纳米碟的镓分子束平衡压为5.7×10-8torr、铟分子束平衡压3.7×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为15nm/25nm。如图5a与图5b所示，其中纳米碟T1、T2、T3的厚度介于10至25nm，而GaN阻挡层7的厚度固定在25nm。之后，以690°C的条件，成长掺杂有镁、厚度约1μm的p型GaN纳米柱数组于纳米碟上，如需要形成图5b的结构，在磊晶时，逐渐提高Ga/N的通量比，使侧向磊晶形成p型GaN纳米柱，借此形成“准连续(quasi-continuous)”的p型GaN薄膜。
另外，如有需要，可利用旋涂玻璃法(spin on glass)使减少或消除纳米柱之间的间隙。此法所用材料可包含液态介电材料(liquid dielectric material)或氧化物基(oxide-based)材料。
参见图6d，形成具有定义开口8a的光阻层8于第二型掺杂纳米柱数组5上。此步骤可以现有习知的方法形成，例如光微影制造工艺(photolithography)或电子束微影制造工艺完成。例如，可先涂布光刻胶层于第二型掺杂纳米柱数组5上，接着以光源照射，使转移一图案至光刻胶层，以定义开口8a。请注意其他似光罩材料，例如阳极氧化铝(anodic aluminum oxide)基板，也可取代前述的光刻胶层8。
参见图6e，可利用前述的蒸镀方法，在开口8a位置形成第二电极6于第二型掺杂纳米柱数组5上。
参见图6f，如有需要，可形成另一光刻胶层(未图示)或光罩层于第二电极6上方，再利用适当方法，例如蚀刻法，较佳为感应式耦合电浆(inductively coupled plasma)蚀刻法，移除未使用的纳米柱数组。为了节省成本，可省略此步骤。
图6a至图6f实施例的各步骤顺序也许可变更。例如，可先利用一光罩或光刻胶层定义电激发光结构3/4/5/7的成长区域，如此可省略图6f的步骤。例如，可先形成电激发光结构3/4/5/7后，再形成第一电极2。
本发明垂直式发光二极管的特性，相同于前述水平式发光二极管，故省略其描述。垂直式发光二极管的制造工艺较为简单，可节省成本。
图7a是一个简化图示，显示根据本发明一较佳实施例的发光二极管显示器。如图所示，发光二极管显示器主要包含多个像素，且每个像素包含一个或多个第一发光二极管，例如“B”；一个或多个第二发光二极管，例如“G”；以及一个或多个第三发光二极管，例如“R”。其中，第一、第二、第三发光二极管B/G/R分别发出第一、第二，和第三种颜色，较佳者，其分别为蓝色、绿色，和红色。每个像素中第一、第二、第三发光二极管B/G/R的数量，可根据发光二极管显示器的分辨率而决定，通常数量为数百个以上。作为例示而非限制，在本实施例，每个像素9包含大约100个蓝光发光二极管B、100个绿光发光二极管G、100个红光发光二极管R。
像素9是被直接成长和设置于基板1上。基板1可以是导电基板，或在其上表面涂布有导电表面或导电图案的非导电基板。基板1的材质可选自下列群组的其中之一或其组合：硅(silicon)、碳化硅(silicon carbide)、半导体、塑胶、金属、玻璃。每个蓝光、红光、绿光发光二极管B/G/R包含一个第一掺杂纳米柱3，主动发光区域4/4’/4”设置于第一掺杂纳米柱3上，第二掺杂纳米柱5设置于主动发光区域4/4’/4”上，以及第二电极6，较佳地，第一电极2设置于基板1的底面，并通过基板1，与所有发光二极管R/G/B的第一掺杂纳米柱3接触。在本实施例，第一电极2是一个整体，但在其他实施例，第一电极2是多个，且每个第一电极2对应一个第一掺杂纳米柱3。或者，在另一个未图示的实施例，发光二极管为水平式，第一电极2是多个，形成在基板1的顶面上，通过基板1，分别与发光二极管R/G/B的第一掺杂纳米柱3接触。
作为例示而非限制，以下描述如图7a所示较佳实施例的细节。基板1为重掺杂N型硅基板。第一电极2是一个复合、多层电极，例如钛/金电极。第一掺杂纳米柱3是N型氮化镓(GaN)纳米柱。主动发光区域4/4’/4”包含一或多个氮化铟镓(InGaN)纳米碟，例如，可发蓝光的T1纳米碟，可发绿光的T2纳米碟，和可发红光的T3纳米碟。第二掺杂纳米柱5是P型氮化镓(GaN)纳米柱。第二电极6是透明电极，例如氧化铟锡电极。以及，氮化镓(GaN)阻挡层7可介于每个T1/T2/T3纳米碟与p型GaN纳米柱5之间，及当T1/T2/T3纳米碟的数量为两个以上，氮化镓(GaN)阻挡层7可介于每两个T1/T2/T3纳米碟之间。注意，为了调整发光二极管的发光波长，T1/T2/T3纳米碟的数量可以是多个。此外，T1/T2/T3纳米碟可由不同厚度，但相同材料，例如氮化铟镓(InGaN)制成。第二电极6是透明的，或是厚度薄到使其足以透明。T1/T2/T3被成长在不同的温度。在本实施例，T1纳米碟具有最高成长温度，T2纳米碟次之，T3的成长温度最低。纳米碟的成长顺序，是由最高成长温度纳米碟，到最低成长温度纳米碟，亦即，先成长T1，然后T2，接着T3。如果纳米碟的成长顺序颠倒，亦即T3、T2、T1，则铟的含量可能会不稳定，导致纳米碟的发光波长改变。在本发明其他实施例，也可利用其他三族氮化物单一材料系统，取代前述的(氮化镓/氮化铟镓)单一材料系统。
图7b显示另一个实施例，其为图7a发光二极管显示器的修饰。在本实施例，p型GaN纳米柱5及/或p型GaN纳米柱具有两端，其中靠近第二电极6的那一端，亦即，从第二电极6算过来的第一端，比另一端宽(例如具较大的直径)。本实施例的结构，可防止电流溢出(overflow)，及/或防止形成泄漏电流通道。
本领域熟悉技艺人士可根据本发明所揭露实施例，作各种修饰、替换或变更。例如，每个像素9可再包含一个或多个可发第四颜色的第四发光二极管。第四颜色可以是，但不限于，金黄色。例如，第一基板1可被切割成多个小基板，且每个小基板包含一个或多个像素9，再把小基板安装于另一个基板上，例如，印刷电路板，或者软式印刷电路板(flexible printed circuit board)。本实施例其余的修饰、替换或变更，也可类似于前述的各种实施例，不再赘述。
图8a至图8j为简化图示，显示根据本发明一实施例发光二极管显示器的制造方法。
参见图8a，提供基板1。基板1可包含，但不限于，硅基板、碳化硅基板、或其他半导体或导电材料制成的基板。
作为例示而非限制，本实施例的基板1是重掺杂n型硅(111)基板，阻抗为0.001-0.005Ωcm。可利用本领域熟知的正常程序清洁基板1。此外，可利用缓冲氧化层蚀刻溶液(buffered oxideetching，BOE)，例如氢氟酸(hydrofluoric acid，HF)或氟化铵(ammonium fluoride，NH4F)，将基板1浸没于其中，以移除上基板1表面的自生氧化层。
参见图8b，以磊晶程序形成多个第一掺杂纳米柱3于基板1的上表面。磊晶程序较佳者为电浆辅助分子束磊晶方法(nitrogen-plasma-assisted molecular beam epitaxy)。注意，可通过屏蔽(mask)，将这些第一掺杂纳米柱3形成在基板1上的选择性区域上。或者，第一掺杂纳米柱3可形成在基板1的全部或大约全部的表面上。
参见图8c，定义有多个开口8a的第一屏蔽8，被形成或设置于第一掺杂纳米柱3上，以选择性地暴露出第一掺杂纳米柱3的第一上表面3a。第一屏蔽8可以是图案化(patterned)的光刻胶层，或者，也可以是其他的光阻材料，例如，二氧化硅(silicon dioxide)、阳极氧化铝(anodic aluminumoxide，AAO)、钛，以及其他材料等等。以图案化的光刻胶层8为例，其可利用一现有习知的技术，例如光学微影(photolithography)或电子束微影(electron-beam lithography)形成。例如，先将光刻胶层涂布在第一掺杂纳米柱3上，借由曝光至一适当光源，将一图案转移至该光刻胶层，借此定义开口8a。
参见图8d，以如同在图8b所述的磊晶程序，分别形成第一主动发光区域4于每个第一掺杂纳米柱3的第一上表面3a上。每个第一主动发光区域4包含一个或多个纳米碟。在本实施例，每个第一主动发光区域4包含一个如前述的T1纳米碟以及一个前述的GaN阻挡层7，以用于发出蓝光。接着，将第一屏蔽8移除或利用一蚀刻液(例如前述的BOE溶液)去除。
参见图8e，一定义有多个开口8a’的第二屏蔽8’，被形成或设置于第一掺杂纳米柱3上，以选择性地暴露出第一掺杂纳米柱3的第二上表面3b。除了开口8a’的位置不同，第二屏蔽8’可与第一屏蔽8大致相同。
参见图8f，以如同在图8b所述的磊晶程序，分别形成第二主动发光区域4’于每个第一掺杂纳米柱3的第二上表面3b上。每个第二主动发光区域4’包含一个或多个纳米碟。在本实施例，每个第二主动发光区域4’包含一个如前述的T2纳米碟以及一个前述的GaN阻挡层7，以用于发出绿光。接着，将第二屏蔽8’移除或利用蚀刻液(例如前述的BOE溶液)去除。
参见图8g，定义有多个开口8a”的第三屏蔽8”，被形成或设置于第一掺杂纳米柱3上，以选择性地暴露出第一掺杂纳米柱3的第三上表面3c。除了开口8a”的位置不同，第三屏蔽8”可与第一屏蔽8大致相同。
参见图8h，以如同在图8b所述的磊晶程序，分别形成第三主动发光区域4”于每个第一掺杂纳米柱3的第三上表面3c上。每个第三主动发光区域4”包含一个或多个纳米碟。在本实施例，每个第三主动发光区域4”包含一个如前述的T3纳米碟以及一个前述的GaN阻挡层7，以用于发出红光。接着，将第三屏蔽8”移除或利用蚀刻液(例如前述的BOE溶液)去除。
参见图8i，以如同在图8b所述的的磊晶程序，分别在第一/第二/第三主动发光区域4/4’/4”上形成第二掺杂纳米柱5。在本实施例，第二掺杂纳米柱5为P型氮化镓(GaN)纳米柱。
参见图8j，以蒸镀(evaporation)的方法，例如热蒸镀(thermal evaporation)、电子束蒸镀(electron-beam evaporation)、溅镀(sputtering)，或其他本领域已知的技术，形成第一电极2，例如钛/金(Ti/Au)电极2，于基板1的下表面。接着，以自我对准(self-aligned)的方式，在第二掺杂纳米柱5的上表面分别形成第二电极6。
本实施例所述的电浆辅助分子束磊晶方法，与前述各实施例所述的PAMBE方法，大致上相同。其中，与成长三族–氮化物(group III–nitride)薄膜时所用的三族分子束与氮气通量比相较之下，本实施例使用更高的氮气比例(nitrogen-rich，高氮含量)。射频功率设为500W、氮气流量设为每分钟3立方公分(3sccm)。所成长的纳米柱为六方乌采单结晶结构，纳米柱沿着c轴方向成长。另外，纳米柱的in-plane(垂直面)结晶轴符合下列磊晶关系：
Figure BDA00003188752100111
先在前述硅基板上，以770°C、镓分子束平衡压(BEPGa)9×10-8torr的条件，成长掺杂有硅、厚度约1μm的n型GaN纳米柱数组于硅基板上。之后，再于N型GaN纳米柱上成长InGaN纳米碟。每个纳米碟的发光波长是由磊晶温度(T)以及三族的分子束通量所决定。如图7a至7b，三种不同厚度纳米碟的磊晶温度分别为T1的705°C、T2的700°C、T3的690°C。另外，成长T1纳米碟的镓分子束平衡压为7.5×10-8torr、铟分子束平衡压2.6×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为25nm/25nm；成长T2纳米碟的镓分子束平衡压为6.2×10-8torr、铟分子束平衡压3.3×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为10nm/25nm；成长T3纳米碟的镓分子束平衡压为5.7×10-8torr、铟分子束平衡压3.7×10-8torr、InGaN/GaN的厚度比大约为15nm/25nm。如图7a与7b所示，其中纳米碟T1、T2、T3的厚度介于10至25nm，而GaN阻挡层7的厚度固定在25nm。之后，以690°C的条件，成长掺杂有镁、厚度约1μm的p型GaN纳米柱数组于纳米碟上，其中，如图7b所示，在磊晶时，可逐渐提高Ga/N的通量比，使侧向磊晶形成p型GaN纳米柱及/或n型GaN纳米柱，借此形成“准连续(quasi-continuous)”的p型及/或n型GaN纳米柱。在本发明其他实施例，也可利用其他三族氮化物单一材料系统，取代前述的(氮化镓/氮化铟镓)单一材料系统。
另外，如有需要，可利用旋涂玻璃法(spin on glass)使减少或消除纳米柱之间的间隙，例如，减少或消除在相同像素内用于发出同一颜色光纳米柱之间的间隙。此法所用材料可包含液态介电材料(liquid dielectric material)或氧化物基(oxide-based)材料。
另外，如有需要，可形成另一屏蔽(未图示)于第二电极6上，并以蚀刻的方法，例如感应式耦合电浆(inductively coupled plasma,ICP)蚀刻法，移除不需要的纳米柱。为了简化制造工艺，本步骤可被省去。
在本实施例，图8a至图8j的顺序可被改变。例如，可在形成发光二极管R/G/B之后，再形成第一电极2。另外，可多利用一个屏蔽，定义出第一/第二/第三发光二极管B/G/R成长的区域，如此可省略前段的感应式耦合电浆蚀刻法。另外，本实施例还可包含其他后续的步骤。例如，可将基板1切割成多个小基板(未图示)，每个小基板包含一个或多个像素9，再将小基板安装于另一个基板，例如印刷电路板或软性印刷电路板。又例如，为了其他目的，第一/第二/第三发光二极管B/G/R可被转移至一个或多个基板。
本实施例提供一种具有红、绿、蓝三原色发光二极管显示器的制造方法。然而，上述的方法可以类推，以制造具有更多原色，例如四原色的发光二极管显示器。以四原色发光二极管显示器为例，额外定义有开口的光罩(未图示)，被形成或设置于第一掺杂纳米柱3上，以选择性地暴露出第一掺杂纳米柱的第四上表面(未图示)，接着在每个第四上表面形成第四主动发光区域，以及形成第二掺杂纳米柱在每个第四主动发光区域上。
图9是一个简化图式，显示根据本发明一实施例发光二极管显示器的驱动方法。如图9所示，每个像素9包含三个次像素，亦即红(R)、绿(G)和蓝(B)次像素，且每个次像素包含一个或多个可发出同一颜色光的发光二极管。在本实施例，所有次像素R/G/B的第一电极是一个共享电极，共用电压提供至该共享电极，但第二电极分别连接一个信号源。这些信号源分别提供每个像素的次像素所需的电压，借由结合三种次像素所发出的光，显示一个彩色画面。
借此，本发明所提供的发光二极管显示器，具有简单的结构和制造方法。所有的发光二极管，即使其发光波长不同，也可以在同一基板上形成，且成长基板也可以作为显示器基板。本发明的制造方法可以省去那些复杂的步骤，例如，转移发光二极管的步骤；因而本发明的方法，更为可靠与节省成本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (23)

1.一种发光二极管显示器，其特征在于其包含：
基板；
多个像素，设置于该基板上，每个像素包含：
第一次像素，包含一个或多个第一发光二极管，以发出第一颜色的光；
第二次像素，包含一个或多个第二发光二极管，以发出第二颜色的光；
第三次像素，包含一个或多个第二发光二极管，以发出第三颜色的光；
其中每个该第一、第二和第三发光二极管包含：
第一电极；
第一掺杂纳米柱，与该第一电极欧姆接触；
主动发光区域，设置于该第一掺杂纳米柱上；
第二掺杂纳米柱，设置于该主动发光区域上；以及
第二电极，设置于该第二掺杂纳米柱上；
其中，该第一、第二、第三次像素的该主动发光区域皆包含单一材料系统，该单一材料系统所发出的该第一、第二、和第三颜色光的波长，可涵盖全波段可见光频谱范围。
2.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于该基板与成长该些第一、第二和第三发光二极管所用的基板相同。
3.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于该些第一、第二和第三发光二极管的第一电极是整块形成的共享电极，共用电压提供至该共享电极。
4.如权利要求3所述的发光二极管显示器，其特征在于多个电压被分开提供给每个像素的该第一、第二和第三发光二极管的该第二电极。
5.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于该第一、第二和第三颜色分别为蓝色、绿色和红色。
6.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于该第一掺杂纳米柱为N型氮化镓基纳米柱、该第二掺杂纳米柱为P型氮化镓基纳米柱，该主动发光区域包含一个或多个氮化铟镓基纳米碟。
7.如权利要求6所述的发光二极管显示器，其特征在于每个该些第一发光二极管的该主动发光区域，包含氮化镓阻挡层和用于发蓝光的氮化铟镓基纳米碟。
8.如权利要求6所述的发光二极管显示器，其特征在于每个该些第二发光二极管的该主动发光区域，包含氮化镓阻挡层和用于发绿光的氮化铟镓基纳米碟。
9.如权利要求6所述的发光二极管显示器，其特征在于每个该些第二发光二极管的该主动发光区域，包含氮化镓阻挡层和用于发红光的氮化铟镓基纳米碟。
10.如权利要求6所述的发光二极管显示器，其特征在于每个该些第一、第二和第三发光二极管的该主动发光区域包含两个以上的氮化铟镓基纳米碟，且每两个氮化铟镓基纳米碟之间还具有一个氮化镓阻挡层。
11.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于该基板是硅基板。
12.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于该基板的材质，是选自下列群组的其中之一或其组合：碳化硅、半导体、塑胶、金属、玻璃。
13.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于每个像素更包含第四次像素，其包含一个或多个第四发光二极管，以发出第四颜色的光。
14.如权利要求1所述的发光二极管显示器，其特征在于每个该第一掺杂纳米柱与该第二掺杂纳米柱具有两端，其中由该第二电极算起的第一端宽于另一端。
15.一种发光二极管显示器的制造方法，其特征在于其包含下列步骤：
提供导电基板；
形成多个第一掺杂纳米柱在该基板上；
形成整体或多个分离的第一电极，以通过该导电基板与该些第一掺杂纳米柱欧姆接触；
形成第一主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第一上表面上；
形成第二主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第二上表面上；
形成第三主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第三上表面上；
形成第二掺杂纳米柱在每个该第一、第二和第三主动发光区域上；
形成第二电极在每个该第二掺杂纳米柱上；
其中当电压分别提供给该第一电极和该第二电极，该第一、第二和第三主动发光区域分别发出第一、第二和第三颜色的光。
16.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于该整体的第一电极被形成在该基板的下表面上。
17.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于该多个分开的第一电极被形成在该基板的上表面上。
18.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于该导电基板是硅基板或导电半导体基板。
19.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于该第一掺杂纳米柱为n型氮化镓基纳米柱、该第二掺杂纳米柱为p型氮化镓基纳米柱，每个该些第一、第二和第三主动发光区域包含一个或多个氮化铟镓基纳米碟。
20.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于利用电浆辅助分子束磊晶方法制作该些第一掺杂纳米柱、第二掺杂纳米柱、以及第一、第二和第三主动发光区域，其中该电浆辅助分子束磊晶方法，与成长三族–氮化物薄膜时所用的三族分子束与氮气通量比相较下使用高氮含量的条件。
21.如权利要求20所述的制造方法，其特征在于每个该些第一、第二和第三主动发光区域包含一个或多个氮化铟镓基纳米碟，且该些氮化铟镓基纳米碟的发光波长与发光强度，是由其成长温度与厚度所控制。
22.如权利要求21所述的制造方法，其特征在于当形成两个以上的氮化铟镓基纳米碟，更包含形成氮化镓阻挡层于每两个该氮化铟镓基纳米碟之间。
23.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于其更包含：
形成第四主动发光区域在每个该第一掺杂纳米柱的第四上表面上；以及
形成该第二掺杂纳米柱在每个该第四主动发光区域上；
借此，当电压分别提供给该第一电极和该第二电极，该第四主动发光区域发出第四颜色的光。
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