CN106229394B - 微发光二极管及其制造方法和显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微发光二极管及其制备方法和显示器，该方法包括：形成缓冲层柱体；在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体；在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极在PN结的构成层之外相互绝缘。通过上述方法制成的微发光二极管为管状结构，管状的微发光二极管结构能有效降低第一电极和第二电极之间经由PN结的构成层通路的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了PN结的有效作用面积，增加电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管的单色性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种微发光二极管及其制造方法和显示器。
背景技术
微发光二极管(Micro LED)显示器的结构是微型化LED阵列，也就是将LED结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，将像素点距离从毫米级降低至微米级，同大尺度的户外LED显示屏一样，每一个像素可定址、单独驱动点亮；而与同样是自发光显示的OLED显示器相比，微发光二极管显示器还具有材料稳定性更好、寿命更长等优点。
目前，微发光二极管发光单元有两种基本结构，平面结构和垂直结构，垂直结构的微发光二极管与平面结构的微发光二极管相比，可以提供更大发光面积，增加输出耦合效率。不过垂直结构的微发光二极管由于其复杂的几何结构，使得调节微发光二极管的颜色成为难点，且单色性容易变差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种微发光二极管及其制造方法，能够增加发光效率和改善现有技术中单色性的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种微发光二极管的制备方法，包括：形成缓冲层柱体；在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体；在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极之间绝缘。
其中，形成缓冲层柱体包括：提供一基底；在基底上沉积而形成第一缓冲层；对第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在预定位置暴露出基底；在基底的预定位置处生长出缓冲层柱体。
其中，基底是Si掺杂的n-GaN/Al2O3基底，第一缓冲层是SiO2层。
其中，缓冲层柱体是ZnO微米管/纳米管，在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体包括：在ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层；在n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层；对第二缓冲层进行蚀刻以暴露出一部分n-GaN层；在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。
其中，在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层过程中，在每两相邻层之间均进一步进行以下处理：形成第三缓冲层以覆盖遮挡较下层的结构；刻蚀掉一部分第三缓冲层。
其中，多重量子阱层是μ-InxGa1-xN/μ-GaN多重量子阱层，p-GaN 是掺Mg的p-GaN层。
其中，在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层后包括：在惰性气体氛围中退火。
其中，在PN结的构成层体外侧形成第一电极包括：在基底及PN 结的构成层体上涂布并固化PI液；将PN结的构成层体的上端的PI液蚀刻掉，暴露出PN结的构成层体；在基底及PN结的构成层体上沉积金属Ni/Au层和Ag层，以得到第一电极。
去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极包括：去掉基底；刻蚀掉作为牺牲层的第一缓冲层和缓冲层柱体；将PN结的构成层体翻转，并沉积金属Ti/Au层和ITO层，以得到第二电极。
为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种微发光二极管，包括：第一电极和套设于第一电极的第二电极，且第一电极和第二电极之间绝缘；填充于第一电极和第二电极之间的PN结的构成层体。
其中，PN结的构成层体进一步包括：由内向外依次生长的n-GaN 层、多重量子阱层、p-GaN层。
为解决上述技术问题，本发明采用的第三个技术方案是：提供一种微发光二极管显示器，包括：如上所述的微发光二极管。
本发明的有益效果是：通过在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体后，在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极在PN 结的构成层之外相互绝缘，其制成的微发光二极管为管状结构。管状的微发光二极管结构能有效降低第一电极和第二电极之间经由PN结的构成层通路的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了PN结的有效作用面积，增加电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管的单色性。
附图说明
图1是本发明微发光二极管制造方法第一实施例的流程示意图；
图2是图1中步骤S11的流程示意图；
图3是图1中步骤S12的流程示意图；
图4是图1中步骤S13的流程示意图；
图5是图4中步骤S130的流程示意图；
图6是图4中步骤S131的流程示意图；
图7是本发明微发光二极管制造方法第二实施例的流程示意图；
图8是本发明微发光二极管一实施例的结构示意图；
图9是本发明微发光二极管显示器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明微发光二极管第一实施例的流程示意图，包括：
S11：形成缓冲层柱体。
采用低温生长或蚀刻等方式形成缓冲层柱体。其中，缓冲层柱体既能有效解决基底材料和n-GaN层材料之间晶格常数和热膨胀系数失配造成的困难，同时，也能为形成PN结的构成层体起到辅助支撑的作用。
S12：在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体。
通过MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)等方式在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体，层体包围缓冲层柱体。
S13：在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极之间绝缘。
可以看出，本实施例通过在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体后，在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极在PN结的构成层之外相互绝缘，其制成的微发光二极管为管状结构。管状的微发光二极管结构能有效降低第一电极和第二电极之间经由PN结的构成层通路的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了PN结的有效作用面积，增加电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管的单色性。
如图2所示，在具体实施例中，图1中步骤11的流程包括：
S110：提供一基底。基底材料可以是蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)或者碳化硅(SiC)，优选地，使用Si掺杂的n-GaN/Al2O3作为MOVPE (Metal-organic Vapor-phase Epitaxy)基底。
S111：在基底上沉积而形成第一缓冲层。第一缓冲层是SiO2层，通过PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)在Si掺杂的n-GaN/Al2O3基底上沉积而形成SiO2层，在一应用例中，SiO2层的厚度可以为50～200nm，例如100nm。
S112：对第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在预定位置暴露出基底。通过匀胶、曝光、显影、刻蚀等方式制作出所需的SiO2图案，以供在特定位置生长缓冲层柱体，其中图案形状可根据后续所需生长的缓冲层柱体形状面设定，具体不作限制。
S113：在基底的预定位置处生长出缓冲层柱体。缓冲层柱体材料可以是AlN(氮化铝)、GaN(氮化镓)、SiC(碳化硅)和ZnO(氧化锌)，优选地，缓冲层柱体是ZnO微米管/纳米管。通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)等方式在基底的预定位置生长ZnO微米管/ 纳米管，且多个ZnO微米管/纳米管结构间相互间隔设置，其中ZnO微米管/纳米管结构形状与SiO2图案的形状相同。在一应用例中，多个ZnO 微米管/纳米管结构可为周期性点阵结构，实现多个ZnO微米管/纳米管结构的均匀设置，保证多个ZnO微米管/纳米管结构分布的均匀，从而保证微发光二极管的出光均匀。
如图3所示，在具体实施例中，图1中步骤12包括：
S120：在ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层。通过MOCVD (Metal-organicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气象沉淀)等方式在ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层。
S121：在n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层；对第二缓冲层进行蚀刻以暴露出一部分n-GaN层。在n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层包括：在n-GaN层上沉积一定厚度的SiO2，在一应用例中，厚度可以为 50～200nm，例如为50nm，并将上面一部分SiO2刻蚀，露出一部分n-GaN；用一定厚度的PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃)覆盖遮挡ZnO/n-GaN/SiO2，在一应用例中，PMMA的厚度为1um，刻蚀掉上面一部分PMMA。其中，SiO2层和PMMA层起掩模的作用，蚀刻后只遮挡一部分n-GaN层，不保留在最终微发光二极管结构中。多重量子阱层、p-GaN层依次形成于n-GaN层暴露的部分上。
S122：在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。通过 MOCVD在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层过程中，在每两相邻层之间均进一步进行以下处理：形成第三缓冲层以覆盖遮挡较下层的结构；刻蚀掉一部分第三缓冲层，以在多重量子阱层暴露的部分上形成p-GaN层。
在本实施例中，第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层使得由内而外形成的n-GaN/多重量子阱层/p-GaN层所暴露出的高度不同。
其中，MQWs是μ-InxGa1-xN/μ-GaN MQWs，p-GaN是掺Mg的 p-GaN层。在n-GaN层上依次形成MQWs、p-GaN层后包括：在惰性气体氛围中退火，如：氮气。
如图4所示，在具体实施例中，图1中步骤13包括：
S130：在PN结的构成层体外侧形成第一电极。
S131：去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极。其中，第一电极为沉积的金属Ni/Au层和Ag层，第二电极为沉积的金属Ti/Au层和ITO层。
如图5所示，在具体实施例中，图4中步骤S130进一步包括：
S1300：在基底及PN结的构成层体上涂布并固化PI液。在基底及 PN结的构成层体上涂布PI(Polyimide，聚酰亚胺)液并使其固化，用于隔绝PN结的构成层体外侧形成第一电极和PN结的构成层体内侧形成第二电极，使第一电极和第二电极绝缘，且起到固定的作用，从而控制微发光二极管光的方向。
S1301：将PN结的构成层体的上端的PI液蚀刻掉，暴露出PN结的构成层体。
S1302：在基底及PN结的构成层体上沉积金属Ni/Au层和Ag层，以得到第一电极。在一实施例中，金属Ni/Au层的厚度可以为5～20nm，例如10nm，Ag层的厚度为几个微米。
如图6所示，在具体实施例中，图4中步骤S131进一步包括：
S1310：去掉基底。
S1311：刻蚀掉作为牺牲层的第一缓冲层和缓冲层柱体。从而形成中空的ZnO微米管/纳米管结构。
S1312：将PN结的构成层体翻转，并沉积金属Ti/Au层和ITO层，以得到第二电极。在一应用例中，金属Ti/Au层的厚度为2～5nm，ITO 层的厚度为800～1200nm。
上述说明中各层的厚度、各层的沉积方式以及金属电极层材料仅为示例，实际应用可根据需要决定。
在其他实施例中，N型半导体层和P型半导体层材料可以是InGaN、 AlGaInP、GaAlAs或其任一两者之间的组合，但不仅限于此。
通过上述实施例的实施，在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体后，在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后在PN结的构成层体内侧形成第二电极，从而制成具有金属电极与中空的微米管/纳米管结构的微发光二极管。微发光二极管利用中空的几何形貌制备金属电极，有效降了金属电极间的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了p-n结有效作用面积，增高电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管单色性。
如图7所示，本发明微发光二极管制造方法的第二实施例的流程示意图，包括：
S71：提供一基底。
S72：在基底上沉积而形成第一缓冲层。
S73：对第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在预定位置暴露出基地。
S74：在基底的预定位置处生长出缓冲层柱体。
S75：在缓冲层柱体外币生长n-GaN层。
S76：在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。
S77：在基底及PN结的构成层体上涂布并固化PI液，将PN结的构成层体的上端的PI液蚀刻掉，暴露出PN结的构成层体。
S78：在基底及PN结的构成层体上形成第一电极。
S79：去掉基底，刻蚀掉作为牺牲层的第一缓冲层和缓冲层柱体后，将PN结的构成层体翻转，在PN结的构成层体内侧形成第二电极。
本实施例中各层的材料、功能、厚度具体可参考本发明微发光二极管制造方法第一实施例中的描述，在此不再重复。其中，各层的厚度、各层的沉积方式以及金属电极层材料仅为示例，实际应用可根据需要决定。在其他实施例中，n型半导体层和p型半导体层材料可以是InGaN、 AlGaInP、GaAlAs或其任一两者之间的组合，但不仅限于此。
如图8所示，本发明微发光二极管一实施例的结构示意图，包括：第一电极810、第二电极82、PI层83、PN结的构成层体84。
第二电极82套设于第一电极810；PI层83位于第二电极82的上方，使得第一电极810和第二电极82之间绝缘；PN结的构成层体84填充于第一电极810和第二电极82之间。
第一电极为沉积的金属Ti/Au层和ITO层；第二电极为金属Ni/Au 层820和Ag层821；PN结的构成层体84进一步包括由内而外依次生长n-GaN层840、多重量子阱层841、p-GaN层842。
本实施例中各层的材料、功能、厚度具体可参考本发明微发光二极管制造方法第一实施例中的描述，在此不再重复。其中，各层的厚度、大小及位置仅为示意，实际应用可根据需要决定。在其他实施例中，n 型半导体层和p型半导体层材料可以是InGaN、AlGaInP、GaAlAs或其任一两者之间的组合，但不仅限于此。
如图9所示，本发明微发光二极管显示器一实施例的结构示意图，包括：基板90；设置于基板90上的子像素区域91；设置于子像素区域 91内的微发光二极管92。
其中，子像素区域91阵列排布；微发光二极管92的结构如图8所示。
图中子像素区域91和微发光二极管92的大小以及相对位置关系仅为示意，实际应用可根据需要决定。
在此基础上，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，凡是利用本发明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，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专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种微发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：
形成缓冲层柱体；
在所述缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体；
在所述PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉所述缓冲层柱体后，在所述PN结的构成层体内侧形成第二电极，所述第一电极和第二电极在所述PN结的构成层之外相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成缓冲层柱体包括：
提供一基底；
在所述基底上沉积而形成第一缓冲层；
对所述第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在所述预定位置暴露出所述基底；
在所述基底的所述预定位置处生长出中空微米管/纳米管，以得到所述缓冲层柱体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基底是Si掺杂的n-GaN/Al2O3基底，所述第一缓冲层是SiO2层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓冲层柱体是ZnO微米管/纳米管，所述在所述缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体包括：
在所述ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层；
在所述n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层；
对所述第二缓冲层进行蚀刻以暴露出一部分所述n-GaN层；
在所述n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层过程中，在每两相邻层之间均进一步进行以下处理：
形成第三缓冲层以覆盖遮挡较下层的结构；
刻蚀掉一部分所述第三缓冲层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多重量子阱层是μ-InxGa1-xN/μ-GaN多重量子层，所述p-GaN是掺Mg的p-GaN层。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层后包括：在惰性气体氛围中退火。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，
所述在所述PN结的构成层体外侧形成第一电极包括：
在所述基底及所述PN结的构成层体上涂布并固化PI液；
将所述PN结的构成层体的上端的所述PI液蚀刻掉，暴露出所述PN结的构成层体；
在所述基底及所述PN结的构成层体上沉积金属Ni/Au层和Ag层，以得到所述第一电极；
所述去掉所述缓冲层柱体后，在所述PN结的构成层体内侧形成第二电极包括：
去掉所述基底；
刻蚀掉作为牺牲层的所述第一缓冲层和所述缓冲层柱体；
将所述PN结的构成层体翻转，并沉积金属Ti/Au层和ITO层，以得到所述第二电极。
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