CN108807610A - 微米led线性发光体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微米LED线性发光体的制备方法，该制备方法：主要是将基体制成线性体，并利用有机金属气象沉积在加热的线性体晶上喷入预设的化合元素与有机根所形成的气体，使线性体产生学反应并形成所需的多层薄膜，然后再进行金属蒸镀、曝光/显影、及光阻涂布、刻蚀、半切/通电点侧、及全切(切断)、扩晶/外观检验，最后包装入库；其中，线性体晶线以垂落方式，在直立筒柱形反应腔体的上端排列垂落定位，然后利用上端的气体入口以喷雾方式在线性体结晶基线表面镀上所需的多层薄膜，进而达到线性发光体具有圆周性发光的效果，并使得到的极细微线性体的晶粒体积也能有效进行切割与组装的制备技术，作为其特征。

Description

微米LED线性发光体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种微米LED线性发光体的制备方法，尤其涉及一种微米LED，以线性体作为结晶基线，并在加热后使相关材料附着形成LED磊晶线体，以及利用直立筒柱形反应腔体进行喷雾镀膜的制备方法。

背景技术

LED的基本原理为：发光二极管是一种特殊的二极管，也是由半导体组成的，这些半导体材料会提前通过注入或掺杂等工艺制备出P、N架构，与其它二极管一样，发光二极管中电流可以轻易地从P极(阳极)流向N极(负极)，而相反方向则不能；然后利用半导体电洞(P型)及电子(N型)结合，放出光子；使两种不同的载流子电洞和电子在不同的电极电压作用下从电极流向P、N架构；当电洞和电子相遇而产生复合时，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的形式释放出能量，它所发出的光的波长(颜色)由组成P、N架构的半导体材料的能隙决定；由于硅和锗是间接能隙材料，在常温下，这些材料内电子与电洞的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，而是把能量转化为热能，所以硅和锗二极管不能发光(在极低温的特定温度下才会发光，必须在特殊角度下才可以发现，且该发光的亮度不明显)；发光二极管所用的材料都是直接能隙的，因此能量会以光子形式释放，这些禁带能量对应着近红外线、可见光或近紫外线波段的光能量，发展初期，采用砷化镓(GaAs)的发光二极管只能发出红外线或红光。随着材料科学的进步，各种颜色的发光二极管，如今都可以被制造；

目前技术困境的突破：自发光二极管的发现以来，已经成为市场显示器和一般照明的最基本的庞大材料需求，在科技日新月异的进步之下，各大厂商一直以更先进的技术开发制造更小的晶粒体积，以让显示器的分辨率能够大幅提高，但一般的制备方法都以圆形的晶圆基板A作为制作的先端(请参阅图1所示)，由于芯片的制备方法在磊晶技术的提高下，合格率大幅提高，唯独在晶粒B体积缩小之后，其缩小的尺寸已经不是一般肉眼可以观察到或进行组装的，如何在这么细微的体积当中进行切割与组装一直是目前无法突破的技术，是现有技术的缺陷；且一般传统技术在晶圆基板A磊晶后切割成细小的晶粒B，而晶粒B需以一颗一颗的方式作为人工或机器组装，而以晶粒B作为单一组装的方式时，常常会因为焊接的质量不定而造成合格率降低，同样也会因为晶粒(B)的体积缩小至肉眼无法观察，而造成机器无法组装的情况发生，也是现有技术的缺陷；

请再参阅图2的传统一般发光二极管的制造流程(以箭头标示进行说明)：第一道制程C是以基板C1(GSAS)作为垫底；第二道制程D在基板C1上镀有第一层磊晶(n-type epi)D1和第二层(P-type epi)D2；第三道制程E是在基板C1上第一层磊晶(n-type epi)D1和第二层(P-type epi)D2的上端再镀上第三层镀膜(ITP)E1，并在基板C1的下端面镀上N电极层E2；第四道制程F是在第三层镀膜(ITP)E1上涂布一层光阻层F1；第五道制程G是在光阻层F1上面的两端利用遮蔽物G1遮盖，然后在中央处利用UV光G2照射(曝光/显影)形成凹陷沟G3；第六道制程H是在光阻层F1上面中央所形成的凹陷沟G3内及上端面镀上一层金属蒸镀层(P电极)H1；第七道制程I是采用电击I1刻蚀；第八道制程J是将磊晶的晶圆做半切/通电点测，以及第九道制程K是将磊晶的晶圆做全切(或切断)；第十道制程L为扩晶/外观检验，最后第十一道M为包装入库。

而且，传统发光二极管晶粒的制备方法大约需要21个流程(依显示颜色不同而有不同的流程顺序)，即，传统有机金属气象沉积腔室和发光二极管(晶粒)的制造流程(请参阅图3所示的流程图)包括：晶圆清洗、磊晶、上光阻、第一道光罩、干式刻蚀、金属蒸镀、第二道光罩、化学刻蚀、金属蒸镀、第三道光罩、化学刻蚀、第四道光罩、金属蒸镀、化学刻蚀、薄膜沉积、第五道光罩、化学刻蚀、精密切割、晶粒筛选、包装入库、组装贩卖等21道；由于显示器所使用的晶粒数量非常庞大，所以在晶粒体积大幅缩减后为机器做组装会有相当的技术性及困难度，因此常造成组装上的合格率降低，简单的说，如果以晶粒成品组装在显示器上需以点、线、面的方式作为三个步骤顺序，问题是在晶粒大幅缩小后(肉眼无法看到)，机器根本无法进行组装，为此采用现有的晶粒制备方法进行组装根本不可行，也是现有技术的缺陷；

另外，参阅传统技术经常使用的有机金属气象沉积(MOCVD)的制备方式(如图4所示的俯视及主透视实施制造的平面示意图)，其中，将晶圆载盘的基板C1(GSAS)摆设放置在反应腔体N内，其中，该反应腔体的上端设有气体入口N1，气体入口N1中装设有气体喷嘴(图中未示)，并在反应腔体N左右侧边各设有气体出口N2，且反应腔体N的内部设有RF加热器O，由此，晶圆载盘的基板C1(GSAS)的多数晶圆基板A在反应腔体N内，受到反应腔体N上端气体入口N1喷入的气体作为多层薄膜的磊晶镀膜程序；由此可见，该沉积磊晶的方式，仅仅是在晶圆表面镀上多层镀膜，并切割形成多数晶粒，而都存在上述所说的种种缺陷；

根据上述传统制备方法所得在晶圆基板A磊晶后切割成细小的晶粒B，而晶粒B在一颗一颗的总量庞大数量下，要想总量移转，且使每颗晶粒逐粒焊接，其制备方法实在困难，因此合格率往往有很大的落差，从而增加产品的成本，实在是一个很大的缺陷。

发明内容

基于此，根据传统的制备方法繁琐复杂，且晶粒体积过小而使制备的合格率较低的问题，本发明人针对此问题作为改善重点，以本身的好研究开发的精神，并配合相关技术工程人员的多方探讨LED的产品为未来人类生活上不可或缺的必用品，才钻研微米LED的制造方法，最后终于创作出本发明微米LED直立筒柱形反应腔体和线性发光体的制备方法，以期能一次解决LED成型晶粒过小而无法组装及制备合格率的问题；

基于上述目的，本发明的线性有机金属气象沉积腔室和发光二极管(晶线)的制造流程包括：晶圆清洗、第一次磊晶、高温融合、第二次磊晶、高温融合、第三次磊晶、导电模(ITO)、金属蒸镀、干式刻蚀、长度切割、通电测试、包装入库等约12道；

其中，结晶线性体表面的磊晶多层薄膜表面以半切割方式在磊晶线体上形成多个晶粒。

本发明实施上述技术手段以后，可得到如下的几项功能：1反应腔体设置成直立筒柱形反应腔体状，且线性体结晶基线材在直立筒柱形反应腔体内加热，而在直立筒柱形反应腔体的上端面设置有多个等距排列的线性体结晶基线材的穿孔，以使线性体结晶基线材穿过穿孔且呈垂落式悬挂，并将气体由直立筒柱形反应腔体上端面中央的气体入口喷入，作为多道式的腔体磊晶的制备方法。2.采用本发明的直立筒柱形反应腔体作为磊晶的制造方式，能一次性地完成较大量的磊晶组件，作为其特征。3.采用本发明的线性体晶粒，使线性体直接排列铺设使用，用作显示器，因此在制备方法上，只须刻蚀，不须半切或全切成单一晶粒，作为其特征。4.采用本发明的线性体晶粒，为串连一体状，能在细微的体积当中进行切割与组装，作为其特征。5.采用本发明的线性体晶粒，为串连一体状，所以与现有晶粒切割后再进行组装的制备方法不同，磊晶后即可作为线体式排列使用，作为其特征。6.采用本发明的线性体晶粒，能一次性成形线性体晶粒，其成形晶粒的数量较传统晶圆的制备更为庞大，因此，以量制价下，其成本更低，作为其特征。

综上所述，有关于本发明微米LED磊晶直立筒柱形反应腔体和线性发光体的制备方法，其所以能达到简易制程的高经济利用价值功效，所采用的技术手段及其结构特征，将列举一个可行的实施例，并配合附图详细说明如下，以能对本发明的构造有更深一层的了解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统公知的晶圆成型的立体示意图；

图2为传统公知的一般发光二极管的制造流程图；

图3为传统公知的有机金属气象沉积腔室和发光二极管(晶粒)的制造流程方块图；

图4为传统公知的有机金属气象沉积腔(MOCVD)的俯视和主透视实施制造的平面示意图；

图5为本发明线性有机金属气象沉积腔室和发光二极管(晶线)的制造流程方块图；

图6为本发明线性有机金属气象沉积微小发光二极管的制备流程图；

图7为图5的制备流程的立体示意图；

图8为本发明线性有机金属气象沉积反应腔体的俯视和主透视实施制造的平面示意图；

图9为本发明线性晶线体的通电检测的立体示意图；

图10为本发明线性晶线体进行成品安装的立体实施例示意图。

图中：

1-第一道工艺；

10-结晶基线；

2-第二道工艺；

11-N半导体层；

12-P半导体层；

13-发光层；

3-第三道工艺；

14-导电膜；

4-第四道工艺；

15-金属镀膜；

5-第五道工艺；

6-第六道工艺；

7-第七道工艺；

8-直立筒柱形反应腔体；

80-气体入口；

81-气体出口；

82-穿孔；

9-加热器；

100-磊晶线体；

101-晶粒；

200-驱动IC；

A-晶圆基板；

B-晶粒；

C-第一道制程；

C1-基板；

D-第二道制程；

D1-第一层磊晶；

D2-第二层；

E-第三道制程；

E1-镀膜；

E2-N电极层；

F-第四道制程；

F1-光阻层；

G-第五道制程；

G1-遮蔽物；

G2-UV光；

G3-凹陷沟；

H-第六道制程；

H1-金属蒸镀层；

I-第七道制程；

I1-P电击；

J-第八道制程；

K-第九道制程；

L-第十道制程；

M-第十一道制程；

N-反应腔体；

N1-气体入口；

N2-气体出口；

O-RF加热器。

具体实施方式

本发明涉及一种微米LED磊晶直立筒柱形反应腔体和线性发光体的制备方法，尤指一种微小LED的组成发光晶粒成形的制备工艺，具体为线性发光体利用直立筒柱形反应腔体，而达到在直立筒柱形的反应腔体内做线性发光体的磊晶、蒸镀、刻蚀等工艺，进而得到磊晶体可在体积极细微的情况下仍可进行组装，且能使其合格率提高的效果。

上述线性结晶基线体以垂落方式，在直立筒柱形反应腔体的上端排列垂落定位，然后利用上端的气体入口以喷雾方式在线性体结晶基线表面镀上所需的多层薄膜的第一层和第二层，进而达到线性体磊晶发光体具有360度圆周性发光的效果，并使得到的极细微线性晶粒体积也能有效进行切割与组装的制备技术。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

请参阅图5所示，图5为本发明线性有机金属气象沉积腔室和发光二极管(晶线)的制造流程方块图，主要包含：晶圆清洗、第一次磊晶、高温融合、第二次磊晶、高温融合、第三次磊晶、导电模(ITO)、金属蒸镀、干式刻蚀、长度切割、通电测试、包装入库等约12道。

请再请参阅图6、7所示，图6、7为本发明线性微小发光二极管的制备流程图及制备流程的立体示意图，其制备方法(以箭头标示进行说明)：第一道工艺1是结晶基线(线性导材-P电极加热)10；第二道工艺2在直立筒柱形反应腔体7的内部，制作结晶基线10外围包覆的多层磊晶，即第一层为N半导体层(N-type epi)11、第二层为P半导体层(P-type epi)12，且第一层为N半导体层(N-type epi)11与第二层为P半导体层(P-type epi)12之间的能隙为发光层13；第三道工艺3是在第二层为P半导体层(P-type epi)12的外围再镀上导电膜(ITO)14；第四道工艺4是在导电膜(ITO)14上又镀上一层金属镀膜(N电极)15；第五道工艺5是对磊晶线体100的刻蚀；第六道工艺6是对结晶基线(P电极)10与金属镀膜(N电极)15进行导通通电测试；第七道工艺6为最后包装入库。

上述结晶基线10为P电极，而最外层为金属镀膜(N电极)15。

上述磊晶因材料不同，其波长会有不同；而磊晶结构不同，亮度也会不同。

请再请参阅图8所示，图8为本发明线性有机金属气象沉积反应腔体的俯视和主透视实施制造的平面示意图，其中反应腔体设置成直立筒柱形反应腔体8，上下两端各设置有气体入口80及气体出口81，且在腔体的内部近下端设有加热器9，用于为结晶基线10安置在直立筒柱形反应腔体8内直接导热而进行自体加热，并在上端的气体入口80装设气体喷嘴(图中未示)，且在气体入口80的周围端面制设有多个排列的穿孔82，该多个排列的穿孔82用作垂落式穿设结晶基线10。

上述直立筒柱形反应腔体8的上端面以垂落方式穿设且固定多个结晶基线1后(可配合图7所示作说明)，在预设的化合元素和有机根所形成的气体在直立筒柱形反应腔体7的气体入口70所设的气体喷嘴(图中未示)喷雾的作用下，将结晶基线10附着所需的材料薄膜，即反应腔体磊晶、蒸镀(ITO)、蒸镀(N电极)、刻蚀等程序，从而完成磊晶的制备。

上述磊晶后的磊晶线体100在刻蚀后形成线体上有多个晶粒101，而各晶粒101以中心的结晶基线(线性导材-P电极加热)10为基体，向外镀有第一层为N半导体层(N-typeepi)11和第二层P半导体层(P-type epi)12，且在第一层为N半导体层(N-type epi)11和第二层P半导体层(P-type epi)12之间设有发光层13，然后为导电膜(ITO)14及金属镀膜(N电极)15，以此完成磊晶线体100上的无数晶粒101的结构。

最后磊晶线体100利用驱动IC200进行通电检测(请参阅图9所示)，完成的磊晶线体100的最后测试程序。

进一步地，请参阅图10所示，图10为本发明线性晶线体进行成品安装的立体实施例示意图，其中，将磊晶线体100在完成磊晶及多道测试检验后，所形成的线性体依次排列铺设而形成一幕帘式的LED显示器，例如，该线性体发光体可排列用于带状LED或霓虹灯管中。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种微米LED线性发光体的制备方法，其特征在于：将基体制成结晶线性体，并在反应腔中利用有机金属气象沉积在结晶线性体上喷入预设的化合元素与有机根所形成的气体，使结晶线性体产生化学反应并形成多层薄膜表面的第一层和第二层，然后再进行金属蒸镀、曝光/显影、及光阻涂布、刻蚀、半切/通电点侧、及全切、扩晶/外观检验，最后包装入库；

反应腔设置为直立筒柱形反应腔体结构，上下两端各设置有气体入孔及气体出口，且在直立筒柱形反应腔体的内部近下端设有加热器，用于直接加热安置在直立筒柱形反应腔体内的结晶线性体；并在上端的气体入口装设气体喷嘴，用于喷入预设的化合元素与有机根所形成的气体；且在气体入口的周围端面制设有多个排列的穿孔，该多个排列的穿孔用作垂落式穿设结晶线性体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该结晶线性体的材质为半绝缘性GsAs基线。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，多层薄膜表面为两层以上。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，结晶线性体表面的磊晶多层薄膜表面以半切割方式在磊晶线体上形成多个晶粒。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在结晶线性体上位于多层薄膜表面的第一层及第二层之间设有发光层。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该线性体发光体可排列用于带状LED或霓虹灯管中。