CN110071204A - 用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法 - Google Patents

用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法。所述用于透明显示屏的发光二极管包括：外延层，包括下接触层、量子阱层和上接触层，所述下接触层包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层位于所述上台面；绝缘层，覆盖于所述外延层表面，所述绝缘层中包括第一开口和第二开口；透明电极，自所述第二开口延伸至覆盖所述下台面的绝缘层表面，所述透明电极包括填充于所述第二开口内的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；第一电极，填充于所述第一开口；第二电极，覆盖于所述第二端部表面。本发明提高了发光二极管的出光效率，进而有效改善了透明显示屏的显示质量。

Description

用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及信息材料、可见光通信、显示及传感领域，尤其涉及一种用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是半导体二极管的一种，可以把电能转换成光能。它可以在电路中作为指示灯或者由多个LED组成文字或数字显示。发光二极管和普通二极管一样主要由一个P-N结组成。当给P-N结加上正向电压后，P区空穴和N区电子复合并辐射出可见光。其中GaN材料制成的发光二极管可辐射出蓝光。
LED被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
随着LED显示装置在户外的大面积应用，一系列负面问题随之泛滥而来，例如城市中用于显示广告的LED显示装置在工作的时候确实可以起到点亮并装饰城市的作用，执行发布信息的功能。但是，LED显示装置在关闭的状态下却及其影响城市的美观。氮化物材料特别是GaN材料有着优秀的高透射率，然而由于GaN加工技术的发展较慢，限制了其作为显示装置的发展，目前并没有较好的实现基于GaN材料透明显示技术。
因此，如何发展GaN基显示装置，扩展显示装置的功能，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法，用于解决现有的透明显示屏显示效果不佳的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于透明显示屏的发光二极管，包括：
外延层，包括下接触层、量子阱层和上接触层，所述下接触层包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层位于所述上台面，所述上接触层覆盖于所述量子阱层表面；
绝缘层，覆盖于所述外延层表面，所述绝缘层中包括暴露所述下接触层的第一开口和暴露所述上接触层的第二开口；
透明电极，自所述第二开口延伸至覆盖所述下台面的绝缘层表面，所述透明电极包括填充于所述第二开口内的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；
第一电极，填充于所述第一开口；
第二电极，覆盖于所述第二端部表面，与所述透明电极电连接。
优选的，所述下接触层为n-GaN层，所述上接触层为p-GaN层，所述第一电极为n-电极，所述第二电极为p-电极。
优选的，所述透明电极的材料包括氧化铟锡。
优选的，还包括：
缓冲层，所述外延层覆盖于所述缓冲层表面。
优选的，所述绝缘层的材料为二氧化硅。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供硅衬底；
形成外延层于所述硅衬底表面，所述外延层包括下接触层、量子阱层和上接触层，所述下接触层包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层位于所述上台面，所述上接触层覆盖于所述量子阱层表面；
形成第一电极于所述下台面；
形成绝缘层于所述外延层表面，所述绝缘层中包括第一开口和暴露所述上接触层的第二开口，所述第一电极填充于所述第一开口内；
形成自所述第二开口延伸至覆盖所述下台面的绝缘层表面的透明电极，所述透明电极包括填充于所述第二开口内的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；
形成覆盖于所述第二端部表面且与所述透明电极电连接的第二电极。
优选的，所述硅衬底表面具有缓冲层；形成外延层于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
依次沉积下接触层、量子阱层和上接触层于所述缓冲层表面；
刻蚀所述上接触层、所述量子阱层和所述下接触层，形成具有下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面的下接触层，残留的所述量子阱层和残留的所述上接触层依次叠置于所述上台面表面。
优选的，所述下接触层为n-GaN层，所述上接触层为p-GaN层，所述第一电极为n-电极，所述第二电极为p-电极。
优选的，形成所述第二电极之后还包括如下步骤：
去除所述硅衬底。
优选的，所述绝缘层的材料为二氧化硅。
本发明提供的用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法，通过透明电极将与上接触层电连接的第二电极引至器件结构的外围区域，使得与所述第二电极以及与下接触电连接的第一电极均位于器件结构的外围区域，使得发光二极管的光透过率显著提高，从而提高了发光二极管的出光效率，进而有效改善了透明显示屏的显示质量。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中用于透明显示屏的发光二极管的截面示意图；
附图2是本发明具体实施方式中用于透明显示屏的发光二极管的俯视结构示意图；
附图3是本发明具体实施方式中用于透明显示屏的发光二极管的制备方法流程图；
附图4A-4F是本发明具体实施方式在制备用于透明显示屏的发光二极管的过程中主要的工艺截面示意图；
附图5是本发明一实施例中制备用于透明显示屏的发光二极管的结构流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种用于透明显示屏的发光二极管，附图1是本发明具体实施方式中用于透明显示屏的发光二极管的截面示意图，附图2是本发明具体实施方式中用于透明显示屏的发光二极管的俯视结构示意图。如图1、图2所示，本具体实施方式提供的用于透明显示屏的发光二极管包括：
外延层，包括下接触层10、量子阱层11和上接触层12，所述下接触层10包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层11位于所述上台面，所述上接触层12覆盖于所述量子阱层11表面；
绝缘层16，覆盖于所述外延层表面，所述绝缘层16中包括暴露所述下接触层10的第一开口和暴露所述上接触层12的第二开口；
透明电极13，自所述第二开口延伸至覆盖所述下台面的绝缘层16表面，所述透明电极13包括填充于所述第二开口内的第一端部131以及与所述第一端部相对的第二端部132；
第一电极14，填充于所述第一开口；
第二电极15，覆盖于所述第二端部132表面，与所述透明电极13电连接。
具体来说，如图1、图2所示，所述用于透明显示屏的发光二极管还包括缓冲层17，所述外延层覆盖于所述缓冲层17表面。即所述下接触层10、所述量子阱层11和所述上接触层12沿垂直于所述缓冲层17的方向依次叠置于所述缓冲层17表面，所述缓冲层17用于支撑位于其上的器件结构。所述用于透明显示屏的发光二极管包括器件区域AA以及位于所述器件区域AA周围的外围区域BB，所述下接触层10的上台面，所述量子阱层11和所述上接触层12位于所述器件区域AA，所述第一电极14与所述第二电极15均位于所述外围区域BB。图1中的箭头方向表示所述用于透明显示屏的发光二极管向外界发射光线的方向，即发光二极管器件发出的光线自所述上接触层12表面、沿垂直于所述外延层的方向向外界辐射。所述绝缘层16覆盖所述下台面、所述上台面的侧壁、所述量子阱层11的侧壁、所述上接触层12的侧壁以及所述上接触层12背离所述量子阱层11的表面。所述第二开口位于所述上接触层12背离所述量子阱层11的表面，所述第二电极15通过所述透明电极13与所述上接触层12电连接。
所述透明显示屏包括多个上述的发光二极管。在封装过程中，可以通过对多个所述第二电极15分别引线，并将所有发光二极管的第一电极14串联，从而实现对所述透明显示屏的控制。
本具体实施方式通过所述透明电极13将与所述上接触层12电接触的所述第二电极15引至所述外围区域，避免了所述第二电极15对出射光线的遮挡，保障了大面积的发光区域，使得所述透明显示屏的光透过率显著提高，有效改善了透明显示屏的显示性能，在发光时凭借极高的透光率实现透明显示文字信息，并为透明显示屏的选材、发展提供了新的方向。本具体实施方式提供的发光二极管制造的透明显示屏易于大规模工业化生产，扩大了透明显示的应用领域。
优选的，所述下接触层10为n-GaN层，所述上接触层12为p-GaN层，所述第一电极14为n-电极，所述第二电极15为p-电极。
具体来说，所述量子阱层11可以为InGaN/GaN多量子阱层。通过利用GaN材料高的透射率，可以进一步提高透明显示屏的透光率，从而进一步改善透明显示屏的显示性能。所述第一电极14和所述第二电极15的材料可以是但不限于金。
本领域技术人员可以根据实际需要选择所述透明电极的材料。为了在确保所述透明电极13透光性能的同时，降低所述用于透明显示屏的发光二极管的成本，优选的，所述透明电极13的材料包括氧化铟锡(ITO)。
优选的，所述绝缘层16的材料为二氧化硅。这是因为，二氧化硅具有较佳的透光性，从而进一步确保所述发光二极管器件高的透光率。所述绝缘层16的具体厚度，本具体实施方式不作限定，只要能有效的电性隔离所述外延层与所述透明电极13即可。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，附图3是本发明具体实施方式中用于透明显示屏的发光二极管的制备方法流程图，附图4A-4F是本发明具体实施方式在制备用于透明显示屏的发光二极管的过程中主要的工艺截面示意图，本具体实施方式制备的用于透明显示屏的发光二极管的结构可参见图1、图2。如图1-图3、图4A-图4F所示，本具体实施方式提供的用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
步骤S31，提供硅衬底40。
步骤S32，形成外延层于所述硅衬底40表面，所述外延层包括下接触层10、量子阱层11和上接触层12，所述下接触层10包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层11位于所述上台面，所述上接触层12覆盖于所述量子阱层11表面，如图4B所示。
优选的，所述硅衬底40表面具有缓冲层17；形成外延层于所述硅衬底40表面的具体步骤包括：
依次沉积下接触层10、量子阱层11和上接触层12于所述缓冲层17表面；
刻蚀所述上接触层12、所述量子阱层11和所述下接触层10，形成具有下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面的下接触层10，残留的所述量子阱层11和残留的所述上接触层12依次叠置于所述上台面表面。
具体来说，所述缓冲层17用于缓解所述硅衬底40与所述外延层之间的晶格差异，从而减小发光二极管内部的应力。在依次沉积下接触层10、量子阱层11和上接触层12于所述缓冲层17表面之后，得到如图4A所示的结构；之后，在所述上接触层12背离所述量子阱层11的表面均匀涂上一层第一光刻胶，采用曝光技术在所述第一光刻胶中定义出所述下接触层10的台阶区域；接着，采用反应离子束工艺自所述上接触层12刻蚀至所述下接触层10，去除部分所述下接触层10、部分所述量子阱层11和部分所述上接触层12，形成如图4B所示的台阶状的所述下接触层10，残留的所述量子阱层11和残留的所述上接触层12依次叠置于所述上台面表面。
步骤S33，形成第一电极14于所述下台面，如图4C所示。
具体来说，在如图4B所示的外延层表面均匀涂上一层第二光刻胶，并在所述第二光刻胶中定义出所述第一电极14的窗口区域；之后，在所述窗口区域蒸镀一层金属材料，例如金，去除所述第二光刻胶之后形成如图4C所示的结构。
步骤S34，形成绝缘层16于所述外延层表面，所述绝缘层16中包括第一开口和暴露所述上接触层的第二开口41，所述第一电极14填充于所述第一开口内，如图4D所示。
具体来说，在如图4C所示的外延层表面均匀涂上一层第三光刻胶，并在所述第三光刻胶中定义位于所述上台面边缘和整个下台面的生长区域；之后，在所述生长区域内生长一层所述绝缘层，去除所述第三光刻胶之后形成如图4D所示的结构。此步骤中，由于在所述第三光刻胶中定义了所述绝缘层的生长区域，因此无需通过刻蚀形成所述第二开口41以及所述第一开口，简化了所述透明显示屏的制备工艺。
步骤S35，形成自所述第二开口41延伸至覆盖所述下台面的绝缘层16表面的透明电极13，所述透明电极13包括填充于所述第二开口41内的第一端部131以及与所述第一端部131相对的第二端部132，如图4E、图2所示。
具体来说，在如图4D所示的外延层表面均匀涂上一层第四光刻胶，并在所述第四光刻胶中定义出经过所述上台面、所述外延层的侧壁表面以及所述下台面的路径区域；之后，在所述路径区域内生长一层透明导电膜，形成所述透明电极13，去除所述第四光刻胶之后形成如图4E所示的结构。本领域技术人员可以根据实际需要选择所述透明电极的材料。为了在确保所述透明电极13透光性能的同时，降低所述用于透明显示屏的发光二极管的成本，优选的，所述透明电极13的材料包括氧化铟锡(ITO)。
步骤S36，形成覆盖于所述第二端部132表面且与所述透明电极13电连接的第二电极15，如图4F、图1所示。
具体来说，在如图4E所示的外延层表面均匀涂上一层第五光刻胶，并在所述第五光刻胶中定义出位于所述发光二极管器件外围区域BB中的第二电极区域；之后，在所述第二电极区域内蒸镀一层金属材料，例如金，形成所述第二电极15，去除所述第五光刻胶之后形成如图4F所示的结构。
优选的，所述下接触层10为n-GaN层，所述上接触层12为p-GaN层，所述第一电极14为n-电极，所述第二电极15为p-电极。
具体来说，所述量子阱层11可以为InGaN/GaN多量子阱层。通过利用GaN材料高的透射率，可以进一步提高所述用于透明显示屏的发光二极管的透光率，从而进一步改善透明显示屏的显示性能。
优选的，形成所述第二电极15之后还包括如下步骤：
去除所述硅衬底40，如图4F所示。
具体来说，在形成所述第二电极15之后，在所述外延层及所述第一电极14、所述第二电极15表面均匀涂上一层第六光刻胶；之后，利用深硅刻蚀工艺，以所述缓冲层17为刻蚀截止层，去除整个所述硅衬底40。
优选的，所述绝缘层16的材料为二氧化硅。
这是因为，二氧化硅具有较佳的透光性，从而进一步确保所述用于透明显示屏的发光二极管高的透光率。所述绝缘层16的具体厚度，本具体实施方式不作限定，只要能有效的电性隔离所述外延层与所述透明电极13即可。
附图5是本发明一实施例中制备用于透明显示屏的发光二极管的结构流程图，在图5中所述下接触层10为n-GaN层，所述上接触层12为p-GaN层，所述第一电极14为n-电极，所述第二电极15为p-电极，所述绝缘层16的材料为二氧化硅，所述透明电极13为ITO导电膜。
本具体实施方式提供的用于透明显示屏的发光二极管及其制备方法，通过透明电极将与上接触层电连接的第二电极引至器件结构的外围区域，使得与所述第二电极以及与下接触电连接的第一电极均位于器件结构的外围区域，使得发光二极管的光透过率显著提高，从而提高了发光二极管的出光效率，进而有效改善了透明显示屏的显示质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于透明显示屏的发光二极管，其特征在于，包括：
外延层，包括下接触层、量子阱层和上接触层，所述下接触层包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层位于所述上台面，所述上接触层覆盖于所述量子阱层表面；
绝缘层，覆盖于所述外延层表面，所述绝缘层中包括暴露所述下接触层的第一开口和暴露所述上接触层的第二开口；
透明电极，自所述第二开口延伸至覆盖所述下台面的绝缘层表面，所述透明电极包括填充于所述第二开口内的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；
第一电极，填充于所述第一开口；
第二电极，覆盖于所述第二端部表面，与所述透明电极电连接。
2.根据权利要求1所述的用于透明显示屏的发光二极管，其特征在于，所述下接触层为n-GaN层，所述上接触层为p-GaN层，所述第一电极为n-电极，所述第二电极为p-电极。
3.根据权利要求1所述的用于透明显示屏的发光二极管，其特征在于，所述透明电极的材料包括氧化铟锡。
4.根据权利要求1所述的用于透明显示屏的发光二极管，其特征在于，还包括：
缓冲层，所述外延层覆盖于所述缓冲层表面。
5.根据权利要求1所述的用于透明显示屏的发光二极管，其特征在于，所述绝缘层的材料为二氧化硅。
6.一种用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供硅衬底；
形成外延层于所述硅衬底表面，所述外延层包括下接触层、量子阱层和上接触层，所述下接触层包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面，所述量子阱层位于所述上台面，所述上接触层覆盖于所述量子阱层表面；
形成第一电极于所述下台面；
形成绝缘层于所述外延层表面，所述绝缘层中包括第一开口和暴露所述上接触层的第二开口，所述第一电极填充于所述第一开口内；
形成自所述第二开口延伸至覆盖所述下台面的绝缘层表面的透明电极，所述透明电极包括填充于所述第二开口内的第一端部以及与所述第一端部相对的第二端部；
形成覆盖于所述第二端部表面且与所述透明电极电连接的第二电极。
7.根据权利要求6所述的用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述硅衬底表面具有缓冲层；形成外延层于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
依次沉积下接触层、量子阱层和上接触层于所述缓冲层表面；
刻蚀所述上接触层、所述量子阱层和所述下接触层，形成具有下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面的下接触层，残留的所述量子阱层和残留的所述上接触层依次叠置于所述上台面表面。
8.根据权利要求7所述的用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述下接触层为n-GaN层，所述上接触层为p-GaN层，所述第一电极为n-电极，所述第二电极为p-电极。
9.根据权利要求7所述的用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，其特征在于，形成所述第二电极之后还包括如下步骤：
去除所述硅衬底。
10.根据权利要求6所述的用于透明显示屏的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的材料为二氧化硅。
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